钢筋机械连接工艺.doc

钢筋机械连接工艺的应用、工程概况 小湾工程的工程规模巨大，作为大坝脊梁的钢筋更是用量巨大，其中用于右岸高低缆机土建工程的有1000吨，因为工期紧张，钢筋用量巨大，在钢筋连接工艺上进行多次的技术引进与应用，试图在传统钢筋连接工艺的基础上有所改进，以提高钢筋安装效率，降低安装成本。建筑施工技术日新月异的发展，许多新技术新材料不断开发出来，应用于工程建设，工程施工向工厂化、机械化方向发展。2、钢筋连接工艺的应用2.1绑扎及搭接焊工艺在建筑工程中大量采用钢筋混凝土结构，而钢筋混凝土的构件形状千变万化，而钢筋的生产是按固定的长度即定尺生产的，故钢筋在使用时要将两根钢筋连接起来传递受力，两根钢筋连接处我们称之为“钢筋接头”。传统的钢筋连接工艺是绑扎、焊接，如图2-1，2-2，2-3。图2-2钢筋绑扎接头钢筋绑扎接头在混凝土中受力时，是通过混凝土的握裹力将力传给另一根钢筋的，由于两根钢筋不同轴，在试验中接头处混凝土有提前破碎的现象，在受地震及突然性荷载时构件首先由接头处断裂 ，而且接头搭接长度在40-80倍钢筋直径，耗材较大。搭接焊工艺在焊接前须将钢筋预弯，该种接头由于预弯在接头处产生扭矩，在混凝土构件试验中该处混凝土有被提前压碎的现象，在焊接接头颈部热影响区内脆性增加，且焊接时易产生“咬边”、“夹渣”“焊缝不饱满”等缺陷，在外力作用时容易脆断，作破坏性试验时往往在接头颈部脆断作疲劳试验时其疲劳性能只达到47.6万次。疲劳破坏已成为工程建筑的一大灾害，许多桥梁失事都是在接头处产生疲劳破坏引起。从经济性分析，手工焊接生产效率低，成本投入大，尤其是在大直径钢筋的焊接上更为明显，施工中不仅要投入电焊工、电焊条和电焊机，还要投入搭接的钢筋和帮条，发生成本较高。以40钢筋接头为例，钢筋焊接要采用双帮条形式，一个接头单面焊缝80cm，焊接一个接头要消耗焊工1.6个工时，一个合格焊工每班8小时也只能完成5个钢筋接头的焊接量；单个接头焊缝量为80cm单面焊缝，需用焊条1.32kg，计7.71元，还要投入同径的帮条钢筋80cm，计20.53元；焊接机械主要是BX1-500型交流电焊机，单个接头用量1.6台时，计18.85元，这样单个接头的总费用为55.1元。手工电弧焊焊接钢筋单个接头成本如下表：手工焊接单个接头成本直径(mm)焊工(工时)焊条(kg)电焊机(台时)钢筋(kg)成本(元)备注401.61.321.67.9055.1双帮条361.10.991.15.7539.9双帮条320.80.660.84.0427.8双帮条280.70.440.72.6821.5双帮条2.2机械连接工艺2.2.1钢筋冷挤压技术因为手工电弧焊的生产效率低和成本高，在青海黑泉水电工程施工中就曾采用一种新的工艺替代之，达到提高生产效率和降低成本的目的。经过市场调查与咨询，当时引进和试验了钢筋冷挤压工艺。冷挤压连接钢筋是一种机械连接方式，生产效率较手工电弧焊工艺有了较大的提高。机械冷挤压连接方式如图2-4。图2-4 钢筋冷挤压接头冷挤压连接钢筋的基本原理是：将两个待连接的螺纹钢筋通过光面套筒连接起来，再在套筒外面施加机械力挤压套筒，套筒收缩后将套内的钢筋肋嵌入其中，相互咬合，从而达到传递受力和钢筋连接的目的。采用的主要设备是液压式挤压机，单机重量10.8公斤。施工中一个接头的两个挤压端是分别进行的，一端与加长的钢筋连接，另一端与原钢筋连接。与加长钢筋的连接可以在工厂内完成，场内作业不需移动设备，只需由人工搬动钢筋与套筒，效率较高；而另一端则必须在现场与已安装的钢筋进行对接，就必须得移动设备与已安装好的钢筋对位，有的还要搭设简易的设备平台，施工很不方便，这样就大大地较低了生产的效率，所以在施工中未能大面积推广。但应当看到冷挤压钢筋连接方式实现了部分的作业工厂化，在生产效率上有一定的提高，在生产成本上也有所降低。