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摘要：结合工程实践经验,简单的分析了几种钢筋连接技术。
关键词：钢筋连接；搭接长度；接头类型
1 钢筋的连接
1.1 钢筋连接的原则
在进行钢筋连接设计与施工时,必须遵守以下原则:①接头尽量设置在受力较小处,对受弯构件,宜设置在弯矩较小处(如反弯点附近);对抗震结构,宜避开梁、柱端头箍筋加密区。②同一根钢筋上宜少设接头,避免因多个接头对钢筋传力性能造成过多的削弱。③接头互相错开,以防裂缝、变形集中于某处。④采取必要的构造措施,增加对连接区段的围箍约束,如适当增加砼保护层厚度或钢筋间距、加强配箍等。
1.2 搭接长度
绑扎骨架和绑扎钢筋网中的非预应力受力钢筋,当钢筋直径d<22 mm且接头用搭接而不加焊时,受拉钢筋的搭接长度不小于1.2la(la为纵向受拉钢筋的最小锚固长度)且≥300 mm;受压钢筋的搭接长度不小于0.85la且≥200 mm。当砼强度等级为C20时,纵向受拉Ⅱ级钢筋的锚固长度la应为40 d,搭接长度为48 d。
1.3 箍筋间距
在绑扎骨架非焊接搭接接头长度范围内,当搭接钢筋为受拉时,其箍筋间距≤5d(d为受力钢筋中的最小直径)且≤100 mm;当搭接钢筋为受压时,其箍筋间距≤10d且≤200 mm。这一点在施工中经常被忽视,如按图纸中的箍筋间距,而没有有意识地在搭接接头长度范围内加密箍筋。
1.4 接头类型
钢筋连接宜优先采用焊接接头。受力钢筋直径d>22 mm时,均不得采用非焊接的搭接接头。对柱中的受压钢筋,当d≤32 mm时,可采用非焊接的搭接接头,但其位置应设在受力较小部位。
1.5 钢筋焊接
钢筋焊接优先采用双面焊缝。钢筋宜先预弯,弯好后在地上先拼接一下,注意预弯角度是否合格、2根钢筋中心线是否在同一轴线,以免造成偏心受力。检查合格后再施焊,不得先焊后弯或干脆不弯。
1.6 钢筋的连接技术
1.6.1 钢筋冷挤压连接技术
钢筋冷挤压连接是将一个钢套筒套在2根带肋钢筋的端部,用超高压液压设备(挤压钳)沿径向挤壓钢套筒,在挤压力作用下,使钢套筒产生塑性变形,从而与钢筋紧密结合。
用该方法可连接国产Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级,直径为18～50 mm的各种带肋钢筋,包括焊接性差的钢筋及与上述国产钢筋相当的进口钢筋。同直径钢筋连接、不同直径钢筋连接均可采用该方法。
钢筋冷挤压连接技术具有质量好、速度快、易掌握、易操作、节约能源和经济效益好等优点。但其钢套筒成本较高,适合要求高的结构和部位;设备笨重,工人劳动强度大;设备保养不好,容易产生漏油而污染钢筋,影响效力正常发挥,给使用维修带来不便。
1.6.2 钢筋锥螺纹连接技术
利用锥螺纹能同时承受轴向力和水平力,且其自锁性和密封性好的特点,将钢筋的连接端加工成特定锥度,对拧在带有同锥度内锥螺纹的连接套筒两端,用规定的力矩把钢筋连成一体。
锥螺纹钢筋接头适用于钢筋砼结构梁、板及基础中直径为16～40 mm的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级钢筋的现场连接;可连接同径或异径、竖向或水平钢筋,也可用作预埋钢筋接头,有利于实现预制装配施工、滑模施工和逆做法施工。
