CN114892891B - 一种免灌浆钢筋连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种免灌浆钢筋连接装置，用于装配式构件中钢筋的连接。在免灌浆钢筋连接器内部满灌缓凝材料，且上开口和下开口安装有橡胶密封装置，用于密封免灌浆钢筋连接装置内的缓凝材料。免灌浆钢筋连接器上端安装有溢浆口和减压阀，用于平衡其内部压强。免灌浆钢筋连接器内壁布设金属线圈接电伴热丝，在免灌浆钢筋连接器下端连接智能化监测端。本发明将变频恒温加热技术和电磁感应原理应用到免灌浆钢筋连接装置中，可控制缓凝材料的凝固时间，实时检查钢筋在免灌浆钢筋连接器内的锚固长度是否达到规范要求。提前满灌缓凝材料的设计免除了现场灌浆、保压等复杂施工流程，减小了现场施工工作量，提高建造施工速度，以及降低施工成本。

Description

一种免灌浆钢筋连接装置
技术领域
本发明属于装配式建筑施工领域，具体涉及一种免灌浆钢筋连接装置。
背景技术
随着我国建筑工业化和住宅产业化的发展，预制装配式混凝土结构预制装配式施工成为国内外建筑业发展的主流方向，其主要构件在工厂预制生产，到达现场后将这些预制构件安装连接为整体。与现场施工相比，预制装配式施工具有施工方便，工程进度快，现场产生建筑垃圾少等优点，对环境影响小且构件质量和安全容易得到保证。
装配式预制构件钢筋的连接是影响结构安全的关键，在装配式建筑预制构件连接技术领域，现有的预制构件连接方式主要有机械套筒连接和灌浆套筒连接两种。机械套筒连接成本低，但机械套筒连接更适用于粗钢筋的连接，且对于预制构件的施工精度要求很高，竖向受力钢筋的中心偏差一般不能大于0.25mm。因此，竖向构件受力钢筋的连接会由于中心偏差较大而无法满足规范要求。此外，机械套筒连接方式如套筒冷挤压连接由于设备笨重，工人的劳动强度很高，施工质量如不能得到保证，容易给连接质量留下安全隐患。而传统灌浆套筒连接虽对预制构件制作精度要求不高，但是现场施工工序繁多，灌浆料需现搅现用，灌浆套筒内灌浆饱满程度不易监测且不易监测套筒内钢筋锚固长度是否达到规范要求。
因此，为简化施工流程，满足预制装配式构件钢筋连接质量的检测和健康监测要求，使钢筋连接更加规范化、合理化、可视化，提出一种新型免灌浆钢筋连接装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种免灌浆钢筋连接装置，提前将缓凝材料灌入免灌浆钢筋连接器内，其连接装置构造简单，安装方便，且在施工时避免现场灌浆、保压等复杂流程，利用变频恒温加热控制缓凝材料凝结时间，利用电磁感应原理做到实时监测螺纹钢筋锚固长度。
本发明采用如下技术方案：
一种免灌浆钢筋连接装置，包括免灌浆钢筋连接器、缓凝材料、减压阀、金属线圈和智能化监测端，其特征在于，所述免灌浆钢筋连接器在螺纹钢筋插入前灌入缓凝材料，所述螺纹钢筋与免灌浆钢筋连接器通过橡胶密封装置进行连接，所述免灌浆钢筋连接器一侧的上端设计有溢浆口，并与减压阀相连接，下端设计有导线接引装置，以及内部镶嵌有金属线圈，并与底部按规范标准进行锚固的螺纹钢筋持平，所述金属线圈镶嵌在免灌浆钢筋连接器的螺纹内壁上，螺纹深度不小于金属线圈的直径，且金属线圈两端连接电伴热丝，所述电伴热丝通过免灌浆钢筋连接器端部预留出的孔洞连接到另一侧，以形成闭合回路，并通过导线接引装置接入智能化监测端，所述智能化监测端根据螺纹钢筋插入深度不同来获取金属线圈上电感的变化值，以此获得由金属线圈上电感与螺纹钢筋锚固长度的关系公式。
在优选的实施方式中，所述减压阀连接压力传感器，在所述螺纹钢筋插入时，根据压强大小扭转所述减压阀的底部螺母，所述螺纹钢筋连接完成后堵住所述溢浆口，所述减压阀的底部螺母能够调节所述免灌浆钢筋连接器内部的压强大小；
所述减压阀内部为中空含锥形孔洞的螺栓结构，所述锥形孔洞的前段螺栓设置有至少3圈螺纹，扭转一圈螺纹时，能够使所述免灌浆钢筋连接器内的缓凝材料从所述溢浆口处漏浆，同时所述减压阀剩余两圈螺纹与所述溢浆口内部螺纹机械咬合，在漏浆同时避免所述缓凝材料将所述减压阀顶出。
