剥肋滚轧直螺纹机械连接技术总结

钢筋剥肋滚轧直螺纹机械连接技术 在登封电厂主厂房结构工程中的应用

摘 要 机械连接具有接头强度高，与母材等强，连接速度快，性能稳定，应用范围广，操作方便，用料省等优点，从而为提高混凝土结构工程质量，加快施工速度，降低工程成本创造了条件。

关键词 钢筋 等强度 滚轧直螺纹 接头 1 前言

登封电厂主厂房工程结构复杂、钢筋工程量大，设计图纸要求梁、柱钢筋连接均采用剥肋滚轧直螺纹机械连接，接头形式有Ⅰ级和Ⅱ级，连接直径从Ф18～Ф40，连接钢筋类型有HRB335和HRB400两种，各种规格机械连接接头约20万个，其中汽机基座底板基础、柱、梁纵向受力钢筋均采用HRB335级Ф36、Ф40钢筋。

2 技术特点

剥肋滚轧法是一种冷作加工方法，是使金属晶格产生塑性变形而形成螺纹。先用飞刀剥掉钢筋表面的肋，然后进行滚轧，剥肋和滚轧一次进刀完成。滚轧直螺纹接头具有以下优点：

2.1 强度高。滚轧加工系通过钢筋的冷作硬化原理，明显提高钢筋的抗拉强度，使接头的强度高于母材强度，断裂均发生于钢筋母材，而非接头处，工程实践证明，滚轧直螺纹接头性能稳定可靠。

2.2 接头可以预制。实现了接头工厂化作业，提高了施工进度。

2.3 功效明显提高，滚轧直螺纹接头现场施工，仅需要一台滚丝机，设备简便，操作简单易行，不受场地、天气等外部因素影响。

2.4 连接效率提高。现场施工只用两把力矩扳手就可很方便的完成钢筋连接，节省人力、物力。如柱钢筋接头连接，一人约2分钟就可完成，梁钢筋接头两人约1.5分钟即可完成，相对缩短了钢筋工程的施工工期。

2.5 与其他机械连接方式相比，剥肋滚轧出的螺纹光洁度高，外观整齐，不完整丝扣很少。

2.6 抗疲劳性能好。滚轧螺纹的齿根部位存在残余压应力，能部分抵消钢筋受拉时齿根部位由应力集中引起的拉应力。

3 直螺纹套筒性能

3.1 直螺纹连接套筒采用45#优质碳素结构钢，特殊工艺制造，尺寸精度高，质量可靠。

在工厂内批量生产，再运抵施工现场使用，套筒生产后性能基本不受外界影响，能有效保证质量。

3.2 施工现场常用的套筒有标准型直螺纹套筒（用于正常情况下同直径钢筋连接）、正反丝型直螺纹套筒（用于两端钢筋均不能转动的场合）、异径型直螺纹套筒（用于不同直径钢筋的连接）三大系列，五十多个品种，能满足建筑结构中横向、坚向、斜向等任何部位的同、变径钢筋连接要求。

表3.2-1 连接套筒规格尺寸（mm）

表3.2-2 连接套筒螺纹规格尺寸（mm）

4 钢筋下料要求

4.1 钢筋应先调直再下料，采用砂轮切割机或其他专用切断设备，切口端面与钢筋轴线垂直，不得有马蹄形或挠曲，不得用气割或钢筋切断机下料。

4.2 钢筋下料时必须符合下列规定：

4.2.1结构构件中纵向受力钢筋的接头宜相互错开，钢筋机械连接的连接区段长度应按35d计算，在同一连接区段内有接头的受力钢筋截面面积占受力钢筋总截面面积的百分率，应符合下列规定：

1） Ⅰ级接头宜设置在结构构件受拉钢筋应力较小部位，当需要在高应力部位设置接头时，在同一连接区段内Ⅱ级接头百分率不应大于50%，Ⅰ级接头的接头百分率可不受限制。

2） 接头宜避开有抗震设防要求的框架的梁端、柱端箍筋加密区；当无法避开时，应采用Ⅰ级接头或Ⅱ级接头，且接头面积百分率不应大于50%。

4.2.2 接头端头距钢筋受弯点不得小于钢筋直径的10倍长度。

4.2.3 钢筋连接件的混凝土保护层厚度宜符合《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中受力钢筋混凝土保护层最小厚度的规定，且不得小于15mm，连接件之间的横向净距不宜小于25mm。

5 材料及机具设备选择

5.1 用于滚轧直螺纹连接的钢筋应符合国家标准《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2－2007）及《钢筋混凝土用余热处理钢筋》（GB13014-1991）的要求。

