钢筋连接套筒、钢筋混凝柱及套筒加工方法与流程

本申请属于建筑技术领域，具体涉及一种钢筋连接套筒、钢筋混凝柱及套筒加工方法。

背景技术：

为提高效率，建筑行业强力推行装配式建筑，其中，钢筋是受力的关键，钢筋的连接成为重要的环节。

在过往的使用中，钢筋大量使用灌浆套筒进行连接，灌浆套筒内部均使用环状结构的剪力槽，为了增加灌浆套筒的强度，提高灌浆套筒的使用寿命，剪力槽一般采用等强度的结构设计，即，灌浆套筒内部采用等槽宽等槽距(即各圈剪力槽的宽度相等，相邻两圈的剪力槽之间的间距相等)的剪力槽设计，然而这种等强度的结构设计虽然可以增加灌浆套筒的强度，但是会导致套筒加工量的增加，使得生产成本增加。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺点，本申请的目的是提供一种钢筋连接套筒、钢筋混凝柱及套筒加工方法，旨在解决现有钢筋连接套筒生产成本高的问题。

本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种钢筋连接套筒，包括套筒本体，套筒本体包括首端套筒段、中部套筒段和末端套筒段，首端套筒段、中部套筒段、末端套筒段沿套筒本体的轴线方向依次连接而形成一体，首端套筒段的腔壁上设有多圈第一剪力槽和第一台阶，末端套筒段的腔壁上设有多圈第二剪力槽和第二台阶，相邻的两圈第一剪力槽之间通过第一台阶相隔离，相邻的两圈第二剪力槽之间通过第二台阶相隔离，其中，在沿首端套筒段至中部套筒段的方向上，各圈第一剪力槽的槽宽逐渐变小，各圈第一台阶的宽度逐渐变小；在沿末端套筒段至中部套筒段的方向上，各圈第二剪力槽的槽宽逐渐变小，各圈第二台阶的宽度逐渐变小。

作为优选,在沿首端套筒段至中部套筒段的方向上，相邻的两圈第一剪力槽之间的槽宽之比以及相邻的两圈第一台阶之间的宽度之比均为σi/σi+1，其中，σ表示在具有等槽宽等槽距的钢筋连接套筒内注满浆体并待浆体凝固后，利用试验机所测得的各圈第一台阶所承受的应力，σi表示相邻的两圈第一台阶中离中部套筒段更远的一圈第一台阶所承受的应力，σi+1表示相邻的两圈第一台阶中离中部套筒段更近的另一圈第一台阶所承受的应力。

作为优选，在沿末端套筒段至中部套筒段的方向上，相邻的两圈第二剪力槽之间的槽宽之比以及相邻的两圈第二台阶之间的宽度之比均为δi/δi+1，其中，δ表示在具有等槽宽等槽距的钢筋连接套筒内注满浆体并待浆体凝固后，利用试验机所测得的各圈第二台阶所承受的应力，δi表示相邻的两圈第二台阶中离中部套筒段更远的一圈第二台阶所承受的应力，δi+1表示相邻的两圈第二台阶中离中部套筒段更近的另一圈第二台阶所承受的应力。

作为优选，第一剪力槽包括梯形槽、矩形槽中的任意一种；第二剪力槽包括梯形槽、矩形槽中的任意一种。

作为优选，首端套筒段远离中部套筒段的端部上开设有第一流浆通道，末端套筒段远离中部套筒段的端部上开设有第二流浆通道。

作为优选，首端套筒段内设有第一密封环，末端套筒段内设有第二密封环，第一密封环位于第一流浆通道与首端套筒段远离中部套筒段的端口之间，第二密封环位于第二流浆通道与末端套筒段远离中部套筒段的端口之间。

