建筑施工中鋼筋連接技術(shù)研究進(jìn)展

張士軍，王良，辛振宇，周海濤

（1.山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.山東省高校機(jī)械工程創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101；3.山東建筑大學(xué)工程訓(xùn)練中心，山東濟(jì)南250101；4.山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)南250101；5.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250000）

建筑施工中鋼筋連接技術(shù)研究進(jìn)展

張士軍1，2，王良3，辛振宇4，周海濤5

（1.山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.山東省高校機(jī)械工程創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101；3.山東建筑大學(xué)工程訓(xùn)練中心，山東濟(jì)南250101；4.山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)南250101；5.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250000）

鋼筋連接技術(shù)快速可靠，是提高建筑施工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。鋼筋綁扎搭接、鋼筋焊接、鋼筋機(jī)械連接是目前常用的三類鋼筋連接技術(shù)。隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，鋼筋連接技術(shù)得到了前所未有的關(guān)注，同時也對鋼筋連接技術(shù)提出了新的要求。文章基于鋼筋連接技術(shù)的研究現(xiàn)狀，分析了鋼筋連接技術(shù)的研究進(jìn)展，闡明了各種方法的優(yōu)點(diǎn)和存在的不足，闡述了鋼筋機(jī)械連接特別是鋼筋滾壓直螺紋連接技術(shù)是今后應(yīng)用和發(fā)展的主要方式，展望了新型鋼筋連接方式的發(fā)展方向。

鋼筋；連接；機(jī)械連接

0 引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，特別是高層建筑的飛速發(fā)展，在建筑工程中鋼筋已經(jīng)成為建筑結(jié)構(gòu)的主要支撐，由于受到生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)鹊南拗?，許多鋼筋不可能按全長提供，快速可靠的鋼筋連接技術(shù)也成為提高建筑施工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。鋼筋連接技術(shù)可分為三類，即鋼筋綁扎搭接、鋼筋焊接、鋼筋機(jī)械連接［1-2］。文章基于鋼筋連接技術(shù)的研究現(xiàn)狀，綜合分析了各種鋼筋連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)以及鋼筋連接技術(shù)的研究進(jìn)展，提出了新型連接鋼筋方式的發(fā)展方向。

1 綁扎搭接技術(shù)

綁扎搭接是指兩根鋼筋相互有一定的重疊長度，用鐵絲綁扎的連接方法將兩段鋼筋連接在一起，一般用于混凝土內(nèi)的加強(qiáng)筋網(wǎng)的鋼筋連接，這種方法適用于鋼筋直徑比較小的連接，GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，直徑大于25 mm的受拉鋼筋以及直徑大于28 mm的受壓鋼筋，一般不采用綁扎搭接接頭［3］。綁扎搭接可分為手工綁扎搭接和機(jī)械綁扎搭接。

1.1 手工綁扎搭接

手工綁扎鋼筋，由于技術(shù)含量低，成本相對低廉，所以手工捆綁在我國建筑施工中比較常見。手工綁扎的優(yōu)點(diǎn)比較明顯，手工綁扎是一種傳統(tǒng)的鋼筋連接方法，操作簡單，不需要能源，也不需要機(jī)械設(shè)備，對環(huán)境影響極小。鋼筋捆綁搭接有明顯的缺點(diǎn):（1）捆綁搭接鋼筋直徑范圍有限制；（2）受拉區(qū)鋼筋不宜搭接；（3）捆綁搭接常使搭接部位的鋼筋過于密集，鋼筋用量增加［1］；（4）人工捆綁鋼筋是非常耗時的一項體力勞動，隨著人工費(fèi)的提高，人工捆綁價格低廉的優(yōu)點(diǎn)逐漸消失。

