馮 鵬，周正海，田 野，葉列平

（1.清華大學(xué) 土木工程系，北京 100084；2.中國建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司，北京 100013）

鋼筋連接是混凝土結(jié)構(gòu)施工中量大面廣、不可避免的工作，如何有效、簡便、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)鋼筋連接是一項(xiàng)意義重大、影響面廣的研究。

目前，中國規(guī)范規(guī)定，受力鋼筋連接包括機(jī)械連接、綁扎搭接或焊接連接3種方式。綁扎搭接施工方便，操作難度低，但需要設(shè)置較長的錨固長度，搭接接頭連接區(qū)段內(nèi)必須按要求布置箍筋［1－3］，箍筋用量較大。另外，當(dāng)鋼筋較粗時(shí)，綁扎搭接施工困難且容易產(chǎn)生裂縫，因此規(guī)范對其直徑的適用范圍進(jìn)行了限制［4］。機(jī)械連接需要對鋼筋接頭進(jìn)行機(jī)械處理，操作工藝復(fù)雜，直徑較小的鋼筋不適用機(jī)械連接，且費(fèi)用昂貴。焊接連接效果最好，連接強(qiáng)度可以達(dá)到甚至超過鋼筋自身強(qiáng)度，但是施工要求高，受施工現(xiàn)場天氣條件等影響較大，而且焊接位置處形成的熱影響區(qū)和殘余應(yīng)力等對連接的性能影響較大；《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》（JGJ 18－2003）規(guī)定，搭接焊時(shí)，焊接端鋼筋應(yīng)預(yù)彎，并應(yīng)使兩鋼筋的軸線在同一直線上，消除偏心作用的影響［5］。

實(shí)際工程中，直徑10～16mm的鋼筋應(yīng)用量很大，其連接方式主要以綁扎搭接為主，尤其是12和14mm的鋼筋幾乎全部采用綁扎搭接。受力縱筋的綁扎搭接對搭接區(qū)橫向配筋有較高的要求［2］，且鋼筋直徑越小，橫向配筋越多，這就使得在實(shí)際工程中，由于鋼筋綁扎搭接產(chǎn)生了一部分額外的用鋼量。隨著HRB500鋼筋等高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用，鋼筋抗拉強(qiáng)度增大，鋼筋搭接長度也相應(yīng)增大，這部分額外增加的用鋼量將相應(yīng)增加。例如在C40混凝土柱中，直徑14mm的HRB335鋼筋基本搭接長度為413mm，而HRB500鋼筋則需要598mm。針對這種情況，筆者提出了2種鋼筋混凝土豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的鋼筋連接結(jié)構(gòu)（專利號(hào)分別為：200920163870.5和201020166469.x）［6－7］。這是一種鋼筋焊搭混合連接，希望實(shí)現(xiàn)有效、簡便、經(jīng)濟(jì)的鋼筋連接方式。這種連接與傳統(tǒng)的鋼筋綁扎搭接、機(jī)械連接和焊接連接相比，可節(jié)省材料，且施工方便、造價(jià)低，如果在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)尤其是剪力墻等鋼筋用量較大的結(jié)構(gòu)中推廣使用，可以取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)于鋼筋混合連接的相關(guān)試驗(yàn)研究較少，Chun等［8］通過48根軸壓柱試驗(yàn)研究橫截面箍筋對于受壓鋼筋連接強(qiáng)度的影響；Bashandy［9］通過16個(gè)在彎曲梁跨中受拉區(qū)布置鋼筋連接的彎曲試驗(yàn)，研究在總截面面積不變的情況下并筋對于鋼筋連接強(qiáng)度的影響；Hassan等［10］進(jìn)行了20個(gè)足尺梁模型彎曲試驗(yàn)，研究了受拉區(qū)縱向主筋搭接連接強(qiáng)度的影響因素及大小。Issa等［11］通過試驗(yàn)研究，認(rèn)為鋼筋焊接連接的焊腳尺寸應(yīng)取為鋼筋直徑的0.3倍，焊縫最小長度應(yīng)為15倍鋼筋直徑，并且認(rèn)為焊接連接在高強(qiáng)度鋼筋、低強(qiáng)度混凝土或者大直徑鋼筋等特殊情況下具有較好的經(jīng)濟(jì)性。Hosny等［12］進(jìn)行了66個(gè)大尺寸鋼筋連接試驗(yàn)，探討了常規(guī)的計(jì)算公式對于無約束高強(qiáng)鋼筋的適用情況，認(rèn)為在某些情況下可能會(huì)過高的估計(jì)鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度，并提出一種適用于無約束高強(qiáng)鋼的延伸長度計(jì)算公式。Xiao等［13］對高強(qiáng)鋼筋（HPB500）在高性能混凝土（C60）中的錨固性能進(jìn)行了靜力和疲勞試驗(yàn)研究，并結(jié)合有限元對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。Simons等［14］對比現(xiàn)澆混凝土中鋼筋連接，研究了后植筋在地震激勵(lì)下的粘結(jié)性能，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出了地震荷載作用下后植筋的設(shè)計(jì)模型。對于搭接混合連接的受力性能的研究未見有文獻(xiàn)涉及。

