鋼筋機械連接中切斷機刀具改進技術研究及應用

任海軍，王桂正

(長江水利委員會長江科學院 湖北武漢430010)

1 概述

鋼筋機械連接技術從上世紀八十年代中后期開始發展和應用，經過30多年的推廣，現已初具規模，鋼筋機械連接已受到廣大建設、設計、施工、監理單位的青睞。據不完全統計，每年我國的連接套筒用量超過10億只，機械連接設備年產量超過2萬臺，從事鋼筋機械連接施工企業或個體經營者超過500家。相比較鋼筋綁扎、焊接，鋼筋機械連接有質量穩定可靠、連接強度高;操作簡單、適用范圍廣、施工速度快;鋼筋間距易控制、鋼筋連接區段無鋼筋重疊;現場連接無明火作業、無溫度內力、可全天候施工;能耗低、無廢物排放、無需配備專用供電線路、節能環保;連接質量驗收相對焊接直觀、簡便等優點，特別是大直徑鋼筋連接中，鋼筋機械連接優越性更為明顯。眾多鋼筋機械連接形式中，以直螺紋鋼筋接頭連接最為普遍，應用較廣，隨著鋼筋機械連接在工程建設中的大量應用，鋼筋接頭連接的質量控制也成為施工單位、監理單位現場質量控制的重點。

鋼筋機械連接的質量控制要點之一就是鋼筋接頭的加工質量控制，接頭加工的第一步控制就是對鋼筋接頭下料質量的控制。《鋼筋機械連接技術規程》JGJ 107━2010中［1］要求直螺紋接頭的現場加工，鋼筋端部應切平或鐓平后加再工螺紋。《滾扎直螺紋鋼筋連接接頭》JG163－2004中［2］規定，鋼筋下料時不宜用熱加工方法切割;鋼筋端面宜平整并與鋼筋軸線垂直;不得有馬蹄形或扭曲。對鋼筋接頭下料質量的要求，就是為了確保絲頭加工中徑、牙型角及絲頭有效螺紋長度符合設計規定。

工程建設中常采用的鋼筋下料機具設備主要是鋼筋切斷機和鋼筋切割機，針對鋼筋機械連接下料，鋼筋切割機成形好，便于加工，但效率低;鋼筋切斷機效率高，但成形差，特別是刀片不好時，更會給后續加工增加難度。施工單位出于成本控制和加工效率，偏向采用鋼筋切斷機進行下料，但往往因鋼筋切斷機刀具選用不合適，鋼筋下料后在接頭處常出現馬蹄形或端面不平整，為確保加工絲頭質量，建設、監理單位常要求對出現馬蹄形或端面不平整的接頭先進行切平或鐓平處理再進行絲頭加工。這樣一來，對于鋼筋機械連接下料要同時使用兩種下料機具或者直接采用鋼筋切割機下料，功效降低、成本也增加。筆者根據多年工程經驗和對鋼筋切斷機的工作機理分析研究，提出對鋼筋切斷機刀具進行技術改進，有效的解決了采用切斷機下料過程中引起的馬蹄形和端面不平整，提高加工效率、降低施工成本，對今后鋼筋切斷機的研發和改進值得借鑒。

2 鋼筋切斷機刀具改進機理分析

鋼筋切斷機主要由行走輪組、傳動結構、機體、離合裝置、刀頭、刀座等組成見(圖1)。主要工作過程:電動機輸出動力經過皮帶傳動和三級齒輪傳動減速后，帶動曲軸旋轉，曲軸推動連桿使滑塊和動刀片在機座的滑道中做往復直線運動，使得動刀片和定刀片相錯而切斷鋼筋。

按照材料力學分析，鋼筋切斷過程中受到集中應力的剪切和擠壓見(圖2)，在擠壓應力范圍內，鋼筋的剪切應力達到許用切應力條件，發生剪切破壞。

圖1 鋼筋切斷機結構示意圖

圖2 刀片切割鋼筋示意圖

(1)假設切應力在剪切面上是均勻分布的，可得鋼筋實用切應力計算公式［3］:

切應力強度條件:τ≤［τ］。［τ］為許用切應力，常由試驗方法確認，塑性材料:［τ］=(0.5～0.7)［σ］，脆性材料:［τ］=(0.8～1.0)［σ］。Fs為剪切面的剪切力，為鋼筋截面積。

