大直徑鋼筋直螺紋套筒連接技術(shù)在昆明規(guī)劃館的應(yīng)用

巖 張 傅帝尹 田海燕 邵 琨

（云南建投第三建設(shè)有限公司，云南 昆明 650000）

近年來，大直徑鋼筋直螺紋連接技術(shù)愈發(fā)成熟，廣泛應(yīng)用于高層、超高層、裝配式建筑中，其優(yōu)點(diǎn)也愈發(fā)凸現(xiàn)出來。相對于綁扎式連接、電焊連接方式，直螺紋連接具有抗拉強(qiáng)度高、抗疲勞性能優(yōu)越、施工方便、連接速度快、運(yùn)用廣泛的優(yōu)勢，具有很好的綜合經(jīng)濟(jì)效益和較高的推廣運(yùn)用價值。在昆明規(guī)劃館項(xiàng)目中，大量使用了直螺紋連接技術(shù)，縮短了施工工期，保證了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，增加了細(xì)部結(jié)構(gòu)的可靠性，為該工程的順利進(jìn)行添磚加瓦。

1 工程概況

1.1 工程總體概況

昆明規(guī)劃館項(xiàng)目位于云南省昆明市環(huán)湖東路與云秀路交叉口東南的寶豐濕地公園內(nèi)，建筑面積36339.9m2，屬于大型公共建筑。本工程為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑高度23.95 米，建筑跨度19.8 米。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，公司通過多次技術(shù)論證以及對各項(xiàng)方案進(jìn)行比選、擇優(yōu)后決定在柱、梁等關(guān)鍵受力部位使用鋼筋直螺紋連接技術(shù)，以增強(qiáng)鋼柱、鋼梁的性能強(qiáng)度。

1.2 大直徑鋼筋直螺紋連接技術(shù)應(yīng)用概況

昆明規(guī)劃館地下室部分共有直螺紋接頭共有18906 個：其中Φ22 有2800 個；Φ25 有3000 個；Φ32 有2150 個；Φ36 有5230 個；Φ42 有4676 個；地上部分共有直螺紋接頭17260 個，其中Φ22 有6800 個；Φ25 有4800 個；Φ32 有3260 個。Φ36 有1800 個；Φ42 有600 個。

本工程鋼筋用量較大、排布密集，關(guān)鍵受力部位不適于使用焊接接頭和板扎搭接接頭。本工程Φ22 及以上的鋼筋均使用直螺紋連接技術(shù)，綜合了套筒擠壓接頭和錐螺紋接頭的優(yōu)點(diǎn)。其中，關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)為鋼筋等強(qiáng)度剝肋滾壓直螺紋接頭加工技術(shù)。鋼筋等強(qiáng)度剝肋滾壓直螺紋接頭是將待連接的鋼筋端部用配套的鋼筋滾壓直螺紋成型機(jī)滾壓成直螺紋，通過連接套筒將兩根鋼筋連接成一體。能充分發(fā)揮鋼筋強(qiáng)度的機(jī)械連接方式，該連接方式適用于結(jié)構(gòu)中直徑為16-50 毫米的HRB335、HRB440 熱軋帶肋受力鋼筋的任意方向連接方式。

2 工藝流程及操作要點(diǎn)

大直徑鋼筋直螺紋技術(shù)是采用專門的滾壓機(jī)床進(jìn)行滾壓，一次成型直螺紋，其工藝流程按以下順序進(jìn)行：根據(jù)要求選購鋼筋→剝肋→滾壓成型→套筒→機(jī)械加工→施工現(xiàn)場連接→檢驗(yàn)批檢驗(yàn)。

2.1 準(zhǔn)備工作

2.1.1 材料準(zhǔn)備

鋼筋出廠時應(yīng)附帶出廠合格證和力學(xué)性能檢驗(yàn)報告，所有檢驗(yàn)結(jié)果均應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定和設(shè)計(jì)要求。同時應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》 （GB1499） 的要求以及《鋼筋混凝土用余熱處理鋼筋》 （GB13014） 的要求；套筒與鎖母材料應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，連接套筒出廠時應(yīng)附帶出廠合格證，其抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)大于或等于被連接鋼筋的受拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值的1.22 倍，套筒長度應(yīng)為鋼筋直徑的二倍，且應(yīng)有保護(hù)蓋，保護(hù)蓋上應(yīng)注明套筒的型號、規(guī)格。套筒在出廠運(yùn)輸、儲存過程中，應(yīng)注意防止生銹、沾污，套筒的尺寸偏差及精度應(yīng)符合相關(guān)要求。且其材質(zhì)應(yīng)符合GB T 699-2015 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的規(guī)定。