1.2 機(jī)械綁扎搭接

人工捆綁搭接中，如果加快捆綁速度往往導(dǎo)致捆綁過松，影響施工質(zhì)量。然而，如何不影響施工質(zhì)量的同時，實(shí)現(xiàn)節(jié)約勞動時間提高生產(chǎn)率呢？機(jī)械捆綁、捆扎技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。機(jī)械綁扎搭接技術(shù)具有施工簡便、機(jī)械設(shè)備簡單、基本不受氣候和環(huán)境的影響等特點(diǎn)。但不適宜作為粗鋼筋的連接方法，由于搭接連接在力的傳遞效果方面會產(chǎn)生損失，從而導(dǎo)致受力薄弱環(huán)節(jié)的產(chǎn)生，因此無論是手工綁扎搭接技術(shù)還是機(jī)械綁扎搭接技術(shù)都不能用于軸心受拉或小偏心受拉構(gòu)件中的受力鋼筋連接中。另外，綁扎搭接連接接頭由于搭接長度的存在，故用鋼量大，增加了接頭成本和整個建筑工程的造價，特別是當(dāng)鋼筋密集時，由于綁扎搭接接頭的存在，使得混凝土振搗困難，從而混凝土質(zhì)量受到影響［4］。

2 鋼筋焊接技術(shù)

鋼筋焊接方法很多，包括電弧焊、閃光對焊、電渣壓力焊、氣壓焊等?？煽康暮附右话悴淮嬖趶?qiáng)度、剛度、破壞性能等方面的缺陷，是一種比較好的鋼筋連接方式［5-8］。

2.1 電孤焊接

電孤焊是將電能轉(zhuǎn)變成熱能，利用熱能將被焊接鋼筋熔化成為一體的一種焊接方法。鋼筋連接后，鋼筋性能優(yōu)于綁扎搭接，且設(shè)備簡單，操作方便，可以適用于各種鋼筋焊接。但對工人操作技術(shù)要求較高、工效低、耗電量大、對環(huán)境有一定污染，且焊接也會出現(xiàn)咬邊、未焊透等缺陷［9］。電孤焊在高層建筑工程中的鋼筋焊接中，需要很長的電纜將電源導(dǎo)入到施工點(diǎn)，且需要很強(qiáng)的工作電流才能保證鋼筋的焊接質(zhì)量。

2.2 閃光對焊

閃光對焊是利用接觸電阻產(chǎn)生的熱量加熱工件，使得金屬熔化，形成閃光，再迅速施加頂力后完成的一種壓焊方法［10］。閃光對焊分為連續(xù)閃光和預(yù)熱閃光。連續(xù)閃光焊一般適用于鋼筋直徑18 mm以下的HRB335級和HRB400級鋼筋。當(dāng)鋼筋直徑較大且端面不平整時，最好采用預(yù)熱閃光焊。閃光對焊的優(yōu)點(diǎn)是能夠確保焊接質(zhì)量和節(jié)約鋼筋，而其缺點(diǎn)是耗電多，只能在地面上作業(yè)。另外，閃光對焊耗電多，易受到工地電源容量的影響。

2.3 電渣壓力焊

電渣壓力焊通過在要連接的兩鋼筋端施加電壓，使鋼筋的端面間隙產(chǎn)生電孤，電弧使得焊劑熔化，熔化后的焊劑在一定的電壓下形成渣池并熔化鋼筋端部，兩鋼筋在軸向壓力作用下焊接在一起的一種焊接方法。電渣壓力焊適合用于直徑為14～40 mm的熱軋HRB335級鋼筋，但不能用于梁、板等構(gòu)件中水平鋼筋的連接［10］。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省鋼筋，而其缺點(diǎn)是僅適用于兩鋼筋安放成豎向或斜向的對接形式、抗拉強(qiáng)度不易保證、兩鋼筋焊接不可能保持同軸心［11］。

2.4 氣壓焊

氣壓焊是采用氧、乙炔火焰把被連接的兩根鋼筋結(jié)合面附近加熱至塑化狀態(tài)，施加壓力（通常30～40 MPa）使兩鋼筋結(jié)合的方法。氣壓焊用電量較少，節(jié)省鋼筋，由于焊接采用氣源，故焊接工藝不受電源的限制，氣壓焊既可用于水平焊接也可用于垂直焊接。這種焊接技術(shù)的缺點(diǎn)是施焊前鋼筋端部要加工整齊，且鋼筋端面要與軸線垂直，鋼筋表面不能有銹蝕和氧化物，焊接操作技術(shù)要求嚴(yán)格，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，在鋼筋連接技術(shù)中已經(jīng)是趨于淘汰的技術(shù)［3，12］。

3 機(jī)械連接技術(shù)

