专利名称：水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于装配式混凝土结构中的带肋钢筋连接接头，该接头在结构、材料消耗和制造成本等方面优于已有的水泥灌浆钢筋接头，可以连接竖向、水平或斜向布置的钢筋，因此可广泛应用于装配式结构体系中。
背景技术：
现代混凝土建筑结构的施工中，钢筋机械连接接头以性能好、连接方便、质量可靠、综合经济效益高的特点，在大型建筑、重要工程结构中得到了广泛应用。常用的钢筋机械连接方法有镦粗直螺纹连接、滚轧直螺纹连接、锥螺纹连接冷挤压连接，而在现代装配式混凝土结构建筑施工中，预制构件的受力钢筋主要采用水泥灌浆连接方法连接。水泥灌浆钢筋接头由连接套筒、无收缩高强度水泥砂浆及套筒两端连接的带肋钢筋所组成，其原理是将无收缩高强度水泥砂浆灌入连接套筒，填充满套筒与钢筋之间的间隙，水泥砂浆硬化后，与带有横肋的钢筋和带有内螺纹的套筒内壁紧密结合，而将两根钢筋连接在一起。传统的水泥灌浆钢筋接头的特点是连接套筒采用铸造工艺制造而成，外形为橄榄状或瓶状筒形，套筒水泥灌浆段的内壁设有多个凸起环肋。其缺点一是连接套筒外型尺寸大，在建筑结构中，混凝土保护层厚度和钢筋间距满足设计规范要求的情况下，构件的外形尺寸较大，不仅提高了单位面积的工程造价，而且降低了建筑物的使用面积；二是连接套筒采用铸造加工而成，要保证该受力结构件的材料强度和加工品质满足设计要求，对其铸造工艺和质量控制的要求都非常高，其成本高昂，难以大量推广使用。近年来北京建茂建筑设备有限公司提出了一种与传统水泥灌浆接头不同的新型灌浆接头，该接头采用了一端灌浆连接，一端螺纹连接的结构，连接套筒采用轧制圆钢或多角型钢切削加工而成，其优点是连接套筒材料性能好，接头外形尺寸小，连接套筒加工精度高，接头性能好，综合成本低。但该接头存在的不足之处就是连接套筒采用轧制圆钢或多角型钢原料，且套筒灌浆腔内的凹凸结构采用切削加工工艺制成，机械加工成本较高，材料消耗较大，对于钢筋直径较大的连接套筒，该不足尤显突出。工业化建筑是我国未来建筑业的主要发展方向，高层装配式混凝土结构建筑对在城市住宅领域具有十分广阔的发展空间，解决好装配式结构整体性的关键技术-钢筋连接，在保证具有优异的连接性能基础上，研究更合理的接头结构和套筒生产工艺，使钢筋连接接头的成本得到降低，对工业化建筑中的推广具有重要的意义。
发明内容
针对所述水泥灌浆接头的不足，本发明的目的在于提供一种钢筋灌浆钢筋连接接头，有效缩小套筒直径和长度尺寸，使接头能够应用于装配式结构的墙、柱和梁中，接头的性能达到中国JGJ107标准的最高级接头及英、美等发达国家标准对钢筋机械接头的要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，包括连接钢筋、连接套筒和水泥砂浆，所述的连接钢筋为两根，其中一根为端头带螺纹钢筋，另一根为普通的带肋钢筋；在该连接套筒的一端的孔为螺纹孔，在所述的带螺纹钢筋的螺纹端与连接套筒的螺纹孔之间设有螺纹套，该螺纹套通过外螺纹与连接套筒的螺纹孔相连接，该螺纹套通过内螺纹与带螺纹钢筋的螺纹端连接；该连接套筒的另一端设有灌浆部，所述的带肋钢筋插入该灌浆部的孔内，并通过充满两者间隙内的硬化的无收缩水泥砂浆结合形成一个连接体，其特征在于在所述连接套筒的灌浆部的管状内壁上设有防止该带肋钢筋从连接套筒中脱出的防退斜坡，该防退斜坡上的任意一点处的切平面与该连接套筒的轴线的夹角大于2。