钢筋滚轧直螺纹连接施工工法.doc

钢筋滚轧直螺纹钢筋连接施工工法一、 前言钢筋滚轧直螺纹连接是钢筋连接技术的一种创新，它是利用连接套筒将两根钢筋依靠螺纹咬合连接在一起，连接套筒采用45号优质碳素钢在工厂成批生产。它具有接头强度高、施工方便、缩短工期、工艺简单、可操作性强等特点，克服了焊接对钢筋造成的烧伤或咬伤、焊缝不饱满、焊接质量不稳定及焊接钢筋所需时间较长等缺点，对提高粗钢筋连接的质量、节省施工时间、提高工作效率、节约材料、降低施工成本等都收到了良好的效益。滚轧直螺纹钢筋连接技术于2001年7月通过北京市建设委员会组织的专家鉴定，2002年获北京市建设科技成果推广转化项目证书；2003年获建设部科技成果重点推广项目。该技术成功应用于由我公司承建的铁科院住宅楼、北苑住宅小区等工程建筑结构施工中，取得了明显的技术经济和社会效益。二、 工法特点1、接头力学性能达到国家行业标准(JGJ1072003)中I级接头的性能指标。2、接头强度高、质量稳定可靠，钢筋接头试件单向拉伸的破断形式绝大部分为钢筋母材颈缩。3、钢筋连接速度快，一人一分钟就可连接一个接头。4、钢筋滚丝可预制，不占工期。各种规格直螺纹连接套筒由专业工厂生产，实现了标准化文明施工。5、连接钢筋使用专用工作扳手，连接时不用电、不用气，也不用各种专用设备。其工艺简捷、安全可靠、不污染环境、无明火作业、无爆炸着火隐患，实现了全天候施工。6、能在施工现场连接12至40的同径或异径、竖向或水平的HRB335、HRB400级钢筋，不受钢筋的化学成分、人为因素、施工现场供电能力等诸多条件的影响。三、 适用范围钢筋滚轧直螺纹连接适用于一、二级抗震设防的工业与民用建筑及一般构筑物的现浇钢筋混凝土结构的基础、梁、柱、板、墙的钢筋现场连接施工，还可用于各种类型的桥梁结构中钢筋连接，特别是适用于中等或较粗直径的HRB335（级）、HRB400（级）热轧带肋钢筋和RRB400（级）余热处理钢筋在横向、竖向等任意方向的同径及异径连接，但不得用于预应力钢筋，经常承受反复动荷载及承受高应力疲劳荷载的结构构件,在使用该接头前必须先按要求做接头的疲劳试验。四、 工艺原理滚轧直螺纹钢筋接头是利用钢材形变强化的原理，使钢筋上滚轧出的直螺纹强度大幅提高，从而使直螺纹接头的抗拉承载力高于钢筋母材的抗拉承载力。其工艺是先在加工场用专用的钢筋直螺纹滚轧机，把待连接钢筋的端头滚轧成规整的直螺纹，然后通过带有相同参数的直螺纹连接套筒，用专用机械扳手，把两根需连接的钢筋通过连接套筒相对拧紧在一起从而形成一种能承受拉、压两种作用力的等强度钢筋机械连接接头。  直螺纹接头按套筒的基本使用条件连接有五种类型，如下表4-1所示：表4-1 直螺纹套筒类型 序号套筒类型使用条件1标准型正常情况下钢筋连接，用于钢筋可自由转动的场合。利用钢筋端头相互对顶力锁定连接件。可选用标准型或变径型连接套筒。2正反丝扣型用于两端钢筋均不能转动的场合，如施工缝、后浇带等。连接套筒带正反丝扣，可在一个旋合方向中松开或拧紧二根钢筋，应用带正反丝扣的连接套筒。3异径型用于不同直径的钢筋连接4扩口型用于较难对中的钢筋连接5加锁母型用于钢筋完全不能转动，如弯折钢筋以及桥梁，灌注桩等钢筋笼的相互对接。将锁母和连接套筒预先拧入加长螺纹，再拧入另一根钢筋端头螺纹，用锁母锁定连接套筒。