CN112814285A - 一种连接套筒设计方法、螺纹注胶式钢筋连接套筒及其安装方法 - Google Patents

Abstract

一种连接套筒设计方法、螺纹注胶式钢筋连接套筒及其安装方法。连接套筒由钢套筒、两根端部带螺纹的钢筋、粘结胶组合而成。其中钢套筒内表面及钢筋端部外表面加工为互相弱咬合的螺纹，钢套筒与钢筋组合后，内部的空隙注满粘结胶，胶固化后将两根钢筋连为一体。把螺纹设计为螺距较长、螺牙较窄时，可以实现钢套筒对两根任意间距钢筋的弱咬合连接；钢套筒与两根钢筋之间的间隙上注满粘结胶后可实现两根钢筋之间的强连接；通过调节钢套筒与钢筋之间连接螺纹段的长度，可满足所需的连接强度指标；钢套筒端部设置喇叭形开口，可用于矫正两根钢筋之间的对中误差。

Description

一种连接套筒设计方法、螺纹注胶式钢筋连接套筒及其安装 方法

技术领域

本申请属土木工程及机械工程技术领域，尤其涉及一种螺纹注胶式钢筋连接套筒及其安装方法。

背景技术

土木工程施工过程中需把两根独立的钢筋、两段装配式构件的外露钢筋、两段钢筋笼中的钢筋进行可靠连接。目前常用的直螺纹套筒、锥螺纹套筒、灌浆套筒、挤压套筒等钢筋连接件在工程实际应用中存在各种不足：(1)直螺纹套筒或锥螺纹套筒必须保证其中至少有一根连接钢筋是可以自由移动和旋转，因此无法应用于已分别固定的钢筋之间的连接；(2)挤压套筒连接施工时需要大型液压工具，当钢筋较密集时，施工空间不足，难以采用；(3)灌浆套筒的尺寸较大，当钢筋密集时也无法采用，且施工时需后注浆，质量难以控制和检测，当注浆质量不合格时，可能造成连接完全失效，造成安全事故。

发明内容

本申请的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种螺纹注胶式钢筋连接套筒及其安装方法。

为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：

本申请可实现两根已固定钢筋或至少其中有一根可自由移动和旋转的两根钢筋之间的可靠连接，并有一定的纠偏功能，连接接头可承受拉力、压力和反复拉压作用。本申请也适用于机械领域的棒材或螺杆连接。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

(1)对于已固定的两根钢筋或其中至少有一根可自由移动和旋转的两根钢筋，均可可靠连接；

(2)具有一定的纠偏功能，在两根钢筋存在一定的对中误差及间距误差时也可以可靠连接；

(3)连接套筒既可以承受拉力，也可以承受压力，且连接部件之间均无滑移；

(4)当钢筋和套筒之间的粘结胶由于意外或其它原因而然未能发挥填充和粘结作用时，两根钢筋之间可能会发生有限的相对移动，但连接套筒仍然能够承受与粘结胶正常工作时接近的拉力和压力；

(5)套筒长度及直径较小，便于连接密集排布的钢筋。

附图说明

图1为本申请实施例提供的针对螺纹注胶式钢筋连接套筒的整体安装图。

图2为图1所示结构沿A-A线的断面图。

图3为图1所示结构沿B-B线的断面图。

图4为图1所示结构C部位放大详图。

图5为螺纹尺寸示意图。

图6为两根固定钢筋之间连接步骤(1)示意图。

图7为当两根钢筋牙间距为螺距整数倍时的钢套筒内螺纹和钢筋外螺纹的初始位置关系。

图8为当钢筋3移动至螺槽右端极限位置时的两根钢筋的螺牙间距。

图9为当钢筋2移动至螺槽右端极限位置时的两根钢筋的螺牙间距。

图中标号：1为钢套筒、2为第一钢筋、3为第二钢筋、4为粘结胶、11为注胶孔。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本申请。

