一种钢筋机械连接与锚固装置及钢筋连接与锚固结构的制作方法

1.本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种钢筋机械连接与锚固装置及钢筋连接结构。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.混凝土的建筑物、构筑物也在向更高大、更复杂方面发展。混凝土的配筋也越来越密集，配筋的型号要求也越来越高，传统的钢筋混泥土结构钢筋与钢筋之间通常通过绑扎搭接、机械连接以及焊接的形式进行连接，钢筋与混凝土之间通过直锚固、弯钩锚固、机械锚固等方式进行传力。上述连接与锚固方案构成了钢筋混凝土结构受力的基础，一旦钢筋锚固或连接出现了问题就意味着钢筋会失去作用，从而影响结构的整体安全。因此，钢筋连接与锚固接头的设计对于混凝土结构承载至关重要。
4.与其他两种连接方式相比，机械连接由于其可靠性好，施工简单，近年来在各类混凝土结构中得到了广泛的应用。对于结构形式简单的混凝土结构而言，若被连接钢筋的等级与直径相同，则无论机械接头设置在哪个部位，从理论角度分析，均可以满足受力的要求(通常不建议设置在结构受力较大的位置)。但是，若被连接钢筋的等级、直径不同，且f
y1
×as1
≠f
y2
×as2
，(fy为钢筋屈服强度设计值，as为钢筋面积)，则钢筋的连接位置需要进行专门验算，从而确保承载力较大(fy×as
较大)的钢筋内力可通过与其连接的承载力较小(fy×as
较小)的钢筋的拉结反力以及周围混凝土的粘结锚固实现传递。上述问题在复杂不规则结构中(存在刚度突变的民用建筑结构、工艺布置复杂的核电结构)经常会遇到，比如上下层墙体中钢筋直径与等级不同，但希望通过机械套筒连接等。为了解决此问题，通常保守的做法是将承载力较大的钢筋伸入承载力较小钢筋所在构件内部至少1倍的锚固长度，从而满足传力要求。上述构造做法对钢筋机械接头的位置进行了较严格的规定，使得结构构件配筋的冗余度增加，造成了部分钢筋的浪费，同时对混凝土构件的几何尺寸也提出了要求，给现场施工带来了很多不便。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种钢筋机械连接与锚固装置，以满足不同等级与直径钢筋之间的连接与锚固传力需求，使得高承载力的钢筋能够充分发挥作用，同时放松了机械接头的设置位置，方便了现场施工。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.第一方面，本发明的实施例提供了一种钢筋机械连接与锚固装置，包括机械套筒与锚固块，机械套筒内部设置两个钢筋连接区，其中用于设置高额定承载力钢筋的钢筋连接区对应的机械套筒外壁设置有锚固块，锚固块套接固定在机械套筒外周。
8.可选的，两个钢筋连接区对应的机械套筒外壁均设置锚固块。
9.可选的，所述机械套筒内部设置有隔板，隔板将机械套筒内部空间分隔为两个钢
筋连接区。
10.隔板的设置，可改善此处机械套筒应力集中的问题，对机械套筒受力有利。同时还可以控制钢筋拧入套筒的深度。
11.可选的，机械套筒内筒面设置直螺纹或锥螺纹。
12.可选的，机械套筒内筒面也可采用光滑面，能够通过挤压的方式与钢筋连接。
13.可选的，锚固块靠近机械套筒中部的一侧设置有垫圈，锚固块的另一侧设置有定位件，垫圈以及定位件均与机械套筒通过外螺纹连接，垫圈及定位件用于辅助锚固块的安装定位，用于控制非轴对称锚固块的安装方向。
14.可选的，锚固块套在机械套筒外周并且与机械套筒一体式固定。
15.进一步的，锚固块与机械套筒焊接固定或一体式铸造或一体式车削成型。
16.可选的，所述锚固块采用圆形、方形或长方形板状等结构。
17.可选的，根据锚固块受力特点，所述锚固块靠近机械套筒中部的端面面积小于另一端的自由端的端面面积。
