焊接箍筋工程应用及电阻点焊焊点受力性能分析

　　【摘要】将传统繁杂的箍筋绑扎技术代之以箍筋焊接技术，可以节省钢材，实现箍筋产业化生产及运输;同时本文简要介绍焊点对焊接箍筋性能的影响和检验焊点强度的试验方法，箍筋焊接后焊点强度达到甚至优于传统绑扎箍筋的弯钩锚固强度，满足工程应用并可用以工程推广。

　　【关键词】 箍筋 传统绑扎 焊接连接 焊点强度 工程应用

　　一、前言

　　近年来，钢筋混凝土结构中的箍筋用焊接连接的方法取代传统绑扎带弯钩锚固形式的连接方法，在节省弯钩钢筋用量上具有很大的潛力，同时采用箍筋焊接连接后的钢筋混凝土结构的混凝土浇筑和施工也具有无可比拟的优势，这在很多相关文献中都有介绍。本文仅就对电阻点焊箍筋焊接形式的工程优点及其形成的焊点强度问题和保证方法进行初步探究。

　　二、焊接箍筋工程优点

　　2.1、节省钢材，经济效益明显

　　以双肢箍闪光对焊为例，规范规定在抗震地区一个箍筋弯钩为10d，非抗震地区一个箍筋弯钩为5d，以平直部分以10d来计算，箍筋用135°弯钩比对接焊接增加的长度为：

　　每米重量以公式0.617d2计算，以12mm直径箍筋为例为0.88848kg/m，则对焊连接可节省钢筋0.272㎏，以每吨4000元计算，则一个箍筋节省1.1元，由于箍筋数量巨大，一栋高层建筑往往需要几十万乃至几百万个箍筋，因而节约钢筋用量十分可观。对于复合箍筋来说，其节约钢筋的优势更明显，因为焊接复合箍筋不仅对比于传统的双肢箍在弯钩上节约了钢筋，还在传统复合箍筋的弯曲重叠部分有相当多的节省。

　　2.2、节省用工量，提高工效，加快施工速度

　　在所有焊接技术当中，闪光对焊技术成熟，成本最低，焊接效率比较高，焊接接头质量可靠，并有专门的箍筋对焊机，文献[1]曾对闪光对焊速度进行过试验，当箍筋的直径为6-10mm时，其焊接速度可达150-200个/时。然后对144根柱，各取50%数量分别采用焊接箍筋和135°弯钩箍筋施工，安装工效前者是后者的1.5倍;对84根梁，各取半数进行同样地对比，安装工效前者是后者的1.3-2.0倍。另外，箍筋焊接可以采用工厂预制生产，然后运输到工地直接进行安装，方便了工人也加快了现场施工速度，国外已有相当数量的实际工程应用，并趋近于工业化生产。

　　2.3、有利的保证了混凝土的浇筑质量

　　用焊接箍筋的钢筋骨架，由于没有了弯钩和箍筋重叠部分，钢筋骨架内部空间变大，混凝土容易灌注下料，捣固混凝土时省力，不卡振动棒，减少碰撞钢筋，捣固混凝土质量好。

　　三、箍筋电阻点焊焊点受力性能

　　电阻点焊由于具有能量集中、变形小、辅助工序少、无须填加焊接材料、生产效率高、操作简便和易于实现自动化等特点，特别适合于复合箍筋的焊接。电阻点焊在压入深度保证的前提下会在两钢筋相交处形成熔核即电阻点焊的焊点，其熔核处焊点的抗剪强度是电阻电焊箍筋强度保证的关键所在，也就是要保证焊接箍筋的点焊焊点在母材钢筋达到屈服强度时其抗剪承载力能达到不破坏的要求，文献[4]对其进行抗剪承载力试验表明：对于、级钢筋(最高设计强度来说能保证其在箍筋屈服时焊点不破坏。实际工程中箍筋一般不超过级钢筋，除特殊要求外，很少用到级及以上强度钢筋，也就是说电阻点焊焊点强度能满足工程中箍筋的受力要求。

