摘 要：當(dāng)今國(guó)內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的焊接與機(jī)械連接方式在受力性能、質(zhì)量穩(wěn)定及施工等多方面進(jìn)行了分析比較，并分析產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的原因，認(rèn)為鋼筋滾軋直螺紋連接在國(guó)內(nèi)外都有著廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，是未來(lái)鋼筋發(fā)展的趨勢(shì)，必將以其優(yōu)異的性能成為工程上主要的鋼筋連接方式。
關(guān)鍵詞：鋼筋；焊接接頭；機(jī)械連接；滾軋直螺紋連接
鋼筋在混凝土中主要是起到抗拉、抗扭的作用，鋼筋接頭連接作為鋼筋工程中的一個(gè)重要部分，是工程施工中效率最低，工廠化程度最少的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前，常用的鋼筋連接為焊接和機(jī)械連接，工程中部分鋼筋接頭見證取樣送檢不合格，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度，并為工程的質(zhì)量留下了安全隱患，鋼筋接頭連接的效率與質(zhì)量成為決定工程進(jìn)度與安全的一個(gè)關(guān)鍵性因素。因此，工程中對(duì)鋼筋連接工藝、連接類型的研究選擇顯得尤為重要。
1 鋼筋的主要連接類型
1.1 鋼筋的焊接連接
1.1.1 鋼筋電弧焊接頭
鋼筋電弧焊接頭可分為搭接焊、幫條焊、坡口焊、熔槽幫條焊、窄間隙焊等接頭形式。鋼筋電弧焊技術(shù)由于是在面罩下觀察和進(jìn)行操作的，工作條件較差，視野不清，焊接的質(zhì)量依托于施工人員的個(gè)人能力，要保證焊接質(zhì)量，必須有較為熟練的操作技術(shù)和高度集中的注意力，
1.1.2 鋼筋閃光對(duì)焊接頭
鋼筋閃光對(duì)焊技術(shù)是指在進(jìn)行鋼筋連接時(shí)，將被連接的兩段鋼筋的頂端對(duì)接，然后利用焊接機(jī)產(chǎn)生的電流發(fā)出的熱量把兩段鋼筋的接觸點(diǎn)部位熔化、形成強(qiáng)烈的閃光，然后及時(shí)利用頂鍛力將兩根鋼筋連接在一起。
1.1.3 電渣壓力焊接頭
電渣壓力焊屬于熔化壓力焊的范疇，適用于豎向鋼筋連接，但不適用于水平鋼筋、傾斜鋼筋以及可焊性差的鋼筋的連接，而且對(duì)于直徑28mm 以上鋼筋的焊接技術(shù)難度也比較大。同時(shí)，焊接對(duì)焊工技術(shù)水平、氣候、防火、供電條件等環(huán)境要求較高。
1.2 鋼筋的套筒機(jī)械連接
1.2.1 套筒擠壓連接接頭
套筒擠壓連接是把兩根待接鋼筋的端頭先插入一個(gè)優(yōu)質(zhì)鋼套筒，然后用擠壓機(jī)在側(cè)向加壓數(shù)道，套筒塑性變形后即與帶肋鋼筋緊密咬合達(dá)到連接的目的。
1.2.2 錐螺紋連接接頭
錐螺紋連接是將兩根鋼筋端頭對(duì)接在一起后用錐形螺紋套筒進(jìn)行連接，利用機(jī)械咬合力傳遞鋼筋的拉力和壓力。
1.2.3 滾軋直螺紋連接接頭
直螺紋連接是將鋼筋連接端頭采用專用滾軋?jiān)O(shè)備和工藝，通過(guò)滾絲輪直接將端頭滾軋成直螺紋，并用相應(yīng)的連接套筒對(duì)接鋼筋，達(dá)到傳遞鋼筋拉力和壓力的一種機(jī)械連接，是近年來(lái)開發(fā)的一種新的螺紋連接方式。
2 鋼筋焊接連接質(zhì)量通病及原因分析
在實(shí)際的施工焊接中，由于各方面的因素影響，鋼筋焊接存在各種宏觀及微觀缺陷，比如焊包不勻、內(nèi)裂縫、氣孔夾渣、組織偏析等，體現(xiàn)在拉伸試驗(yàn)中就表現(xiàn)為部分鋼筋焊接拉伸后斷裂在接頭部位，造成焊接接頭不合格率較高。目前工程施工中鋼筋連接常用的焊接方法主要是電渣壓力焊和閃光對(duì)焊。