冷挤压边接钢筋单个接头成本如下表：冷挤压连接钢筋成本直径(mm)施工费(元)套筒费(元)合计(元)402.329.031.3362.324.026.3322.115.717.8282.113.515.6手工焊接与冷挤压联接的单个接头的成本对比如下表：手工焊接与冷挤压连接成本对比表直径(mm)手工焊(元)冷挤压(元)差额(元)4055.131.323.83639.926.313.63227.817.810.02821.515.65.9从上表可以看出，在连接直径在28mm以上的钢筋时，采用冷挤压工艺的成本比采用手工电弧焊工艺的成本低。2.2.2钢筋螺纹连接钢筋冷挤压工艺实现了部分的作业工厂化，生产效率得到了部分提高，为了进一步提高效率，又进行了市场调查和咨询，寻求一种生产完全工厂化的工艺。经过调查选择了钢筋螺纹连接工艺进行试验。钢筋螺纹连接的形式很多，有直螺纹连接、锥螺纹连接、正反丝直螺纹连接、镦粗螺纹连接等，在施工实践中经过对比，镦粗螺纹连接在生产效率、生产成本上均具有较大的优势，镦粗螺纹连接如图2-5。2.2.2.1、镦粗钢筋接头联接工艺镦粗螺纹的基本工作原理是将待连接的钢筋接头部位镦粗，然后在镦粗部位上加工螺纹丝扣，最后在施工现场用螺纹套筒将钢筋联接起来。其最大的优点是连接套筒与钢筋螺纹生产全部实现了工厂化，在施工现场只安装套筒连接即可，而在现场安装螺纹套筒也很方便，只需用板手拧到位即可。另外因为钢筋接头部位经过镦粗，直径超过了钢筋本体，螺纹套筒可以自由穿过钢筋本体安装到接头部位，而无需转动钢筋，正是因为只转动套筒，不用转动钢筋，所以在安装大直径钢筋和圆弧钢筋时更显出其优越性，降低了现场的施工难度，提高了生产效率。根据镦粗螺纹钢筋连接的工艺要求，镦粗螺纹配置了与之相配套的生产设备，它们分别是中频电源装置、钢筋接头镦粗机、钢筋螺纹接头套丝机。可控硅中频电源装置是一种静止变频器，它利用可控硅元件把380V、50Hz工频三相电变换成输出额定频率2.5KHz、额定功率100KW、额定电压750V的中频单相交流电，用于钢筋接头部位的透热。钢筋接头部位被透热后，由钢筋接头镦粗机镦粗成型，钢筋接头镦粗机主要由压紧装置、挤压装置、压气装置、电控装置、油箱等部分组成。它是将加热到91050的钢筋接头放在压紧模具槽内，并使其端面轻轻接触到冲头端面，然后压紧模具夹紧钢筋，同时闭合模腔，再将挤压冲头向前伸出使钢筋镦粗成型，钢筋成型后行程开关发生作用，使挤压油缸活塞自动返回，挤压塞返回原位后再打开压紧模具，取出成型钢筋。钢筋接头镦粗后再进行钢筋外螺纹加工，施工采用的是SW3050型套丝机，这种套丝机有两种不同的板牙座，能加工不同螺距的外直螺纹，螺纹的形成主要是由平板牙切削而成，但要注意在选用板牙时要满足螺距等技术要求。2.2.2.2、镦粗螺纹连接的质量控制镦粗螺纹连接要保证质量主要把握三个方面，一是连接套筒自身的强度要满足要求，二是螺纹加工的质量要保证，三是现场安装时质量要保证。套筒的质量就是要求当它与钢筋同时受力时要后于钢筋本体破坏。因此在套筒断面设计时，套筒抗拉承载力标准值是按大于被接钢筋的抗拉承载力标准值的1.15倍考虑的，即：fsltkAsl1.15ftkAsfsltk套筒抗拉强度标准值Asl 套筒的横截面积ftk 钢筋抗拉强度标准值As 钢筋的横截面积套筒材料选用的是45#钢或其他低合金钢。套筒入库前按一定的比例抽样，用肉眼和卡尺检查外观质量，用塞规检查螺纹直径。钢筋螺纹加工完后要对钢筋镦粗段的长度和直径检查，并且表面不得有裂纹、凹陷和影响钢筋强度的其他缺陷。丝头质量检查的内容包括外观和螺纹的直径，检查合格后的丝头用保护套保护。现场安装利用普通管钳扳手旋拧施工，接头拧紧后，在套筒上用油漆作拧紧标记，并检查钢筋丝头无一扣以上完整丝扣外露即可。钢筋连接的工艺检查应符合相应要求：一是每种规格钢筋的接头试件不少于3根；二是对接头试件的钢筋母材应进行抗拉强度试验；三是3根接头试件的抗拉强度尚应大于等于均大于母材抗拉强度或1.05倍母材抗拉强度标准值。