筆者通過138個(gè)連接試件拉伸試驗(yàn)，針對12和14mm兩種直徑的鋼筋，從非埋入混凝土和埋入混凝土兩個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)，分別研究鋼筋單獨(dú)作用的鋼筋連接性能和鋼筋與混凝土共同作用下的鋼筋連接性能，對其破壞模式和受力性能進(jìn)行分析，對鋼筋焊搭混合連接的性能進(jìn)行研究。

1 非埋入混凝土鋼筋連接性能試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

非埋入混凝土鋼筋連接性能試驗(yàn)試件共計(jì)36個(gè)，按焊接方式分為3組：單點(diǎn)焊接、兩點(diǎn)焊接和三點(diǎn)焊接。每組又根據(jù)鋼筋等級(jí)和直徑不同制作4種試件，每種試件按相同要求制做3個(gè)。對所有試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)（見表1），并對每種母材進(jìn)行材性試驗(yàn)，共計(jì)16種試件。在試驗(yàn)過程中記錄屈服承載力、極限承載力，并計(jì)算鋼筋伸長率［15］。

單點(diǎn)焊試件的搭接長度和施焊長度均為10倍鋼筋直徑（文中用d表示），搭接區(qū)域全部滿焊；兩點(diǎn)焊組試件的搭接長度為30 d，在搭接區(qū)域兩端各5 d長度區(qū)域內(nèi)施焊，焊縫總長度為10 d；三點(diǎn)焊組試件的搭接長度同樣為30 d，在搭接區(qū)域兩端和中點(diǎn)處分別施焊三條長度為5 d的焊縫，焊縫總長度為15 d。為了與工程實(shí)際相符合，焊接方法單面手工電弧焊，焊縫布滿并排放置的鋼筋之間的凹槽，根據(jù)文獻(xiàn)［10］認(rèn)為焊腳尺寸為0.3倍直徑。材料性能見表2。

表2 試驗(yàn)材料性能 MPa

試驗(yàn)使用1000kN拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。試驗(yàn)裝置見圖1。將試件兩端分別夾持在試驗(yàn)機(jī)的上下夾具內(nèi)，施加單調(diào)拉伸荷載至試件破壞，觀察其破壞模式，記錄屈服及極限承載力大小。試件破壞后測量其伸長率。

圖1 試驗(yàn)裝置

1.2 破壞過程與破壞形態(tài)

