钢筋直螺纹机械连接技术在工程上应用

【摘要】结合矿坑生态修复利用工程-五星级酒店工程钢筋直螺纹机械连接技术应用实际情况，具体介绍了钢筋直螺纹连接技术的施工工艺及质量控制要点，并说明钢筋直螺纹连接技术比其他钢筋连接有较好的经济效益，证明了该项技术的实用性及优越性，是一种在建筑工程应用中值得推广的新型钢筋连接技术。

【关键词】 机械连接；施工工艺；质量控制点；经济效益

1 机械连接概述

机械连接是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。钢筋机械连接技术是一项新型钢筋连接工艺，被称为继绑扎、电焊之后的“第三代钢筋接头”。钢筋直螺纹套筒连接是机械连接中的一种，是将钢筋连接端头采用专用滚轧设备和工艺，通过滚丝轮直接将钢筋端头滚轧成直螺纹，并用相应的连接套筒将两根待连接钢筋连接成一体的钢筋连接。

随着我国建筑业的蓬勃发展，在钢筋混凝土结构工程施工中，钢筋连接技术也在不断地改进和完善，钢筋直螺纹机械连接技术是近年建设业十项新技术重点推广项目之一，直螺纹机械连接优势在于：接头连接强度高，丝头制作简单，安装方便，质量稳定可靠，不受环境、气候的影响，施工无污染，安全可靠，接头综合成本低，而且在较发达地区，机械连接已基本取代了现场手工焊接，是国内外一致认可的质量可靠的钢筋连接技术，正越来越多地被应用于工程施工中。

2 工程概况

本工程位于长沙市坪塘大道与清风路交界处，建筑面积约6.3万平米，地下2层，地上23层，为钢外框柱-混凝土核心筒体系，建筑高度约100m，由于本工程地梁、柱、框架梁及核心筒承台大直径钢筋间距较密，使用传统焊接工艺不方便施工，质量不好控制，因此20～32的钢筋连接均采用直螺纹套管连接。在提高施工工艺和施工质量，同时提高工作效率和节约施工成本，增加施工科技含量。

3 关键施工技术与工艺

3.1 钢筋直螺纹加工前工艺评定流程

现场钢筋母材检验钢筋端部平头初选连接参数直接滚轧螺纹直螺纹扣丝检验套筒连接送检确定连接接头性能等级、咬合丝扣数。

3.1.1 母材检验

钢筋母材进场时，应附有合格证及质量证明书。在现场监理的监督下进行随机取样并送检，合格后方可投入使用。

3.1.2 钢筋端部平头

用切断机切6根长250mm的钢筋，将需要滚丝的一头端部切平，保证端头无弯折，扭曲。

3.1.3 初选连接参数

根据设计要求进行接头性能等级评定、根据套筒的型式报告确定钢筋端头加工丝扣长度及扣数。

3.1.4 滚轧螺纹

将需要滚轧的钢筋按要求固定在钢筋滚轧直螺纹套丝机上，根据设备使用说明、操作规程及预先选定的丝扣数进行滚轧加工。

3.1.5 直螺纹丝扣检验

滚轧成型的丝扣螺纹饱满，表面光洁，不粗糙，螺纹直径大小一致，螺纹长度，公差直径符合规范要求。

3.1.6 套筒连接

用管钳将加工好的钢筋与套筒拧紧，钢筋与套筒咬合丝扣，丝扣外漏不多于2扣。

3.1.7 连接件送检

加工好的试件共一组，每组三个，经现场监理、甲方认可后，连同试件原材送试验室检验连接接头强度等级是否满足设计要求，倘若满足要求方可在施工现场进行批量加工，否则重新进行评定，评定过程见图1、2、3。

3.2 钢筋直螺纹机械连接加工工艺流程

钢筋下料切头检查机械加工套丝丝头检查检查合格、丝头加保护套

3.2.1 钢筋下料、检查

所加工的钢筋应先调直后再下料，用砂轮机切断，钢筋切口端面应与钢筋轴线垂直，以保证切口面的质量。切割后钢筋端头不得有挠曲、马蹄形现象，钢筋端头不得有油污、铁锈。钢筋端头切平的目的是为了使拧紧后能让两个丝头对顶，更好的消除螺纹间隙。

