螺纹段钢筋连接处补强技术在桥梁工程中的应用研究

2016-11-15常青峰

山西交通科技 2016年6期

常青峰

（山西晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600）

0 引言

桥梁墩柱上要用到钢筋笼，在钢筋笼与钢筋笼间进行连接时，采取了钢筋与钢筋用套筒连接的方式（这个方法最先在建筑行业推广的，现有规范也是建筑行业编的）[1]，将这个方法运用到桥上的钢筋笼之间连接时，是做了改进的（规范是针对单根钢筋与单根钢筋连接的），要实现钢筋笼与钢筋笼之间连接时，做了相应改进，先在一个钢筋笼上开套筒长的螺纹，将套筒旋上去，当上下两个钢筋笼对好位后，再将套筒往下面旋一半到下面的钢筋笼上，这样就能很好地将上下两个笼连在一起[2]。但是这样做以后出现了一个缺陷，就是套筒往下旋后，上面钢筋笼的钢筋会露出半个套筒长的开螺纹段，正是这段削减钢筋的受力面积，而规范针对单根钢筋连接，一端的钢筋可以旋转，就不存在有削弱段，此为问题之一[3-4]。另外，钢筋笼在对接过程中不是所有的钢筋都可以在竖直方向完全对中，即上下两根钢筋的中心会存在一个偏心e，当偏心较小时可以迫使其对中再用套筒拧紧，但若偏心比较大时，使用外力无法迫使其对中时，使用套筒连接就会带来很多麻烦，而且效率低下，此为问题之二[5]。

目前所有的钢筋套筒连接规范均是针对建筑行业的，在桥梁行业目前还没有相应的连接规范，但建筑规范中的连接方式均是针对单根钢筋连接的，针对钢筋笼的连接目前还没有研究，在此针对以上提到的两个有关钢筋笼的连接问题，提出以下几种解决办法[6-7]。

1 钢筋笼连接补强方法探究

针对钢筋笼连接的几个缺陷，在此提出以下几种解决方案，方案一仍旧采用原有的连接方式，即采用正丝套筒连接，但套筒需要改进；方案二采用反丝套筒连接方式；方案三采用内外双套筒连接方式进行连接。

1.1 反丝套筒连接

反丝套筒如图1所示，虚线左侧部分为正丝，虚线右侧部分为反丝。

图1 反丝扣件连接方式

反丝套筒和正丝套筒的区别在于正丝套筒内部的螺纹旋向是相同的，而反丝套筒的螺纹从套筒中间分开，两部分旋向相反，除此之外正丝的安装方式和反丝也不相同，反丝只需通过拧套筒即可同时安装上两边的钢筋，但正丝套筒只能分步安装，以下是正丝和反丝套筒连接的安装过程。

a）正丝安装过程先将保护套装置卸除，直接将套筒与纵筋拧紧，然后将另外一段的套筒拧紧，使得外露不超过两个完整的螺纹，依此即可将后续套筒全部加固，具体如图2所示。

图2 正丝连接示意图

b）反丝安装工艺先将一部分钢筋锯断后，将其一段滚轧成反向螺纹，安装好保护套后，弯折成固定长度，在一端将钢筋正向旋入套筒，另一端将钢筋反向旋入，最后用扳手拧紧固定，如图3所示。

图3 反丝安装工艺

以上所讲的正丝和反丝安装过程，均是针对单根连接情况；但用于桥墩钢筋笼连接时正丝就会出现上文所提到的连接缺陷，但用反丝套筒连接时就能很好地避免这一缺陷，但由于钢筋笼连接是高空作业而非地面，因此虽然避免了露出半个套筒长的螺纹部分，但实际安装时如何能同时安装上所有的套筒依然是一个问题。

针对此问题，本文提出了一种解决方案，如图4所示，将套筒端部继续延长，并且做无螺纹处理，这种情况下，在安装的过程中因为套筒两端的直径稍大，可以对钢筋对接时的偏心进行一定的补偿，便于安装。

