高強(qiáng)鋼筋搭接焊縫的性能試驗

袁彬，郭子雄

（華僑大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 廈門 361021）

高強(qiáng)鋼筋搭接焊縫的性能試驗

袁彬，郭子雄

（華僑大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 廈門 361021）

提出焊接高強(qiáng)閉合箍筋形式，開展8組高強(qiáng)鋼筋搭接焊縫性能的拉拔試驗，研究焊縫長度、焊縫形式和焊縫厚度對焊接試件屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度的影響.試驗結(jié)果表明：焊接試件的屈服強(qiáng)度略低于單根鋼筋試件，極限強(qiáng)度較為接近；在試驗參數(shù)取值范圍內(nèi)，隨著焊縫長度的增加，雙面搭接焊試件的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度略有增加；單面焊與雙面焊對試件性能的影響不明顯；加厚焊縫可以提高焊縫的可靠度.

高強(qiáng)鋼筋；搭接焊；焊縫強(qiáng)度；受力性能；變形性能

長期以來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常采用彎鉤箍筋，存在一些問題和不足［1-3］，如箍筋加密處操作困難及不利混凝土澆搗等.焊接封閉環(huán)式箍筋是解決上述問題行之有效的實用技術(shù)之一，并已被列入國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50010－2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、GB 50204－2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 18－2003《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》.焊接閉合箍筋約束能顯著提高混凝土的軸向抗壓強(qiáng)度和變形能力［4］，而焊縫性能是保證焊接閉合箍筋充分發(fā)揮約束作用的前提.高強(qiáng)鋼筋用作箍筋［5-10］時，能顯著提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和變形能力，但需要較長的錨固長度，不利于混凝土的澆搗.本文提出焊接高強(qiáng)閉合箍筋形式，開展了高強(qiáng)鋼筋搭接焊縫性能的試驗研究.

1 試驗概況

1.1 試件制作及試驗參數(shù)

共制作8組，每組2個相同的試件，其中第1組為單根高強(qiáng)鋼筋試件，其余均為高強(qiáng)鋼筋搭接焊試件，如圖1所示.

圖1 試件實物圖Fig.1 Photos of specimens

一般情況下，主要焊接方法有搭接電弧焊接、氣壓對焊和閃光對焊3種方式.文中采用搭接電弧焊接方式，相對于氣壓對焊和閃光對焊，它具有施工操作方便、性能可靠的優(yōu)點.所用鋼筋為福建省三鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司開發(fā)的直徑8mm的HRB 500熱軋帶肋高強(qiáng)鋼筋.第1組試件長度為400mm，其余試件為相同兩根高強(qiáng)鋼筋通過搭接電弧焊接而成，焊條采用E4313，焊接后試件總長為500mm.

表1為試驗參數(shù).表1中：Φ為鋼筋直徑；焊接方式欄中的DT，DN，ST，SN分別表示采用雙面加厚、雙面常規(guī)、單面加厚、單面常規(guī)搭接焊方式.

表1 試件焊接方式Tab.1 Welding methods of specimens

1.2 加載裝置和加載制度

加載裝置采用萬能材料試驗機(jī)，如圖2所示.試驗時，將試件兩端夾持于試驗機(jī)上下端夾具中，根據(jù)《金屬材料拉伸試驗方法》（GB／T13329－2006）相關(guān)要求控制加載進(jìn)程.

在試件鋼筋表面粘貼電阻應(yīng)變片，以檢測試驗過程中鋼筋的應(yīng)變.試驗荷載和試件變形由試驗裝置自動實時量測采集，直至搭接焊縫破壞或鋼筋斷裂，試驗終止.

圖2 試驗裝置Fig.2 Test set－up

1.3 試件破壞形態(tài)

試件的破壞形態(tài)主要有如下2種.

1）單根高強(qiáng)鋼筋（CH1）.荷載較小時，荷載與位移呈現(xiàn)明顯線性關(guān)系，當(dāng)超過試件屈服荷載后，荷載－位移曲線出現(xiàn)拐點，此后試件變形迅速增加，中部附近截面出現(xiàn)頸縮，并在達(dá)到極限荷載時試件斷裂.

