由于受钢筋定尺寸长度的影响,或钢筋下料经济性的考虑,钢筋之间需进行连接。钢筋的连接方式有绑扎连接、焊接连接和机械连接。钢筋的接头宜设置在受力较小处。同一纵向受力钢筋不宜设置两个或两个以上接头。接头末端至钢筋弯起点的距离不应小于钢筋直径的10倍。
3.3.1 钢筋的绑扎
绑扎连接由于需要较长的搭接长度,浪费钢筋且连接不可靠,应限制使用。
(1)轴心受拉及小偏心受拉杆件(如桁架和拱的拉杆)的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头。
(2)当受拉钢筋的直径d>28mm及受压钢筋的直径d>32mm时,不宜采用绑扎搭接接头。同一构件中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。
(3)钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度,凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。同一连接区段内纵向钢筋搭接接头面积百分率为该区段内有搭接接头的纵向受力钢筋截面面积与全部纵向受力钢筋截面面积的比值(如图3-16)。
(4)位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率:对梁类、板类及墙类构件,不宜大于25%;对柱类构件,不宜大于50%。
图3-16 同一连接区段内的纵向受拉钢筋绑扎搭接接头
注:图3-16中同一连接区段内的搭接接头钢筋为两根,当钢筋直径相同时,钢筋搭接接头面积百分率为50%。
(5)当工程中确有必要增大受拉钢筋搭接接头面积百分率时,对梁类构件,不应大于50%;对板类、墙类及柱类构件,可根据实际情况放宽。
(6)纵向受力钢筋绑扎搭接接头的最小搭接长度应符合下列规定:当纵向受拉钢筋的绑扎搭接接头面积百分率不大于25%时,其最小搭接长度应符合表3-3的规定。
表3-3 纵向受拉钢筋的最小搭接长度
注:①两根直径不同钢筋的搭接长度,以较细钢筋的直径计算。
②当纵向受拉钢筋搭接接头面积百分率为50%时,其最小搭接长度应按表3-3中的数值乘以系数1.15取用;当接头面积百分率为100%时,应按表3-3中的数值乘以系数1.35取用;当接头面积百分率为25%~100%的其他中间值时,修正系数可按内插取值。
③对有抗震设防要求的结构构件,其受力钢筋的最小搭接长度对一、二级抗震等级应按相应数值乘以系数1.15采用;对三级抗震等级应按相应数值乘以系数1.05采用。
④在任何情况下,受拉钢筋的搭接长度不应小于300mm。
⑤纵向受压钢筋搭接时,其最小搭接长度应根据表3-3中的规定确定相应数值后,乘以系数0.7取用。在任何情况下,受压钢筋的搭接长度不应小于200mm。
(7)在绑扎接头的搭接长度范围内,应采用铁丝绑扎三点,见图3-17所示。
图3-17 钢筋绑扎示意图
HPB 300级光面钢筋绑扎接头的末端应做180°弯钩,弯后平直段长度不应小于3d,但作为受压钢筋时可不做弯钩。
3.3.2 钢筋的焊接
由于钢筋的绑扎限制使用,所以通常采用焊接方式进行连接。与绑扎相比,焊接具有可改善结构受力性能、提高功效、节约钢材、降低成本等优点。
1)闪光对焊
(1)焊接原理
利用低电压、强电流在钢筋接头处,产生高温,使钢筋熔化,施加压力顶锻,使两根钢筋焊接在一起,形成对焊接头。图3-18为对焊机示意图。对焊机由机架、导向机构、动夹具、固定夹具、送进机构、夹紧机构、支座(顶座)、变压器、控制系统等部分组成。
对焊机的全部基本部件紧固在机架上,机架具有足够的刚性,并且用强度很高的材料(铸铁、铸钢,或用型钢焊成)制作;导轨是供动板移动时导向用的,有圆柱形、长方形或平面形等多种。
送进机构的作用是使被焊钢筋同动夹具一起移动,并保证有必要的顶锻力;它使动板按所要求的移动路线前进;并且在预热时能往返移动,在工作时没有振动和冲动。按送进机构的动力类型,有手动杠杆式、电动凸轮式、气动式以及气液压复合式等几种。
夹紧机构由两个夹具构成,一个是不动的,称为固定夹具;另一个是可移动的,称为动夹具。固定夹具直接安装在机架上,与焊接变压器次级线圈的一端相接;动夹具安装在动板上,可随动板左右移动,与焊接变压器次级线圈的另一端连接。常见的夹具型式有手动偏心轮夹紧、手动螺旋夹紧等,也有气压式、液压式及气液压复合式等几种。