可选用标准或扩口型连接套筒加锁母五、 施工工艺（一）工艺流程1.直螺纹接头加工工艺流程见图5-1。图5-1  钢筋直螺纹接头加工工艺流程  2.连接钢筋工艺流程见图5-2。图5-2  钢筋直螺纹连接工艺流程 (二)施工操作要点1、直螺纹接头加工工艺(1)下料：钢筋端部应先调直再下料，宜使用无齿锯切割，切口端面应与钢筋轴线垂直，不得有马蹄形或挠曲，不得用气割下料。(2)直螺纹套丝：钢筋套丝要预先在钢筋滚轧直螺纹机床上加工，普通工人必须经过短期培训才能掌握机床的使用方法。每台班可加工250个丝头，为了保证质量，必须持上岗证作业，对加工完成的丝头要求操作人员进行自检。直螺纹套丝操作要点详见本工法 “滚轧直螺纹机床操作要点” 。(3) 丝头质量自检：每批丝头加工完毕后，要逐个对钢筋端头直螺纹丝头的外观质量进行自检，直螺纹丝头的牙形、螺纹等必须与连接套筒的牙形、螺距一致，且经配套的量规检测合格,并用手将套筒拧进钢筋端头，看是否过松或过紧，检查螺纹的长度是否符合要求。丝头螺纹专业术语详见下图5-3。(4) 专业质检员抽检：经自检合格的钢筋丝头，应对其分批号随机抽检10%，且不少于10个，如有一个丝头不合格，即对该加工批全数检查，不合格丝头应重新加工经再次检验合格后方可使用。（5）接头力学性能工艺检验：施工作业之前，应对直螺纹接头作力学性能工艺检验。每种规格3根接头试件均应满足：若按I级接头标准，试件抗拉强度应大于钢筋母材的实测抗拉强度(即试件破断于钢筋母材上)或达到钢筋母材抗拉强度标准值的1.1倍；若按级接头标准，试件抗拉强度应大于钢筋母材的标准极限强度。（6）戴塑料帽或拧上套筒保护、存放备用：将检验合格的钢筋端头螺纹戴上塑料保护套或拧上连接套筒，并按规格分类堆放整齐备用。2、 直螺纹接头连接工艺(1)钢筋就位、回收塑料保护帽：将待连接的钢筋运至结构使用部位安置就位，并拧下直螺纹丝头上的塑料帽予以回收。注意连接钢筋时，被连接钢筋的规格应与连接套筒的规格一致，并要确保丝头和连接套筒的丝扣干净、完好无损。(2)直螺纹丝头套筒连接：安装时首先把连接套筒的一端安装在基本钢筋的端头上，先用工作板手将其拧紧到位，再将待接钢筋拧入连接套筒内并拧紧到位，操作时，用工作扳手旋转套筒或钢筋，使丝头在套筒中央位置顶紧，完成连接。由于钢筋丝头加工时要求有效螺纹长度有0+2P的公差范围，因此，接头连接完毕后，套筒两侧应有外露有效螺纹。(3)正反丝型、锁母型直螺纹连接(用于弯曲钢筋、固定钢筋等不能移动钢筋的接头连接)：先将连接套筒或锁紧螺母全部拧人螺纹长度较长的一端钢筋内，再把螺纹长度较短的一端钢筋对准套筒，旋转套筒使其从长螺纹钢筋头逐渐退出，并进入短螺纹钢筋头中，并与短螺纹钢筋头拧紧，然后将锁紧螺母也旋出，与连接套筒拧紧。直螺纹接头按套筒的基本使用条件连接有五种类型，各类型的样式及安装顺序详见图5-4至图5-8所示。 （4）力矩扳手检查、作油漆标识：钢筋接头拧紧后应用力矩扳手检查，拧紧力矩不应小于下表5-1中的数值，检验合格后的接头用油漆做出标识。表5-1 滚轧直螺纹钢筋接头拧紧力矩值限值钢筋直径（mm）1618-2022-2528-3236-40拧紧力矩值（Nm）80160230300360注：当不同直径的钢筋连接时，拧紧力矩值按较小直径钢筋的相应值取用。