焊接箍筋工程應用及電阻點焊焊點受力性能分析

　　【摘要】將傳統繁雜的箍筋綁扎技術代之以箍筋焊接技術，可以節省鋼材，實現箍筋產業化生產及運輸;同時本文簡要介紹焊點對焊接箍筋性能的影響和檢驗焊點強度的試驗方法，箍筋焊接后焊點強度達到甚至優于傳統綁扎箍筋的彎鉤錨固強度，滿足工程應用并可用以工程推廣。

　　【關鍵詞】 箍筋 傳統綁扎 焊接連接 焊點強度 工程應用

　　一、前言

　　近年來，鋼筋混凝土結構中的箍筋用焊接連接的方法取代傳統綁扎帶彎鉤錨固形式的連接方法，在節省彎鉤鋼筋用量上具有很大的潛力，同時采用箍筋焊接連接后的鋼筋混凝土結構的混凝土澆筑和施工也具有無可比擬的優勢，這在很多相關文獻中都有介紹。本文僅就對電阻點焊箍筋焊接形式的工程優點及其形成的焊點強度問題和保證方法進行初步探究。

　　二、焊接箍筋工程優點

　　2.1、節省鋼材，經濟效益明顯

　　以雙肢箍閃光對焊為例，規范規定在抗震地區一個箍筋彎鉤為10d，非抗震地區一個箍筋彎鉤為5d，以平直部分以10d來計算，箍筋用135°彎鉤比對接焊接增加的長度為：

　　每米重量以公式0.617d2計算，以12mm直徑箍筋為例為0.88848kg/m，則對焊連接可節省鋼筋0.272㎏，以每噸4000元計算，則一個箍筋節省1.1元，由于箍筋數量巨大，一棟高層建筑往往需要幾十萬乃至幾百萬個箍筋，因而節約鋼筋用量十分可觀。對于復合箍筋來說，其節約鋼筋的優勢更明顯，因為焊接復合箍筋不僅對比于傳統的雙肢箍在彎鉤上節約了鋼筋，還在傳統復合箍筋的彎曲重疊部分有相當多的節省。

　　2.2、節省用工量，提高工效，加快施工速度

　　在所有焊接技術當中，閃光對焊技術成熟，成本最低，焊接效率比較高，焊接接頭質量可靠，并有專門的箍筋對焊機，文獻[1]曾對閃光對焊速度進行過試驗，當箍筋的直徑為6-10mm時，其焊接速度可達150-200個/時。然后對144根柱，各取50%數量分別采用焊接箍筋和135°彎鉤箍筋施工，安裝工效前者是后者的1.5倍;對84根梁，各取半數進行同樣地對比，安裝工效前者是后者的1.3-2.0倍。另外，箍筋焊接可以采用工廠預制生產，然后運輸到工地直接進行安裝，方便了工人也加快了現場施工速度，國外已有相當數量的實際工程應用，并趨近于工業化生產。

　　2.3、有利的保證了混凝土的澆筑質量

　　用焊接箍筋的鋼筋骨架，由于沒有了彎鉤和箍筋重疊部分，鋼筋骨架內部空間變大，混凝土容易灌注下料，搗固混凝土時省力，不卡振動棒，減少碰撞鋼筋，搗固混凝土質量好。

　　三、箍筋電阻點焊焊點受力性能

　　電阻點焊由于具有能量集中、變形小、輔助工序少、無須填加焊接材料、生產效率高、操作簡便和易于實現自動化等特點，特別適合于復合箍筋的焊接。電阻點焊在壓入深度保證的前提下會在兩鋼筋相交處形成熔核即電阻點焊的焊點，其熔核處焊點的抗剪強度是電阻電焊箍筋強度保證的關鍵所在，也就是要保證焊接箍筋的點焊焊點在母材鋼筋達到屈服強度時其抗剪承載力能達到不破壞的要求，文獻[4]對其進行抗剪承載力試驗表明：對于、級鋼筋(最高設計強度來說能保證其在箍筋屈服時焊點不破壞。實際工程中箍筋一般不超過級鋼筋，除特殊要求外，很少用到級及以上強度鋼筋，也就是說電阻點焊焊點強度能滿足工程中箍筋的受力要求。

