从静热压计算方法角度大胆提出一种钢筋机械连接的新方法--热套钢筋连接法。根据钢筋A级接头的要求,应用套筒热胀冷缩的原理,通过接头静热压计算,使接头的性能达到并超过钢筋A级接头的要求。这是一种原创性技术,具有广阔的发展前景

王臻

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第 4 期 (总第 1 1 1 期 ) 六是建材 试验研究 .钢筋机械连接的新方法—热套钢筋连接法的静热压计算王 臻(厦门 大学建筑与土木 工程学院,福建 厦门 36 1 0()5 )摘 要 从静 热压计算方法角度大胆提 出一种钢筋机械连接的新 方法一热套 钢筋连接法。根据 钢筋 A 级接头的要求,应 用套筒热胀冷缩的原理,通过接头静热压计算,使接头的性能达到并超过钢筋 A 级接头的要求。这是一种原创性技术,具有广 阔的发展前景。关健词 钢筋机械连接 ; 静热压计算方法 ;原创性技术 ;计算N e w w ay s o f re in fo ro in g b a r by m a ehin e ry Iin kin g—Ho t ja e k6t stee lba r m 以ho d o f c o n n e ot io n at a tie the rm o 一e o m Pre ss io n c o m Putatio nW AN G Zhe n g(Sc hol Of A rc hitee tu re a n d Civ il E n gined n g,X ia m e n U n iv e rs ity 36 1(X) 5,Chin a)Ab at ra ot : The a u th o r bo ld ly p。四ses o n e kin d of ste e l bar so ld e d e s jo in t ne w m e th od 一 ho t jae ke t ste lbar m e thodo f e o n n e e tio nfro m the s ta ti e Lh erm o 一eo m Po s io n e o m pu ta ti o n al me thod an 砂e.A e e o记 in g to th e ste e l b a r A s te pPe d jo in t 明u e s t, u sin g th e olev ee x Pan d 讯th he a t an de o ntrae t w ith e o ld pri n e iple,th ro u g h a tta e hes th e sta tie th e rmo 一e o m Pre o sio n e o n 一pu ta tio n, e a u犯 5 the a tta e hm e n tthe 伴而nuae e to a e hie v e an d to su 甲a s th e ste e l bar A s te pPe d jo in t th e re q u七。t.Th is 15 o n e kin d o f o ri g in al tee hn o lo叮,h助a bro a dp阴卿协 fo r de v e lo pm e n t.Ke ywO 旧S : s te e l ba r so lde rl e阳 jo in t: sta ti e th erm o 一eom p二ssi o n eom pu ta ti o n al m e th od :o ri gin al te e h n o lo群 :eo m p u ta tio n0 引 , 方法。这种方法完全可以用于热套法钢筋机械连接的设计计热套钢筋连接法 (下称热套法 )是钢筋机械连接的新方 算。法。通过设计计算,热套法的预期性能等级可达到国家行业 1.2 热套法的工艺步 .标准《钢筋机械连接通用技术规程》的 A 级以上,即抗拉强度 1.2. 1 热套法的步骤超过钢筋母材抗拉强度标准值的 1.1 倍,并具有优良的延性 (l )将两钢筋端头均处理成回转体 (简称理圆 ),见 图 1及反复拉压性能的要求。它比传统的钢筋绑扎法、焊接法、直 所示。螺纹连接法⋯⋯等相比,体积小、重盆轻、设备简单、接头造 (2) 把事先加工好的钢制套筒,见图 2 所示,加热到一定价低廉、节省大里钢筋焊条铁丝以及减少污染更环保等优 温度,钢制套筒径向膨胀,使其内径超过被理圆钢筋端头的点,广泛适用于各类混凝土构筑物,如高层、大型公共建筑、外径并分别插人被理圆过的两钢筋端头。地下铁道、核电站、高速公路高架桥、立交桥、水坝等工程构筑物中的钢筋连接。热套法具有广阔的发展前景,是尚未开发的蓝海技术。, 热套法铆筋连接的设计思路和工艺步软1.1 热套法的设计思路接头性能检验指标应符合 JGJ 10 7 (钢筋机械连接通用技术规程》中的 A 级 以上接头,即抗拉强度超过钢筋母材抗拉强度标准值的 1.1 倍,并真有优良的延性及 反复拉压性能的要求。为节省篇幅,可查看标准相应条文,有关内容本文从略。热套法接头按 A 级设计计算。众所周知,静热压方法可以传递轴向力 和扭矩 (传递扭矩与本文无关,计算从略 )。