鋼筋機械連接螺紋技術要求

趙剛，應杰

（1重慶華姿建筑工程有限公司，重慶400030；2重慶市建設工程質量監(jiān)督總站，重慶400014）

鋼筋機械連接螺紋技術要求

趙剛1，應杰2

（1重慶華姿建筑工程有限公司，重慶400030；2重慶市建設工程質量監(jiān)督總站，重慶400014）

該文梳理了工程行業(yè)標準中規(guī)定的鋼筋滾軋直螺紋連接螺紋類別和牙型，以便弄清楚鋼筋滾軋直螺紋連接的螺紋公差帶組合，以及螺紋精度的檢驗標準；明確鋼筋滾軋直螺紋連接扭矩的形成根源和所利用的扭矩形成條件，并以一個工程實例揭示一種看似正確運用鋼筋滾軋直螺紋連接的誤區(qū)。

機械連接；螺紋牙型；螺紋量規(guī)；螺紋技術

某工程滾軋直螺紋機械連接的鋼筋絲頭加工質量合格標準為：絲頭螺紋長度為連接套筒長度1/2+2P（P表示螺距），止規(guī)與絲頭旋合量不超過3P，通規(guī)和套筒能順利旋入至剩余3～5P處停止，繼續(xù)用管鉗扳手可將套筒擰至剩余1～2P處，再用扭矩扳手校核套筒與絲頭之間的擰緊力矩滿足《鋼筋機械連接技術規(guī)程》JGJ 107-2010[1]（以下簡稱JGJ 107-2010）規(guī)定。為此筆者調查了一些工程，發(fā)現業(yè)界對鋼筋機械連接滾軋直螺紋的認識深度不夠，導致質量控制存在誤區(qū)，故撰文與同行一起探討。

1 螺紋類別及牙型

鋼筋滾軋直螺紋機械連接利用了機械工業(yè)行業(yè)大量使用的螺紋技術。根據我國現行建筑工程行業(yè)標準《鋼筋機械連接用套筒》JG/T 163-2013[2]（以下簡稱JG/T 163-2013）第5.3.1條表2規(guī)定，套筒內螺紋公差應符合《普通螺紋公差》GB/T 197-2003[3]（以下簡稱GB/T 197-2003）中6H精度。根據《普通螺紋基本牙型》GB/T 192-2003[4]規(guī)定，普通螺紋牙型角應為60°，而前述工程使用的套筒質量證明書顯示，該工程連接套筒的牙型角為75°。在螺距一定的條件下，75°牙型角的原始三角形高度比60°牙型角的原始三角形低，對于內螺紋來說，套筒長度尺寸達到一定數值時，75°牙型角螺紋比60°牙型角螺紋加工難度低、功效高。業(yè)內流傳一種說法：螺紋牙型角75°比60°的鋼筋滾軋直螺紋機械連接性能更好。這是值得商榷的，因為牙型角為75°的螺紋彈性變形能力更差，內外螺紋接觸高度更小，內外螺紋接觸面與連接縱軸夾角更小。

筆者曾于2003年調查9個在建工程（含3個市政工程），使用的鋼筋滾軋直螺紋機械連接的螺紋牙型角均為60°，今年筆者再次調查了27個在建工程（含16個市政工程），其中只有4個工程使用的鋼筋滾軋直螺紋機械連接的螺紋牙型角為60°，其余23個工程機械連接的螺紋牙型角為75°，占被調查工程76.47%。

重慶市工程建設標準《鋼筋剝肋滾軋直螺紋連接技術規(guī)程》DB50/5027-2004[5]（以下簡稱DB50/5027-2004）第3.4.2條規(guī)定套筒螺紋牙型角為55°～75°；福建省工程建設地方標準《鋼筋滾軋直螺紋連接技術規(guī)程》DBJ13-63-2005[6]（以下簡稱DBJ13-63-2005）第6.1.2條規(guī)定套筒螺紋牙型角為60°～75°。