3.2.2机械加工套丝

（1）加工前的准备：机床接地良好；冷却液箱中，加足水溶性冷却液（严禁加油性冷却液）；操作前进行空车试转，检查机器是否良好。

（2）加工前的调整：

①根据所加工钢筋的直径，调动定位盘与加工钢筋的直径相适应。调换滚丝轮的同时，调换与滚丝轮螺距相适应的垫圈，以保证螺距的正确性。

②滚丝轮与加工直径相适应后，将与钢筋相适应的对刀棒插入滚轧头中心，调整滚丝轮使之与对刀棒相接触，抽出对刀棒，拧紧螺钉，压紧齿圈，使之不得移动。

③根据所加工钢筋直径，调整剥肋行程。用挡铁定位控制丝头长度，加工不同规格的钢筋使用不同长度的挡铁，保证剥肋长度达到要求值。剥肋长度与钢筋规格的关系见下表3：

（3）工件安装：将待加工的钢筋卡在定心钳口上，伸出长度应与起始位置的滚轧头剥肋刀体端面对齐，然后扳动手柄夹紧。

（4）操作过程：接通电源，打开冷却水阀门，按下正转启动按钮，即可转动进给手柄，向工件方向进给实现剥肋，当剥肋长度达到要求时，剥肋刀自动涨开，转动手柄继续进给，即可实现滚轧螺纹，当滚丝轮与钢筋接触时一定要用力，并使主轴旋转一周，轴向进一个螺距长度，当进到一定程度后，即可实现自动进给，直到整个滚轧过程完成后自动停车，然后自动反转，即可实现自动退刀。

3.2.3 丝头检查

（1）加工丝扣的牙形，螺纹必须与连接套的牙形、螺距一致，有效丝扣内的秃牙部分累计长度小于一扣周长的1/2。

（2）操作人员应按要求检查丝头的加工质量，每加工10个丝头用环通、止规检查一次，螺纹环通规能顺利旋入螺纹，螺纹环止规允许旋入量不应超过3P（P为螺距）。

（3）丝头长度：采用卡尺或专用量具进行检验，要求丝扣长度满足表3中数据要求。

（4）经自检合格的丝头，应由质检员随机抽样进行检验，以一个工作班内生产的丝头为一个验收批，随机抽检10%，且不得少于10个，并及时填写钢筋丝头检验纪录表。当合格率小于95%时，应加倍抽检，复检中合格率仍小于95%时，应对全部钢筋丝头逐个进行检验，并切去不合格丝头，查明原因后切头重新加工螺纹。

3.2.4丝头加保护套

检验合格的丝头应加以保护，在其端头标上红油漆标识后加带保护帽或用套筒拧紧，按规格分类堆放整齐。

3.3 直螺纹机械连接安装工艺流程

取掉保护冒安装钢筋一端套筒钢筋另一端直螺纹连接接头检查、标识箍筋绑扎、拉钩

3.3.1套筒检查

连接钢筋时，套筒供货厂家已提交了由国家建筑工程质量监督检测中心出示的型式检验报告。钢筋规格和套筒的规格必须一致，钢筋螺纹的型式、螺距、螺纹外径和套筒匹配。并确保钢筋和套筒的丝扣应干净、完好无损，用通、止规检查，检查方法与丝头检查类似。

3.3.2套筒与钢筋连接

钢筋直螺纹接头的连接，应用管钳或扳手进行施工。连接钢筋时，应对准轴线将钢筋拧入套筒。

3.3.3连接件外观检查

接头拼接完成后，应使两个丝头在套筒中央位置互相顶紧，套筒每端不得有两扣以上的完整丝扣外露。

3.3.4连接件最终检查

钢筋拧紧后采用扭力扳手进行拧紧力矩值检查，扭力扳手直至发出响声，检查合格后在其端头边上标上红油漆，并做好书面检测记录。

4 关键质量控制点

4.1 钢筋加工质量控制点

4.1.1 钢筋原材料的检验

钢筋原材料强度、套筒质量必须满足设计及规范要求，钢筋直径偏差必须在允许范围内，如有过大的偏差，会造成剥肋后直径偏小或不完整，易出现加工的丝头有秃牙、断牙现象，影响接头的强度，套筒进场验收见表1。

4.1.2 螺尾的平滑过渡

螺尾过渡段的质量好坏直接决定着接头的抗拉强度。在加工中需要注意的是，对于过渡段的要求是均匀过渡，而且过渡段也不能太长，一般掌握在1～2个螺距左右即可。这就要求操作者在加工钢筋丝头时要注意剥肋刀片的磨损情况，在刀片的前段的切削刃是有一定倾斜角度的，在刀片修磨时要保持该角度。

4.1.3 牙顶宽度及牙型质量

在加工时由于钢筋问题或剥肋刀变钝导致牙顶宽度不符合规定。有效螺纹数量及长度检查见表2，牙顶宽度大于0.3P的不完整螺纹累计长度不得超过2个螺纹周长，该丝头才能判定为合格。当剥肋刀片太钝或者滚丝轮使用时间过长后，加工出的螺纹丝头可能出现牙型不饱满的情况（偏瘦，牙顶锋利），如果用螺纹环规测试，可能结果是合格的（螺纹中径合格），但这种螺纹所能承受的力量将打折扣，实际抗拉强度将降低。

表1：直螺纹套筒进场质量验收记录表 表，2：现场钢筋丝头加工质量验收记录表

4.2钢筋安装质量控制点

4.2.1 钢筋端面切平

在加工时对钢筋端面切平不到位或不进行切平，有些施工人员认为对连接质量没有多大影响，而且还能省掉切头的成本。但两根钢筋的连接是靠钢筋端面相互顶紧，产生一定的预紧力消除了螺纹间隙来实现接头的牢固。钢筋在没有用无齿锯切平端面的情况下，其端面在相互顶紧时由于表面不平整而相互卡住，不能使之在套筒内顶紧从而消除螺纹间隙，直接后果就是被连接的钢筋没有真正连接牢固，当受到外界较大力作用时，其螺纹间隙就会表现出来，此时接头的变形性能将严重不合格，后果可能是出现混凝土裂纹等问题。

