螺紋段鋼筋連接處補強技術在橋梁工程中的應用研究

常青峰

（山西晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600）

0 引言

橋梁墩柱上要用到鋼筋籠，在鋼筋籠與鋼筋籠間進行連接時，采取了鋼筋與鋼筋用套筒連接的方式（這個方法最先在建筑行業推廣的，現有規范也是建筑行業編的）[1]，將這個方法運用到橋上的鋼筋籠之間連接時，是做了改進的（規范是針對單根鋼筋與單根鋼筋連接的），要實現鋼筋籠與鋼筋籠之間連接時，做了相應改進，先在一個鋼筋籠上開套筒長的螺紋，將套筒旋上去，當上下兩個鋼筋籠對好位后，再將套筒往下面旋一半到下面的鋼筋籠上，這樣就能很好地將上下兩個籠連在一起[2]。但是這樣做以后出現了一個缺陷，就是套筒往下旋后，上面鋼筋籠的鋼筋會露出半個套筒長的開螺紋段，正是這段削減鋼筋的受力面積，而規范針對單根鋼筋連接，一端的鋼筋可以旋轉，就不存在有削弱段，此為問題之一[3-4]。另外，鋼筋籠在對接過程中不是所有的鋼筋都可以在豎直方向完全對中，即上下兩根鋼筋的中心會存在一個偏心e，當偏心較小時可以迫使其對中再用套筒擰緊，但若偏心比較大時，使用外力無法迫使其對中時，使用套筒連接就會帶來很多麻煩，而且效率低下，此為問題之二[5]。

目前所有的鋼筋套筒連接規范均是針對建筑行業的，在橋梁行業目前還沒有相應的連接規范，但建筑規范中的連接方式均是針對單根鋼筋連接的，針對鋼筋籠的連接目前還沒有研究，在此針對以上提到的兩個有關鋼筋籠的連接問題，提出以下幾種解決辦法[6-7]。

1 鋼筋籠連接補強方法探究

針對鋼筋籠連接的幾個缺陷，在此提出以下幾種解決方案，方案一仍舊采用原有的連接方式，即采用正絲套筒連接，但套筒需要改進；方案二采用反絲套筒連接方式；方案三采用內外雙套筒連接方式進行連接。

1.1 反絲套筒連接

反絲套筒如圖1所示，虛線左側部分為正絲，虛線右側部分為反絲。

圖1 反絲扣件連接方式

反絲套筒和正絲套筒的區別在于正絲套筒內部的螺紋旋向是相同的，而反絲套筒的螺紋從套筒中間分開，兩部分旋向相反，除此之外正絲的安裝方式和反絲也不相同，反絲只需通過擰套筒即可同時安裝上兩邊的鋼筋，但正絲套筒只能分步安裝，以下是正絲和反絲套筒連接的安裝過程。

a）正絲安裝過程 先將保護套裝置卸除，直接將套筒與縱筋擰緊，然后將另外一段的套筒擰緊，使得外露不超過兩個完整的螺紋，依此即可將后續套筒全部加固，具體如圖2所示。

圖2 正絲連接示意圖

b）反絲安裝工藝 先將一部分鋼筋鋸斷后，將其一段滾軋成反向螺紋，安裝好保護套后，彎折成固定長度，在一端將鋼筋正向旋入套筒，另一端將鋼筋反向旋入，最后用扳手擰緊固定，如圖3所示。

圖3 反絲安裝工藝

以上所講的正絲和反絲安裝過程，均是針對單根連接情況；但用于橋墩鋼筋籠連接時正絲就會出現上文所提到的連接缺陷，但用反絲套筒連接時就能很好地避免這一缺陷，但由于鋼筋籠連接是高空作業而非地面，因此雖然避免了露出半個套筒長的螺紋部分，但實際安裝時如何能同時安裝上所有的套筒依然是一個問題。

針對此問題，本文提出了一種解決方案，如圖4所示，將套筒端部繼續延長，并且做無螺紋處理，這種情況下，在安裝的過程中因為套筒兩端的直徑稍大，可以對鋼筋對接時的偏心進行一定的補償，便于安裝。

