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北京南站改扩建工程动荷载下钢筋直螺纹连接施工技术总结高丛军陈淑民张利张志民刘浩程小春霍建利1.应用情况简介北京南站改扩建工程是国家重点的大型交通枢纽公共建筑。本工程占地面积49.92万m2，站房综合楼22.63万㎡，高架桥4KM，雨篷6.34万㎡，建设总投资为41.16亿元。主要建设内容有：站房综合楼、（包括地上铁路用房、地下换乘大厅、地下小汽车库）、雨篷工程、高架桥工程、站台工程。本工程站房轨道层直接承受动荷载，梁板钢筋主要规格为2032，钢筋用量约为4.5万吨，钢筋接头总量约为50万个。轨道层直接承受动荷载（列车轨道），按照桥梁规范设计，设计要求采用闪光对焊接头及焊接接头，如此大量的接头按照设计接头要求，难以保证在工期、质量，况且作业环境也不具备，为此，指挥部和项目部考虑用直螺纹连接代替闪光对焊连接。根据《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003的要求，对直接承受动力荷载的结构构件，接头应满足设计要求的抗疲劳性能。当无专门要求时，对连接HRB335级钢筋的接头，其疲劳性能应能经受应力幅为100N/㎜2，最大应力为180N/㎜2，最小应力为80N/㎜2的200万次循环加载。因此开始进行相关的科研试验。南站工程指挥部组织召开了轨道层接头连接调研会，建设单位、监理单位、设计一同参加，大家对直螺纹连接接头和闪光对焊接头做了如下比较分析：序号内容闪光对焊直螺纹连接1工期施工工期长，不能满足南站工期要求。工期相比闪光对焊减少2个月，能满足要求。2运输施工对焊后钢筋过长，不易吊装及绑扎施工。钢筋短，吊装方便，施工作业方便。3节能用电量大，现场至少增加两现场用电量已满足要台800KVA变压器。求。4施工质量焊接质量不稳定，尤其是直25以上的难以保证。操作工艺简单，质量容易保证。5抗疲劳性能满足满足6施工工艺成熟成熟经过比较分析，大家初步拟定采用直螺纹连接，接头等级为Ⅰ级。可是采用钢筋直螺纹连接接头不符合铁路规范和设计要求，又没有相关施工案例，属超规范施工，因此必须进行相关的科研，得到各方认可后方能施工，因此，需要解决许多技术研究课题。2．轨道层钢筋采用直螺纹连接接头要解决的重点难点问题要针对本工程使用的钢筋，进行专门直螺纹连接套筒的设计：为了满足抗疲劳性能要求，对套筒的外径、长度、牙型角、螺纹规格进行设计；按照《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003的要求要对不同钢筋直径进行疲劳试验和型式检验；要组织专家论证会；编制针对本工程轨道层直螺纹连接的技术标准；报主管部门进行备案。3．承受动载结构中直螺纹连接的关键技术3.1直螺纹连接套筒的设计普通的连接套筒没有抗疲劳性能的要求，本工程属于超规范要求，为此，选用建研科技股份有限公司和保定朗瑞建筑机械设备有限公司两家单位，根据本工程的实际要求进行套筒设计。经过近一个月的时间，两家单位均完成了产品设计，并分别提供了套筒和丝头具体设计参数。㈠建研科技股份有限公司设计的直螺纹连接套筒参数见表1：滚轧直螺纹连接套筒参数（单位：㎜）表1钢筋规格2022252832套筒外径30.533.538.543.049.0（公差+0.5）套筒长度（公差±0.5）50.054.062.068.076.0牙型角60º60º60º60º60º螺纹规格（精度等级6H）M20.5×2.5M22.5×2.5M25.5×3.0M28.5×3.0M32.5×3.0接头拧紧力矩（N·m）160230230300300㈡保定朗瑞建筑机械设备有限公司的连接套筒参数见表2：滚轧直螺纹套筒参数表（单位：㎜）表2钢筋规格2022252832套筒外径（公差+0.5）3438414754套筒长度（公差±0.5）60.065.070.074.080.0牙型角75º75º75º75º75º螺纹规格（精度等级6H）M20.5×2.5M22.5×2.5M25.5×3.0M28.5×3.0M32.5×3.0接头拧紧力矩（N·m）160230230300300㈢建研科技股份有限公司连接丝头的参数见表3：滚扎直螺纹钢筋丝头参数（单位：㎜）表3钢筋直径2022252832螺纹中径（公差）+0.2，-0.118.820.823.726.630.4剥肋长度2224283135有效螺纹长度（不小于）2527313438有效螺纹扣数（不小于）1011101112旋和长度2527313438螺纹尺寸M20.5×2.5M22.5×2.5M25.5×3.0M28.5×3.0M32.5×3.0螺纹牙型角60º60º60º60º60º㈣保定朗瑞建筑机械设备有限公司的连接丝头参数见表4滚轧直螺纹丝头参数表（单位：㎜）表4钢筋直径2022252832螺纹中径（公差）+0.2，-0.118.820.823.726.630.4剥肋长度3032．