钢筋连接应采用必要手段加以控制

钢筋连接应采用必要手段加以控制(关于钢筋的连接加以控制原因的一点认识)钢筋的连接可分两类：绑扎搭接；机械连接或焊接。各种形式的钢筋连接，其连接接头作为混凝土结构中受力钢筋的一部分，还必须满足作为受力钢筋应有的力学性能。包括强度(承载力)、延性(破坏形态)、刚度(变形)、恢复性能、疲劳性能，耐久性、施工适应性及质量稳定性等。在分析和评价各种连接接头的性能时，应以无连接接头的整体钢筋作为基准进行对比分析，方能真正比较其性能的优劣。如连接接头的力学性能能够接近整体钢筋，则其连接性能优良。如能与整体钢筋完全一样，则可以不受限制地加以利用。反之，若连接接头的力学性能与整体钢筋之间还存在一定的差距，就不得不对其应用加以适当的限制了。然而，无论什么形式的连接，也不如连贯的整体钢筋。正如人体的骨骼一样，骨折以后经手术恢复的骨骼，无论如何总不如未经骨折的原生状态骨骼，这种道理并不难理解。下面从多方面来阐述：一、刚度(变形模量)刚度是在荷载效应作用下结构构件抵抗变形的能力。对于钢筋连接接头而言，则是在拉力作用下接头区域的伸长变形。其影响到混凝土构件的挠度变形以及接头区域的裂缝状态。因此，也是钢筋连接接头的重要受力性能之一。刚度涉及的变形问题属于正常使用极限状态。我国混凝土结构中，在使用状态下钢筋的应力水平约为其设计强度的70％左右，故一般情况下尚处于弹性阶段。对于整体钢筋而言，基准段(L)受力后引起的弹性伸长变形为△Ls，取决于钢筋的弹性模量Es，如图2中的斜直线所示。对搭接钢筋而言，由于重叠部分(即基准段L)两根钢筋应力是递增(减)变化的，每根钢筋的伸长变形约为整体钢筋的一半左右。基准段两根钢筋的相对伸长是两根钢筋伸长之和，亦即单根钢筋伸长的2倍。因此，钢筋的弹性伸长△Ls与整体钢筋基本一致。但是，在塔接传力过程中，除了钢筋的弹性变形以外，还会发生两根钢筋的相对滑移△Lp，这部分变形是非弹性的，且随着荷载(拉力)的增大而呈非线性发展，如图1(a)曲线所示。因此，对搭接接头而言，其相对伸长变形总量△Lc=△Ls+△Lp．，始终大于弹性变形值△Ls。从变行模量的角度来衡量其刚度的话，相应的割线模量Ec小于钢筋的弹模量Es，如图1(a)中的虚线所示。对钢筋的焊接接头，因为是通过焊缝处熔融钢材的直接传力，因此基准段(z)的伸长变形完全取决于钢材的弹性模量Es。一般情况下焊缝材料及焊接热影响区钢材的弹性模量E‘s变化不大，故可以认为焊接接头区域的刚度基本未受影响。因此其伸长变形△Ls’与弹性伸长△Ls基本相当。对钢筋机械连接而言，由于钢筋是依靠螺纹(凹凸)的咬合作用通过套筒传力的。因此，除了被连接钢筋段和连接套筒的弹性变形△Ls以外，还有咬合齿的变形(可视为相对两个悬臂的受力状态)和螺纹之间的空隙行程(只要螺纹能够旋人就必然有预留的负公差空间)，再加上某些情况下接头钢筋经镦粗、挤压，金相组织改变而引起弹性模量的降低，因此也会产生非线性的变形△Lp[图1(b)]。这部分非弹性变形并不均衡发展。受力之初先克服螺纹间隙，此时拉力不大但滑移较大，形成变形曲线上的第一个平缓段。