鋼筋續接的方法有搭接、續接器以及銲接。在業界由於對銲接規定不熟悉,除特殊狀況下(如搭接長度不足、無法施作錨定彎鉤)才採用銲接,因此,本文特將美國銲接學會AWS D1.4鋼筋銲接規範[1]的規定,提供參考。
銲接作業在接頭的處理,有併接或銲接兩種(如圖1)。其中以鋼筋與鋼筋直接對接,可達最好效果(圖2),但因接頭固定不易,及該方式需進行全滲透的銲道檢測,檢測上的不方便性,因此現場採用者不多。以業界而言,還是以併接為主。然而鋼筋的併接與搭接一樣,都面臨鋼筋軸線偏心的問題。其中又因銲接較搭接短,造成偏心影響更大,因此AWS D1.4規定:除了橫向鋼筋加強,並要求只能使用於D19鋼筋以下。
另外也常見SRC接合為滿足規範要求的錨碇長度,以銲接處理錨定彎鉤。嚴格地說,這種方式是有問題的!原因在於AWS D 1.4規定,鋼筋在彎曲時,須離開彎曲點兩倍直徑以上才能銲接(如圖3);另錨碇彎鉤延伸段長度 (如表4,12db或6db),建議應該如AWS所示(如圖4)﹝2﹞,銲在端部才是正確方式。
而銲接方式則有手工電銲(SMAW)及半自動電銲(GMAW或FCAW)三種。由圖1可知,併接鋼筋在表面銲滿時,其有效銲喉為0.4S(S為鋼筋半徑);鋼筋互銲則有效銲喉為0.3S。銲道允許強度的規定如表1、銲條規定如表2。其中值得一提的是:SD420W鋼筋應搭配80ksi等級(E80XX)強度的銲條;而SD420鋼筋則需要搭配90ksi等級的銲條。業界常誤以為70ksi等級的銲條即可滿足SD420W鋼筋,此乃單位換算的觀念所誤導(因70ksi=70×60=4,200kg/cm2)。然而銲條強度為Fu,而鋼筋強度是Fy,兩者的物理意義是不同。
而鋼筋銲接前必須預熱,預熱規定如表3所示。預熱的溫度與鋼筋材質有關,也就是碳當量。碳當量的計算方式有下列兩種:
C.E=%C+%Mn/6 (公式1)
C.E=%C+%Mn/6+%Cu/40+%Ni//20+%Cr/10-%Mo/50-%V/10 (公式2)
公式1針對一般鋼筋;公式2針對A706的鋼筋,也就是可銲鋼筋。根據CNS 560規定,SD420W或SD280W的碳當量小於0.55,所以以一般的SD420W或SD280W鋼筋銲接可以不必預熱。SD420的鋼筋其碳當量規定為0.59以下,銲接前應依鋼筋號數大小按照表規定預熱至40℃或90℃。但CNS之SD280鋼筋並未規定碳當量,而對於未規定碳當量或化學成分未知的鋼筋,AWS D1.4則另外規定了150度(#6筋及以下)和250度(其他鋼筋)的預熱溫度。
鋼筋銲接的品質要求與一般鋼構銲接類似,需全部作目視檢驗(VT),而其他檢驗方式則視需求另訂,並未有強制性要求。惟因鋼筋表面竹節的關係,若採用超音波檢測(UT),易有探頭接觸不良的困擾,因此建議就銲道檢測,宜使用放射性檢測(RT)為妥。鋼筋銲道目試檢驗的標準如下,外觀上與鋼構銲道相同,請參考筆者另篇「鋼結構的銲道目試檢測」一文﹝3﹞。鋼筋銲接的允許標準為:
1. 銲道不得有裂縫或搭疊(Overlap)。
2.
每道銲道與母材間必須充分融合。
3.
銲池必須填滿。
4.
銲蝕(undercut)深度不得超過1mm。
5.
填角銲道若有氣孔,在25mm的銲道內氣孔長徑的和,不得超過10mm;且在150mm的銲道內氣孔長徑的和,不得超過14mm。
6.
銲道長度在頭尾端尺寸不足的部分,不得計入。
7.
當使用放射線檢測(RT)時,其允收標準如表5。
至於銲接程序與銲工考試,亦與鋼構銲接類似,分為1~4G的位置,與全滲透或半滲透的幾種接頭類型。但由於篇幅的關係,讀者請另參考規範或另待日後撰文介紹。
鋼筋續接的方式中,銲接是合法的方式,同時也是需要長度最短的一種方式。若能了解使用的規定,在面對施工問題的對策上也多了一份選擇。
參考文獻
﹝1﹞「Structural Welding Code—Reinforcing Steel」AWS D1.4,2011
﹝2﹞「Structural Welding Code—Steel」AWS D1.1,2010
﹝3﹞「鋼結構的銲道目試檢測」劉澤山 技師報1014期105年5月
圖1 鋼筋併接銲接[1]
圖2 鋼筋對接銲接(例)[1]
圖3 鋼筋彎曲後銲接位置[1]
圖4 鋼筋銲接接頭圖(AWS D1.1 Fig
3.3)
表1 鋼筋銲接之容許強度
表2 銲接使用的銲條(Table 5.1節錄)
鋼筋材質 |
銲接方法 |
銲條種類 |
A615 Gr.40 (SD 280) |
SMAW |
E7015,E7016,E7018,E7028,E7048… |
GMAW |
ER70S-X,E70C-XC… |
|
FCAW |
E7XT-X… |
|
A706 Gr.60 (SD 420W) |
SMAW |
E8015-X,E8016-X,E8018-X |
GMAW |
ER80S-XXX,E80C-XXX |
|
FCAW |
E8XTX-X,E8XTX-XC,E8XTX-XM |
|
A615 Gr.60 (SD420) |
SMAW |
E9015-X,E9016-X,E9018-X,E9018M |
GMAW |
ER90S-XXX,E90C-XXX |
|
FCAW |
E9XTX-X,E9XTX-XC,E9XTX-XM |
註:X代表通用
表3 鋼筋銲接預熱需求
鋼筋的碳當量(C.E %) |
鋼筋直徑(mm) |
預熱溫度(℃) |
0.45~0.55 |
19及以下 |
無 |
22~36 |
10 |
|
0.55~0.65 |
19及以下 |
40 |
22~36 |
90 |
|
無規定或未知 |
19及以下 |
150 |
22及以上 |
260 |
表4 鋼筋標準彎鉤長度表
表5 放射線檢測的合格標準
鋼筋直徑(mm) |
氣孔或融合缺陷總和(mm) |
最大單一氣孔或融合缺陷(mm) |
25 |
5 |
3 |
29 |
5 |
3 |
32 |
6 |
3 |
36 |
6 |
5 |
43 |
8 |
5 |
57 |
11 |
6 |
註:小於25mm直徑鋼筋之允收標準由工程司指定
【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】
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