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        鋼筋套筒連接技術(shù)在核電工程中的應(yīng)用

        2016-04-27 03:03:36左紹兵
        四川水泥 2016年10期
        關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)值套筒螺紋

        左紹兵

        (上海核工程研究設(shè)計(jì)院 上海 200233)

        鋼筋套筒連接技術(shù)在核電工程中的應(yīng)用

        左紹兵

        (上海核工程研究設(shè)計(jì)院 上海 200233)

        鋼筋套筒連接技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)、民用、道路、橋梁、水工建筑、海洋工程、核電工程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本文介紹了常用的鋼筋連接套筒分類以及不同國家鋼筋連接套筒強(qiáng)度要求,并介紹了鋼筋套筒連接技術(shù)在第三代非能動(dòng)核電工程中的應(yīng)用情況和技術(shù)要求。由于在第三代非能動(dòng)核電工程采用了鋼板混凝土這一結(jié)構(gòu)形式,從而大量使用了可焊型機(jī)械套筒,目前可焊型套筒采用進(jìn)口套筒,基于此,本文亦對可焊型套筒的國產(chǎn)化進(jìn)行了思考和探討。

        鋼筋套筒連接;接頭強(qiáng)度;可焊型套筒

        1.引言

        鋼筋套筒連接是繼綁扎連接、焊接連接之后的一種新型連接方式,以其接頭強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、節(jié)省材料、操作方便、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)在世界各個(gè)國家迅速發(fā)展,廣泛應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域。第三代非能動(dòng)核電工程中也采用了鋼筋套筒連接技術(shù),由于采用了鋼板混凝土這一結(jié)構(gòu)形式,所以大量使用了可焊型機(jī)械套筒。本文對常用機(jī)械連接套筒分類、不同國家鋼筋連接套筒強(qiáng)度要求以及第三代非能動(dòng)核電工程中機(jī)械套筒的應(yīng)用情況和技術(shù)要求進(jìn)行介紹和分析,并對可焊型鋼筋連接套筒的國產(chǎn)化進(jìn)行了思考和探討。

        2.機(jī)械連接套筒分類

        常用的機(jī)械連接套筒有直螺紋套筒、錐螺紋套筒和擠壓套筒,它們的優(yōu)缺點(diǎn)如下[1-2]。

        鐓粗直螺紋套筒,提前預(yù)制,強(qiáng)度高,易裝配;但鋼筋延性降低,易脆斷,螺紋加工工序多。

        直接滾壓直螺紋套筒,螺紋加工簡單,設(shè)備投入少;但鋼筋粗細(xì)不均,螺紋精度差,設(shè)備損耗大。

        擠(碾)壓肋滾壓直螺紋套筒,螺紋精度較直接滾壓螺紋有一定提高;但設(shè)備投入多,不能消除鋼筋粗細(xì)不均對螺紋精度的影響。

        剝肋滾軋直螺紋套筒,螺紋牙型好,精度高,易裝配,設(shè)備損耗低;但設(shè)備投入多。

        錐螺紋套筒,提前預(yù)制,易裝配;但削弱母材截面,強(qiáng)度降低,螺紋加工精度要求高,受操作影響大。

        擠壓套筒,強(qiáng)度高;但擠壓對接頭可能產(chǎn)生不利影響,設(shè)備笨重,費(fèi)材料。

        另外,直螺紋接頭強(qiáng)度不受扭緊力矩的影響,絲扣松動(dòng)和少擰不會(huì)明顯影響接頭強(qiáng)度,且較錐螺紋和擠壓接頭省鋼材。

        3.各國機(jī)械連接套筒的強(qiáng)度要求

        鋼筋機(jī)械連接套筒要達(dá)到的目的是鋼筋等強(qiáng)連接,為達(dá)到這一要求,各國對機(jī)械連接套筒連接的接頭強(qiáng)度都提出了要求:

        中國:I級接頭,連接件極限抗拉強(qiáng)度大于或等于被連接鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.10 倍;II級接頭,連接件極限抗拉強(qiáng)度不小于被連接鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;III級接頭,連接件極限抗拉強(qiáng)度不小于被連接鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.25 倍[3]。

        美國:接頭抗拉強(qiáng)度不小于被連接鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.25 倍[4-5]。

        英國、法國:接頭抗拉強(qiáng)度不小于鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值[6]。

        4.第三代非能動(dòng)核電工程中機(jī)械連接套筒的形式和技術(shù)要求

        4.1 套筒形式

        第三代非能動(dòng)核電工程中常用的機(jī)械連接套筒有三種形式:標(biāo)準(zhǔn)連接套筒、帶法蘭連接套筒和可焊型連接套筒。

        標(biāo)準(zhǔn)連接套筒廣泛應(yīng)用于核島底板、墻體、樓板等混凝土結(jié)構(gòu)中,和一般工程項(xiàng)目中的套筒形式相同。

        帶法蘭連接套筒用于樓板鋼筋和鋼板混凝土結(jié)構(gòu)墻體之間的連接,與標(biāo)準(zhǔn)連接套筒相似,其中法蘭主要是將套筒和鋼板進(jìn)行臨時(shí)焊接固定,方便鋼筋的安裝。如圖4.2所示。