(2)焊接工艺
根据钢筋的品种、直径和选用的对焊机功率,闪光对焊分为连续闪光焊、预热闪光焊和闪光—预热—闪光焊3种工艺。对可焊性差的钢筋,对焊后采取通电热处理的方法,以改善对焊接头的塑性。连续闪光焊适用于直径25mm以下的钢筋(如图3-19所示);预热闪光焊适用于直径25mm以上端部平整的钢筋;闪光—预热—闪光焊适用于直径25mm以上端部不平整的钢筋。对于RRB 400级余热处理钢筋,为改善其焊接接头的塑性,可在焊后进行通电热处理。焊后通电热处理在对焊机上进行。
图3-18 对焊机外形
1—机架;2—变压器;3—钢筋;4—夹紧机构;5—固定座板;6—动板;7—送进机构;8—顶座;9—导轨
图3-19 钢筋对焊接头的外形图
1—钢筋;2—接头
(3)焊接质量检查
①在同一台班内,由同一焊工完成的300个同牌号、同直径钢筋焊接接头应作为一批。当同一台班内焊接的接头数量较少,可在一周之内累计计算;累计仍不足300个接头时,应按一批计算。
②力学性能检验时,应从每批接头中随机切取6个接头,其中3个做拉伸试验,试件长度取8d+240mm;3个做弯曲试验,试件长度取3.5d+弯心直径+150mm。
③闪光对焊接头外观检查结果,应符合接头处不得有横向裂纹,与电极接触处的钢筋表面不得有明显烧伤,接头处的弯折角不得大于3°,接头处的轴线偏移不得大于钢筋直径的0.1倍,且不得大于2mm的要求。
2)电弧焊
电弧焊广泛用于钢筋的接长、钢筋骨架的焊接、装配式结构钢筋接头焊接及钢筋与钢板、钢板与钢板的焊接等。钢筋电弧焊以焊条作为一极,钢筋为另一极,利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法。电弧焊设备主要是弧焊机(工地常用交流弧焊机),采用的焊条应避免受潮,使用时需要进行烘焙。钢筋电弧焊包括帮条焊、搭接焊、坡口焊等接头型式。
(1)帮条焊
帮条焊是将两根待焊的钢筋对正,使两端头离开2~5mm,然后用短帮条,帮在外侧,在与钢筋接触部分,焊接一面或两面。它分为单面焊缝和双面焊缝,如图3-20所示。只有在受施工条件限制不能进行双面焊时才采用单面焊。帮条焊宜采用与主筋同级别、同直径的钢筋制作,其帮条长度:HPB 300级钢筋单面焊L≥8d0,双面焊L≥4d0;HRB 335、HRB 400级钢筋单面焊L≥10d0;双面焊L≥5d0。
适用范围:适用于直径10~40mm的HPB 235、HRB 400级钢筋和10~25mm的余热处理HRB 400级钢筋。
图3-20 帮条焊接头
(2)搭接焊(www.xing528.com)
把钢筋端部弯曲一定角度叠合起来,在钢筋接触面上焊接形成焊缝,它分为双面焊缝和单面焊缝(图3-21)。适用于焊接直径10~40mm的HPB 300、HPB 335级钢筋。搭接焊宜采用双面焊缝,不能进行双面焊时,也可采用单面焊。搭接焊的搭接长度l、焊缝高度s、焊缝宽度b同帮条焊。
图3-21 搭接焊接头
(3)坡口焊
坡口焊有平焊和立焊两种,如图3-22所示。这种焊接接头节约钢材,适用于直径16~40mm的HPB 300、HRB 335、HRB 400级钢筋及RRB 400级钢筋,主要用于装配式结构节点的焊接。钢筋坡口平焊采用V形坡口,坡口夹角为55°~65°,两根钢筋的根部空隙为3~5mm,下垫钢板长40~60mm,厚度4~6mm,钢垫板宽度为钢筋直径加10mm。钢筋坡口立焊采用40°~55°坡口。
电弧焊接头外观要求:焊缝表面平整,不得有凹陷或焊瘤;焊接接头区域不得有裂缝;咬边深度、气孔、夹渣等缺陷允许值及接头尺寸的允许偏差应符合规范规定。
电弧焊接头力学试验应按下列规定抽取试件:在一般构筑物中,应从成品中每批随机切取3个接头进行拉伸试验;在现场安装条件下,每1~2层中以300个同接头形式,同钢筋级别的接头作为一批,不足300个时仍作为一批。如对焊接质量有怀疑或发现异常情况,还应进行非破损试验(X射线、γ射线、超声波探伤等)。
图3-22 钢筋坡口焊接头
3)电阻点焊
混凝土结构中的钢筋骨架和钢筋网片的交叉钢筋焊接宜采用电阻点焊。焊接时将钢筋的交叉点放入点焊机两极之间,通电,使钢筋加热到一定温度后,加压使焊点处钢筋互相压入一定的深度(压入深度为两钢筋中较细者直径的1/4~2/5),将焊点焊牢。采用点焊代替绑扎可以提高工效,便于运输。在钢筋骨架和钢筋网成型时优先采用电阻点焊。
