CN1035834C - 混凝土用圆钢筋的机械连接结构 - Google Patents

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Abstract

一种混凝土用圆钢筋的机械连接结构，该结构包括：两个圆钢筋，各圆钢筋的至少一端部上形成有螺纹，一个螺纹套筒，该套筒用于连接两个圆钢筋的端部，该端部具有一经冷锻处理的加强部分，在该加强部分上形成螺纹，且其直径d1大于圆钢筋的通常直径Φ，圆钢筋的螺纹底径d2大于或等于通常直径Φ，加强部分的直径增量在加工螺纹之前等于或小于通常直径的30%。本发明也包括形成该连接结构的方法，以及在连接结构形成之前，进行预拉伸。

Description

混凝土用圆钢筋的机械连接结构
本发明涉及一种用机械方式连接混凝土用圆钢筋的方法，也涉及用于所述方法的圆钢筋，以及涉及由此产生的圆钢筋的连接件。本发明特别适合在混凝土建筑构件或混凝土结构的施工中应用。
通常，这类圆钢筋是借助具有传递拉应力功能的连接件来连接的。此外，连接件必须易于在现场安装就位，并且造价低廉。建设者曾提出过各种以机械方式连接圆钢筋的技术方案，诸如搭接方式，或采用使需连接的圆钢筋的端部带有圆锥形螺纹或缩口的机械连接件。
这些技术方案在制造、应用或使用方面有大量的缺陷。
而且，这些技术可能会对机械强度有影响，这就迫使生产者加大在端部连接处的圆钢筋的尺寸。
此外，按照使用圆钢筋的这类机械连接件的控制规定，连接件必须能够承受极限破坏应力，而在某些国家，特别是在英联邦(盎格鲁-撒克逊Anglo-Saxon)国家，制定了极为严格的滑动控制标准。
例如，在英国，标准BS-8110：第一部分；1985-3.12.8.16.2规定，使用连接套筒装配的圆钢筋必须能够经受拉力试验，在该拉力试验中，圆钢筋要承受相当于60％弹性极限的应力，此后，永久性伸长不应超过0.1mm。这些标准在其他一些国家甚至更为严格。
这些试验若在现场实施是难以进行的，试验需要使用转矩扳手，因而增加了已制成的连接件的成本。
然而，如果不同的部件的机械加工未受到严格的控制，则在随后的试验中，这种机械连接件将不满足这些标准规定的要求。那么就需要全部重新开始，这就不可避免地影响到生产成本。另一方面，严格的制造需要高技能的劳动力，以致使得该解决方案不再是一种经济可行的方法了。
本发明的主要目的是提供一种有效的圆钢筋机械连接方法，一种能够应用这种方法的圆钢筋，以及一种由此产生的圆钢筋的机械连接件，这种机械连接件在使用中具有高度安全，易于应用和成本低廉的优越性，同时也弥补了已知方法的缺陷。
根据本发明，所实施的拉力试验已表明破损常常出现在坚固的圆钢筋段上而不会再象传统上出现的情况那样发生在机械连接的区域内。因此，本发明的机械连接结构不会产生薄弱区段。
另外，借助一带螺纹的连接套筒可以达到易于使用的目的，这种方法特别适合于使圆钢筋做定位调节，且可减少紧固设备的数量，这在现场使用中是非常有利的。
从经济角度上看，本发明的方法仅需少量的机械加工以及使用传统的非约束性的设备。
本发明的另一个目的是提出一种形成圆钢筋的机械连接结构的方法，一种能够应用这种方法的圆钢筋，和一种由此产生的圆钢筋的机械连接件，这种机械连接件能够满足于某些标准或规范所规定的极其严格的变形要求，这些变形要求是指可达到弹性极限的80％。
本发明的再一个目的是提出一种形成圆钢筋的机械连接结构的方法，该方法提供的机械连接结构中的带螺纹的圆钢筋是经过试验的，这在质量控制中是极为重要的，它提供了重要的结构保证。
本发明的其它目的及优点将在下面说明，但是仅是借助于实例来说明而并非限制本发明。
