動(dòng)荷載下鋼筋直螺紋連接抗疲勞試驗(yàn)及應(yīng)用技術(shù)總結(jié)

1、北京南站改擴(kuò)建工程動(dòng)荷載下鋼筋直螺紋連接施工技術(shù)總結(jié)高叢軍 陳淑民 張利 張志民 劉浩 程小春 霍建利1. 應(yīng)用情況簡(jiǎn)介北京南站改擴(kuò)建工程是國(guó)家重點(diǎn)的大型交通樞紐公共建筑。本工程占地面積49.92萬(wàn)m2，站房綜合樓22.63萬(wàn)，高架橋4KM，雨篷6.34萬(wàn)，建設(shè)總投資為41.16億元。主要建設(shè)內(nèi)容有：站房綜合樓、（包括地上鐵路用房、地下?lián)Q乘大廳、地下小汽車(chē)庫(kù)）、雨篷工程、高架橋工程、站臺(tái)工程。本工程站房軌道層直接承受動(dòng)荷載，梁板鋼筋主要規(guī)格為直徑2032，鋼筋用量約為4.5萬(wàn)噸，鋼筋接頭總量約為50萬(wàn)個(gè)。軌道層直接承受動(dòng)荷載（列車(chē)軌道），按照橋梁規(guī)范設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要求采用閃光對(duì)焊接頭及焊接接頭，如

2、此大量的接頭按照設(shè)計(jì)接頭要求，難以保證在工期 、質(zhì)量，況且作業(yè)環(huán)境也不具備，為此，指揮部和項(xiàng)目部考慮用直螺紋連接代替閃光對(duì)焊連接。根據(jù)鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程JGJ 107-2003的要求，對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，接頭應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求的抗疲勞性能。當(dāng)無(wú)專門(mén)要求時(shí)，對(duì)連接HRB335級(jí)鋼筋的接頭，其疲勞性能應(yīng)能經(jīng)受應(yīng)力幅為100N/2，最大應(yīng)力為180 N/2，最小應(yīng)力為80 N/2的200萬(wàn)次循環(huán)加載。因此開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)的科研試驗(yàn)。南站工程指揮部組織召開(kāi)了軌道層接頭連接調(diào)研會(huì)，建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)一同參加，大家對(duì)直螺紋連接接頭和閃光對(duì)焊接頭做了如下比較分析：序號(hào)內(nèi)容閃光對(duì)焊直螺紋連接1工

3、期施工工期長(zhǎng)，不能滿足南站工期要求。工期相比閃光對(duì)焊減少2個(gè)月，能滿足要求。2運(yùn)輸施工對(duì)焊后鋼筋過(guò)長(zhǎng)，不易吊裝及綁扎施工。鋼筋短，吊裝方便，施工作業(yè)方便。3節(jié)能用電量大，現(xiàn)場(chǎng)至少增加兩臺(tái)800KVA變壓器?，F(xiàn)場(chǎng)用電量已滿足要求。4施工質(zhì)量焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，尤其是直徑25以上的難以保證。操作工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易保證。5抗疲勞性能滿足滿足6施工工藝成熟成熟經(jīng)過(guò)比較分析，大家初步擬定采用直螺紋連接，接頭等級(jí)為級(jí)?？墒遣捎娩摻钪甭菁y連接接頭不符合鐵路規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，又沒(méi)有相關(guān)施工案例，屬超規(guī)范施工，因此必須進(jìn)行相關(guān)的科研，得到各方認(rèn)可后方能施工，因此，需要解決許多技術(shù)研究課題。2軌道層鋼筋采用直螺紋連接接

4、頭要解決的重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題要針對(duì)本工程使用的鋼筋，進(jìn)行專門(mén)直螺紋連接套筒的設(shè)計(jì)：為了滿足抗疲勞性能要求，對(duì)套筒的外徑、長(zhǎng)度、牙型角、螺紋規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)；按照鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程JGJ 107-2003的要求要對(duì)不同鋼筋直徑進(jìn)行疲勞試驗(yàn)和型式檢驗(yàn)；要組織專家論證會(huì)；編制針對(duì)本工程軌道層直螺紋連接的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；報(bào)主管部門(mén)進(jìn)行備案。3承受動(dòng)載結(jié)構(gòu)中直螺紋連接的關(guān)鍵技術(shù)3.1直螺紋連接套筒的設(shè)計(jì)普通的連接套筒沒(méi)有抗疲勞性能的要求，本工程屬于超規(guī)范要求，為此，選用建研科技股份有限公司和保定朗瑞建筑機(jī)械設(shè)備有限公司兩家單位，根據(jù)本工程的實(shí)際要求進(jìn)行套筒設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的時(shí)間，兩家單位均完成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并分別

