鋼筋套筒連接技術在核電工程中的應用

左紹兵

（上海核工程研究設計院 上海 200233）

鋼筋套筒連接技術在核電工程中的應用

左紹兵

（上海核工程研究設計院 上海 200233）

鋼筋套筒連接技術已經在工業、民用、道路、橋梁、水工建筑、海洋工程、核電工程等領域廣泛應用。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度要求，并介紹了鋼筋套筒連接技術在第三代非能動核電工程中的應用情況和技術要求。由于在第三代非能動核電工程采用了鋼板混凝土這一結構形式，從而大量使用了可焊型機械套筒，目前可焊型套筒采用進口套筒，基于此，本文亦對可焊型套筒的國產化進行了思考和探討。

鋼筋套筒連接；接頭強度；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，以其接頭強度高、性能穩定、節省材料、操作方便、施工速度快等優點在世界各個國家迅速發展，廣泛應用于各個工程領域。第三代非能動核電工程中也采用了鋼筋套筒連接技術，由于采用了鋼板混凝土這一結構形式，所以大量使用了可焊型機械套筒。本文對常用機械連接套筒分類、不同國家鋼筋連接套筒強度要求以及第三代非能動核電工程中機械套筒的應用情況和技術要求進行介紹和分析，并對可焊型鋼筋連接套筒的國產化進行了思考和探討。

2.機械連接套筒分類

常用的機械連接套筒有直螺紋套筒、錐螺紋套筒和擠壓套筒，它們的優缺點如下[1-2]。

鐓粗直螺紋套筒，提前預制，強度高，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，設備投入少；但鋼筋粗細不均，螺紋精度差，設備損耗大。

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；但設備投入多，不能消除鋼筋粗細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，設備損耗低；但設備投入多。

錐螺紋套筒，提前預制，易裝配；但削弱母材截面，強度降低，螺紋加工精度要求高，受操作影響大。

擠壓套筒，強度高；但擠壓對接頭可能產生不利影響，設備笨重，費材料。

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

3.各國機械連接套筒的強度要求

鋼筋機械連接套筒要達到的目的是鋼筋等強連接，為達到這一要求，各國對機械連接套筒連接的接頭強度都提出了要求：

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

美國：接頭抗拉強度不小于被連接鋼筋屈服強度標準值的1.25 倍[4-5]。

英國、法國：接頭抗拉強度不小于鋼筋抗拉強度標準值[6]。

4.第三代非能動核電工程中機械連接套筒的形式和技術要求

4.1 套筒形式

第三代非能動核電工程中常用的機械連接套筒有三種形式：標準連接套筒、帶法蘭連接套筒和可焊型連接套筒。

標準連接套筒廣泛應用于核島底板、墻體、樓板等混凝土結構中，和一般工程項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構墻體之間的連接，與標準連接套筒相似，其中法蘭主要是將套筒和鋼板進行臨時焊接固定，方便鋼筋的安裝。如圖4.2所示。

圖3.1 帶法蘭機械連接套筒

可焊型套筒用于第三代非能動核電工程中鋼板混凝土結構的預埋板，用來將錨固鋼筋和鋼板進行連接，如圖3.2所示。由于該類套筒在國內其他項目中應用較少，且焊接性能要求較高，目前項目中采用的是國外錐螺紋套筒。

圖3.2 可焊型機械連接套筒

4.3 套筒技術要求

第三代非能動核電工程中混凝土結構的設計基于核安全有關混凝土結構設計規范ACI 349，ACI 349中機械接頭的強度要求相當于國內III級機械接頭，考慮到核電工程結構的安全性及國內標準的適用性，工程中根據套筒使用的部位和接頭百分率采用符合JGJ 107規定的I、II級機械接頭，并按照ACI 349補充循環加載試驗和應變試驗要求，對于可焊型機械套筒要求進行焊接工藝評定：

循環加載試驗：對于每一種機械連接，至少取3組試件進行100次頻率為1Hz正弦波形式的循環加載試驗，加載范圍為被連接鋼筋屈服強度標準值的5%～90%，循環加載試驗后對試件進行靜力試驗，相對直接進行靜力張拉試驗應無承載力損失。

應變試驗：對于每一種機械連接，應至少進行 6組應變試驗，在達到鋼筋屈服強度標準值 90%時，機械連接總長度的應變不超過相同長度被連接鋼筋應變的150%。

焊接工藝評定：對于可焊型機械套筒，應對焊接試件進行靜力拉伸試驗，試驗結果不低于對應等級接頭的抗拉強度要求，并進行焊縫宏觀金相試驗。

5.可焊型鋼筋機械套筒國產化建議目前第三代非能動核電工程中的可焊型鋼筋套筒采用國外進口套筒，國內正在開展國產化研制工作，結合設計要求和實際工程應用情況對可焊型套筒國產化建議如下：

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

（2）套筒原材料屈服強度和抗拉強度不宜低于45號鋼；

（3）套筒原材料碳當量不宜超過0.45%；

（4）套筒內螺紋優先采用直螺紋。

6.結語

隨著建筑結構形式不斷的創新和發展，對鋼筋套筒的連接形式和性能不斷提出新的要求，第三代非能動核電工程中可焊型鋼筋連接套筒的應用就對國內機械套筒的研發和制造提出了新的要求，相信隨著套筒研發能力和制造水平不斷進步和提升，安全、質量、高效的鋼筋機械連接技術一定會更好地服務于各類重大工程項目。

[1]劉永頤，鋼筋等強度直螺紋連接——新一代鋼筋機械連接技術[J],建筑結構，1999(1).

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

[3]JGJ 107-2016，鋼筋機械連接技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，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月獲得同濟大學碩士研究生學歷，2009年4月至今在上海核工程研究設計院土建公用設施所工作，主要研究方向：大型先進壓水堆國家重大專項模塊化技術研究。