5353740有效螺纹长度（不小于）3032．5353740有效螺纹扣数（不小于）121311.512.513.5旋和长度3032．5353740螺纹尺寸M20.5×2.5M22.5×2.5M25.5×3.0M28.5×3.0M32.5×3.0螺纹牙型角75º75º75º75º75º两种套筒对比照片3.2进行直螺纹连接套筒及接头的型式检验和抗疲劳性能检验3.2.1套筒设计完成后要先进行接头的型式检验，确定钢筋连接接头的性能等级。本工程轨道层接头等级选用Ⅰ级，Ⅰ级接头的性能如下：接头抗拉强度不小于被连接钢筋实际抗拉强度或1.1倍钢筋抗拉强度标准值，并具有高延性、反复拉压性能及抗疲劳性能。针对两个厂家提供的套筒各种型号各做一组型式检验。检验要求：对每种型式、规格、材料、工艺的钢筋机械连接接头，型式检验试件不应少于9个：其中单向拉伸试件不应少于3个，高应力反复拉压试件不应少于3个，大变形反复拉压试件不应少于3个。同时应另取3根钢筋试件做抗拉强度试验。全部试件应在同一根钢筋上截取。根据试验结果，使用两个厂家提供的各种型号套筒制作的接头符合Ⅰ级接头的要求。3.2.2进行接头的疲劳性能检验根据设计要求，接头的疲劳性能应满足以下要求：接头的疲劳性能应能经受应力幅为100N/㎜2，最大应力为180N/㎜2，最小应力为80N/㎜2的200万次循环加载。检验时两个厂家各种规格的接头分别取一组作抗疲劳试验，共计10组。分别送到清华大学结构工程检测中心、国家钢铁材料测试中心、铁道科学研究院金属及化学研究所进行检验。试验结果全部符合要求。4.请有关专家进行论证。在试验检验都合格的基础上，为了确保工程质量和使用安全，又组织有关专家进行论证。其中专家组组长徐有邻是中国建筑科学研究院研究员，也是《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003的主要编制者。此外专家组成员还有庄军生、何成杰、赵华胜、王洪光等各单位的专家。专家组根据《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003的要求，结合各组钢筋接头疲劳试验数据分析，得出如下意见：钢筋的直螺纹连接是目前成熟的钢筋连接方式。本工程根据设计单位提出的接头疲劳试验应力和应力幅的要求，对10组2032的接头进行了疲劳验证性试验，其结果完全符合设计及《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003的要求。该接头形式可在本工程轨道层结构钢筋的连接中采用。5.编制针对本工程轨道层直螺纹连接的技术标准在施工前根据并参考《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003的要求，专门编制了针对本工程轨道层直螺纹连接的技术标准。标准中对直螺纹连接的适用范围、术语符号、接头的等级及性能要求、接头的应用、材料、制造及施工、检验及验收等7个主要方面进行了详细的论述及规定。以此作为本工程施工的规范。6.现场施工严格控制质量6.1套筒进场时严格按技术标准中的内容进行检查验收，不符合要求的套筒不能使用。6.⒉严格控制丝头加工质量和钢筋接头的连接质量。施工前对作业人员进行培训考核，成绩合格者持证上岗。从钢筋下料、套丝到接头连接，严格按技术标准执行。6.⒊严格控制接头的位置接头应设置在结构构件受拉钢筋应力较小部位。对于纵横主梁及纵向次梁和板的纵向上筋（梁上部纵筋）接头应布置在1/3～1/2跨的范围内，纵向下筋（梁下部纵筋）接头应布置在1/3～1/4跨的范围内。接头应避开框架的梁端、柱端箍筋加密区。结构构件中纵向受力钢筋的接头应相互错开，钢筋连接的连接区段长度应按35d计算（d为被连接钢筋中的较大直径）。在同一连接区段内有接头的受力钢筋截面面积占受力钢筋总截面面积的百分率不应大于50％。轨道层梁、板使用直螺纹连接的照片7.在大量试验结果满足要求，通过了专家论证，编制完成了针对本工程轨道层直螺纹连接的技术标准的情况下，铁路局南站指挥部组织召开专题会，四方对轨道层采用直螺纹连接接头一致认可，并将全部资料整理报铁道部备案。8．综合效益分析：通过一系列的考察、设计、试验、论证、方案讨论、技术标准的制定及施工实践，成功的完成了本工程轨道层钢筋连接施工，既保证了工程质量，又满足了工期要求。如采用闪光对焊，现场条件不具备，钢筋接长的范围有限，且难以绑扎成形，而采用直螺纹连接后解决了这些问题，大大降低了施工难度，工期至少提前了2个月。虽然每个套筒的接头费用稍微增加，但工期减少后机械租赁费、人工费等其他费用大幅减少，经济效益显著。此外通过本工程轨道层直螺纹连接的使用，为其他类似工程提供了经验。所以取得了较好的社会效益。