但在现场钢筋与套筒连接时,必须施加一定的拧紧力才能保证连接质量,若拧不紧,钢筋受力后易滑脱;若锥螺纹底径小于钢筋母材基圆直径,接头强度会被削弱,影响接头受力;虽然锥螺纹连接对中性好,但对钢筋要求较严,钢筋不能弯曲或有马蹄形切口,否则易产生丝扣不全,给连接质量留下隐患,现场管理应从严要求。
2 钢筋的锚固
我国传统的锚固设计中,采用查表的方式并以5 d为进位确定锚固长度。随着钢筋强度的提高和外形的多样化,并考虑锚固条件的影响,表格法的局限性日渐突出。目前,国外规范都以计算方式确定锚固长度,并根据锚固条件加以修正。
1)一般来说,简支梁或连续梁简支端支座,下部纵向受力钢筋伸入支座内的锚固长度:月牙纹钢筋≥12d;光面钢筋≥15d;螺纹钢筋≥10d。上部纵向受力钢筋伸入支座内的最小锚固长度:当砼的强度等级为C20时,Ⅰ级钢筋为30d;Ⅱ级钢筋为40 d。连续梁和框架梁,上部纵向受力钢筋应贯穿其中间支座或中间节点范围,不宜采用搭接或焊接接头;下部纵向受力钢筋伸入中间支座或中间节点范围内的锚固长度,一般可参照简支梁端支座。
2)框架梁的端节点。上部纵向受力钢筋应伸过节点中心线,当水平锚固长度不够时,应沿柱节点外边向下弯折,弯折前水平锚固长度≥0.45la,弯折后的垂直锚固长度≥10d但不宜>22d。下部纵向受力钢筋伸入端节点锚固长度,一般可参照简支梁端支座。
3)弯起钢筋在弯终点外应留有足够的锚固长度:在受拉区,≥20d;在受压区,≥10d。光面钢筋弯起时,在其末端应设置弯钩。
3 钢筋的定位与保护层厚度的确定保护层为钢筋免于腐蚀提供了一道坚实的屏障,其厚度对构件的耐久性影响极大。
一般来说,保护层厚度每减少25%,碳化至钢筋表面所需的时间缩短50%。所以,保护层厚度的设计对保证构件耐久性至关重要。
一般情况下,分布钢筋保护层≥10 mm;梁柱为25 mm,箍筋和构造钢筋保护层≥15 mm。特殊高湿度环境下,如基础砼强度等级≤C20,板为35mm,梁柱45 mm,可以用砼垫块绑在钢筋外边缘来控制钢筋保护层厚度。
对梁板纵向受力钢筋,一般应将直径大的受力钢筋放在顶排,以提高梁板受弯承载力。梁为多排钢筋布置时,上下排钢筋相互对齐,并注意钢筋水平向与垂直向的净距,梁上部纵向受力钢筋的净距≥30 mm,梁下部纵向受力钢筋的净距≥25 mm。最简单的方法就是用d为25 mm、30 mm的短钢筋头置于2排钢筋之间扎紧,来控制钢筋净距。但不可随意搁置,以免影响砼振捣密实。
梁的支座处箍筋位于距纵向钢筋端50 mm处,支座外第一道箍筋距支座边也是50 mm。梁柱箍筋接头即弯钩迭合处应交错绑扎,避免接头同向,并与梁柱纵向钢筋垂直。
4 钢筋下料长度
钢筋下料长度=中线标注尺寸-量度差+端部弯钩增值
1)量度差的计算
根据图1可得:
量度差=中线标注尺寸-弧A C=(D+d)× （1）
图1钢筋中部弯曲
2)端部弯钩增值的计算
根据图2可得:
图2钢筋端部弯曲
端部弯钩增值=弧A1 C1-AB+L= （2）
式中:AB为中线标注尺寸;L为平直长度。
取常用的α、D值代入式(1)、(2),得量度差、端部弯钩增值(如表1、2所示)。
表1钢筋中部弯曲量度差值
表2钢筋端部弯钩增值
5 结 语
钢结构质量检查中,针对钢筋质量,主要从钢筋连接、锚固、定位、最小保护层厚度及下料长度等方面进行评价。施工中,应从这几方面着手采取控制措施,保证钢筋质量满足要求。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：钢筋连接；搭接长度；接头类型
