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【摘 要】 HRB500级钢筋具有强度高、延性好、碳当量低，可加工可焊性好等优点，是推广前景优越，推广意义重大的新钢种。
研究的主要內容：HRB500级钢筋焊接接头试验研究以及HRB500级钢筋机械连接接头试验研究。做出焊接接头和机械连接接头的性能是否满足《钢筋焊接及验收规程》和《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2003）的要求。
通过以上研究对HRB500级钢筋连接应用中的可靠性、可操作性以及经济分析，从而掌握钢筋连接方法的适用性，为其以后在工程中的推广应用提供依据。
【关键词】 钢筋焊接；机械连接
1.1论文研究背景
虽然我国工程建设中钢筋用量逐年快速增长，但低强钢筋及低等级混凝土比例过大，钢筋大多采用II级钢筋（HRB335钢筋），HRB400钢筋用量仅为钢筋总用量的10～20%，均处于中等偏下的水平。
2005年，建设部总工程师王铁宏提出了大力推广应用高强度钢筋和高性能混凝土的倡议，以节约能源，提高环境质量，实现建设行业可持续发展[13]。
1.2 HRB500钢筋研究
通过对闪光对焊、电弧焊、气压焊、电渣压力焊焊接工艺参数的研究，做出焊接接头，通过试验确定其性能是否满足《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-2003要求。
通过对冷挤压、锥螺纹研究，做出机械连接接头，通过试验确定其性能是否满足《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003要求。
2.1.1基本原理
钢筋闪光对焊是将两钢筋安放成对接形式，利用焊接电流通过两钢筋接触点产生的电阻热，使金属熔化，产生强烈飞溅闪光，使钢筋端部产生塑性区及均匀的液体金属层，迅速施加顶锻力完成的一种压焊方法。
2.1.4焊接接头力学性能检验
钢筋焊接接头试件共4组（2组Φ25，2组Φ18）每组3根，其中拉伸试验Φ25、Φ18各一组；弯曲试验Φ25、Φ18各一组。试验结果全部合格。
特点：钢筋闪光对焊具有生产效率高，操作方便，节约能源和钢材，费用低廉，加工场地固定（不能在布筋现场作业，使用受到限制），接头受力性能良好，焊接质量高等优点，故钢筋的对接连接宜优先采用闪光对焊。冬季施焊应采取使接头缓慢降温措施
2.2电弧焊
基本原理：钢筋电弧焊是以焊条作为一极，钢筋为另一极，利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法。
焊接接头力学性能检验：钢筋焊接接头试件共2组（Φ25一组，Φ18一组），每组3根。试验结果全部合格。
试验评定：
手工电弧焊的优点是轻便、灵活、可全位置焊接，适应性强，应用范围广。
缺点是浪费钢材，施工速度慢，影响工程进度，增加工程造价。
2.3电渣压力焊
基本原理：钢筋电渣压力焊是将两钢筋安放成竖向对接形式，利用焊接电流通过两钢筋端面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生电弧热和电阻热，熔化钢筋，加压完成的一种压焊方法。
焊接接头力学性能检验：
钢筋焊接接头试件共有3组（Φ25普通电渣压力焊一组，Φ25镦粗电渣压力焊一组，Φ18镦粗电渣压力焊一组），每组3根。试验结果镦粗电渣压力焊全部合格；普通电渣压力焊不合格。
试验评定
电渣压力焊的优点是轻便、灵活、节省钢材；缺点：耗电量大，用于竖向位置焊接，质量影响人为干扰较重；
2.4气压焊
基本原理：
钢筋气压焊是采用氧——燃料气体（如：液化石油气）火焰将两钢筋对接处进行加热，使其达到熔化温度加压完成的一种压焊方法。