20世紀(jì)90年代以來，鋼筋機(jī)械連接接頭的優(yōu)越性逐漸被公認(rèn)，從而鋼筋機(jī)械連接得到了迅速發(fā)展［13］。根據(jù)機(jī)械連接的方式不同，機(jī)械連接又可分為套筒擠壓連接、錐螺紋連接、直螺紋連接等。

3.1 套筒擠壓連接

套筒擠壓連接是將需要連接的兩帶肋鋼筋的端部插入一特定的鋼套筒內(nèi)，利用外部壓力（通常需要液壓擠壓機(jī)）壓縮鋼套筒，使鋼套筒產(chǎn)生塑性變形后緊緊抱住兩帶肋的鋼筋，從而將兩鋼筋連接的方法，施工過程如圖1所示。圖1（a）將鋼筋放入套筒，圖1（b）對套筒施加壓力，壓緊后即可形成套筒擠壓接頭。套筒擠壓連接的優(yōu)點(diǎn)是它可用于鋼筋骨架結(jié)構(gòu)的任何部位鋼筋的連接，操作簡單，施工效率高，沒有明火作業(yè)。但需要擠壓機(jī)且鋼筋必須帶肋，另外套筒成本比較高［14-15］。

套筒擠壓粗鋼筋連接，不需要制作螺紋，因此節(jié)省了切制或滾壓螺紋所需要的機(jī)械設(shè)備，施工過程中熱影響區(qū)小，擠壓后接頭強(qiáng)度高，對于不可焊鋼筋的連接尤為合適，接頭質(zhì)量穩(wěn)定、連接可靠、適應(yīng)性能強(qiáng)、節(jié)約能源、對環(huán)境污染少、施工安全可靠、相對于搭接捆綁連接節(jié)省鋼材。在20世紀(jì)90年代初期就開始并展開了套筒擠壓連接技術(shù)的大面積推廣與應(yīng)用［4］。

圖1 套筒擠壓連接示意圖［15］

3.2 錐螺紋鋼筋連接

錐螺紋鋼筋連接是利用螺紋能承受拉、壓兩種作用力及自鎖性好的原理，將鋼筋的連接端加工成螺紋，或者在鋼筋的兩端加入錐螺紋套筒，兩錐螺紋擰緊在一起后，就可以把兩鋼筋連接成一體的方法［16］。該連接方法的優(yōu)點(diǎn)是無論鋼筋是否帶肋都可應(yīng)用錐螺紋連接、錐形螺紋可以預(yù)先加工成形、操作簡單、施工效率高、沒有明火作業(yè)。錐螺紋鋼筋連接的缺點(diǎn)是需要鋼筋螺紋套絲機(jī)和力矩扳手、鋼筋截面不能達(dá)到等強(qiáng)度、連接處易脫扣和斷裂質(zhì)量不易保證［10-11，17-19］。

3.3 直螺紋鋼筋連接

直螺紋鋼筋連接方式發(fā)展比較晚，直螺紋鋼筋連接是將需要連接的鋼筋端部加工成外直螺紋，需要連接兩鋼筋時，將兩鋼筋的直螺紋部分旋入帶有內(nèi)直螺紋的套筒中，從而將兩鋼筋連接起來。直螺紋鋼筋連接方式操作簡單、連接速度快、接頭強(qiáng)度高，直螺紋根據(jù)加工方法可分為切制加工直螺紋和滾壓加工直螺紋，切制加工直螺紋是通過對鋼筋母材材料切削而制成螺紋的方法，切削可以降低鋼筋母材截面積而導(dǎo)致強(qiáng)度減弱。滾壓直螺紋是通過滾壓而形成的螺紋，鋼筋材料沒有被切削掉［17，20-22］，且螺紋經(jīng)滾壓后材質(zhì)發(fā)生硬化，通常滾壓后鋼筋強(qiáng)度可以提高6%～8%［11］。但是鋼筋滾壓直螺紋連接需要采用專門的液壓機(jī)床對鋼筋端部進(jìn)行滾壓。