接头的现场检验按验收批进行，同一施工条件下采用同一批材料的同等级、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。2.2.2.3、镦粗螺纹的成本分析镦粗螺纹的丝头与套筒均可实现工厂化生产，施工现场安装仅用螺纹套筒将钢筋连接起来即可，在生产效率上得到了较大的提高。因此施工成本也相应降低，镦粗螺纹连接钢筋单个接头成本如下表：螺纹连接钢筋接头成本直径(mm)套筒费(元)加工费(元)合计(元)4018.01.819.83611.61.813.4329.61.811.4288.01.89.8257.01.88.82.2.3、功能指标及成本对比选取钢材消耗、抗疲劳性能等功能指标对两种机械连接的方式进行对比，如下表：方案的功能指标方案功能 指标机械冷挤压镦粗直螺纹连接降低钢材消耗单向拉伸性能（单位：Mpa）500550抗疲劳性能抗疲劳性能（单位：万次）200200降低接头成本接头成本，下降比率32.863.2单向拉伸性能现场作业，效率提高（单位：%）85.799.8现场施工作业时间钢筋消耗下降比例（单位：%）51.480.4机械冷挤压方案功能指数为：5000.4+2000.1+32.80.2+85.70.2+51.40.1=248.84镦粗直螺纹连接方案功能指数为：5500.4+2000.1+63.20.2+99.80.1+80.40.1=270.66可见，镦粗直螺纹连接方案功能指数大于机械冷挤压方案，镦粗直螺纹连接工艺方案较优。手工焊接、冷挤压连接与螺纹联接的单个接头的成本对比如下表：直径(mm)手工焊(元)冷挤压(元)螺纹连接(元)4055.131.319.83639.926.313.43227.817.811.42821.515.69.8从上表可以看出，在采用钢筋镦粗螺纹连接工艺后，钢筋制安的施工成本有了一个较大幅度地下降，尤其在连接直径25及其以上的钢筋时经济效益更显可观。3、结语新技术、新工艺是不断推陈出新，钢筋连接工艺也是如此。随着我国环保事业的发展，钢筋焊接在建设中的应用受到了越来越大的限制，钢筋机械连接技术逐渐取而代之，有理由相信经过不断的摸索与实践会推出更加先进的施工工艺接受实践的检验钢筋混凝土结构中钢筋连接综述前言改革开放以来，随着国民经济的快速、持久发展，各种钢筋混凝土建筑结构大量建造，钢筋连接技术得到很大的发展。因此，推广应用先进的钢筋连接技术，对于提高工程质量、加快施工速度、提高劳动生产率、降低成本，具有十分重要的意义。钢筋连接技术可分为钢筋焊接和钢筋机械连接两大类。钢筋焊接有6种焊接方法，有的适用于预制厂，有的适用于现场施工，有的两者都适用。钢筋机械连接常用有3种方法，主要适用于现场施工。各种方法有其自身特点和不同的适用范围，并在不断发展和改进。在实际生产中，应根据具体的工作条件、工作环境和技术要求，选用合适的方法以期达到最佳的综合效益。2钢筋焊接连接2.1电阻点焊将两钢筋安放成交叉叠接形式，压紧于两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，加压形成焊点的一种压焊方法。特点：钢筋混凝土结构中的钢筋焊接骨架和焊接网，宜采用电阻点焊制作。以电阻点焊代替绑扎，可以提高劳动生产率、骨架和网的刚度以及钢筋（钢丝）的设计计算强度，宜积极推广应用。适用范围：适用于616mm的热轧、级钢筋，b35mm的冷拔低碳钢丝和412mm冷轧带肋钢筋。2.2闪光对焊将两钢筋安放成对接形式，利用焊接电流通过两钢筋接触点产生塑性区及均匀的液体金属层，迅速施加顶锻力完成的一种压焊方法。特点：具有生产效益高、操作方便、节约能源、节约钢材、接头受力性能好、焊接质量高等很多优点，故钢筋的对接连接宜优先采用闪光对焊。适用范围：适用于1040mm的热轧、级钢筋，1025mm的级钢筋。