1 钢筋的连接
1.1 钢筋连接的原则
在进行钢筋连接设计与施工时,必须遵守以下原则:①接头尽量设置在受力较小处,对受弯构件,宜设置在弯矩较小处(如反弯点附近);对抗震结构,宜避开梁、柱端头箍筋加密区。②同一根钢筋上宜少设接头,避免因多个接头对钢筋传力性能造成过多的削弱。③接头互相错开,以防裂缝、变形集中于某处。④采取必要的构造措施,增加对连接区段的围箍约束,如适当增加砼保护层厚度或钢筋间距、加强配箍等。
1.2 搭接长度
绑扎骨架和绑扎钢筋网中的非预应力受力钢筋,当钢筋直径d<22 mm且接头用搭接而不加焊时,受拉钢筋的搭接长度不小于1.2la(la为纵向受拉钢筋的最小锚固长度)且≥300 mm;受压钢筋的搭接长度不小于0.85la且≥200 mm。当砼强度等级为C20时,纵向受拉Ⅱ级钢筋的锚固长度la应为40 d,搭接长度为48 d。
1.3 箍筋间距
在绑扎骨架非焊接搭接接头长度范围内,当搭接钢筋为受拉时,其箍筋间距≤5d(d为受力钢筋中的最小直径)且≤100 mm;当搭接钢筋为受压时,其箍筋间距≤10d且≤200 mm。这一点在施工中经常被忽视,如按图纸中的箍筋间距,而没有有意识地在搭接接头长度范围内加密箍筋。
1.4 接头类型
钢筋连接宜优先采用焊接接头。受力钢筋直径d>22 mm时,均不得采用非焊接的搭接接头。对柱中的受压钢筋,当d≤32 mm时,可采用非焊接的搭接接头,但其位置应设在受力较小部位。
1.5 钢筋焊接
钢筋焊接优先采用双面焊缝。钢筋宜先预弯,弯好后在地上先拼接一下,注意预弯角度是否合格、2根钢筋中心线是否在同一轴线,以免造成偏心受力。检查合格后再施焊,不得先焊后弯或干脆不弯。
1.6 钢筋的连接技术
1.6.1 钢筋冷挤压连接技术
钢筋冷挤压连接是将一个钢套筒套在2根带肋钢筋的端部,用超高压液压设备(挤压钳)沿径向挤壓钢套筒,在挤压力作用下,使钢套筒产生塑性变形,从而与钢筋紧密结合。
用该方法可连接国产Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级,直径为18～50 mm的各种带肋钢筋,包括焊接性差的钢筋及与上述国产钢筋相当的进口钢筋。同直径钢筋连接、不同直径钢筋连接均可采用该方法。
钢筋冷挤压连接技术具有质量好、速度快、易掌握、易操作、节约能源和经济效益好等优点。但其钢套筒成本较高,适合要求高的结构和部位;设备笨重,工人劳动强度大;设备保养不好,容易产生漏油而污染钢筋,影响效力正常发挥,给使用维修带来不便。
1.6.2 钢筋锥螺纹连接技术
利用锥螺纹能同时承受轴向力和水平力,且其自锁性和密封性好的特点,将钢筋的连接端加工成特定锥度,对拧在带有同锥度内锥螺纹的连接套筒两端,用规定的力矩把钢筋连成一体。
锥螺纹钢筋接头适用于钢筋砼结构梁、板及基础中直径为16～40 mm的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级钢筋的现场连接;可连接同径或异径、竖向或水平钢筋,也可用作预埋钢筋接头,有利于实现预制装配施工、滑模施工和逆做法施工。
