建筑施工中鋼筋連接技術研究進展

張士軍，王良，辛振宇，周海濤

（1.山東建筑大學機電工程學院，山東濟南250101；2.山東省高校機械工程創新技術重點實驗室，山東濟南250101；3.山東建筑大學工程訓練中心，山東濟南250101；4.山東商業職業技術學院，山東濟南250101；5.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東濟南250000）

建筑施工中鋼筋連接技術研究進展

張士軍1，2，王良3，辛振宇4，周海濤5

（1.山東建筑大學機電工程學院，山東濟南250101；2.山東省高校機械工程創新技術重點實驗室，山東濟南250101；3.山東建筑大學工程訓練中心，山東濟南250101；4.山東商業職業技術學院，山東濟南250101；5.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東濟南250000）

鋼筋連接技術快速可靠，是提高建筑施工質量和效率的關鍵技術之一。鋼筋綁扎搭接、鋼筋焊接、鋼筋機械連接是目前常用的三類鋼筋連接技術。隨著建筑業的快速發展，鋼筋連接技術得到了前所未有的關注，同時也對鋼筋連接技術提出了新的要求。文章基于鋼筋連接技術的研究現狀，分析了鋼筋連接技術的研究進展，闡明了各種方法的優點和存在的不足，闡述了鋼筋機械連接特別是鋼筋滾壓直螺紋連接技術是今后應用和發展的主要方式，展望了新型鋼筋連接方式的發展方向。

鋼筋；連接；機械連接

0 引言

隨著建筑業的發展，特別是高層建筑的飛速發展，在建筑工程中鋼筋已經成為建筑結構的主要支撐，由于受到生產、運輸等的限制，許多鋼筋不可能按全長提供，快速可靠的鋼筋連接技術也成為提高建筑施工質量和效率的關鍵技術之一。鋼筋連接技術可分為三類，即鋼筋綁扎搭接、鋼筋焊接、鋼筋機械連接［1-2］。文章基于鋼筋連接技術的研究現狀，綜合分析了各種鋼筋連接方式的優缺點以及鋼筋連接技術的研究進展，提出了新型連接鋼筋方式的發展方向。

1 綁扎搭接技術

綁扎搭接是指兩根鋼筋相互有一定的重疊長度，用鐵絲綁扎的連接方法將兩段鋼筋連接在一起，一般用于混凝土內的加強筋網的鋼筋連接，這種方法適用于鋼筋直徑比較小的連接，GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》中規定，直徑大于25 mm的受拉鋼筋以及直徑大于28 mm的受壓鋼筋，一般不采用綁扎搭接接頭［3］。綁扎搭接可分為手工綁扎搭接和機械綁扎搭接。

1.1 手工綁扎搭接

手工綁扎鋼筋，由于技術含量低，成本相對低廉，所以手工捆綁在我國建筑施工中比較常見。手工綁扎的優點比較明顯，手工綁扎是一種傳統的鋼筋連接方法，操作簡單，不需要能源，也不需要機械設備，對環境影響極小。鋼筋捆綁搭接有明顯的缺點:（1）捆綁搭接鋼筋直徑范圍有限制；（2）受拉區鋼筋不宜搭接；（3）捆綁搭接常使搭接部位的鋼筋過于密集，鋼筋用量增加［1］；（4）人工捆綁鋼筋是非常耗時的一項體力勞動，隨著人工費的提高，人工捆綁價格低廉的優點逐漸消失。

1.2 機械綁扎搭接

人工捆綁搭接中，如果加快捆綁速度往往導致捆綁過松，影響施工質量。然而，如何不影響施工質量的同時，實現節約勞動時間提高生產率呢？機械捆綁、捆扎技術應運而生。機械綁扎搭接技術具有施工簡便、機械設備簡單、基本不受氣候和環境的影響等特點。但不適宜作為粗鋼筋的連接方法，由于搭接連接在力的傳遞效果方面會產生損失，從而導致受力薄弱環節的產生，因此無論是手工綁扎搭接技術還是機械綁扎搭接技術都不能用于軸心受拉或小偏心受拉構件中的受力鋼筋連接中。另外，綁扎搭接連接接頭由于搭接長度的存在，故用鋼量大，增加了接頭成本和整個建筑工程的造價，特別是當鋼筋密集時，由于綁扎搭接接頭的存在，使得混凝土振搗困難，從而混凝土質量受到影響［4］。