并小于45°，该带肋钢筋所对应的防退斜坡在连接套筒的轴线上的投影长度总和大于或等于 0. 5倍带肋钢筋的直径；在所述连接套筒的灌浆部的管状内壁上还设有防止该带肋钢筋向连接套筒中伸入的阻进斜坡，该阻进斜坡上的任意一点处的切平面与该连接套筒的轴线的夹角大于2° 并小于45°，该带肋钢筋所对应的阻进斜坡在连接套筒的轴线上的投影长度总和大于或等于0.5倍带肋钢筋的直径。在所述的连接套筒的灌浆部的管状内壁上设有凹槽或凸肋，该凹槽或凸肋在该连接套筒的轴向上设置为连续的或间隔的，该凹槽或凸肋在该连接套筒的周向上设置为连续的或间隔的；所述的防退斜坡与阻进斜坡是凹槽或凸肋上的一部分。所述的连接套筒灌浆部内壁上的凹槽或凸肋的数量至少在连接套筒周向上设有1 圈，凹槽的最大深度或凸肋的最大高度不小于0. 2mm。所述的连接套筒与所述的螺纹套的连接螺纹为直螺纹，且该连接套筒的直螺纹孔的深度小于螺纹套的外螺纹长度，该连接套筒的直螺纹孔底设有台肩，螺纹套与所述的连接套筒的直螺纹配合，螺纹套的外螺纹端部顶紧在连接套筒的直螺纹孔底的台肩上。所述的连接套筒与所述的螺纹套的连接螺纹为直螺纹，且该连接套筒的直螺纹孔的深度大于螺纹套的外螺纹长度，螺纹套的外螺纹尾部设有台肩，连接套筒的直螺纹孔端面顶紧在螺纹套的外螺纹尾部的台肩上。所述的连接套筒与所述的螺纹套的连接螺纹为锥螺纹，连接套筒的螺纹孔最深处的螺纹中径小于所配合的螺纹套外螺纹端头的螺纹中径，且连接套筒的螺纹孔端口的螺纹中径小于所配合的螺纹套外螺纹尾部的螺纹中径，螺纹套的锥螺纹在连接套筒的螺纹孔内被锁紧。所述的连接套筒的材料为无缝钢管或钢筒，外形为圆形或多棱形；所述连接套筒的管状内壁是圆管形孔壁。在所述的连接套筒的外表面上设有外凹槽或外凸肋，该外凹槽或外凸肋在连接套筒的轴向上设为连续的或间隔的，该外凹槽或外凸肋在连接套筒的周向上设为连续的或间隔的。在所述的连接套筒与螺纹孔一端相邻的筒壁上设有一个过浆孔，该过浆孔是光孔或螺纹孔。在所述的连接套筒的灌浆部靠近带肋钢筋插入口端部的筒壁上设有另一个过浆孔，该另一个过浆孔是光孔或螺纹孔。
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所述的连接套筒的灌浆部的管状内壁上设置的凹槽或凸肋的纵剖截面呈齿状。与现有技术相比较，采用上述技术方案的本发明具有的优点在于该接头连接套筒应用了强度高、性能稳定的无缝钢管或锻造或冲压制成的钢套筒或轧制型钢材料，接头一端采用螺纹套与套筒和钢筋进行.连接，减小了原材料消耗和机械加工的成本，提高了连接套筒的生产效率；另一端采用水泥灌浆方法连接，连接套筒的螺纹和带有环形或螺旋形凹槽与凸肋的内孔采用机械加工而成；套筒内壁的凸肋结构与已有的水泥灌浆接头连接套筒内壁的凸肋或螺纹具有相同的锚固功效，同时由于部分凹槽设有与套筒轴线夹角不超过45°的平面或曲面，这些平面或曲面同时包括朝向套筒灌浆部钢筋插入端的和朝向套筒螺纹孔端的，对接头受拉或压性能都有很好的帮助作用。这是因为所述的凹槽的斜向平面或曲面在受到水泥砂浆传递来的轴向力时，将给水泥砂浆体一个指向钢筋的斜向作用力，该作用力分解成两部分，一部分为对水泥砂浆体的轴向支撑力的同时， 另一部分为对水泥砂浆体的径向的压力，其原理相当于已有技术中橄榄形、锥形或瓶形连接套筒的锥面，使水泥砂浆更紧地环抱其中的带肋钢筋，进而增加了接头的抗拉强度。