如图1至图6所示，

实施例1

一种螺纹注胶式钢筋连接套筒的结构，包括钢套筒(1)、第一钢筋(2)、第二钢筋(3)、粘结胶(4)，其安装后结构示意如图1所示。其中钢套筒(1)为内螺纹套管，外表面为等边棱柱面，便于扳手旋转；第一钢筋(2)、第二钢筋(3)端部加工为外螺纹段；钢套筒(1)的两端分别与第一钢筋(2)及第二钢筋(3)之间通过螺纹连接，螺纹之间间隙及两钢筋端头之间空隙注入粘结胶(4)如图1所示，粘结胶一般为高强粘钢胶，两钢筋端头之间的空隙注满粘结胶，如图2所示；通过加压注胶，使内外螺纹间隙中也充满粘结胶，如图3所示；

钢套筒(1)的内螺纹及第一钢筋(2)、第二钢筋(3)的外螺纹的螺距相同，牙底尺寸、螺纹槽宽、螺纹间隙可较普通螺纹规格加大；第一钢筋(2)和第二钢筋(3)的螺纹规格相同。

实施例2

所述的螺纹注胶式钢筋连接套筒，其特征在于：放大螺纹间隙的钢套筒(1)的内螺纹小径值小于第一钢筋(2)、第二钢筋(3)外螺纹大径值，钢套筒(1)与钢筋螺纹可旋合，且旋合后不可拔出，形成弱咬合关系，螺纹之间有一定间隙，便于注胶时胶液在间隙内流动，从而能让胶液注满所有间隙，如图4所示。

所述的螺纹注胶式钢筋连接套筒，其特征在于：钢套筒(1)与第一钢筋(2)、第二钢筋(3)的螺纹槽宽加大，内外螺纹之间可以小范围纵向自由相对移动，移动范围值不小于螺纹螺距的一半；

钢套筒及第一钢筋、第二钢筋若均采用常规螺纹，此时槽宽为螺距的一半，则仅当第一钢筋与第二钢筋的螺纹之间间距为螺距的整数倍时，方可通过钢套筒旋合，当螺纹间距非螺距的整数倍时，钢套筒(1)因咬齿无法同时连接两根钢筋，故提出本方案解决上述问题。本申请方案如图5所示：钢套筒内螺纹及钢筋外螺纹的螺距均设计为P，将内螺纹和外螺纹的槽宽设计得相对较大，使得内螺纹和外螺纹之间可以沿着钢套筒轴向发生距离为X的相对移动，设计使得X值大于等于0.5P，此时若将一根钢筋旋入钢套筒内，则钢筋与套筒之间可沿着钢套筒轴向发生距离为0～X范围内的相对移动，若将两根钢筋分别从钢套筒两端旋入，则当套筒固定不动，由于两根钢筋可分别与钢套筒发生距离为0～X范围内的相对移动，则两根钢筋可发生的0～P范围内的相对移动；

相应地，当两根钢筋间距固定，不管该间距为多大，只要钢套筒的内螺纹和钢筋的外螺纹满足X≥0.5P，则钢套筒都可以找到至少一个位置同时与两根钢筋的外螺纹旋合并形成弱咬合。

