中建二局第三建筑工程有限公司西北分公司 陕西省西安市 710000
摘要：对国内建筑业几种钢筋连接新技术——钢筋挤压连接、锥螺纹连接、直螺纹连接方法等的工作原理、应用范围进行介绍；结合各方法接头结构和工艺特点，阐述了各自的施工特点和注意事项；并从这些新技术的施工设备、连接套筒、接头性能等级、施工质量、接头成本等方面做了详细对比和综合分析，在展望新技术前景的同时，也提出了新技术推广过程中要解决的一些问题。
关键词：钢筋机械连接；套筒连接；直螺纹；锥螺纹；剥肋滚压。
近年来钢筋连接技术迅猛发展，继钢筋绑扎、闪光对焊、电弧焊、电渣压力焊和气压焊之后又涌现出许多新型钢筋机械连接技术，如套筒挤压连接、锥螺纹套筒连接、镦粗直螺纹连接、滚压直螺纹连接、碾（挤）压肋滚压直螺纹连接、剥肋滚压直螺纹连接等。按照钢筋连接机理大致可分成三类：绑扎接头、焊接接头、机械接头。绑扎接头的最大优点是不需要电源和设备，对工人的劳动技能要求低，但对接头应用部位限制多，浪费钢材，当钢筋直径大于25mm 时不宜采用绑扎，而钢筋焊接技术中出现的由于电压不稳定或焊工技术差的原因而导致的钢筋烧伤或咬伤、焊缝不饱满、焊接质量不稳定等缺陷的产生。随着钢筋砼工程规模的不断扩大，粗直径钢筋接头的使用量也越来越大。为了解决粗直径钢筋连接难的问题，开始研制钢筋机械连接技术。钢筋机械连接通过钢筋与连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中的力传递至另一根钢筋的连接方法，其特点是接头质量稳定，连接强度高，操作简单，质检方便，人为因素影响小，连接质量不受钢筋材质影响，全天侯施工，节省能源，不需要考虑防火措施，现场施工文明安全。
1 钢筋机械连接的技术分类
我国借鉴发达国家的经验，研制开发了钢筋机械连接技术，相继出现套筒冷挤压、锥螺纹、直螺纹、精轧螺纹钢筋及活套式带肋钢筋连接技术和成果，并相继在一些大中型工程中应用。钢筋机械连接已成为我国现行建筑施工中新技术应用的主流，现就几种钢筋机械连接方式的原理和特点进行简单的阐述，大致分析如下：
1.1钢筋套筒挤压连接
套筒挤压连接就是将需要连接的两带肋钢筋的端部插入一特定的钢套筒内，利用外部压力压缩钢套筒，使钢套筒产生塑性变形后紧紧抱住两带肋的钢筋，从而将两钢筋连接的方法。钢筋挤压连接的设备由超高压泵站、超高压油管、挤压钳三大主要部件组成。根据钢筋直径的规格，该设备选用不同的挤压钳，配备M 16 - M 40 压模。可满足钢筋直径16 - 40mm现场施工常用钢筋连接的要求。钢筋套筒挤压连接的施工工艺是将现场截好的钢筋，先在平地上把钢筋端头插入与钢筋同规格的钢套筒内，按标准道数挤压半套，然后把挤压好的半套插入建筑结构的钢筋中进行下半套的挤压。不同的钢筋规格，挤压力不同。钢筋直径越大，要求挤压力越大。而挤压力的大小可由压痕直径来反映。
钢筋挤压连接具有：接头强度高，在正确施工条件下，钢筋接头百分率可达到10%；操作简便；施工工艺简单；操作无明火，可全天候施工；可全方位连接钢筋；现场耗电量小，节省能源；接头检验方便；施工速度快。
1.2钢筋锥螺纹连接