2 鋼筋焊接技術

鋼筋焊接方法很多，包括電弧焊、閃光對焊、電渣壓力焊、氣壓焊等。可靠的焊接一般不存在強度、剛度、破壞性能等方面的缺陷，是一種比較好的鋼筋連接方式［5-8］。

2.1 電孤焊接

電孤焊是將電能轉變成熱能，利用熱能將被焊接鋼筋熔化成為一體的一種焊接方法。鋼筋連接后，鋼筋性能優于綁扎搭接，且設備簡單，操作方便，可以適用于各種鋼筋焊接。但對工人操作技術要求較高、工效低、耗電量大、對環境有一定污染，且焊接也會出現咬邊、未焊透等缺陷［9］。電孤焊在高層建筑工程中的鋼筋焊接中，需要很長的電纜將電源導入到施工點，且需要很強的工作電流才能保證鋼筋的焊接質量。

2.2 閃光對焊

閃光對焊是利用接觸電阻產生的熱量加熱工件，使得金屬熔化，形成閃光，再迅速施加頂力后完成的一種壓焊方法［10］。閃光對焊分為連續閃光和預熱閃光。連續閃光焊一般適用于鋼筋直徑18 mm以下的HRB335級和HRB400級鋼筋。當鋼筋直徑較大且端面不平整時，最好采用預熱閃光焊。閃光對焊的優點是能夠確保焊接質量和節約鋼筋，而其缺點是耗電多，只能在地面上作業。另外，閃光對焊耗電多，易受到工地電源容量的影響。

2.3 電渣壓力焊

電渣壓力焊通過在要連接的兩鋼筋端施加電壓，使鋼筋的端面間隙產生電孤，電弧使得焊劑熔化，熔化后的焊劑在一定的電壓下形成渣池并熔化鋼筋端部，兩鋼筋在軸向壓力作用下焊接在一起的一種焊接方法。電渣壓力焊適合用于直徑為14～40 mm的熱軋HRB335級鋼筋，但不能用于梁、板等構件中水平鋼筋的連接［10］。其優點是節省鋼筋，而其缺點是僅適用于兩鋼筋安放成豎向或斜向的對接形式、抗拉強度不易保證、兩鋼筋焊接不可能保持同軸心［11］。

2.4 氣壓焊

氣壓焊是采用氧、乙炔火焰把被連接的兩根鋼筋結合面附近加熱至塑化狀態，施加壓力（通常30～40 MPa）使兩鋼筋結合的方法。氣壓焊用電量較少，節省鋼筋，由于焊接采用氣源，故焊接工藝不受電源的限制，氣壓焊既可用于水平焊接也可用于垂直焊接。這種焊接技術的缺點是施焊前鋼筋端部要加工整齊，且鋼筋端面要與軸線垂直，鋼筋表面不能有銹蝕和氧化物，焊接操作技術要求嚴格，焊接質量不穩定，在鋼筋連接技術中已經是趨于淘汰的技術［3，12］。

3 機械連接技術

20世紀90年代以來，鋼筋機械連接接頭的優越性逐漸被公認，從而鋼筋機械連接得到了迅速發展［13］。根據機械連接的方式不同，機械連接又可分為套筒擠壓連接、錐螺紋連接、直螺紋連接等。

3.1 套筒擠壓連接

套筒擠壓連接是將需要連接的兩帶肋鋼筋的端部插入一特定的鋼套筒內，利用外部壓力（通常需要液壓擠壓機）壓縮鋼套筒，使鋼套筒產生塑性變形后緊緊抱住兩帶肋的鋼筋，從而將兩鋼筋連接的方法，施工過程如圖1所示。圖1（a）將鋼筋放入套筒，圖1（b）對套筒施加壓力，壓緊后即可形成套筒擠壓接頭。套筒擠壓連接的優點是它可用于鋼筋骨架結構的任何部位鋼筋的連接，操作簡單，施工效率高，沒有明火作業。但需要擠壓機且鋼筋必須帶肋，另外套筒成本比較高［14-15］。

套筒擠壓粗鋼筋連接，不需要制作螺紋，因此節省了切制或滾壓螺紋所需要的機械設備，施工過程中熱影響區小，擠壓后接頭強度高，對于不可焊鋼筋的連接尤為合適，接頭質量穩定、連接可靠、適應性能強、節約能源、對環境污染少、施工安全可靠、相對于搭接捆綁連接節省鋼材。在20世紀90年代初期就開始并展開了套筒擠壓連接技術的大面積推廣與應用［4］。

