大直径钢筋直螺纹套筒连接技术在昆明规划馆的应用

2019-08-06傅帝尹田海燕

建材发展导向 2019年6期

岩张傅帝尹田海燕邵琨

（云南建投第三建设有限公司，云南昆明 650000）

近年来，大直径钢筋直螺纹连接技术愈发成熟，广泛应用于高层、超高层、装配式建筑中，其优点也愈发凸现出来。相对于绑扎式连接、电焊连接方式，直螺纹连接具有抗拉强度高、抗疲劳性能优越、施工方便、连接速度快、运用广泛的优势，具有很好的综合经济效益和较高的推广运用价值。在昆明规划馆项目中，大量使用了直螺纹连接技术，缩短了施工工期，保证了结构质量，增加了细部结构的可靠性，为该工程的顺利进行添砖加瓦。

1 工程概况

1.1 工程总体概况

昆明规划馆项目位于云南省昆明市环湖东路与云秀路交叉口东南的宝丰湿地公园内，建筑面积36339.9m2，属于大型公共建筑。本工程为钢筋混凝土框架结构，建筑高度23.95 米，建筑跨度19.8 米。根据项目特点，公司通过多次技术论证以及对各项方案进行比选、择优后决定在柱、梁等关键受力部位使用钢筋直螺纹连接技术，以增强钢柱、钢梁的性能强度。

1.2 大直径钢筋直螺纹连接技术应用概况

昆明规划馆地下室部分共有直螺纹接头共有18906 个：其中Φ22 有2800 个；Φ25 有3000 个；Φ32 有2150 个；Φ36 有5230 个；Φ42 有4676 个；地上部分共有直螺纹接头17260 个，其中Φ22 有6800 个；Φ25 有4800 个；Φ32 有3260 个。Φ36 有1800 个；Φ42 有600 个。

本工程钢筋用量较大、排布密集，关键受力部位不适于使用焊接接头和板扎搭接接头。本工程Φ22 及以上的钢筋均使用直螺纹连接技术，综合了套筒挤压接头和锥螺纹接头的优点。其中，关键技术节点为钢筋等强度剥肋滚压直螺纹接头加工技术。钢筋等强度剥肋滚压直螺纹接头是将待连接的钢筋端部用配套的钢筋滚压直螺纹成型机滚压成直螺纹，通过连接套筒将两根钢筋连接成一体。能充分发挥钢筋强度的机械连接方式，该连接方式适用于结构中直径为16-50 毫米的HRB335、HRB440 热轧带肋受力钢筋的任意方向连接方式。

2 工艺流程及操作要点

大直径钢筋直螺纹技术是采用专门的滚压机床进行滚压，一次成型直螺纹，其工艺流程按以下顺序进行：根据要求选购钢筋→剥肋→滚压成型→套筒→机械加工→施工现场连接→检验批检验。

2.1 准备工作

2.1.1 材料准备

钢筋出厂时应附带出厂合格证和力学性能检验报告，所有检验结果均应符合现行规范的规定和设计要求。同时应符合国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499）的要求以及《钢筋混凝土用余热处理钢筋》（GB13014）的要求；套筒与锁母材料应采用优质碳素钢或合金结构钢，连接套筒出厂时应附带出厂合格证，其抗拉承载力标准值应大于或等于被连接钢筋的受拉承载力标准值的1.22 倍，套筒长度应为钢筋直径的二倍，且应有保护盖，保护盖上应注明套筒的型号、规格。套筒在出厂运输、储存过程中，应注意防止生锈、沾污，套筒的尺寸偏差及精度应符合相关要求。且其材质应符合GB T 699-2015 优质碳素结构钢的规定。

2.1.2 工具设备

根据剥肋滚压直螺纹丝头加工以及为满足现场安装要求，主要使用砂轮切割机、套丝机、力矩扳手及普通扳手、螺纹塞规、量规等机具和设备。

2.1.3 技术准备

按照规范控制直螺纹接头的混凝土保护层厚度，满足现行国家标准《混凝土结构设计规范》中受力钢筋保护层最小厚度的要求且不得小于15mm。受力钢筋滚压直螺纹接头位置应相互错开。在任一接头中心至长度为钢筋直径的35 倍的区段内，有接头的受力钢筋截面面积占钢筋总截面面积的百分率在受拉区的百分率不宜超过50%。接头宜避开有抗震设防要求的框架梁和框架柱的端部箍筋加密区；当无法避开时，接头的百分率不应超过50%。受压区和装配式构件中钢筋受力较小部位，接头百分率可不受限制。

2.1.4 人员准备

从事大直径钢筋直螺纹接头丝头加工、连接的操作人员，必须经过严格的专业技术培训并经相关主管部门考核后取得特种作业证书方后可上岗作业，严禁无证人员进行现场作业；

2.2 加工及安装

2.2.1 现场加工

加工阶段按钢筋规格调整好滚丝头内孔尺寸及涨刀环，调整剥肋挡块及滚压行程开关位置，保证剥肋及滚压螺纹的长度、精度。加工时采用水溶性切削润滑液，当气温低于0℃时，应掺入15%-20%亚硝酸钠。不得用机油作润滑液或不加润滑液套丝。操作工人应逐个检查钢筋丝头的外观质量，检查牙型是否饱满，有无断牙、秃牙缺陷等，已检查合格的丝头盖上保护帽加以保护。直螺纹丝头完成加工后应进行相关检测，由质检员随机抽样进行检验，以500 个同种规格丝头为一批，随机抽检10%，进行复检。加工钢筋螺纹的丝头牙型、螺距、螺纹直径、外径必须与套筒一致，并且需经配套的量规检验合格。检验的同时应填写钢筋螺纹加工检验记录，如出现丝头不合格的情况时，应立即对该批丝头进行全部检验，切去不合格的丝头，查明原因后重新加工螺纹并经再次检验合格后方可使用。