为了传递轴向力和扭矩,机械零件设计手册中就有静热压计算. 试脸研究 瘫足走材 20 9 年(3) 用液体介质喷洒钢筋套筒的表面,使其快速冷却收缩提高俐筋连接的强度。1.2. 2 钢筋端头理四的方法实施压圆是一种冷压理圆装t。该装盆包括上模座 1、下模座2、棋框 3 以及使上、下摸座合拢和分开的施压装里 4,上模腔和下棋腔最终可组合成一整圆,压圆装t 见图 3 所示。口 3 冷压理日袭t 圈2 热套法接头的t 计计茸(以 25 钢筋为示例 )机械设计手册中规定,承受轴向力静配合连接按如下算式 (已将公式转换成电算赎值算式 )计算:(l) 受轴向力配合表面压力强度 件代 = R OUND (P刁仍.14 16ld 月,2 ) (EX CEL 计 算 结 果104 9.3 9 ) . m式中:几一钢筋承受轴向力,Pz =4 90.9x 57 0( EX CE L计算结果 27 9 8 13 )N ;卜一. 攘系数 J切.14 (按手册选择 ) ;d一压合后名义表面直径 24 2 5 ~;l一配合长度 25 (初设值 )m m。(2) 包容件外直径 d2d Z二】NT (dlc l )(EX CE L计算结果 34 )n式中:cl 一系数 cl =0 .7。(3 )最小计算过盈 Slni n吕面” = R OUND (2 x 件 x d x dZ x dZI 日(dZ x d Z刁 x d )l1峨洲洲)二)(EXCE L计算结果 0. 5 )m m式中: E一弹性模t,E = 2肠 MPa。(4 ). 大计算过盈 6m a xsmax 司.1肠+ 2 A x 0.0 125 (EX CEL 计算结果 0.13 6 )ntm式中:各种数值是按粗橄度 RZ习.125 和公差 H glzs 要求选取。(5 )最大计算过盈的强度 Pm axP~二R OUND (8~x E x (d 2 x d Z一 x d ) x l(X X) l2l( 洲,2)(EXC E L计算结果 2 83.80 )MPa(6 )脸算包容件压力强度 q Zq Z二 p m 以x Z(E X CE L计算结果 56 7.6 )MPa(7) 验算被包容件压力强度 。l叮 l= S么勺l琢训2羚) (EX CEL 计算结果 1 15 5.3 1 )MPa(8 )线膨胀系数 l洲币)lo C(按手册选择 11)(9 )温差(最大)二0.1361 1lld x l仓6 + 20 (EX CE L 计算结 果529.84 )。C(10 )温差(中间)二 0.136 佗11 lld x l让6 + 20 (EX CEL 计算结果 274.9 2 )。C计算结果汇集:在保证 JGJ 】07 标准的前提下,上述计算所求出的热套法接头的尺寸与图 l和图 2 所示相近。即,压合后名义表面直径 d二24. 2 5,:包容件外真径 d Z二3 4袖:配合长度 2 5Inm:加热沮度要求大于 52 9. 84 oC,最好大于相变线7300C 以上。公差和粗糙度可按图规定。3 热巷法接头的承段能力脸茸3., 钥筋端头的许可抗拉承级能力由计算得,钢筋端头的直径 d二24 .2 5m。由设计依据:钢筋标准号:G B 14 9,级别:新班级,公称直径: 2 5咖; 安全系数 n =l.1 根据 】白 10 7,筋的破断拉力:27 9 8 13 N。根据《机械设计手册》关于表面强化使疲劳强度增加的百分数一般可达 2口%一31)汤,取 15 %,即提高 1.15 倍为宜。钢筋端头 的许可 抗拉屈 服 能力: 0. 78 54 x d x d 减刁阅 二2 03.22 kN钢筋端头的许可抗拉破断承载能力: 1.15 xl.lx0.7 8弘 xd x d x5 7 0= 2 63.26k N3. 2 钢翻恋筒的许可抗拉承载能力套筒的材料采用 45 号冷拉无缝钢管,取 此‘以幻 MPa ,淬火 H Rc40 碑5,其抗拉强度为 129 8 MPa (根据(机械设计手册)关于 G B 1 172 规定)。热套法套筒的抗拉破断承载能力: 0. 785 4 x( d2 x d 2刁Z xd Z)x l29 8l l.l幼 26k N3. 3 脸葬结 .热套法套筒的抗拉破断承载能力 》钢筋端头的许可杭拉破断承载能力 ) 钢筋端头的许可抗拉屈服能力。超过一倍,可用。4 给论由以上设计计算得知:被包容件 (即钢筋端头)压力强度口1二l巧6 MPa 大于钢筋屈服强度,会产生塑性变形,这是所希望的。包容件 (即热套法套筒 )的压力强度 q Z=5 68 MPa 小于套筒屈服强度不会产生塑性变形,这也是所希望的。产生塑性变形后,此连接件在表面康攘强度和抗剪强度的共同作用下,性能更佳。如果再经局部淬硬,如本文 1.2.1(3 )所述,侧性能效果最好。文中热套法接头采用 EX CE L 电子表格进行计算。文中所列数据还须要试制验证。不 当之处,请批评指正。参考文橄【1 联合编写 组‘机械设计手开 上哥(第一分开 ).能京:化学工业 出版社.19 79[z1 JGJ 107 一 2以刃,姻筋机械连接 通用技术规程20

钢筋机械连接的新方法——热套钢筋连接法的静热压计算

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