圖1 套筒擠壓連接示意圖［15］

3.2 錐螺紋鋼筋連接

錐螺紋鋼筋連接是利用螺紋能承受拉、壓兩種作用力及自鎖性好的原理，將鋼筋的連接端加工成螺紋，或者在鋼筋的兩端加入錐螺紋套筒，兩錐螺紋擰緊在一起后，就可以把兩鋼筋連接成一體的方法［16］。該連接方法的優點是無論鋼筋是否帶肋都可應用錐螺紋連接、錐形螺紋可以預先加工成形、操作簡單、施工效率高、沒有明火作業。錐螺紋鋼筋連接的缺點是需要鋼筋螺紋套絲機和力矩扳手、鋼筋截面不能達到等強度、連接處易脫扣和斷裂質量不易保證［10-11，17-19］。

3.3 直螺紋鋼筋連接

直螺紋鋼筋連接方式發展比較晚，直螺紋鋼筋連接是將需要連接的鋼筋端部加工成外直螺紋，需要連接兩鋼筋時，將兩鋼筋的直螺紋部分旋入帶有內直螺紋的套筒中，從而將兩鋼筋連接起來。直螺紋鋼筋連接方式操作簡單、連接速度快、接頭強度高，直螺紋根據加工方法可分為切制加工直螺紋和滾壓加工直螺紋，切制加工直螺紋是通過對鋼筋母材材料切削而制成螺紋的方法，切削可以降低鋼筋母材截面積而導致強度減弱。滾壓直螺紋是通過滾壓而形成的螺紋，鋼筋材料沒有被切削掉［17，20-22］，且螺紋經滾壓后材質發生硬化，通常滾壓后鋼筋強度可以提高6%～8%［11］。但是鋼筋滾壓直螺紋連接需要采用專門的液壓機床對鋼筋端部進行滾壓。

在直螺紋鋼筋連接方式中，由于套筒的受力較大，故套筒的材料應選用優質鋼制作而成，例如45鋼、18CrMnTi、20Cr等［23］。套筒的型式主要有標準型連接、左右牙連接（或稱正反絲連接）、異徑連接等型式。所謂的標準型連接指的是被連接的兩根鋼筋以及用于連接的套筒的螺紋旋向都為同一旋向的螺紋，通常是右旋螺紋，用套筒連接兩鋼筋時，首先旋轉套筒將套筒擰入到第一根鋼筋中，套筒與第一根鋼筋的螺紋連接長度為套筒總長度的一半，然后將被連接的第二根鋼筋對準套筒口，再利用扳手旋轉第二根鋼筋，即可將第二根鋼筋擰入套筒中，最后擰緊即可形成可靠的連接。左右牙連接指的是套筒內的螺紋分成兩部分，其中一部分為右旋螺紋，另一部分為左旋螺紋，對應的被連接的兩根鋼筋的螺紋也分別為右旋螺紋和左旋螺紋，利用套筒連接這兩根鋼筋時，將套筒放置在被連接的兩根鋼筋之間，旋轉套筒，即可將套筒同時擰入到兩根鋼筋中，實現兩根鋼筋的連接。異徑連接指的是被連接的兩根鋼筋的直徑不相同，那么就要求套筒內螺紋的直徑也不是一致的，這種型式的連接稱為異型連接。一般的梁、柱鋼筋使用標準型連接接頭，如果墻筋有錨固要求，則此處的鋼筋需要折彎，對于這種鋼筋就不能采用轉動鋼筋的方法將兩鋼筋連接，只能采用左右牙套筒，通過旋轉套筒將兩鋼筋連接，建筑中的鋼筋的變徑處可以采用異徑型接頭進行連接［22，24］。

直螺紋連接應用在分段鋼筋籠連接中，不僅連接強度比較高，抗疲勞性能也比較好，而且連接可靠，施工不容易受氣候的影響，鋼筋的化學成分對連接質量也幾乎沒有影響，工人技術對連接質量影響小，扭緊力的大小對連接可靠性影響不大，提高了施工效率［25］。直紋鋼筋連接技術是一種操作簡單、施工方便、連接快捷、成本低廉的技術，近年來，直螺紋連接接頭在我國建筑施工中所占比例逐漸增大，具有廣闊的市場推廣前景，這種連接方式是國外鋼筋籠連接的發展方向［26］。

鐓粗直螺紋連接技術是為了避免直螺紋在切制螺紋過程中降低鋼筋母材截面積而導致強度減弱現象的發生而出現的一種連接技術［3，27］。鐓粗直螺紋連接技術是指在切割下鋼筋料后，需要首先將鋼筋兩端液壓鐓粗，再在鐓粗部位加工外螺紋，最后利用套筒連接兩根鋼筋的一種鋼筋連接技術。采用鐓粗直螺紋連接技術，連接可靠，鐓粗鋼筋和加工螺紋可以在工廠內預先完成，因此建筑施工現場施工比較方便，鐓粗直螺紋連接技術的螺紋加工前經過了冷鐓加工，提高了鋼材密度和抗拉強度，抗拉強度通常可提高10%～20%。

