浅议混凝土结构中的钢筋连接

混凝土结构中的钢筋连接梧州城乡建设规划设计院何若怡【摘要】：通过对混凝土结构中受力钢筋连接原理、受力方式以及接头类型的分析，介绍了《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）中各种钢筋连接方式的应用范围、连接长度、接头面积百分率等构造要求。

【关键词】：混凝土结构钢筋连接连接方式一、钢筋的连接是混凝土结构设计和施工中的重要组成部分，其连接方式主要有以下三种：（一）绑扎连接：这个是施工中应用最广泛，应用时间最长，形式最简单方便的钢筋连接方式。

（二）机械连接：其工作方式是利用套筒相互咬合作用连接钢筋，分为挤压连接、锥螺纹连接、镦粗螺纹连接、滚轧直螺纹等几种连接方式。

（三）焊接连接：其工作原理是通过加热或熔融金属实现钢筋直接连接，按施工工艺可分为对焊、双面焊、单面焊、电弧焊、埋弧焊等几种形式。

二、钢筋的连接机理作为混凝土结构受力的重要组成部分，连接区段的钢筋应该与整体钢筋有着同样或相似的受力性能，能可靠地传递应力，表现在以下几方面：（一）强度方面，即承载力方面：作为所有传力钢筋的基本要求是等强传力，连接区段的钢筋亦应该满足完成应力可靠传递的基本要求。

钢筋的连接接头如果在施工过程中过强，有可能造成钢筋性能的改变，引起塑性铰的位臵的转移，具体表现为可移至梁、柱的端头箍筋加密区外，不利于结构的延性以及抗震性能的开展。

《混凝土结构设计规范》第11.2.3条款对此做了明确的限制。

因此，钢筋的连接并非越强越好，其前提应满足规范的要求。

（二）变形性能方面。

钢筋连接区段的变形能力应与整体钢筋的变形能力是一致的，通过混凝土间接传力绑扎搭接钢筋以及通过套筒-螺纹咬合间接传力的机械连接钢筋均有可能发生较大的形变，导致混凝土产生裂缝，被连接钢筋的变形模量的降低还会进一步导致同一区域内连接钢筋与整体钢筋之间的应力差异，受力钢筋之间的承载力不均匀不利于结构的整体受力。

（三）延性方面：热轧钢筋具有良好延性，均匀伸长率δgt 均在12%以上，且在发生颈缩变形后才发生断裂，有明显的预兆。

若连接工艺引起钢材性能的变化，如焊接、挤压等，则有可能在连接区间发生无明显预兆的脆性断裂，影响钢筋的连接传力性能，尤其在地震作用中。

（四）恢复性能：受力结构承载的不确定性均可能产生不同的裂缝和挠度，但只要钢筋未达屈服强度，卸载后的弹性回缩基本可以闭合裂缝和恢复挠度，整体钢筋具有较好的恢复性能，但发生非线性变形的间接传力连接接头受力变形后不能全部恢复，会留下较明显的残余裂缝和变形。

（五）耐久性方面：连接区段的钢筋及接头往往尺寸较大，会减少保护层厚度进而影响混凝土结构构件的耐久性，降低混凝土的抗碳化能力和钢筋抗锈蚀能力。

（六）疲劳性能方面：在重复荷载作用下，钢筋连接区段的承载传力性能会降低，例如吊车梁荷载等，因此对承受重复荷载作用的混凝土受力构件应对此加以考虑。

三、钢筋连接的要求通过接头间接传力的钢筋连接无论哪种连接方式，于整体钢筋的直接传力相比始终是一种受削弱的传力形式。

因此在设计与施工时应遵循以下一些原则：（一）接头应设在受力较小的部位，对受弯构件而言应设在弯矩较小部位，例如反弯点处，对于抗震结构则不应把接头设在梁、柱的主要受力构件的端头箍筋加密区处，这意味着设计者在进行施工图设计时应尽可能说明清楚受力钢筋的长度。