（5）直螺纹接头的力学性能检验：钢筋直螺纹接头的力学性能检验按检验批进行。同一施工条件下采用同一材料的同等级、同型式、同规格接头，以连续生产的500个为一个检验批进行检验和验收。不足500个的也按一个检验批计算。对每一检验批接头，必须于正在施工的工程结构中随机截取3个接头试件作抗拉强度试验。钢筋连接接头现场拉伸试验的结果，应符合现行行业标准钢筋机械连接通用技术规程JGJ107-2003中的有关规定。用于直接承受动力荷载结构中受力钢筋的连接接头，应根据现行行业标准钢筋机械连接通用技术规程JGJ107-2003中有关疲劳性能的规定进行检验。六、 劳动组织本工法中的劳动组织结构是最基本的单元，它随着工程量的增大而成倍数地增加。1、滚轧机2台，每台配操作工人1人；2、搬运钢筋：2人；3、检查丝头质量、拧保护帽或连接套：1人；4、在施工面上连接钢筋及画油漆标记：每组23人。七、 材料及机具设备（一）材料1、钢筋材质应符合钢筋混凝土用热轧带肋钢筋GB14991998的规定。2、直螺纹连接套筒材质：HRB335、HRB400级钢筋连接所用套筒均为45号优质碳素钢。3、直螺纹连接套筒是专业工厂生产的标准件，供货时需有质保书及合格证。其尺寸参数如下表7-1所示：表7-1 连接套筒规格尺寸（mm）螺纹钢筋公称直径161820222528323640螺纹外径283031343744495459螺纹内径1517192123.526.5303438套筒长度4548525560657080904、被连接钢筋端头的滚轧直螺纹质量是经过长度卡板和直径环规逐个检验合格后，用塑料保护帽保护的合格品。（二）主要机具设备1、钢筋直螺纹滚轧机：型号：HGS-40。性能：能滚轧直径1640的HRB335、HEB400级钢筋。2、检测量规：长度卡板、直径环规及通止规共三种量规。3、扳手：采用的力矩扳手及工作扳手应有产品合格证书。4、辅助机具：无齿锯等。（三）滚轧直螺纹机床性能及技术参数本工法中以工程中较常使用的河北德锋建筑机械厂生产的HGS-40型钢筋直螺纹滚轧机床为例。1、性能：HGS-40型钢筋直螺纹滚轧机床可一次装夹完成从剥肋到滚轧螺纹的加工过程。加工螺纹的牙形饱满，尺寸精度高，机械强度高。既可加工正扣螺纹，也可加工反扣螺纹,并具有独特的刀具自动开合机构。可加工直径范围1640mm的HRB335和HRB400级钢筋。2、结构组成：     HGS40型钢筋直螺纹滚轧机，由机架、夹紧钳、导轨、滑板、摆线针轮减速机、剥肋滚轧头、进给机构、自动开合机构、行程限位机构、冷却系统、电器控制箱、控制系统等部分组成。 3、主要技术参数（1）加工钢筋直径范围：16-40mm（2）主电机功率：4.0 KW（3）配用电源：三相380V 50Hz（4）主轴转速：40-62rmin（5）螺纹最大加工长度：80mm（6）重量：560kg（四）滚轧直螺纹机床操作要点1、加工前的准备（1）按要求接好电源线和接地线，接通电源。电源为三相380V 50Hz的交流电源，为保证人身安全,应使用带漏电保护功能的自动开关。（2）冷却液箱中，加足溶性冷却液(严禁加油性冷却液)。2、空车试转（1）接通电源。检查冷却水泵工作是否正常。（2）操作按钮，检查电器控制系统工作是否正常。 3、加工前的调整（1）根据所加工钢筋的直径，调换与加工直径相适应的滚丝轮。