5、提供了套筒和絲頭具體設(shè)計(jì)參數(shù)。建研科技股份有限公司設(shè)計(jì)的直螺紋連接套筒參數(shù)見(jiàn)表1： 滾軋直螺紋連接套筒參數(shù) （單位：） 表1鋼筋規(guī)格2022252832套筒外徑（公差+0.5）30.533.538.543.049.0套筒長(zhǎng)度（公差±0.5）50.054.062.068.076.0牙型角60º60º60º60º60º螺紋規(guī)格（精度等級(jí)6H）M20.5×2.5M22.5×2.5M25.5×3.0M28.5×3.0M32.5×3.0接頭擰緊力矩（N·m）16023023030030

6、0保定朗瑞建筑機(jī)械設(shè)備有限公司的連接套筒參數(shù)見(jiàn)表2：滾軋直螺紋套筒參數(shù)表（單位：） 表2鋼筋規(guī)格2022252832套筒外徑（公差+0.5）3438414754套筒長(zhǎng)度（公差±0.5）60.065.070.074.080.0牙型角75º75º75º75º75º螺紋規(guī)格（精度等級(jí)6H）M20.5×2.5M22.5×2.5M25.5×3.0M28.5×3.0M32.5×3.0接頭擰緊力矩（N·m）160230230300300建研科技股份有限公司連接絲頭的參數(shù)見(jiàn)表3： 滾扎直螺紋

7、鋼筋絲頭參數(shù)（單位：） 表3鋼筋直徑2022252832螺紋中徑（公差）+0.2，-0.118.820.823.726.630.4剝肋長(zhǎng)度2224283135有效螺紋長(zhǎng)度（不小于）2527313438有效螺紋扣數(shù)（不小于）1011101112旋和長(zhǎng)度2527313438螺紋尺寸M20.5×2.5M22.5×2.5M25.5×3.0M28.5×3.0M32.5×3.0螺紋牙型角60º60º60º60º60º保定朗瑞建筑機(jī)械設(shè)備有限公司的連接絲頭參數(shù)見(jiàn)表4滾軋直螺紋絲頭參數(shù)表（單位：） 表4鋼筋直徑

8、2022252832螺紋中徑（公差）+0.2，-0.118.820.823.726.630.4剝肋長(zhǎng)度30325353740有效螺紋長(zhǎng)度（不小于）30325353740有效螺紋扣數(shù)（不小于）121311.512.513.5旋和長(zhǎng)度30325353740螺紋尺寸M20.5×2.5M22.5×2.5M25.5×3.0M28.5×3.0M32.5×3.0螺紋牙型角75º75º75º75º75º兩種套筒對(duì)比照片3.2 進(jìn)行直螺紋連接套筒及接頭的型式檢驗(yàn)和抗疲勞性能檢驗(yàn)套筒設(shè)計(jì)完成后要先進(jìn)行接頭的型式檢驗(yàn)

9、，確定鋼筋連接接頭的性能等級(jí)。本工程軌道層接頭等級(jí)選用級(jí)，級(jí)接頭的性能如下：接頭抗拉強(qiáng)度不小于被連接鋼筋實(shí)際抗拉強(qiáng)度或1.1倍鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，并具有高延性、反復(fù)拉壓性能及抗疲勞性能。針對(duì)兩個(gè)廠家提供的套筒各種型號(hào)各做一組型式檢驗(yàn)。檢驗(yàn)要求：對(duì)每種型式、規(guī)格、材料、工藝的鋼筋機(jī)械連接接頭，型式檢驗(yàn)試件不應(yīng)少于9個(gè)：其中單向拉伸試件不應(yīng)少于3個(gè)，高應(yīng)力反復(fù)拉壓試件不應(yīng)少于3個(gè)，大變形反復(fù)拉壓試件不應(yīng)少于3個(gè)。同時(shí)應(yīng)另取3根鋼筋試件做抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。全部試件應(yīng)在同一根鋼筋上截取。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，使用兩個(gè)廠家提供的各種型號(hào)套筒制作的接頭符合級(jí)接頭的要求。進(jìn)行接頭的疲勞性能檢驗(yàn)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，接頭的疲勞性