特点：钢筋气压焊具有生产效率高，工序复杂，且有明火作业不安全，节约能源和钢材，场地不受限制。接头受力性能较好。雨、大风天应采取相应围护措施，冬季施焊应采取接头缓慢降温的措施；另外，现场电源稳定性、燃气的品质、夹具老化、焊工的水平等诸多因素，均会影响焊接接头的质量，所以在钢筋焊接中，还应加强管理。
3.1剥肋滚压直螺纹连接
先剥切钢筋横纵肋后，滚压直螺纹工艺对钢筋端部进行加工丝头，然后用带内螺纹的套筒，将预制丝头的待连接钢筋旋拧在一起，达到钢筋连接一体，实现等强度连接的目的。
剥肋滚压连接接头自动化程度高，加工工序少，操作简单，螺纹牙型好，精度高，连接强度高，直径大小一致性好，生产效率高，施工方便，适用于全位置连接，并且可用异径连接，不受天气制约，质量检验直观。
3.2挤肋滚压直螺纹连接
试验评定
滚压连接接头操作简单，设备调整方便，生产效率高，用于全位置连接，不受天气制约；滚丝轮受力条件恶劣、工作寿命比剥肋滚压滚丝轮低。由于钢筋本身轧制公差较大，连接接头内丝直径，有时还需根据母材外径进行调整，对丝头加工控制难度大。
3.3镦粗直螺纹接头
基本原理：
钢筋采用专用镦粗机，将钢筋端部冷镦后，使其直径增大，使套丝后丝扣底部横截面积不小于钢筋原截面积，然后用带内螺纹的套筒将预制丝头的待连接钢筋旋拧在一起，达到钢筋连接一体，实现等强度连接的目的。
连接接头力学性能检验：
钢筋连接接头共有2组，（Φ25一组，Φ18一组）每组各3根，采用了40铬钢连接套筒，试验结果全部合格。
试验评定
连接接头力学性能检验，接头性能较好，均断于母材，连接接头套筒采用40铬钢，使接头有足够的安全储备，各项试验指标均符合《钢筋连接通用技术规程》JGJ107-2003的要求。
3.4锥螺纹钢筋连接
钢筋采用套丝机把钢筋的端头加工成锥形螺纹，通过锥螺纹连接套筒把两根带丝头的钢筋，按规定的力矩值连接成一体的钢筋接头，实现等强度连接的目的。 连接接头力学性能检验：钢筋连接接头共有2组（Φ25一组，Φ18一组），每组各3根，采用了40铬钢连接套筒，试验结
论不合格。3.4锥螺纹钢筋连接
锥螺纹连接接头操作工艺较复杂，操作简单，但设备调整不方便，生产效率高，丝头不合格品较多，不受天气制约。
连接接头力学性能检验，抗拉强度达不到要求。锥螺纹底径小于钢筋母材基圆直径，接头强度被削弱，颈缩“趋向”均在套筒两端端部，螺距明显变大，未达到《钢筋连接通用技术规程》JGJ107-2003的合格要求，用于HRB500级钢筋的连接不可行。
3.5冷挤压连接
钢筋挤压连接是将钢套筒分别套在待连接的钢筋端头，通过使用专用挤压机具，使钢套筒产生塑性变形后与钢筋横肋紧密咬合而形成钢筋接头。
连接接头力学性能检验：钢筋连接接头共有2组（Φ25一组，Φ18一组），每组各3根，采用了钢连接套筒，试验结果合格。
试验评定
冷挤压连接适用于各种钢筋，强度高，性能最为可靠；由于设备笨重，工人劳动强度大，设备保养不好易产生漏油污染钢筋，影响效力正常发挥，给使用维修带来不便；各种环境中均可作业，不受施工场地限制，适用于全位置连接。
连接接头力学性能检验，接头性能良好，临近受拉破坏时在接头以外的钢筋母材出现颈缩，最后均断于母材，连接接头有足够的安全储备，各项试验指标均符合《钢筋连接通用技术规程》JGJ107-2003的要求。
HRB500钢筋连接工艺比较和成本分析
连接接头性能对比：
表4.1 焊接接头性能对比
焊接方法项目 闪光
对焊 气压焊 电弧焊 电渣压力焊
镦粗 常规
平均接头
抗拉强度 Ф18 700.1 684.4 708.6 707.3 —
Ф25 684.5 671.6 685.8 691.8 675.6
平均接头
总伸长率 Ф18 16.83 8.29 8.38 10.51 —
Ф25 13.26 7.49 5.70 10.83 9.16
接头破
坏形态 全部接头