2 螺紋公差及檢驗

2.1 公差帶及組合

JG/T 163-2013第5.3.1條表2規(guī)定直螺紋套筒螺紋公差應符合GB/T 197中6H的規(guī)定，JGJ 107-2010第6.1.2條規(guī)定鋼筋絲頭螺紋宜滿足6f級精度要求，《鋼筋直螺紋成型機》JGT 146-2002[7]第5.3.4條規(guī)定鋼筋直螺紋成型機重復加工螺紋精度應符合GB/T 197-2003中6g規(guī)定；DB50/5027-2004第3.4.2條規(guī)定套筒螺紋精度為7H，附錄A第A.0.2條要求鋼筋絲頭螺紋精度達到GB/T 197-2003中規(guī)定6h級；DBJ13-63-2005第6.1.3條規(guī)定套筒螺紋公差應符合GB/T 197-2003中6H規(guī)定，第6.3.4條規(guī)定鋼筋絲頭螺紋宜滿足GB/T 197-2003中6f級要求。以公稱直徑為22mm螺紋為例，結合GB/T 197-2003和《普通螺紋極限尺寸》GB/T 15756-2008[8]列出各級公差帶下內螺紋中徑和小徑的極限值見表1。各級公差帶下外螺紋大徑和中徑的極限值見表2。

表1 M22×2.5內螺紋各級精度對比

表2 M22×2.5外螺紋各級精度對比

JGJ 107-2010第6.1.2條規(guī)定鋼筋絲頭長度允許偏差0～2.0P，檢查鋼筋絲頭時要求通規(guī)能順利旋入并達到要求的擰入長度，止規(guī)旋入不得超過3P。以長度55mm套筒為例，內螺紋螺距2.5mm，鋼筋絲頭外螺紋最小長度應為55÷2÷2.5=11P，即通規(guī)擰入長度應至少達到11P。所謂通規(guī)能順利旋入并達到要求擰入長度，是指用手指輕旋螺紋量規(guī)在無阻力狀態(tài)下旋合通過的螺紋長度。GB/T 3934-2003修訂前版第1.1條所提“測量力為零”就是要求通規(guī)旋合阻力為零。

內外螺紋以中徑配合度而影響工作性能，根據前述標準可以有三種公差帶組合。

組合一：按JG/T 163-2013確定套筒內螺紋精度為6H級，再按JGJ 107-2010確定絲頭外螺紋精度為6f級，形成6H/6f組合，螺紋中徑最大間隙0.452mm，最小間隙0.058mm。這種組合內外螺紋間隙較大，套筒與絲頭之間基本沒有旋合阻力，但GB/T 197-2003第6.3條不主張這種組合，這也看得出這一看似正統的組合，實際上對鋼筋滾軋直螺紋連接的精度要求不高。

組合二：按DB50/5027-2004確定套筒內螺紋精度為7H級，絲頭外螺紋精度為6h級，形成7H/6h組合，螺紋中徑最大間隙0.450mm，最小間隙0.000mm，中徑最小間隙0.000mm。這種組合可能使套筒與絲頭之間產生旋合阻力，精度要求不算高，但在質量控制不嚴的情況下可能出現配合過盈。

組合三：按JG/T 163-2013確定套筒內螺紋精度為6H級，再按JGT 146-2002確定絲頭外螺紋精度為6g級，形成6H/6g組合，螺紋中徑最大間隙0.436mm，最小間隙0.042mm。這是GB/T 197-2003第6.3條首推組合，最大間隙比前兩種組合小，最小間隙比前兩種組合大，因此是精度要求相對較高的組合。

綜上所述，行業(yè)標準要求的6H/6f公差帶組合精度要求不高，某些地方標準要求的7H/6h公差帶組合質量控制不嚴可能配合過盈，6H/6g公差帶組合精度要求高，質量控制稍差對內外螺紋的配合工作性能影響不大，應是首選。