10、能應(yīng)滿足以下要求：接頭的疲勞性能應(yīng)能經(jīng)受應(yīng)力幅為100N/2，最大應(yīng)力為180 N/2，最小應(yīng)力為80 N/2的200萬(wàn)次循環(huán)加載。檢驗(yàn)時(shí)兩個(gè)廠家各種規(guī)格的接頭分別取一組作抗疲勞試驗(yàn)，共計(jì)10組。分別送到清華大學(xué)結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)中心、國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心、鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所進(jìn)行檢驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果全部符合要求。4.請(qǐng)有關(guān)專家進(jìn)行論證。在試驗(yàn)檢驗(yàn)都合格的基礎(chǔ)上，為了確保工程質(zhì)量和使用安全，又組織有關(guān)專家進(jìn)行論證。其中專家組組長(zhǎng)徐有鄰是中國(guó)建筑科學(xué)研究院研究員，也是鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程JGJ 107-2003的主要編制者。此外專家組成員還有莊軍生、何成杰、趙華勝、王洪光等各單位的專家。專家組

11、根據(jù)鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程JGJ 107-2003的要求，結(jié)合各組鋼筋接頭疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出如下意見(jiàn)：鋼筋的直螺紋連接是目前成熟的鋼筋連接方式。本工程根據(jù)設(shè)計(jì)單位提出的接頭疲勞試驗(yàn)應(yīng)力和應(yīng)力幅的要求，對(duì)10組2032的接頭進(jìn)行了疲勞驗(yàn)證性試驗(yàn)，其結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)及鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程JGJ 107-2003的要求。該接頭形式可在本工程軌道層結(jié)構(gòu)鋼筋的連接中采用。5.編制針對(duì)本工程軌道層直螺紋連接的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在施工前根據(jù)并參考鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程JGJ 107-2003的要求，專門(mén)編制了針對(duì)本工程軌道層直螺紋連接的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)直螺紋連接的適用范圍、術(shù)語(yǔ)符號(hào)、接頭的等級(jí)及性能要求

12、、接頭的應(yīng)用、材料、制造及施工、檢驗(yàn)及驗(yàn)收等7個(gè)主要方面進(jìn)行了詳細(xì)的論述及規(guī)定。以此作為本工程施工的規(guī)范。6.現(xiàn)場(chǎng)施工嚴(yán)格控制質(zhì)量6.1套筒進(jìn)場(chǎng)時(shí)嚴(yán)格按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容進(jìn)行檢查驗(yàn)收，不符合要求的套筒不能使用。6.嚴(yán)格控制絲頭加工質(zhì)量和鋼筋接頭的連接質(zhì)量。施工前對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)考核，成績(jī)合格者持證上崗。從鋼筋下料、套絲到接頭連接，嚴(yán)格按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。6.嚴(yán)格控制接頭的位置接頭應(yīng)設(shè)置在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受拉鋼筋應(yīng)力較小部位。對(duì)于縱橫主梁及縱向次梁和板的縱向上筋（梁上部縱筋）接頭應(yīng)布置在1/31/2跨的范圍內(nèi)，縱向下筋（梁下部縱筋）接頭應(yīng)布置在1/31/4跨的范圍內(nèi)。接頭應(yīng)避開(kāi)框架的梁端、柱端箍筋加密區(qū)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件中縱向受力鋼筋的接頭應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)，鋼筋連接的連接區(qū)段長(zhǎng)度應(yīng)按35d計(jì)算（d為被連接鋼筋中的較大直徑）。在同一連接區(qū)段內(nèi)有接頭的受力鋼筋截面面積占受力鋼筋總截面面積的百分率不應(yīng)大于50。軌道層梁、板使用直螺紋連接的照片7.在大量試驗(yàn)結(jié)果滿足要求，通過(guò)了專家論證，編制完成了針對(duì)本工程軌道層直螺紋連接的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，鐵路局南站指揮部組織召開(kāi)專題會(huì)，四方對(duì)軌道層采用直螺紋連接接頭一致認(rèn)可，并將全部資料整理報(bào)鐵道部備案。8綜合效益分析：通過(guò)一系列的考察、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、論證、方案討論、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定及施工實(shí)踐，