作为优选，首端套筒段的腔壁上还设有第一密封槽，末端套筒段的腔壁上还设有第二密封槽，第一密封环安装于第一密封槽内，第二密封环安装于第二密封槽内。

作为优选，第一流浆通道纵向贯穿第一剪力槽或第一台阶而与首端套筒段的内腔相通，第二流浆通道纵向贯穿第二剪力槽或第二台阶而与末端套筒段的内腔相通。

一种钢筋混凝柱，包括第一钢筋、第二钢筋、浆体以及前述的钢筋连接套筒，其中，浆体填充于钢筋连接套筒内，第一钢筋穿插于首端套筒段内，第二钢筋穿插于末端套筒段内。

一种套筒加工方法，应用于前述的钢筋连接套筒中，该方法包括：

获取钢筋连接套筒的内部加工参数，其中，内部加工参数包括首端套筒段内各圈第一剪力槽、第一台阶的宽度，和/或末端套筒段内各圈第二剪力槽、第二台阶的宽度；

根据内部加工参数，控制预装的刀具对预装于机床夹具上的套筒工件进行仿形加工，以获得钢筋连接套筒。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请提出的钢筋连接套筒，通过将剪力槽的槽宽和台阶的宽度按照自钢筋连接套筒的两端端部向内部逐渐减小的规律进行设计，使得钢筋连接套筒的两端端部可适应较大的承载力，而内部则可适应较小的承载力，符合钢筋连接套筒在实际使用中“端部受力大，内部受力小”的受力情况，使得凝固浆在钢筋连接套筒内的剪力分布是均匀变化的，因此与现有等槽宽等槽距的钢筋连接套筒相比，该钢筋连接套筒受力分布更加合理，无需采用等槽宽等槽距的剪力槽设计，亦可保证钢筋连接套筒的结构强度可满足使用需求而不易损坏，而且，在该钢筋连接套筒内，由于靠近端部的剪力槽宽度、间距较大，而靠近内部的剪力槽宽度、间距较小，因此在钢筋连接套筒的加工制作过程中，端部所需切削力较大，而内部使用较小的切削力即可，这样对切削刀具更友好、要求更低，因此不但有效地减少了钢筋连接套筒的加工量，而且降低了刀具发生断裂的风险，使得钢筋连接套筒的生产成本得以降低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例中钢筋连接套筒的剖面结构示意图；

图2为本申请另一实施例中钢筋连接套筒的剖面结构示意图；

图3为本申请一实施例中钢筋混凝柱的结构示意图；

图4为在实际使用中，钢筋连接套筒内部的受力分布示意图；

图5为本申请一实施例中套筒加工方法的流程示意图；

图6为本申请一实施例中伺服电机的控制示意图；

图7为本申请一实施例中仿形机床的加工原理示意图。

附图标记说明：

1-首端套筒段，11-第一剪力槽，12-第一台阶，13-第一流浆通道，14-第一密封槽，2-中部套筒段，3-末端套筒段，31-第二剪力槽，32-第二台阶，33-第二流浆通道，34-第二密封槽，4-第一密封环，5-第二密封环，61-第一钢筋，62-第二钢筋，7-凝固浆，81-伺服电机，82-伺服控制器，83-单片机，84-机床轴向进刀光栅尺，85-触摸屏，86-滑块，87-靠模，88-导轨。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

参照图1和图3，本申请实施例提供一种钢筋连接套筒，包括套筒本体，套筒本体包括首端套筒段1、中部套筒段2和末端套筒段3，首端套筒段1、中部套筒段2、末端套筒段3沿套筒本体的轴线方向依次连接而形成一体，首端套筒段1的腔壁上设有多圈第一剪力槽11和第一台阶12，末端套筒段3的腔壁上设有多圈第二剪力槽31和第二台阶32，相邻的两圈第一剪力槽11之间通过第一台阶12相隔离，相邻的两圈第二剪力槽31之间通过第二台阶32相隔离，其中，在沿首端套筒段1至中部套筒段2的方向上，各圈第一剪力槽11的槽宽逐渐变小，各圈第一台阶12的宽度逐渐变小；在沿末端套筒段3至中部套筒段2的方向上，各圈第二剪力槽31的槽宽逐渐变小，各圈第二台阶32的宽度逐渐变小。

目前的灌浆套筒通常采用优质碳素钢制成，在实际的使用中，灌浆套筒内部剪力槽上的台阶受拉力产生应变，如图4所示，凝固浆7作用于剪力槽上的作用力自灌浆套筒的端部向内部递减(即，灌浆套筒两端端部的受力大，内部受力小)，实验证明，第一圈剪力槽承受1/3的总载荷，随着剪力槽的数量向内部方向的增加，剪力槽的受力逐圈减小，到第八圈以后，剪力槽上几乎不受力，因此，基于上述发现，为使灌浆套筒内部的受力分布合理，剪力槽的宽度应按各圈的承载力分布而定。