從試驗(yàn)過程中來看，3種鋼筋連接的破壞形態(tài)與過程基本相同，都是經(jīng)歷屈服、強(qiáng)化、頸縮的階段后被拉斷而破壞。受到焊接熱影響作用導(dǎo)致鋼材性能下降，每種連接方式都有斷點(diǎn)位于焊縫外側(cè)端部的情況出現(xiàn)，但多數(shù)構(gòu)件破壞模式主要以鋼筋拉斷為主，試件的破壞都發(fā)生在搭接區(qū)域以外。構(gòu)件破壞形態(tài)如圖2所示。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。將試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)整理分析，如圖3所示。

圖3中的數(shù)據(jù)選取試驗(yàn)結(jié)果的平均值。從圖中可以看出，對于相同母材的焊接連接，不同連接方式的極限承載力區(qū)別不大。其中 HRB335－Φ14－三點(diǎn)焊連接的極限荷載較低，屬于焊接質(zhì)量問題，3根構(gòu)件的極限荷載離散較大，不予考慮。從結(jié)果中可以看到，3種連接方式均滿足要求。三點(diǎn)焊組相比于兩點(diǎn)焊組，在承載力的表現(xiàn)上沒有明顯提高，兩點(diǎn)焊的連接強(qiáng)度甚至超過三點(diǎn)焊，說明焊縫長度不是決定承載力的主要因素。而在工程實(shí)踐中，三點(diǎn)焊的連接方法在沒有明顯提高連接效果的情況下，增加了施工的成本和復(fù)雜程度，因此在下一步實(shí)驗(yàn)中，選用兩點(diǎn)焊與綁扎進(jìn)行對比，不再設(shè)置三點(diǎn)焊連接對比組。

圖2 非埋入混凝土鋼筋連接構(gòu)件破壞形態(tài)

圖3 不同連接方式的屈服和極限強(qiáng)度對比

2 埋入混凝土鋼筋連接性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

埋入混凝土鋼筋連接性能試驗(yàn)試件共計(jì)102個(gè)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮鋼筋混凝土共同作用。按連接方式分為3組：綁扎搭接、單點(diǎn)焊連接和兩點(diǎn)焊連接，分別用L、M1和M2表示，其中M2組即為所提出的焊搭混合連接方式。每組有根據(jù)鋼筋直徑和搭接長度不同進(jìn)行試件設(shè)計(jì)：選擇12和14mm 2種鋼筋直徑，每組設(shè)置6種搭接長度，M2組最短時(shí)與M1相同，因此實(shí)際包含5種搭接長度，共34種試件，每種試件按照相同要求制作3個(gè)（試件具體情況如表3所列）。

表3 埋入混凝土鋼筋連接性能試驗(yàn)試件

試件制作使用HRB335鋼筋，鋼筋實(shí)測抗拉屈服強(qiáng)度為364MPa，極限強(qiáng)度為604MPa。各試件的鋼筋搭接長度如表3所示，L組不進(jìn)行焊接，使用火燒絲進(jìn)行三點(diǎn)綁扎，綁扎位置如圖4（a）所示；M1組在鋼筋搭接區(qū)域中點(diǎn)處施加10 d長的焊縫；M2組在鋼筋搭接區(qū)域兩端設(shè)置2條長為5 d的焊縫，焊縫總長為10 d，施焊位置如圖4所示。與非埋入混凝土鋼筋連接性能試驗(yàn)相同，所有焊縫均使用單面手工電弧焊。

試件制作使用的混凝土150mm立方體抗壓強(qiáng)度平均值為54.2MPa。試件混凝土部分為截面100mm×100mm，長度為鋼筋搭接長度加100mm的棱柱體，搭接鋼筋端部距離混凝土表面50mm，鋼筋?yuàn)A持端的端部距離混凝土表面150mm。鋼筋穿過棱柱體上下表面的中心，無橫向配筋約束。試件構(gòu)造圖見圖4。

使用1000kN拉力試驗(yàn)機(jī)對試件進(jìn)行加載。將試件的夾持端分別夾持在試驗(yàn)機(jī)的上下夾具，施加單調(diào)拉伸荷載，加載至試件徹底喪失承載力。觀察試件在破壞過程中混凝土的裂縫發(fā)展情況和破壞模式，記錄其屈服及極限承載力大小，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。