影響鋼筋焊接的因素有很多。首先，金屬受熱后不可避免的要引起膨脹，在焊接加工過(guò)程中，正在膨脹的金屬擠壓著周圍的冷金屬，因而受熱的金屬可能產(chǎn)生塑性變形或翹曲。隨后的收縮必定使得殘余應(yīng)力增高或發(fā)生變形，或二者情況都有。其次，母材晶相組織和化學(xué)成分方面都有不均勻性存在，當(dāng)化學(xué)成分波動(dòng)足夠大時(shí)也會(huì)產(chǎn)生偏析。還有，焊接工藝對(duì)焊接性能的影響也不可忽視的。
從微觀組織上來(lái)看，鋼筋焊接接頭主要分為焊縫區(qū)、融合區(qū)和熱影響區(qū)。通常，焊接熱影響區(qū)由于晶粒長(zhǎng)大，硬度、強(qiáng)度成為焊接接頭的最低區(qū)域，但也略高于鋼筋基材。規(guī)范的焊接試件在拉伸試驗(yàn)中斷裂應(yīng)該發(fā)生在基材，而強(qiáng)度也為鋼筋基材的抗拉強(qiáng)度，但是由于焊接過(guò)程出現(xiàn)了各種焊接缺陷，使得鋼筋焊接試件達(dá)不到所要求的性能。
鋼筋焊接在施工中常見的缺陷及原因有：
第一，接頭處軸線偏移或彎折：鋼筋切割時(shí)鋼筋端部不直、斷面不齊變形，夾具本身扭曲變形、同心度沒(méi)調(diào)好，鋼筋安放不規(guī)范而造成上下鋼筋錯(cuò)位；焊接后接頭處熔融金屬?zèng)]有完全固化時(shí)過(guò)早拆卸夾具，此時(shí)接頭的強(qiáng)度和剛度不足以支撐上部鋼筋，上部鋼筋晃動(dòng)導(dǎo)致接頭處彎折。
第二，接頭有氣孔、夾渣：鋼筋銹蝕嚴(yán)重、焊劑受潮未烘培，焊接時(shí)自身產(chǎn)生氣體或外部氣體進(jìn)入熔池，在熔池凝固前沒(méi)有溢出熔池而殘留在焊縫中形成氣孔；而焊接過(guò)程中藥皮等雜質(zhì)殘留在熔池中，或擠壓過(guò)程鋼筋未形成凸面即頂壓使熔渣無(wú)法排出，熔池凝固后形成焊縫中的夾渣。閃光對(duì)焊時(shí)預(yù)熱不足、頂鍛速度及壓力小也易產(chǎn)生氣孔夾渣。
第三，接頭未熔合：焊接過(guò)程中擠壓速度過(guò)慢、電流小使得鋼筋端部熔化不良熔化量不足，接合面焊包中存在裂縫，不能很好的熔在一起。
第四，接頭焊包不勻，出現(xiàn)無(wú)包、過(guò)小、偏包或薄而大現(xiàn)象：鋼筋端面不平整，端面熔化量不足，接頭處不能完全結(jié)合，上下鋼筋擠壓時(shí)金屬液體向四周排擠不均勻；電弧電壓過(guò)高，產(chǎn)生偏弧現(xiàn)象，使鋼筋熔液一側(cè)偏少或偏多；焊接電流過(guò)小或擠壓時(shí)間短，鋼筋熔化不完全熔融量不足，使鋼筋不能完全結(jié)合，形成焊包不勻，無(wú)包、焊包過(guò)小、偏包現(xiàn)象。焊接電流過(guò)大或擠壓過(guò)程的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使鋼筋熔融的金屬液體過(guò)多，從而造成擠壓后焊包薄而大。
第五，焊包下淌：焊劑縫隙堵塞不嚴(yán)，焊接過(guò)程中焊劑泄漏，致使鋼筋熔液失去約束順觀察焊接不合格的斷裂截面，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)斷裂截面都能發(fā)現(xiàn)各種焊接的質(zhì)量缺陷，如氣孔、夾渣、未熔合等現(xiàn)象。綜合焊接接頭斷裂產(chǎn)生的主要原因，是由于焊接質(zhì)量缺陷使接頭的有效焊接面積減小，焊接連接強(qiáng)度降低。鋼筋焊接接頭受各種因素影響易形成各種焊接缺陷使得工程施工中焊接質(zhì)量不穩(wěn)定、不合格率較高。
3 鋼筋機(jī)械連接的性能特點(diǎn)
