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钢筋套筒连接技术在核电工程中的应用

发布时间:2019/02/13
钢筋套筒连接技术在核电工程中的应用

  钢筋套筒连接技术已经在工业、民用、道路、桥梁、水工建筑、海洋工程、核电工程等领域广泛应用。本文介绍了常用的钢筋连接套筒分类以及不同国家钢筋连接套筒强度要求,并介绍了钢筋套筒连接技术在第三代非能动核电工程中的应用情况和技术要求。由于在第三代非能动核电工程采用了钢板混凝土这一结构形式,从而大量使用了可焊型机械套筒,目前可焊型套筒采用进口套筒,基于此,本文亦对可焊型套筒的国产化进行了思考和探讨。
  1.引言
  钢筋套筒连接是继绑扎连接、焊接连接之后的一种新型连接方式,以其接头强度高、性能稳定、节省材料、操作方便、施工速度快等优点在世界各个国家迅速发展,广泛应用于各个工程领域。第三代非能动核电工程中也采用了钢筋套筒连接技术,由于采用了钢板混凝土这一结构形式,所以大量使用了可焊型机械套筒。本文对常用机械连接套筒分类、不同国家钢筋连接套筒强度要求以及第三代非能动核电工程中机械套筒的应用情况和技术要求进行介绍和分析,并对可焊型钢筋连接套筒的国产化进行了思考和探讨。
  2.机械连接套筒分类
  常用的机械连接套筒有直螺纹套筒、锥螺纹套筒和挤压套筒,它们的优缺点如下。
  镦粗直螺纹套筒,提前预制,强度高,易装配;但钢筋延性降低,易脆断,螺纹加工工序多。
  直接滚压直螺纹套筒,螺纹加工简单,设备投入少;但钢筋粗细不均,螺纹精度差,设备损耗大。
  挤(碾)压肋滚压直螺纹套筒,螺纹精度较直接滚压螺纹有一定提高;但设备投入多,不能消除钢筋粗细不均对螺纹精度的影响。
  剥肋滚轧直螺纹套筒,螺纹牙型好,精度高,易装配,设备损耗低;但设备投入多。
  锥螺纹套筒,提前预制,易装配;但削弱母材截面,强度降低,螺纹加工精度要求高,受操作影响大。
  挤压套筒,强度高;但挤压对接头可能产生不利影响,设备笨重,费材料。
  另外,直螺纹接头强度不受扭紧力矩的影响,丝扣松动和少拧不会明显影响接头强度,且较锥螺纹和挤压接头省钢材。
  3.各国机械连接套筒的强度要求 
  钢筋机械连接套筒要达到的目的是钢筋等强连接,为达到这一要求,各国对机械连接套筒连接的接头强度都提出了要求:
  中国:I级接头,连接件极限抗拉强度大于或等于被连接钢筋抗拉强度标准值的1.10 倍;II级接头,连接件极限抗拉强度不小于被连接钢筋抗拉强度标准值;III级接头,连接件极限抗拉强度不小于被连接钢筋屈服强度标准值的1.25 倍。
  美国:接头抗拉强度不小于被连接钢筋屈服强度标准值的1.25 倍。
  英国、法国:接头抗拉强度不小于钢筋抗拉强度标准值。
  4.第三代非能动核电工程中机械连接套筒的形式和技术要求
  4.1 套筒形式
  第三代非能动核电工程中常用的机械连接套筒有三种形式:标准连接套筒、带法兰连接套筒和可焊型连接套筒。
  标准连接套筒广泛应用于核岛底板、墙体、楼板等混凝土结构中,和一般工程项目中的套筒形式相同。
  带法兰连接套筒用于楼板钢筋和钢板混凝土结构墙体之间的连接,与标准连接套筒相似,其中法兰主要是将套筒和钢板进行临时焊接固定,方便钢筋的安装。
  可焊型套筒用于第三代非能动核电工程中钢板混凝土结构的预埋板,用来将锚固钢筋和钢板进行连接,如图3.2所示。由于该类套筒在国内其他项目中应用较少,且焊接性能要求较高,目前项目中采用的是国外锥螺纹套筒。
  4.3 套筒技术要求
  第三代非能动核电工程中混凝土结构的设计基于核安全有关混凝土结构设计规范ACI 349,ACI 349中机械接头的强度要求相当于国内III级机械接头,考虑到核电工程结构的安全性及国内标准的适用性,工程中根据套筒使用的部位和接头百分率采用符合JGJ 107规定的I、II级机械接头,并按照ACI 349补充循环加载试验和应变试验要求,对于可焊型机械套筒要求进行焊接工艺评定:
  循环加载试验:对于每一种机械连接,至少取3组试件进行100次频率为1Hz正弦波形式的循环加载试验,加载范围为被连接钢筋屈服强度标准值的5%~90%,循环加载试验后对试件进行静力试验,相对直接进行静力张拉试验应无承载力损失。
  应变试验:对于每一种机械连接,应至少进行 6组应变试验,在达到钢筋屈服强度标准值 90%时,机械连接总长度的应变不超过相同长度被连接钢筋应变的150%。
  焊接工艺评定:对于可焊型机械套筒,应对焊接试件进行静力拉伸试验,试验结果不低于对应等级接头的抗拉强度要求,并进行焊缝宏观金相试验。
  5.可焊型钢筋机械套筒国产化建议目前第三代非能动核电工程中的可焊型钢筋套筒采用国外进口套筒,国内正在开展国产化研制工作,结合设计要求和实际工程应用情况对可焊型套筒国产化建议如下:
  (1)可焊型套筒在工程使用中接头百分比一般大于50%,套筒性能应满足国内I级接头的要求;
  (2)套筒原材料屈服强度和抗拉强度不宜低于45号钢;
  (3)套筒原材料碳当量不宜超过0.45%;
  (4)套筒内螺纹优先采用直螺纹。
  随着建筑结构形式不断的创新和发展,对钢筋套筒的连接形式和性能不断提出新的要求,第三代非能动核电工程中可焊型钢筋连接套筒的应用就对国内机械套筒的研发和制造提出了新的要求,相信随着套筒研发能力和制造水平不断进步和提升,安全、质量、高效的钢筋机械连接技术一定会更好地服务于各类重大工程项目。

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