我國(guó)鋼筋機(jī)械連接與錨固技術(shù)實(shí)踐與展望*

李智斌，趙 杰，邵康節(jié)，吳廣彬

(1.國(guó)家建筑工程技術(shù)研究中心，北京 100013； 2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013)

1 鋼筋機(jī)械連接技術(shù)

目前，我國(guó)常見的鋼筋機(jī)械連接接頭包括帶肋鋼筋套筒擠壓接頭、鐓粗直螺紋接頭、滾軋直螺紋接頭、套筒灌漿連接接頭等，如圖1～4所示。由于鋼筋機(jī)械連接技術(shù)具有性能優(yōu)異、施工便捷、節(jié)能減排等優(yōu)勢(shì)，已得到廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，主要采用鐓粗直螺紋接頭和滾軋直螺紋接頭。在裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，相鄰預(yù)制構(gòu)件鋼筋連接主要采用套筒灌漿連接接頭或漿錨搭接接頭。近年來(lái)，隨著新材料的發(fā)展和特種工程需求的提高，新的連接技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如不銹鋼鋼筋機(jī)械連接技術(shù)、核電工程抗飛機(jī)撞擊用鋼筋機(jī)械連接技術(shù)、耐低溫鋼筋機(jī)械連接技術(shù)等。

圖1 帶肋鋼筋套筒擠壓接頭

圖2 鐓粗直螺紋接頭

圖3 滾軋直螺紋接頭

圖4 套筒灌漿連接接頭

1987年，北京中央電視塔工程率先采用帶肋鋼筋套筒擠壓接頭，開啟了我國(guó)鋼筋機(jī)械連接技術(shù)工程應(yīng)用的先河。隨著技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)相繼自主研發(fā)了錐螺紋接頭、熔融金屬充填技術(shù)、鐓粗直螺紋接頭、滾軋直螺紋接頭和套筒灌漿連接技術(shù)等，并應(yīng)用于港珠澳大橋、杭州灣跨海大橋、三門核電站、海陽(yáng)核電站、陸豐核電站、昌江核電站、田灣核電站、三峽水電站、溪洛渡水電站、烏東德水電站、龍羊峽水電站等重大項(xiàng)目中，應(yīng)用范圍與數(shù)量均為國(guó)際領(lǐng)先。近年來(lái)，我國(guó)鋼筋機(jī)械連接與錨固行業(yè)積極參與海外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，并不斷取得佳績(jī)，應(yīng)用我國(guó)鋼筋機(jī)械連接技術(shù)的海外標(biāo)志性工程包括印度塔、俄羅斯聯(lián)邦大廈、墨西哥Torre Reforma大廈、馬來(lái)西亞檳城二橋、印度尼西亞泗水-馬都拉大橋、阿爾及利亞巴哈吉體育場(chǎng)等。值得一提的是，在港珠澳大橋和漳州華龍一號(hào)核電工程建設(shè)中，我國(guó)科研人員通過(guò)刻苦攻關(guān)，分別實(shí)破了不銹鋼鋼筋機(jī)械連接技術(shù)、抗飛機(jī)撞擊用鋼筋機(jī)械連接技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外公司壟斷狀況，解決了工程建設(shè)“卡脖子”問題。

我國(guó)在鐓粗、滾軋直螺紋接頭加工設(shè)備、工藝等方面取得較多創(chuàng)新成果，如我國(guó)鐓粗直螺紋接頭加工設(shè)備質(zhì)量及體積僅為國(guó)外的1/4～1/3，方便施工現(xiàn)場(chǎng)使用，在國(guó)際市場(chǎng)中具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力；滾軋直螺紋接頭加工設(shè)備增加端部整形和倒角裝置，有效改善了鋼筋接頭殘余變形性能，降低了設(shè)備配件損耗；與鋼筋端部螺紋接頭加工配套的鋼筋切斷設(shè)備逐步由單根切斷的簡(jiǎn)易設(shè)備發(fā)展為具備自動(dòng)定尺成排鋸切下料或圓弧刀下料的自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)備，效率倍增。