按照本发明，形成圆钢筋的机械连接结构的方法特别适合于在混凝土构件或结构的施工中应用，利用本方法能够连接圆钢筋，而这种圆钢筋的端部是通过加工有螺纹的连接套筒来进行螺纹接合，其特征是在要被连接的圆钢筋的端部加工出螺纹之前，该端部要经过冷锻处理。
按照本发明，应用这种方法的圆钢筋的特征是，它至少有一个带螺纹的经冷锻墩粗的端头。
按照本发明，应用这种方法形成的圆钢筋机械连接结构，其中两个圆钢筋通过一带螺纹的连接套筒基本同轴地连接起来，其特征是在要连接的圆钢筋端部螺纹部分的区域内加粗。
按照本发明，提供一种混凝土用圆钢筋的机械连接结构，其包括：至少两个圆钢筋，每个圆钢筋的至少一个端部上形成有螺纹部分；一个带螺纹的连接套筒；所述带螺纹的连接套筒用于将所述两个圆钢筋的所述端部连接起来，所述圆钢筋的所述端部具有一经过冷锻处理的加强部分；所述螺纹部分形成在所述加强部分上，其中，所述圆钢筋的加强部分的直径d1大于圆钢筋的通常直径φ，所述圆钢筋的螺纹底部的直径d2等于或大于通常直径φ，所述圆钢筋的加强部分的直径增量在加工螺纹之前等于或小于通常直径的30％。
按照本发明，也提供一种形成圆钢筋机械连接结构的方法，其包括这样的步骤，将二个圆钢筋的至少一个端部进行冷锻处理，以形成一加强部分；对圆钢筋的端部的加强部分进行螺纹加工；通过一个带螺纹的连接套筒将圆钢筋的螺纹部分连接起来，以形成圆钢筋的机械连接结构，其中，圆钢筋的加强部分的直径d1大于圆钢筋的通常直径φ，圆钢筋的螺纹底部的直径d2等于或大于通常直径φ，圆钢筋的加强部分的直径增量在加工螺纹之前等于或小于通常直径的30％；在连接结构形成之前，对圆钢筋的螺纹端部进行预拉伸。
为了更好地理解本发明现将参照附图进行如下说明，附图中：
图1概略地表示出按照本发明的一种应用方式的两个圆钢筋的连接结构；
图2表示出固定的圆钢筋的机械连接结构；
图3表示出圆钢筋在锚固处的机械连接结构的第三个实例；以及
图4概略地表示出本发明的对圆钢筋施加预应力的装置。
在本技术领域的作业中要使用完全穿过混凝土构件的受拉部件，这些受拉部件被张紧从而在混凝土中产生压应力。拉应力的调整以及受拉部件的位置的选择必须通过计算精心地来确定。
实践中，这些受拉部件是由端头对端头设置的圆钢筋的组件所形成的，用来将各圆钢筋构成一整体的连接件必须能够吸收拉应力，且还必须易于在现场装配，而同时也应节省制作费用。
目前，人们已提出了多种解决方案，诸如搭接或叠接。然而，这些方案在应用中需要高成本，并有许多缺陷。
按照本发明的机械连接结构是两个圆钢筋1和2基本上同轴且端部对端部的组件，如图1所示。一带螺纹的连接套筒3用来分别接纳圆钢筋1和2的带螺纹的端部4和5。
对于攻丝和套扣来说，可用两种方法，一个方案是，使用具有同样的右旋或左旋螺纹的圆钢筋的端头4和5，在这种情况下，则需要通过圆钢筋1或2的旋转来紧固；另一个方案是，是使用具有右旋和左旋螺纹的圆钢筋的端头4和5，且同样用于适当的经攻丝的套筒3，在此情况下，则要通过连接套筒3的旋转来达到紧固的目的。
然而，如果在圆钢筋1和2的端部形成一简单的螺纹，则拉力试验表明，圆钢筋的破裂总是出现在其中一个圆钢筋的螺纹区域。这是由于这个位置处圆钢筋的截面减小，所以强度减弱。
按照本发明的机械连接结构，圆钢筋的端部比中间部分加强。
因此，在拉力载荷的作用下，破裂产生于圆钢筋的中间部分而不出现在连接位置。圆钢筋的截面的选择应作为所需强度的函数来确定，在通常情况下，该所需强度是在圆钢筋的中间部分而不是连接点的薄弱部分处获得的。在相同的机械强度情况下，本发明的圆钢筋具有较小的横截面，具有经济效果。
根据本发明的主要特征，要连接的圆钢筋端部的加强是在加工螺纹之前进行冷锻加工而实现的。
本发明的作法与本领域中的实际习惯作法不同。通常的冷锻技术是使被加工部件的截面变化超过30％。例如，一个40mm的直径经通常的方法冷锻之后成为55mm直径。然而，这种材料的变形并未带来预期的效果，而是导致了机械强度的下降。这种机械强度的下降基本上是发生在直径变化的区域内。拉力试验表明破裂就发生在该区域内。