2.2 破壞過程與破壞形態(tài)

2.2.1 綁扎搭接 綁扎搭接的構(gòu)件在拉伸過程中，首先出現(xiàn)微小的橫向裂縫，大多分布在鋼筋搭接區(qū)域內(nèi)的兩側(cè)。當(dāng)橫向裂縫發(fā)展到一定程度后，裂縫開始向斜向發(fā)展，形成斜向裂縫，然后鋼筋一般會(huì)進(jìn)入屈服階段，與此同時(shí)，多條斜向裂縫共同發(fā)展，連結(jié)成一條主劈裂裂縫，最終由于主裂縫發(fā)展過寬導(dǎo)致混凝土發(fā)生破壞。綁扎搭接的傳力主要依靠鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)錨固。當(dāng)混凝土破壞后，粘結(jié)錨固失效，鋼筋綁扎搭接喪失承載力。另外，對于長度較小的構(gòu)件，由于錨固長度不足，會(huì)出現(xiàn)混凝土沒有橫向裂縫，而鋼筋直接被拔出的情況；在搭接長度較小的情況下，試件會(huì)出現(xiàn)鋼筋未進(jìn)入屈服階段，連接就直接發(fā)生破壞的現(xiàn)象，而且搭接長度越小，鋼筋連接跳過屈服階段直接破壞的現(xiàn)象越明顯。裂縫發(fā)展過程及破壞的典型形式如圖5所示。

圖4 埋入混凝土鋼筋連接性能試驗(yàn)試件構(gòu)造圖（單位：mm）

圖5 綁扎搭接

2.2.2 單點(diǎn)焊連接 單點(diǎn)焊連接的構(gòu)件在拉伸過程中，鋼筋搭接范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)橫向裂縫。隨著荷載進(jìn)一步增加，混凝土的端部出現(xiàn)斜裂縫，并發(fā)展成為端部破壞，部分構(gòu)件端部破壞呈現(xiàn)錐形破壞形態(tài)，甚至發(fā)生端部脫落；荷載繼續(xù)增加，鋼筋屈服、頸縮直至被拉斷，最終破壞。鋼筋的斷點(diǎn)多位于混凝土包裹范圍外，少數(shù)破壞發(fā)生在混凝土內(nèi)部。鋼筋搭接區(qū)域內(nèi)混凝土破壞不明顯。裂縫發(fā)展過程及破壞的典型形式如圖6。

從破壞現(xiàn)象分析，試驗(yàn)開始初期，在受拉荷載作用下，鋼筋與混凝土協(xié)調(diào)變形，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)均勻的橫向裂縫，隨著荷載繼續(xù)增加，裂縫持續(xù)發(fā)展，由于焊接鋼筋的偏心受拉作用，導(dǎo)致鋼筋搭接區(qū)域未焊接部位開始張開，形成對搭接區(qū)域邊緣混凝土由內(nèi)向外的張力，混凝土開始出現(xiàn)斜裂縫，并繼續(xù)發(fā)展，端部混凝土劈裂后開始剝落，最終進(jìn)入鋼筋單獨(dú)工作狀態(tài)，依次出現(xiàn)屈服，頸縮和破壞，試件最終破壞。

2.2.3 兩點(diǎn)焊連接 M2組試件的焊縫分為兩部分，位于搭接區(qū)域的兩端。試件在加載過程中，混凝土表面幾乎沒有觀察到裂縫出現(xiàn)；鋼筋在混凝土未發(fā)生明顯破壞的情況下直接屈服、頸縮直至被拉斷，鋼筋的斷點(diǎn)均位于混凝土外。在鋼筋與混凝土界面交界的地方有少許混凝土松動(dòng)。裂縫發(fā)展過程及破壞的典型形式如圖7。