在优选的实施方式中，所述溢浆口为两段空心管结构，一段斜向45°，而另一段水平，所述溢浆口的内壁布置有电伴热丝；
所述溢浆口的斜向45°空心段钢管能够预存缓凝材料，当所述免灌浆钢筋连接器内缓凝材料因流失过多导致缺陷时，预存的缓凝材料能够在重力作用下进行回流，避免所述免灌浆钢筋连接器内部的缓凝材料分布不均匀。
在优选的实施方式中，所述智能化监测端由万能电桥和交流电源组成，在插入所述螺纹钢筋后，通过所述智能化监测端测出所述免灌浆钢筋连接器内部的所述金属线圈的电感，所述金属线圈电感数值随所述螺纹钢筋锚固长度的提高而增大。施工前可在实验室多次测得按照国家规范标准锚固长度下，免灌浆钢筋连接器内部插入螺纹钢筋后金属线圈的电感数值，取平均值与施工现场比对，或由数学公式、经验公式计算螺纹钢筋锚固长度。
在优选的实施方式中，由数学公式计算螺纹钢筋锚固长度方法如下：所述螺纹钢筋未插入所述金属线圈时，测得初始电感为
Figure F_220907152916523_523505001
；
所述螺纹钢筋插入所述金属线圈时，测得实时电感
Figure F_220907152916586_586008002
；
改变所述金属线圈中所述螺纹钢筋的锚固长度，得到所述金属线圈上电感与所述螺纹钢筋锚固长度之间的关系曲线
Figure F_220907152916648_648502003
，从而计算出螺纹钢筋锚固长度为
Figure F_220907152916712_712465004
，其中，
Figure F_220907152916806_806206005
、
Figure F_220907152916868_868705006
为关系曲线常数，
Figure F_220907152916932_932683007
为所述免灌浆钢筋连接器下开口橡胶密封装置底部水平面与所述金属线圈底部水平面的距离，
Figure F_220907152917010_010814008
为所述螺纹钢筋插入所述金属线圈的深度。
在优选的实施方式中，由经验公式计算螺纹钢筋锚固长度的方法为：所述螺纹钢筋锚固长度的计算方法为：通过公式
Figure F_220907152917073_073295009
计算出所述螺纹钢筋插入所述金属线圈的深度
Figure F_220907152917153_153394010
，从而得到所述螺纹钢筋的锚固长度
Figure F_220907152917231_231517011
，其中，
Figure F_220907152917327_327688012
为螺纹钢筋插入深度为
Figure F_220907152917506_506405013
时电感，
Figure F_220907152917584_584548014
为所述免灌浆钢筋连接器下开口橡胶密封装置底部水平面与所述金属线圈底部水平面的距离，
Figure F_220907152917678_678288015
为金属线圈匝数，
Figure F_220907152917757_757873016
为螺纹钢筋横截面积，
Figure F_220907152917851_851631017
为温度影响系数，
Figure F_220907152917942_942437018
为金属线圈形状系数，
Figure F_220907152918020_020566019
为螺纹钢筋磁导率；其中，
Figure F_220907152918100_100660020
，
Figure F_220907152918178_178785021
为缓凝介质磁导率影响系数，
Figure F_220907152918256_256909022
为真空磁导率，
Figure F_220907152918337_337951023
为螺纹钢筋相对导磁率。