我國(guó)科研人員在開發(fā)鋼筋機(jī)械連接新技術(shù)、新產(chǎn)品的同時(shí)，對(duì)制定和完善鋼筋機(jī)械連接技術(shù)相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)開展了大量工作。1996年，我國(guó)第1部鋼筋機(jī)械連接通用性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 107—96《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》發(fā)布實(shí)施，對(duì)于提高接頭質(zhì)量、規(guī)范技術(shù)管理具有重大意義。2003，2010，2016年分別對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂完善，對(duì)于不斷引領(lǐng)和指導(dǎo)行業(yè)發(fā)展起到重大作用。2013年，產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 163—2013《鋼筋機(jī)械連接用套筒》發(fā)布實(shí)施，完善了我國(guó)鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)范體系，對(duì)規(guī)范鋼筋機(jī)械連接用套筒設(shè)計(jì)、制作與應(yīng)用等起到重要作用。近年來(lái)，隨著我國(guó)裝配式建筑的發(fā)展，自主研發(fā)的套筒灌漿連接接頭在工程中得到廣泛應(yīng)用，配套的標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)發(fā)布實(shí)施，包括JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》、JG/T 398—2019《鋼筋連接用灌漿套筒》、JG/T 408—2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》、T/CCIAT 0004—2019《鋼筋套筒灌漿連接施工技術(shù)規(guī)程》等。除上述現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)外，我國(guó)還發(fā)布實(shí)施過(guò)JGJ 108—96《帶肋鋼筋套筒擠壓連接技術(shù)規(guī)程》、JGJ 109—96《鋼筋錐螺紋接頭技術(shù)規(guī)程》、JG/T 3057—1999《鐓粗直螺紋鋼筋接頭》、JG/T 163—2004《滾軋直螺紋鋼筋連接接頭》等，雖然這些標(biāo)準(zhǔn)已廢止，但在一定時(shí)期內(nèi)其對(duì)各類鋼筋機(jī)械連接接頭的應(yīng)用起到了重要指導(dǎo)作用。

我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于鋼筋機(jī)械連接接頭性能的部分要求高于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，這為我國(guó)產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)參與編制了ISO 15835-1∶2018《Steels for the reinforcement of concrete—Reinforcement couplers for mechanical splices of bars—Part 1: Requirements》，ISO 15835-2∶2018《Steels for the reinforcement of concrete—Reinforcement couplers for mechanical splices of bars—Part 2: Test methods》，ISO 15835-3∶2018《Steels for the reinforcement of concrete—Reinforcement couplers for mechanical splices of bars—Part 3: Conformity assessment scheme》，并發(fā)揮重要作用，如我國(guó)技術(shù)規(guī)程中給出的鋼筋接頭反復(fù)拉壓性能被上述標(biāo)準(zhǔn)采納，作為鋼筋接頭抗震性能要求外的附加性能要求。

2 鋼筋機(jī)械錨固技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)鋼筋機(jī)械錨固技術(shù)發(fā)展迅速，以鋼筋錨固板為代表的新型機(jī)械錨固裝置得到廣泛應(yīng)用，為工程界解決鋼筋錨固問題提供解決方案。螺紋連接鋼筋錨固板和摩擦焊接鋼筋錨固板分別如圖5，6所示，其錨固性能良好，可節(jié)約錨固用材，方便施工，解決鋼筋排布密集問題，加快鋼筋工程施工速度，提高鋼筋工程質(zhì)量。

