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钢筋连接

/rebar connection/
条目作者刘匀韩兵康
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刘匀

韩兵康

韩兵康

最后更新 2024-12-03
浏览 194
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将工程用钢筋连接在一起以获得工程所需的钢筋功能的施工方法。

英文名称
rebar connection
所属学科
土木工程

钢筋连接有3种常用的连接方法:绑扎连接、焊接连接和机械连接(挤压连接和螺纹套管连接)。

为钢筋连接的主要方法(图1)。钢筋绑扎时,钢筋交叉点用铁丝扎牢;板和墙的钢筋网,除外围两行钢筋的相交点全部扎牢外,中间部分交叉点可相隔交错扎牢,保证受力钢筋位置不产生偏移;梁和柱的箍筋应与受力钢筋垂直设置,弯钩叠合处应沿受力钢筋方向错开设置。受拉钢筋和受压钢筋接头的搭接长度及接头位置符合施工及验收规范的规定。

图1 钢筋绑扎连接图1 钢筋绑扎连接

分为压焊和熔焊两种形式。压焊包括闪光对焊、电阻点焊和气压焊;熔焊包括电弧焊和电渣压力焊。此外,钢筋与预埋件T形接头的焊接应采用埋弧压力焊,也可用电弧焊或穿孔塞焊,但焊接电流不宜过大,以防烧伤钢筋。

闪光对焊广泛用于钢筋连接及预应力钢筋与螺丝端杆的连接。热轧钢筋的焊接宜优先用闪光对焊。钢筋闪光对焊(图2)是利用对焊机使两段钢筋接触,通过低电压的强电流,待钢筋被加热到一定温度变软后,进行轴向加压顶锻,形成对焊接头。钢筋闪光对焊工艺常用的有连续闪光焊、预热闪光焊和闪光-预热-闪光焊。对HRB500级钢筋有时在焊接后还进行通电热处理。连续闪光焊的工艺过程是,待钢筋夹紧在电极钳口上后,闭合电源,使两钢筋端面轻微接触;由于钢筋端部不平,开始只有一点或数点接触,接触面小而电流密度和接触电阻很大,接触点很快熔化并产生金属蒸气飞溅,形成闪光现象;闪光一开始就徐徐移动钢筋,使形成连续闪光过程,同时接头也被加热;待接头烧平、闪去杂质和氧化膜、白热熔化时,随即施加轴向压力迅速进行顶锻,使两根钢筋焊牢。连续闪光焊适宜于焊接直径25毫米以下的HPB300级、HRB335级、HRB400级钢筋,焊接直径较小的钢筋最适宜。连续闪光焊的工艺参数有调伸长度、烧化留量、顶锻留量及变压器级数等。

图2 钢筋闪光对焊图2 钢筋闪光对焊

钢筋直径较大,端面比较平整时宜用预热闪光焊。预热闪光焊与连续闪光焊不同之处是前面增加一个预热时间,先使大直径钢筋预热后再连续闪光烧化进行加压顶锻。端面不平整的大直径钢筋连接采用半自动或自动对焊机。焊接大直径钢筋宜采用闪光-预热-闪光焊。这种焊接的工艺过程是进行连续闪光,使钢筋端部烧化平整;再使接头处做周期性闭合和断开,形成断续闪光使钢筋加热;接着连续闪光,最后进行加压顶锻。闪光-预热-闪光焊的工艺参数有调伸长度、一次烧化留量、预热留量和预热时间、二次烧化留量、顶锻留量及变压器级数等。

电阻点焊主要用于小直径钢筋的交叉连接,如用来焊接钢筋网片、钢筋骨架等。其生产效率高,节约材料,应用广泛。电阻点焊的工作原理是:当钢筋交叉点焊时,接触点只有一点,且接触电阻较大,在接触的瞬间,电流产生的全部热量都集中在一点上,因而使金属受热而熔化,同时在电极加压下使焊点金属得到焊合(图3)。常用的点焊机有单点点焊机、多头点焊机(一次可焊数点,用于焊接宽大的钢筋网)、悬挂式点焊机(可焊钢筋骨架或钢筋网)、手提式点焊机(用于施工现场)。电阻点焊的主要工艺参数为:变压器级数、通电时间和电极压力。在焊接过程中应保持一定的预压和锻压时间。通电时间根据钢筋直径和变压器级数而定。电极压力则根据钢筋级别和直径选择。电阻点焊不同直径钢筋时,如较小钢筋的直径小于10毫米,大小钢筋直径之比不宜大于3;如较小钢筋的直径为12毫米或14毫米时,大小钢筋直径之比则不宜大于2。应根据较小直径的钢筋选择焊接工艺参数。应对焊点进行外观检查和强度试验。热轧钢筋的焊点应进行抗剪试验。冷加工钢筋的焊点除进行抗剪试验外,还应进行拉伸试验。