        圖3.1 帶法蘭機(jī)械連接套筒

        可焊型套筒用于第三代非能動(dòng)核電工程中鋼板混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)埋板,用來將錨固鋼筋和鋼板進(jìn)行連接,如圖3.2所示。由于該類套筒在國內(nèi)其他項(xiàng)目中應(yīng)用較少,且焊接性能要求較高,目前項(xiàng)目中采用的是國外錐螺紋套筒。

        圖3.2 可焊型機(jī)械連接套筒

        4.3 套筒技術(shù)要求

        第三代非能動(dòng)核電工程中混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基于核安全有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范ACI 349,ACI 349中機(jī)械接頭的強(qiáng)度要求相當(dāng)于國內(nèi)III級機(jī)械接頭,考慮到核電工程結(jié)構(gòu)的安全性及國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的適用性,工程中根據(jù)套筒使用的部位和接頭百分率采用符合JGJ 107規(guī)定的I、II級機(jī)械接頭,并按照ACI 349補(bǔ)充循環(huán)加載試驗(yàn)和應(yīng)變試驗(yàn)要求,對于可焊型機(jī)械套筒要求進(jìn)行焊接工藝評定:

        循環(huán)加載試驗(yàn):對于每一種機(jī)械連接,至少取3組試件進(jìn)行100次頻率為1Hz正弦波形式的循環(huán)加載試驗(yàn),加載范圍為被連接鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的5%~90%,循環(huán)加載試驗(yàn)后對試件進(jìn)行靜力試驗(yàn),相對直接進(jìn)行靜力張拉試驗(yàn)應(yīng)無承載力損失。

        應(yīng)變試驗(yàn):對于每一種機(jī)械連接,應(yīng)至少進(jìn)行 6組應(yīng)變試驗(yàn),在達(dá)到鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 90%時(shí),機(jī)械連接總長度的應(yīng)變不超過相同長度被連接鋼筋應(yīng)變的150%。

        焊接工藝評定:對于可焊型機(jī)械套筒,應(yīng)對焊接試件進(jìn)行靜力拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果不低于對應(yīng)等級接頭的抗拉強(qiáng)度要求,并進(jìn)行焊縫宏觀金相試驗(yàn)。

        5.可焊型鋼筋機(jī)械套筒國產(chǎn)化建議目前第三代非能動(dòng)核電工程中的可焊型鋼筋套筒采用國外進(jìn)口套筒,國內(nèi)正在開展國產(chǎn)化研制工作,結(jié)合設(shè)計(jì)要求和實(shí)際工程應(yīng)用情況對可焊型套筒國產(chǎn)化建議如下:

        (1)可焊型套筒在工程使用中接頭百分比一般大于50%,套筒性能應(yīng)滿足國內(nèi)I級接頭的要求;

        (2)套筒原材料屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度不宜低于45號鋼;

        (3)套筒原材料碳當(dāng)量不宜超過0.45%;

        (4)套筒內(nèi)螺紋優(yōu)先采用直螺紋。

        6.結(jié)語

        隨著建筑結(jié)構(gòu)形式不斷的創(chuàng)新和發(fā)展,對鋼筋套筒的連接形式和性能不斷提出新的要求,第三代非能動(dòng)核電工程中可焊型鋼筋連接套筒的應(yīng)用就對國內(nèi)機(jī)械套筒的研發(fā)和制造提出了新的要求,相信隨著套筒研發(fā)能力和制造水平不斷進(jìn)步和提升,安全、質(zhì)量、高效的鋼筋機(jī)械連接技術(shù)一定會(huì)更好地服務(wù)于各類重大工程項(xiàng)目。

        [1]劉永頤,鋼筋等強(qiáng)度直螺紋連接——新一代鋼筋機(jī)械連接技術(shù)[J],建筑結(jié)構(gòu),1999(1).

        [2]魏克,姚德龍,大直徑鋼筋機(jī)械連接技術(shù)——套管擠壓與錐螺紋的比較分析[J],天津建設(shè)科技,2001(2).

        [3]JGJ 107-2016,鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2016.

        [4]ACI 318-08,Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary[S].USA: ACI Committee 318,2008.

        [5]ACI 349-06,Code Requirements for Nuclear Safety Related Concrete Structures[S].USA: ACI Committee 349,2006.

        [6]ISO 15835-2009,Steels for the reinforcement of concrete-Reinforcement couplers for mechanical splices of bars[S].ISO,2009.

        G322

        B

        1007-6344(2016)10-0231-02

        左紹兵,男,1983年出生,2009年3月獲得同濟(jì)大學(xué)碩士研究生學(xué)歷,2009年4月至今在上海核工程研究設(shè)計(jì)院土建公用設(shè)施所工作,主要研究方向:大型先進(jìn)壓水堆國家重大專項(xiàng)模塊化技術(shù)研究。

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