圖4 正反絲加長套筒

1.2 雙套筒連接

將小套筒與大套筒通過內外雙層螺紋緊密地咬合在一起，形成如圖5所示的機械結構，圖6所示為連接實物圖。

圖6 連接實物圖

雙套筒參數如表1。

表1 雙套筒參數 mm

驗證雙套筒的強度是否滿足使用要求，進行了單向拉伸破壞試驗，試驗采用的儀器是電液伺服萬能試驗機，加載方式為位移控制，加載速度為5 mm/min，試件長度為60 cm，夾具夾持長度5～8 cm。具體的試驗結果如表2。

表2 試驗結果

圖7 雙套筒拉伸結果

由表2和圖7可知，鋼筋母材還沒有達到屈服強度時，鋼筋端部的螺紋段就被拉壞，鋼筋直接從內套筒中被拉出來，而被拉脫的最大力為127.476 kN；試驗結束后，取下套筒觀察，發現內套筒和外套筒之間相互配合的螺紋完好無損，這反應了套筒的強度是符合要求的；造成鋼筋上的螺紋被拉脫的原因可能有以下兩個方面：a）選擇的鋼筋母材強度等級低，和套筒母材不相匹配；b）鋼筋端頭加工螺紋時，沒有按規范加工螺紋，或者加工過程中操作不當，造成加工的螺紋深度不夠，因此在拉伸過程中會被拉脫。

從圖8可以看到的最大拉力指的是拉脫的最大拉力，并不是指鋼筋被拉斷的最大拉力，鋼筋拉脫時，拉力會急劇減小，但并不是直接降到0，而是在波動中逐漸減到0，原因很簡單，因為鋼筋螺紋雖然被拉脫了，但不是瞬間就脫離套筒，這是一個緩慢的過程，直到鋼筋完全脫離套筒時拉力才會降到0，在此之前，套筒和鋼筋之間均有力的相互作用；通過試驗可知這種規格參數的雙套筒連接試件是不滿足使用要求的，需要重選擇鋼筋并且改變套筒的相關參數，重新進行試驗。

圖8 雙套筒試件試驗

針對以上所出現的情況，重新制作套筒連接件，套筒所使用的原材料不變，鋼筋母材增加一級強度，再進行拉伸試驗，試驗儀器選擇電液伺服萬能試驗機，加載方式選擇位移控制，加載速度為5 mm/min，試件1、2、3直接進行拉伸至破壞為止，試件4進行相應的接頭變形性能試驗，加載方式按照鋼筋機械連接技術規程（JGJ 107—2010）中的單向加載方式進行加載，試驗結果如表3。

表3 試驗結果

圖9 試驗結果

由表3和圖9可以看出，試件1被拉斷了，其余3個均是鋼筋連接段的螺紋被拉脫了，根據強度等級條件，試件的強度是滿足3級接頭使用要求的，從表中可以看出最大強度值中最小的也有587.2 MPa，這說明鋼筋母材性能比較高。試件1、2、3都是直接進行拉斷試驗，試件4是測接頭變形性能的，從表中可以看出最大總伸長率是6.68%，滿足ASgt≥3.0%，因此接頭的變形性能是滿足使用要求的。

從圖10中可以看出，只有a中的曲線達到最大拉力后急劇下降最后降至0，而b、c、d中的曲線均是達到最大拉力后急劇減小，由于鋼筋拉桿上面螺紋被破壞，鋼筋從套筒中不斷地被拔出，在此期間，鋼筋與套筒之間始終存在著一定的作用力，當鋼筋完全拉出套筒，作用力消失，二者相互作用結束。

圖10 試件單向拉伸試驗

從試驗結果分析可得，雙套筒是滿足使用要求的，但雙套筒螺紋的牙型角需要修改，因為螺紋被拉脫和牙型角有很大的關系，雙套筒的變形能力較好，適合用于橋梁墩柱，而雙套筒最大的優點是安裝時操作方便，可以彌補鋼筋籠安裝時所出現的不對中情況，但雙套筒需要再進行相應的改進，特別是內套筒需要進行改進，應該要把內套筒的兩端進行相應的改進，使得安裝外套筒時簡單可行。

2 結論

本文針對橋梁墩柱鋼筋籠采用普通套筒連接時所出現的一系列問題，采用雙套筒連接可以有效解決鋼筋籠不對中及強度等問題，加強了鋼筋籠連接后的強度，加快了施工進度，具有較大的工程應用價值。