2）搭接焊試件（CH2～CH8）.荷載較小時，荷載與位移呈現(xiàn)明顯線性關(guān)系，隨著加載的進(jìn)行，試件軸向伸長逐漸發(fā)展.由于焊接的兩根鋼筋不位于同一軸線，當(dāng)荷載達(dá)到一定程度后，搭接焊縫附近截面開始出現(xiàn)彎折，到最終彎折后所焊接的兩根鋼筋趨近于同一軸線，并在達(dá)到極限荷載時，試件在焊縫邊緣截面處斷裂.

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 搭接焊的影響

搭接焊的主要試驗結(jié)果，如表2所示.表2中：lW，lS分別為焊縫長度和試件長度；Py，σy分別為屈服荷載和屈服強(qiáng)度；Pu，σu分別為極限荷載和極限強(qiáng)度.在實際焊接時，焊縫長度與設(shè)計值存在偏差，故表2分別列出了雙面焊縫及單面焊縫的實測長度.

表2 搭接焊的主要試驗結(jié)果Tab.2 Test results of lap welding

續(xù)表Continued table

從表2可以看出，單根鋼筋試件的屈服強(qiáng)度比搭接焊試件高，極限強(qiáng)度則較為接近.這主要是由于加載時搭接焊試件的兩根鋼筋不位于同一直線，加載過程中存在偏心，當(dāng)荷載加到一定程度后搭接焊縫附近鋼筋開始出現(xiàn)一定程度的彎折，應(yīng)變增大，首先達(dá)到屈服，故屈服強(qiáng)度小于單根鋼筋試件.繼續(xù)加載時，焊接的兩根鋼筋趨近于同一軸線，使得試件趨向于軸心受拉，所以極限強(qiáng)度與單根鋼筋試件接近.

2.2 焊縫長度的影響

焊縫長度（lW）與試件應(yīng)力（ε）關(guān)系曲線，如圖3所示.圖3中，對于各組試件的試驗結(jié)果是分別求取其平均值的.從圖3可以看出，在試驗參數(shù)取值范圍內(nèi)，隨著焊縫長度的增加，雙面搭接焊試件的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度略有增加.對于焊縫長度為40mm的CH3組試件，其平均屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度分別為473，588MPa；對于焊縫長度為65mm的CH4組試件，其平均屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度分別為490，623 MPa，相比于CH3組試件分別提高了3.59%和5.95%，并且極限強(qiáng)度已達(dá)到對比試件的極限強(qiáng)度，說明焊縫能夠保證高強(qiáng)鋼筋強(qiáng)度的充分發(fā)揮.

然而，隨著焊縫長度的增加，單面搭接焊試件的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度的變化規(guī)律不明顯，這主要是由于試件數(shù)量有限產(chǎn)生的誤差，同時各組試件材料性能皆已得到充分的發(fā)揮.對于焊縫長度為50，70和90mm的CH5，CH6和CH8組試件，其平均屈服強(qiáng)度較為接近，約為478MPa，其平均極限強(qiáng)度分別為613，600和630MPa，都接近或達(dá)到對比試件的極限強(qiáng)度.

圖3 焊縫長度與試件應(yīng)力關(guān)系Fig.3 Curves of weld length to stress

2.3 單面焊與雙面焊的影響

從表2還可以看出，單面焊與雙面焊對試件屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度的影響不明顯，這主要是由于足夠的焊縫長度確保了鋼筋材料性能的充分發(fā)揮.

2.4 加厚焊縫與常規(guī)焊縫的影響

對比CH2和CH3組試件、CH6和CH7組試件的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，可以看出，加厚焊縫并不能提高焊縫的強(qiáng)度.這主要是由于在試驗參數(shù)取值范圍內(nèi)，常規(guī)厚度已能確保焊縫強(qiáng)度，使試件充分發(fā)揮強(qiáng)度.另外，從表2可以看出，當(dāng)采用加厚焊縫時，試驗值離散性較小，說明了加厚焊縫可以更加確保焊縫的質(zhì)量，提高焊縫的可靠度.

