螺紋段鋼筋連接處補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用研究

常青峰

（山西晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600）

0 引言

橋梁墩柱上要用到鋼筋籠，在鋼筋籠與鋼筋籠間進(jìn)行連接時(shí)，采取了鋼筋與鋼筋用套筒連接的方式（這個(gè)方法最先在建筑行業(yè)推廣的，現(xiàn)有規(guī)范也是建筑行業(yè)編的）[1]，將這個(gè)方法運(yùn)用到橋上的鋼筋籠之間連接時(shí)，是做了改進(jìn)的（規(guī)范是針對(duì)單根鋼筋與單根鋼筋連接的），要實(shí)現(xiàn)鋼筋籠與鋼筋籠之間連接時(shí)，做了相應(yīng)改進(jìn)，先在一個(gè)鋼筋籠上開套筒長(zhǎng)的螺紋，將套筒旋上去，當(dāng)上下兩個(gè)鋼筋籠對(duì)好位后，再將套筒往下面旋一半到下面的鋼筋籠上，這樣就能很好地將上下兩個(gè)籠連在一起[2]。但是這樣做以后出現(xiàn)了一個(gè)缺陷，就是套筒往下旋后，上面鋼筋籠的鋼筋會(huì)露出半個(gè)套筒長(zhǎng)的開螺紋段，正是這段削減鋼筋的受力面積，而規(guī)范針對(duì)單根鋼筋連接，一端的鋼筋可以旋轉(zhuǎn)，就不存在有削弱段，此為問題之一[3-4]。另外，鋼筋籠在對(duì)接過(guò)程中不是所有的鋼筋都可以在豎直方向完全對(duì)中，即上下兩根鋼筋的中心會(huì)存在一個(gè)偏心e，當(dāng)偏心較小時(shí)可以迫使其對(duì)中再用套筒擰緊，但若偏心比較大時(shí)，使用外力無(wú)法迫使其對(duì)中時(shí)，使用套筒連接就會(huì)帶來(lái)很多麻煩，而且效率低下，此為問題之二[5]。

目前所有的鋼筋套筒連接規(guī)范均是針對(duì)建筑行業(yè)的，在橋梁行業(yè)目前還沒有相應(yīng)的連接規(guī)范，但建筑規(guī)范中的連接方式均是針對(duì)單根鋼筋連接的，針對(duì)鋼筋籠的連接目前還沒有研究，在此針對(duì)以上提到的兩個(gè)有關(guān)鋼筋籠的連接問題，提出以下幾種解決辦法[6-7]。

1 鋼筋籠連接補(bǔ)強(qiáng)方法探究

針對(duì)鋼筋籠連接的幾個(gè)缺陷，在此提出以下幾種解決方案，方案一仍舊采用原有的連接方式，即采用正絲套筒連接，但套筒需要改進(jìn)；方案二采用反絲套筒連接方式；方案三采用內(nèi)外雙套筒連接方式進(jìn)行連接。

1.1 反絲套筒連接

反絲套筒如圖1所示，虛線左側(cè)部分為正絲，虛線右側(cè)部分為反絲。

圖1 反絲扣件連接方式

反絲套筒和正絲套筒的區(qū)別在于正絲套筒內(nèi)部的螺紋旋向是相同的，而反絲套筒的螺紋從套筒中間分開，兩部分旋向相反，除此之外正絲的安裝方式和反絲也不相同，反絲只需通過(guò)擰套筒即可同時(shí)安裝上兩邊的鋼筋，但正絲套筒只能分步安裝，以下是正絲和反絲套筒連接的安裝過(guò)程。

a）正絲安裝過(guò)程 先將保護(hù)套裝置卸除，直接將套筒與縱筋擰緊，然后將另外一段的套筒擰緊，使得外露不超過(guò)兩個(gè)完整的螺紋，依此即可將后續(xù)套筒全部加固，具體如圖2所示。

圖2 正絲連接示意圖

b）反絲安裝工藝 先將一部分鋼筋鋸斷后，將其一段滾軋成反向螺紋，安裝好保護(hù)套后，彎折成固定長(zhǎng)度，在一端將鋼筋正向旋入套筒，另一端將鋼筋反向旋入，最后用扳手?jǐn)Q緊固定，如圖3所示。

圖3 反絲安裝工藝

以上所講的正絲和反絲安裝過(guò)程，均是針對(duì)單根連接情況；但用于橋墩鋼筋籠連接時(shí)正絲就會(huì)出現(xiàn)上文所提到的連接缺陷，但用反絲套筒連接時(shí)就能很好地避免這一缺陷，但由于鋼筋籠連接是高空作業(yè)而非地面，因此雖然避免了露出半個(gè)套筒長(zhǎng)的螺紋部分，但實(shí)際安裝時(shí)如何能同時(shí)安裝上所有的套筒依然是一個(gè)問題。

針對(duì)此問題，本文提出了一種解決方案，如圖4所示，將套筒端部繼續(xù)延長(zhǎng)，并且做無(wú)螺紋處理，這種情況下，在安裝的過(guò)程中因?yàn)樘淄矁啥说闹睆缴源?，可以?duì)鋼筋對(duì)接時(shí)的偏心進(jìn)行一定的補(bǔ)償，便于安裝。

