冷作強化直螺紋套筒高溫后力學(xué)性能試驗研究

趙 杰，汪 虎，徐 冰，邵康節(jié)

(1.中國建筑科學(xué)研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所，北京 100013；2.中國核工業(yè)二四建設(shè)有限公司，河北 廊坊 065201)

0 引言

目前，鋼筋機械連接用直螺紋套筒已成為鋼筋連接領(lǐng)域主流產(chǎn)品，市場需求量持續(xù)增長。為此，套筒生產(chǎn)廠家通過改進生產(chǎn)工藝、更新生產(chǎn)設(shè)備，以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，進而在激烈的市場競爭中占據(jù)有利位置。在此背景下出現(xiàn)了新型鋼筋連接用套筒產(chǎn)品，即冷作強化直螺紋套筒，因其具有較高的加工效率與較低的銷售價格，迅速占據(jù)了較大的市場份額。進行冷作強化直螺紋套筒加工時，將強度較低、延性較好的低碳鋼(碳元素含量一般<0.42%)作為原材料，采用專用設(shè)備，使低碳鋼在加工成型過程中通過冷作強化作用提高極限抗拉強度，從而達到減小低碳鋼套筒橫截面面積的目的。采用Q235，ML08AL，50BV30等低碳鋼光圓盤條，通過專用加工設(shè)備，經(jīng)多次沖壓冷加工得到套筒毛坯，并加工內(nèi)螺紋制成套筒成品。由于專用設(shè)備自動化程度較高，提高了加工效率，從而進一步降低了生產(chǎn)成本。

冷作強化直螺紋套筒與鋼筋連接后的鋼筋接頭性能滿足JGJ 107—2016《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求，但工程界對套筒防火性能的關(guān)注程度不夠。JG/T 163—2013《鋼筋機械連接用套筒》中明確規(guī)定，采用各類冷加工工藝制成的套筒，宜進行退火處理，進行套筒設(shè)計時，不應(yīng)利用經(jīng)冷加工提高的強度減小套筒橫截面面積。由于冷作強化直螺紋套筒毛坯冷加工后未經(jīng)退火處理，且進行套筒設(shè)計時，利用了經(jīng)冷加工提高的強度減小套筒橫截面面積，不符合《鋼筋機械連接用套筒》的相關(guān)規(guī)定。為此，對冷作強化直螺紋套筒高溫后力學(xué)性能進行試驗研究，以期通過試驗結(jié)果判斷冷作強化直螺紋套筒防火性能是否滿足有關(guān)規(guī)范要求。

1 套筒常溫力學(xué)性能

試驗用冷作強化直螺紋套筒為隨機購買的φ20 50BV30，ML08AL套筒和φ25 Q235套筒，具有一定代表性。同時，增加了φ20，φ25傳統(tǒng)45號鋼直螺紋套筒作為同條件對比試件。φ20套筒使用HRB400E鋼筋絲頭進行極限抗拉強度試驗，試驗結(jié)果表明鋼筋母材被破壞(見表1)。φ25套筒使用強度遠高于鋼筋強度的特制高強工具桿進行極限抗拉強度試驗，試驗結(jié)果表明套筒被拉斷(見表1)。由于φ25套筒被拉斷，其鋼筋接頭極限抗拉強度為依據(jù)φ25鋼筋標準橫截面面積的換算值。

表1 套筒常溫力學(xué)性能參數(shù)

由表1可知，各套筒接頭極限抗拉強度均滿足《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》第3.0.5條的規(guī)定，且可保證接頭極限抗拉強度不小于HRB400E鋼筋極限抗拉強度標準值的1.1倍。

2 高溫加熱試驗

GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第2.1.10條規(guī)定，耐火極限為在標準耐火試驗條件下，建筑構(gòu)件、配件或結(jié)構(gòu)從受到火的作用時起，至失去承載能力、完整性或隔熱性時止所用的時間，可知建筑物防火性能更注重結(jié)構(gòu)受火后的變化。因此，開展套筒高溫后力學(xué)性能試驗。加熱溫度與保溫時間等試驗參數(shù)如表2所示，加熱試驗裝置采用真空爐(見圖1)，可在加熱過程中避免套筒表面發(fā)生氧化、脫碳，且爐溫控制精度較高。套筒加熱前需進行表面清理，加熱結(jié)束后進行自然冷卻。

表2 高溫加熱試驗參數(shù)

圖1 真空爐

3 套筒高溫后力學(xué)性能

φ20套筒使用HRB400E鋼筋絲頭進行極限抗拉強度試驗，φ25套筒使用強度遠高于鋼筋強度的特制高強工具桿進行極限抗拉強度試驗。由于φ25套筒被拉斷(見表3)，其鋼筋接頭極限抗拉強度為依據(jù)φ25鋼筋標準橫截面面積的換算值。

由表3可知，φ20，φ25冷作強化直螺紋套筒高溫后的極限抗拉強度均明顯降低，不滿足《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》第3.0.5條的規(guī)定；加熱溫度600℃、保溫1h與加熱溫度800℃、保溫2h后的φ25 Q235冷作強化直螺紋套筒極限抗拉強度差異較小，均不滿足相關(guān)規(guī)范要求；φ20，φ25 45號鋼套筒高溫后極限抗拉強度未明顯降低，均滿足《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》第3.0.5條的規(guī)定。

4 結(jié)語

直螺紋套筒是保證力的傳遞且關(guān)系結(jié)構(gòu)安全的重要產(chǎn)品，其防火性能需重點關(guān)注。試驗結(jié)果表明，冷作強化直螺紋套筒常溫力學(xué)性能滿足《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求，但高溫后極限抗拉強度降低，不滿足要求；45號鋼套筒高溫前后極限抗拉強度無明顯變化，滿足要求。在有耐火要求的施工現(xiàn)場檢驗中，通常僅以常溫極限抗拉強度作為冷作強化直螺紋套筒防火性能合格的判定依據(jù)，存在工程質(zhì)量與安全隱患。為此，提出以下建議。

1)冷作強化直螺紋套筒原材料應(yīng)嚴格遵守《鋼筋機械連接用套筒》的相關(guān)規(guī)定。

2)冷作強化直螺紋套筒生產(chǎn)企業(yè)在加強創(chuàng)新、降低生產(chǎn)成本的同時，應(yīng)充分關(guān)注套筒高溫后力學(xué)性能變化。

3)冷作強化直螺紋套筒使用方應(yīng)對套筒原材料引起足夠重視，按照《鋼筋機械連接用套筒》的相關(guān)規(guī)定，加強對套筒原材料來源、加工工藝的追溯。在有耐火要求的情況下，需開展套筒入場防火性能檢驗。

4)建議修訂《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》時增加對鋼筋接頭防火性能的要求。