圖7 兩點(diǎn)焊連接

根據(jù)以上現(xiàn)象可以看出，3種連接方式的破壞模式表現(xiàn)出明顯的不同。綁扎搭接連接由于僅靠粘結(jié)錨固傳力，所以連接發(fā)生破壞也就是鋼筋與混凝土的界面發(fā)生破壞，破壞模式的主要特點(diǎn)為混凝土先后出現(xiàn)橫向裂縫和斜裂縫，并發(fā)展為劈裂裂縫，直至混凝土完全破壞。而M1組試件大部分荷載由焊縫傳遞，且焊縫附近熱影響區(qū)剛度較大，導(dǎo)致鋼筋連接在兩端的應(yīng)變大于中央，鋼筋與混凝土的界面破壞主要集中在兩端，破壞模式主要為混凝土橫向裂縫發(fā)展至混凝土被拉壞。兩點(diǎn)焊組試件的2條焊縫將連接鋼筋的搭接區(qū)域連結(jié)成為一個(gè)整體，其縱向剛度為2根鋼筋相加，大于搭接區(qū)域外的單根鋼筋，所以在加載過程中，搭接區(qū)域縱向應(yīng)變小于非搭接區(qū)域，混凝土破壞主要發(fā)生在非搭接區(qū)域以外，破壞模式為混凝土出現(xiàn)輕微角部破壞，鋼筋在混凝土外部某點(diǎn)被拉斷。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

將試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)整理如圖8所示。

圖8 不同鋼筋連接方式的極限荷載

對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出結(jié)論：對于埋入式鋼筋連接，也就是在工程中實(shí)際應(yīng)用的鋼筋連接來講，焊接連接的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于綁扎搭接，尤其是對于搭接長度較小的連接，焊接連接能夠保證具有較大的極限荷載，其穩(wěn)定性優(yōu)于綁扎搭接。就綁扎搭接的方式而言，Φ14比Φ12的鋼筋連接效果相對較差，Φ12的鋼筋連接在保證搭接長度的前提下，基本可以達(dá)到焊接連接的極限強(qiáng)度，而Φ14的鋼筋連接則無法達(dá)到焊接連接的極限荷載，說明鋼筋直徑越大，焊搭混合連接的效果更明顯。

3 埋入式鋼筋連接受力分析

3.1 鋼筋連接傳力機(jī)理分析

鋼筋連接是將2根獨(dú)立的鋼筋連接在一起，所以無論何種形式的連接，與整體鋼筋的直接傳力相比，傳力機(jī)理都發(fā)生了改變，都是改變了對整體鋼筋傳力效果的一種削弱。所以，要改進(jìn)鋼筋的連接方法，必須首先明確鋼筋連接的傳力機(jī)理。

綁扎搭接連接的實(shí)質(zhì)就是搭接的2根鋼筋分別在混凝土內(nèi)部的錨固。相向受力的鋼筋分別錨固在搭接連接區(qū)段的混凝土中而將力傳遞給混凝土，從而實(shí)現(xiàn)鋼筋之間應(yīng)力的傳遞。但由于2根鋼筋之間拼縫處混凝土受力不利，握裹力受到削弱，因此搭接傳力比錨固受力差，搭接長度應(yīng)大于錨固長度。此外，搭接鋼筋橫肋斜向擠壓錐楔作用造成的徑向推力引起了2根鋼筋的分離趨勢，2根搭接鋼筋之間容易出現(xiàn)縱向劈裂裂縫，甚至因兩筋分離而破壞，因此必須保證強(qiáng)有力的配箍約束［1］。

焊接是受力鋼筋之間通過熔融金屬直接傳力。若焊接質(zhì)量可靠，則不存在強(qiáng)度、剛度、恢復(fù)性能、破壞形態(tài)等方面的缺陷。但是如果將未處理的鋼筋并排焊在一起，沒有對中導(dǎo)致的偏心作用可能會(huì)導(dǎo)致混凝土發(fā)生劈裂。