而朝向套筒灌浆部钢筋插入端的斜平面或曲面，在接头在竖向位置进行灌浆连接，灌浆端上部灌浆连接的钢筋端头与灌浆部内腔靠套筒连接段处由于设有出浆孔而无法充满水泥砂浆时，该斜平面或曲面为接头抗压提供了重要的支撑，当其设计面积合理时，可保证灌浆端钢筋连接的钢筋承受的结构设计所需的压力，接头抗拉和抗压性能均达到JGJ107标准所规定的I级接头性能指标。以上对接头结构、套筒材料和生产工艺的改进，扩展了连接套筒的加工方法，提高了接头的承载能力以及和构件与接头的整体性，提高了连接套筒的生产效率，降低了连接套筒的生产成本，接头的经济技术指标超过已有的水泥灌浆钢筋接头。
图1是本发明的第--实施例的结构示意图2是本发明的第二二实施例的结构示意图3是本发明的第三Ξ实施例的结构示意图4是本发明的第四实施例的结构示意图5是本发明的第五实施例的结构示意图6是本发明的第六实施例的结构示意图7是本发明的第七实施例的结构示意图。
具体实施例方式
实施例1
参见图1所示的实施例，该水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头包括连接钢筋、连接
套筒7和水泥砂浆10，所述的连接钢筋为两根，其中一根为端头带螺纹钢筋1，另一根为普通的带肋钢筋11。在该连接套筒7的一端的孔为螺纹孔3，在所述的带螺纹钢筋1的螺纹端2与连接套筒的螺纹孔3之间设有螺纹套4，该螺纹套4通过外螺纹与连接套筒7的螺纹孔3的内螺纹相连接，该螺纹套4通过内螺纹14与带螺纹钢筋的螺纹端2连接。该连接套筒7除了该螺纹孔14以外的其他部分为灌浆部。所述的带肋钢筋11插入该连接套筒7的灌浆部的一端的孔内，并通过充满两者间隙内的硬化的水泥砂浆10结合形成一个连接体。 在所述的连接套筒7与螺纹孔3 —端相邻的筒壁上设有一个过浆孔6，还可以在连接套筒7的灌浆部靠近带肋钢筋插入口端部的筒壁上设有一个过浆孔9，该过浆孔6和过浆孔9可以是光孔，也可以是螺纹孔。在所述的连接套筒7的灌浆部内侧设有1个或多个沿轴向间隔布置的凹槽12，在相邻的两个凹槽12之间形成凸肋13。该凹槽12和/或凸肋13在该连接套筒7的轴向上可以是连续的(如图3所示的螺旋形)，也可以是不连续的(如图1、图2、图4所示的环形)， 该凹槽12和/或凸肋13在该连接套筒7的周向上也可以是连续的(如螺旋形或环形)或不连续的(如断开的螺旋形或断开的环形)。在图1所示的实施例中，所述的连接套筒7的螺纹孔3和带螺纹钢筋1的螺纹端 2为配合的直螺纹；所述的螺纹套4的外螺纹和连接套筒7的内螺纹为配合的直螺纹。所述的带螺纹钢筋1上的螺纹端2也可以是螺纹滚轧直螺纹，或钢筋端头镦粗后加工的直螺纹或锥螺纹，或钢筋挤肋强化后加工的锥螺纹，或直接加工的锥螺纹。所述的连接套筒7与所述的螺纹套4的连接螺纹为直螺纹，且该连接套筒7的直螺纹孔的深度小于螺纹套4的外螺纹的长度，该连接套筒7的直螺纹孔底设有台肩5，螺纹套4与所述的连接套筒7的直螺纹配合，螺纹套4的外螺纹端部可以顶紧在连接套筒7的直螺纹孔底的台肩5上。另一种情况下，若所述的连接套筒7与所述的螺纹套4的连接螺纹为直螺纹，而连接套筒7的直螺纹孔的深度大于螺纹套4的外螺纹的长度时，也可以在螺纹套4的外螺纹尾部设置该台肩，使连接套筒7的直螺纹孔端面可以顶紧在螺纹套4的外螺纹尾部的该台肩上。所述的连接套筒7的材料为轧制无缝钢管、锻造钢筒、冲压钢筒、切削制钢筒、轧制型钢、球墨铸铁铸造件、铸钢套筒中的一种，或其中一种以上加工工艺组合制成的金属管状套筒件，其横断面外形为圆形或多棱形。所述的凹槽12和凸肋13采用铸造或机械加工而成。