在实际应用中，可简化理解为在常规螺纹牙型尺寸不变的情况下，将螺纹螺距增加至少一倍，则可简单实现上述任一位置均可弱咬合连接的功能，且便于加工。

以下进一步说明为什么当图7中X大于等于螺距的一半长度时(X≥0.5P)，钢套筒可以旋合进入两根已被固定的任意间距的钢筋：

如图7所示，钢套筒(1)的内螺纹及钢筋(2)和(3)的外螺纹的螺距均为P。当钢筋(2)和钢筋(3)的螺牙间距刚好为螺距的整数倍nP时(n为任意整数)，钢套筒内螺纹和钢筋外螺纹的典型位置关系如图7所示。可见钢筋(2)和钢筋(3)均可在外螺纹的螺槽内自由移动，向右移动的最大距离均为X。当钢筋(2)位置保持不变，钢筋(3)向右移动X距离，此时钢筋(2)和钢筋(3)的螺牙间距为nP+X，如图8所示。当钢筋(3)的位置保持在图7中的位置不变，钢筋(2)向右移动X距离时，钢筋(2)和钢筋(3)的螺牙间距为nP-X，如图9所示。即钢筋(2)和钢筋(3)的螺牙间距可以在[nP-X,nP+X]之间变化。当X＝0.5P时，钢筋(2)和钢筋(3)的螺牙间距可以在[(n-0.5)P,(n+0.5)P]之间变化,由于螺纹咬合情况按螺距P的整数倍周期重复，所以n可以是任意整数，因此这意味着钢筋(2)和钢筋(3)的螺牙间距可以在任意范围内变化。当X>0.5P时，钢筋(2)和钢筋(3)的螺牙间距所受限制更小，同样可以在任意范围内变化。即当螺纹满足X≥0.5P时，对于已被固定的钢筋(2)和钢筋(3)，不论两者之间的间距多大，钢套筒(1)总可以同时旋合。

实施例3

所述的螺纹注胶式钢筋连接套筒，其特征在于：钢套筒(1)上设置注胶孔(11)，本申请以中部设置一个注胶孔(11)作为示例。也可在其它位置设置注胶孔，或者多处设置注胶孔。当钢套筒和两根钢筋旋合形成弱咬合后，通过注胶孔向钢套筒内部加压注粘结胶，胶液充满钢套筒和两根钢筋之间所有空隙，并从套筒两端螺纹间隙溢出为止，待粘结胶固话后，可将两根钢筋及钢套筒紧密粘合，具有一定连接强度，当粘结胶达到一定长度，且连接长度达到一定长度时，连接强度可达到钢筋自身强度，从而实现钢筋之间的等强连接。

实施例4

所述的螺纹注胶式钢筋连接套筒，其特征在于：在实际工程中，已固定的第一钢筋、第二钢筋之间一般难以实现精确对中，故在钢套筒(1)端部设置喇叭形开口，便于钢套筒从第一钢筋向第二钢筋方向旋转时，能将一定偏差范围内的第二钢筋顺利套入钢套筒，如图6所示。

实施例5(应用例：安装方法一)

钢套管(1)为内螺纹套管，举例而非限定，本实施例钢套管(1)外表面为等边八棱柱面，对边尺寸为42mm，总长度为120mm，其中一端10mm长度范围设置喇叭形开口，锥面纵向坡度1:2，内表面设置Tr28梯形特殊螺纹，螺纹牙型采用Tr28X3梯形螺纹的规格，螺纹槽底宽度为4.1mm，螺距为6mm，钢套管(1)内螺纹段中部侧面设置3mm直径圆形注胶孔11；第一钢筋(2)与第二钢筋(3)为直径25的带肋钢筋，端部墩头后加工出外螺纹，螺纹段长度为50mm，螺纹牙型采用Tr27X3梯形螺纹规格，螺纹槽底宽度为4.1mm，螺距为6mm，与钢套管(1)匹配后可形成弱咬合；粘结胶4采用高强度粘钢胶，抗压强度为60MPa；本实施例安装方法一连接，第一钢筋(2)和第二钢筋(3)分别为两段装配式构件的外露钢筋，此时钢筋位置不可移动和旋转。

第一钢筋(2)和第二钢筋(3)位置不可移动和旋转时，螺纹注胶式钢筋连接套筒的安装根据以下步骤实施，具体为：

步骤一，第一钢筋(2)、第二钢筋(3)分别为两段装配式构件的外露钢筋的钢筋，吊装定位后不可移动和旋转，则将钢套筒(1)提前套在第一钢筋(2)、第二钢筋(3)其中之一上，钢套筒(1)的喇叭形开口向外朝向钢筋端头方向，如图6所示；