18.第二方面，本发明的实施例提供了一种钢筋连接与锚固结构，包括第一钢筋、第二钢筋及第一方面所述的钢筋连接与锚固装置，第一钢筋的额定承载力高于第二钢筋的额定承载力，第一钢筋伸入锚固块对应的钢筋连接区内部并与机械套筒固定，第二钢筋伸入另一个钢筋连接区内部并与机械套筒固定。
19.本发明的有益效果：
20.1.本发明的钢筋机械连接与锚固装置，在机械套筒的外周设置有锚固块，实现了连接与锚固一体化，能够提高放置额定承载力高的钢筋的钢筋连接区的锚固力，从而避免了机械套筒连接两个不同额定承载力钢筋时，高承载力钢筋无法满足传力要求或者直锚长度较长的问题，进而实现了两个不同承载力钢筋的可靠连接。对于承载力钢筋，直锚固长度减小，同时无需因为连接或锚固的需求而改变混凝土构件尺寸，可减小混凝土与钢筋用量，降低结构建造过程的碳排放量。
21.2.本发明的钢筋机械连接与锚固装置，当两个钢筋连接区内径相同时，在两个钢筋连接区对应的机械套筒外周均设置锚固块，使得施工人员可以将承载力高的钢筋安装在任意一个钢筋连接区内，降低了对施工人员的要求，提高了施工便利性。
22.3.本发明的钢筋机械连接与锚固装置，仅在机械套筒外周设置锚固块即可实现不同型号钢筋的连接，对机械套筒的改造简单，改造成本低。
附图说明
23.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。
24.图1为本发明实施例1整体结构示意图；
25.图2为本发明实施例1使用状态剖视图；
26.图3为本发明实施例2整体结构示意图；
27.图4为本发明实施例2使用状态剖视图；
28.图5为本发明实施例3整体结构示意图；
29.图6为本发明实施例3使用状态剖视图；
30.图7为本发明实施例4整体结构示意图；
31.图8为本发明实施例4使用状态剖视图；
32.图9为本发明实施例5整体结构示意图；
33.图10为本发明实施例5使用状态剖视图；
34.图11为本发明实施例6整体结构示意图；
35.图12为本发明实施例6使用状态剖视图；
36.其中，1.定位螺母，2.锚固块，3.垫片，4.挡板，5.机械套筒。
具体实施方式
37.本实施例中，额定承载力高与额定承载力低为相对概念，并不限制具体数值大小，额定承载力为钢筋的截面面积与屈服强度设计值的乘积。
38.实施例1
39.本实施例提供了一种钢筋机械连接与锚固装置，如图1-图2所示，包括机械套筒5，机械套筒5采用两端敞口设置的圆柱状结构，机械套筒5内部具有两个钢筋连接区，分别为第一钢筋连接区和第二钢筋连接区，相互连接的两个钢筋中，其中一个钢筋能够伸入第一钢筋连接区并且与机械套筒固定，另一个钢筋能够伸入第二钢筋连接区并且与机械套筒固定。
40.本实施例中，机械套筒5的内筒面加工有与钢筋相匹配的内螺纹结构，钢筋能够通过内螺纹结构与机械套筒5固定连接。
41.所述内螺纹结构为直螺纹结构或锥螺纹结构，在其他一些实施例中，机械套筒的内筒面为光滑面，能够与钢筋挤压固定。
42.所述机械套筒5内部设置有挡板4，挡板4与机械套筒5的内筒面焊接固定，挡板4将机械套筒5内部空间分隔为第一钢筋连接区和第二钢筋连接区，通过设置挡板4，能够对钢筋伸入机械套筒的距离进行限位，同时可改善此处机械套筒应力集中的问题，对机械套筒受力有利。
43.本实施例中，第一钢筋连接区和第二钢筋连接区的内径相同，分别用于连接直径相同但额定承载力不同的的两根钢筋，第一钢筋连接区和第二钢筋连接区中，用于安装高额定承载力钢筋的钢筋连接区对应的机械套筒外筒壁设有锚固块，为了方便施工，所述第一钢筋连接区和第二钢筋连接区对应的机械套筒外周均套接固定有锚固块2，使得施工人员可以将承载力高的钢筋安装在任意一个钢筋连接区内，降低了对施工人员的要求，提高了施工便利性，而且小承载力钢筋连接区域也采用锚固块时，锚固块仅作为设计裕度使用，可提高结构的整体安全性。
