任海軍，王桂正

(長江水利委員會長江科學(xué)院 湖北武漢430010)

1 概述

鋼筋機(jī)械連接技術(shù)從上世紀(jì)八十年代中后期開始發(fā)展和應(yīng)用，經(jīng)過30多年的推廣，現(xiàn)已初具規(guī)模，鋼筋機(jī)械連接已受到廣大建設(shè)、設(shè)計、施工、監(jiān)理單位的青睞。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年我國的連接套筒用量超過10億只，機(jī)械連接設(shè)備年產(chǎn)量超過2萬臺，從事鋼筋機(jī)械連接施工企業(yè)或個體經(jīng)營者超過500家。相比較鋼筋綁扎、焊接，鋼筋機(jī)械連接有質(zhì)量穩(wěn)定可靠、連接強(qiáng)度高;操作簡單、適用范圍廣、施工速度快;鋼筋間距易控制、鋼筋連接區(qū)段無鋼筋重疊;現(xiàn)場連接無明火作業(yè)、無溫度內(nèi)力、可全天候施工;能耗低、無廢物排放、無需配備專用供電線路、節(jié)能環(huán)保;連接質(zhì)量驗收相對焊接直觀、簡便等優(yōu)點(diǎn)，特別是大直徑鋼筋連接中，鋼筋機(jī)械連接優(yōu)越性更為明顯。眾多鋼筋機(jī)械連接形式中，以直螺紋鋼筋接頭連接最為普遍，應(yīng)用較廣，隨著鋼筋機(jī)械連接在工程建設(shè)中的大量應(yīng)用，鋼筋接頭連接的質(zhì)量控制也成為施工單位、監(jiān)理單位現(xiàn)場質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

鋼筋機(jī)械連接的質(zhì)量控制要點(diǎn)之一就是鋼筋接頭的加工質(zhì)量控制，接頭加工的第一步控制就是對鋼筋接頭下料質(zhì)量的控制。《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》JGJ 107━2010中［1］要求直螺紋接頭的現(xiàn)場加工，鋼筋端部應(yīng)切平或鐓平后加再工螺紋。《滾扎直螺紋鋼筋連接接頭》JG163－2004中［2］規(guī)定，鋼筋下料時不宜用熱加工方法切割;鋼筋端面宜平整并與鋼筋軸線垂直;不得有馬蹄形或扭曲。對鋼筋接頭下料質(zhì)量的要求，就是為了確保絲頭加工中徑、牙型角及絲頭有效螺紋長度符合設(shè)計規(guī)定。

工程建設(shè)中常采用的鋼筋下料機(jī)具設(shè)備主要是鋼筋切斷機(jī)和鋼筋切割機(jī)，針對鋼筋機(jī)械連接下料，鋼筋切割機(jī)成形好，便于加工，但效率低;鋼筋切斷機(jī)效率高，但成形差，特別是刀片不好時，更會給后續(xù)加工增加難度。施工單位出于成本控制和加工效率，偏向采用鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行下料，但往往因鋼筋切斷機(jī)刀具選用不合適，鋼筋下料后在接頭處常出現(xiàn)馬蹄形或端面不平整，為確保加工絲頭質(zhì)量，建設(shè)、監(jiān)理單位常要求對出現(xiàn)馬蹄形或端面不平整的接頭先進(jìn)行切平或鐓平處理再進(jìn)行絲頭加工。這樣一來，對于鋼筋機(jī)械連接下料要同時使用兩種下料機(jī)具或者直接采用鋼筋切割機(jī)下料，功效降低、成本也增加。筆者根據(jù)多年工程經(jīng)驗和對鋼筋切斷機(jī)的工作機(jī)理分析研究，提出對鋼筋切斷機(jī)刀具進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，有效的解決了采用切斷機(jī)下料過程中引起的馬蹄形和端面不平整，提高加工效率、降低施工成本，對今后鋼筋切斷機(jī)的研發(fā)和改進(jìn)值得借鑒。

2 鋼筋切斷機(jī)刀具改進(jìn)機(jī)理分析

鋼筋切斷機(jī)主要由行走輪組、傳動結(jié)構(gòu)、機(jī)體、離合裝置、刀頭、刀座等組成見(圖1)。主要工作過程:電動機(jī)輸出動力經(jīng)過皮帶傳動和三級齒輪傳動減速后，帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸推動連桿使滑塊和動刀片在機(jī)座的滑道中做往復(fù)直線運(yùn)動，使得動刀片和定刀片相錯而切斷鋼筋。

按照材料力學(xué)分析，鋼筋切斷過程中受到集中應(yīng)力的剪切和擠壓見(圖2)，在擠壓應(yīng)力范圍內(nèi)，鋼筋的剪切應(yīng)力達(dá)到許用切應(yīng)力條件，發(fā)生剪切破壞。

圖1 鋼筋切斷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 刀片切割鋼筋示意圖

(1)假設(shè)切應(yīng)力在剪切面上是均勻分布的，可得鋼筋實(shí)用切應(yīng)力計算公式［3］:

切應(yīng)力強(qiáng)度條件:τ≤［τ］。［τ］為許用切應(yīng)力，常由試驗方法確認(rèn)，塑性材料:［τ］=(0.5～0.7)［σ］，脆性材料:［τ］=(0.8～1.0)［σ］。Fs為剪切面的剪切力，為鋼筋截面積。