根据本发明，在冷锻加工中，端部被加强的范围超过了加工有螺纹的长度，其在直径上产生等于或少于30％的增量，特别是在10％至30％之间的增量。
这一数值使得既可由于截面的增加而增加了机械强度，又可使内应力少量增强，以致圆钢筋直径变化区段的强度不会减弱。
表1表明，在加工螺纹之前经冷锻获得的直径d1的数值作为所用圆钢筋通常直径φ的函数，所给出的良好的实际结果。
                       表1φ(mm)                   d1(mm)            d1-φ通常直径              冷锻后的直径           φ16                         24               20％20                         24               20％25                         30               20％
32               36               12％
40               45               12％
50               56               12％
56               64               14％
表中列出的数值表明：冷锻的直径增量的百分数，可以随着圆钢筋的直径增加而减少。在冷锻端部的螺纹底部的圆钢筋的横截面直径d2至少略大于所要连接的圆钢筋的通常直径φ。
按照本发明，冷锻加工最好在冷状态下进行。热锻由于无法控制冷却而具有减弱过渡区性能的缺点。通常，会产生使金属性能减弱的过度回火，而且，热处理必须在工地以外进行，因为这种处理需要用炉子，但这些在工地现场常常是不具备的。
已知混凝土用圆钢筋一般是用含高碳和锰的钢材制成的，因而，这些圆钢筋对热冲击是敏感的，所以冷锻加工较好。
在混凝土用圆钢筋的端部上制出的螺纹的长度应当基本上与所述圆钢筋的直径相对应，以便有安全系数，已知0.7倍于直径的螺纹长度是足以承受拉力的。而且，这个长度还可以大一些。
本发明的机械连接结构也可应用于固定圆钢筋的情况，这类固定圆钢筋是不能拉开的，如图2中所示，其中一个圆钢筋1的螺纹段长度是另一圆钢筋螺纹段长度的2倍。预先套在螺纹4上的套筒3通过旋转而移动，以套合于圆钢筋2的螺纹部分上。螺纹4和5具有相同的螺距。
本发明的机械连接结构，也可设置在圆钢筋1的固定端处，如图3所示。在这种情况下，圆钢筋的螺纹端部4应当预先进行冷锻处理，以便使其增强，且该螺纹端部是固接到一个与混凝土块7整体构成的固定座6之中。
此外，为了承受由某些安全标准所规定的拉力试验，由冷锻加强的端部4和/或5应进行预拉伸。
这种预拉伸可消除混凝土用圆钢筋的变形和伸长，特别是在进行安全性试验中它们端部的变形与伸长。
此外，由于这种预拉伸，就不需要在工地现场使用转矩扳手或加工高精度的螺纹。
按照本发明，为了实现混凝土用圆钢筋的机械连接结构，可采取以下步骤：
-在加工螺纹之前，对要连接的圆钢筋1，2的端部4，5进行冷锻加工。
-接下来，用通常方法对经冷锻的端部4，5进行螺纹加工。
-最后，在工地现场连接组装之前，对经冷锻加工的带有螺纹的端部4，5进行预拉伸。
图4表示一个可用于这种预拉伸处理的装置。
为了对圆钢筋1的经冷锻的带有螺纹的端部4进行预拉伸，例如，在该螺纹端部上设置一带螺纹的支承套筒11，该套筒插入到支承板7和千斤顶的端部8之间，装配好的圆钢筋在此之后是固定不动的，而所述的端部4则承受千斤顶9或类似设备的作用力。