2.2 螺紋精度檢驗

套筒內螺紋與絲頭外螺紋的公差組合確定后，就有了檢查螺紋精度的依據。套筒內螺紋與絲頭外螺紋精度檢查應采用符合《普通螺紋量規(guī)技術條件》GB/T 3934-2003[9]（以下簡稱GB/T 3934-2003）規(guī)定的工作螺紋量規(guī)，而且工作螺紋量規(guī)要經過校對螺紋量規(guī)檢驗，螺紋量規(guī)上應有制造廠廠名或注冊商標、螺紋代號、中徑公差代號、螺紋量規(guī)代號和出廠年號等標志。

筆者今年調查的27個工程中，有21個工程施工現場沒有配備螺紋量規(guī)，在其余配備螺紋量規(guī)的6個工程中，有5個工程螺紋量規(guī)是套筒供應商提供，而這5個工程中，有1個工程只有檢查套筒內螺紋的通端螺紋塞規(guī)和止端螺紋塞規(guī)，而且這些塞規(guī)上沒有任何標志，另外4個工程同時配備了環(huán)規(guī)和塞規(guī)，但這些量規(guī)上面都沒有中徑公差代號。

3 連接扭矩

JGJ 107-2010第6.2.1條規(guī)定直螺紋鋼筋連接接頭安裝后應使用扭力扳手校核擰緊力矩。若套筒與鋼筋絲頭旋合長度范圍螺紋質量合格，二者不會有旋合阻力，那么擰緊力矩從何而來？

JGJ 107-2010第6.2.1條要求：“鋼筋絲頭在套筒中央位置相互頂緊”，就使得兩端絲頭被互為定位。由于螺牙側面實際是螺旋曲面，螺紋受到沿軸異向定位并旋進，內外螺紋牙側接觸面會產生接觸壓力，接觸壓力中沿套筒軸向的分力是螺紋連接所要利用的作用，繼續(xù)旋轉內外螺紋牙側接觸面就開始產生沿內外螺紋環(huán)向的摩擦力，接觸壓力和摩擦力相互促進逐漸增大，用扭力扳手校核擰緊力矩時，這個力矩就來自于沿內外螺紋環(huán)向摩擦力形成的力矩。

對于正反絲型套筒連接，用管鉗夾住套筒，再用扭力扳手夾住套筒一側的被連接鋼筋，將管鉗與扭力扳手各往螺紋旋進方向旋轉，測得力矩值合格時，取下扭力扳手夾住套筒另一側的被連接鋼筋作校核。對于標準型套筒連接，如此操作得到的力矩并不能證明這樣的連接合格，因為兩端的被連接鋼筋絲頭端面可能沒有在“套筒中央位置”被定位，正確方式是定位后用管鉗夾住套筒一側的被連接鋼筋，再用扭力扳手夾住套筒一側的被連接鋼筋，將管鉗與扭力扳手各往螺紋旋進方向旋轉，由此校核的扭矩才是可取力矩。

4 案例分析

本文前述工程案例中，鋼筋絲頭讓套筒旋入至剩余3～5P處停止，再用管鉗扳手將套筒擰至剩余1～2P處，使扭矩扳手校核套筒連接達到擰緊力矩實際上進入了誤區(qū)。該工程最終確定的合格標準中，通端螺紋環(huán)規(guī)能順利旋入至剩余3～5P處停止，這就已經不滿足JGJ 107-2010第6.1.2條規(guī)定，也只能說明這個絲頭是不合格的。

鋼筋直螺紋滾軋機械在進行鋼筋絲頭加工時，分成剝肋、滾軋兩個大步驟完成，這種工藝加工的絲頭實際上并不是絕對的直螺紋，而是有一些錐度，在螺牙彈性變形協調作用下不影響螺紋配合效果。螺紋大徑d、中徑d2和小徑d1偏差在允許范圍內部分形成螺紋可裝配長度lA，由于螺紋是經剝肋、滾軋而成，在絲頭根部有部分直徑不標準的螺尾x，鋼筋局部被輕微剝肋形成的肩距a，見圖1。圖中鋼筋被剝肋、滾軋成型的絲頭由兩部分組成，前端螺紋的大徑、中徑和小徑實際值都在相應精度的公差帶范圍之內，這部分螺紋屬于標徑螺紋，構成絲頭標徑螺紋長度；另一部分就是絲頭根部螺尾x和肩距a。顯然標徑螺紋長度應該不小于連接套筒長度的二分之一，而螺尾和肩距不宜太長。