图4 正反丝加长套筒

1.2 双套筒连接

将小套筒与大套筒通过内外双层螺纹紧密地咬合在一起，形成如图5所示的机械结构，图6所示为连接实物图。

图6 连接实物图

双套筒参数如表1。

表1 双套筒参数 mm

验证双套筒的强度是否满足使用要求，进行了单向拉伸破坏试验，试验采用的仪器是电液伺服万能试验机，加载方式为位移控制，加载速度为5 mm/min，试件长度为60 cm，夹具夹持长度5～8 cm。具体的试验结果如表2。

表2 试验结果

图7 双套筒拉伸结果

由表2和图7可知，钢筋母材还没有达到屈服强度时，钢筋端部的螺纹段就被拉坏，钢筋直接从内套筒中被拉出来，而被拉脱的最大力为127.476 kN；试验结束后，取下套筒观察，发现内套筒和外套筒之间相互配合的螺纹完好无损，这反应了套筒的强度是符合要求的；造成钢筋上的螺纹被拉脱的原因可能有以下两个方面：a）选择的钢筋母材强度等级低，和套筒母材不相匹配；b）钢筋端头加工螺纹时，没有按规范加工螺纹，或者加工过程中操作不当，造成加工的螺纹深度不够，因此在拉伸过程中会被拉脱。

从图8可以看到的最大拉力指的是拉脱的最大拉力，并不是指钢筋被拉断的最大拉力，钢筋拉脱时，拉力会急剧减小，但并不是直接降到0，而是在波动中逐渐减到0，原因很简单，因为钢筋螺纹虽然被拉脱了，但不是瞬间就脱离套筒，这是一个缓慢的过程，直到钢筋完全脱离套筒时拉力才会降到0，在此之前，套筒和钢筋之间均有力的相互作用；通过试验可知这种规格参数的双套筒连接试件是不满足使用要求的，需要重选择钢筋并且改变套筒的相关参数，重新进行试验。

图8 双套筒试件试验

针对以上所出现的情况，重新制作套筒连接件，套筒所使用的原材料不变，钢筋母材增加一级强度，再进行拉伸试验，试验仪器选择电液伺服万能试验机，加载方式选择位移控制，加载速度为5 mm/min，试件1、2、3直接进行拉伸至破坏为止，试件4进行相应的接头变形性能试验，加载方式按照钢筋机械连接技术规程（JGJ 107—2010）中的单向加载方式进行加载，试验结果如表3。

表3 试验结果

图9 试验结果

由表3和图9可以看出，试件1被拉断了，其余3个均是钢筋连接段的螺纹被拉脱了，根据强度等级条件，试件的强度是满足3级接头使用要求的，从表中可以看出最大强度值中最小的也有587.2 MPa，这说明钢筋母材性能比较高。试件1、2、3都是直接进行拉断试验，试件4是测接头变形性能的，从表中可以看出最大总伸长率是6.68%，满足ASgt≥3.0%，因此接头的变形性能是满足使用要求的。

从图10中可以看出，只有a中的曲线达到最大拉力后急剧下降最后降至0，而b、c、d中的曲线均是达到最大拉力后急剧减小，由于钢筋拉杆上面螺纹被破坏，钢筋从套筒中不断地被拔出，在此期间，钢筋与套筒之间始终存在着一定的作用力，当钢筋完全拉出套筒，作用力消失，二者相互作用结束。

图10 试件单向拉伸试验

从试验结果分析可得，双套筒是满足使用要求的，但双套筒螺纹的牙型角需要修改，因为螺纹被拉脱和牙型角有很大的关系，双套筒的变形能力较好，适合用于桥梁墩柱，而双套筒最大的优点是安装时操作方便，可以弥补钢筋笼安装时所出现的不对中情况，但双套筒需要再进行相应的改进，特别是内套筒需要进行改进，应该要把内套筒的两端进行相应的改进，使得安装外套筒时简单可行。