將以上2種方法結(jié)合，將2根搭接連接的鋼筋通過少量的焊接連接，加強(qiáng)其等效配箍約束。當(dāng)焊接點(diǎn)在搭接部位中間時(shí)，鋼筋搭接區(qū)域內(nèi)焊接部位為焊接傳力，焊接部位之外為粘結(jié)傳力，在偏心作用下，非焊接區(qū)域會(huì)逐漸分開，導(dǎo)致混凝土發(fā)生劈裂，端部混凝土脫落，效果較差；而當(dāng)焊接點(diǎn)位于搭接部位兩端時(shí)，兩端受到焊接點(diǎn)的約束，不利于劈裂裂縫的產(chǎn)生，有利于防止混凝土劈裂裂縫的產(chǎn)生；同時(shí)，焊縫也可以進(jìn)行一部分力的傳遞。

3.2 鋼筋連接偏心影響分析

結(jié)合試驗(yàn)，對不同焊搭混合連接方式的偏心影響進(jìn)行分析。假設(shè)焊接區(qū)域?yàn)閯傮w，不會(huì)發(fā)生彎曲變形，焊接區(qū)域以外受到拉力作用，也不會(huì)發(fā)生彎曲變形，所以在拉力作用下，鋼筋連接進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整時(shí)，在焊接區(qū)域邊緣由于抗彎剛度突變，該位置會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)角變形，如圖9所示。

圖9 不同連接方式鋼筋連接偏心分析

如圖9所示，以直徑14mm，搭接長度319mm的試件為例，計(jì)算可得：對于單點(diǎn)焊連接方式，當(dāng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)完成以后，焊縫邊緣區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)角大小為4.9°，如果不考慮鋼筋受混凝土約束作用，導(dǎo)致搭接邊緣區(qū)域可能發(fā)生寬度為0.57 d的分離，將對混凝土產(chǎn)生不利影響。這種效應(yīng)隨著鋼筋直徑的增加而愈加明顯。而當(dāng)使用兩點(diǎn)焊連接方式，由于焊縫將整個(gè)搭接區(qū)域連為一體，剛性區(qū)域明顯增大，焊縫邊緣區(qū)域轉(zhuǎn)角減小為2.5°，搭接區(qū)域邊緣由于焊縫作用不會(huì)張開，對于防止混凝土開裂有利。

使用ANSYS中的solid45實(shí)體單元建模。幾何模型為兩根截面為正方形的鋼筋模型，截面面積按照面積等效原則將邊長取為a＝12.04mm（以直徑14mm，搭接長度319mm的試件為例）。先按照《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》（JGJ 18－2003）［5］的做法建立模型，對預(yù)彎后的鋼筋建立幾何模型，耦合節(jié)點(diǎn)模擬焊接。對于試驗(yàn)構(gòu)件，建立長方體幾何模型，每根鋼筋在截面上劃分為4×4的網(wǎng)格，在長度上分為50段，單元的長寬高之比約為1∶1∶3.4。劃分單元后對鋼筋焊接區(qū)域進(jìn)行節(jié)點(diǎn)耦合，模擬焊接連接。在鋼筋兩端分別加位移約束和荷載。計(jì)算得到如圖10所示結(jié)果。

有限元分析驗(yàn)證了彎曲變形主要發(fā)生在焊接區(qū)域以外，尤其是在單點(diǎn)焊連接形式中，在搭接焊區(qū)域邊緣形成了由彎曲變形引起的楔形開口。通過應(yīng)力分布圖可以看出，兩點(diǎn)焊連接區(qū)域的焊縫撕裂力應(yīng)力集中區(qū)域小于單點(diǎn)焊連接形式。

圖10 有限元計(jì)算橫截面應(yīng)力分布和變形圖（所標(biāo)數(shù)字為橫向截面應(yīng)力最大值）

經(jīng)過以上分析可以看出兩點(diǎn)焊連接在減小偏心作用方面具有優(yōu)勢，應(yīng)該盡量采用兩點(diǎn)焊鋼筋連接方式。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