滚丝轮与加工钢筋直径的关系见下表7-2：   表7-2 滚丝轮与加工钢筋直径的关系 (单位：mm)滚丝轮外径78.269.459加工钢筋直径16-2225-3236-40螺距2.53.03.5 （2）调换滚丝轮的同时，调换与滚丝轮螺距相适宜的垫圈，以保证螺距的正确性，螺距与垫圈厚度的关系见下表7-3： 表7-3 螺距与垫圈厚度的关系 (单位：mm)螺距2.53.03.5垫圈5.176.006.835.006.007.004.836.007.17厚度6.856.005.177.006.005.007.176.004.83（3）滚丝轮与加工直径相适应后，将与钢筋相适应的对刀棒插入滚轧头中心，调整滚丝轮使之与对刀棒相接触，抽出对刀棒，拧紧螺钉，压紧齿圈，使之不得移动。（4）对于固定定位盘的设备根据所加工钢筋直径，调换与加工直径相适应的定位盘（定位盘上打印有加工直径）。对于可调整定位盘的设备按定位盘刻度调整到相应的刻度，当剥肋刀磨损时还需要进行微调。（5）根据所加工钢筋规格，调整剥肋行程档块的位置，保证剥肋长度达到要求值。剥肋长度与钢筋规格的关系见下表： 表7-4 剥肋长度与钢筋规格的关系 (单位：mm)钢筋规格161820222528323640剥肋长度 +2 ，0 262931343639465154（6）根据所加工钢筋规格，调整行程开关压块的位置，保证滚轧螺纹有效长度达到要求值，螺纹有效长度与钢筋规格的关系见下表： 表7-5 螺纹有效长度与钢筋规格的关系 (单位：mm)钢筋规格161820222528323640螺纹有效长度 +2 ，0 2629313436394651544、工件装夹    将待加工的钢筋装卡在定心钳口上，伸出长度应与起始位置的滚轧头剥刀片端面对齐，然后扳动手柄夹紧。5、操作过程（1）接通电源，打开冷却水阀门，按下正转起动按钮，即可转动进给手柄，向工件方向进给实现切削，当剥肋长度达到要求时，剥肋刀自动张开，转动手柄继续进给，即可实现滚轧螺纹，当滚丝轮与钢筋接触时一定要用力，并使主轴旋转一周。轴向进给一个螺距长度，当进给到一定程度后，即可实现自动进给，直到整个滚轧过程完成后自动停车，按下反转起动按钮，即可实现自动退刀。（2）当自动退刀结束后顺时针转动进给手柄，将滚轧头退回到初始位置，此时剥肋刀自动复位，卸下加工完成的工件即可。（3）用环规检查螺纹长度，误差在范围内为合格；同时用螺纹通止规检查丝头尺寸，通规能旋入，止规不能旋入或不能完全旋入为合格。（4）滚轧反丝时，先将滚轧头中的滚丝轮任意两个互换位置；再将行程开关压块前后互换位置，并保证行程不变。（5）滚轧反丝时，按下正转起动按钮，转动进给手柄向工件方向进给实现切削，当剥肋长度达到要求时，剥肋刀自动张开，停止进给，此时按下停止按钮停车后，按下反转按钮，滚轧头反向旋转，操纵手柄继续进给，即可滚轧反扣螺纹，当滚丝轮与钢筋接触时，一定要用力，并使主轴转一周，轴向进给一个螺距长度，当进给到一定程度后，即可实现自动进给，直到整个滚轧过程完成后自动停车。按下正转起动按钮，即可实现自动退刀。6、刀具重磨与更换（1）剥肋刀切削一定数量钢筋，刀刃会变钝，此时应将剥肋刀拆下，将刀具的前刃面磨去0.2-0.3mm（严禁磨刀刃顶面），安装后即可重新使用。（2）剥肋刀刃口崩裂不能正常切削时，可更换新刀片。