3 結(jié)論

通過高強(qiáng)鋼筋搭接焊試件的拉拔試驗，分析了焊縫長度、焊接方式和焊縫厚度對其性能的影響，可以得到以下5點主要結(jié)論.

1）在焊縫長度取值范圍內(nèi)，搭接焊試件的屈服強(qiáng)度略低于單根鋼筋試件，而極限強(qiáng)度較為接近.

2）隨著焊縫長度的增加，雙面搭接焊試件的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度略有增加，而單面搭接焊試件的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度的變化規(guī)律不明顯.

3）在保證焊縫長度的前提下，單面焊或雙面焊對焊縫性能的影響不顯著.

4）加厚焊縫不能提高試件的屈服強(qiáng)度或極限強(qiáng)度，但可以提高焊縫的質(zhì)量和可靠度.

5）對于所采用的直徑8mm高強(qiáng)鋼筋，適合的單面搭接焊縫長度為70mm，雙面搭接焊縫長度為40mm，即可有效保證高強(qiáng)鋼筋材性的發(fā)揮.

［1］楊力列，楊秀敏.閃光對焊封閉環(huán)式箍筋應(yīng)用技術(shù)［J］.工程質(zhì)量，2004（6）：24－26.

［2］楊力列.新型對焊封閉箍筋的應(yīng)用與質(zhì)量控制［J］.施工技術(shù)，2000，29（6）：44－45.

［3］楊秀敏，楊力列.焊接封閉環(huán)式箍筋應(yīng)用技術(shù)［J］.廣東土木與建筑，2003，（5）：41－43.

［4］李升才，羅小慶，章炯.焊接環(huán)式箍筋約束高強(qiáng)砼柱裂縫開裂［J］.華僑大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，31（4）：458－462.

［5］孫治國，司炳君，王東升，等.高強(qiáng)箍筋高強(qiáng)混凝土柱抗震性能研究［J］.工程力學(xué)，2010，27（5）：128－136.

［6］司炳君，孫治國，王東升，等.高強(qiáng)箍筋約束高強(qiáng)混凝土柱抗震性能研究綜述［J］.土木工程學(xué)報，2009，42（4）：1－9.

［7］易偉建，呂艷梅.高強(qiáng)箍筋高強(qiáng)混凝土梁受剪試驗研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2009，30（4）：94－101.

［8］孫治國，司炳君，王東升，等.高強(qiáng)箍筋高強(qiáng)混凝土柱約束箍筋用量研究［J］.工程力學(xué)，2010，27（10）：182－189，213.

［9］史慶軒，楊坤，姜維山，等.高強(qiáng)箍筋約束高強(qiáng)混凝土柱的偏心受壓試驗研究［J］.工業(yè)建筑，2009，39（10）：76－80.

［10］司炳君.高強(qiáng)箍筋約束高強(qiáng)混凝土柱在軸壓下的力學(xué)性能研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2010.

Experimental Study on Joint Behavior of High－Strength Steel Bar Lap Weld

YUAN Bin，GUO Zi－xiong

（College of Civil Engineering，Huaqiao University，Xiamen 361021，China）

The types of welded high－strength closed stirrup were proposed.8groups of pullout test were carried out to study the effect of weld length，number of weld side and weld thickness on yield strength and ultimate strength of specimens.Test results indicate that the yield strength of weld specimen is slightly lower than that of control specimen，while the ultimate strengths of all specimens are close to each other.Within the parameter range，the yield strength and ultimate strength of specimen with double－side weld increase as weld length increases.Whether single－side weld or doubleside weld doesn′t influence obviously the specimen behavior.Increment of the weld thickness can enhance the reliability of weld joint.

high－strength steel bars；lap welding；weld joint strength；mechanical behavior；deformation capacity

黃曉楠 英文審校：方德平）

TU 511.3

A

1000－5013（2012）01－0065－04

2011－06－04

郭子雄（1967－），男，教授，主要從事工程結(jié)構(gòu)抗震防災(zāi)的研究.E－mail：guozxcy＠hqu.edu.cn.

國家自然科學(xué)基金資助項目（50978107）