浅述钢筋直螺纹接头安装连接技术
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摘要:钢筋直螺纹连接是目前我市建筑工程中比较常见的一种钢筋连接技术，接头的丝扣加工和安装连接都是比较复杂的一个工种。直螺纹连接工艺中，在套筒质量和螺纹加工质量保证的前提下，如何安装直螺纹接头，不但影响接头的安装质量，也对工作效率有很大的影响。通过对直螺纹接头的现场安装情况的调查和研究，改进直螺纹安装安装工艺，不但能提高接头的安装质量，接头的安装连接工作效率也可以得到很大的提高。
关键词:直螺纹连接、安装、套筒、丝头
中图分类号：TU74文献标识码： A
一、前言
随着我国城市化建设的发展，建筑施工技术也得到了明显的提高，在国家大力提倡低碳环保、节能减排的环境下，对在建筑施工生产过程中的污染问题也提出了更高更严的要求，钢筋机械连接技术正是在这样的环境下应运而生的。机械连接工艺相比以前的钢筋连接工艺更显示出了它在环保、节能减排等方面的优越性，还具有提高工程建设的速度，提高建筑工程质量，节约工程成本等优点，具有较好的经济效益和社会效益，目前该工艺已经在我国建设工程中拥有广泛的应用。
钢筋直螺纹连接是机械连接中的一种形式，钢筋直螺纹连接是用套丝机对钢筋头进行套丝，利用内带螺纹的连接套筒将两根钢筋螺纹紧固，这种技术以其优越的客观条件，成为当今建筑施工中常用的钢筋连接方法，它具有接头强度高、质量稳定、施工方便、连接速度快、应用范围广、综合经济效益好等优点。钢筋直螺纹接头方式主要包括钢筋冷墩直螺纹连接和钢筋剥肋滚压直螺纹连接等。钢筋剥肋滚压直螺纹连接也是我市建筑工程中相对使用较多的连接方式。直螺纹连接技术相对简单，在原材料和端头丝扣质量保证的前提下，安装质量对整个连接件的质量起着关键作用，接头的安装和安装完成后的检验验收是保证接头安装质量的两个重要环节。
二、钢筋直螺纹连接工艺中的主要环节
（一）、原材料验收环节
原材料质量控制是钢筋直螺纹连接质量控制的基础。钢筋及套筒必须有质量证明文件。钢筋及重要钢材应按现行规范规定职样做力学性能的复试，承重结构钢筋及重要钢材应实行有见证取样和送检，
接头安装前应检查连接件产品合格证及套筒表面生产批号标识；产品合格证应包括用钢筋直径和接头性能等级、套筒类型、生产单位、生产日期以及可追溯产品原材料力学性能和加工质量的生产批号。同时采用标准塞规对套筒螺纹尺寸进行检查。
（二）、钢筋端头丝扣加工工艺
1、必需使用合格滚丝机加工钢筋端头螺纹。
2、丝头加工工序为：按钢筋规格调整好滚丝头内孔最小尺寸及涨刀环调整剥肋挡块调整剥肋直径及滚压行程装卡钢筋启动设备进行加工。
3、加工螺纹时应使用水溶性切削液，不得使用油性液。
4、钢筋丝头宜满足6ƒ级精度要求，应用卡尺或专用直螺纹环规检验。
5、对检查合格的钢筋丝头应立刻加上保护套，防止搬运钢筋时损坏丝头。
（三）接头安装连接环节
当钢筋原材料、接头、丝头检验合格后，应该将所使用的钢筋吊运至施工现场，操作人员利用力矩钳进行连接施工，连接过程需两人相互配合，并要求尽量使钢筋中心线保持一致，回收丝头上的塑料保护帽和套筒端头的塑料密封盖，然后检查钢筋规格是否与连接套筒一致，检查螺纹扣是否完好无损。
竖向钢筋连接时，应从下向上依次连接；水平钢筋连接时，应从一端向另一端依次连接；同径正丝扣连接时，将待连接的两根钢筋丝头拧入连接套筒，用两把专用扳手分别卡住待连接钢筋，将钢筋接头拧紧，使两钢筋丝头在套筒中间位置顶紧；在异径丝头连接过程中，应该将连接套筒和锁紧螺母全部拧入到长丝头钢筋端，再将短丝头钢筋端对准套筒，将短丝头钢筋拧入到套筒中；连接完的接头应立即用油漆做标记，防止漏拧；标准型接头安装后的外露螺纹不宜超过2P。
螺纹接头安装后按接头的现场检验应按检验批进行，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，应以500个为一个检验批进行检验与验收，不足500个也应作为一个检验批，抽取其中10%的接头进行拧紧扭矩校核。拧紧扭矩值不合格数超过被校核接头数的5%时，应重新拧紧全部接头，直到合格为止。对接头的每一检验批必须在工程结构中随机截取3个接头试件作抗拉强度试验，按设计要求的接头等级进行评定，3个试件的抗拉强度均符合《钢筋机械连接技术规程》JGJ107-2010中相应等级的强度要求时，该验收批应评为合格。如有1个试件的抗拉强度不符合要求，应再取6个试件进行复检。复检中如仍有1个试件的抗拉强度不符合要求，则该验收批应评为不合格。