在千斤顶9起动后，套筒11被支承板7阻挡，顶靠住支承板7，而千斤顶便直接作用在要进行预拉伸的端部上。此外，为了给经预拉伸的端部作标记，在千斤顶的端部8上可以配装一凸模冲头，以便在冷锻端上产生一无法消除的标记。
根据所要遵守的标准的规定，相当于混凝土用圆钢筋弹性极限70％至95％范围内的一个力的预拉伸是有效的。
因此，这种圆钢筋的加工过程能够获得具有经冷锻的、带螺纹的并经预拉伸的端部4或5的连接结构。
显然，还可以有其它的形式来实施本发明，对本领域的专业人员来说，在不超出本发明范围还可以做种种改进，这都可以认为并没有超出本发明的范围。

Claims (12)

1.一种混凝土用圆钢筋的机械连接结构，其包括：
至少两个圆钢筋，每个圆钢筋的至少一个端部上形成有螺纹部分；
一个带螺纹的连接套筒；
所述带螺纹的连接套筒用于将所述两个圆钢筋的所述端部连接起来，其特征在于：
所述圆钢筋的所述端部具有一经过冷锻处理的加强部分，其中所述螺纹部分形成在所述加强部分上，其中，所述圆钢筋的加强部分的直径d1大于圆钢筋的通常直径φ，所述圆钢筋的螺纹底部的直径d2等于或大于通常直径φ，所述圆钢筋的加强部分的直径增量在加工螺纹之前等于或小于通常直径的30％。
2.如权利要求1所述的机械连接结构，其特征在于，所述加强部分是经冷锻墩粗获得的加粗段。
3.如权利要求1所述的机械连接结构，其特征在于，所述圆钢筋的所述螺纹部分的长度与其直径之比大于0.7。
4.如权利要求1所述的机械连接结构，其特征在于，两个所述圆钢筋的至少一个所述端部形成具有同样的右旋或左旋的螺纹部分。
5.如权利要求1所述的机械连接结构，其特征在于，其中一个所述圆钢筋的至少一个所述端部具有右旋的螺纹部分，而另一个所述圆钢筋的至少一个所述端部具有左旋的螺纹部分。
6.一种如权利要求4或5所述的机械连接结构，其特征在于，其中一个所述圆钢筋的至少一个所述端部的螺纹部分的长度是另一个所述圆钢筋的至少一个所述端部的螺纹部分的长度的2倍。
7.一种混凝土用圆钢筋的机械连接结构，其包括，一个圆钢筋，其至少一个端部上形成有螺纹部分；一个固定座，用于连接所述圆钢筋的带螺纹部分的端部；其特征在于，
所述圆钢筋的所述端部具有一经过冷锻处理的加强部分，其中所述螺纹部分形成在所述加强部分上，其中，所述圆钢筋的加强部分的直径d1大于圆钢筋的通常直径φ，所述圆钢筋的螺纹底部的直径d2等于或大于通常直径φ，所述圆钢筋的加强部分的直径增量在加工螺纹之前等于或小于通常直径的30％。
8.如权利要求7所述的机械连接结构，其特征在于，所述加强部分是经冷锻墩粗获得的加粗段。
9.如权利要求7所述的机械连接结构，其特征在于，所述圆钢筋的所述螺纹部分的长度与其直径之比大于0.7。
10.如权利要求7所述的机械连接结构，其特征在于，所述固定座与周围混凝土构成一体，且其内部设有与所述圆钢筋的所述带螺纹部分的端部接合的螺纹部分。
11.一种形成圆钢筋机械连接结构的方法，其包括下列步骤：
将二个圆钢筋的至少一个端部进行冷锻处理，以形成一加强部分；
对所述圆钢筋的所述端部的所述加强部分进行螺纹加工；
通过一个带有螺纹的连接套筒将所述圆钢筋的所述螺纹部分连接起来，以形成所述圆钢筋的机械连接结构，其特征在于，
所述圆钢筋的加强部分的直径d1大于圆钢筋的通常直径φ，所述圆钢筋的螺纹底部的直径d2等于或大于通常直径φ，所述圆钢筋的加强部分的直径增量在加工螺纹之前等于或小于通常直径的30％。
在所述连接结构形成之前，对所述圆钢筋的所述螺纹端部进行预拉伸。
12.如权利要求11所述的机械连接结构的方法，其特征在于，将所述带有螺纹的连接套筒固定，在所述机械连接结构形成之前，预先与周围的混凝土形成一整体。
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