4)电渣压力焊
电渣压力焊是将两钢筋安放成竖向对接形式,利用电流通过渣池所产生的热量来熔化钢筋,待到一定程度后施加压力,完成钢筋连接。这种焊接方法与电弧焊相比,节省钢材,工效高,成本低,质量易保证。电渣压力焊适用于柱、墙、构筑物等现浇混凝土结构中竖向受力钢筋的连接。不得在竖向焊接后横置于梁、板等构件中作水平钢筋用。电渣压力焊效果如图3-23所示。
图3-23 电渣压力焊
电渣压力焊的接头,同样应按规范规定的方法进行外观质量检查和进行力学试验。
5)气压焊
钢筋气压焊是采用一定比例的氧气—乙炔火焰对两连接钢筋接缝处进行加热,使钢筋端部加热达到高温状态,并施加足够的轴向压力而形成牢固的对焊接头。钢筋气压焊接方法具有设备简单、焊接质量好、效果高且不需要大功率电源等优点。
钢筋气压焊可用于直径40mm以下的HPB 300级、HRB 335级钢筋的纵向连接。当两钢筋直径不同时,其直径之差不得大于7mm。钢筋气压焊设备主要有氧气—乙炔供气设备、加热器、加压器及钢筋卡具等,见图3-24所示。
施焊前钢筋要用砂轮锯下料并用磨光机打磨,边棱要适当倒角,端面要平,端面基本上要与轴线垂直。端面附近50~100mm范围内的铁锈、油污等必须清除干净,然后用卡具将两根被连接的钢筋对正夹紧。
气压焊接头的质量检查包括外观检查和强度检验。外观检查要求:焊接部位钢筋轴线偏心应小于钢筋直径的1/10(焊接不同直径钢筋时偏心应小于小直径钢筋直径的1/10,且小直径钢筋不得错出大直径的钢筋范围),焊接处隆起的直径不小于钢筋直径的1/4倍,隆起的变形长度不小于钢筋直径的1.3~1.5倍;焊接接头隆起形状不应有显著的凸出和塌陷,不应有裂缝及过烧现象;焊接钢筋轴线夹角不得大于4°。强度检查要求:钢筋气压焊接头,5个试件的抗拉强度均不得低于该级别钢筋的抗拉强度标准值,全部试件断于焊缝之外并呈塑性断裂。气压焊拉伸试验的试件形式(图3-25),试件长度L=8d+2Lj,Lj为夹持长度(100~200mm)。
图3-24 气压焊设备示意图
1—脚踏液压泵;2—压力表;3—液压胶管;4—活动油缸;5—钢筋卡具;6—钢筋;7—焊枪;8—氧气瓶;9—乙炔瓶
图3-25 气压焊拉伸试验的试件形式
3.3.3 钢筋机械连接
钢筋机械连接是指通过连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用,将一根钢筋中的力传递至另一根钢筋的连接方法。机械连接与焊接相比具有以下优点:接头质量稳定可靠,受钢筋化学成分的影响、人为因素的影响小;操作简便,施工速度快,且不受气候条件影响;无污染,无火灾隐患,施工安全等。常见的有锥螺纹、直螺纹、套筒挤压连接。
1)锥螺纹连接
钢筋锥螺纹连接是利用锥形螺纹套筒将两根钢筋端头对接在一起,利用螺纹的机械咬合力传递拉力或压力。锥螺纹连接套是在工厂专用机床上加工制成的,钢筋套丝的加工是在钢筋套丝机上进行的。钢筋锥螺纹连接的接头如图3-26所示。
2)直螺纹连接
为了提高螺纹套筒连接的质量,近年来又开发了直螺纹套筒
连接。直螺纹连接是将钢筋待连接的端头滚扎成规整的直螺纹,再用相配套的直螺纹套筒将两钢筋相对拧紧,实现连接。该技术
的优点在于无虚拟螺纹,力学性能好,连接安全可靠,接头强度能达到与钢筋母材等强。钢筋直螺纹连接的接头形式如图3-27
所示。
图3-26 钢筋锥螺纹连接的接头
图3-27 钢筋直螺纹连接
3)套筒挤压连接
钢筋套筒挤压连接是一项新型钢筋连接工艺,它改变了电弧焊、电渣焊、闪光焊、气压焊等传统焊接工艺的热操作方法,是在常温下采用特别钢筋连接机,将钢套筒和两根待接钢筋压接成一体,使套筒塑性变形后与钢筋上的横肋纹紧密地咬合在一起,从而达到连接效果的一种机械接头方式。冷压接头具有性能可靠、操作简便、施工速度快、施工不受气候影响、省电等优点。两根钢筋插入钢套筒后,用带有梅花齿形内模的钢筋连接机对套筒外壁加压,螺纹钢筋的横肋间隙中,这时继续加压使钢套筒的金属冷塑性变形程度加剧,进一步加强硬化程度,其强度提高110~140 MPa,如图3-28、图3-29所示。
图3-28 套筒挤压连接
1一已挤压的钢筋;2—钢套筒:3—未挤压的钢筋
图3-29 套筒挤压连接施工现场
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