在本实施例中，剪力槽的槽宽和台阶的宽度自钢筋连接套筒的两端端部向内部逐渐减小(即，靠近钢筋连接套筒端部的剪力槽的宽度、间距较大，而靠近钢筋连接套筒内部的剪力槽的宽度、间距较小)，使得钢筋连接套筒的两端端部可适应较大的承载力，而内部则可适应较小的承载力，符合钢筋连接套筒在实际使用中的受力情况，使得凝固浆7在钢筋连接套筒内的剪力分布是均匀变化的，因此与现有等槽宽等槽距的钢筋连接套筒相比，本实施例提出的钢筋连接套筒受力分布更加合理，无需采用等槽宽等槽距的剪力槽设计，亦可保证钢筋连接套筒的结构强度可满足使用需求而不易损坏，而且，在该钢筋连接套筒内，由于靠近端部的剪力槽宽度、间距较大，而靠近内部的剪力槽宽度、间距较小(甚至无需设计剪力槽，如在一些具体的实施例中，中部套筒段2无需进行剪力槽的加工)，因此在钢筋连接套筒的加工制作过程中，端部所需切削力较大，而内部使用较小的切削力即可，这样对切削刀具更友好、要求更低，因此不但有效地减少了钢筋连接套筒的加工量，而且降低了刀具发生断裂的风险，使得钢筋连接套筒的生产成本得以降低。

参照图1至图3，在一个可选的实施例中,在沿首端套筒段1至中部套筒段2的方向上，相邻的两圈第一剪力槽11之间的槽宽之比以及相邻的两圈第一台阶12之间的宽度之比均为σi/σi+1，其中，σ表示在具有等槽宽等槽距的钢筋连接套筒内注满浆体并待浆体凝固后，利用试验机所测得的各圈第一台阶12所承受的应力，σi表示相邻的两圈第一台阶12中离中部套筒段2更远的一圈第一台阶12所承受的应力，σi+1表示相邻的两圈第一台阶12中离中部套筒段2更近的另一圈第一台阶12所承受的应力。

在本实施例中，通过按第一剪力槽11的受力比例变化，来定制第一剪力槽11的槽宽比例变化和第一台阶12的宽度比例变化(具体表现为第一台阶12的宽度是按各圈第一台阶12的承载力分布比例而定的，第一剪力槽11的槽宽是按第一台阶12的宽度比例而定的)，使得钢筋连接套筒内部的受力分布可更加合理，凝固浆7在钢筋连接套筒内的剪力分布可更加均匀，从而有利于进一步提高钢筋连接套筒的结构稳定性；在本实施例中，通过实测的剪力槽的承载力变化，按照比例来定制剪力槽宽度和间距的变化，具体地，取现有等槽宽等槽距的钢筋连接套筒，并在各圈第一台阶12上分别贴上用于检测承载应力的现有压力传感器，然后往钢筋连接套筒内注入浆体，待浆体凝固后(即，形成凝固浆7)，用现有的试验机(试验机与各个压力传感器电性连接)可分别测出各圈第一台阶12上的应力σ1、σ2、…、σi+1，得到第一圈的第一台阶12与第二圈的第一台阶12之间的应力比例(即，靠近首端套筒段1端口的第一圈台阶与第二圈台阶之间的应力比例))为：ratio1＝σ1/σ2，第i圈的第一台阶12与第i+1圈的第一台阶12之间的应力比例为：ratioi＝σi/σi+1；则在沿首端套筒段1至中部套筒段2的方向上，第一圈第一台阶12与第二圈第一台阶12之间的宽度比例t1/t2＝σ1/σ2，第i圈第一台阶12与第i+1圈第一台阶12之间的宽度比例ti/ti+1＝σi/σi+1，则在沿首端套筒段1至中部套筒段2的方向上，第一圈第一剪力槽11与第二圈第一剪力槽11之间的宽度比例l1/l2＝t1/t2＝σ1/σ2，第i圈第一剪力槽11与第i+1圈第一剪力槽11之间的宽度比例li/li+1＝ti/ti+1＝σi/σi+1，举例而言，假设钢筋连接套筒具有5圈第一剪力槽11和第一台阶12，在沿首端套筒段1至中部套筒段2的方向上，各圈第一台阶12的宽度分别为t1、t2、t3、t4和t5，各圈第一剪力槽11的槽宽分别为l1、l2、l3、l4和l5，假设第一圈第一台阶12的宽度t1和第一圈第一剪力槽11的槽宽l1均为已知量(如采用与现有钢筋连接套筒相同的台阶宽度)，则有t2＝(t1σ2)/σ1，t3＝(t2σ3)/σ2，t4＝(t3σ4)/σ3，t5＝(t4σ5)/σ4；l2＝(l1σ2)/σ1，l3＝(l2σ3)/σ2，l4＝(l3σ4)/σ3，l5＝(l4σ5)/σ4，进而可根据得到的各圈第一台阶12的宽度和各圈第一剪力槽11的槽宽对首端套筒段1内各个剪力槽和各个台阶进行加工成形。

