CN110552466A - 钢筋连接组件、连接节点及在装配式建筑中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢筋连接组件、连接节点及在装配式建筑中的应用，用于解决现有的装配式建筑中的钢筋连接组件成本高、使用不便的问题。两根钢筋之间端部间距存在偏差，以及用于钢筋连接的钢筋连接组件，钢筋连接组件包括连接接头和约束套筒，连接接头，数量为两个，分别用于和两根待连接钢筋进行连接，连接接头内具有为钢筋提供穿插的避让空间；两连接接头通过咬合面进行咬合配合，且咬合配合所形成的面与钢筋轴线共面；约束件，用于套置在两咬合配合的连接接头外侧，并对内部的咬合配合反向的约束。连接接头具有通用性能，能够满足不同间距的钢筋的连接需求，可以根据钢筋端部的间距进行适应性调节，具有互换性，可以降低施工成本。

Description

钢筋连接组件、连接节点及在装配式建筑中的应用

技术领域

该发明涉及钢筋连接技术领域，尤其是土木施工中的两根钢筋具有一定间距、且间距不唯一情况下的钢筋的连接技术领域。

背景技术

在土木工程技术中，尤其是装配式建筑节点连接技术中，关于外露钢筋的连接技术，关系到建筑主体的质量和寿命。

关于钢筋连接技术，目前主流存在四种方式，下面分别分析其优缺点和适应性。

绑扎搭接，该技术一般用在湿式作业的现浇钢筋混凝土工程中，具有技术简单，技术要求低，被广泛的应用。缺点是需要现场进行捆扎，不适用于装配式建筑的预制柱、预制梁、预制墙板的安装连接。

焊接，该技术由于需要焊机，目前主要应用于工厂化的预制构件制作中，例如，工业化的钢筋笼的焊接工艺。由于焊接不方便进行高空作业，所以，目前钢筋的焊接在装配建筑施工中基本没有应用。

灌浆套筒，主要针对的是装配式建筑的节点安装，根据套筒的样式不同，又可以分为全灌浆套筒和半灌浆套筒。套筒技术的应用，满足了装配式建筑中外露钢筋连接部长度不一致的问题，所以被大量的应用。但是，其缺点是，灌浆施工相对复杂，对灌浆设备和人员要求较高，且目前缺少有效的灌浆连接强度检测手段，造成可靠性无法保证。

机械连接，作为一种和灌浆套筒技术相伴而生的连接技术，纯机械的连接，没有湿式作业是其优势。但是目前应用并不广泛，下面分析机械连接相对于灌浆套筒连接技术的优缺点：

1、连接接头长度确定，适应性差，在装配式建筑中，预制柱、预制梁或者预制墙板在安装过程中，由于制造和装配的误差，外漏钢筋的长度、以及两个对接的钢筋的间距是不确定的，存在误差，目前的机械连接接头通常是针对特定长度、特定间距的钢筋进行连接的，所以，一套不可调的机械连接接头很难满足所有施工节点处的钢筋的连接。

2、需要精准对中，施工方便性差。相对于灌浆套筒与钢筋之间的对中和插接，机械连接由于需要精密的配合，使得钢筋与连接接头之间的对中、配合要求极高，现场吊装作业中，这种高精度的对中作业，降低了施工的便利性，使得施工效率低。

3、成本高，目前的机械连接接头中，通常都是由多个零部件进行组成的，且零部件中多是非标准件、多种规格套丝的结构，使得其成本高昂，目前机械连接的成本主要体现在制造成本上，即，机械加工成本。

4、连接强度不达标，例如，有的技术使用顶紧螺丝对钢筋进行连接，连接较低，且连接强度不易检测，容易局部损坏造成连接失效。

目前的机械连接接头或多或少的存在这样或者那样的缺陷，以下通过举例说明以上缺陷的存在形式：

CN 103189585 B公开了一种钢筋连接器，该连接器

包括内螺纹和卡簧等共计九个零部件才能完成组装，无论是相对于灌浆套筒还是相对于传统的机械连接，具有明显的成本劣势，根据申请人估算，该成本应当是灌浆连接成本的两倍以上。