2.1.2 工具設(shè)備

根據(jù)剝肋滾壓直螺紋絲頭加工以及為滿足現(xiàn)場安裝要求，主要使用砂輪切割機(jī)、套絲機(jī)、力矩扳手及普通扳手、螺紋塞規(guī)、量規(guī)等機(jī)具和設(shè)備。

2.1.3 技術(shù)準(zhǔn)備

按照規(guī)范控制直螺紋接頭的混凝土保護(hù)層厚度，滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中受力鋼筋保護(hù)層最小厚度的要求且不得小于15mm。受力鋼筋滾壓直螺紋接頭位置應(yīng)相互錯開。在任一接頭中心至長度為鋼筋直徑的35 倍的區(qū)段內(nèi)，有接頭的受力鋼筋截面面積占鋼筋總截面面積的百分率在受拉區(qū)的百分率不宜超過50%。接頭宜避開有抗震設(shè)防要求的框架梁和框架柱的端部箍筋加密區(qū)；當(dāng)無法避開時，接頭的百分率不應(yīng)超過50%。受壓區(qū)和裝配式構(gòu)件中鋼筋受力較小部位，接頭百分率可不受限制。

2.1.4 人員準(zhǔn)備

從事大直徑鋼筋直螺紋接頭絲頭加工、連接的操作人員，必須經(jīng)過嚴(yán)格的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)并經(jīng)相關(guān)主管部門考核后取得特種作業(yè)證書方后可上崗作業(yè)，嚴(yán)禁無證人員進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)；

2.2 加工及安裝

2.2.1 現(xiàn)場加工

加工階段按鋼筋規(guī)格調(diào)整好滾絲頭內(nèi)孔尺寸及漲刀環(huán)，調(diào)整剝肋擋塊及滾壓行程開關(guān)位置，保證剝肋及滾壓螺紋的長度、精度。加工時采用水溶性切削潤滑液，當(dāng)氣溫低于0℃時，應(yīng)摻入15%-20%亞硝酸鈉。不得用機(jī)油作潤滑液或不加潤滑液套絲。操作工人應(yīng)逐個檢查鋼筋絲頭的外觀質(zhì)量，檢查牙型是否飽滿，有無斷牙、禿牙缺陷等，已檢查合格的絲頭蓋上保護(hù)帽加以保護(hù)。直螺紋絲頭完成加工后應(yīng)進(jìn)行相關(guān)檢測，由質(zhì)檢員隨機(jī)抽樣進(jìn)行檢驗(yàn)，以500 個同種規(guī)格絲頭為一批，隨機(jī)抽檢10%，進(jìn)行復(fù)檢。加工鋼筋螺紋的絲頭牙型、螺距、螺紋直徑、外徑必須與套筒一致，并且需經(jīng)配套的量規(guī)檢驗(yàn)合格。檢驗(yàn)的同時應(yīng)填寫鋼筋螺紋加工檢驗(yàn)記錄，如出現(xiàn)絲頭不合格的情況時，應(yīng)立即對該批絲頭進(jìn)行全部檢驗(yàn)，切去不合格的絲頭，查明原因后重新加工螺紋并經(jīng)再次檢驗(yàn)合格后方可使用。

圖3.1 鋼筋直螺紋連接現(xiàn)場加工

2.2.2 現(xiàn)場連接安裝

連接鋼筋時，鋼筋規(guī)格和套筒的規(guī)格必須一致，鋼筋和套筒的絲扣應(yīng)干凈、完好無損。采用預(yù)埋接頭時，連接套筒的位置、規(guī)格和數(shù)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。帶連接套筒的鋼筋應(yīng)固定牢固，連接套筒的外露端應(yīng)有保護(hù)蓋。滾壓直螺紋接頭應(yīng)使用普通扳手進(jìn)行施工，將兩個鋼筋絲頭在套筒中間位置相互頂緊，鋼筋接頭擰緊后應(yīng)用力矩扳手進(jìn)行檢查，力矩扳手進(jìn)行的精度應(yīng)為±5%，經(jīng)擰緊的滾壓直螺紋接頭應(yīng)隨手刷上紅漆以作標(biāo)識，單邊外露絲扣長度不應(yīng)大于2P（P 為螺距）。