但在现场钢筋与套筒连接时,必须施加一定的拧紧力才能保证连接质量,若拧不紧,钢筋受力后易滑脱;若锥螺纹底径小于钢筋母材基圆直径,接头强度会被削弱,影响接头受力;虽然锥螺纹连接对中性好,但对钢筋要求较严,钢筋不能弯曲或有马蹄形切口,否则易产生丝扣不全,给连接质量留下隐患,现场管理应从严要求。
2 钢筋的锚固
我国传统的锚固设计中,采用查表的方式并以5 d为进位确定锚固长度。随着钢筋强度的提高和外形的多样化,并考虑锚固条件的影响,表格法的局限性日渐突出。目前,国外规范都以计算方式确定锚固长度,并根据锚固条件加以修正。
1)一般来说,简支梁或连续梁简支端支座,下部纵向受力钢筋伸入支座内的锚固长度:月牙纹钢筋≥12d;光面钢筋≥15d;螺纹钢筋≥10d。上部纵向受力钢筋伸入支座内的最小锚固长度:当砼的强度等级为C20时,Ⅰ级钢筋为30d;Ⅱ级钢筋为40 d。连续梁和框架梁,上部纵向受力钢筋应贯穿其中间支座或中间节点范围,不宜采用搭接或焊接接头;下部纵向受力钢筋伸入中间支座或中间节点范围内的锚固长度,一般可参照简支梁端支座。
2)框架梁的端节点。上部纵向受力钢筋应伸过节点中心线,当水平锚固长度不够时,应沿柱节点外边向下弯折,弯折前水平锚固长度≥0.45la,弯折后的垂直锚固长度≥10d但不宜>22d。下部纵向受力钢筋伸入端节点锚固长度,一般可参照简支梁端支座。
3)弯起钢筋在弯终点外应留有足够的锚固长度:在受拉区,≥20d;在受压区,≥10d。光面钢筋弯起时,在其末端应设置弯钩。
3 钢筋的定位与保护层厚度的确定保护层为钢筋免于腐蚀提供了一道坚实的屏障,其厚度对构件的耐久性影响极大。
一般来说,保护层厚度每减少25%,碳化至钢筋表面所需的时间缩短50%。所以,保护层厚度的设计对保证构件耐久性至关重要。
一般情况下,分布钢筋保护层≥10 mm;梁柱为25 mm,箍筋和构造钢筋保护层≥15 mm。特殊高湿度环境下,如基础砼强度等级≤C20,板为35mm,梁柱45 mm,可以用砼垫块绑在钢筋外边缘来控制钢筋保护层厚度。
对梁板纵向受力钢筋,一般应将直径大的受力钢筋放在顶排,以提高梁板受弯承载力。梁为多排钢筋布置时,上下排钢筋相互对齐,并注意钢筋水平向与垂直向的净距,梁上部纵向受力钢筋的净距≥30 mm,梁下部纵向受力钢筋的净距≥25 mm。最简单的方法就是用d为25 mm、30 mm的短钢筋头置于2排钢筋之间扎紧,来控制钢筋净距。但不可随意搁置,以免影响砼振捣密实。
梁的支座处箍筋位于距纵向钢筋端50 mm处,支座外第一道箍筋距支座边也是50 mm。梁柱箍筋接头即弯钩迭合处应交错绑扎,避免接头同向,并与梁柱纵向钢筋垂直。
4 钢筋下料长度
钢筋下料长度=中线标注尺寸-量度差+端部弯钩增值
1)量度差的计算
根据图1可得:
量度差=中线标注尺寸-弧A C=(D+d)× （1）
图1钢筋中部弯曲
2)端部弯钩增值的计算
根据图2可得:
图2钢筋端部弯曲
端部弯钩增值=弧A1 C1-AB+L= （2）
式中:AB为中线标注尺寸;L为平直长度。
取常用的α、D值代入式(1)、(2),得量度差、端部弯钩增值(如表1、2所示)。
表1钢筋中部弯曲量度差值
表2钢筋端部弯钩增值
5 结 语
钢结构质量检查中,针对钢筋质量,主要从钢筋连接、锚固、定位、最小保护层厚度及下料长度等方面进行评价。施工中,应从这几方面着手采取控制措施,保证钢筋质量满足要求。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。