锥螺纹钢筋连接是利用螺纹能承受拉、压两种作用力及自锁性好的原理，将钢筋的连接端加工成螺纹，或者在钢筋的两端加入锥螺纹套筒，两锥螺纹拧紧在一起后，就可以把两钢筋连接成一体的方法。锥螺纹连接设备与工具主要有钢筋锥螺纹套丝机和力矩扳手。钢筋锥螺纹套丝机是加工钢筋锥螺纹的专用机床。它由减速机构、切削头、进退刀机构、夹具、润滑冷却系统、机架等组成。不同直径的钢筋在加工锥螺纹时，只需调整好螺纹直径和加工长度，将钢筋装夹定位好，锥螺纹一次自动成型，操作简便。力矩扳手是钢筋锥螺纹连接施工的必备工具。
钢筋锥螺纹连接方法的优点是无论钢筋是否带肋都可应用锥螺纹连接，钢筋的连接端套丝可预制，连接套筒可由专业化生产，现场连接速度快，对中性好、工艺简捷、可全天候施工、不污染环境、没有明火作业、节约钢材和能源。这种连接的缺点是需要钢筋螺纹套丝机和力矩扳手、钢筋截面不能达到等强度、连接处易脱扣和断裂质量不易保证。
1.3钢筋直螺纹连接
等强度直螺纹接头不仅接头质量稳定可靠、连接强度高，可与挤压接头质量相媲美，而且又有锥螺纹接头施工方便、速度快的特点，因此直螺纹连接技术的出现给钢筋连接技术带来了质的飞跃。目前，我国直螺纹连接技术出现了多种连接形式，常见的主要有镦粗直螺纹连接和滚压直螺纹连接。这两种工艺是采用不同加工方式，增强钢筋端头螺纹承载能力，达到接头与钢筋母材的目的要求。
1.3.1镦粗直螺纹连接
镦粗直螺纹连接是利用镦粗设备镦粗钢筋端头直径，然后加工成大于母材直径的螺纹，使接头螺纹强度等于大于钢筋母材的强度，连接时用普通扳手把钢筋与连接套拧紧在一起。钢筋端头镦粗用的液压冷锹机能自动实现对中、夹紧、徽头等工序，操作简单。和钢筋端头直螺纹套丝机，可用于不同直径钢筋的套丝加工。并严格保持丝头直径螺纹精度的稳定性，保证与套筒的良好配合和互换性。镦粗直螺纹钢筋连接：在施工时首先将施工现场用砂轮切割机切断的钢筋用钢筋冷镦机镦粗钢筋端头直径，然后用直螺纹套丝机进行钢筋端头套丝，最后用连接套筒对接钢筋。
镦粗直螺纹连接的接头为等强级接头，接头强度高；套筒短，螺纹扣数少，不需扭力扳手，连接速度快；应用范围广生产效率高；全天候施工，全方位连接，节材、节能、经济；比锥螺纹连接省钢35%，比套筒挤压连接省钢70%，成本与锥螺纹连接和套筒挤压连接相仿。
1.3.2滚压直螺纹钢筋连接
滚压直螺纹连接接头是通过钢筋端头直接滚压或挤（碾）压肋滚压或剥肋后滚压制作的直螺纹和连接件螺纹咬合形成的接头。其基本原理是利用了金属材料塑性变形后冷作硬化增强金属材料强度的特性，而仅在金属表层发生塑变、冷作硬化，金属内部仍保持原金属的性能，因而使钢筋接头与母材达到等强。目前，国内常见的滚压直螺纹连接接头有三种类型：直接滚压螺纹、挤（碾）压肋滚压螺纹、剥肋滚压螺纹。这三种形式连接接头获得的螺纹精度及尺寸不同，接头质量也存在一定差异。
1）直接滚压螺纹
直接滚压直螺纹连接是利用滚轧设备直接在钢筋上滚压出螺纹。钢筋连接时用管钳扳手把钢筋与套筒拧紧即可。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆滚压直螺纹钢筋连接的主要设备是钢筋滚轧直螺纹机床。该机床能使钢筋端部一次轴向进给，先滚压后成型。加工一种规格的钢筋，只需调定一次机床，便可连续加工大量接头。滚压直螺纹钢筋连接在施工时将待加工钢筋平放在支架上，端头对准螺纹滚轧机的滚轧孔，调好位置，用夹钳夹紧，然后开动机器滚压成所需规格的螺纹。施工现场用连接套对接钢筋。
