冷作強(qiáng)化直螺紋套筒高溫后力學(xué)性能試驗(yàn)研究

趙 杰，汪 虎，徐 冰，邵康節(jié)

(1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所，北京 100013；2.中國(guó)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(jī)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(chǎng)需求量持續(xù)增長(zhǎng)。為此，套筒生產(chǎn)廠家通過改進(jìn)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(jìn)而在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(qiáng)化直螺紋套筒，因其具有較高的加工效率與較低的銷售價(jià)格，迅速占據(jù)了較大的市場(chǎng)份額。進(jìn)行冷作強(qiáng)化直螺紋套筒加工時(shí)，將強(qiáng)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(qiáng)化作用提高極限抗拉強(qiáng)度，從而達(dá)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(dòng)化程度較高，提高了加工效率，從而進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。

冷作強(qiáng)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(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求，但工程界對(duì)套筒防火性能的關(guān)注程度不夠。JG/T 163—2013《鋼筋機(jī)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(jìn)行退火處理，進(jìn)行套筒設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)利用經(jīng)冷加工提高的強(qiáng)度減小套筒橫截面面積。由于冷作強(qiáng)化直螺紋套筒毛坯冷加工后未經(jīng)退火處理，且進(jìn)行套筒設(shè)計(jì)時(shí)，利用了經(jīng)冷加工提高的強(qiáng)度減小套筒橫截面面積，不符合《鋼筋機(jī)械連接用套筒》的相關(guān)規(guī)定。為此，對(duì)冷作強(qiáng)化直螺紋套筒高溫后力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，以期通過試驗(yàn)結(jié)果判斷冷作強(qiáng)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(yàn)用冷作強(qiáng)化直螺紋套筒為隨機(jī)購(gòu)買的φ20 50BV30，ML08AL套筒和φ25 Q235套筒，具有一定代表性。同時(shí)，增加了φ20，φ25傳統(tǒng)45號(hào)鋼直螺紋套筒作為同條件對(duì)比試件。φ20套筒使用HRB400E鋼筋絲頭進(jìn)行極限抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明鋼筋母材被破壞(見表1)。φ25套筒使用強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋼筋強(qiáng)度的特制高強(qiáng)工具桿進(jìn)行極限抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)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(qiáng)度為依據(jù)φ25鋼筋標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度均滿足《鋼筋機(jī)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(qiáng)度不小于HRB400E鋼筋極限抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.1倍。

2 高溫加熱試驗(yàn)

GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第2.1.10條規(guī)定，耐火極限為在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，建筑構(gòu)件、配件或結(jié)構(gòu)從受到火的作用時(shí)起，至失去承載能力、完整性或隔熱性時(shí)止所用的時(shí)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(yàn)。加熱溫度與保溫時(shí)間等試驗(yàn)參數(shù)如表2所示，加熱試驗(yàn)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(jìn)行表面清理，加熱結(jié)束后進(jìn)行自然冷卻。

表2 高溫加熱試驗(yàn)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(jìn)行極限抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，φ25套筒使用強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋼筋強(qiáng)度的特制高強(qiáng)工具桿進(jìn)行極限抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。由于φ25套筒被拉斷(見表3)，其鋼筋接頭極限抗拉強(qiáng)度為依據(jù)φ25鋼筋標(biāo)準(zhǔn)橫截面面積的換算值。

由表3可知，φ20，φ25冷作強(qiáng)化直螺紋套筒高溫后的極限抗拉強(qiáng)度均明顯降低，不滿足《鋼筋機(jī)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(qiáng)化直螺紋套筒極限抗拉強(qiáng)度差異較小，均不滿足相關(guān)規(guī)范要求；φ20，φ25 45號(hào)鋼套筒高溫后極限抗拉強(qiáng)度未明顯降低，均滿足《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》第3.0.5條的規(guī)定。

4 結(jié)語(yǔ)

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(diǎn)關(guān)注。試驗(yàn)結(jié)果表明，冷作強(qiáng)化直螺紋套筒常溫力學(xué)性能滿足《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求，但高溫后極限抗拉強(qiáng)度降低，不滿足要求；45號(hào)鋼套筒高溫前后極限抗拉強(qiáng)度無明顯變化，滿足要求。在有耐火要求的施工現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)中，通常僅以常溫極限抗拉強(qiáng)度作為冷作強(qiáng)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(qiáng)化直螺紋套筒原材料應(yīng)嚴(yán)格遵守《鋼筋機(jī)械連接用套筒》的相關(guān)規(guī)定。

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

3)冷作強(qiáng)化直螺紋套筒使用方應(yīng)對(duì)套筒原材料引起足夠重視，按照《鋼筋機(jī)械連接用套筒》的相關(guān)規(guī)定，加強(qiáng)對(duì)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(chǎng)防火性能檢驗(yàn)。

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