步骤二，将第一钢筋(2)、第二钢筋(3)分属的构件安装定位，使第一钢筋(2)、第二钢筋(3)靠近，两根钢筋端部之间距离满足工程误差要求；

步骤三，第一钢筋(2)、第二钢筋(3)轴线偏位不超过钢套筒(1)喇叭形开口范围时，旋转钢套筒(1)，通过钢套筒(1)的喇叭形开口导引，将钢套筒(1)和另一根钢筋头部螺纹旋合，必要时利用内外螺纹之间纵向可移动范围调整钢套筒(1)纵向位置，实现钢套筒(1)和第一钢筋(2)、第二钢筋(3)螺纹均旋合，达到两端钢筋头旋入长度相等；

步骤四，将粘结胶(4)通过注胶孔(11)注满钢套筒(1)内部与第一钢筋(2)、第二钢筋(3)之间的空隙，包括螺纹间隙，粘结胶(4)自钢套筒(1)的两端溢出为止，如图1所示；

步骤五，待粘结胶(4)固化并达到所需强度，钢筋连接完成。

实施例6(应用例：安装方法二)

钢套管1为内螺纹套管，本实施例其外表面为等边六棱柱面，对边尺寸为34mm，总长度为80mm，内表面设置M23梯形特殊螺纹，螺纹牙型采用M23X3梯形螺纹规格，螺纹槽底宽度为4.1mm，螺距为6mm；第一钢筋2与第二钢筋3为直径20的带肋钢筋，端部加工出外螺纹，螺纹段长度为40mm，螺纹牙型采用M22X3梯形螺纹规格，螺纹槽底宽度为4.1mm，螺距为6mm，与钢套管(1)匹配后可形成弱咬合；粘结胶(4)采用高强度粘钢胶。本实施例安装方法二连接，通过螺纹旋合时的压力使内外螺纹之间的间隙充满粘结胶(4)，此时第一钢筋(2)和第二钢筋(3)中至少有一根可自由移动和旋转时。

第一钢筋(2)和第二钢筋(3)中至少有一根可自由移动和旋转时，螺纹注胶式钢筋连接套筒的安装步骤以下步骤实施，具体为：

步骤一，在第一钢筋(2)、第二钢筋(3)中至少有一根可自由移动和旋转时，采用的钢套筒(1)中不设置注浆孔(11)及端部喇叭形开口段，将第一钢筋(2)旋入钢套筒(1)的一端少许，从钢套筒另一端灌入粘结胶(4)，

步骤二，将第二钢筋(3)自钢套筒(1)另一端旋入，并使两端钢筋端部旋入长度相等且顶紧，同时通过螺纹旋合时的压力使内外螺纹之间的间隙充满粘结胶(4)，如图3所示；

步骤三，待粘结胶(4)固化并达到所需强度，钢筋连接完成。

安装固定后的第一钢筋(2)、第二钢筋(3)之间的轴线偏位在允许范围内时，均可通过钢套筒(1)及粘结胶(4)进行可靠连接。

以上所有安装均可通过手工、常用工具完成；参照图1～图6，本技术领域的加工及安装技术人员均能便捷、顺利实施。

以上所述，仅为本申请的两种实施方式，本申请的保护范围并不局限于此，任何对本发明的技术方案及构思加以调整改变，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连接套筒设计方法，其特征在于，原理为：连接套筒由钢套筒(1)、两根端部带螺纹的钢筋、粘结胶(4)组合而成，两根端部带螺纹的钢筋为第一钢筋(2)、第二钢筋(3)；其中钢套筒内表面及钢筋端部外表面分别加工为配套的内螺纹和外螺纹，钢套筒与钢筋旋合后，钢套筒的内螺纹与钢筋的外螺纹相互咬合，同时钢套筒与钢筋之间可沿套筒轴向发生小于螺距长度的相对自由移动，之后在钢套筒与钢筋之间的内部空隙注满粘结胶，胶固化后将钢套筒和两根钢筋连为一体的连接套筒；

