动荷载下钢筋直螺纹连接抗疲劳试验及应用技术总结

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直径20～32，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》JGJ 107-2003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180 N/㎜2，最小应力为80 N/㎜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

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。

焊接质量不稳定，尤其是直

径25以上的难以保证。

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》JGJ 107-2003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：

20 22 25 28 32

㈡保定朗瑞建筑机械设备有限公司的连接套筒参数见表2：

20 22 25 28 32

㈢建研科技股份有限公司连接丝头的参数见表3：

20 22 25 28 32

㈣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20 22 25 28 32

螺纹中径（公差）

+0.2，-0.1

18.8 20.8 23.7 26.6 30.4

剥肋长度30 32．5 35 37 40 有效螺纹长度

（不小于）

30 32．5 35 37 40

有效螺纹扣数（不小于）12 13

11.

5

12.5 13.5

旋和长度30 32．5 35 37 40

螺纹尺寸M20.5×

2.5

M22.5×

2.5

M25.5×

3.0

M28.5×

3.0

M32.5×

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180 N/㎜2，最小应力为80 N/㎜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》JGJ 107-2003的主