断于母材 有2个断于接头处，其余断于母材。 有3个断于接头，其余断于母材。 全部断
在母材 全部断
在接头
连接接头性能对比：
表4.2 机械连接接头性能对比
连接方法
项目 挤压连接 锥螺纹连接 镦粗直螺纹 剥肋滚压
直螺纹 挤肋滚压
直螺纹
平均接头
抗拉强度 Φ18 697.5 594.6 700.4 696.8 698.2
Φ25 692.4 597.2 697.0 689.9 693.8
平均接头
总伸长率 Φ18 8.95 4.38 7.80 12.28 12.97
Φ25 9.64 3.34 9.40 11.95 12.00
接頭破坏
形态 全部试件断于母材 全部试件断在接头 全部试件断于母材 全部试件断于母材 全部试件断于母材
连接接头成本分析：
对10种钢筋连接方法（绑扎搭接、闪光焊、电弧焊、电渣压力焊、气压焊、挤压连接、锥螺纹连接、镦螺纹连接、剥肋滚压直螺纹、挤肋滚压直螺纹）进行成本分析可得：当连接钢筋直径d≥25mm时，成本最高的依次是绑扎连接、电弧焊、挤压连接，各种螺纹连接方法价格适中，闪光焊、电渣压力焊、气压焊价格最低。
HRB500钢筋连接工艺比较和成本分析
现场操作性：
由于闪光对焊设备笨重，尚不能进行工作面上的现场钢筋接头连接，而只能在钢筋加工区作钢筋连接工作。其余9种钢筋连接方法均适合进行现场钢筋连接，其中：绑扎搭接连接、各种螺纹连接方法，速度快、劳动强度低。
质量影响因素：
绑扎搭接连接取决于混凝土整体强度，当配筋量过大，钢筋直径较粗时不宜采用；各种焊接连接方法的质量主要取决于操作技工的操作技巧，质量离散性能较大，故在重要工程中应有所限制，并加强工艺评定，焊工水平管理，随机抽查等工作；各种机械连接方法的质量保证主要取决于外观和拧紧力矩的检查，可以作到现场钢筋连接接头的逐根无破损检查，工作实践表明，挤压连接的质量保证率为最高。
全天候性能：
绑扎搭接连接和各种机械连接方法均适合在任何气候条件下施工；各种焊接连接方法在雨雪天不能进行现场连接钢筋的作业，低温天，还应采用有效的缓降温措施。
研究的主要內容：HRB500级钢筋焊接接头试验研究以及HRB500级钢筋机械连接接头试验研究。做出焊接接头和机械连接接头的性能是否满足《钢筋焊接及验收规程》和《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2003）的要求。
通过以上研究对HRB500级钢筋连接应用中的可靠性、可操作性以及经济分析，从而掌握钢筋连接方法的适用性，为其以后在工程中的推广应用提供依据。
【关键词】 钢筋焊接；机械连接
1.1论文研究背景
虽然我国工程建设中钢筋用量逐年快速增长，但低强钢筋及低等级混凝土比例过大，钢筋大多采用II级钢筋（HRB335钢筋），HRB400钢筋用量仅为钢筋总用量的10～20%，均处于中等偏下的水平。
2005年，建设部总工程师王铁宏提出了大力推广应用高强度钢筋和高性能混凝土的倡议，以节约能源，提高环境质量，实现建设行业可持续发展[13]。
1.2 HRB500钢筋研究
通过对闪光对焊、电弧焊、气压焊、电渣压力焊焊接工艺参数的研究，做出焊接接头，通过试验确定其性能是否满足《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-2003要求。
通过对冷挤压、锥螺纹研究，做出机械连接接头，通过试验确定其性能是否满足《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003要求。
2.1.1基本原理
钢筋闪光对焊是将两钢筋安放成对接形式，利用焊接电流通过两钢筋接触点产生的电阻热，使金属熔化，产生强烈飞溅闪光，使钢筋端部产生塑性区及均匀的液体金属层，迅速施加顶锻力完成的一种压焊方法。
2.1.4焊接接头力学性能检验