螺纹可实现钢套筒(1)对两根任意间距钢筋的弱咬合连接，即组合而成的连接套筒可以承受沿套筒轴向的拉作用、压作用和拉压反复作用，而在受拉、受压和受拉压反复作用时两根钢筋之间均会可能发生相对的刚体位移；钢套筒与两根钢筋之间的间隙上填满粘结胶(4)后可实现两根钢筋之间的强连接，即组合而成的连接套筒既可以承受沿套筒轴向的拉作用、压作用和反复拉压作用，同时在受拉、受压和受拉压反复作用时两根钢筋之间不产生相对刚体位移；进一步的通过调节钢套筒和钢筋之间连接螺纹段的长度，可调节整个连接套筒强连接时的强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：钢套筒(1)的内螺纹小径值小于第一钢筋(2)、第二钢筋(3)外螺纹大径值，钢套筒(1)与钢筋螺纹可旋合，且旋合后不可拔出，形成弱螺纹机械咬合关系，钢套筒内螺纹和钢筋外螺纹之间有一定间隙，便于胶液在间隙内流动，从而能让胶液填满所有间隙。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将钢套筒(1)、第一钢筋(2)和第二钢筋(3)的螺纹螺距设计为较大，同时螺牙宽度较小，使得内外螺纹之间可沿钢套筒轴向发生不小于螺距一半长度的小范围相对移动，实现钢套筒对任意间距的两根钢筋的同时旋合与连接；

钢套筒及第一钢筋、第二钢筋若均采用常规螺纹，此时槽宽和螺牙宽度均约为螺距的一半，则仅当第一钢筋与第二钢筋的螺纹间距为螺距的整数倍时，方可通过钢套筒同时旋合两根钢筋，当螺纹间距非螺距的整数倍时，钢套筒(1)因会与其中一根钢筋咬齿而无法同时连接两根钢筋，为此给出的技术手段：钢套筒内螺纹及钢筋外螺纹的螺距均设计为P，将内螺纹和外螺纹的槽宽设计得相对较大，使得内螺纹和外螺纹之间可以沿着钢套筒轴向发生距离为X的相对移动，设计时令X大于等于0.5P，此时若将一根钢筋旋入钢套筒内，则钢筋与套筒之间可沿着钢套筒轴向发生距离为0～X范围内的相对移动，若将两根钢筋分别从钢套筒两端旋入，则当套筒固定不动，由于两根钢筋可分别与钢套筒发生距离为0～X范围内的相对移动，则两根钢筋可发生的0～P范围内的相对移动；

相应地，当两根钢筋间距固定，不管该间距为多大，只要钢套筒的内螺纹和钢筋的外螺纹满足X≥0.5P，则钢套筒都可以找到至少一个位置同时与两根钢筋的外螺纹旋合并形成弱咬合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：钢套筒的一个端部设置喇叭形开口，可用于矫正两根钢筋之间的对中误差。

5.一种螺纹注胶式钢筋连接套筒，其特征在于：包括钢套筒(1)、第一钢筋(2)、第二钢筋(3)和粘结胶(4)；

其中钢套筒(1)为内螺纹套管；第一钢筋(2)、第二钢筋(3)端部加工出外螺纹段；钢套筒(1)的两端分别与第一钢筋(2)及第二钢筋(3)之间通过螺纹连接，螺纹之间间隙及两钢筋端头之间空隙填充满粘结胶(4)；