5.2 选用HGS-40型剥肋滚轧钢筋直螺纹滚丝机，先将钢筋的横肋和纵肋进行剥切处理后，使钢筋滚丝前的柱体直径达到同一尺寸，然后再进行螺纹滚压成型。钢筋剥肋滚丝机由台钳、剥肋机构、滚丝头、减速机、涨刀机构、冷却系统、电器控制系统、机座等组成。

HGS-40型剥肋滚轧钢筋直螺纹滚丝机主要技术参

数

1．滚丝机加工钢筋直径范围：Ф16-Ф40mm； 2．主电机功率：4.0 KW； 3．配用电源：三相380V/50Hz； 4．主轴转速：40～62r/min；

5．螺纹最大加工长度：150mm（可定做至300mm）； 6．重量 400 kg。

5.3 滚丝机操作注意事项

5.3.1 冷却液体务必用水溶性冷却液，严禁使用油性冷却液，更不可用油代替。 5.3.2 严禁在无润滑液情况下操作设备、加工螺纹。

5.3.3 在初始切削时进给应均匀，切勿猛进，以防刀刃崩裂。 5.3.4 滑道及滑块应定期清理并除油。 5.3.5 接水盘内铁屑应及时清理干净。 5.3.6 冷却液箱正常加工15天清理一次。 5.3.7 减速器应定期加油，保持规定油位。 5.3.8 滚丝机应定期进行保养。 6 钢筋丝头加工及检验

6.1 丝头加工过程：将待加工钢筋夹在夹钳上，开动机器，扳动进给装置，使动力头向前移动，开始剥肋滚压螺纹，待滚压到调定位置后设备自动停机并反转，将钢筋端部退出滚压装置，扳动进给装置将动力头复位停机，螺纹即加工完成。

6.2 丝头有效螺纹长度、丝头中径、小径及牙型角等应符合设计规定。丝头螺纹尺寸宜按GB/T196确定；有效螺纹中径尺寸公差宜满足GB/T197中6f级精度规定的要求。

6.3 丝头有效螺纹中径的圆柱度（每个螺纹的中径）误差不得超过0.20mm。 6.4 标准型接头丝头有效螺纹长度应不小于1/2连接套筒长度。

6.5 操作人员必须对每一个加工完毕的钢筋丝头螺纹进行外观质量检查，经检验合格的丝头螺纹应加以保护，戴上保护帽或拧上连接套，防止装卸钢筋时损坏丝头，并按规格分类堆放整齐。

表6.2 钢筋丝头螺纹滚轧加工尺寸（mm）

7 钢筋连接施工

图7.1 滚轧直螺纹的基本连接图

7.1 滚轧直螺纹的基本连接型式如图7.1。

7.2 在进行钢筋连接时，钢筋规格应与连接套筒规格一致，并保证丝头和连接套筒内螺纹干净、完好无缺。

7.3 钢筋连接时应用工作扳手将丝头在套筒中央位置顶紧。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。

7.4 钢筋接头拧紧后应用力矩扳手按不小于表7.4中的拧紧力矩值检查，并加以标记。

表7.4--滚轧直螺纹钢筋接头拧紧力矩值

8 钢筋滚轧直螺纹连接施工质量控制要点 8.1 施工开始前应严格工艺检验

8.1.1 常见问题一：施工开始前不进行工艺检验。究其原因，是管理人员对工艺检验的目的不清楚，没有引起足够的重视。

检验目的1：对工艺参数进行检验。在钢筋滚轧直螺纹连接工程中，连接套筒有专门的生产厂家提供，在施工现场要完成的主要工作，一是钢筋连接端丝口的加工，二是两根带丝头钢筋的套筒连接，这两项工作中涉及到的一些工艺参数如：钢筋丝头的牙型、螺距、螺纹外径、丝头数量、套筒的拧紧力矩值等，都需要接头的技术提供单位来确定。对于不同的钢筋生产厂家生产的钢筋，其物理化学指标是有差异的，同一个工艺参数应用到不同批量的钢筋上时，效果是不一样的。为了验证接头技术提供单位所确定的工艺参数是否与本工程进场的钢筋相适应，在接头施工开始前，首先要对连接好的接头进行工艺检验，检验合格后，方可正式开始施工。

检验目的2：提高抽样试件合格率。《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2010）6.0.2第3款规定：工艺检验--“3根接头试件的抗拉强度应符合表3.0.5的规定；对于Ⅰ级接头，