参照图1至图3，在一个可选的实施例中，在沿末端套筒段3至中部套筒段2的方向上，相邻的两圈第二剪力槽31之间的槽宽之比以及相邻的两圈第二台阶32之间的宽度之比均为δi/δi+1，其中，δ表示在具有等槽宽等槽距的钢筋连接套筒内注满浆体并待浆体凝固后，利用试验机所测得的各圈第二台阶32所承受的应力，δi表示相邻的两圈第二台阶32中离中部套筒段2更远的一圈第二台阶32所承受的应力，δi+1表示相邻的两圈第二台阶32中离中部套筒段2更近的另一圈第二台阶32所承受的应力。

在本实施例中，通过按第二剪力槽31的受力比例变化，来定制第二剪力槽31的槽宽比例变化和第二台阶32的宽度比例变化，使得钢筋连接套筒内部的受力分布可更加合理，凝固浆7在钢筋连接套筒内的剪力分布可更加均匀，从而有利于进一步提高钢筋连接套筒的结构稳定性，其中，在沿末端套筒段3至中部套筒段2的方向上，各圈第二台阶32的宽度和各圈第二剪力槽31的槽宽的确定过程，与前述各圈第一台阶12的宽度和各圈第一剪力槽11的槽宽的确定过程相同，本领域技术人员可以理解，对此不再赘述，需要说明的是，由于在实际的生产使用中，钢筋连接套筒一般采用对称的结构设计(即，首端套筒段1和末端套筒段3关于中部套筒段2的中部左右对称)，因此，在一些具体的实施例中，只需利用试验机分别测出各圈第一台阶12上的应力σ1、σ2、…、σi+1，即可确定出钢筋连接套筒内所有台阶的宽度和所有剪力槽的宽度。

参照图1和图2，在一个可选的实施例中，第一剪力槽11包括梯形槽、矩形槽中的任意一种；第二剪力槽31包括梯形槽、矩形槽中的任意一种。

在本实施例中，由于在实际的生产使用中，钢筋连接套筒一般采用对称的结构设计，因此通常情况下，第一剪力槽11的槽型与第二剪力槽31的槽型相同。

参照图1至图3，在一个可选的实施例中，首端套筒段1远离中部套筒段2的端部上开设有第一流浆通道13，末端套筒段3远离中部套筒段2的端部上开设有第二流浆通道33。

在本实施例中，当第一流浆通道13作为钢筋连接套筒的灌浆入口时，则第二流浆通道33可作为钢筋连接套筒的排浆出口，当然，亦可选用第二流浆通道33作为钢筋连接套筒的灌浆入口，第一流浆通道13作为钢筋连接套筒的排浆出口，对此不作具体的限制。

参照图1和图3，在一个可选的实施例中，首端套筒段1内设有第一密封环4，末端套筒段3内设有第二密封环5，第一密封环4位于第一流浆通道13与首端套筒段1远离中部套筒段2的端口之间，第二密封环5位于第二流浆通道33与末端套筒段3远离中部套筒段2的端口之间。

在本实施例中，灌浆过程是由一端的灌浆入口注入直到浆体从另一端的排浆出口溢出为止，由于灌浆入口连接浆体输送管，因此灌浆入口处的浆体压力较大，而本实施例中的钢筋连接套筒由于其两端受力较大，内部受力较小，因此在灌浆的过程中，浆体的压力可更好地从灌浆入口的一端向排浆出口的一端进行传导，使得浆体的流动可更加顺畅，浆体的填充可更加饱满，因此本实施例中的钢筋连接套筒灌浆效果好，与现有等槽宽等槽距的钢筋连接套筒相比，灌浆可靠度更高。

参照图1至图3，在一个可选的实施例中，首端套筒段1的腔壁上还设有第一密封槽14，末端套筒段3的腔壁上还设有第二密封槽34，第一密封环4安装于第一密封槽14内，第二密封环5安装于第二密封槽34内。

在本实施例中，通过设置密封槽，可方便密封环的安装，同时使得钢筋连接套筒的两端端口的密封性可得到保证。

参照图1至图3，在一个可选的实施例中，第一流浆通道13纵向贯穿第一剪力槽11或第一台阶12而与首端套筒段1的内腔相通，第二流浆通道33纵向贯穿第二剪力槽31或第二台阶32而与末端套筒段3的内腔相通。