CN 207092387 U公开了一种用于钢筋连接的顶丝套筒，筒体的筒壁上沿着筒体的轴向均匀开设有多个螺孔，并且每个螺孔中各设有一个顶丝；通过顶丝矩阵对钢筋进行顶紧。该技术结构简单，安装快速也很快，但是连接强度不达标。这项技术中，最致命的缺陷是顶丝对于钢筋的锁紧程度有限，在拉应力的作用下，顶丝与钢筋的点接触会发生破坏，造成连接失效。

CN 109898751 A中公布了一种房屋建筑钢筋连接装置，包括下连接钢筋和上连接钢筋，因为安装有上插柱固定套装置、下插柱固定套装置和凹槽连接套装置，使用插柱(金属销)进行连接，则钢筋上的拉应力全部作用于插柱，插柱的直径较小，插柱容易被剪切，造成连接失效。

CN 109025073 A中公开了预制构件用花篮式钢筋连接器，用于两块预制构件互相对应的两根钢筋之间的连接，包括对接套筒、两个六角锚固螺帽、两个球形垫片；对接套筒呈管状结构，管状结构的两端分别设有与每一钢筋均呈过盈配合的连接孔，管状结构的内腔与每一六角锚固螺帽外形相配，且内腔的尺寸大于连接孔，在内腔与连接孔之间的接合处形成接合面，接合面呈内凹的半球形面，对接套筒中部侧壁沿径向设有穿透侧壁的安装长孔；两根钢筋连接端的端部均带有外螺纹，两根钢筋的位于对接套筒内的外螺纹依次分别设有球形垫片和六角锚固螺帽，将两根钢筋拉紧。本技术缺陷是对接套筒为管状结构，且螺帽位于内部，安装长孔的操作空间有效，不能方面的对螺帽进行紧固，同时，该技术中，钢筋端部需要准确的插到管状结构的套筒内，在高空吊装作业中很费时费力。同时该技术零部件大于8个，制造成本高于灌浆套筒技术。

CN 109898749 A中公开了一种钢筋连接装置，其中，空腔套筒部的侧面设置装配开口，装配开口与空腔套筒部内部

连通形成用以完成固定件和第二钢筋装配过程的操作空间。该技术中，空间有限，且需要在狭小的空间内完成紧固作业，施工不方便。

机械连接的优点也很明显，相对灌浆套筒，机械连接属于干式施工，质量可控性好，连接稳定性接近100％，缺陷容易被肉眼发现，便于施工过程的监理和监控。不需要灌浆料的硬化，可以大幅度的缩短施工周期，提高施工效率。

因此，只要解决机械连接接头中的制造成本高、零部件结构复杂、对中方便性的问题，就可以实现机械连接对于灌浆套筒连接的技术迭代。

发明内容

为了解决上述的描述的现有技术的不足，本发明提供一种钢筋连接组件、连接节点及在装配式建筑中的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

钢筋连接组件，其特征在于，包括连接接头和约束套筒，

连接接头，数量为两个，分别用于和两根待连接钢筋进行连接，连接接头内具有为钢筋提供穿插的避让空间；两所述连接接头通过咬合面进行咬合配合，且咬合配合所形成的面与钢筋轴线共面；