CAB R／M鋼筋接頭是一種新型的直螺紋接頭型式，在待連接兩鋼筋的端部加工上直螺紋，再用兩個半圓形的螺紋套筒扣到兩鋼筋螺紋上，兩個半圓形的螺紋外面擰上帶有內錐螺紋的螺母，擰緊螺母后即可將兩鋼筋連接在一起（如圖2所示）。這種鋼筋連接方式中螺紋套筒和螺母的螺紋能夠自鎖，因此鎖緊后螺母不會自行脫落，接頭質量非常穩定［28-32］。

圖2 CAB R／M鋼筋連接方式示意圖［28］

4 展望

鋼筋機械連接技術，克服了鋼筋綁扎技術中需要鋼筋一定的搭接長度而浪費鋼筋的弊端，避免了鋼筋焊接技術中出現的由于電壓不穩定或焊工技術差的原因而導致的鋼筋燒傷或咬傷、焊縫不飽滿、焊接質量不穩定等缺陷的產生。機械連接技術是將成熟螺紋技術與套筒技術結合起來運用的一種連接技術，具有接頭強度高、施工工期短、可操作性強的特點。直螺紋連接是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，接頭質量穩定，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是鋼筋連接技術發展的質的飛躍。

滾壓直螺紋連接技術，由于其加工工藝性能、連接力學性能、施工工藝性能、環境保護等方面相對于其它的連接方法具有明顯的優勢，在工程實踐中，利用滾壓直螺紋連接技術可以解決工程施工中鋼筋骨架間的連接、鋼筋密集混凝土澆注困難以及同一截面鋼筋接頭的預埋致使鋼筋不能轉動的連接等問題，因此，滾壓直螺紋連接技術在建筑施工中得到廣泛應用，且具有良好的經濟效益。近年來大量的應用實踐表明，在機械連接形式中，滾軋直螺紋接頭應用最廣，發展最快，連接可靠、連接強度最高，經濟效益最好，鋼筋滾壓直螺紋連接技術成為建筑施工中鋼筋機械連接的首選連接技術。

通過對鋼筋連接技術及其研究進展分析，可以得出鋼筋連接方法的選用與新型鋼筋連接方式的發展方向為:

（1）不同的鋼筋連接方法有不同的特點，在應用時，應根據情況選用。

（2）隨著勞動力資源的短缺，人工費大幅上升。目前在我國建筑行業普遍采用的手工綁扎鋼筋的操作方式必將被淘汰。

（3）鋼筋不同的連接方式，其質量、效率等都不相同，機械連接具有連接質量可靠、符合綠色環保要求，機械連接特別是鋼筋滾壓直螺紋連接技術將是今后一段時間發展和應用的主要方式。

（4）省時、環保的新型連接方式是今后需要進一步研究與發展的方向。

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（責任編輯：吳芹）

Research progress of construction of steel bar connection technology

Zhang Shijun1，2，Wang Liang3，Xin Zhenyu4，et al.

（1.School of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2.Key Laboratory of Mechanical Engineering＆Innovation Technology in Universities of Shandong.Jinan 250101，China；3.Engineering Training Center，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；4.Shandong Commercial Vocational and Technical College，Jinan 250101，China）

Steel bar connection technology is rapid，reliable and is one of the key technologies to improve the construction quality and efficiency.At present，steel binding lap，steel welding lap and steelmechanical connection are three common steel bar connection technologies.With the rapid development of the construction industry，steel bar connection technology has drawn so much more attention.New requirements on the reinforcement technology was also put forward.All kinds of steel bar connection methods have been summarized.The research progress of connection technology of reinforcementwas analyzed.The advantages and shortcomings of variousmethodswere analyzed.It is shown that he steel mechanical connection is the main way in application and development in the future with the development of social economy and the construction industry.In this paper，the development direction of the new type of reinforcing steel bar connection method was pointed out finally.

steel bar；connection；mechanical connection

TU741.1

B

1673-7644（2014）06-0546-05

2014-06-06

山東建筑大學博士科研基金項目（XNBS1017）

張士軍（1971-），男，博士，副教授，主要從事創新設計等方面的研究.E-mail:zhangsjsd＠126.com