在直螺紋鋼筋連接方式中，由于套筒的受力較大，故套筒的材料應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼制作而成，例如45鋼、18CrMnTi、20Cr等［23］。套筒的型式主要有標(biāo)準(zhǔn)型連接、左右牙連接（或稱正反絲連接）、異徑連接等型式。所謂的標(biāo)準(zhǔn)型連接指的是被連接的兩根鋼筋以及用于連接的套筒的螺紋旋向都為同一旋向的螺紋，通常是右旋螺紋，用套筒連接兩鋼筋時，首先旋轉(zhuǎn)套筒將套筒擰入到第一根鋼筋中，套筒與第一根鋼筋的螺紋連接長度為套筒總長度的一半，然后將被連接的第二根鋼筋對準(zhǔn)套筒口，再利用扳手旋轉(zhuǎn)第二根鋼筋，即可將第二根鋼筋擰入套筒中，最后擰緊即可形成可靠的連接。左右牙連接指的是套筒內(nèi)的螺紋分成兩部分，其中一部分為右旋螺紋，另一部分為左旋螺紋，對應(yīng)的被連接的兩根鋼筋的螺紋也分別為右旋螺紋和左旋螺紋，利用套筒連接這兩根鋼筋時，將套筒放置在被連接的兩根鋼筋之間，旋轉(zhuǎn)套筒，即可將套筒同時擰入到兩根鋼筋中，實(shí)現(xiàn)兩根鋼筋的連接。異徑連接指的是被連接的兩根鋼筋的直徑不相同，那么就要求套筒內(nèi)螺紋的直徑也不是一致的，這種型式的連接稱為異型連接。一般的梁、柱鋼筋使用標(biāo)準(zhǔn)型連接接頭，如果墻筋有錨固要求，則此處的鋼筋需要折彎，對于這種鋼筋就不能采用轉(zhuǎn)動鋼筋的方法將兩鋼筋連接，只能采用左右牙套筒，通過旋轉(zhuǎn)套筒將兩鋼筋連接，建筑中的鋼筋的變徑處可以采用異徑型接頭進(jìn)行連接［22，24］。

直螺紋連接應(yīng)用在分段鋼筋籠連接中，不僅連接強(qiáng)度比較高，抗疲勞性能也比較好，而且連接可靠，施工不容易受氣候的影響，鋼筋的化學(xué)成分對連接質(zhì)量也幾乎沒有影響，工人技術(shù)對連接質(zhì)量影響小，扭緊力的大小對連接可靠性影響不大，提高了施工效率［25］。直紋鋼筋連接技術(shù)是一種操作簡單、施工方便、連接快捷、成本低廉的技術(shù)，近年來，直螺紋連接接頭在我國建筑施工中所占比例逐漸增大，具有廣闊的市場推廣前景，這種連接方式是國外鋼筋籠連接的發(fā)展方向［26］。

鐓粗直螺紋連接技術(shù)是為了避免直螺紋在切制螺紋過程中降低鋼筋母材截面積而導(dǎo)致強(qiáng)度減弱現(xiàn)象的發(fā)生而出現(xiàn)的一種連接技術(shù)［3，27］。鐓粗直螺紋連接技術(shù)是指在切割下鋼筋料后，需要首先將鋼筋兩端液壓鐓粗，再在鐓粗部位加工外螺紋，最后利用套筒連接兩根鋼筋的一種鋼筋連接技術(shù)。采用鐓粗直螺紋連接技術(shù)，連接可靠，鐓粗鋼筋和加工螺紋可以在工廠內(nèi)預(yù)先完成，因此建筑施工現(xiàn)場施工比較方便，鐓粗直螺紋連接技術(shù)的螺紋加工前經(jīng)過了冷鐓加工，提高了鋼材密度和抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度通常可提高10%～20%。

CAB R／M鋼筋接頭是一種新型的直螺紋接頭型式，在待連接兩鋼筋的端部加工上直螺紋，再用兩個半圓形的螺紋套筒扣到兩鋼筋螺紋上，兩個半圓形的螺紋外面擰上帶有內(nèi)錐螺紋的螺母，擰緊螺母后即可將兩鋼筋連接在一起（如圖2所示）。這種鋼筋連接方式中螺紋套筒和螺母的螺紋能夠自鎖，因此鎖緊后螺母不會自行脫落，接頭質(zhì)量非常穩(wěn)定［28-32］。

