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【劲性柱】双螺套替代焊接的表现不可思议!

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在建筑结构中,因其优异的结构力学性能,劲性柱结构目前受到了许多结构建筑师的亲睐。其中,有型钢与钢筋的组合连接,有型钢、钢筋与型钢、钢筋的组合连接,这其中有钢筋包裹在型钢外层(筋包钢),有型钢包裹在钢筋外层(钢包筋)。

 

下面,我们就上述的第一种情况,介绍双螺套接头在该结构连接中的方法及特点。

 

(1)型钢与钢筋的组合连接

如图1、图2所示的型钢柱与钢筋梁的组合连接结构示意图。

_20210805132711.png插图

图1(俯视图)

 

之前,我们常用的连接方法是,结构设计中在钢柱翼缘范围内采用钢柱上外挑牛腿与之连接,以外钢柱翼缘板宽280mm翼缘板上焊接连接板为例,钢筋通常需要通过焊接在连接板上实现钢筋梁与型钢柱的连接,如图2所示(插入该方法连接实物照片)。

 

_20210805132724.png插图(1)

采用原传统焊接连接方法,钢柱翼缘外挑钢牛腿连接板与钢筋焊接的方案,现场不仅钢筋焊接困难,焊接质量以及钢筋位置的准确性难以得到保证,而且现场焊接时间长,往往也无法满足对工期、质量的要求。

一、问题分析:

_20210805132733.png插图(2)

图3  水平钢筋与型钢柱采用翼缘板焊接连接构造示意图

(1)技术方面①280mm宽翼缘板上需要焊接3~4块连接板,板间净间距仅为45~60mm,且需要通过柱筋和梁筋,钢筋难以排布。

②采用连接板连接时,导致钢筋轴向与加劲板(外挑连接板对应位置)不重合,存在与腹板偏心的影响,受力不合理。

 

(2)施工方面

①钢筋与相邻连接板间距过小,混凝土难以振捣密实。

②劲性柱内钢筋密集,安装不便。

③框架梁钢筋与型钢柱连接比较复杂,现场钢筋通过连接板与型钢柱进行连接,现场焊接工作量大。

 

这种工况下,钢筋梁为什么不采用钢筋直螺纹接头与型钢柱连接?

 

该工况下如采用直螺纹接头连接,一般都会在两侧采用焊接型直螺纹接头,中间再采用一个直螺纹接头。而在两个型钢柱固定位置的情况下,其连接顺序一定是先连接两侧焊接端接头,再连接中间接头,此情况下一般会采用加长螺纹型直螺纹接头,但因一旦两端先连接拧紧后,中间接头连接则无法再旋转钢筋,该接头中间无法对顶紧以保证接头变形性能。再则,采用剥肋滚轧工艺,接头外露的长螺纹也无法保证强度可靠。

 

采用双螺套接头解决方案:

 

(1)单根水平钢筋与型钢柱连接方案

焊接型直螺纹接头+双螺套接头+焊接型直螺纹接头,可减少大量焊接作业时间及焊接质量风险,可节约连接钢板、焊接材料的昂贵费用,现场操作方便快捷。

双螺套接头的构造如图3、图4所示。连接后的施工现场图片如图5、图6所示。

 

_20210805132739.png插图(3)

_20210805132745.png插图(4)

图5  焊接端照片

新型连接方法,劲性柱两端使用焊接套筒,中间采用双螺套套筒进行对接!

_20210805132753.png插图(5)

图6  双螺套中间端照片

 

二、技术特点

北京五隆兴科技发展有限公司全自主开发的国家专利产品“WL 双螺套钢筋接头”,以“钢筋不旋转”连接为主要特征,具有连接速度快、施工便利、质量可靠、成本低、可以全天候施工等特点。

_20210805132759.png插图(6)
图7 型钢与钢筋使用双螺套组合连接

 

双螺套具有以下技术特点:

①连接接头处无湿作业,全机械连接;②连接快速,仅需 20 秒。连接完成后即可承力;

③钢筋连接质量合格与否可目测检验,简单清晰;

④现场接头质量检验简单、快捷,与普通直螺纹接头一致;

⑤钢筋连接作业面无需其机具设备,仅需连接扳手。

_20210805132806.png插图(7)

几种连接方法,可根据结构需要,自行选择连接位置!