试件抗拉强度尚应大于等于钢筋抗拉强度实测值的0.95倍；对于Ⅱ级接头，应大于0.90倍。”其6.0.5条规定：在工程结构中随机截取的“3个接头试件的抗拉强度均符合表3.0.5中相应等级的要求时，该验收批评为合格。”即：接头工艺检验的合格标准和接头检验批验收的合格标准是一致的，控制好施工前的工艺参数，就可以提高抽样试件的合格率。

8.1.2 常见问题二：进行的检验不是工艺检验。工地上只对接头进行单项拉伸试验，而这并不是工艺检验，究其原因，是对工艺检验的检验内容不清楚。《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2010）6.0.2条第1款、第2款规定：工艺检验的“每种规格钢筋的接头试件不应少于3根，钢筋母材抗拉强度试件不应少于3根，且应取自接头试件的同一根钢筋”。从6.0.2条第1、2、3款的规定内容可以看出，工艺检验不仅要对接头进行单项拉伸试验，还要对钢筋母材进行单项拉伸试验，要将接头试件强度与钢筋实际强度进行对比，这和单纯的接头单项拉伸试验是有区别的，因此，工地上在委托试验室对接头进行检验时，除了要根据检验内容取样外，还要在试验委托单上填清楚委托检验内容是“工艺检验”还是“单项拉伸试验”。

8.2 施工过程中应严格外观质量检查

外观质量检查主要是检查钢筋丝头加工质量的和钢筋接头连接质量。 常见问题：外观质量检查把关不严，抽检数量不够。主要检查要点如下： 8.2.1 连接套筒外观质量的检查要点

⑴ 外观质量：螺纹牙型应饱满，连接套筒表面不得有裂纹，表面及内螺纹不得有严重的锈蚀及其他肉眼可见的缺陷。

⑵ 内螺纹尺寸的检验：用专用的螺纹塞规检验，其塞通规应能顺利旋入，塞止规旋入长度不得超过3P。

8.2.2 钢筋丝头加工外观质量的检查要点

⑴ 钢筋下料：钢筋应先调直再下料，切口断面应与轴线垂直，不得有马蹄形或挠曲，不得用气割下料。

⑵ 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；标准型接头的丝头有效长度应不小于1/2连接套筒长度，且允许误差为+2P。

⑶ 丝头牙型检查：螺纹丝头牙型饱满，无断牙、秃牙缺陷，且与牙型规的牙型吻合，牙型表面光洁。

⑷ 丝头外观检查：丝头表面不得有影响接头性能的损坏及锈蚀，应与钢筋连接套筒的规格匹配，接头丝扣无完整丝扣外露（完整丝扣：连接一圈的标准牙型）。

⑸ 丝头尺寸的检验：用专用的螺纹环规检验，其环通规应能顺利旋入，环止规旋入长度不得超过3P。

⑹ 抽检数量：经自检合格的钢筋丝头，应对每种规格加工批量随机抽检10%，且不少于10个，如有一个丝头不合格，即应对该加工批全数检查，不合格丝头应重加工，经再次检验合格后方可使用。

8.2.3 钢筋接头连接外观质量的检查要点：

⑴ 接头外观检查：接头拼接完成后，应使两个丝头在套筒中央位置相互顶紧，套筒每端不得有一扣以上的完整丝扣外露，加长型接头的外露丝扣不受限制，但应有明显标记，以检查进入套筒的丝头长度是否满足要求。

⑵ 抽检数量：梁、柱构件按接头数的15%且每个构件的接头数抽检数不得少于一个接头；基础墙板构件按各自接头数，每100个接头作为一个验收批，不足100个也作为一个验收批。每批检验3个接头，如全部合格，则该批接头为合格。若有一个不合格，则该验收批接头应逐个检查，对不合格接头进行补强，如无法补强者应弃之不用。

8.3 对现场检验的接头试件应严格截取部位

8.3.1 常见问题：用于现场检验的接头试件的截取部位错误，不是在工程结构中随机截取，而是为应付检验用钢筋料头制作接头。

8.3.2 《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2010）6.0.5条规定：“对接头的每一验收批，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。”这条是强制性条文，必须严格执行。检验用的接头必须在工程结构中随机截取，不能为应付检验单独制作接头，要通过检验，反映出接头施工质量的真实水平，为接头的合格判定提供准确依据。

8.3.3 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JGJ107-2010中有关疲劳性能检验的规定。

9 现场抽样检验

9.1 钢筋连接作业开始前及施工过程中，应对每批进场钢筋进行接头工艺检验，工艺检验应符合下列要求：

9.1.1 每种规格钢筋的接头试件不应少于3根。

9.1.2 钢筋母材抗拉强度试件不应少于3根，且应取自接头试件的同一根钢筋。 9.1.3 3根接头试件的抗拉强度均应符合表9.1.3的规定：对于Ⅰ级接头，试件抗拉强度尚应大于等于钢筋抗拉强度实测值的0.95倍；对于Ⅱ级接头，应大于0.90倍。