44.锚固块也可采用圆形或长方形或正方形的板状结构，锚固板的承压面积可根据需要选择，一般不小于4.5倍上述计算所得等效钢筋(d1)公称面积。
45.本实施例中，锚固块采用圆形的板状结构，两个锚固块的直径相同。
46.在其他一些实施例中，锚固块2采用锥状结构，其中锚固块2靠近机械套筒5中部的端面面积小于另一端的自由端的端面面积，即锚固块2靠近混凝土保护层一侧的厚度小，满足承压外力分布特点。
47.锚固块2的尺寸及材料强度根据钢筋的额定承载力来确定，在此不进行详细叙述。
锚固块的承压面积根据所传递承载力的需要要进行调整，但需经过严密的试验验证。
48.在一种实施方式中，所述机械套筒5的外筒面设置有外螺纹结构，锚固块2内环面设置有与外螺纹结构相匹配的内螺纹结构，锚固块2与机械套筒5螺纹连接，采用此种设置，能够调节锚固块2在机械套筒5的位置。
49.锚固块2远离机械套筒5中部的一侧设置有定位件，定位件采用定位螺母1与垫片3，定位螺母1与机械套筒5螺纹连接，定位螺母1与锚固块2接触，能够对锚固块2的位置进行定位，保证锚固块2位于设定的位置，混凝土构件浇注过程中，通过定位螺母1能够避免锚固块2产生移动，锚固块2的另一侧设置有垫片3，垫片与机械套筒螺纹连接，垫片3套在机械套筒5外周并且与锚固块2接触。两个垫片均通过螺纹连接。可通过两个垫片来调节锚固块的安装方位。对于长方形的板状锚固块更加实用。
50.在其他一些实施例中，所述锚固块2与机械套筒5的外筒面焊接固定，或者锚固块2与机械套筒5一体式车削成型或者锚固块2与机械套筒5一体式铸造成型，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。
51.本实施例的钢筋机械连接与锚固装置的使用方法为：
52.将机械套筒5的第一钢筋连接区和第二钢筋连接区均拧入钢筋，直至钢筋与挡板4接触。
53.在机械套筒5的第一钢筋连接区和第二钢筋连接区外周均套入垫片3，然后螺纹连接锚固块2，旋转锚固块，直至锚固块2达到设定位置，然后将垫片3移动至与锚固块2端面接触。
54.在机械套筒上螺纹连接定位螺母1，直至定位螺母1与锚固块2接触。
55.然后浇注混凝土结构即可。
56.采用本实施例的钢筋机械连接与锚固装置，在机械套筒5的外周设置有锚固块2，能够提高放置额定承载力高的钢筋的钢筋连接区的锚固力，从而避免了机械套筒5连接两个不同额定承载力钢筋时，高额定承载力的钢筋无法满足连接锚固传力需求的问题，进而实现了两个不同额定承载力钢筋在连接的同时，能够同时通过部分锚固来满足整体传力的需求，对于高额定承载力钢筋无需增加锚固长度，进而无需改变混凝土构件尺寸，使得整个装置的适用性强、经济性好。
57.同时，第一钢筋连接区和第二钢筋连接区直径相同，由于均设置了锚固块2，因此，施工人员可以将额定承载力高的钢筋安装在任意一个钢筋连接区内，降低了对施工人员的要求，施工更加方便。
58.本实施例的钢筋机械连接与锚固装置适用于直径相同但额定承载力不同的两个钢筋之间的连接。
59.实施例2
60.本实施例提供了一种钢筋机械连接与锚固装置，如图3-图4所示，与实施例1相比，区别仅在于两个锚固块的直径不同，其他结构在此不进行详细叙述。
61.实施例3
62.本实施例提供了一种钢筋机械连接与锚固装置，如图5-图6所示，与实施例1相比，区别仅在于两个锚固块均采用长方形板状结构，两个锚固块的尺寸相同，其他结构在此不进行详细叙述。
63.实施例4
64.本实施例提供了一种钢筋机械连接与锚固装置，如图7-图8所示，与实施例3相比，区别仅在于两个锚固块的尺寸不同，其他结构在此不进行详细叙述。
65.实施例5