2.3 質(zhì)量驗(yàn)收

在施工現(xiàn)場對連接接頭進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行外觀質(zhì)量檢測和抽樣進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，如設(shè)計(jì)有特殊要求，按設(shè)計(jì)要求檢測。接頭的現(xiàn)場檢驗(yàn)按驗(yàn)收批次進(jìn)行檢驗(yàn)。同一施工條件下用同一批鋼材及同一型號接頭連接的同等級、同型式、同規(guī)格接頭，以500 個為一個驗(yàn)收批進(jìn)行檢驗(yàn)與驗(yàn)收，不足500 個也作為一個驗(yàn)收批。鋼筋連接工程開始前及施工中，應(yīng)對每批進(jìn)場鋼筋進(jìn)行接頭工藝檢驗(yàn)。

3 直螺紋連接、綁扎式連接、電焊連接試驗(yàn)對比

3.1 試件

本試驗(yàn)使用公稱直徑為Φ36 的Ⅲ級帶肋鋼筋進(jìn)行搭接檢驗(yàn)。試件分為三類：綁扎搭接接頭、焊接接頭、直螺紋接頭，分別設(shè)為A、B、C 組。每類接頭隨機(jī)選取8 個試件。

圖3.2 鋼筋直螺紋連接現(xiàn)場安裝

3.2 加載方式

為充分了解直螺紋接頭、焊接接頭、綁扎搭接接頭的力學(xué)性能，參照現(xiàn)行國家規(guī)范，分別對三類接頭進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)。主要是反映直螺紋接頭、焊接接頭、綁扎搭接接頭三類搭接方式在單向靜載拉伸時的強(qiáng)度、剛度和變形等基本性能。此處以直螺紋套筒加載為例。

圖4.1 直螺紋套筒加載曲線

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

按照以上加載方式，分別對直螺紋接頭、焊接接頭、綁扎搭接接頭進(jìn)行加載試驗(yàn)。加載完成后，得到各試件的破壞強(qiáng)度，如下表所示。

表3.1 綁扎搭接接頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3.2 電焊搭接接頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3.3 直螺紋套筒連接接頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪圖如下：

3.4 數(shù)據(jù)分析

由以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：

（1） 鋼筋直螺紋接頭可以滿足大直徑鋼筋的等強(qiáng)度連接要求；

圖3.1 綁扎搭接接頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3.2 電焊搭接接頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3.3 直螺紋套筒連接接頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（2） 綁扎搭接接頭的破壞強(qiáng)度平均值為366.44MPa，電焊搭接接頭的破壞強(qiáng)度平均值為575.26MPa，直螺紋套筒連接接頭的破壞強(qiáng)度平均值為919.73MPa；

（3） A 組綁扎搭接接頭中A1 偏差較大，數(shù)據(jù)不予采用；

（4） 在三類接頭中，直螺紋套筒連接接頭的破壞強(qiáng)度最高，電焊搭接接頭次之，綁扎搭接接頭最低；

（5） 直螺紋接頭屬于非線性狀態(tài),在試驗(yàn)過程中會產(chǎn)生附加的塑性變形及螺紋間隙滑移,造成其抗破壞強(qiáng)度較大。

4 社會經(jīng)濟(jì)效益分析及技術(shù)推廣應(yīng)用

4.1 社會經(jīng)濟(jì)效益分析

通過本工程實(shí)踐證明，大直徑鋼筋直螺紋連接技術(shù)在關(guān)鍵手里部位可有效替代焊接、搭接連接技術(shù)。具有性能安全、可靠，接頭質(zhì)量穩(wěn)定、不易產(chǎn)生滑移、斷裂且施工方便，連接速度快、有效節(jié)省勞動力，節(jié)約鋼材、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。其主要社會經(jīng)濟(jì)效益主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（1） 經(jīng)濟(jì)效益好。通過本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得直螺紋接頭比綁扎搭接省鋼35%～75%。相對于焊接接頭更經(jīng)濟(jì)；本項(xiàng)目使用直螺紋代替其它鋼筋連接方式所節(jié)約的鋼材成本為5 萬多元。