在优选的实施方式中，所述金属线圈由漆包铜线制成，所述缓凝材料为缓凝砂浆或超缓凝砂浆，所述橡胶密封装置为由橡胶材料制作的空心圆台结构，且圆台结构的上端直径小于下端直径。圆台上端直径较小，减小了螺纹钢筋贯通时，缓凝材料与外部接触的面积，且下端直径较大的圆台结构与螺纹钢筋产生弹性挤压力
Figure F_220907152918416_416096024
与摩擦力
Figure F_220907152918478_478596025
，进一步避免缓凝材料流出，密封内部缓凝材料，施工时不影响插入螺纹钢筋。
相比于现有产品，本发明具有以下有益效果：
（1）相比于现有的灌浆套筒构造及做法，本发明在施工流程上有本质区别，本发明将缓凝材料提前在工厂搅拌、灌装完成后，通过橡胶密封装置封入免灌浆钢筋连接器，现场施工时实现免灌浆，免除冗杂施工流程，减少了工时，避免了现场施工过程中灌浆缺陷出现的可能，总体上提高了施工效率。
（2）相比于现有的灌浆套筒构造及做法，本发明能随时检测连接处螺纹钢筋的有效锚固长度，满足国家对于预制装配式结构施工质量检测和结构健康长期监测的要求。杜绝了施工过程中连接钢筋锚固长度不满足规范要求情况的出现，保障了装配式结构的施工质量。此外，通过变频加热还可有效控制缓凝材料凝结时间，避免缓凝材料长时间不凝固，根据需要调节施工进程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的方案，以下对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方法，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为免灌浆钢筋连接装置示意图。
图2为免灌浆钢筋连接器筒体端部示意图。
图3为溢浆口端部示意图。
图4为橡胶密封装置剖面图。
图中标号：1-螺纹钢筋，2-缓凝材料，3-免灌浆钢筋连接器，4-溢浆口，5-减压阀，6-金属线圈，7-橡胶密封装置，8-导线接引装置，9-电伴热丝，10-智能化监测端。
具体实施方式
为使本领域内的技术人员更好地理解此发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行完整详尽、清晰明了的说明和描述。
如附图1~4所示，一种免灌浆钢筋连接装置，包括提前灌入的缓凝材料2、内置金属线圈6、免灌浆钢筋连接器3、电伴热丝9、橡胶密封装置7、减压阀5和智能化监测端10。
本发明提供一种免灌浆钢筋连接装置，包括免灌浆钢筋连接器3、缓凝材料2、减压阀5、金属线圈6和智能化监测端10，其特征在于，所述免灌浆钢筋连接器3在螺纹钢筋1插入前灌入缓凝材料2，所述螺纹钢筋1与免灌浆钢筋连接器3通过橡胶密封装置7进行连接，所述免灌浆钢筋连接器3一侧的上端设计有溢浆口4，并与减压阀5相连接，下端设计有导线接引装置8，以及内部镶嵌有金属线圈6，并与底部按规范标准进行锚固的螺纹钢筋1持平，所述金属线圈6镶嵌在免灌浆钢筋连接器3的螺纹内壁上，螺纹深度不小于金属线圈6的直径，且金属线圈6两端连接电伴热丝9，所述电伴热丝9通过免灌浆钢筋连接器3端部预留出的孔洞连接到另一侧，以形成闭合回路，并通过导线接引装置8接入智能化监测端10，所述智能化监测端10根据螺纹钢筋1插入深度不同来获取金属线圈6上电感的变化值，以此获得由金属线圈6上电感与螺纹钢筋1锚固长度的关系公式。
所述减压阀5连接压力传感器，在所述螺纹钢筋1插入时，根据压强大小扭转所述减压阀5的底部螺母，所述螺纹钢筋1连接完成后堵住所述溢浆口4；
所述减压阀5内部为中空含锥形孔洞的螺栓结构，锥形孔洞前段的螺栓至少设置3圈螺纹，扭转一圈螺纹时，能够使所述免灌浆钢筋连接器3内的缓凝材料2从所述溢浆口4处漏浆，同时所述减压阀5剩余的两圈螺纹与所述溢浆口4内部螺纹机械咬合，在漏浆同时避免所述缓凝材料2将所述减压阀5顶出。
所述溢浆口4为两段空心管结构，一段斜向45°，而另一段水平，所述溢浆口4的内壁布置有电伴热丝9；