在本实施例中，由于在实际的生产使用中，钢筋连接套筒一般采用对称的结构设计，因此通常情况下，当第一流浆通道13纵向贯穿第一剪力槽11设置时，则第二流浆通道33纵向贯穿第二剪力槽31设置；而当第一流浆通道13纵向贯穿第一台阶12设置时，则第二流浆通道33纵向贯穿第二台阶32设置。

参照图3，本申请实施例还提供一种钢筋混凝柱，包括第一钢筋61、第二钢筋62、浆体以及上述任一实施例中的钢筋连接套筒，其中，浆体填充于钢筋连接套筒内，第一钢筋61穿插于首端套筒段1内，第二钢筋62穿插于末端套筒段3内。

在本实施例中，得益于上述钢筋连接套筒的改进，该钢筋混凝柱具有结构稳定、可靠的优点。

参照1和图5，本申请实施例还提供一种套筒加工方法，应用于上述任一实施例中的钢筋连接套筒中，该套筒加工方法通过机床来实现，具体地，该套筒加工方法可通过现有的仿形机床来实现，仿形机床包括伺服电机81、伺服控制器82、单片机83、机床轴向进刀光栅尺84、触摸屏85、滑块86、靠模87、导轨88、刀具(图中未示意出)和仿形触头(图中未示意出)，其中，单片机83分别电性连接伺服控制器82、机床轴向进刀光栅尺84和触摸屏85，伺服控制器82电性连接伺服电机81，伺服电机81与滑块86传动连接，滑块86滑动连接于导轨88上，靠模87安装于滑块86上，刀具与仿形触头刚性相联，仿形触头与靠模87保持接触，该套筒加工方法包括以下步骤：

s1，获取钢筋连接套筒的内部加工参数，其中，内部加工参数包括首端套筒段1内各圈第一剪力槽11、第一台阶12的宽度，和/或末端套筒段3内各圈第二剪力槽31、第二台阶32的宽度；

s2，根据内部加工参数，控制预装的刀具对预装于机床夹具上的套筒工件进行仿形加工，以获得钢筋连接套筒。

在上述s1中，在获取钢筋连接套筒的内部加工参数之前，先确定出首端套筒段1内各圈第一剪力槽11、第一台阶12的宽度以及末端套筒段3内各圈第二剪力槽31、第二台阶32的宽度，该确定过程在前面关于钢筋连接套筒的实施例中已作过详细描述，因此此处不再赘述；获得钢筋连接套筒内各圈剪力槽和台阶的宽度参数后，通过触摸屏85将获得的宽度参数手动输入至单片机83中，为后续的仿形加工过程做准备。

在上述s2中，套筒工件可选用无缝钢管，当仿形机床开始进行仿形加工时，单片机83根据接收到的内部加工参数，将相应的动作指令发送给伺服控制器82，伺服控制器82根据动作指令控制伺服电机81转动，伺服电机81驱动滑块86连同靠模87一起沿着导轨88移动，靠模87的曲面将力传递至仿形触头，使刀具执行仿形运动而对套筒工件进行仿形加工，从而在套筒工件内加工出所需的各圈剪力槽和台阶(此处应当理解的是，首端套筒段1和末端套筒段3的内部加工是分别进行的，例如当首端套筒段1的内部加工完成后，通过控制刀具的对刀位置和走刀方向，即可执行与首端套筒段1相同的加工过程来完成末端套筒段3的内部加工，本领域技术人员可以理解，对此不再赘述)，其中，机床轴向进刀光栅尺84用于对刀具和套筒工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用，保证加工出来的各圈剪力槽和台阶的宽度与所输入的宽度参数保持一致。

在本实施例中，该套筒加工方法采用伺服仿形的加工方式，可以实现在低端机床上达到高精度、高效率的加工目标，而无需通过高端机床(如数控加工中心)来实现，有效地降低了制造成本，提高了生产的工艺性，而且，当钢筋连接套筒的型号发生变化时(钢筋连接套筒内各圈剪力槽和台阶的宽度也会随着型号的变化而变化)，只需根据钢筋连接套筒的型号往单片机83中写入相对应的程序(即输入与型号相对应的内部加工参数)，通过控制伺服电机81的动作即可实现复杂的剪力槽宽度、间距变化，方便而快捷，提高了加工效率。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，故凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本申请技术方案的范围内。