2.3电弧焊以焊条作为一极，钢筋为另一极，利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法。特点：轻便、灵活，可用于平、立、横、仰全位置焊接，适应性强、应用范围广。适用范围：适用于构件厂内，也适用于施工现场。可用于钢筋与钢筋，以及钢筋与钢板、型钢的焊接。2.4电渣压力焊将两钢筋安放成竖向对接形式，利用焊接电流通过两钢筋端面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生电弧热和电阻热，熔化钢筋、加压完成的一种焊接方法。特点：操作方便、效率高。适用范围：适用于1440mm的热轧、级钢筋连接。主要用于柱、墙、烟囱、水坝等现浇钢筋混凝土结构（建筑物、构筑物）中竖向或斜向（倾斜度在4：1范围内）受力钢筋的连接。2.5气压焊采用氧炔焰或氢氧焰将两钢筋对接处进行加热，使其达到一定温度，加压完成的方法。特点：设备轻便，可进行钢筋在水平位置、垂直位置、倾斜位置等全位置焊接。适用范围：适用于1440mm的热轧、级钢筋相同直径或径差不大于7mm的不同直径钢筋间的焊接。2.6埋弧压力焊将钢筋与钢板安放成型形式，利用焊接电流通过，在焊剂层下产生电弧，形成熔池，加压完成的一种压焊方法。特点：生产效率高，质量好，适用于各种预埋件型接头钢筋与钢板的焊接，预制厂大批量生产时，经济效益尤为显著。适用范围：适用于625mm的热轧、级钢筋的焊接，钢板为厚度620mm的普通碳素钢Q235A，与钢筋直径相匹配。3钢筋机械连接3.1径向挤压连接将一个钢套筒套在两根带肋钢筋的端部，用超高压液压设备（挤压钳）沿钢套筒径向挤压钢套管，在挤压钳挤压力作用下，钢套筒产生塑性变形与钢筋紧密结合，通过钢套筒与钢筋横肋的咬合，将两根钢筋牢固连接在一起。特点：接头强度高，性能可靠，能够承受高应力反复拉压载荷及疲劳载荷。操作简便、施工速度快、节约能源和材料、综合经济效益好，该方法已在工程中大量应用。适用范围：适用于1850mm的、级带肋钢筋（包括焊接性差的钢筋），相同直径或不同直径钢筋之间的连接。3.2轴向挤压连接采用挤压机的压膜，沿钢筋轴线冷挤压专用金属套筒，把插入套筒里的两根热轧带肋钢筋紧固成一体的机械连接方法。特点：操作简单、连接速度快、无明火作业、可全天候施工，节约大量钢筋和能源。适用范围：适用于按一、二级抗震设防要求的钢筋混凝土结构中2032mm的、级热轧带肋钢筋现场连接施工。3.3锥螺纹连接利用锥螺纹能承受拉、压两种作用力及自锁性、密封性好的原理，将钢筋的连接端加工成锥螺纹，按规定的力矩值把钢筋连接成一体的接头。特点：工艺简单、可以预加工、连接速度快、同心度好，不受钢筋含碳量和有无花纹限制等优点。适用范围：适用于工业与民用建筑及一般构筑物的混凝土结构中，钢筋直径为1640mm的、级竖向、斜向或水平钢筋的现场连接施工。4结论以上是对现今常用的钢筋连接方法的综述，这些连接技术在美国、英国、日本等国家均得到广泛应用。不同的连接方法有其不同的特点和适用范围，在实际施工生产中需视具体工程情况选择合适的连接方法，以达到既节约能源又节省工期的目的。钢筋悬挂式定位法施工钢筋间距小而影响梁的浇注质量，主要发生在梁的受压区，在连续梁、井字梁结构以及需要按计算配置受压钢筋的结构和现浇构件中都会遇到。在现浇钢筋混凝土梁的施工中，当梁宽小于30cm，上部钢筋多于4根或钢筋间净距小于5cm时，就会影响混凝土的振捣质量和造成钢筋的移位，这时可采用钢筋悬挂式定位绑扎方法，即在梁的基本骨架绑扎固定后，将梁跨中上部受压区中间部分钢筋采用临时悬挂固定，如图1所示。具体操作就是梁受压区钢筋除两侧靠箍筋的受压筋(或架立筋)正常绑扎以形成骨架外，中间位置上的钢筋用6钢筋做成S钩或用铁丝将钢筋临时悬挂在箍筋上，即固定钢筋的上下间距的位置，但左右则可移动。在浇注混凝土的过程中，由于钢筋可左右移动，钢筋间距增大