所述溢浆口4的斜向45°空心段钢管能够预存缓凝材料2，当所述免灌浆钢筋连接器3内缓凝材料2因流失过多导致缺陷时，预存的缓凝材料2能够在重力作用下进行回流，避免所述免灌浆钢筋连接器3内部的缓凝材料2分布不均匀。
所述智能化监测端10由万能电桥和交流电源组成，在插入所述螺纹钢筋1后，通过所述智能化监测端10测出所述免灌浆钢筋连接器3内部的所述金属线圈6的电感，所述金属线圈6电感数值随所述螺纹钢筋1锚固长度的提高而增大。施工前可在实验室多次测得按照国家规范标准锚固长度下，免灌浆钢筋连接器3内部插入螺纹钢筋1后金属线圈6的电感数值，取平均值与施工现场比对，或由数学公式、经验公式计算螺纹钢筋1锚固长度。
由数学公式计算螺纹钢筋锚固长度方法如下：
所述螺纹钢筋1未插入所述金属线圈6时，测得初始电感为
Figure F_220907152918558_558679026
；
所述螺纹钢筋1插入所述金属线圈6时，测得实时电感
Figure F_220907152918621_621198027
；
改变所述金属线圈6中所述螺纹钢筋1的锚固长度，得到所述金属线圈6上电感与所述螺纹钢筋1锚固长度之间的关系曲线
Figure F_220907152918686_686074028
，从而计算出螺纹钢筋1锚固长度为
Figure F_220907152918749_749089029
，其中，
Figure F_220907152918827_827205030
、
Figure F_220907152918890_890656031
为关系曲线常数，
Figure F_220907152918953_953675032
为所述免灌浆钢筋连接器3下开口橡胶密封装置7底部水平面与所述金属线圈6底部水平面的距离，
Figure F_220907152919016_016182033
为所述螺纹钢筋1插入所述金属线圈6的深度。
由经验公式计算螺纹钢筋锚固长度方法为：
通过公式
Figure F_220907152919078_078671034
计算出所述螺纹钢筋1插入所述金属线圈6的深度
Figure F_220907152919158_158751035
，从而得到所述螺纹钢筋1的锚固长度
Figure F_220907152919236_236889036
，其中，
Figure F_220907152919302_302296037
为螺纹钢筋1插入深度为
Figure F_220907152919396_396051038
时电感，
Figure F_220907152919474_474176039
为所述免灌浆钢筋连接器3下开口橡胶密封装置7底部水平面与所述金属线圈6底部水平面的距离，
Figure F_220907152919536_536673040
为金属线圈6匝数，
Figure F_220907152919614_614800041
为螺纹钢筋1横截面积，
Figure F_220907152919694_694382042
为温度影响系数，
Figure F_220907152919757_757398043
为金属线圈6形状系数，
Figure F_220907152919819_819890044
为螺纹钢筋1磁导率；其中，
Figure F_220907152919900_900484045
，
Figure F_220907152919978_978584046
为缓凝介质磁导率影响系数，
Figure F_220907152920041_041090047
为真空磁导率，
Figure F_220907152920105_105532048
为螺纹钢筋1相对导磁率。
所述金属线圈6由漆包铜线制成，所述缓凝材料2为缓凝砂浆或超缓凝砂浆，所述橡胶密封装置7为由橡胶材料制作的空心圆台结构，且圆台结构的上端直径小于下端直径。圆台上端直径较小，减小了螺纹钢筋1贯通时，缓凝材料2与外部接触的面积，且下端直径较大的圆台结构与螺纹钢筋产生弹性挤压力