在图1所示的实施例的基础上，若对上述凹槽12和/或凸肋13进行进一步的限定，可以在保证连接套筒7的尺寸不至于过大的前提下，尽量增大水泥砂浆10与连接套筒7 的内孔壁之间的轴向作用力。即，该凹槽12和/或凸肋13需要满足以下条件所述的连接套筒7灌浆部内壁上的至少部分凹槽12和/或部分凸肋13上设有防止该凹槽12和/或凸肋13所对应的连接钢筋11从连接套筒7中脱出的防退斜坡121和/或防退斜坡131。该防退斜坡121、131可以是平面，也可以是曲面，均朝向该连接套筒7的螺纹孔3 —端倾斜， 并且，该防退斜坡121、131上的任意一点处的切平面Ql与该连接套筒7的轴线的夹角Kl 大于2°并小于45° (如图3所示)。并且，该连接钢筋11所对应的防退斜坡121、131在连接套筒7的轴线上的投影长度总和需要大于或等于0. 5倍连接钢筋11的直径，才能满足设计要求。为了使本发明所提供的连接接头不仅能够提高抗拉性能，还能够提高抗压性能， 至少部分凹槽12和/或部分凸肋13上设有防止该凹槽12和/或凸肋13所对应的连接钢筋11向连接套筒7中伸入的阻进斜坡122和/或阻进斜坡132。该阻进斜坡122、132可以是平面，也可以是曲面，均朝向该连接套筒3相反于螺纹孔3的一端倾斜，并且，该阻进斜坡122、132上的任意一点处的切平面Q2与该连接套筒7的轴线的夹角K2大于2°并小于 45° (如图3所示)。并且，该连接钢筋11所对应的阻进斜坡122、132在连接套筒7的轴线上的投影长度总和需要大于或等于0. 5倍连接钢筋11的直径，才能满足设计要求。
通过上述防退斜坡121、131以及阻进斜坡122、132的作用，能够在水泥砂浆10硬化膨胀时，将水泥砂浆10所产生的径向压力的一部分转化为轴向分力，提高水泥砂浆10与连接套筒7的内孔壁之间的轴向作用力，不仅能够提高该连接接头的抗拉性能，还能够提高该连接接头的抗压性能，增强连接稳固效果，扩大了应用范围。当然，上述称防退斜坡121、131与阻进斜坡122、132是凹槽12和凸肋13上的一部分，只是为了表述的方便，实际上，也可以脱离凹槽12和凸肋13的概念，直接定义上述防退斜坡121、131与阻进斜坡122、132。即，可以认为直接在所述连接套筒7的灌浆部的管状内壁上设置所述的防退斜坡121、131与阻进斜坡122、132，该防退斜坡121、131与阻进斜坡 122、132再组合形成所述的凹槽12和凸肋13。而且，上述连接套筒的内壁上，除了可以同时设置防退斜坡与阻进斜坡，也可以单独设置防退斜坡，还可以单独设置阻进斜坡。在实施例1中，还在该连接套筒7的灌浆部的外表面设有轴向不连续(如图中所示环形)的外凹槽15 (当然也可以是外凸肋)。该外凹槽15 (或外凸肋)和连接套筒7内壁上的凸肋13以及凹槽12可以是用滚轧或旋压方法同时制成的，由于如此制成，所述的连接套筒7的灌浆部的外凹槽15与内壁的凸肋13位置相对应。实施例2 参见图2，该实施例与上一实施例不同之处是所述的螺纹套4的外螺纹和连接套筒7的螺纹孔3为配合的锥螺纹。其他结构与实施例1相同。另外，带螺纹钢筋1的螺纹端2为带有冷镦粗后加工的螺纹丝头。在实施例2中，所述的连接套筒7与所述的螺纹套4的连接螺纹为锥螺纹时，连接套筒7的螺纹孔最深处的螺纹中径小于所配合的螺纹套外螺纹端头的螺纹中径，且连接套筒7的螺纹孔端口的螺纹中径小于所配合的螺纹套4外螺纹尾部的螺纹中径，螺纹套4的锥螺纹可以在连接套筒的螺纹孔内被锁紧。