鋼筋機械連接技術現狀及發展趨勢
隨著鋼筋混凝土結構在建築工程中應用的日益廣泛，粗直徑鋼筋的連接方法成為結構設計與施工的關鍵之一。鋼筋機械連接的應用，一定程度上解決了粗直徑鋼筋連接的問題，與傳統的焊接工藝相比，具有如下優點：（1）連接質量穩定、可靠、連接強度高；（2）操作簡單，施工速度快；（3）適用範圍廣，適用於各種方位同、異直徑鋼筋的連接；（4）鋼筋的化學成分對連接質量影響；（5）接頭質量受人為因素影響小；（6） 現場施工不受氣候條件影響；（7）節省能源、耗電低；（8）無污染、無火災及爆炸隱患，施工安全可靠。
1 套筒擠壓連接技術
20 世紀 80 年代後期針對中央電視塔施工中粗直徑鋼筋焊接難的問題，參照日本套筒擠壓連接技術開發了符合我國國情的鋼筋套筒擠壓連接技術。其施工工藝為：劃線→套筒試套→設備擠壓→質量檢驗→完成。
該技術的優點是：接頭質量穩定可靠，接頭性能容易達到標準中 A 級要求，實現鋼筋等強度連接；對鋼筋的適應性強；與螺紋連接相比對不能轉動的鋼筋在不增加成本的情況下也能實現可靠連接。不足之處是：現場施工勞動強度大；液壓油有污染鋼筋現象，清理比較麻煩；生產效率不如螺紋連接高。套筒擠壓連接技術自 20 世紀 90 年代初期大面積推廣應用以來已在國內數百項大型工程中應用，如三峽工程、小浪底工程、機場航站樓工程、電視塔工程等。
2 錐螺紋連接技術
錐螺紋連接技術的誕生克服了套筒擠壓連接技術存在的不足，錐螺紋絲頭完全是提前預製，現場連接佔用工期短，現場只需要力矩扳手操作，不需搬動設備和拉扯電線，深受施工單位的好評。
其施工工藝為：平頭→套絲→絲頭質量檢驗→連接施工→質量檢驗→完成。
錐螺紋連接和擠壓連接相比，接頭質量不夠穩定。由於加工螺紋的小徑削弱了母材截面積，從而降低了接頭強度，一般只能達到母材實際抗拉強度的 85%~95%。我國的錐螺紋連接技術和國外相比還存在一定差距，最突出的一個問題就是螺距單一，多數廠家為了追求設備的簡單化，從直徑 16~40mm 鋼筋都採用螺距為 2.5mm，這在通常的螺紋連接中應該說是相當忌諱的，2.5mm 螺距最適合於22mm 鋼筋的連接，太粗或太細鋼筋連接的強度都不理想，尤其是直徑為 36、40mm 鋼筋的錐螺紋連接，很難達到母材實際強度的 0.9 倍（A 級接頭要求）。之所以大家認為錐螺紋可以達到 A 級接頭的性能要求，實際上是在利用鋼筋母材的超強而使接頭的性能達到鋼筋母材標準強度。由於錐螺紋連接技術具有施工速度快、接頭成本低的特點，自 20 世紀 90 年代初期推廣應用以來也得到大範圍使用。
3 直螺紋連接技術等強度直螺紋接頭是 20 世紀 90 年代鋼筋連接的國際最新潮流，不僅接頭質量穩定可靠、連接強度高，可與擠壓接頭質量相媲美，而且又有錐螺紋接頭施工方便、速度快的特點，因此直螺紋連接技術的出現給鋼筋連接技術帶來了質的飛躍。目前，我國直螺紋連接技術出現了多種連接形式，常見的主要有鐓粗直螺紋連接和滾壓直螺紋連接。這兩種工藝是採用不同加工方式，增強鋼筋端頭螺紋承載能力，達到接頭與鋼筋母材等強的目的。
3.1 鐓粗直螺紋連接。接頭是通過鐓粗設備，先將鋼筋端頭鐓粗，再加工出使螺紋小徑不小於鋼筋母材直徑的螺紋，使接頭與母材等強。國外鐓粗直螺紋連接既有熱鐓粗又有冷鐓粗，熱鐓粗主要是消除鐓粗過程中產生的內應力，但加熱設備投入費用高。而我國的鐓粗直螺紋連接主要是冷鐓粗，要求鋼筋的延性要好，對於延性連接較低的鋼筋，鐓粗質量較難控制，易產生脆斷現象。
其施工工藝為：平頭→鐓粗→切削螺紋→絲頭檢驗→連接施工→檢驗→完成。
該技術優點是：接頭強度高；現場施工速度快；工人勞動強度低；鋼筋直螺紋絲頭提前全部預製，現場連接裝配作業。不足的是：鐓頭過程中易出現鐓偏現象，一旦鐓偏必須切掉重鐓；鐓粗過程中產生內應力，鋼筋鐓粗部分延性降低，易產生脆斷現象；螺紋加工需要兩道工序、兩套設備完成。
3.2 滾壓直螺紋連接。滾壓直螺紋連接是利用金屬材料塑性變形後冷作硬化增強金屬材料強度的特性，使接頭與母材等強。目前，國內常見的有直接滾壓螺紋、擠（碾）壓肋滾壓螺紋、剝肋滾壓螺紋 3 種類型，其連接獲得的螺紋精度及尺寸不同，接頭質量也存在一定差異。3.2.1 直接滾壓直螺紋連接。施工工藝為：平頭→直接滾壓螺紋→絲頭檢驗→利用套筒連接→接頭檢驗→完成。該技術優點是：螺紋加工簡單；設備投入少。不足的是：螺紋精度差，存在虛假螺紋現象；由於鋼筋粗細不均，加工的螺紋直徑大小不一，給現場施工造成困難。有的接頭套筒與絲頭配合很松，有接頭拉脫現象；有的因配合太緊不能如扣。鋼筋直徑變化使滾絲輪壽命降低，增加接頭附加成本。