当螺纹变形充分咬合以后，曲线变陡，但荷载较大时非线性变形△Lp仍难以避免。因此，总变形量△Lc=△Ls+△Lp仍比弹性变形值△Ls大，而相应的割线模量Ec肯定会小于钢筋的弹性模量Es，如图1(b)中的虚线所示。总之，在钢筋连接的各种形式中，除直接传力的焊接接头以外，间接传力的绑扎搭接接头和机械连接接头总会发生非弹性的伸长变形，使总变形△Lc大于弹性变形值△ls，即接头的割线模量Ec小于钢筋的弹性模量Es由于在连接区段内刚度较小，伸长变形加大，故搭接连接区域或机械连接接头区域往往成为裂缝集中的区域，构件挠度也相对增大。上述钢筋连接接头区段的刚度蜕化(减小)的影响，还远不止对裂缝或变形(挠度)的影响。其还可能引起截面受力钢筋应力的差异，使纵向钢筋受力处于不均匀受力的不利状态。例如，在同一受弯构件中配置的受力钢筋，其中有连贯的整体钢筋，也有部分钢筋依靠连接接头传力。整体钢筋的弹性模量为Es，而连接钢筋由于刚度蜕化而使变形模量减小为割线模量Ec，如图2所示。在同一受力截面中，由于平截面变形，两种钢筋应有基本相同的应变值o。但是，由于其变形模量的不同,整体钢筋中引起的应力δs=Eso。；而连接钢筋中的应力δc=Ec0。显然δc<δs,即整体钢筋要承担比连接钢筋更大的应力。由图2中看出，两者的应力差为△δ，而这与设计计算时截面内应力分布的理想状态并不一致。通常整体钢筋应力较高，将先于被连接钢筋提前达到屈服。因而，应力不均匀将对截面抗力产生不利影响。这种连接钢筋变形模量蜕化(由Es减小为Ec)引起的受力不均衡，已为试验量测所证实。因此，必须对连接接头质量提出严格的要求，并对其接头面积百分率加以限制。一般施工人员往往只注意钢筋连接的强度问题而并不太注意钢筋连接区段刚度蜕化、割线模量减小对于承载受力形态的的影响，而实际这种应力差引起的承载受力状态变化，是实际存在。设计规范要求“在同一根钢筋上宜少设接头”，这一点实际是对施工单位的要求。在同一根钢筋上设置多个连接接头，其抗力受到削弱的概率就大得多。尤其是连接接头引起的刚度蜕化，将使该钢筋在同一截面的受力钢筋中承受比其他钢筋要小得多的应力。由此而引起的各受力钢筋受力分配的不均匀，将不利于结构的承载受力，应该加以认识避免。如在切断钢筋后余料再用的情况下，容易发生一根钢筋多个接头的情况。此时应注意应采用重复料搭配的方式，避免短料多次拼接的做法。在混凝土结构施的钢筋安装时，在同一跨度内，最好只有一个连接接头，以保证该构件的力学性能。只有当构件的长度很大时(很大层高的柱子或桁架、屋架下弦杆等)，只限一个连接接头有时很难做到，则可以适当放宽。这也就是规范用“宜”字而没有强调“应”的原因。二、恢复力(消除残余效应)混凝土结构承载受力以后，产生变形、裂缝均属正常现象。但在外加荷载撤去以后，大部分挠曲变形及裂缝宽度应该能够减小或闭合，当然也可能还剩下小部分残余变形或裂缝宽度。这种性能称为恢复性能，简称恢复力。由于作用在建筑结构上使用荷载的不确定性，偶尔的超载可能引起较大的挠曲变形和裂缝。然而，当荷载消失以后，如果能基本回复到承载前的变形和裂缝状态，就不会给继续使用造成明显的影响。