Figure F_220907152920183_183662049
与摩擦力
Figure F_220907152920246_246153050
，进一步避免缓凝材料2流出，施工时不影响插入螺纹钢筋1。
本实施方式中的免灌浆钢筋连接装置的制备及安装过程按如下步骤进行：
预先将免灌浆钢筋连接器3内部预留出贯通孔洞放置电伴热丝9，免灌浆钢筋连接器3内部刻有螺纹镶嵌与规范中底部螺纹钢筋1锚固高度持平的金属线圈6，金属线圈6长度不大于底部螺纹钢筋1锚固长度和底部橡胶密封装置7插入免灌浆钢筋连接器3内部高度之差。
预制构件在预制构件厂内制作完成再运至施工现场。预制钢筋混凝土构件在预制构件厂内制作时，根据减压阀5显示的免灌浆钢筋连接器3内压强情况选择是否扭转减压阀5，免灌浆钢筋连接器3内部压强大于大气压强时，缓慢扭转一圈减压阀5即可漏浆，有效避免因减压阀5滑落导致溢浆口4漏浆不受控制。待预制构件完成时，扭紧减压阀5，堵住溢浆口4。
待预制构件运输至现场后，与地基或基础构件的螺纹钢筋1连接时，免灌浆钢筋连接器3底部的橡胶密封装置7中间薄弱部位可轻松插入螺纹钢筋1，橡胶密封装置7与螺纹钢筋1产生弹性挤压力
Figure F_220907152920391_391187051
和摩擦力
Figure F_220907152920453_453678052
，可有效避免施工过程中缓凝材料2从免灌浆钢筋连接器3底部溢出。同时观察减压阀5显示的压强大小，压强大于大气压强时再次扭转一圈减压阀5漏浆，螺纹钢筋1连接完成后扭紧减压阀5。
待构件之间连接完成后，通过电伴热丝9连接智能化监测端10加热免灌浆钢筋连接器3内部的电伴热丝9，进而加热内部缓凝材料2，做到温度可控，缓凝材料2凝结时间可控。同时金属线圈6通电后产生磁场，根据电感变化计算出螺纹钢筋1插入免灌浆钢筋连接器3内部筒体的长度。
以上内容对本发明的基本原理、主要特征优点及实施方法进行了详尽描述。本行业从业人员应注意，本发明并不局限于上述的实施方式，上述应用的实施方式和说明书中所描述的仅是本发明的原理，而非限制性要求。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种免灌浆钢筋连接装置，包括免灌浆钢筋连接器（3）、缓凝材料（2）、减压阀（5）、金属线圈（6）和智能化监测端（10），其特征在于，所述免灌浆钢筋连接器（3）在螺纹钢筋（1）插入前灌入缓凝材料（2），所述螺纹钢筋（1）与免灌浆钢筋连接器（3）通过橡胶密封装置（7）进行连接，所述免灌浆钢筋连接器（3）一侧的上端设计有溢浆口（4），并与减压阀（5）相连接，下端设计有导线接引装置（8），以及内部镶嵌有金属线圈（6），并与底部按规范标准进行锚固的螺纹钢筋（1）持平，所述金属线圈（6）镶嵌在免灌浆钢筋连接器（3）的螺纹内壁上，螺纹深度不小于金属线圈（6）的直径，且金属线圈（6）两端连接电伴热丝（9），所述电伴热丝（9）通过免灌浆钢筋连接器（3）端部预留出的孔洞连接到另一侧，以形成闭合回路，并通过导线接引装置（8）接入智能化监测端（10），所述智能化监测端（10）根据螺纹钢筋（1）插入深度不同来获取金属线圈（6）上电感的变化值，以此获得由金属线圈（6）上电感与螺纹钢筋（1）锚固长度的关系公式。
2.根据权利要求1所述的免灌浆钢筋连接装置，其特征在于，所述减压阀（5）连接压力传感器，在所述螺纹钢筋（1）插入时，根据压强大小扭转所述减压阀（5）的底部螺母，所述螺纹钢筋（1）连接完成后堵住所述溢浆口（4）；
所述减压阀（5）内部为中空含锥形孔洞的螺栓结构，锥形孔洞前段的螺栓至少设置3圈螺纹，扭转一圈螺纹时，能够使所述免灌浆钢筋连接器（3）内的缓凝材料（2）从所述溢浆口（4）处漏浆，同时所述减压阀（5）剩余的两圈螺纹与所述溢浆口（4）内部螺纹机械咬合，在漏浆同时避免所述缓凝材料（2）将所述减压阀（5）顶出。