　　另外相關試驗研究發現，電阻點焊焊點的最大抗拉剪強度與焊接電流、焊接通電時間以及電極壓力等因素有關，為了保證電阻點焊焊點的強度，確保點焊質量必須合理匹配這三個工藝參數。文獻[4]曾對這三種因素對點焊焊點強度的影響做過試驗，并給出以下影響關系：焊接電流增大產生較多的熱量焊透率增大有利于熔核的生成，從而提高焊點的拉剪強度，并不是說一味增大焊接電流，而要與其它兩個因素合理匹配才可以，但電流過大會產生燒穿現象，不利于焊點強度保證。通電時間延長剛開始對強度增長有利，但到一定程度后出現下降趨勢，強度下降同時也會增加接頭的硬度和脆性不利于受力，從焊接電流和通電時間兩因素考慮，應該采用短時間內大焊接電流的形式進行點焊焊接。電極壓力與通電時間一樣，達到一定程度后產熱降低會影響熔核尺寸導致點焊焊點強度下降。所以，要保證電阻點焊焊點接頭的強度，必須合理匹配這三個工藝參數。

　　四、箍筋焊接后焊點的應力集中和腐蝕性

　　眾所周知，鋼筋焊接后在焊點處會產生應力集中現象，以及焊接后化學成分、組織及受力的不均勻性，受力后易成為破壞的關鍵區域，容易導致應力腐蝕開裂，而鋼筋的腐蝕破壞是導致混凝土結構過早失效的首要因素，鋼筋焊接接頭焊點作為不同于母材本身的區域，其連接方式、力學性能等都有其特殊性，焊點質量的好壞，能夠直接影響到鋼筋混凝土結構的安全性能。焊點在腐蝕環境中受力性能下降，容易導致焊接接頭的失效;同時在腐蝕介質下，焊接產生的應力集中區，裂紋很容易發展斷裂，而如果通過機械加工技術消除應力集中后，焊接試件破壞時呈現出韌性斷裂，腐蝕裂紋不明顯，應力集中嚴重的焊接試件則呈現出明顯的脆性斷裂形式，所以研究通過機械加工技術消除焊接產生的應力集中現象可以有效地提高箍筋焊接后焊點的受力性能和強度保證。

　　在實際工程中，為了防止焊點過早的腐蝕破壞，我們可以通過加大混凝土結構的保護層厚度來加以控制，在按照國家混凝土結構設計規范取值的同時可以按照實際情況人為地增加1-2cm保護層厚度。同時減少混凝土添加劑中氯離子的含量，同樣可以減少焊點過早的腐蝕破壞給結構帶來的不安全隱患。

　　五、小結

　　箍筋焊接技術相比于傳統綁扎帶彎鉤箍筋形式，其經濟效益明顯，并能方便施工過程，是一種比較先進的施工技術，宏觀經濟效益等明顯的同時，其微觀受力性能比如焊點的強度問題卻是需要深入研究的問題，本文簡要介紹了電阻點焊箍筋焊接方法的焊點強度保證方法以及受力性能，發現箍筋焊接產生的焊點強度能保證實際受力性能，只要質量保證便可以用于工程應用，電阻點焊的焊點的抗拉剪強度經過試驗可以滿足規范要求。電阻點焊焊接提高熔核尺寸和焊透率，適當匹配三種工藝參數能很好的保證焊接質量，從而提高受力性能。另外，為了防止焊點被腐蝕發生過早的腐蝕破壞影響結構安全，建議適當提高混凝土保護層厚度1-2cm。

　　參考文獻：

　　【1】何理，歐陽寧靜.閃光對焊封閉環式箍筋施工技術應用[J].重慶建筑，2001，(09).

　　【2】董現春，王全禮等.首鋼HRB400S鋼筋的焊接性研究[J].工程質量，2004，(06).

　　【3】鋼筋焊接及驗收規程(JGJ18-2012).北京：中國建筑工業出版社，2012.

　　【4】Derrick D.Roorda.Design of the Tallest Reinforced Concrete Structure in California-a-58-Story Residential Tower in San Francisco.ASCE (2008) ，365–378.

　　【5】唐麗云，楊燁.鋼筋HRB400閃光對焊接頭應力腐蝕研究[J].四川建筑科學研究，2010，(08).

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