三、调查发现目前安装连接中存在的主要问题
（一）、现场加工丝头中出现的各种问题：
1、钢筋母材的尺寸偏差及成型缺陷导致丝扣的质量问题：带肋钢筋在生产过程中因轧钢时的误差，往往存在着切口直径偏大(粗)或偏小(细)的情况；此外，还有因轧制时上下轧辊错位形成的上下半圆不对称截面钢筋，甚至椭圆度较大的钢筋。此类钢筋如直接进行丝头加工，虽然经过其切割平整增大了截面直径，但并不能消除其原有截面尺寸的偏差或不圆，在剥肋钢筋后，很难保证所有螺纹齿的牙型饱满。
图3.1.1 界面尺寸偏差
2、钢筋母材端头开裂:直螺纹连接的钢筋端头在加工过程中，由于剥肋机纵向挤压被加工的钢筋端头，钢筋原有的组织遭到破坏，发生环向受拉撕裂而产生纵向劈裂裂纹，从而丝扣加工后的钢筋端头会产生裂纹。
3、钢筋母材端头缺陷：钢筋原材料在加工过程中使用钢筋断料机切割钢筋导致端头出现马蹄面，丝头加工成型后出现牙齿不饱满或者断牙的现象。
图3.1.2 丝扣不饱满
4、直螺纹钢筋连接的丝头加工精度不高：直螺纹钢筋连接的丝头加工操作人员的技术水平和责任心，以及机模具是否完好，也会对钢筋端丝头加工精度产生影响。按照操作规程，钢筋在插入机具前，应将机退回零位，以保证每根钢筋的丝头端长度能够一致；而现实操作中，工人会出于提高加工量的目的，一味追求速度而忽视了操作的规范，机未完全归零，就已将钢筋插入开始。如此一来，在同一批加工钢筋中也就出现了丝头长度不一、成型不一的状况。
（二）、套筒的质量问题：由于钢筋套筒还未有标准规范出台，加工企业都按自己的厂家标准进行套筒加工。导致市面上的套筒质量规格不同，丝扣长度不同，套筒合金钢的等级不同。
（三）、现场安装的质量问题：
1、在现场调查发现操作工在加工完丝头后未及时对丝头进行有效的保护，造成丝头的磨损、变形，导致在接下来的安装环节操作工人无法进行规范的连接；
2、安装工人不正确使用扭矩扳手，使拧紧的扭力值未达到要求；
3、在直螺纹安装拧紧时先紧一边的丝头，丝头伸入过长导致另一边丝头无法伸入有效丝扣数。
图3.3.1 露丝过多
4、拧紧长度不足，导致套筒内两头钢筋不顶紧。
图4.3.2 拧紧长度不足
四、各种存在的问题对钢筋连接质量的影响
为研究直螺纹接头在安装连接过程中存在的各种问题对直螺纹连接件的影响，我们制作了一批各种不规范连接状态的钢筋直螺纹连接及1组标准的试件进行比对分析，检测结果如下表：
表4.1 直螺纹连接件缺陷状态力学分析统计表
套筒连接缺陷状态 规格 抗拉荷载（kN） 抗拉强度(MPa) 坏破状态 结论
直螺纹丝头在加工时有破坏（一头有3个扣损坏的） HRB400
18 162.70 639 钢筋拉断 合格
165.74 651 钢筋拉断
164.65 647 钢筋拉断
HRB400
25 304.37 620 钢筋从连接接头中拔出 不合格
270.10 550 钢筋从连接接头中拔出
243.80 497 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
28 380.41 618 钢筋拉断 不合格
371.00 603 钢筋从连接接头中拔出
299.69 487 钢筋从连接接头中拔出
直螺纹丝头加工时单边短，单边长，且单短丝头外露，单长丝头也外露 HRB400
18 132.24 520 钢筋从连接接头中拔出 不合格
100.15 394 钢筋从连接接头中拔出
105.74 416 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
25 227.67 464 钢筋从连接接头中拔出 不合格
303.03 617 钢筋从连接接头中拔出
256.82 523 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
28 373.82 607 钢筋从连接接头中拔出 合格
373.51 607 钢筋从连接接头中拔出
388.82 631 钢筋拉断
直螺纹丝头加工时单边短，单边长，且单短丝头外露，单长丝头不外露 HRB400
18 151.48 595 钢筋从连接接头中拔出 合格