约束件，用于套置在两咬合配合的连接接头外侧，并对内部的咬合配合反向的约束。

所述连接接头具有连接部和咬合部，所述连接部与钢筋可转动角度的活动连接，所述咬合部为半圆柱体，在咬合部具有咬合面，所述咬合面设有凸起和凹槽。

所述咬合面与钢筋轴线共面。

所述连接接头为铸铁件，其中，在咬合部的内具有为钢筋提供穿插的避让空间，且两个咬合面位于该避让空间的两侧。

所述凸起和凹槽为三角形或者梯形。

所述连接部、咬合部之间是逐渐过渡的，且咬合部的直径大于连接部的直径，整体具有基本等同的抗拉强度。

所述连接接头和钢筋之间为螺纹连接或墩粗活动连接中的一种。

述约束套筒具有基本光滑的内外表面。

一种钢筋连接节点，包括两根待连接的钢筋，两根钢筋之间端部间距存在偏差，以及用于钢筋连接的钢筋连接组件，其特征在于，所述钢筋连接组件包括连接接头和约束套筒，

连接接头，数量为两个，分别用于和两根待连接钢筋进行连接，连接接头内具有为钢筋提供穿插的避让空间；两所述连接接头通过咬合面进行咬合配合，且咬合配合所形成的面与钢筋轴线共面；

约束件，用于套置在两咬合配合的连接接头外侧，并对内部的咬合配合反向的约束。

钢筋连接组件在装配式建筑中的应用，其特征在于，在预制构件的装配式建筑中，该钢筋连接组件应用于预制梁与预制梁之间的外露钢筋的连接、预制柱与预制柱之间的外露钢筋的连接或/和预制梁与预制墙体之间的外露钢筋的连接，且该连接在二次灌浆浇筑之前完成。

本发明的有益效果是：

1、标准化的零部件，只有两种规格的零部件，施工方便，施工效率高。

2、只有两种规格的零部件，便于进行标准化生产和制作，降低生产成本。同时，连接接头具有通用性能，能够满足不同间距的钢筋的连接需求，可以根据钢筋端部的间距进行适应性调节，具有互换性，可以降低施工成本。

3、干法施工作业，作业过程中，只需要将两个连接接头靠近合拢，并用约束套筒进行收紧约束即可，将钢筋之间的拉应力转换为对于约束套筒的径向的约束力，受力性能高，操作过程非常简单，且无需培训即可进行操作，简单易行。

4、零部件均为钢制构件或者铁质构件，满足连接强度的同时，降低成本。

5、相对于灌浆套筒连接具有成本优势以及连接可靠性优势、以及时效优势。

附图说明

图1为实施例一的立体图(状态一)。

图2为实施例一的立体图(状态二)。

图3为上部钢筋与连接接头的连接示意图。

图4为下部钢筋与连接接头的连接示意图

图5为钢筋与连接接头的连接剖视图。

图6为钢筋的立体图。

图7为连接接头的立体图一。

图8为连接接头的剖视图。

图9为连接接头的立体图二。

图10为约束套筒的立体图。

图11为实施例一的施工节点图。

图12为实施例二的钢筋与连接接头的连接图。

图13为实施例四的连接接头示意图。

图14为实施例五的节点安装图。

图15为实施例六中的连接示意图。

图16为约束套筒的立体图。

图17为连接接头的立体图。

图18为实施例七的连接示意图。

图19为实施例八的连接接头的俯视图。

图20为实施例一中的连接接头的俯视图。

图中：10连接接头，11螺纹孔，12咬合面，13通槽，14螺纹连接。

20约束套筒，21顶紧螺钉及丝孔。

30钢筋，31螺纹连接部，32墩粗处理，33楔形配合。

40夹板，41螺栓组件。

00预制柱，00’预制柱。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式、施工过程等，结合说明书附图，对本发明创造进行详细的说明。

本实施例中，以两个外露的钢筋端部为例进行示例，但是该示例是局部形的，通常的，钢筋外露部分属于预制构件的一部分，钢筋的绝大部分位于预制构件的内部，本实施例为了简化，在制图过程中对预制构件进行了省了处理。

两个预制构件之间的安装节点位置，待连接的两根钢筋之间的连接偏差通常表现在两个方面，其一，待连接钢筋端部之间的间距通常是不等的、有偏差的，该偏差通常控制在±1厘米以内，偏差不会太大，但也不可避免。其二，带连接钢筋端部之间存在偏心，通常偏心距控制在±2毫米以内。以上两个偏差的存在，是装配式连接技术中的工程实际，目前，上述的两个偏差在实际工程中是无法完全克服的。