（2） 便于施工管理。省去了用扭力扳手檢測這道工序，安裝勞動者的素質(zhì)及檢測工具的準(zhǔn)確度對直螺紋的施工質(zhì)量的影響較??；

（3） 有利于節(jié)約能源。鋼筋直螺紋連接技術(shù)所使用的設(shè)備功率僅為3-5KW，若與冷擠壓相比，按10000 個Φ25 直螺紋接頭計(jì)算可節(jié)約用電2000kwh；與電弧搭接相比按連接10000 個Φ25 直螺紋計(jì)算可節(jié)約用電4000kwh；本項(xiàng)目使用直螺紋代替其它鋼筋連接方式所節(jié)約的電費(fèi)成本為2 萬多元。

（4） 有利于環(huán)境保護(hù)：直螺紋連接技術(shù)在施工現(xiàn)場安裝時無噪聲污染、無煙塵污染、無弧光污染，有利于提高現(xiàn)場的安全文明施工以及保護(hù)勞動者的身體健康。

4.2 技術(shù)推廣應(yīng)用

大直徑鋼筋直螺紋套筒連接技術(shù)不僅具有較高的連接強(qiáng)度，同時其抗疲勞性能也高于其它連接方式。對彎起鋼筋、固定鋼筋、鋼筋籠等不能轉(zhuǎn)動鋼筋的場合，可不受限制地方便使用。適用于直徑16-50 毫米的Ⅱ級鋼、Ⅲ級鋼任意位置和方向的同、異徑連接。隨著我國Ⅱ級鋼、Ⅲ級鋼的大量推廣使用，鋼筋機(jī)械連接所占比例逐漸增大。大直徑鋼筋直螺紋連接技術(shù)具有廣闊的市場前景，隨著市場的不斷開拓，將取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

5 存在的問題及改進(jìn)措施

5.1 存在的問題

（1） 加工、安裝基本使用人工控制，需要兩人及以上配合作業(yè)。對安裝人員的技術(shù)要求較高；

（2） 安裝人員的綜合素質(zhì)要求較高；

（3） 工具用具的選擇不合理。加工時操作人員不規(guī)范使用極具設(shè)備，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)偏差。

5.2 改進(jìn)措施

（1） 施工之前對操作人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，施工過程中現(xiàn)場管理人員需要跟班檢查指導(dǎo)，認(rèn)真組織實(shí)施，及時驗(yàn)收并糾正質(zhì)量不合格的產(chǎn)品，確保安裝質(zhì)量合格。

（2） 材料進(jìn)場時應(yīng)及時檢查鋼筋、套筒的產(chǎn)品合格證和檢驗(yàn)報告，材質(zhì)幾何尺寸；后期加工應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（3） 連接套筒安裝前必須逐個檢查，要求管內(nèi)螺紋圈數(shù)、螺距、齒高等必須與螺紋校驗(yàn)塞規(guī)相吻合。確保無絲扣破損、斜歪、不全、滑絲等問題出現(xiàn)。

（4） 套絲所用切削潤滑液應(yīng)經(jīng)常更換，嚴(yán)禁不加潤滑液進(jìn)行套絲。當(dāng)氣溫低于0℃時，應(yīng)摻入15%-20%亞硝酸鈉，不得用機(jī)油作潤滑液或不加潤滑液套絲。

（5） 完成連接的半成品應(yīng)按要求分類堆放整齊待用，鋼筋運(yùn)輸過程中要輕拿輕放，運(yùn)輸時應(yīng)傳遞，不得隨意拋扔。

（6） 現(xiàn)場鋼筋連接時應(yīng)對正軸線將鋼筋擰入連接套筒，并使套筒兩端鋼筋相互頂緊，并保持套筒的劇中位置，兩端外露絲扣每端不應(yīng)超過完整的一扣。

（7） 鋼筋的規(guī)格與連接套件的規(guī)格必須保持一致，鋼筋上螺紋的型式、螺距、螺紋外徑應(yīng)與連接套件一致，并保證鋼筋和連接套件的絲扣完好無損、絲扣干凈。