图3.1 钢筋直螺纹连接现场加工

2.2.2 现场连接安装

连接钢筋时，钢筋规格和套筒的规格必须一致，钢筋和套筒的丝扣应干净、完好无损。采用预埋接头时，连接套筒的位置、规格和数量应符合设计要求。带连接套筒的钢筋应固定牢固，连接套筒的外露端应有保护盖。滚压直螺纹接头应使用普通扳手进行施工，将两个钢筋丝头在套筒中间位置相互顶紧，钢筋接头拧紧后应用力矩扳手进行检查，力矩扳手进行的精度应为±5%，经拧紧的滚压直螺纹接头应随手刷上红漆以作标识，单边外露丝扣长度不应大于2P（P 为螺距）。

2.3 质量验收

在施工现场对连接接头进行检验，检验应进行外观质量检测和抽样进行单向拉伸试验，如设计有特殊要求，按设计要求检测。接头的现场检验按验收批次进行检验。同一施工条件下用同一批钢材及同一型号接头连接的同等级、同型式、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。钢筋连接工程开始前及施工中，应对每批进场钢筋进行接头工艺检验。

3 直螺纹连接、绑扎式连接、电焊连接试验对比

3.1 试件

本试验使用公称直径为Φ36 的Ⅲ级带肋钢筋进行搭接检验。试件分为三类：绑扎搭接接头、焊接接头、直螺纹接头，分别设为A、B、C 组。每类接头随机选取8 个试件。

图3.2 钢筋直螺纹连接现场安装

3.2 加载方式

为充分了解直螺纹接头、焊接接头、绑扎搭接接头的力学性能，参照现行国家规范，分别对三类接头进行单向拉伸试验。主要是反映直螺纹接头、焊接接头、绑扎搭接接头三类搭接方式在单向静载拉伸时的强度、刚度和变形等基本性能。此处以直螺纹套筒加载为例。

图4.1 直螺纹套筒加载曲线

3.3 试验数据

按照以上加载方式，分别对直螺纹接头、焊接接头、绑扎搭接接头进行加载试验。加载完成后，得到各试件的破坏强度，如下表所示。

表3.1 绑扎搭接接头试验数据

表3.2 电焊搭接接头试验数据

表3.3 直螺纹套筒连接接头试验数据

根据以上试验数据，绘图如下：

3.4 数据分析

由以上试验数据可以看出：

（1）钢筋直螺纹接头可以满足大直径钢筋的等强度连接要求；

图3.1 绑扎搭接接头试验数据

图3.2 电焊搭接接头试验数据

图3.3 直螺纹套筒连接接头试验数据

（2）绑扎搭接接头的破坏强度平均值为366.44MPa，电焊搭接接头的破坏强度平均值为575.26MPa，直螺纹套筒连接接头的破坏强度平均值为919.73MPa；

（3） A 组绑扎搭接接头中A1 偏差较大，数据不予采用；

（4）在三类接头中，直螺纹套筒连接接头的破坏强度最高，电焊搭接接头次之，绑扎搭接接头最低；

（5）直螺纹接头属于非线性状态,在试验过程中会产生附加的塑性变形及螺纹间隙滑移,造成其抗破坏强度较大。

4 社会经济效益分析及技术推广应用

4.1 社会经济效益分析

通过本工程实践证明，大直径钢筋直螺纹连接技术在关键手里部位可有效替代焊接、搭接连接技术。具有性能安全、可靠，接头质量稳定、不易产生滑移、断裂且施工方便，连接速度快、有效节省劳动力，节约钢材、节省成本等优点。其主要社会经济效益主要表现为以下几点：

（1）经济效益好。通过本次试验数据可得直螺纹接头比绑扎搭接省钢35%～75%。相对于焊接接头更经济；本项目使用直螺纹代替其它钢筋连接方式所节约的钢材成本为5 万多元。

（2）便于施工管理。省去了用扭力扳手检测这道工序，安装劳动者的素质及检测工具的准确度对直螺纹的施工质量的影响较小；

（3）有利于节约能源。钢筋直螺纹连接技术所使用的设备功率仅为3-5KW，若与冷挤压相比，按10000 个Φ25 直螺纹接头计算可节约用电2000kwh；与电弧搭接相比按连接10000 个Φ25 直螺纹计算可节约用电4000kwh；本项目使用直螺纹代替其它钢筋连接方式所节约的电费成本为2 万多元。

（4）有利于环境保护：直螺纹连接技术在施工现场安装时无噪声污染、无烟尘污染、无弧光污染，有利于提高现场的安全文明施工以及保护劳动者的身体健康。

4.2 技术推广应用

大直径钢筋直螺纹套筒连接技术不仅具有较高的连接强度，同时其抗疲劳性能也高于其它连接方式。对弯起钢筋、固定钢筋、钢筋笼等不能转动钢筋的场合，可不受限制地方便使用。适用于直径16-50 毫米的Ⅱ级钢、Ⅲ级钢任意位置和方向的同、异径连接。随着我国Ⅱ级钢、Ⅲ级钢的大量推广使用，钢筋机械连接所占比例逐渐增大。大直径钢筋直螺纹连接技术具有广阔的市场前景，随着市场的不断开拓，将取得显著的经济效益和社会效益。