钢筋焊接接头试件共4组（2组Φ25，2组Φ18）每组3根，其中拉伸试验Φ25、Φ18各一组；弯曲试验Φ25、Φ18各一组。试验结果全部合格。
特点：钢筋闪光对焊具有生产效率高，操作方便，节约能源和钢材，费用低廉，加工场地固定（不能在布筋现场作业，使用受到限制），接头受力性能良好，焊接质量高等优点，故钢筋的对接连接宜优先采用闪光对焊。冬季施焊应采取使接头缓慢降温措施
2.2电弧焊
基本原理：钢筋电弧焊是以焊条作为一极，钢筋为另一极，利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方法。
焊接接头力学性能检验：钢筋焊接接头试件共2组（Φ25一组，Φ18一组），每组3根。试验结果全部合格。
试验评定：
手工电弧焊的优点是轻便、灵活、可全位置焊接，适应性强，应用范围广。
缺点是浪费钢材，施工速度慢，影响工程进度，增加工程造价。
2.3电渣压力焊
基本原理：钢筋电渣压力焊是将两钢筋安放成竖向对接形式，利用焊接电流通过两钢筋端面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生电弧热和电阻热，熔化钢筋，加压完成的一种压焊方法。
焊接接头力学性能检验：
钢筋焊接接头试件共有3组（Φ25普通电渣压力焊一组，Φ25镦粗电渣压力焊一组，Φ18镦粗电渣压力焊一组），每组3根。试验结果镦粗电渣压力焊全部合格；普通电渣压力焊不合格。
试验评定
电渣压力焊的优点是轻便、灵活、节省钢材；缺点：耗电量大，用于竖向位置焊接，质量影响人为干扰较重；
2.4气压焊
基本原理：
钢筋气压焊是采用氧——燃料气体（如：液化石油气）火焰将两钢筋对接处进行加热，使其达到熔化温度加压完成的一种压焊方法。
特点：钢筋气压焊具有生产效率高，工序复杂，且有明火作业不安全，节约能源和钢材，场地不受限制。接头受力性能较好。雨、大风天应采取相应围护措施，冬季施焊应采取接头缓慢降温的措施；另外，现场电源稳定性、燃气的品质、夹具老化、焊工的水平等诸多因素，均会影响焊接接头的质量，所以在钢筋焊接中，还应加强管理。
3.1剥肋滚压直螺纹连接
先剥切钢筋横纵肋后，滚压直螺纹工艺对钢筋端部进行加工丝头，然后用带内螺纹的套筒，将预制丝头的待连接钢筋旋拧在一起，达到钢筋连接一体，实现等强度连接的目的。
剥肋滚压连接接头自动化程度高，加工工序少，操作简单，螺纹牙型好，精度高，连接强度高，直径大小一致性好，生产效率高，施工方便，适用于全位置连接，并且可用异径连接，不受天气制约，质量检验直观。
3.2挤肋滚压直螺纹连接
试验评定
滚压连接接头操作简单，设备调整方便，生产效率高，用于全位置连接，不受天气制约；滚丝轮受力条件恶劣、工作寿命比剥肋滚压滚丝轮低。由于钢筋本身轧制公差较大，连接接头内丝直径，有时还需根据母材外径进行调整，对丝头加工控制难度大。
3.3镦粗直螺纹接头
基本原理：
钢筋采用专用镦粗机，将钢筋端部冷镦后，使其直径增大，使套丝后丝扣底部横截面积不小于钢筋原截面积，然后用带内螺纹的套筒将预制丝头的待连接钢筋旋拧在一起，达到钢筋连接一体，实现等强度连接的目的。
连接接头力学性能检验：
钢筋连接接头共有2组，（Φ25一组，Φ18一组）每组各3根，采用了40铬钢连接套筒，试验结果全部合格。
试验评定
连接接头力学性能检验，接头性能较好，均断于母材，连接接头套筒采用40铬钢，使接头有足够的安全储备，各项试验指标均符合《钢筋连接通用技术规程》JGJ107-2003的要求。
3.4锥螺纹钢筋连接
钢筋采用套丝机把钢筋的端头加工成锥形螺纹，通过锥螺纹连接套筒把两根带丝头的钢筋，按规定的力矩值连接成一体的钢筋接头，实现等强度连接的目的。 连接接头力学性能检验：钢筋连接接头共有2组（Φ25一组，Φ18一组），每组各3根，采用了40铬钢连接套筒，试验结