以沈陽某商住樓小區(qū)項(xiàng)目為例，通過簡單計(jì)算評(píng)價(jià)焊搭混合連接方式的經(jīng)濟(jì)性。文中提到的焊搭混合連接方式，已在該工程中得到具體應(yīng)用。該項(xiàng)目包括回遷樓14棟（22層），住宅建筑面積共108404.48m2，商品樓9棟（20層），住宅建筑面積共78805.92m2，兩者高度皆小于80m，為三級(jí)抗震墻。假設(shè)層高為2800mm，柱混凝土C30，柱截面尺寸為200mm×400mm，縱筋6Φ12，箍筋為Φ8＠200（以圖11所示暗柱為例），則計(jì)算可得每根箍筋的長度為1.214m。

傳統(tǒng)綁扎連接方式下箍筋包括加密區(qū)箍筋和非加密區(qū)箍筋。在加密區(qū)箍筋間距按規(guī)范規(guī)定取為5 d，即60mm，則加密區(qū)箍筋根數(shù)為26根。非加密區(qū)箍筋間距為200mm，則非加密區(qū)箍筋根數(shù)為7根，總計(jì)33根，總重量15.83kg。

采用焊搭混合連接方式下，不需要考慮箍筋加密布置，所有區(qū)域均按箍筋間距200mm計(jì)算，則箍筋總根數(shù)為15根，重量為7.2kg。將計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表4 兩種方案經(jīng)濟(jì)性分析對比

結(jié)合工程實(shí)際，可以計(jì)算得出面均節(jié)省費(fèi)用指標(biāo)，如表5所示。

表5 面均節(jié)省費(fèi)用指標(biāo)計(jì)算

從表中可以看出使用焊搭混合連接進(jìn)行鋼筋連接可以節(jié)省大量的柱箍筋用量，節(jié)約比例可以達(dá)到31.76%。與現(xiàn)行規(guī)范相比，雖然雙點(diǎn)焊搭接區(qū)多出了12 d的縱筋長度（重量約為0.127kg），但與加密區(qū)箍筋的數(shù)量相比，這些增加是微不足道的，綜合來看焊搭混合連接有非常好的經(jīng)濟(jì)性。將此數(shù)據(jù)參考以往工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，每平米可以節(jié)約11.5～13.5元。

對于該工程而言，僅鋼筋材料費(fèi)用的節(jié)省，就可以節(jié)約工程造價(jià)250余萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。此外，焊搭混合連接方式還降低了鋼筋連接的操作難度，加快了施工速度，保證了施工質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，焊搭混合連接方式具有明顯優(yōu)勢。

5 結(jié)論

通過上述對鋼筋連接性能兩部分試驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié)，得到以下結(jié)論：

1）中等直徑鋼筋焊搭混合連接能實(shí)現(xiàn)有效的鋼筋受拉連接：承載力滿足要求，破壞模式合理。兩點(diǎn)焊與單點(diǎn)焊相比，破壞模式更為合理，建議優(yōu)先采用兩點(diǎn)焊。

2）在混凝土中，單點(diǎn)焊與兩點(diǎn)焊在極限強(qiáng)度上高于綁扎搭接的性能，在搭接長度很短（15 d）時(shí)就能滿足強(qiáng)度要求。

3）焊搭混合連接的傳力機(jī)制與搭接連接不同，焊縫在連接中除了發(fā)揮傳力作用外，還起到橫向約束作用，有效地減少了鋼筋偏心對于連接的不利影響，破壞模式中沒有劈裂破壞出現(xiàn)也證明了這一點(diǎn)。

4）焊搭混合連接方式作為一種簡單經(jīng)濟(jì)的鋼筋連接方式，可以應(yīng)用于大量使用鋼筋的鋼混結(jié)構(gòu)（如剪力墻結(jié)構(gòu)等）中，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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