4.2.2 安装丝扣外露长度

在JG163-2004行业标准规定“钢筋连接完毕后，标准型接头连接套筒外应有外露有效螺纹，且连接套简单边外露有效螺纹不得超过2P”。首先，没有螺纹外露在连接施工完成后检查时就不能判断丝头长度，因为此时的丝头已经在套筒内部，不易进行判断。其次，钢筋的正确连接需要将钢筋丝头端面顶紧，以消除螺纹间隙使连接可靠。无螺纹外露时，即使拧紧力矩达到规定值，但是我们无法判断钢筋丝头是否在套筒内相互顶紧，与连接套筒的配合间隙是否已经消除。另外，标准还要求外露有效螺纹不得超过2P。做出这条规定的原因是在型式试验中发现，滚轧直螺纹的丝杆强度如果没有与套筒内螺纹咬合，则其抗拉强度随着长度的增加而迅速下降。现场直螺纹钢筋接头拧紧力矩值见表3。

4.2.3 钢筋接头强度检验

钢筋接头强度必须达到同类型钢材强度值，接头的现场检验按验收批进行，同一施工条件下采用同一批材料的同等级、同形式、同规格接头，以500个为一个验收批进行检验与验收，不足500个也作为一个验收批。

对每一验收批，应在工程结构中随机抽取3个试件做单向拉伸试验。当3个试件抗拉强度均不小于设计的强度要求时，该验收批判为合格。如有一个试件的抗拉强度不符合要求，则应加倍取样复验。

5 钢筋直螺纹连接技术的经济效益

5.1 节省钢材和成本

在本工程中采用直螺纹连接技术可以减少焊接头的钢材损耗。据测算，一般可以节省主筋用量的2%-4%，这样充分利用了钢筋加工过程中的剩余料头，最大限度的减少了材料成本，提高直接经济效益。以φ25钢筋为例，每个搭接接头钢筋长度约为1000mm，约为3.85kg（市场价4400元/吨），套筒重0.6 kg（市场价7.5元/只），现场使用φ25接头35640只。就φ25钢筋而言用直螺纹接头比搭接连接节约33.65万元。

在用电方面，直螺纹加工机床额定功率仅为4kW，每台设备每台班完成450只接头，若一台班以8h计算，则一个丝头加工需要60秒左右，需要用电量为0.08度，而使用闪光对焊时每只接头用电量约为1.2度，仅用电量节约15倍，而闪光对焊机的功率至少在lOOkW，故不仅费电，且对施工现场的线路配电功率要求也较高。

5.2提高工效

钢筋直螺纹连接施工方便，施工操作简单易学，丝头提前加工，滚轧一个丝头仅需60秒左右，工效比焊接要高2倍以上。现场连接速度快，现场接头连接作业时受天气影响小，不用电、不用气，也无需其他机械设备，减少了施工现场的安全隐患。

5.3提高工程质量带来的经济效益

直螺纹接头质量稳定可靠，连接接头强度高，可以达到钢筋母材强度1.1倍，不存在焊接接头的脆断现象，钢筋接头性能提高后，不仅提高了结构的可靠性，同时大大减少了现场抽检不合格带来的工期延误或返工的损失。

5.4绿色施工创造间接的经济效益

直螺纹连接无噪声污染，无油污污染、无烟尘和弧光污染、有利于保护劳动者身体健康和施工现场的文明整洁，这符合绿色施工理念。

6 结束语

通过在矿坑生态修复利用工程-五星级酒店工程的应用，直螺纹连接技术不仅降低了劳动强度而且大大的提高了施工进度，通过直螺纹机械连接施工，节省钢筋，降低了成本，现场连接，减少了运输的困难，也克服了钢筋焊接中受外部环境影响，使得接头质量得到控制，保证工程实体质量，取得良好的经济效益和实用价值。充分体现出绿色施工的“高效、节能、环保”的理念。

参考文献：

[1] 《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2010.北京：中国建筑工业出版社，2012。

" General technical regulation of mechanical reinforcement connection " JGJ107-2010. Beijing： China Building Industry Press， 2012.

[2] 《滚轧直螺纹钢筋连接接头》JGJ163-2004.北京：中国建筑工业出版社，2005。

" Rolling straight thread steel bar connector " JGJ163-2004. Beijing： China Building Industry Press， 2005.

[3] 《滚轧直螺纹钢筋连接技术应用指南》徐有邻、吴晓星著.北京：化学工业出版社，2005。

" Rolling straight thread steel bar connection technology application guide " Xu Youlin， Wu Xiaoxing. Beijing： Chemical Industry Press， 2005.