论不合格。3.4锥螺纹钢筋连接
锥螺纹连接接头操作工艺较复杂，操作简单，但设备调整不方便，生产效率高，丝头不合格品较多，不受天气制约。
连接接头力学性能检验，抗拉强度达不到要求。锥螺纹底径小于钢筋母材基圆直径，接头强度被削弱，颈缩“趋向”均在套筒两端端部，螺距明显变大，未达到《钢筋连接通用技术规程》JGJ107-2003的合格要求，用于HRB500级钢筋的连接不可行。
3.5冷挤压连接
钢筋挤压连接是将钢套筒分别套在待连接的钢筋端头，通过使用专用挤压机具，使钢套筒产生塑性变形后与钢筋横肋紧密咬合而形成钢筋接头。
连接接头力学性能检验：钢筋连接接头共有2组（Φ25一组，Φ18一组），每组各3根，采用了钢连接套筒，试验结果合格。
试验评定
冷挤压连接适用于各种钢筋，强度高，性能最为可靠；由于设备笨重，工人劳动强度大，设备保养不好易产生漏油污染钢筋，影响效力正常发挥，给使用维修带来不便；各种环境中均可作业，不受施工场地限制，适用于全位置连接。
连接接头力学性能检验，接头性能良好，临近受拉破坏时在接头以外的钢筋母材出现颈缩，最后均断于母材，连接接头有足够的安全储备，各项试验指标均符合《钢筋连接通用技术规程》JGJ107-2003的要求。
HRB500钢筋连接工艺比较和成本分析
连接接头性能对比：
表4.1 焊接接头性能对比
焊接方法项目 闪光
对焊 气压焊 电弧焊 电渣压力焊
镦粗 常规
平均接头
抗拉强度 Ф18 700.1 684.4 708.6 707.3 —
Ф25 684.5 671.6 685.8 691.8 675.6
平均接头
总伸长率 Ф18 16.83 8.29 8.38 10.51 —
Ф25 13.26 7.49 5.70 10.83 9.16
接头破
坏形态 全部接头
断于母材 有2个断于接头处，其余断于母材。 有3个断于接头，其余断于母材。 全部断
在母材 全部断
在接头
连接接头性能对比：
表4.2 机械连接接头性能对比
连接方法
项目 挤压连接 锥螺纹连接 镦粗直螺纹 剥肋滚压
直螺纹 挤肋滚压
直螺纹
平均接头
抗拉强度 Φ18 697.5 594.6 700.4 696.8 698.2
Φ25 692.4 597.2 697.0 689.9 693.8
平均接头
总伸长率 Φ18 8.95 4.38 7.80 12.28 12.97
Φ25 9.64 3.34 9.40 11.95 12.00
接頭破坏
形态 全部试件断于母材 全部试件断在接头 全部试件断于母材 全部试件断于母材 全部试件断于母材
连接接头成本分析：
对10种钢筋连接方法（绑扎搭接、闪光焊、电弧焊、电渣压力焊、气压焊、挤压连接、锥螺纹连接、镦螺纹连接、剥肋滚压直螺纹、挤肋滚压直螺纹）进行成本分析可得：当连接钢筋直径d≥25mm时，成本最高的依次是绑扎连接、电弧焊、挤压连接，各种螺纹连接方法价格适中，闪光焊、电渣压力焊、气压焊价格最低。
HRB500钢筋连接工艺比较和成本分析
现场操作性：
由于闪光对焊设备笨重，尚不能进行工作面上的现场钢筋接头连接，而只能在钢筋加工区作钢筋连接工作。其余9种钢筋连接方法均适合进行现场钢筋连接，其中：绑扎搭接连接、各种螺纹连接方法，速度快、劳动强度低。
质量影响因素：
绑扎搭接连接取决于混凝土整体强度，当配筋量过大，钢筋直径较粗时不宜采用；各种焊接连接方法的质量主要取决于操作技工的操作技巧，质量离散性能较大，故在重要工程中应有所限制，并加强工艺评定，焊工水平管理，随机抽查等工作；各种机械连接方法的质量保证主要取决于外观和拧紧力矩的检查，可以作到现场钢筋连接接头的逐根无破损检查，工作实践表明，挤压连接的质量保证率为最高。
全天候性能：
绑扎搭接连接和各种机械连接方法均适合在任何气候条件下施工；各种焊接连接方法在雨雪天不能进行现场连接钢筋的作业，低温天，还应采用有效的缓降温措施。