（二）同一根钢筋接头上应尽量少设接头，避免同一钢筋上存在过多的接头对钢筋传力性能的大幅削弱。

（三）接头应互相错开，同一连接区段内接头钢筋占全部受力钢筋的面积百分率限制在25%，这样可以避免集中出现过多的裂缝及变形。

（四）在钢筋连接区域采取一些必要的构造措施来加强对钢筋连接区段的围箍及约束，例如适当增加混凝土保护层厚度或钢筋的间距，加强配箍等措施。

四、绑扎搭接连接（一）绑扎搭接机理：绑扎搭接钢筋之间能够传力是由于钢筋与混凝土之间的粘结锚固，两根相向的受力钢筋分别锚固在搭接区段间的混凝土中而将力传递至混凝土，从而实现钢筋之间应力的传递，因此绑扎搭接传力的本质可以理解为锚固，但由于两搭接钢筋之间拼缝处受力不利，握裹力受到削弱，所以搭接传力要差于锚固传力，搭接长度要大于锚固长度。

此外，搭接钢筋横肋斜向挤压作用造成的径向推力引起两钢筋的分离趋势，会引起两筋分离破坏，所以在此范围内应加强配箍进行约束。

（二）绑扎搭接的范围：绑扎搭接作为比较可靠的连接方式，施工方便，所以得到广泛应用。

但当钢筋直径较粗时会引起施工困难及容易产生较宽的裂缝。

《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）中对绑扎钢筋最大直径做了限制，受拉钢筋的限制值为28mm，受压钢筋的限制值为32mm。

另外，对于轴心受拉构件以及小偏心受拉构件，如桁架等的受拉钢筋，因为其受力状态较为不利及失效后引起的后果较严重，故规范中明确此种情况下不允许使用绑扎搭接接头。

（三）搭接长度的确定：搭接钢筋的传力性能取决于其搭接长度，钢筋屈服而不发生搭接破坏的最小长度为临界搭接长度l l cr，钢筋拉断而不发生搭接破坏的最小临界长度为极限搭接长度l l u，设计采用的搭接长度l l应为l l cr≤l l≤l l u，同时又因为搭接是锚固的特殊形式，故搭接长度l l为锚固长度l a乘以搭接长度修正系数而得，公式为l l=ζl a 。

且l a应当是考虑了实际锚固条件，乘以修正系数后的值，当混凝土强度级别≥C40后可按C40进行计算。

系数ζ属钢筋搭接特有，反映了搭接连接时钢筋接头面积百分率的影响。

钢筋连接本身就是对传力性能的削弱，因此在通过接头传力时，有必要适当增加搭接长度予以加强。

（四）接头面积百分率的限制：现行规范在修订前往往按同一截面钢筋的搭接接头面积计算接头面积百分率，且规定受拉时不应≥25%，此处存在问题二：1.搭接范围是一段长度而非一个截面。

有试验研究表明，搭接传力的影响范围不止搭接长度本身，如按截面计算接头面积百分率会造成首尾相接顺次搭接的布臵方式，这会造成应力集中和严重的钢筋端部横向开裂，故应采取错开搭接的方式。

修订后的规范明确规定绑扎搭接接头的连接区段为1.3l l，即相邻单节接头中心的间距应不少于1.3l l或筋端相距0.3l l以上才算接头不在同一连接区段内。

2.对于搭接接头面积百分率限制太严。

受拉钢筋接头面积百分率限制为25%，意味着同一截面上的钢筋至少要分四次搭接才能完成全部更替。

在实际的施工中是比较困难的，如偏压柱中的受拉钢筋往往只能在一个或两个截面完成搭接更替，按修订前的规范的规定则难以执行。

对此解决的方法是适当增加搭接长度，弥补由于接头面积百分率加大引起的变化。

修订后的现行规范放宽了对接面积百分率的限制，各类构件中的受力钢筋的街头面积百分率限制如下表所示，规范对梁、板、柱、墙等不同受力形态构件的接头百分率作出不同程度的限制。

接头面积百分率的限制（%）（五）搭接长度的修正系数：对于公式l l=ζl a中的修正系数ζ，根据接头面积百分率的不同采取下表中的数值：纵向受力钢筋搭接长度修正系数搭接钢筋长度应根据其锚固条件不同予以修正，并有最小搭接长度的限制，其数值为300mm。