圖2 CAB R／M鋼筋連接方式示意圖［28］

4 展望

鋼筋機(jī)械連接技術(shù)，克服了鋼筋綁扎技術(shù)中需要鋼筋一定的搭接長度而浪費(fèi)鋼筋的弊端，避免了鋼筋焊接技術(shù)中出現(xiàn)的由于電壓不穩(wěn)定或焊工技術(shù)差的原因而導(dǎo)致的鋼筋燒傷或咬傷、焊縫不飽滿、焊接質(zhì)量不穩(wěn)定等缺陷的產(chǎn)生。機(jī)械連接技術(shù)是將成熟螺紋技術(shù)與套筒技術(shù)結(jié)合起來運(yùn)用的一種連接技術(shù)，具有接頭強(qiáng)度高、施工工期短、可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。直螺紋連接是20世紀(jì)90年代鋼筋連接的國際最新潮流，不僅接頭質(zhì)量穩(wěn)定可靠，連接強(qiáng)度高，接頭質(zhì)量穩(wěn)定，而且又有錐螺紋接頭施工方便、速度快的特點(diǎn)，因此直螺紋連接技術(shù)的出現(xiàn)是鋼筋連接技術(shù)發(fā)展的質(zhì)的飛躍。

滾壓直螺紋連接技術(shù)，由于其加工工藝性能、連接力學(xué)性能、施工工藝性能、環(huán)境保護(hù)等方面相對于其它的連接方法具有明顯的優(yōu)勢，在工程實(shí)踐中，利用滾壓直螺紋連接技術(shù)可以解決工程施工中鋼筋骨架間的連接、鋼筋密集混凝土澆注困難以及同一截面鋼筋接頭的預(yù)埋致使鋼筋不能轉(zhuǎn)動的連接等問題，因此，滾壓直螺紋連接技術(shù)在建筑施工中得到廣泛應(yīng)用，且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。近年來大量的應(yīng)用實(shí)踐表明，在機(jī)械連接形式中，滾軋直螺紋接頭應(yīng)用最廣，發(fā)展最快，連接可靠、連接強(qiáng)度最高，經(jīng)濟(jì)效益最好，鋼筋滾壓直螺紋連接技術(shù)成為建筑施工中鋼筋機(jī)械連接的首選連接技術(shù)。

通過對鋼筋連接技術(shù)及其研究進(jìn)展分析，可以得出鋼筋連接方法的選用與新型鋼筋連接方式的發(fā)展方向?yàn)?

（1）不同的鋼筋連接方法有不同的特點(diǎn)，在應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)情況選用。

（2）隨著勞動力資源的短缺，人工費(fèi)大幅上升。目前在我國建筑行業(yè)普遍采用的手工綁扎鋼筋的操作方式必將被淘汰。

（3）鋼筋不同的連接方式，其質(zhì)量、效率等都不相同，機(jī)械連接具有連接質(zhì)量可靠、符合綠色環(huán)保要求，機(jī)械連接特別是鋼筋滾壓直螺紋連接技術(shù)將是今后一段時間發(fā)展和應(yīng)用的主要方式。

（4）省時、環(huán)保的新型連接方式是今后需要進(jìn)一步研究與發(fā)展的方向。

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（責(zé)任編輯：吳芹）

Research progress of construction of steel bar connection technology

Zhang Shijun1，2，Wang Liang3，Xin Zhenyu4，et al.

（1.School of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2.Key Laboratory of Mechanical Engineering＆Innovation Technology in Universities of Shandong.Jinan 250101，China；3.Engineering Training Center，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；4.Shandong Commercial Vocational and Technical College，Jinan 250101，China）

Steel bar connection technology is rapid，reliable and is one of the key technologies to improve the construction quality and efficiency.At present，steel binding lap，steel welding lap and steelmechanical connection are three common steel bar connection technologies.With the rapid development of the construction industry，steel bar connection technology has drawn so much more attention.New requirements on the reinforcement technology was also put forward.All kinds of steel bar connection methods have been summarized.The research progress of connection technology of reinforcementwas analyzed.The advantages and shortcomings of variousmethodswere analyzed.It is shown that he steel mechanical connection is the main way in application and development in the future with the development of social economy and the construction industry.In this paper，the development direction of the new type of reinforcing steel bar connection method was pointed out finally.

steel bar；connection；mechanical connection

TU741.1

B

1673-7644（2014）06-0546-05

2014-06-06

山東建筑大學(xué)博士科研基金項目（XNBS1017）

張士軍（1971-），男，博士，副教授，主要從事創(chuàng)新設(shè)計等方面的研究.E-mail:zhangsjsd＠126.com