现有的机械连接接头及连接技术不能很好的满足上述的要求。

本实施例中，除了待连接钢筋，还存在两种样式零部件，共三个零部件，其一，连接接头10，该连接接头数量为两个，基本相同，两个对应的连接接头分别与两根钢筋进行连接。其二，约束套筒20，用于连接过程中对两个连接接头提供约束力，下面结合一种具体的结构进行详细的说明。

参考图1至图11，图1和图2中给出该连接节点的结构实体图。

图6中给出了钢筋的处理方式，本实施例中，钢筋30的连接端端部进行套丝处理，形成螺纹连接部31，该螺纹连接部用于和连接接头10进行螺纹连接。该螺纹的机械加工和与连接接头的安装是在工厂中完成的，借助套丝机和机械手进行装配。

图7至图9，示意了一种连接接头10的样式，具体的来说，该连接接头优选的为铸铁件，属于一种轴类零件，该在铸铁毛坯上加工螺纹孔11、齿状咬合面12，形成图7所示的样式。本连接接头整体一体铸造成型，按照造型和结构细分，本连接接头10由连接部、咬合部组成，其中连接部为圆锥台状或者圆台状，在连接部设置有螺纹孔11，该螺纹孔用于和钢筋进行螺纹连接。咬合部为半圆柱体，其中，在咬合部的内芯处为与螺纹孔同轴的通槽13，该通槽的半径略大于螺纹孔的内径，通槽用于给钢筋提供活动和穿插的避让空间，该避让空间是轴向存在的。在咬合部具有两个咬合面12，咬合面12为两个，分居在通槽的两侧，且两个咬合面上具有连续存在的三角齿和三角齿槽，三角齿和三角齿槽互为邻居，形成表面的凹凸结构，参考图7和图8，本实施例中，三角齿和三角齿槽优选常见的形状，除此之外，机械领域中的断面为梯形齿也在本实施方式之内。本实施例中，图示中给出的示例，三角齿垂直且通过该咬合部通槽13的槽心轴线位置，即，位于垂直于轴线的径向，这种结构的设置，使得上下待连接钢筋上的连接接头具有同等的结构，实现零件的互换，简化零件设计，降低制造成本，提高使用便利性。

本实施例中，两个咬合面所在的平面穿过轴线，且与钢筋的中心共线，受力最优。

本实施例中，连接部、咬合部之间是逐渐过渡的，且咬合部的直径大于连接部的直径，使得整体上具有基本等同的抗拉强度。

两个连接接头10在上、下待连接钢筋上的安装关系参考图3和图4，连接后，连接接头与钢筋之间为螺纹连接,14，具备一定角度内的调整和转动能力，待用。事实上，下部的待连接钢筋及连接接头位于一个预制柱00上，通常位于该预制柱的顶部。上部的待连接钢筋及连接接头位于另外一个预制柱00’上，通常位于该预制柱的下部，两个待连接钢筋的连接，本质上也是两个预制柱的连接。

实际工程中，以预制柱的连接为例，两根预制柱之间至少存在四对待连接钢筋，参考图11。以四对连接钢筋为例，四对钢筋的对接居中度和对接间距并非是完全相同的，本发明中的成对使用的连接接头之间，由于存在密集的凹凸结构的咬合结构，通过调节咬合的不同位置，可以满足多级的自适应配合咬合，例如本实施例中，三角形齿之间的齿距为1毫米，那么，就可以对两个成对使用的连接接头在轴向上以每次1毫米的幅度进行轴向位置自适应调节，来适应对接间距不一致的问题。

约束套筒20，参考图10，该实施例中为圆筒状，也可以称之为钢套筒，起到对内部的、处于咬合状态的连接接头进行约束的功能。具体的，该约束套筒使用不锈钢管或者普通碳素钢管进行截断制得，且该钢套筒内部和外部没有特殊的螺纹设计，也没有特殊的光滑度要求。只要钢套筒的内径与两个咬合完全的连接接头的外径进行过紧或者过度配合即可，也就是说，该钢套筒套置在两个连接接头外侧，形成对两个连接接头的周向约束。