反之，如造成明显的较大残余变形及残余裂缝宽度就比较不利。因此，恢复性能也是混凝土结构构件和材料的重要受力性能之一。对于混凝土结构的使用功能，特别对于裂缝控制性能，有着重要的影响。对于钢筋而言，在一般使用状态下，应力水平约为设计强度的70%左右，尚处于弹性阶段，故卸载后弹性变形可以基本恢复。对于整体钢筋的基准段(L)，荷载作用下的弹性变形△Ls在卸载以后可以基本消失，所以整体钢筋具有很好的恢复性能。吨次刘对于焊接连接盯接头而言，由象于是通过焊缝能处钢材的直接恋传力，且热影而响区钢材的变砌形基本也是弹廉性的，因此恢脚复性能较好，射大体与整体钢州筋相似。瓦旺江但是对于绑扎坏搭接而言，情葛况就大不一样崖了。在搭接连很接区仅段逼(寸基准店段昼L多)雀发生非线性变好形荒△偿L亦c秧以后，卸载只器能基本恢复其跪中弹性伸长的犹部饼分然△符L睁s院。由于搭接钢摧筋相对滑移引丹起的非弹性变钓形锐△于L租p秤无法全部恢复进，遂成为残余侦伸长变形和残缸余裂缝宽度。录实际工程中，明也常可以观察谋到在搭接连接胁区域的可见裂堆缝。这些裂缝溉往往是由于偶闭然超载而引起权的，但在卸载反以后无法完全两恢复，因而留帐下了残余变形爱和残余裂缝。周因此，绑扎搭将接连接的恢复依性能不良。部亏炭钢筋的机械连召接情况类似。载由于非弹性变特形垂△河L`纳p歼的存在，在荷任载消失以后不疼可避免地会留律下残余变僚形谢(沾挠山度荷)铺，并在混凝土钱构件中留下残双余裂缝。然而玻性能良好的机食械连接形式，负在确保施工质见量时，这种残晨余变形和裂缝交会比搭接连接此小得多。但是学，由于连接接锈头是通过咬合艳套筒的间接传谁力的形式，机阻械连接在恢复其力方面的弱点测还是难以避免辅的。这也就是第在混凝土结构述中，机械连接屿所在部位往往捕成为产生裂缝围位置的原因栽。盏川保拦恢复力还体现盆在遭受高应力被和大变形后抗然力的蜕化。这钳与偶然一次或蓝几驳次苹)载超载作用后的款恢复性能不同离，在遭受地震逃作用下的混凝再土结构中，往首往由于往复的产强迫位移而引岁起钢筋的很大胖的拉压反复变紧形。在强震情载况下，由于强仗迫位移数值很丽大，一往往还护在混凝土结构析中的某些部位仙形成塑性铰并坑使钢筋屈服。三此外，在风荷强载和较小地震象的作用下，钢溜筋虽然不一定刘达到屈服，但铜也可能达到接燃近屈服的高应卸力状壤态抬(卵例抹如煮0昂.战9Fyk奖)遍。相对于疲劳量荷载而言，这叙种反复作用的黄次数相对不会赚太多，但也可而能对连接钢筋起的抗力造成影斯响。鹰总之，在接近绘或超过屈服强技度和弹性极限识的高应力和大圾变形的反复作扇用下，钢筋的析承开载受力性能将选发生蜕化。尽花管连接钢筋不凭一定断裂或拉犬开，但由于高喷应力、大变形申所引起的非弹着性变形，就可煤能引起连接接普头处的残余伸承长。反映为混府凝土结构中的内宏观现象，则当为明显的残余名挠度和残余裂椅缝宽度。凶因此，从承受必反复荷载作用押的角度而言，称应考虑钢筋连前接有可能引起庆的传力性能蜕粪化，亦即不可况恢复的残余变桥形或裂缝。垫三婶、延呢性将(此破坏形而态彩)挺愚贵延性是钢筋受锹力后极限变形牛的能力，即拉榜断前的最大伸形长变衡形穴(随均匀伸长炼率惕)悟。