　　另外相关试验研究发现，电阻点焊焊点的最大抗拉剪强度与焊接电流、焊接通电时间以及电极压力等因素有关，为了保证电阻点焊焊点的强度，确保点焊质量必须合理匹配这三个工艺参数。文献[4]曾对这三种因素对点焊焊点强度的影响做过试验，并给出以下影响关系：焊接电流增大产生较多的热量焊透率增大有利于熔核的生成，从而提高焊点的拉剪强度，并不是说一味增大焊接电流，而要与其它两个因素合理匹配才可以，但电流过大会产生烧穿现象，不利于焊点强度保证。通电时间延长刚开始对强度增长有利，但到一定程度后出现下降趋势，强度下降同时也会增加接头的硬度和脆性不利于受力，从焊接电流和通电时间两因素考虑，应该采用短时间内大焊接电流的形式进行点焊焊接。电极压力与通电时间一样，达到一定程度后产热降低会影响熔核尺寸导致点焊焊点强度下降。所以，要保证电阻点焊焊点接头的强度，必须合理匹配这三个工艺参数。

　　四、箍筋焊接后焊点的应力集中和腐蚀性

　　众所周知，钢筋焊接后在焊点处会产生应力集中现象，以及焊接后化学成分、组织及受力的不均匀性，受力后易成为破坏的关键区域，容易导致应力腐蚀开裂，而钢筋的腐蚀破坏是导致混凝土结构过早失效的首要因素，钢筋焊接接头焊点作为不同于母材本身的区域，其连接方式、力学性能等都有其特殊性，焊点质量的好坏，能够直接影响到钢筋混凝土结构的安全性能。焊点在腐蚀环境中受力性能下降，容易导致焊接接头的失效;同时在腐蚀介质下，焊接产生的应力集中区，裂纹很容易发展断裂，而如果通过机械加工技术消除应力集中后，焊接试件破坏时呈现出韧性断裂，腐蚀裂纹不明显，应力集中严重的焊接试件则呈现出明显的脆性断裂形式，所以研究通过机械加工技术消除焊接产生的应力集中现象可以有效地提高箍筋焊接后焊点的受力性能和强度保证。

　　在实际工程中，为了防止焊点过早的腐蚀破坏，我们可以通过加大混凝土结构的保护层厚度来加以控制，在按照国家混凝土结构设计规范取值的同时可以按照实际情况人为地增加1-2cm保护层厚度。同时减少混凝土添加剂中氯离子的含量，同样可以减少焊点过早的腐蚀破坏给结构带来的不安全隐患。

　　五、小结

　　箍筋焊接技术相比于传统绑扎带弯钩箍筋形式，其经济效益明显，并能方便施工过程，是一种比较先进的施工技术，宏观经济效益等明显的同时，其微观受力性能比如焊点的强度问题却是需要深入研究的问题，本文简要介绍了电阻点焊箍筋焊接方法的焊点强度保证方法以及受力性能，发现箍筋焊接产生的焊点强度能保证实际受力性能，只要质量保证便可以用于工程应用，电阻点焊的焊点的抗拉剪强度经过试验可以满足规范要求。电阻点焊焊接提高熔核尺寸和焊透率，适当匹配三种工艺参数能很好的保证焊接质量，从而提高受力性能。另外，为了防止焊点被腐蚀发生过早的腐蚀破坏影响结构安全，建议适当提高混凝土保护层厚度1-2cm。

　　参考文献：

　　【1】何理，欧阳宁静.闪光对焊封闭环式箍筋施工技术应用[J].重庆建筑，2001，(09).

　　【2】董现春，王全礼等.首钢HRB400S钢筋的焊接性研究[J].工程质量，2004，(06).

　　【3】钢筋焊接及验收规程(JGJ18-2012).北京：中国建筑工业出版社，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】唐丽云，杨烨.钢筋HRB400闪光对焊接头应力腐蚀研究[J].四川建筑科学研究，2010，(08).

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