154.58 607 钢筋从连接接头中拔出
155.74 612 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
25 237.52 484 钢筋从连接接头中拔出 不合格
224.55 457 钢筋从连接接头中拔出
227.69 454 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
28 266.70 433 钢筋从连接接头中拔出 不合格
297.87 484 钢筋从连接接头中拔出
303.81 493 钢筋从连接接头中拔出
直螺纹丝头加工时单边短，单边长，且单短丝头不外露，单长丝头也不外露 HRB400
18 142.58 560 钢筋从连接接头中拔出 合格
163.44 642 钢筋拉断
157.31 618 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
25 326.82 666 钢筋拉断 合格
303.88 619 钢筋从连接接头中拔出
285.49 580 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
28 377.41 613 钢筋拉断 合格
381.49 620 钢筋拉断
379.56 616 钢筋拉断
直螺纹丝头加工时单边短，单边长，且单短丝头不外露，单长丝头外露 HRB400
18 138.04 542 钢筋从连接接头中拔出 不合格
106.03 417 钢筋从连接接头中拔出
105.08 413 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
25 268.50 547 钢筋从连接接头中拔出 合格
304.85 621 钢筋从连接接头中拔出
279.10 569 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
28 389.97 633 钢筋拉断 不合格
373.98 607 钢筋从连接接头中拔出
331.03 538 钢筋从连接接头中拔出
直螺纹丝头加工时两边都短的，且两边丝头都外露。 HRB400
18 105.27 414 钢筋从连接接头中拔出 不合格
102.31 402 钢筋从连接接头中拔出
103.74 408 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
25 255.96 521 钢筋从连接接头中拔出 不合格
259.68 529 钢筋从连接接头中拔出
273.08 556 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
28 342.16 556 钢筋从连接接头中拔出 合格
350.31 569 钢筋从连接接头中拔出
364.73 592 钢筋从连接接头中拔出
直螺纹丝头加工时两边都短的且一边丝头不外露一边外露。
HRB400
18 96.97 381 钢筋从连接接头中拔出 不合格
111.25 437 钢筋从连接接头中拔出
101.74 400 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
25 301.58 614 钢筋从连接接头中拔出 不合格
246.28 502 钢筋从连接接头中拔出
302.43 616 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
28 379.00 616 钢筋从连接接头中拔出 不合格
301.88 490 钢筋从连接接头中拔出
370.06 601 钢筋从连接接头中拔出
直螺纹丝头加工时两边都短的，且两边丝头都不外露。 HRB400
18 168.41 662 钢筋拉断 合格
163.28 642 钢筋从连接接头中拔出
164.92 648 钢筋拉断
HRB400
25 301.09 613 钢筋从连接接头中拔出 合格
302.67 617 钢筋从连接接头中拔出
301.21 614 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
28 383.54 623 钢筋拉断 合格