(2)假設應力在擠壓面上是均勻分布的，可得鋼筋實用擠壓應力計算公式:

擠壓強度條件:σbs≤［σbs］。［σbs］為許用擠壓應力，常由試驗方法確認，塑性材料:［σbs］=(1.5～2.5)［σ］，脆性材料:［σbs］=(0.9～1.5)［σ］。Fbs為擠壓面的擠壓力，Abs為刀片與鋼筋的實際接觸面，δ為刀片寬度，dx刀片與鋼筋接觸弧長。

根據公式(1)和公式(2)，以及切應力強度條件、擠壓強度條件，可以推算出在確保鋼筋不受擠壓破壞時達到剪切破壞的刀片與鋼筋實際接觸面，一般鋼筋切斷機的刀片寬度 較為固定，刀片與鋼筋接觸弧長 應滿足的尺寸要求為:

因此，為了避免鋼筋在切斷時不被刀片擠壓破壞，現場施工中或者選擇切斷機時應注意對刀片刀刃外形進行加工改進。根據現場加工主要鋼筋的尺寸選擇合適的刀片刀刃，確保刀片與鋼筋接觸弧長，可以有效的保證鋼筋切斷后端頭的平整度及圓滾度，減少鋼筋接頭螺紋加工前的切平、鐓平處理。

3 鋼筋切斷機刀具改進技術的應用

亭子口庫區交通復建工程潘家口大橋位于廣元市元壩區青牛鄉文書村，橋面設計高程EL462.97m～EL463.863m，設計橋長369.58m，寬7.5m，設計橋型為3聯4×30m簡支轉連續T梁，全橋11個橋墩，橋墩采用板式橋墩，最高47m，樁基采用嵌巖樁，最深25m。全橋樁基、橋墩等主要受力鋼筋采用HRB335Φ28螺紋鋼，經工藝試驗結果確定，采用滾扎直螺紋鋼筋連接，連接強度高，成本較低，施工方便，質量易控制，質量驗收直觀。

前期施工過程中，采用GQ50型鋼筋切斷機進行鋼筋下料，接頭處總存在馬蹄形且端面不平整，成型較差，經直螺紋滾絲機加工，絲頭螺紋存在斷絲、螺紋牙型不飽滿，不完整螺紋偏多，最多達到4～5個，嚴重的影響到絲頭加工質量見(圖3)。為確保施工質量，只有對接頭重新切割加工。根據現場鋼筋原材料的力學性能參數和鋼筋切斷機刀具參數，取［τ］=0.6［σ］、［σbs］=2.0［σ］、δ=17mm、d=28mm，由式(3－3)得:dx≥11mm，即可滿足鋼筋不受擠壓破壞。

圖3 刀片改進前接頭絲扣加工效果圖

圖4 刀片改進后接頭絲扣加工效果圖

經現場對GQ50型鋼筋切斷機的刀片刀刃進行加工，將原有的平口刀刃改為弧形刀刃，加工弧長為15mm，內弧半徑15mm，成型后的鋼筋切割受力示意如圖。通過現場實際應用，改進后的鋼筋切斷機，有效的解決了采用下料過程中引起的鋼筋端頭出現馬蹄形，剪切端面的平整度也大大提高。鋼筋接頭絲扣加工后，進行簡單的處理，即可以滿足規范要求見(圖4)。

4 小結

鋼筋切斷機刀具改進技術，在亭子口庫區交通復建工程其它橋梁工程建設中推廣應用，取得良好的技術效果，并得到建設、施工、監理單位一致好評。對于刀具刀刃的開口弧長，應根據加工鋼筋直徑大小及加工精細程度要求進行調整，可以通過現場實際加工情況進行驗證改進。鋼筋切斷機作為鋼筋加工必備工具之一，在建設工程各領域應用較廣，鋼筋下料端頭質量的好壞，對于其它形式的鋼筋連接質量也有一定提高。作為一種改進技術，值得諸多設備生產廠家、廣大工程建設技術人員借鑒。

［1］JGJ107－2010，鋼筋機械連接技術規程［S］.

［2］JG163－2004，滾扎直螺紋鋼筋連接接頭［S］.

［3］劉鴻文，材料力學［M］.北京:高等教育出版社，2011.