特别注意的是，当直径不同的两根钢筋搭接时，计算搭接长度的直径可按两者中较细的钢筋直径取值，因搭接传力只能按较细钢筋的承载能力计算，超越此值的力是无法传递的。

（六）受压钢筋的搭接：与钢筋的锚固一体样，受压钢筋的搭接受力比受拉有利，故其搭接长度l l’可在受拉搭接长度l l的基础上作折减，公式为：l l’=0.7 l l受压搭接长度同样有最小值的要求，按构造的需要其数值为200mm。

（七）搭接区域的构造措施：搭接钢筋受力后有分离的趋势，而且搭接钢筋之间易发生纵向劈裂，因此需要配臵一定箍筋来约束搭接区域的混凝土。

根据有关试验资料，在搭接长度范围内配臵的箍筋直径不应小于纵向搭接钢筋的1/4，受拉时箍筋间距≤5d及100mm，受压时不大于10d及200mm。

当受压钢筋直径＞25mm 时，端面外100mm范围内应加配两个钢箍，对钢筋端部受压混凝土加强围箍约束，避免局部混凝土压碎。

五、机械连接（一）机械连接传力机理：机械连接是一种较新的钢筋连接形式，其工作原理为通过连贯于两钢筋之间的套筒实现力的传递，是间接传力的一种形式。

钢筋与套筒之间的传力则可以通过挤压变形的咬合、螺纹之间的契合、灌注高强度胶凝材料结合等形式实现。

根据《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ1 07）的规定，依据机械连接传力性能对接头进行分级，并分别提出检验要求：形式检验确定等级而工地抽样检验控制施工质量。

设计者应根据结构构件的重要性，合理选用接头形式和等级。

对于较重要的受力部位应采用等级较高，延性较好的接头，并严格限制接头面积百分率。

（二）机械连接的应用：机械连接尽管施工简便，但与整体钢筋比较总是相对削弱的间接传力形式。

机械连接的连接区段是以接头为中心的长度在35d的范围内，并按此计算接头面积百分率。

接头位臵应布臵在受力较小的部位，且互相错开。

在受力最大处，对于性能最优的接头其接头面积百分率也不应＞50%，且不宜采用超强接头防止塑性铰转移。

由于外连接套筒直径大于钢筋，机械连接接头处的混凝土保护层厚度及间距将减少。

为避免因采用机械连接而增大混凝土保护层厚度，现行规范对连接件保护层厚度的要求定为“宜”，即可利用套筒的强度富裕而作适当放松，但仍将其限制在横向间距≥25mm，避免钢筋及套筒过于密集而影响到混凝土构件的性能。

六、焊接连接（一）焊接连接传力机理：焊接是受力钢筋之间通过高温熔融金属进行结合而直接传力。

在焊接质量可靠的情况下，不存在强度、刚度、性能、破坏形态方面的缺陷，是一种理想的连接形式，而且其价格相对机械连接远为低廉。

但现实施工中，焊接不可避免的存在以下现实问题：1.施工条件、施工水平、电压、环境等因素将直接影响到焊接的质量，目前施工队伍的素质和管理水平很难确保焊接的施工质量。

2.焊接热量会影响钢筋材质和改变其力学性能。

碳当量＞0.55%的钢筋不可焊，各类预应力钢筋以及冷加工钢筋、余热处理的HRB400钢筋都存在以上问题，焊接区钢筋冷却导致内应力，甚至会产生断裂。

3.目前暂无简便有效的检测手段检测虚焊、夹渣、内裂缝等缺陷以及内应力等，这些缺陷还很难通过现场检测加以消除。

而且有些隐患只有在偶然荷载，例如地震作用时才会暴露出来。

（二）焊接类型及质量保证焊接连接有闪光对焊、电弧焊、电焊等多种形式，其质量可根据《钢筋焊接及验收规程》（JGJ1 8）加以保证。

近年焊接方式已经逐渐由机械化替代手工操作，可以有效避免人工操作的不稳定性又扩大了焊接连接的应用范围。

（三）焊接的应用各类热轧钢筋都可以焊接，冷加工及余热处理的钢筋不宜焊接，预应力钢丝、钢绞线不能焊接，钢筋焊接连接区段是以焊接接头为中心的长35d且≥500mm的范围内，并按此计算接头面积百分率。