进一步地工艺，可以在约束套筒上设置顶紧螺钉及丝孔21，通过定紧螺丝完成约束套筒与连接接头的预固定，避免约束套筒的变位。

受力分析：本发明的钢筋连接节点中，两根被连接的钢筋之间存在拉应力或者压应力，无论是哪种应力，统称为外力，外力作用下，两个连接接头之间存在压力或者拉力，由于两个连接接头之间是通过齿状结构进行的咬合，在外力作用下，根据楔形面配合力学分解原理，两个连接接头具有向外分开的趋势，也就是说，两个连接接头想向外侧分离，此时收到约束套筒的约束，两个连接接头不可能实现分离，所以在两根钢筋之间的拉力或者压力则最终转为约束套筒的受胀。约束套筒本身为圆筒零件，其受胀是四周均匀存在的，很好的分解了拉应力或者压应力。本发明中，将拉应力或者压力转换为约束套筒的胀力，约束套筒基本不存在被胀破的可能，尤其是当约束套筒本身又被二次混凝土包覆，包裹，更进一步的增加了本组件的安全性，所以本发明安全系数更高。

该机械连接组件在装配式建筑中的施工方式之一：

以预制柱与预制柱的连接为例进行说明：在上下预制柱上的外露钢筋端已经安装了连接接头，且该过程是在工厂内完成的，现场施工时，仅仅需要上下方位的两个连接接头进行基本的对中，然后使用约束套筒对对接中的连接接头进行套置约束即可，最后进行二次混凝土的浇筑，混凝土凝固后，完成此处的节点连接，参考图11。

以预制梁与预制梁的连接为例进行说明：现场施工时，仅仅需要左右方位的两个连接接头进行基本的对中，然后使用约束套筒对对接中的连接接头进行套置约束即可，关于约束套筒的轴向位置移动，可以使用五金工具进行，最后进行二次混凝土的浇筑，混凝土凝固后，完成此处的节点连接。

为了提高约束套筒的稳定性，在约束套筒的外表面设置肋板，肋板既可以起到提高约束套筒强度的目的，也可以提高与二次混凝土的结合强度。

实施例二

参考图12，在实施例一中，钢筋与连接接头之间是通过螺纹连接的。本实施例中，钢筋和连接接头之间采用可转动的楔形连接，具体的，将连接接头10中上的螺纹孔部位改为圆锥孔，具体的，该圆锥孔自钢筋近端向远端逐渐扩大。该钢筋30的端部进行墩粗处理32。该钢筋端部和连接接头之间的活动配合在工厂内完成，具体的，将连接接头上的圆锥孔穿过并套置在钢筋上，然后使用专用工装，对钢筋端部高频电加热，并进行墩粗，局部墩粗后可以与圆锥孔进行楔形配合33，完成两者的连接。

本实施例中，另一钢筋与另一个连接接头也可以采用这种方式连接，也可以采用实施例一中的螺纹连接。

在某些场合下，也可以选择其中的一根钢筋与一个连接接头之间进行摩擦焊连接，形成的为固定连接，但是，另一根钢筋与连接结构必须为可调节角度的活动连接，本处不再进行附图说明。

实施例三

与本发明连接的两根钢筋中，必须有一根钢筋与连接接头之间是可调角度的活动连接，另一根钢筋与连接接头之间可以是可调角度的活动连接，也可以是固定的连接，例如焊接固定。

实施例四

本实施例对咬合结构的齿形进行了改进，参考图13，通槽两侧的咬合部上的齿形，倾斜设置，组成八字形的布置方式，这种结构有利于受力居中，例如在拉应力作用下，具有一定的自动居中的效果。