其涉及钢筋互断裂前的变形抛与耗能能力，挨与混凝土结构宾的破坏形态有篮极大的关系。另地震灾害调查步及许多恶性的际结构工程事故惭调查都表明，餐引起构件断裂诞、结构解体、间建筑倒塌的根际本原因往往并足非强度不足，盏而是延性太隐差骄(充脆护性裂)退。由于破坏形唉态对结构安全两的影响，混凝谢土结构的延性萌是不亚于其强缸度的最重要的低影响因素之一臭。中国局有思8两7互％的行政区必歪须考虑抗震，效结构延性的意白义更为突出。抛轰撇图报3忍对比了不同延灿性钢筋受力后睛变形、屈服、塘直至断裂前的坏全过程应力一意应变曲线，以姜及钢筋的耗能粒能就力凝(U货)秋，亦即外力拉模断钢筋所必须埋做的拖功汤(w刺)壶。由图可以看蓄出，强度较高竞的钢全筋粮(f1共)妨，因均匀仲长饥率熊(&咐1近，茂)忠较小，耗能能植力并不南大承U1梦)气；相反强度并触不高的钢埋筋子(f2彻)尤，由于均匀伸急长壮率命(&2魔)猛很大，耗能能身力要大得秩多刘(U2松)强。因此要使延置性较好的钢筋于断裂，外力必喉须作更大的林功愿(w2>w1态)冲。易急毫对于钢筋的连翠接接头也是一栗样，其受拉到裕断裂前的伸长奏变形能园力馆(耍延粒性础)测决定了其破坏赔形态。搭接钢且筋连接可以在豪相对滑移很大落的情况下仍然鸦能够维持钢筋捎之间的传力，贫因而具有一定难的延性。如果著能够满足搭接爷长度以及必要睡的构造措施，亿在地震作用等钞很大的强迫位鄙移情况弦下，只要搭接伙钢筋不分离，展就可以避免发街生构件断裂、左结构解体、建饼筑倒塌等严重疫后果。蒙农救焊接的钢筋尽芝管是通过熔融蚊金属冷却后的染连接而直接传移力的。但在我拥国的施工条件铜下，很难完全摆避免和检验出苹焊缝内的缺涌陷邪(扒裂纹、气孔、漠夹渣、未融合巨等糠)磁。同时焊接热察影响区内的金旺相组织变化和范某些情况下产锹生的焊接应力穗，都可能导致宜钢筋的焊接接妥头在变形并不辨太大的情况下挤断富裂移(钞脆衣断阁)欲。受力钢筋的浴断裂使传力中凑断，相当于配卧筋结构蜕化成讨为素混凝土结醋构。因此承载苦力急剧降低，呆往往导致构件密断裂，结构解串体，建筑物倒陷塌等严重后果释。狗欺招钢筋机械连接农接头受到材料扔、施工、工艺弯等因素影响，诸往往也可能在挡变形不大时发东生脆性的断裂躺。如挤压过度波时套筒沿纵向阻劈裂；镦粗工刻艺造成钢筋内歌部金相组织变惧化引起的截面游变化处钢材脆嫩断；因制作与旷施工的原因造谋成螺纹不足或便咬合的螺纹缺悼陷引芝起蕉“末倒形牙粒”叨而拔出示分量离您…毕…质都可能引起传誓力中断而造成扬严重后果。四、疲劳性能什当混凝土结构抖用于桥梁、道汉路依’格、吊车梁等处徐作为承载受力竟的主要构件时负，构件将承受率长期反复荷载己的作用，称为陵疲劳荷载。在埋疲劳荷载作用异下，受力钢筋惕局部缺陷在反健复交变的应力向作用下损伤累安积。当损伤增苏加到一定程度责时，就会引起泄明显无预兆的僵疲劳破习坏鱼(治断肺裂捏)屿。在钢筋表面塞凹凸不平，形什状复杂的条件搬下，曲率较大麻处往往成为疲秘劳破坏的诱发呀点。筒承受疲劳荷载惊的受力钢筋同呢样存在着连接组接头，其抗力批同样会受到很卫大的削弱。