实施例3 参见图3，该实施例与实施例1不同之处是在该连接套筒7的灌浆部的外表面设有轴向连续(如图中所示的螺旋形)的外凹槽15(或外凸肋)。该外凹槽15(或外凸肋) 和内壁的凸肋13以及凹槽12可以是用滚轧或旋压方法同时制成的，如此的话，所述的连接套筒7的灌浆部的外凹槽15与内壁的凸肋13位置相对应。其他结构与实施例1相同。实施例4 参见图4，该实施例与实施例1不同之处是所述的螺纹套4的内螺纹14和带螺纹钢筋1上的螺纹端2是配合的锥螺纹。其他结构与实施例1相同。实施例5 参见图5，该实施例与实施例1不同之处是所述的连接套筒7的灌浆部内壁的凹槽为内螺纹16。其他结构与实施例1相同。该实施例中，不存在所谓的防退斜坡与阻进斜坡。在图4和图5所示的实施例中，其带螺纹的连接钢筋1的螺纹端2是钢筋端头镦粗后加工的锥螺纹，或钢筋挤肋强化后加工的锥螺纹，或直接加工的锥螺纹。实施例6 参见图6，该实施例与实施例1不同之处是在所述的连接套筒7的灌浆部内侧的凹槽12及凸肋13的截面轮廓形状是圆弧或多段折线或折线与圆弧的组合。实施例7 参见图7，该实施例与实施例4不同之处是在所述的连接套筒7的灌浆部的筒壁上仅设有一个过浆孔6 ；所述的凸肋13和凹槽12的纵剖截面呈齿状。该实施例中，也不存在所谓的防退斜坡与阻进斜坡。以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解， 在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，包括连接钢筋、连接套筒和水泥砂浆，所述的连接钢筋为两根，其中一根为端头带螺纹钢筋，另一根为普通的带肋钢筋；在该连接套筒的一端的孔为螺纹孔，在所述的带螺纹钢筋的螺纹端与连接套筒的螺纹孔之间设有螺纹套， 该螺纹套通过外螺纹与连接套筒的螺纹孔相连接，该螺纹套通过内螺纹与带螺纹钢筋的螺纹端连接；该连接套筒的另一端设有灌浆部，所述的带肋钢筋插入该灌浆部的孔内，并通过充满两者间隙内的硬化的无收缩水泥砂浆结合形成一个连接体，其特征在于在所述的连接套筒的灌浆部的管状内壁上设有凹槽或凸肋，在所述的连接套筒的外表面上设有外凹槽或外凸肋。
2.根据权利要求1所述的水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，其特征在于，该凹槽或凸肋在该连接套筒的轴向上设置为连续的或间隔的，该凹槽或凸肋在该连接套筒的周向上设置为连续的或间隔的；该外凹槽或外凸肋在连接套筒的轴向上设为连续的或间隔的，该外凹槽或外凸肋在连接套筒的周向上设为连续的或间隔的。
3.根据权利要求1所述的水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，其特征在于，至少部分凹槽和/或部分凸肋上设有防止该带肋钢筋从连接套筒中脱出的防退斜坡，该防退斜坡上的任意一点处的切平面与该连接套筒的轴线的夹角大于2°并小于45°，该带肋钢筋所对应的防退斜坡在连接套筒的轴线上的投影长度总和大于或等于0. 5倍带肋钢筋的直径。
4.根据权利要求1或3所述的水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，其特征在于，至少部分凹槽和/或部分凸肋上设有防止该带肋钢筋向连接套筒中伸入的阻进斜坡，该阻进斜坡上的任意一点处的切平面与该连接套筒的轴线的夹角大于2°并小于45°，该带肋钢筋所对应的阻进斜坡在连接套筒的轴线上的投影长度总和大于或等于0. 5倍带肋钢筋的直径。