圖1 合格的鋼筋絲頭

前述工程案例中被確認為合格的鋼筋絲頭如圖2。圖中螺尾和肩距過長，標徑螺紋長度小于套筒長度二分之一，通規(guī)和連接套筒旋入絲頭至剩余3～5P處被卡住，再用管鉗、扳手才能將套筒擰至剩余1～2P處，最后用扳手旋入的這3P左右螺牙實為非標徑螺紋，存在過盈配合，用扭力扳手校核所得力矩，實際是這3P左右螺牙與套筒內螺紋之間徑向接觸壓力而產生，連接接頭工作中首先及主要受力的就是這3P左右螺牙，其余標徑螺紋反而不能正常發(fā)揮作用。

圖2 被誤判合格的鋼筋絲頭

標準的鋼筋錐螺紋連接套筒內螺紋與鋼筋絲頭外螺紋具有相互匹配的錐度，所以才能保證內外螺紋完美配合，而本文所舉案例工程中，鋼筋絲頭被加工成有錐度的不合格的直螺紋，連接內外螺紋的有效螺紋相互接觸的軸向長度遠小于理想值，不能與標準錐螺紋連接相提并論，會給工程埋下結構安全隱患。

5 結語

利用機械技術中螺紋配合原理應滿足機械技術標準。利用螺尾非標徑螺紋卡住套筒端口產生的連接套筒擰緊力矩，是滿足JGJ 107-2010第6.2.1條規(guī)定的假象，這類連接用于工程會埋下更大的結構安全隱患。合格的鋼筋滾軋直螺紋連接比焊接和綁扎搭接的性能好得多，但使用不合格鋼筋滾軋直螺紋連接的后果卻不堪設想，鋼筋滾軋直螺紋連接技術成功借用了機械行業(yè)的螺紋技術，但如果不嚴格控制連接所用螺紋質量，反而是建筑工程行業(yè)借用機械行業(yè)螺紋技術的嚴重失敗。

[1]中國建筑科學研究院. JGJ 107-2010鋼筋機械連接技術規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]中國建筑科學研究院.JG/T 163-2013鋼筋機械連接用套筒[S].北京：中國建筑工業(yè)出版，2013.

[3]中國機械科學研究院.GB/T 197-2003普通螺紋：公差[S].北京：中國標準出版社，2004.

[4]中國機械科學研究院.GB/T 192-2003普通螺紋：基本牙型[S].北京：中國標準出版社，2004.

[5]重慶市建設技術發(fā)展中心.DB50／5027-2004鋼筋剝肋滾軋直螺紋連接技術規(guī)程[S].重慶：重慶出版社，2004.

[6]福建省工程建設科學技術標準化協會.DBJ13-63-2005鋼筋滾軋直螺紋連接技術規(guī)程[S].福建省建設廳，2005.

[7]中國建筑科學研究院.JG/T 146-2002鋼筋直螺紋成型機[S].北京：中國建筑工業(yè)出版，2002.

[8]寧波九龍緊固件制造有限公司.GB/T 15756-2008普通螺紋：極限尺寸[S].北京：中國標準出版社，2009.

[9]成都量具刃具股份有限公司.GB/T 3934-2003普通螺紋量規(guī)：技術條件[S].北京：中國標準出版社，2003.

責任編輯:孫蘇,李紅

Technical Requirements for Mechanical Connection of Threads with Rebar

This paper systemizes the thread types and thread forms of thread rolling bar connection specified in the engineering industry standards,so as to clarify its combination of the thread tolerance zone and the inspection standard of the thread precision,to figure out the generation origin of thread rolling bar connection with torque and the forming condition of the torque used,and to unveil a seemingly correct application of thread rolling bar connection with a real case.

mechanical connection;thread forms;thread gauge;thread technology

TU512

A

1671-9107（2017）09-0037-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.09.037

2016-10-27

趙剛（1975-），男，重慶人，本科，高級工程師，主要從事建筑施工技術管理工作。