冷作直螺紋套筒高溫后力學(xué)性能試驗(yàn)
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［摘要］對(duì)冷作強(qiáng)化直螺紋套筒力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，冷作強(qiáng)化直螺紋套筒高溫后力學(xué)性能降低，不滿足相關(guān)規(guī)范要求;作為對(duì)比，45號(hào)鋼直螺紋套筒高溫后力學(xué)性能無(wú)明顯變化，滿足相關(guān)規(guī)范要求。應(yīng)用冷作強(qiáng)化直螺紋套筒時(shí)，在有耐火要求的情況下，需開(kāi)展套筒入場(chǎng)防火性能檢驗(yàn)。
［關(guān)鍵詞］裝配式;直螺紋套筒;冷作強(qiáng)化;力學(xué)性能;耐火性能;試驗(yàn)
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(guò)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(xiāo)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(zhuān)用設(shè)備，使低碳鋼在加工成型過(guò)程中通過(guò)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(pán)條，通過(guò)專(zhuān)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(zhuān)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JGJ107—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/T163—2013《鋼筋機(jī)械連接用套筒》中明確規(guī)定，采用各類(lèi)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(guò)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(mǎi)的2050BV30，ML08AL套筒和25Q235套筒，具有一定代表性。同時(shí)，增加了20，25傳統(tǒng)45號(hào)鋼直螺紋套筒作為同條件對(duì)比試件。20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(jiàn)表1)。25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(jiàn)表1)。由于25套筒被拉斷，其鋼筋接頭極限抗拉強(qiáng)度為依據(jù)25鋼筋標(biāo)準(zhǔn)橫截面面積的換算值。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)
GB50016—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(kāi)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(jiàn)圖1)，可在加熱過(guò)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。
3套筒高溫后力學(xué)性能
20套筒使用HRB400E鋼筋絲頭進(jìn)行極限抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，25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25套筒被拉斷(見(jiàn)表3)，其鋼筋接頭極限抗拉強(qiáng)度為依據(jù)25鋼筋標(biāo)準(zhǔn)橫截面面積的換算值。由表3可知，20，25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25Q235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;20，2545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(wú)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(lái)源、加工工藝的追溯。在有耐火要求的情況下，需開(kāi)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。
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作者：趙杰 汪虎 徐冰 邵康節(jié) 單位：中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所