66.本实施例提供了一种钢筋机械连接与锚固装置，如图9-图10所示，其中第一钢筋连接区或第二钢筋连接区对应的机械套筒5外周套有锚固块2，锚固块采用圆形板状结构，此时锚固块2对应的钢筋连接区用于放置额定承载力高的钢筋，对施工人员有一定的要求，其他结构及使用方法与实施例1完全相同，在此不进行详细叙述。
67.实施例6
68.本实施例提供了一种钢筋机械连接与锚固装置，如图11-图12所示，其中第一钢筋连接区的内径大于第二钢筋连接区的内径，挡板4与第一钢筋连接区和第二钢筋连接区形成的台阶面接触。适用于直径不同的两个钢筋的连接。
69.其中第一钢筋连接区和第二钢筋连接区对应的机械套筒5外周均套接固定有锚固块2，锚固块2采用长方形板状结构。
70.其他结构与使用方法与实施例5完全相同，在此不进行重复叙述。
71.其他结构及使用方法与实施例1完全相同，在此不进行重复叙述。
72.为了方便不同额定承载力(f
y1
×as1
≠f
y2
×as2
)钢筋的连接，减小高承载力钢筋的直锚长度，具体是否使用锚固块可通过计算来确定。根据机械锚固粘结计算公式，机械锚固极限强度主要有两部分构成：直锚段的锚固强度与机械锚固头的折算锚固强度：
73.τu＝φ(0.82+0.9d/la)(1.6+0.7c/d+20ρ
sv
)+ψf
t
d/(πla)
74.上式中，φ为直锚段的锚固强度影响系数，ψ为机械锚固端头的抗力系数，d为钢筋直径，la为换算锚固长度，c为保护层厚度，ρ
sv
为锚固区配筋率，f
t
为混凝土抗拉强度设计值。对于不同的钢筋连接情况，按照以下步骤确定是否需使用锚固块。
75.步骤1：计算连接与锚固装置两侧的不同承载力钢筋的承载力差值：t1＝f
y1
×as1-f
y2
×as2
。
76.步骤2：由承载力差值换算得到等效的钢筋直径d1＝2
×
sqrt(t1/(f
y1
π))。
77.步骤3：根据钢筋连接点的位置，计算具体结构中高承载力钢筋直锚段的长度，若大于步骤2中所得0.6倍的d1直径钢筋的基本锚固长度，则可不安装锚固块。若小于0.6倍的d1直径钢筋的锚固长度则采用实施例1或实施例2或实施例3或实施例4所述的连接与锚固装置进行连接。
78.实施例7：
79.本实施例提供了一种钢筋连接结构，包括第一钢筋和第二钢筋，还包括实施例1所述的钢筋机械连接与锚固装置，第一钢筋的型号高于第二钢筋的型号，第一钢筋伸入第一钢筋连接区内且与机械套筒5螺纹连接固定，第二钢筋伸入第二钢筋连接区内且与机械套筒螺纹连接固定。
80.本实施例中，机械锚固端锚固承载力的发挥存在滞后效应，即钢筋发生部分滑移之后，机械锚固端才参与工作。而本实施例中由于高承载力钢筋以及与其连接的低承载力钢筋均认为可发挥部分直锚固的作用，所以锚固块的设置位置比较灵活，无需特别要求高承载力钢筋的直锚固段长度必须不小于0.6倍自身的基本锚固长度要求，但是建议0.6倍的
d1直径钢筋的锚固长度仍需满足，除非有充分试验数据证明可采用其他原则。
81.实施例8：
82.本实施例提供了一种钢筋连接与锚固结构，包括第一钢筋和第二钢筋，还包括实施例2所述的钢筋机械连接与锚固装置，第一钢筋的额定承载力高于第二钢筋的额定承载力，第一钢筋伸入锚固块2对应的钢筋连接区，且与机械套筒5螺纹连接固定，第二钢筋伸入另一个钢筋连接区且与机械套筒5螺纹固定。
83.实施例9：
84.本实施例提供了一种钢筋连接与锚固结构，包括第一钢筋和第二钢筋，还包括实施例3或实施例4所述的钢筋机械连接与锚固装置，第一钢筋的额定承载力高于第二钢筋的额定承载力，第一钢筋伸入第一钢筋连接区且与机械套筒5螺纹固定，第二钢筋伸入第二钢筋连接区且与机械套筒5螺纹固定。
85.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。