与挡整体的连贯钢半筋比较，其强栋度甚(助承载桨力悦)烂、延盗性冻(凝破坏形杀态驱)个、刚螺度送(全割线模碗量台)做、恢复嫩力娘(雾恢复性反能处)赞都会有不同程汤度的降低，与掩疲劳应力的性程质有关。因此瞧，在承受疲劳策荷载作用的混鸡凝土结构中，赌钢筋连接接头浸应特别慎重，权除对接头形式斥，接头面积百良分率及相应的危构造措施提出蝇要求外，对重勇要结构中的钢捉筋连接往往还惑必须进行专门展的疲劳性能试培验。机五守、施工适应性福及质量稳定性测所有的钢筋连俗接形然式立(恭绑扎搭接、焊谈接、机械连拆接嚼)著都进行过系统拴的试验研究，汤并在规范标准访中提出了相应黑的质量要求。培但是，试验室着量测是一回事树，而真正结构避施工的实际操爪作又是一回事齐。而后者正是艇确定连接质量田、保证接头应铜有抗诚力逃(接连接力学性待能舞)村的真正质量状搭态。钢筋连接栗的施工适应性递是连接施工的麻难易程度。如姥果施工工艺复夫杂，施工设备序昂贵，对施工呜操作人员的技洲术水平要求很其高，施工后质高量的检验手段转复杂，则施工扛适应性就较差讨。施工适应性堤不仅影响到施万工成本和经济订效益，还对施城工质量造成影搞响。一般施工属适应性较差的躁连接工艺，由焦于操作困难，壤施工质量不易圾保证。兆施工时，除为尿满足应有质量专要求而制订必户要的操作规程栗以控制实际施昼工人员的操作祸质量外，还必虎须有效的监督弊检查手段，以款便真正能够保勾证实际施工质泊量。而这与各映种连接方式的剂特点有关，其准决定了施工质键量的可靠性。系绑扎搭接接头请可以一目了然漫地观察到搭接繁钢筋的位置、惜搭接钢筋接头逮面积百分率、辫受力钢筋的搭皇接长度、搭接天连接区段的保蹄护层厚度以及留连接区段的配摇箍约束情况。疾因此，绑扎搭垮接连接尽管是荒一种比较古老塔而简单的连接赠方式，其施工泊质量却比较容捡易得到保证，赶也不失为一种椅可靠的连接方灯式。实际工程她中，由于搭接交传力性能不良酷而引起的传力捷中止、构件断桃裂、结构解体算等灾害性事故乱很少发生。因嘉此，其施工适堤应性较好，质滔量稳定性也是巡比较有保证的袄。对于粗直径呼钢筋的搭接连均接，施工难度致大，质量不易贸保证。所以规北范对此规定了妻使用条件的限础制。关我国焊接施工喜目前大多还靠邻手工操作，焊木工的技术素质市、施焊位置、寺熟练程度、操圾作环境、疲劳扑程度以及心理改状态等都不可裹避免地会影响璃焊接质量。此恢外，施焊条件时、大气环馒境瘦(粪阴、晴、风、滴雨、晒、冻谜等躲)喷等客观因素也谷都会影响焊接些质量。尽管有缝关规程对保证颗焊接质量提出趋了种种措施，尊同时还有抽样恢检验进行质量谈控制，但由于裁抽检比例较井小胀(孕1脾／蛾20剧0雹～伞1限／扇300携)判，检验手段很胞难严密，故还妥难以避免漏检摸的风险。弟有许多焊接的席质量隐患，例剪如裂纹、夹渣熄、虚焊等可能刺严重影响传力卸的质量，但这撇些缺陷是很难糊通过普查发现缸的坚。遭199撒7味年日本坂神地塑震时，有些混礼凝土结构因受荐力钢筋在焊接旦连接处被拉断戴，引起钢筋传毅力中止、构件皮断裂、结构解缠体而引发恶性回后果，其教训逮是沉重的。雀机械连接相对碑比较有保证。动因为