機(jī)械連接是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種較新的鋼筋連接技術(shù)，適用于混凝土結(jié)構(gòu)中對(duì)延性要求高和要求充分發(fā)揮鋼筋強(qiáng)度的重要部位，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于一些重點(diǎn)工程和大型工程中。鋼筋錐螺紋連接，其優(yōu)越性在于操作簡(jiǎn)單、快速，安裝前可先批量進(jìn)行鋼筋連接端頭的滾絲處理，連接絲頭提前工廠化預(yù)加工，現(xiàn)場(chǎng)連接占用工期短，但由于錐螺紋安裝要求的精度很高，連接接頭質(zhì)量不夠穩(wěn)定，鋼筋滾軋直螺紋連接和剝肋滾軋直螺紋連接都屬于直螺紋連接，其接頭性能可靠且操作方便，不受氣候影響，容易保證接頭質(zhì)量，成本相對(duì)較低，是當(dāng)前施工大力推廣應(yīng)用的鋼筋連接方式。
3.1 筋滾軋直螺紋機(jī)械連接作用機(jī)理
滾軋直螺紋接頭的強(qiáng)度主要是由螺柱、螺紋牙和套筒的強(qiáng)度決定的，要保證鋼筋機(jī)械連接的等強(qiáng)、安全有效要根據(jù)等強(qiáng)理論確定機(jī)械連接的螺紋牙距，再根據(jù)牙距及鋼筋直徑確定連接套筒的直徑和長(zhǎng)度。滾軋直螺紋接頭在加工過(guò)程中形成塑變強(qiáng)化，從宏觀方面說(shuō)，通過(guò)滾壓在金屬表面產(chǎn)生一個(gè)彈塑性變形層和加工硬化，而從微觀組織角度來(lái)看，滾壓造成的殘余壓應(yīng)力引起變形層內(nèi)位錯(cuò)的增殖、運(yùn)動(dòng)以及位錯(cuò)之間的交互作用，從而形成很大的微觀內(nèi)應(yīng)力，使得螺紋強(qiáng)度大幅提高。
3.2 鋼筋滾軋直螺紋機(jī)械連接的優(yōu)點(diǎn)
與其他連接方式相比，鋼筋滾軋直螺紋連接技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，施工速度快，工效明顯提高；強(qiáng)度高，質(zhì)量穩(wěn)定可靠；節(jié)材、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)，比傳統(tǒng)焊接節(jié)省連接用鋼材60%左右；適用范圍廣，適用于各種方位及同、異徑鋼筋的連接；不受鋼筋的化學(xué)成分、人為因素、氣候、電力等諸多因素的影響；無(wú)污染，符合環(huán)保要求、無(wú)明火操作施工安全可靠。
要保證工程質(zhì)量必須加強(qiáng)對(duì)機(jī)械連接套筒的質(zhì)量檢查，質(zhì)量不合格的套筒會(huì)直接導(dǎo)致鋼筋拉伸性能達(dá)不到要求，大量使用不合格套筒會(huì)對(duì)工程質(zhì)量造成不可忽視的質(zhì)量缺陷。
4 結(jié)語(yǔ)
鋼筋的連接方式成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵因素，并直接影響到工程質(zhì)量、施工速度、經(jīng)濟(jì)效益和施工安全性，使用機(jī)械直螺連接接頭目前已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。鋼筋滾軋直螺紋接連技術(shù)在鋼筋連接中的使用，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工中人為因素對(duì)鋼筋連接質(zhì)量的影響，將質(zhì)量中不易控制的人為因素降到最低，有效的提高了鋼筋連接的質(zhì)量，并且極大地提高了施工工藝水平，必將以其優(yōu)異的性能成為工程上主要的鋼筋連接方式。
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