3.根据权利要求2所述的免灌浆钢筋连接装置，其特征在于，所述溢浆口（4）为两段空心管结构，一段斜向45°，而另一段水平，所述溢浆口（4）的内壁布置有电伴热丝（9）；
所述溢浆口（4）的斜向45°空心段钢管能够预存缓凝材料（2），当所述免灌浆钢筋连接器（3）内缓凝材料（2）因流失过多导致缺陷时，预存的缓凝材料（2）能够在重力作用下进行回流，避免所述免灌浆钢筋连接器（3）内部的缓凝材料（2）分布不均匀。
4.根据权利要求1所述的免灌浆钢筋连接装置，所述螺纹钢筋（1）锚固长度的计算方法为：
所述螺纹钢筋（1）未插入所述金属线圈（6）时，测得初始电感为
Figure F_220907152913951_951726001
；
所述螺纹钢筋（1）插入所述金属线圈（6）时，测得实时电感
Figure F_220907152914029_029852002
；
改变所述金属线圈（6）中所述螺纹钢筋（1）的锚固长度，得到所述金属线圈（6）上电感与所述螺纹钢筋（1）锚固长度之间的关系曲线
Figure F_220907152914093_093788003
，从而计算出螺纹钢筋（1）锚固长度为
Figure F_220907152914203_203687004
，其中，
Figure F_220907152914302_302307005
、
Figure F_220907152914380_380430006
为关系曲线常数，
Figure F_220907152914442_442946007
为所述免灌浆钢筋连接器（3）下开口橡胶密封装置（7）底部水平面与所述金属线圈（6）底部水平面的距离，
Figure F_220907152914509_509310008
为所述螺纹钢筋（1）插入所述金属线圈（6）的深度。
5.根据权利要求1所述的免灌浆钢筋连接装置，所述螺纹钢筋（1）锚固长度的计算方法为：通过公式
Figure F_220907152914571_571845009
计算出所述螺纹钢筋（1）插入所述金属线圈（6）的深度
Figure F_220907152914649_649978010
，从而得到所述螺纹钢筋（1）的锚固长度
Figure F_220907152914730_730046011
，其中，
Figure F_220907152914968_968818012
为螺纹钢筋（1）插入深度为
Figure F_220907152915046_046953013
时电感，
Figure F_220907152915143_143133014
为所述免灌浆钢筋连接器（3）下开口橡胶密封装置（7）底部水平面与所述金属线圈（6）底部水平面的距离，
Figure F_220907152915205_205640015
为金属线圈（6）匝数，
Figure F_220907152915285_285187016
为螺纹钢筋（1）横截面积，
Figure F_220907152915382_382903017
为温度影响系数，
Figure F_220907152915461_461003018
为金属线圈（6）形状系数，
Figure F_220907152915526_526435019
为螺纹钢筋（1）磁导率；其中，
Figure F_220907152915620_620170020
，
Figure F_220907152915699_699746021
为缓凝介质磁导率影响系数，
Figure F_220907152915777_777910022
为真空磁导率，
Figure F_220907152915856_856038023
为螺纹钢筋（1）相对导磁率。
6.根据权利要求1所述的免灌浆钢筋连接装置，其特征在于，所述金属线圈（6）由漆包铜线制成，所述缓凝材料（2）为缓凝砂浆或超缓凝砂浆，所述橡胶密封装置（7）为由橡胶材料制作的空心圆台结构，且圆台结构的上端直径小于下端直径。
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