圖4 正反絲加長(zhǎng)套筒

1.2 雙套筒連接

將小套筒與大套筒通過(guò)內(nèi)外雙層螺紋緊密地咬合在一起，形成如圖5所示的機(jī)械結(jié)構(gòu)，圖6所示為連接實(shí)物圖。

圖6 連接實(shí)物圖

雙套筒參數(shù)如表1。

表1 雙套筒參數(shù) mm

驗(yàn)證雙套筒的強(qiáng)度是否滿足使用要求，進(jìn)行了單向拉伸破壞試驗(yàn)，試驗(yàn)采用的儀器是電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，加載方式為位移控制，加載速度為5 mm/min，試件長(zhǎng)度為60 cm，夾具夾持長(zhǎng)度5～8 cm。具體的試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

圖7 雙套筒拉伸結(jié)果

由表2和圖7可知，鋼筋母材還沒有達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，鋼筋端部的螺紋段就被拉壞，鋼筋直接從內(nèi)套筒中被拉出來(lái)，而被拉脫的最大力為127.476 kN；試驗(yàn)結(jié)束后，取下套筒觀察，發(fā)現(xiàn)內(nèi)套筒和外套筒之間相互配合的螺紋完好無(wú)損，這反應(yīng)了套筒的強(qiáng)度是符合要求的；造成鋼筋上的螺紋被拉脫的原因可能有以下兩個(gè)方面：a）選擇的鋼筋母材強(qiáng)度等級(jí)低，和套筒母材不相匹配；b）鋼筋端頭加工螺紋時(shí)，沒有按規(guī)范加工螺紋，或者加工過(guò)程中操作不當(dāng)，造成加工的螺紋深度不夠，因此在拉伸過(guò)程中會(huì)被拉脫。

從圖8可以看到的最大拉力指的是拉脫的最大拉力，并不是指鋼筋被拉斷的最大拉力，鋼筋拉脫時(shí)，拉力會(huì)急劇減小，但并不是直接降到0，而是在波動(dòng)中逐漸減到0，原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)殇摻盥菁y雖然被拉脫了，但不是瞬間就脫離套筒，這是一個(gè)緩慢的過(guò)程，直到鋼筋完全脫離套筒時(shí)拉力才會(huì)降到0，在此之前，套筒和鋼筋之間均有力的相互作用；通過(guò)試驗(yàn)可知這種規(guī)格參數(shù)的雙套筒連接試件是不滿足使用要求的，需要重選擇鋼筋并且改變套筒的相關(guān)參數(shù)，重新進(jìn)行試驗(yàn)。

圖8 雙套筒試件試驗(yàn)

針對(duì)以上所出現(xiàn)的情況，重新制作套筒連接件，套筒所使用的原材料不變，鋼筋母材增加一級(jí)強(qiáng)度，再進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)儀器選擇電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，加載方式選擇位移控制，加載速度為5 mm/min，試件1、2、3直接進(jìn)行拉伸至破壞為止，試件4進(jìn)行相應(yīng)的接頭變形性能試驗(yàn)，加載方式按照鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程（JGJ 107—2010）中的單向加載方式進(jìn)行加載，試驗(yàn)結(jié)果如表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

圖9 試驗(yàn)結(jié)果

由表3和圖9可以看出，試件1被拉斷了，其余3個(gè)均是鋼筋連接段的螺紋被拉脫了，根據(jù)強(qiáng)度等級(jí)條件，試件的強(qiáng)度是滿足3級(jí)接頭使用要求的，從表中可以看出最大強(qiáng)度值中最小的也有587.2 MPa，這說(shuō)明鋼筋母材性能比較高。試件1、2、3都是直接進(jìn)行拉斷試驗(yàn)，試件4是測(cè)接頭變形性能的，從表中可以看出最大總伸長(zhǎng)率是6.68%，滿足ASgt≥3.0%，因此接頭的變形性能是滿足使用要求的。

從圖10中可以看出，只有a中的曲線達(dá)到最大拉力后急劇下降最后降至0，而b、c、d中的曲線均是達(dá)到最大拉力后急劇減小，由于鋼筋拉桿上面螺紋被破壞，鋼筋從套筒中不斷地被拔出，在此期間，鋼筋與套筒之間始終存在著一定的作用力，當(dāng)鋼筋完全拉出套筒，作用力消失，二者相互作用結(jié)束。

圖10 試件單向拉伸試驗(yàn)

從試驗(yàn)結(jié)果分析可得，雙套筒是滿足使用要求的，但雙套筒螺紋的牙型角需要修改，因?yàn)槁菁y被拉脫和牙型角有很大的關(guān)系，雙套筒的變形能力較好，適合用于橋梁墩柱，而雙套筒最大的優(yōu)點(diǎn)是安裝時(shí)操作方便，可以彌補(bǔ)鋼筋籠安裝時(shí)所出現(xiàn)的不對(duì)中情況，但雙套筒需要再進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，特別是內(nèi)套筒需要進(jìn)行改進(jìn)，應(yīng)該要把內(nèi)套筒的兩端進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，使得安裝外套筒時(shí)簡(jiǎn)單可行。

2 結(jié)論

本文針對(duì)橋梁墩柱鋼筋籠采用普通套筒連接時(shí)所出現(xiàn)的一系列問題，采用雙套筒連接可以有效解決鋼筋籠不對(duì)中及強(qiáng)度等問題，加強(qiáng)了鋼筋籠連接后的強(qiáng)度，加快了施工進(jìn)度，具有較大的工程應(yīng)用價(jià)值。