 

三、双螺套连接与焊接工艺对比:

焊接
双螺套
工时
3~4H
0.5H
成本
定制牛腿焊机耗材
双螺套
标准化
工人水平不同难以标准化
可实现标准化作业
安全性
焊接质量因人而异质检麻烦
一级接头质检简单
_20210805132812.png插图(8)

接下来以32mm为例,将双螺套连接及焊接的成本进行更详尽的对比。

 

(一)焊接:以直径32mm钢筋为例
牛腿尺寸
材料净重
厂家取费(元/kg)
牛腿单价
600*480*40
90.432
12
1085.184
双边焊缝长≥6d(mm)
净焊接时间
焊工工资
8根钢筋焊接人工费
192
3~4
400
200
完成单个牛腿钢筋连接施工速度:4~6小时
一级接头连接质量:不稳定焊缝质量无损检测:麻烦
单根费用(元):161.898
影响焊接质量的因素:①环境因素(温度、湿度)、②人员素质不一

③焊条材质、④焊机稳定性、⑤焊接方法

⑥测:拉伸、弯曲、冲击、超声波回弹综合法技术

 

(二)双螺套:

以直径32mm钢筋为例

双螺套单价
可焊接套筒
钢筋套丝+安装费(元/个)
单根费用
73
8
6
87元
完成单个牛腿钢筋连接施工速度:0.5小时
一级接头连接质量:稳定 连接质量检测:简单

 

四、双螺套接头技术验证:

通过了国家建筑工程质量监督检验中心型式检验HRB400E Ⅰ级接头

HRB500E Ⅰ级接头

通过了国家建筑工程质量监督检验中心“美标”型式检验

通过了国家建筑钢材质检中心200万次疲劳性能检验

取得了国核示范工程“荣成核电”允许使用批复

通过了中国建筑科学院“CABR”产品认证

 

【案例】钢筋混凝土梁与型钢混凝土柱连接瓶颈技术

钢筋与型钢钢骨柱连接,在很多大型公建项目上都会遇到连接所带来的的质量控制问题,具体如下;

 

_20210805132836.png插图(9)图片

图一:  钢筋的一端进行直螺纹加工与型钢柱通过焊接套筒进行有效连接,其特点方便快捷,操作简单,质量稳定且可控,功效高,成本较低。

_20210805132845.png插图(11)图片

图二:另一端钢筋因无法转动,采用连接板焊接操作。特点能够解决钢筋在无法转动的情况下与型钢柱连接,但焊接质量不合格项较多,质量管控难度大,连接效率低,探伤检测合格率低,质量不稳定,连接板重量大造价高,检测难度大。

_20210805132852.png插图(13)

图片

图三:两端均采用焊接套筒连接,因钢筋无法再次转动,造成连接困难,采用焊接连接。焊接长度损失原料,焊接质量同样不可控,焊接作业时间长,合格率低,功效低,探伤检测无法保证100%合格,且检测费用高,施工进度难以保证。

图片_20210805132908.png插图(16)

图四 :一种新型装配式机械连接工艺,型钢钢骨柱均采用焊接套筒连接,中间不能转动的部位,采用新型机械连接方法,将两根不能转动的钢筋进行原位连接,连接时连接钢筋不会产生位移,操作仅需要连接扳手。连接速度一分钟完成操作(钢筋同样是直螺纹丝头),现场构件割取,达到一级接头强度,批量连接质量非常稳定,作业时间大幅降低,质量验收可操作性强。现场无明火作业,大量节省焊工作业及费用。

_20210805132914.png插图(17)图片

图五:竖向钢筋与型钢梁连接,同样上下两个钢筋在无法转动的情况下,通过旋转套筒完成原位连接。

_20210805132920.png插图(19)图片

图六 直螺纹与新型套筒的完美结合,各施所长,降本增效。

图片

从以上数据及案例不难看出,在劲性柱连接时选择双螺套连接方案优势一目了然!

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