摘要:为提高混凝土施工工作效率,节约实施工程的成本,降低钢筋机械连接的施工难度,在云南糯扎渡水电站右岸导流洞洞身衬砌及进水塔混凝土工程钢筋施工中,采用了等强剥肋滚压直螺纹钢筋机械连接技术。介绍了这种技术在上述工程钢筋施工中的应用情况及其工艺流程、技术性能和经济分析。
钢筋的机械连接是通过连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用,将一根钢筋中的力传至另一根钢筋的连接方法。钢筋机械连接技术在工业与民用建筑的混凝土结构中已得到普遍应用。常用的钢筋机械连接技术大致经过了4个发展阶段:冷挤压套筒连接→锥螺纹套筒连接→镦粗直螺纹套筒连接→剥肋滚压直螺纹套筒连接。前3种钢筋连接技术都具有一定的优点,但受施工现场连接人员素质及管理上的水准的影响,具有一定的局限性。
冷挤压套筒连接是通过挤压力使连接用钢套筒塑性变形与带肋钢筋紧密咬合形成整体的一种连接方式。由于挤压机具笨重,固定调整困难,实施工程人员劳动强度大,挤压机具油压系统漏油污染钢筋及混凝土仓面条件因素,增加了仓面处理难度。冷挤压套筒成本也高于螺纹套筒连接。
锥螺纹套筒连接是将两根待接钢筋端头用套丝机做出锥形外丝,然后用带锥形内丝的套筒将钢筋两端拧紧的钢筋连接方法。锥螺纹套筒技术方面的要求钢筋与套筒连接一定要经过扭力扳手来完成,如果拧不紧,则钢筋受力后容易滑脱。该技术对加工钢筋锥形外丝和套筒内丝的精度要求高,且钢筋端头不能弯曲或有马蹄形切口,否则会产生丝扣不全,留下连接质量隐患。
镦粗直螺纹套筒连接是通过钢筋端头特制的直螺纹和直螺纹套筒咬合形成整体的一种连接方式。根据其镦粗方法又分为热镦和冷镦两种形式:冷镦通过机械模具的挤压而使钢筋端头变粗,热镦通过电磁波产生900℃以上的高温使钢筋端头加热,再用模具镦压而使接头变粗。镦粗直螺纹及套筒连接方式工序复杂,对钢筋端头镦粗头加工要求高,钢筋镦粗后其内部结构发生变化,一定要经过处理后才可使用。
等强剥肋滚压直螺纹套筒连接是利用金属材料塑性变形后冷作硬化增强金属材料强度的特性,使接头与母材等强连接的方法,剥肋滚压直螺纹是在专用设备上将钢筋端头通过剥肋、滚压螺纹一次成形。该连接方式具有加工工序少、简单易操作、连接质量放心可靠的特点。
为使钢筋机械连接技术在工程建设中发挥良好作用,确保工程永久建筑的质量,建设部对1996年颁布的原规程进行了扩充增补,加入了强制性条文,并于2003年7月1日开始执行《钢筋机械连接通用作业规程》(JGJ107-2003)。2006年初在糯扎渡水电站右岸导流洞工程混凝土开始施工时,就在洞身混凝土衬砌施工中对等强剥肋滚压直螺纹连接技术进行了生产性试验,效果良好,随后在整个工程中推广使用。
剥肋滚压直螺纹采用钢筋剥肋滚压直螺纹成型机成型,具体是先将钢筋的横肋、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。
滚压直螺纹具有以下特点:①接头强度高,达到行业标准JGJ107-2003中I级接头性能要求。②抗疲劳性能好,通过了200万次疲劳试验。③螺纹牙型好、精度高,不存在虚假螺纹,连接质量放心可靠。④施工速度快,钢筋丝头预制加工,现场装配作业。⑤环保施工、节约能源。施工现场无污染,安全可靠,直螺纹钢筋成型机功率仅3~4kW,不需专用配电设施。⑥全天候施工,不受风、雨等天气特征情况影响。
滚压直螺纹接头的连接套筒采用优质碳素结构多钢。按不同连接方式,套筒分为标准型、正反丝扣型两种;按不同连接直径又可分为同径型、异径型、可调型等。根据真实的情况糯扎渡水电站右岸导流洞混凝土工程采用I级同径标准型滚压直螺纹套筒。
选用可加工φ16~40钢筋的GHB40型剥肋滚压直螺纹钢筋成型机。钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧带钢筋》(GB1499—1988)的要求。标准型滚压直螺纹接头用连接套筒的规格与尺寸符合表1规定。
钢筋剥肋滚压丝头加工长度为标准套筒长度1/2,公差为+2P(P为螺距),其加工尺寸见表2。
(1)标准型滚压直螺纹接头的安装的步骤。将需连接的钢筋端头保护滚压丝扣的塑料帽去掉,将套筒旋入钢筋并保证钢筋端不在套筒中部;利用扭力扳手或管钳将另一根钢筋旋入套筒,将2个钢筋丝不在套筒中间位置相互顶紧即可。
(2)钢筋连接时,钢筋规格和套筒的规格必须一致,钢筋和套筒的丝扣应干净、完好无损。
试验证明,采用剥肋滚压直螺纹接头,试件抗拉时均在钢筋母材处断裂,其套筒强度大于钢筋母材强度。
与常规绑条焊相比,采用剥肋滚压直螺纹接头平均节约成本为13.6%~47.8%,可有效地降低钢筋的接头成本。
实践证明,等强剥肋滚压直螺纹套筒连接技术的推广是成功的,在糯扎渡水电站右岸导流洞混凝土工程项目施工中应用已近2a,使用各种各样不同型号标准型套筒20万余个,每台钢筋剥肋滚压直螺纹成型机每小时可加工钢筋丝头40根,在提高现场工作效率、降低实施工程人员劳动强度和节约实施工程的成本方面取得了很好的效果。同时,由于钢筋连接的施工细化分解,减少了现场施工中人的因素对钢筋连接质量的影响,将质量管理中不易控制的人为因素降到最低,有效地提高了钢筋连接的质量。