实施例五

本实施例中，将约束套筒的长度加长，使得约束套筒的长度大于两个连接接头咬合部的重叠长度，并在约束套筒上设置有注浆孔和出浆孔，通过两孔向约束套筒和连接接头内部的空腔内注入浆料，用于辅助该连接接头的连接，参考图14。

实施例六

参考图15和图16，本实施例中，对约束套筒20进行了改进，具体的，在该约束套筒的两端开收缩槽22，该收缩槽的数量为8个，均匀的周向进行布置，用于约束套筒的固定。具体的来说，当约束套筒套置在两个需要连接的连接接头时，使用工具将约束套筒两端进行合拢，形成一个纺锥形结构，包覆在该连接接头上，形成外部的约束。

实施例七

与实施例一不同之处，参考图17和图18，本实施例中，将连接接头10的外端设计为方形结构，该连接接头的实施，对应的使用夹板40及螺栓组件41进行夹紧处理，具体的，在连接过程中，将两个连接接头对接后，夹板将两个连接接头进行对接，然后使用紧固螺栓组件进行紧固，完成连接。

实施例八

参考图19和图20，其中，图20为实施例一中连接接头的俯视图，其中MO，OM为两个咬合面，该俯视图中可以清晰的看出，两个咬合面是共面的。图19为本实施例的改进，该实施例中，两个彼此咬合的咬合面成一定夹角，这种结构属于实施例一的一种简单演变，同样可是实现连接功能。这种结构中，两个连接接头不可互换，需要成对使用，咬合部互补。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.钢筋连接组件，其特征在于，包括连接接头和约束件，

连接接头，数量为两个，分别用于和两根待连接钢筋进行连接，所述连接接头内具有为钢筋提供穿插的轴向避让空间；两所述连接接头通过咬合面进行咬合配合，且咬合配合所形成的面与钢筋轴线共面；

约束件，置于两咬合配合的连接接头外侧，并对内部的咬合配合反向的约束。

2.根据权利要求1所述的钢筋连接组件，其特征在于，所述连接接头具有连接部和咬合部，所述连接部与钢筋可转动角度的活动连接，在咬合部具有咬合面，在咬合部的内具有为钢筋提供穿插的避让空间，且两个咬合面位于该避让空间的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的钢筋连接组件，其特征在于，所述咬合部轮廓为矩形或者半圆形，所述约束件为约束筒或者夹板。

4.根据权利要求2所述的钢筋连接组件，其特征在于，所述约束件两端具有向内合拢的构造。

5.根据权利要求2所述的钢筋连接组件，其特征在于，所述凸起和凹槽为三角形或者梯形。

6.根据权利要求2所述的钢筋连接组件，其特征在于，所述连接部、咬合部之间是逐渐过渡的，且咬合部的断面大于连接部的断面，整体具有基本等同的抗拉强度。

7.根据权利要求1所述的钢筋连接组件，其特征在于，所述连接接头和钢筋之间为螺纹连接或墩粗活动连接中的一种。

8.根据权利要求1所述的钢筋连接组件，其特征在于，所述约束件具有基本光滑的表面。

9.一种钢筋连接节点，包括两根待连接的基本同轴心的钢筋，两根钢筋之间端部间距存在偏差，以及用于钢筋连接的钢筋连接组件，其特征在于，所述钢筋连接组件包括连接接头和约束件，

连接接头，数量为两个，分别用于和两根待连接钢筋进行连接，连接接头内具有为钢筋提供穿插的轴向避让空间；两所述连接接头通过咬合面进行咬合配合，且咬合配合所形成的面与钢筋轴线共面；

约束件，置于两咬合配合的连接接头外侧，并对内部的咬合配合反向的约束。

10.钢筋连接组件在装配式建筑中的应用，其特征在于，在预制构件的装配式建筑中，该钢筋连接组件应用于预制梁与预制梁之间的外露钢筋的连接、预制柱与预制柱之间的外露钢筋的连接或/和预制梁与预制墙体之间的外露钢筋的连接，且该连接在二次灌浆浇筑之前完成。