圖5 螺紋連接鋼筋錨固板

圖6 摩擦焊接鋼筋錨固板

1988年起，我國(guó)陸續(xù)開展了2批鋼筋機(jī)械錨固技術(shù)系統(tǒng)試驗(yàn)研究，成為GB 50010—2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)鋼筋機(jī)械錨固規(guī)定的主要試驗(yàn)依據(jù)。2004年起，開展了螺帽墊板合一的新型鋼筋機(jī)械錨固措施研發(fā)試驗(yàn)。2007年，螺紋連接鋼筋錨固板技術(shù)正式面向市場(chǎng)。GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》采納了鋼筋錨固板最新研究成果，且JGJ 256—2011《鋼筋錨固板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》、17G345《鋼筋錨固板應(yīng)用構(gòu)造》等陸續(xù)發(fā)布實(shí)施，便于廣大設(shè)計(jì)人員和施工人員更快、更好地掌握與應(yīng)用鋼筋錨固板技術(shù)。鋼筋機(jī)械錨固技術(shù)被連續(xù)列入2010,2017年版《建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)》。

目前，我國(guó)新型螺紋連接鋼筋錨固板技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，已處于國(guó)際領(lǐng)先水平，且隨著工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，該技術(shù)日趨完善，并在三門核電站建設(shè)中首次取代美國(guó)公司同類產(chǎn)品，已應(yīng)用于海陽(yáng)、陸豐、昌江、方家山、福清、三澳、漳州等大批核電站中。其他典型工程應(yīng)用包括白溝國(guó)際箱包交易中心、海南大廈、鄂爾多斯體育場(chǎng)等，均取得良好應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益。在港珠澳大橋、深中通道、大連灣海底隧道等交通建設(shè)領(lǐng)域工程中，摩擦焊接鋼筋錨固板得到了大規(guī)模應(yīng)用。

3 存在的問題與建議

3.1 對(duì)套筒高溫后力學(xué)性能的關(guān)注不夠

目前，為降低生產(chǎn)成本，部分套筒生產(chǎn)廠家采用專用加工設(shè)備，利用Q235，ML08AL，50BV30等原材料經(jīng)多次沖壓冷加工得到套筒毛坯，并加工內(nèi)螺紋制成冷作強(qiáng)化直螺紋套筒成品。但有關(guān)試驗(yàn)表明，冷作強(qiáng)化直螺紋套筒高溫后極限抗拉強(qiáng)度降低甚至直線下降，給工程建設(shè)帶來(lái)極大安全隱患，應(yīng)給予充分關(guān)注。冷作強(qiáng)化直螺紋套筒設(shè)計(jì)與生產(chǎn)應(yīng)嚴(yán)格遵守《鋼筋機(jī)械連接用套筒》的相關(guān)規(guī)定，不應(yīng)利用經(jīng)冷加工提高的強(qiáng)度減少套筒橫截面面積。套筒生產(chǎn)廠家在加強(qiáng)創(chuàng)新、降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，應(yīng)充分關(guān)注套筒高溫后力學(xué)性能變化。進(jìn)行鋼筋機(jī)械連接產(chǎn)品定型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮產(chǎn)品防火性能。使用方應(yīng)對(duì)套筒原材料引起足夠重視，按照《鋼筋機(jī)械連接用套筒》的相關(guān)規(guī)定，加強(qiáng)對(duì)套筒原材料來(lái)源、加工工藝的追溯。在有耐火要求的情況下，需增加套筒入場(chǎng)防火性能檢驗(yàn)。建議修訂JGJ 107—2016《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》時(shí)增加對(duì)鋼筋接頭防火性能的要求。