371.63 604 钢筋从连接接头中拔出
374.45 608 钢筋拉断
按《钢筋机械连接技术规程》制做的标准试件。 HRB400
18 165.60 651 钢筋拉断 合格
163.76 644 钢筋拉断
163.57 643 钢筋拉断
HRB400
25 323.18 658 钢筋拉断 合格
316.19 644 钢筋拉断
321.94 656 钢筋拉断
HRB400
28 371.16 603 钢筋拉断 合格
380.38 618 钢筋拉断
373.35 606 钢筋拉断
按《钢筋机械连接技术规程》制做的标准丝头，并在丝头与套筒连接的时候灌入水泥浆。(灌入水泥浆28天后试验) HRB400
18 160.86 632 钢筋拉断 合格
139.78 549 连接接头破坏
170.15 669 钢筋拉断
HRB400
25 321.58 655 钢筋拉断 合格
322.91 658 钢筋拉断
320.85 654 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
28 350.62 569 钢筋从连接接头中拔出 合格
346.71 563 连接接头破坏
369.81 601 钢筋拉断
丝扣尺寸与套筒尺寸不相符的（套筒子的尺寸要大于丝扣尺寸）
HRB400
18 102.54 403 钢筋从连接接头中拔出 不合格
103.54 407 钢筋从连接接头中拔出
99.48 391 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
25 195.65 399 钢筋从连接接头中拔出 不合格
198.65 405 钢筋从连接接头中拔出
222.45 453 钢筋从连接接头中拔出
HRB400
28 228.54 371 钢筋从连接接头中拔出 不合格
238.45 387 钢筋从连接接头中拔出
207.65 337 钢筋从连接接头中拔出
由上表可以得出，由于丝头加工不规范或连接过程中的施工质量问题，对直螺纹连接件的力学性能有很大影响，延伸至施工现场，将会使结构存在较大的安全隐患。虽然机械连接成在众多的隐患，但比起焊接连接要直观和可靠，只要施工人员认真操作，一般情况下都可以满足规范标准要求的质量，连接质量比较容易通过观察和现场检验得到保证
五、改进安装工艺，提高安装质量，加大安装工作效率
通过上面的研究发现，要提高直螺纹连接的质量，必须保证原材质量、丝头质量、及现场连接的质量。在钢筋丝头加工好后，要利用专业工具对钢筋丝头的各项指标进行检查，对不符合指标的丝头重新加工处理，确保对接下来的丝头安装不产生影响。钢筋丝头加工后要对丝头及时做好保护，要求现场施工人员提前将套筒拧在丝头上，保护了钢筋丝头也对下一步另一端钢筋套筒的拧紧做前期准备工作。督导现场施工人员使用扭力扳手，而不是将扭力扳手当做应付工具来使用，在拧紧丝头时两人配合在套筒两端同时使用扭力扳手进行操作，加大安装的工序进度，也确保紧入的丝扣长度一样。在拧紧过程中如果遇到丝扣无法顺利旋入套筒的现象时不可强行旋入，要先将套筒拧下用塞规和环规对丝头及套筒进行检查，找明原因后方可进行施工。通过在多个试点项目的调研过程中，通过规范化的施工，现场直螺纹连接效率明显提高，安装的一次性合格率达到98%以上，施工质量明显提高。
图5.1.1 丝头保护处理
图5.1.2 连接成型质量
六、结语
由于钢筋端部经滚压成形，钢筋材质经冷作处理，螺纹和钢筋强度都有所提高，弥补了螺纹底径小于钢筋母材基圆直径对强度削弱带来的影响，使连接的接头强度高于母材强度，能使母材充分发挥其强度和延性。通过本次研究我们可以得出，在直螺纹连接的管理过程中，对操作工人做好技术交底，明确操作工艺标准，同时严格控制过程施工质量，能明天提高直螺纹连接的施工质量和接头合格率，能够更好的发挥直螺纹连接技术的可靠性和经济性，在保证结构安全性和保护环境、节约资源方面有很大的优势。
参考文献：
【1】《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2010）
【2】《滚轧钢筋直螺纹钢筋连接接头》（JG 163-2004）
【3】《钢筋混凝土用钢 第2部分：热轧带肋钢筋》 （GB 1499.2.2007）
【4】王建章、吴钧 《滚压钢筋直螺纹连接技术应用》 2012