（3）滚丝轮滚轧一定数量的丝头后，因磨损牙形损坏，不能滚轧出合格丝头时，应该及时更换新滚丝轮。（4）在更换新的滚丝轮时，调整螺距的垫圈必须安装正确，否则不能正常工作 。八、 质量标准及质量控制（一）质量标准1. 钢筋直螺纹丝头质量标准(1)外观质量：丝头表面不得有影响接头性能的损坏及锈蚀。(2)外形质量：丝头有效螺纹数量不得少于设计规定；牙顶宽度大于0.3P的不完整螺纹累计长度不得超过两个螺纹周长；标准型接头有效螺纹长度不小于1/2连接套筒长度，且允许误差为+2P，其他连接型式应符合产品设计要求；(3)丝头尺寸检验：用专用的螺纹环规检验，其环通规应能顺利地旋入，环止规旋入长度不得超过3P。塞规及环规使用详见图8-1及图8-2。2、钢筋连接质量标准(1)待连接钢筋上的连接套筒应固定且连接套的外露端应有密封盖。(2)直螺纹接头的型式检验应符合现行国家标准钢筋机械连接通用技术规程JGJ107-2003中有关规定。(3)钢筋连接完毕后，标准型接头连接套筒外应有外露有效螺纹，且连接套筒单边外露有效螺纹不得超过2P，其他连接形式应符合产品设计要求。(4)钢筋连接完毕后，拧紧力矩符合规定要求。 (5)钢筋连接接头的位置、间距等还应符合混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002的有关要求。 3、接头力学性能标准(1)钢筋直螺纹连接接头现场拉伸试验，应符合钢筋机械连接通用技术规程JGJ107-2003中有关规定。(2)用于直接承受动力荷载结构中受力钢筋的连接接头，应符合钢筋机械连接通用技术规程JGJ107-2003中有关疲劳性能检验的规定。（二）质量控制1、连接套筒产品制作的质量控制连接套筒加工的质量控制点：原材料的材质、螺纹牙形和螺纹加工精度、外形尺寸。连接套筒采用的原材料必须选用强度高、延性好的优质碳素结构钢或合金结构钢，保证钢筋滚轧直螺纹强度和变形性能的要求；原材料的材质若不符合要求，将无法保证接头的性能。内螺纹的牙形和加工精度是影响接头质量的另一重要因素。套筒内螺纹的牙形必须完整饱满，牙形角符合设计要求。由于套筒内螺纹是在机床上切削成型的，一方面，其金属组织结构在加工前后并没有改变，内螺纹的力学性能与原材料力学性能一致；另一方面，切削的刀具形状和精度决定螺纹牙形的大小和精度。所以，当套筒螺纹出现牙形螺纹不完整、或牙形偏角较大时，钢筋接头的螺纹传力性能将难得到保证。此外，套筒内螺纹的小径和中径的公差，是保证套筒与钢筋丝头之间配合的关键，小径与中径偏大，将影响接头的变形性能；小径与中径偏小，现场连接无法实现。外形尺寸主要应控制套筒的外径偏差不能偏小，以保证套筒的横截面面积。2、钢筋丝头现场加工的质量控制钢筋丝头加工的质量控制点：螺纹直径、螺纹牙形、螺纹长度。同连接套筒内螺纹加工精度对接头性能影响情况一样，钢筋丝头螺纹大径、中径是保证与连接套筒螺纹配合的关键。与套筒内螺纹要求有所不同的是螺纹的牙形。由于丝头的螺纹是由滚轧机的滚丝轮挤压成型的，其牙形一般均能保证达到设计要求。但另一方面，由于钢筋母材直径公差较大，以28钢筋为例，根据GB1499，公称内径为27.2mm，公差±0.6mm，仅正差和负差之间相差1.2mm，这种情况下控制钢筋丝头螺纹牙形完整均较为困难，同时钢筋端部在运输、搬运过程中造成的挤、碰变形，也会在丝头上造成螺纹断续。