(2)假設(shè)應(yīng)力在擠壓面上是均勻分布的，可得鋼筋實(shí)用擠壓應(yīng)力計算公式:

擠壓強(qiáng)度條件:σbs≤［σbs］。［σbs］為許用擠壓應(yīng)力，常由試驗方法確認(rèn)，塑性材料:［σbs］=(1.5～2.5)［σ］，脆性材料:［σbs］=(0.9～1.5)［σ］。Fbs為擠壓面的擠壓力，Abs為刀片與鋼筋的實(shí)際接觸面，δ為刀片寬度，dx刀片與鋼筋接觸弧長。

根據(jù)公式(1)和公式(2)，以及切應(yīng)力強(qiáng)度條件、擠壓強(qiáng)度條件，可以推算出在確保鋼筋不受擠壓破壞時達(dá)到剪切破壞的刀片與鋼筋實(shí)際接觸面，一般鋼筋切斷機(jī)的刀片寬度 較為固定，刀片與鋼筋接觸弧長 應(yīng)滿足的尺寸要求為:

因此，為了避免鋼筋在切斷時不被刀片擠壓破壞，現(xiàn)場施工中或者選擇切斷機(jī)時應(yīng)注意對刀片刀刃外形進(jìn)行加工改進(jìn)。根據(jù)現(xiàn)場加工主要鋼筋的尺寸選擇合適的刀片刀刃，確保刀片與鋼筋接觸弧長，可以有效的保證鋼筋切斷后端頭的平整度及圓滾度，減少鋼筋接頭螺紋加工前的切平、鐓平處理。

3 鋼筋切斷機(jī)刀具改進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

亭子口庫區(qū)交通復(fù)建工程潘家口大橋位于廣元市元壩區(qū)青牛鄉(xiāng)文書村，橋面設(shè)計高程EL462.97m～EL463.863m，設(shè)計橋長369.58m，寬7.5m，設(shè)計橋型為3聯(lián)4×30m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁，全橋11個橋墩，橋墩采用板式橋墩，最高47m，樁基采用嵌巖樁，最深25m。全橋樁基、橋墩等主要受力鋼筋采用HRB335Φ28螺紋鋼，經(jīng)工藝試驗結(jié)果確定，采用滾扎直螺紋鋼筋連接，連接強(qiáng)度高，成本較低，施工方便，質(zhì)量易控制，質(zhì)量驗收直觀。

前期施工過程中，采用GQ50型鋼筋切斷機(jī)進(jìn)行鋼筋下料，接頭處總存在馬蹄形且端面不平整，成型較差，經(jīng)直螺紋滾絲機(jī)加工，絲頭螺紋存在斷絲、螺紋牙型不飽滿，不完整螺紋偏多，最多達(dá)到4～5個，嚴(yán)重的影響到絲頭加工質(zhì)量見(圖3)。為確保施工質(zhì)量，只有對接頭重新切割加工。根據(jù)現(xiàn)場鋼筋原材料的力學(xué)性能參數(shù)和鋼筋切斷機(jī)刀具參數(shù)，?。郐樱?0.6［σ］、［σbs］=2.0［σ］、δ=17mm、d=28mm，由式(3－3)得:dx≥11mm，即可滿足鋼筋不受擠壓破壞。

圖3 刀片改進(jìn)前接頭絲扣加工效果圖

圖4 刀片改進(jìn)后接頭絲扣加工效果圖

經(jīng)現(xiàn)場對GQ50型鋼筋切斷機(jī)的刀片刀刃進(jìn)行加工，將原有的平口刀刃改為弧形刀刃，加工弧長為15mm，內(nèi)弧半徑15mm，成型后的鋼筋切割受力示意如圖。通過現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，改進(jìn)后的鋼筋切斷機(jī)，有效的解決了采用下料過程中引起的鋼筋端頭出現(xiàn)馬蹄形，剪切端面的平整度也大大提高。鋼筋接頭絲扣加工后，進(jìn)行簡單的處理，即可以滿足規(guī)范要求見(圖4)。

4 小結(jié)

鋼筋切斷機(jī)刀具改進(jìn)技術(shù)，在亭子口庫區(qū)交通復(fù)建工程其它橋梁工程建設(shè)中推廣應(yīng)用，取得良好的技術(shù)效果，并得到建設(shè)、施工、監(jiān)理單位一致好評。對于刀具刀刃的開口弧長，應(yīng)根據(jù)加工鋼筋直徑大小及加工精細(xì)程度要求進(jìn)行調(diào)整，可以通過現(xiàn)場實(shí)際加工情況進(jìn)行驗證改進(jìn)。鋼筋切斷機(jī)作為鋼筋加工必備工具之一，在建設(shè)工程各領(lǐng)域應(yīng)用較廣，鋼筋下料端頭質(zhì)量的好壞，對于其它形式的鋼筋連接質(zhì)量也有一定提高。作為一種改進(jìn)技術(shù)，值得諸多設(shè)備生產(chǎn)廠家、廣大工程建設(shè)技術(shù)人員借鑒。

［1］JGJ107－2010，鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］JG163－2004，滾扎直螺紋鋼筋連接接頭［S］.

［3］劉鴻文，材料力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2011.