表9.1.3--接头的抗拉强度

9.2 现场检验应进行外观质量检查和单向拉伸强度试验。

9.3 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、同形式、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。

9.4 对接头的每一验收批，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。

9.4.1 当3个接头试件的抗拉强度均符合表9.1.3中相应等级的要求时，该验收批评为合格。

9.4.2 如有1个试件的强度不符合要求，应再取6个试件进行复检。复检中如仍有1个试件的强度不符合要求，则该验收批评为不合格。

9.5 现场检验连续10个验收批抽样试件抗拉强度试验1次合格率为100%时，验收批接头数量可以扩大1倍。

9.6 外观质量检验的质量要求、抽样数量、检验方法、合格标准以及螺纹接头所必须的最小拧紧力矩由各类接头的技术规程确定。

9.7 现场截取抽样试件后，原接头位置的钢筋允许采用同等规格的钢筋进行搭接连接，或采用焊接及机械连接方法补接。

9.8 对抽检不合格的接头验收批，应由建设方会同设计等有关方面研究后提出处理方案。

10 滚轧直螺纹连接技术的优点

10.1 带肋钢筋在剥肋滚轧加工时，经剥肋后面积损失约为0.03%(如图1)，而滚轧后材

料发生塑性变形，金属晶格产生滑移，纤维未被切断，只沿着螺纹齿形发生了变形，且产生了冷作硬化层，特别是牙底硬度明显增大，所以滚轧螺纹的耐磨性有较大提高，螺纹的疲劳强度可以提高20%-40%，总体抗拉强度可以提高17%以上，大大超过母材本身强度(如图2)，因而剥肋滚轧后的螺纹接头可靠性很高，可以有效降低人为因素对接头强度的影响。

图1 带肋钢筋剥肋后面积损失示意图 图2 滚轧直螺纹齿形材料塑性变形示意图

10.2 滚轧直螺纹连接技术与其他钢筋机械连接技术相比，有明显的优势：

10.2.1 滚轧直螺纹加工预制程度很高，轧丝设备轻巧，一般为400kg左右。现场连接不受施工场地限制，操作简单,克服了冷挤压连接必须带设备在现场施工的缺点。

10.2.2 滚轧直螺纹连接质量好，远胜于锥螺纹的连接质量，同冷挤压和镦粗直螺纹的连接质量相当，可靠度很高。

10.2.3 滚轧直螺纹钢筋端头螺纹加工工艺简单，剥肋和轧丝一次走刀成型，简化了丝扣加工的操作工序，其工效胜于其他几种连接形式。

10.3 滚轧直螺纹连接经济效益

10.3.1 滚轧直螺纹接头与常规帮条焊对比平均节约成本30﹪左右，有效降低钢筋接头成本,且套筒可在市场采购, 滚轧螺纹可在加工厂提前进行加工,每个接头节省施工时间约20分钟左右，具体价格对比见表10.3.1。

表10.3.1 滚轧直螺纹连接和常规钢筋连接价格对比

注：滚轧直螺纹连接单价中含套丝单价2.50元/头。

11 钢筋滚轧直螺纹连接接头在登封电厂二期主厂房工程中的试验情况

应设计、监理要求，登封电厂主厂房工程对汽机基座中应用的Ф36、Ф40钢筋直螺纹接头抽样进行了抗疲劳试验，经河南省建筑工程质量检验测试中心站检验合格，其他类型接头按规范要求进行了批量抽检，在河南省豫电土建工程检测中心试验室进行单向拉伸试验，均为母材处拉断，表明滚轧直螺纹机械连接接头抗拉强度高于母材。

12 执行标准

12.1 《钢筋机械连接通用技术规程》(JGJ107-2010)

12.2 《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2－2007） 12.3 《钢筋混凝土用余热处理钢筋》（GB13014-1991） 13 结束语

钢筋等强度滚轧直螺纹连接技术已在国内许多重大工程中得到广泛应用，应用技术已完全成熟。该技术集中了套筒冷挤压、锥螺纹及镦粗直螺纹连接技术的主要优点，具有预制程度高、工效高、操作简便、质量稳定、价格低廉的优越性。目前，在登封电厂主厂房工程中已得到成功应用，并且已取得了初步的经济效益，随着主厂房工程主体结构施工的进展，预计将收到良好的实用效果。