图3 点焊机工作原理图3 点焊机工作原理

气压焊接钢筋是利用乙炔-氧混合气体燃烧的高温火焰对已有初始压力的两根钢筋端面接合处加热,使钢筋端部产生塑性变形,并促使钢筋端面的金属原子互相扩散,当钢筋加热到约1250~1350℃(相当于钢材熔点的0.8~0.9倍)时进行加压顶锻,使钢筋焊接在一起。钢筋气压焊接属于热压焊。在焊接加热过程中,加热温度只为钢材熔点的0.8~0.9倍,且加热时间较短,所以不会出现钢筋材质劣化倾向。另外,它具有设备轻巧、使用灵活、效率高、节省电能、焊接成本低等优点,可进行全方位(竖向、水平和斜向)焊接,所以在中国逐步得到推广。气压焊接设备(图4)主要包括加热系统与加压系统两部分。加热系统中加热能源是氧和乙炔。用流量计来控制氧和乙炔的输入量,焊接不同直径的钢筋要求不同的流量。加热器用来将氧和乙炔混合后,从喷火嘴喷出火焰加热钢筋,要求火焰能均匀加热钢筋,有足够的温度和功率并安全可靠。加压系统中的压力源为电动油泵,可使加压顶锻的压力平稳。压接器是气压焊的主要设备之一,能准确、方便地将两根钢筋固定在同一轴线上,并将油泵产生的压力均匀地传递给钢筋达到焊接目的。气压焊接的钢筋要用砂轮切割机断料,要求端面与钢筋轴线垂直。焊接前应打磨钢筋端面,清除氧化层和污物,使之出现金属光泽,随即喷涂一薄层焊接活化剂保护端面不再氧化。

图4 气压焊接设备示意图图4 气压焊接设备示意图

电弧焊是利用弧焊机使焊条与焊件之间形成电弧、产生高温,使焊条和电弧燃烧范围内的焊件熔化,待其凝固便形成焊缝或接头。电弧焊广泛用于钢筋接头、钢筋骨架焊接、装配式结构接头的焊接、钢筋与钢板的焊接及各种钢结构焊接。钢筋电弧焊的接头形式有:搭接接头(单面焊缝或双面焊缝)、帮条接头(单面焊缝或双面焊缝)、剖口接头(平焊或立焊)和熔槽帮条接头(图5)。

图5 钢筋电弧焊的接头形式图5 钢筋电弧焊的接头形式

电渣压力焊在施工中多用于现浇钢筋混凝土结构构件内竖向或斜向(倾斜度在4∶1的范围内)钢筋的焊接接长。电渣压力焊有自动和手工两类。与电弧焊比,其工效高、成本低,可进行竖向连接,故在工程中应用较普遍。进行电渣压力焊宜用合适焊接变压器。夹具(图6)须灵巧,上下钳口同心,保证上下钢筋的轴线最大偏移不得大于0.1dd为钢筋直径),同时也不得大于2毫米。焊接时,先将钢筋端部约120毫米范围内的铁锈除尽,将夹具夹牢在下部钢筋上,并将上部钢筋扶直夹牢于活动电极中(自动电渣压力焊时还在上下钢筋间放置引弧用的钢丝圈等);再装上焊剂盒,装满焊剂,接通电路,用手柄使电弧引燃(引弧);然后稳定一定时间,使之形成渣池并使钢筋熔化(稳弧),随着钢筋的熔化,用手柄使上部钢筋缓缓下送;当稳弧达到规定时间后,在断电同时用手柄进行加压顶锻,排除夹渣和气泡,形成接头。待冷却一定时间后,拆除焊剂盒、回收焊剂、拆除夹具和清除焊渣。引弧、稳弧、顶锻3个过程连续进行。电渣压力焊的工艺参数为焊接电流、渣池电压和通电时间,根据钢筋直径选择,钢筋直径不同时,根据较小直径的钢筋选择参数。电渣压力焊的接头,亦应按规定检查外观质量和进行试件拉伸试验。

图6 电渣压力焊构造原理图图6 电渣压力焊构造原理图

包括挤压连接和螺纹套管连接,是大直径钢筋现场连接的主要方法。钢筋挤压连接亦称钢筋套筒冷压连接,适用于竖向、横向及其他方向的较大直径变形钢筋的连接。与焊接连接相比,它具有节省电能、不受钢筋可焊性好坏影响、不受气候影响、无明火、施工简便和接头可靠度高等特点。连接时需将带肋钢筋插入特制钢套筒内,利用液压驱动的挤压机进行径向或轴向挤压,使钢套筒产生塑性变形,紧紧咬住带肋钢筋实现连接(图7)。钢筋挤压连接的工艺参数主要是压接顺序、压接力和压接道数。压接顺序应从中间逐道向两端压接。压接力要能保证套筒与钢筋紧密咬合,压接力和压接道数取决于钢筋直径、套筒型号和挤压机型号。

图7 钢筋径向挤压连接图7 钢筋径向挤压连接

螺纹套管连接分为锥螺纹连接与直螺纹连接两种。用于这种连接的钢套管内壁,须用专用机床加工出锥螺纹或直螺纹,钢筋的对接端头亦在套丝机上加工出与套管匹配的螺纹。连接时,经过螺纹检查无油污和损伤后,先用手旋入钢筋,然后用扭矩扳手紧固至规定的扭矩即完成连接(图8)。此种连接施工速度快,不受气候影响,质量稳定,易对中,已在中国广泛应用。由于钢筋的端头在套丝机上加工出螺纹,截面有所削弱,为达到连接接头与钢筋等强度,可采用两种方法,一种是将钢筋端头先镦粗后再套丝,使连接接头处截面不削弱;另一种是采用冷轧的方法轧制螺纹,接头处经冷轧后强度有所提高,亦可达到等强度的目的。

图8 钢筋螺纹套管连接图8 钢筋螺纹套管连接

  • 徐伟.土木工程施工基本原理.上海:同济大学出版社,2012.
  • 应惠清.土木工程施工.北京:高等教育出版社,2013.

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