3.2 采用非標(biāo)套筒

長(zhǎng)期以來(lái)，直螺紋套筒內(nèi)螺紋采用60°牙型角，符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)際通行牙型角度設(shè)計(jì)要求。但近年來(lái)，為降低直螺紋套筒加工成本，部分生產(chǎn)廠家采用70°，75°等非標(biāo)準(zhǔn)牙型角度，內(nèi)螺紋設(shè)計(jì)、加工與檢驗(yàn)均缺乏有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，螺紋檢具本應(yīng)由具備資質(zhì)的量具刃具廠家生產(chǎn)，而目前套筒生產(chǎn)廠家自制螺紋檢具，易造成質(zhì)量管理失控。值得注意的是，《鋼筋機(jī)械連接用套筒》附錄A建議的鋼筋機(jī)械連接用直螺紋套筒最小尺寸參數(shù)是指套筒原材料力學(xué)性能不低于GB/T 699—2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》中45號(hào)鋼的相關(guān)要求，當(dāng)采用60°牙型角且生產(chǎn)廠家具有良好質(zhì)量控制水平時(shí)，直螺紋套筒可選用最小尺寸。然而，部分生產(chǎn)廠家在原材料未采用45號(hào)鋼的情況下，采用冷加工工藝成型套筒時(shí)，未分析具體情況，一律不進(jìn)行退火處理，且進(jìn)行套筒設(shè)計(jì)時(shí)利用經(jīng)冷加工提高的強(qiáng)度減少套筒橫截面面積；部分生產(chǎn)廠家采用非60°牙型角時(shí)，仍機(jī)械地采用《鋼筋機(jī)械連接用套筒》附錄A建議的最小尺寸。對(duì)于上述非標(biāo)套筒情況，工程界應(yīng)給予充分關(guān)注，并加強(qiáng)管理。

3.3 忽略接頭性能

近年來(lái)，工程應(yīng)用需求不斷變化，要求鋼筋具有更高強(qiáng)度、可整體連接、方便預(yù)制構(gòu)件連接等，使新型鋼筋機(jī)械連接套筒或裝置不斷涌現(xiàn)。部分產(chǎn)品開發(fā)者僅考慮鋼筋接頭抗拉強(qiáng)度和操作性要求，忽略《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》對(duì)變形、保護(hù)層厚度、同一連接區(qū)段內(nèi)鋼筋機(jī)械連接接頭面積百分率等要求。另外，接頭防火、抗疲勞、低溫性能等常被忽略，部分產(chǎn)品型式檢驗(yàn)與實(shí)際工程應(yīng)用場(chǎng)合不符，給工程質(zhì)量造成極大隱患。為此，進(jìn)行國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)，應(yīng)對(duì)上述問題予以重視，產(chǎn)品開發(fā)者和應(yīng)用者應(yīng)牢固樹立遵守標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范規(guī)定的意識(shí)。

4 展望

目前，我國(guó)大力提倡建筑工業(yè)化和智能建造，這是我國(guó)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。鋼筋機(jī)械連接與錨固行業(yè)應(yīng)順勢(shì)而為，在基于技術(shù)質(zhì)量的前提下，繼續(xù)開拓創(chuàng)新。在此，提出以下展望。

1)提高鋼筋機(jī)械連接與錨固行業(yè)工業(yè)化與智能化生產(chǎn)制作水平，節(jié)約勞動(dòng)力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

2)進(jìn)一步開發(fā)與完善鋼筋籠、鋼筋網(wǎng)片、鋼筋骨架等整體鋼筋機(jī)械連接技術(shù)，提高我國(guó)鋼筋工程施工效率與工業(yè)化建造水平。

3)提高鋼筋螺紋加工設(shè)備生產(chǎn)效率，以實(shí)現(xiàn)鋼筋螺紋自動(dòng)化生產(chǎn)加工。

4)提高鋼筋套筒灌漿連接接頭質(zhì)量，鼓勵(lì)組建專業(yè)化灌漿施工隊(duì)伍，建立科學(xué)的灌漿施工與質(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)督體系。

5)進(jìn)一步發(fā)展螺紋連接、摩擦焊接鋼筋錨固板產(chǎn)品與技術(shù)，研究和完善鋼筋錨固板應(yīng)用技術(shù)條件，消除技術(shù)障礙，進(jìn)一步擴(kuò)大工程應(yīng)用。

6)完善500MPa級(jí)并研發(fā)600MPa級(jí)鋼筋機(jī)械連接與錨固技術(shù)，以適應(yīng)更高強(qiáng)度鋼筋的發(fā)展與應(yīng)用。

7)修訂或制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，完善標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范和促進(jìn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。