只有在丝头加工过程中严格按标准要求检验，方能保证丝头螺纹的螺纹连续，从而保证接头的连接强度。钢筋丝头的螺纹长度小于设计要求，会导致钢筋端头在连接套筒中顶不到位，严重时会造成接头强度大幅度降低，进而影响整个工程结构的安全性；过长则会出现接头外露螺纹太多，形成不合格接头。3、现场连接施工操作的质量控制钢筋现场连接的质量控制点：外露螺纹、拧紧力矩。接头连接套筒两侧的外露螺纹是检验接头质量的最直观途径。由于钢筋丝头加工时要求有效螺纹长度有02P的公差范围，所以，接头连接完毕后，套筒一侧或两侧没有外露螺纹时，说明丝头螺纹长度不够，钢筋端头未在套筒中顶实；外露螺纹大于2P时，有两种情况，一是若丝头螺纹长度符合要求，则连接旋拧不到位；而是若旋拧到位，则丝头长度过长，这两种情况均为质量缺陷。钢筋接头的拧紧力矩是接头强度和变形性能的重要保证。当接头拧紧力矩值达到标准要求时，螺纹相互之间的配合间隙消除，才能满足接头的强度和变形要求，拧紧力矩过大过小均对接头的性能不利。九、 安全措施1、参加钢筋直螺纹接头滚丝及连接钢筋的人员必须经过培训、熟悉机械，考核合格后持上岗证作业。2、进行高处作业或操作用电设备的操作人员，应遵守国家颁布的建筑施工高处作业安全技术规范及施工现场临时用电安全技术规范JGJ46-2005的相关要求。3、操作机床应严格按照钢筋滚轧机床的操作规程进行。不得在直螺纹滚轧机运转的情况下装卡钢筋。十、 技术经济分析1、钢筋连接速度快、质量好、每根钢筋接头连接时间只用一分钟左右，比电渣压力焊钢筋接头，冷挤压钢筋接头提高工效35倍。2、连接钢筋的同时可进行箍筋绑扎作业和钢筋连接质量抽检，实现流水作业。3、节约钢材和能源，其耗电量仅占电渣压力焊接头的16，节省大量电力、焊药，用钢量是钢筋绑扎的18110。4、无明火作业、无爆炸着火隐患、不污染环境、能全天候施工、简化了管理、方便了施工。5、钢筋直螺纹接头与钢筋搭接经济效益对比如下表所示：表10-1 钢筋直螺纹接头与钢筋搭接经济效益对比 (单位：元)钢筋直径项目161820222528323640直螺纹接头费用2.73.23.74.155.25.96.57.0钢筋搭接费用3.44.96.78.913.020.430.443.359.4注：表中直螺纹接头费用中仅考虑直螺纹套筒的材料市场价，钢筋搭接费用中仅考虑钢筋搭接长度的材料费。其中钢筋搭接长度按图集03G101-1中C30砼二级抗震考虑搭接长度，钢材市场价按3300元/t计算。从钢筋直螺纹接头与钢筋搭接经济效益对比表中可以看出，在不考虑人工、机械而仅从材料方面来说，随着钢筋直径的增加，直螺纹接头的价格相对越便宜。十一、 工程应用实例钢筋滚轧直螺纹连接技术近几年以来已广泛地在国内推广应用，由我公司承建的铁科院住宅楼工程及北苑住宅小区工程，基础均为筏板基础，主体为全现浇钢筋混凝土剪力墙结构。筏板基础及主体结构中20及其以上直径的钢筋全部采用滚轧直螺纹连接，各类型的钢筋直螺纹接头总计约有3.2万个，该项新技术在工程中的应用，加快了结构的施工速度，提高了结构的施工质量，简化了施工管理；在为国家节约了大量能源和钢材的同时，也为工程成本控制做出了贡献，产生了明显的技术经济和社会效益。 滚轧直螺纹机床 滚轧直螺纹接头轧直螺纹套筒 力矩扳手