钢套筒(1)的内螺纹、第一钢筋(2)外螺纹、第二钢筋(3)外螺纹的螺距相同；第一钢筋(2)和第二钢筋(3)的螺纹规格相同；

钢套筒(1)、第一钢筋(2)、第二钢筋(3)的螺纹螺距设计为较大，同时螺牙宽度设计为较小，使得内外螺纹之间可沿钢套筒轴向发生不小于螺距一半长度的小范围相对移动，实现钢套筒对任意间距的两根钢筋的同时旋合与弱连接；

此时组合而成的连接套筒可以承受沿套筒轴向的拉作用、压作用和拉压反复作用，而在受拉、受压和受拉压反复作用时两根钢筋之间均可能会发生相对刚体位移；

在钢套筒(1)上设置注胶孔(11)，或者在其它位置设置注胶孔(11)，或者同时多处设置注胶孔(11)。

6.根据权利要求1所述的螺纹注胶式钢筋连接套筒，其特征在于：当钢套筒与钢筋之间的内部空隙注满粘结胶，胶固化后将钢套筒和两根钢筋连为一体的连接套筒；

此时可实现两根钢筋之间的强连接，即组合而成的连接套筒既可以承受沿套筒轴向的拉作用、压作用和反复拉压作用，同时在受拉、受压和受拉压反复作用时两根钢筋之间不产生相对的刚体位移；通过调节钢套筒和钢筋之间连接螺纹段的长度，可增大整个连接套筒强连接时的强度。

7.根据权利要求5所述的螺纹注胶式钢筋连接套筒，其特征在于：在钢套筒(1)端部设置喇叭形开口。

8.一种螺纹注胶式钢筋连接套筒的第一安装方法，其特征在于，包括：

步骤一，第一钢筋(2)、第二钢筋(3)分别为两段装配式构件的外露钢筋、两段钢筋笼中的钢筋时，吊装定位后不可移动旋转，则将钢套筒(1)提前套在第一钢筋(2)、第二钢筋(3)其中之一上，钢套筒(1)的喇叭形开口向外朝向钢筋端头方向；

步骤二，将第一钢筋(2)、第二钢筋(3)分属的构件安装定位，使第一钢筋(2)、第二钢筋(3)靠近；

步骤三，第一钢筋(2)、第二钢筋(3)轴线偏位不超过钢套筒(1)喇叭形开口范围时，旋转钢套筒(1)，通过钢套筒(1)的喇叭形开口导引，将钢套筒(1)和另一根钢筋头部螺纹旋合，必要时利用内外螺纹之间纵向可移动范围调整钢套筒(1)纵向位置，实现钢套筒(1)和第一钢筋(2)、第二钢筋(3)螺纹均旋合，达到两端钢筋头旋入长度相等；

步骤四，将粘结胶(4)通过注胶孔(11)注满钢套筒(1)内部与第一钢筋(2)、第二钢筋(3)之间的空隙，包括螺纹间隙，粘结胶(4)自钢套筒(1)的两端溢出为止；

步骤五，待粘结胶(4)固化并达到所需强度，钢筋连接完成。

9.根据权利要求8所述的螺纹注胶式钢筋连接套筒的安装方法，其特征在于：安装固定后的第一钢筋(2)和第二钢筋(3)之间的间距和轴线偏位均在允许范围内时，均可通过钢套筒(1)及粘结胶(4)进行可靠连接。

10.一种螺纹注胶式钢筋连接套筒的第二安装方法，其特征在于，包括：

步骤一，在第一钢筋(2)、第二钢筋(3)中至少有一根可自由移动和旋转时，采用的钢套筒(1)中不设置注浆孔(11)及端部喇叭形开口段，将第一钢筋(2)旋入钢套筒(1)的一端少许，从钢套筒另一端灌入粘结胶(4)；

步骤二，将第二钢筋(3)自钢套筒(1)另一端旋入，并使两端钢筋端部旋入长度相等且顶紧，同时通过螺纹旋合时的压力使内外螺纹之间的间隙充满粘结胶(4)；

步骤三，待粘结胶(4)固化并达到所需强度，钢筋连接完成。

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