由于直接滚压直螺纹是通过滚压而形成的螺纹，钢筋材料没有被切削掉。滚压直螺纹钢筋连接其接头强度高、施工方便、连接速度快、应用范围广、生产效率高、节材、节能、综合效益好。加工工效比镦粗直螺纹接头高，且加工设备仅1 台。但是直接滚压直螺纹连接，螺纹精度差，存在虚假螺纹现象；由于钢筋粗细不均，加工的螺纹直径大小不一，给现场施工造成困难。有的接头套筒与丝头配合很松，有接头拉脱现象；有的因配合太紧不能如扣。钢筋直径变化使滚丝轮寿命降低，增加接头附加成本。
2）挤压肋滚压螺纹
挤压肋滚压直螺纹接头是在滚压直螺纹机的基础上增设一套挤压肋装置，在对钢筋滚压直螺纹前对钢筋横纵肋进行预挤压处理，目的是减轻钢筋肋对成型螺纹精度的影响。虽然预处理后滚压螺纹使螺纹尺寸公差有所改善，但仍没有从根本上解决螺纹成型精度低、滚压轮工作寿命短的问题。
3）剥肋滚压螺纹
剥肋滚压直螺纹连接技术是由中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院研制开发的钢筋等强度直螺纹连接接头的一种新型式，为国内外首创。从根本上解决了钢筋粗细不均对螺纹精度的影响，简化丝头加工工序，方便现场施工。先将钢筋的横肋和纵肋进行剥切处理后，使钢筋滚丝前的柱体直径达到同一尺寸，然后再进行螺纹滚压成型。通过对现有Ⅱ级钢筋和新Ⅲ级钢筋的型式试验、疲劳试验、耐低温试验以及大量工程应用，证明接头性能不仅达到了JGJ107-2016《钢筋机械连接通用技术规程》中A 级接头性能要求，实现了等强度连接，而且接头还有优良的抗疲劳性能及抗低温性能，通过200 万次疲劳试验接头处无破坏，在－40℃低温下试验，接头仍能达到与母材等强连接。剥肋滚压直螺纹连接技术适用于直径为16~40mmⅡ、Ⅲ级钢筋在任意方向和位置的同、异径连接，可应用于要求充分发挥钢筋强度或对接头延性要求高的混凝土结构、对疲劳性能要求高的混凝土结构、以及低温条件下施工的混凝土结构。
剥肋滚压螺纹连接技术的施工工艺是其工艺是先将钢筋端部的横肋和纵肋进行剥切处理后，使钢筋滚丝前的柱体直径达到同一尺寸，然后再进行螺纹滚压成型。丝头加工过程是：将待加工钢筋夹持在设备的台钳上，开动机器，扳动进给装置，动力头向前移动，开始剥肋滚压螺纹，待滚压到调定位置后，设备自动停机并反转，将钢筋端部退出动力头，扳动进给装置将设备复位，钢筋丝头即加工完成。连接套筒有4 种形式，分别是标准型套筒、正反丝扣型套筒、变径型套筒、可调型套筒。标准型套筒主要用于相同直径可转动钢筋的连接；正反丝扣型套筒用于两端钢筋不能转动但至少有一根钢筋可以轴向移动的钢筋连接，如拐铁钢筋的施工；变径型套筒用于不同直径钢筋的连接；可调型套筒用于两端不能转动的钢筋连接，也可用于拐铁处钢筋的连接，当两端钢筋轴向位置不能移动时，只能使用此种接头形式。
2 施工中应用中的质量控制
随着建筑业的发展，高层建筑及大跨度框架式混凝土结构工程日益增多，钢筋用量也在逐年增加。钢筋连接及其质量已列为工程质量监督与控制的重点环节和重要部位。在工程质量监督或监理检验时，重点要对钢筋连接实施全方位的监控。即：
（1）选用较为先进、科学的钢筋连接方式是质量监控的首要任务。
