冷作强化直螺纹套筒高温后力学性能试验研究

赵 杰，汪 虎，徐 冰，邵康节

(1.中国建筑科学研究院建筑结构研究所，北京 100013；2.中国核工业二四建设有限公司，河北 廊坊 065201)

0 引言

目前，钢筋机械连接用直螺纹套筒已成为钢筋连接领域主流产品，市场需求量持续增长。为此，套筒生产厂家通过改进生产工艺、更新生产设备，以提高生产效率、降低生产成本，进而在激烈的市场竞争中占据有利位置。在此背景下出现了新型钢筋连接用套筒产品，即冷作强化直螺纹套筒，因其具有较高的加工效率与较低的销售价格，迅速占据了较大的市场份额。进行冷作强化直螺纹套筒加工时，将强度较低、延性较好的低碳钢(碳元素含量一般<0.42%)作为原材料，采用专用设备，使低碳钢在加工成型过程中通过冷作强化作用提高极限抗拉强度，从而达到减小低碳钢套筒横截面面积的目的。采用Q235，ML08AL，50BV30等低碳钢光圆盘条，通过专用加工设备，经多次冲压冷加工得到套筒毛坯，并加工内螺纹制成套筒成品。由于专用设备自动化程度较高，提高了加工效率，从而进一步降低了生产成本。

冷作强化直螺纹套筒与钢筋连接后的钢筋接头性能满足JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》的相关要求，但工程界对套筒防火性能的关注程度不够。JG/T 163—2013《钢筋机械连接用套筒》中明确规定，采用各类冷加工工艺制成的套筒，宜进行退火处理，进行套筒设计时，不应利用经冷加工提高的强度减小套筒横截面面积。由于冷作强化直螺纹套筒毛坯冷加工后未经退火处理，且进行套筒设计时，利用了经冷加工提高的强度减小套筒横截面面积，不符合《钢筋机械连接用套筒》的相关规定。为此，对冷作强化直螺纹套筒高温后力学性能进行试验研究，以期通过试验结果判断冷作强化直螺纹套筒防火性能是否满足有关规范要求。

1 套筒常温力学性能

试验用冷作强化直螺纹套筒为随机购买的φ20 50BV30，ML08AL套筒和φ25 Q235套筒，具有一定代表性。同时，增加了φ20，φ25传统45号钢直螺纹套筒作为同条件对比试件。φ20套筒使用HRB400E钢筋丝头进行极限抗拉强度试验，试验结果表明钢筋母材被破坏(见表1)。φ25套筒使用强度远高于钢筋强度的特制高强工具杆进行极限抗拉强度试验，试验结果表明套筒被拉断(见表1)。由于φ25套筒被拉断，其钢筋接头极限抗拉强度为依据φ25钢筋标准横截面面积的换算值。

表1 套筒常温力学性能参数

由表1可知，各套筒接头极限抗拉强度均满足《钢筋机械连接技术规程》第3.0.5条的规定，且可保证接头极限抗拉强度不小于HRB400E钢筋极限抗拉强度标准值的1.1倍。

2 高温加热试验

GB 50016—2014《建筑设计防火规范》第2.1.10条规定，耐火极限为在标准耐火试验条件下，建筑构件、配件或结构从受到火的作用时起，至失去承载能力、完整性或隔热性时止所用的时间，可知建筑物防火性能更注重结构受火后的变化。因此，开展套筒高温后力学性能试验。加热温度与保温时间等试验参数如表2所示，加热试验装置采用真空炉(见图1)，可在加热过程中避免套筒表面发生氧化、脱碳，且炉温控制精度较高。套筒加热前需进行表面清理，加热结束后进行自然冷却。

表2 高温加热试验参数

图1 真空炉

3 套筒高温后力学性能

φ20套筒使用HRB400E钢筋丝头进行极限抗拉强度试验，φ25套筒使用强度远高于钢筋强度的特制高强工具杆进行极限抗拉强度试验。由于φ25套筒被拉断(见表3)，其钢筋接头极限抗拉强度为依据φ25钢筋标准横截面面积的换算值。

由表3可知，φ20，φ25冷作强化直螺纹套筒高温后的极限抗拉强度均明显降低，不满足《钢筋机械连接技术规程》第3.0.5条的规定；加热温度600℃、保温1h与加热温度800℃、保温2h后的φ25 Q235冷作强化直螺纹套筒极限抗拉强度差异较小，均不满足相关规范要求；φ20，φ25 45号钢套筒高温后极限抗拉强度未明显降低，均满足《钢筋机械连接技术规程》第3.0.5条的规定。

4 结语

直螺纹套筒是保证力的传递且关系结构安全的重要产品，其防火性能需重点关注。试验结果表明，冷作强化直螺纹套筒常温力学性能满足《钢筋机械连接技术规程》的相关要求，但高温后极限抗拉强度降低，不满足要求；45号钢套筒高温前后极限抗拉强度无明显变化，满足要求。在有耐火要求的施工现场检验中，通常仅以常温极限抗拉强度作为冷作强化直螺纹套筒防火性能合格的判定依据，存在工程质量与安全隐患。为此，提出以下建议。

1)冷作强化直螺纹套筒原材料应严格遵守《钢筋机械连接用套筒》的相关规定。

2)冷作强化直螺纹套筒生产企业在加强创新、降低生产成本的同时，应充分关注套筒高温后力学性能变化。

3)冷作强化直螺纹套筒使用方应对套筒原材料引起足够重视，按照《钢筋机械连接用套筒》的相关规定，加强对套筒原材料来源、加工工艺的追溯。在有耐火要求的情况下，需开展套筒入场防火性能检验。

4)建议修订《钢筋机械连接技术规程》时增加对钢筋接头防火性能的要求。