3.2.2 擠（碾）壓肋滾壓直螺紋連接。用專用擠壓設備滾輪先將鋼筋的橫肋和縱肋進行預壓平處理，然後再滾壓螺紋。其目的是減輕鋼筋肋對成型螺紋精度的影響。施工工藝為：平頭→擠（碾）鋼筋橫縱肋（反覆數次）→滾壓螺紋→絲頭檢驗利用套筒連接→接頭檢驗→完成。該技術成型螺紋精度相對直接滾壓有一定提高，但仍不能從根本上解決鋼筋直徑大小不一致對成型螺紋精度的影響；螺紋加工需要兩道工序、兩套設備完成，給絲頭加工帶來麻煩。
3.2.3 鋼筋等強度剝肋滾壓直螺紋連接。從根本上解決了鋼筋粗細不均對螺紋精度的影響，簡化絲頭加工工序，方便現場施工。先將鋼筋的橫肋和縱肋進行剝切處理後，使鋼筋滾絲前的柱體直徑達到同一尺寸，然後再進行螺紋滾壓成型。通過對現有Ⅱ級鋼筋和新Ⅲ級鋼筋的型式試驗、疲勞試驗、耐低溫試驗以及大量工程應用，證明接頭性能不僅達到了 JGJ107-2016《鋼筋機械連接技術規程》中 A 級接頭性能要求，實現了等強度連接，而且接頭還有優良的抗疲勞性能及抗低溫性能，通過 200 萬次疲勞試驗接頭處無破壞，在－40℃低溫下試驗，接頭仍能達到與母材等強連接。剝肋滾壓直螺紋連接技術適用於直徑為 16~40mmⅡ、Ⅲ級鋼筋在任意方向和位置的同、異徑連接，可應用於要求充分發揮鋼筋強度或對接頭延性要求高的混凝土結構、對疲勞性能要求高的混凝土結構、以及低溫條件下施工的混凝土結構。其施工工藝為：平頭→剝肋滾壓螺紋→絲頭檢驗→利用套筒連接→接頭檢驗→完成。
絲頭加工過程是：將待加工鋼筋夾持在設備的台鉗上，開動機器，扳動進給裝置，動力頭向前移動，開始剝肋滾壓螺紋，待滾壓到調定位置後，設備自動停機並反轉，將鋼筋端部退出動力頭，扳動進給裝置將設備複位，鋼筋絲頭即加工完成。
連接套筒有 4 種形式，分別是標準型套筒、正反絲扣型套筒、變徑型套筒、可調型套筒。標準型套筒主要用於相同直徑可轉動鋼筋的連接；正反絲扣型套筒用於兩端鋼筋不能轉動但至少有一根鋼筋可以軸向移動的鋼筋連接，如拐鐵鋼筋的施工；變徑型套筒用於不同直徑鋼筋的連接；可調型套筒用於兩端不能轉動的鋼筋連接，也可用於拐鐵處鋼筋的連接，當兩端鋼筋軸向位置不能移動時，只能使用此種接頭形式（見圖 ）。
該技術由中國建築科學研究院建築機械化研究分院研究開發，於 1999 年 12 月通過了建設部組織的鑒定。自鑒定以來，已在中科院信息網路中心工程、北京 SOHO 現代城、洛三高速公路工程、包頭二鍊鋼等工程中應用。應用部位有工程主體結構中基礎、梁、柱、牆、板，高速公路樁、橋面或橋墩以及山區地帶高速公路護坡錨桿等，取得了很好的經濟效益和社會效益。
4 綜合經濟對比分析及鋼筋機械連接發展趨勢
目前國內常見的幾種鋼筋機械連接技術的對比分析如表 1 所示。
通過以上對比分析可以看出：鋼筋剝肋滾壓直螺紋連接技術綜合優勢比較強，與其他鋼筋機械連接技術相比具有以下特點：（1）與套筒擠壓連接技術相比，接頭性能與擠壓接頭相當，但套筒耗鋼量少，僅為擠壓套筒重量的 30%~40%，且勞動強度小、連接速度快，鋼筋連接接頭成本降低；（2）與錐螺紋套筒連接技術相比，套筒重量相近，但連接強度高，對鋼筋端部的外觀要求低，質量容易保證，且扭矩值的大小對接頭影響小，給現場施工帶來方便；（3）與鐓粗直螺紋連接技術相比，操作工序少，設備投入費用少，鋼筋連接附加成本低；（4）與直接滾壓直螺紋連接技術相比，成型螺紋精度高，滾絲輪壽命長，等強度連接可靠性高。
隨著住宅產業、能源交通等基礎設施建設的不斷發展，鋼筋混凝土結構的跨度和規模越來越大，粗直徑鋼筋的應用日益廣泛，特別是新Ⅲ級鋼筋日益增多，鋼筋機械連接技術將向高質量、易施工、操作簡單且經濟、廉價的方向發展，鋼筋機械連接接頭所佔比重將會越來越大，幾種連接方式在一段時間內還會有多種形式並存，擠壓連接的市場佔有率將會穩中有降，錐螺紋的市場佔有率將會大幅下降，直螺紋的市場佔有率將會大幅上升，特別是鋼筋等強度剝肋滾壓直螺紋連接技術將有較大的發展。
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