《混凝土结构工程施工质量验收规范》在钢筋连接主控项目中明确规定“纵向钢筋的连接方式应符合设计要求，直接承受动力荷载的结构中，不宜采用焊接接头”。也即不论采用绑扎、焊接还是机械连接，均应以设计为要求，在施工现场和经济成本、质量水平、工人素质等综合因素下，因地制宜，优先选用那些操作简便、造价适中、便于质量检验和控制、强度高、质量稳定的钢筋连接方式，如精轧螺纹钢筋连接、活套式组合带肋钢筋连接技术等。
（2）查验钢筋连接的型式检验、工艺检验及其从结构中抽取的接头试件力学性能检验报告是质量监控的关键。
按照国家现行标准《钢筋机械连接通用技术规程》和《钢筋焊接及验收规程》的规定，钢筋连接接头要进行型式检验、工艺检验和现场检验（即从结构中或成品中截取的试件做力学性能检验）。因此对接头配件如：套筒、管箍、压钳等的产品合格证和质量证明文件要作严格的审查，对接头试件必须坚决按照有见证取样送检制度实施复试。
（3）复核钢筋轴线、规格、接头位置、同一区段内的数量、接头面积百分率及其接头外观质量是质量监控的重点内容。
如《混凝土结构工程施工质量验收规范》中规定，钢筋的接头宜设置在受力较小处，同一纵向受力钢筋不宜设置两个或两个以上接头；在同一接连区段内，纵向受力钢筋的接头面积百分率在受拉区不宜大于50%；不宜设置在有抗震设防要求的框架梁端、柱端的箍筋加密区等，是我们在钢筋质量监控和检查中的最低标准要求。
3 钢筋连接技术展望及在推广中所遇到的问题
钢筋机械连接技术，克服了钢筋绑扎技术中需要钢筋一定的搭接长度而浪费钢筋的弊端，避免了钢筋焊接技术中出现的由于电压不稳定或焊工技术差的原因而导致的钢筋烧伤或咬伤、焊缝不饱满、焊接质量不稳定等缺陷的产生。机械连接技术是将成熟螺纹技术与套筒技术结合起来运用的一种连接技术，具有接头强度高、施工工期短、可操作性强的特点。
滚压直螺纹连接技术，由于其加工工艺性能、连接力学性能、施工工艺性能、环境保护等方面相对于其它的连接方法具有明显的优势，在工程实践中，利用滚压直螺纹连接技术可以解决工程施工中钢筋骨架间的连接、钢筋密集混凝土浇注困难以及同一截面钢筋接头的预埋致使钢筋不能转动的连接等问题，因此，滚压直螺纹连接技术在建筑施工中得到广泛应用，且具有良好的经济效益。近年来大量的应用实践表明，在机械连接形式中，滚压直螺纹接头应用最广，发展最快，连接可靠、连接强度最高，经济效益最好，钢筋滚压直螺纹连接技术成为建筑施工中钢筋机械连接的首选连接技术。而与此同时我们更应该加大对精扎螺纹钢筋连接和活套式组合带肋钢筋连接等一些在科技最前沿的钢筋连接技术的开发，使这些更为先进的技术早日推广开来，让建筑行业在钢筋连接这一方面不断地创新发展。
参考文献
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[4]郑智辉，基于尺寸效应的混凝土结构承载能力研究
[5]蔡红波与杜运站，钢筋机械连接技术现状及发展趋势
论文作者:刘磊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/26
标签：钢筋论文; 螺纹论文; 套筒论文; 技术论文; 直径论文; 机械论文; 质量论文; 《建筑学研究前沿》2019年17期论文;