5.根据权利要求1所述的水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，其特征在于，所述的连接套筒与所述的螺纹套的连接螺纹为直螺纹，且该连接套筒的直螺纹孔的深度小于螺纹套的外螺纹长度，该连接套筒的直螺纹孔底设有台肩，螺纹套与所述的连接套筒的直螺纹配合， 螺纹套的外螺纹端部顶紧在连接套筒的直螺纹孔底的台肩上。
6.根据权利要求1所述的水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，其特征在于，所述的连接套筒与所述的螺纹套的连接螺纹为直螺纹，且该连接套筒的直螺纹孔的深度大于螺纹套的外螺纹长度，螺纹套的外螺纹尾部设有台肩，连接套筒的直螺纹孔端面顶紧在螺纹套的外螺纹尾部的台肩上。
7.根据权利要求1所述的水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，其特征在于，所述的连接套筒与所述的螺纹套的连接螺纹为锥螺纹，连接套筒的螺纹孔最深处的螺纹中径小于所配合的螺纹套外螺纹端头的螺纹中径，且连接套筒的螺纹孔端口的螺纹中径小于所配合的螺纹套外螺纹尾部的螺纹中径，螺纹套的锥螺纹在连接套筒的螺纹孔内被锁紧。
8.根据权利要求1所述的水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，其特征在于，所述的连接套筒的材料为无缝钢管或钢筒，外形为圆形或多棱形；所述连接套筒的管状内壁是圆管形孔壁。
9.根据权利要求1所述的水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，其特征在于，在所述的连接套筒与螺纹孔一端相邻的筒壁上设有一个过浆孔；在所述的连接套筒的灌浆部靠近带肋钢筋插入口端部的筒壁上设有另一个过浆孔。
10.根据权利要求1所述的水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，其特征在于，所述的连接套筒的灌浆部的管状内壁上设置的凹槽或凸肋的纵剖截面呈齿状。
全文摘要
一种水泥灌浆螺纹复合钢筋连接接头，在带螺纹钢筋的螺纹端与连接套筒的螺纹孔之间设有螺纹套，该螺纹套通过外螺纹与连接套筒的螺纹孔相连接，该螺纹套通过内螺纹与带螺纹钢筋的螺纹端连接；该连接套筒除了该螺纹孔以外的其他部分为灌浆部，在所述的连接套筒的灌浆部的管状内壁上设有凹槽或凸肋，在所述的连接套筒的外表面上设有外凹槽或外凸肋。所述的带肋钢筋插入该灌浆部的孔内，并通过充满两者间隙内的硬化的无收缩水泥砂浆结合形成一个连接体。其优点是，通过接头结构的改进、套筒材料和生产工艺的综合优化，改善了接头的连接性能，缩小了连接套筒的尺寸，减少了连接套筒的材料消耗，提升了连接套筒的生产效率，降低了其生产成本，接头的经济技术指标超过已有的水泥灌浆钢筋接头。
文档编号E04C5/18GK102587586SQ20111016389
公开日2012年7月18日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年1月14日
发明者刘兴亚, 化子龙, 周雯, 尹华奇, 徐文, 王怀建, 王爱军, 郝志强, 郭学友, 钱冠龙, 陈雷, 高京林, 高安庆 申请人:中冶建筑研究总院有限公司, 北京建茂建筑设备有限公司, 北京思达建茂科技发展有限公司