钢筋锚定系统及方法与流程

1.本发明涉及营建工程领域，特别是涉及一种钢筋锚定统及方法。


背景技术：

2.钢筋混凝土结构体由于结合了混凝土材料的抗压性与钢筋材料的抗拉性而具有优异的机性强度，因而广泛应用于大楼、房舍、桥梁、道路、边坡、
…
等各种营建工程或基础建设。
3.建造钢筋混凝土结构体时需要依建物设计预先将多个钢筋捆绑成梁、柱等结构物形态，并且搭配好模板后进行混凝土灌浆作业。在结构体诸如梁、柱等的接合处的钢筋需要具有锚定结构，以将钢筋稳固地结合于凝固后的混凝土。现有的钢筋锚定结构如图1及图2所示，在钢筋a的端部弯曲成l形弯勾a1或u形弯勾a2，当浇灌混凝土完成并且凝固后，借由该弯勾a1或a2锚定于混凝土而固定。
4.然而，前述现有的钢筋弯勾锚锭方式存在以下缺点：
5.1.由于需要预留形成弯勾的长度，因此需要的钢筋长度较长，增加钢筋材料的成本，尤其是钢筋的号数越大，搭接长度越长，所耗费用越高。
6.2.多数钢筋形成弯勾后捆绑于钢筋结构体内将增加钢筋的拥挤程度，从而限制了混凝土浇灌在粗骨材间的流动性。尤其是梁柱接头为钢筋混凝土建筑中钢筋配置最壅塞的部分之一，在施工时更是受到了诸多限制。
7.3.所述弯勾将抑制钢筋的排列，增加钢筋作业费用。
8.4.在未浇灌混凝土之前，捆绑成钢筋结构体的钢筋弯勾处于外突状态，曝露的钢筋增加施工场所危险性。
9.梁柱接头为柱构件与梁构件之交会点，为结构中受力最复杂元素之一，特别于边柱、角柱、顶层柱、不连续梁或柱构件之梁柱节点(joints)，在传统工法中欲符合耐震设计要求时，因主筋端部采弯勾锚定，且钢筋弯勾均朝向交会区的核心锚定，导致交会区内的钢筋配置更为拥挤，易因施工困难而造成混凝土浇灌质量不良，进一步引发梁柱接头强度无法确保之疑虑。
10.为了解决前述钢筋弯勾锚定结构存在的缺失，已知目前已有采用扩头钢筋取代传统弯勾锚定的形式，除能缩短钢筋埋置长度外，也能降低因减少弯勾端部所造成的钢筋拥塞问题以提高梁柱接头之施工质量。
11.此外，近年来，随着社会老龄化进程，营建工程的劳动力逐渐缩减，导致直接劳力成本提高，甚至可能造成缺工，从而造成间接时间成本的提高与工期不确定性的增大，此议题目前可借由采用预铸工法而获得改善，特别对于工期的改善有正面的帮助。预铸工法的应用极为多样性，就考虑构件运输的方便性而言，柱构件与梁构件分别采用预铸方式于工厂生产，再运至工地进行组装、绑扎梁柱交会区的钢筋，并于工地现场浇置混凝土，此方法为预铸工法中最普遍采用的组合方式。
12.在扩头钢筋应用于预铸工法的搭接配置细节中，可分为垂直搭接与水平搭接两
种。扩头钢筋于梁柱接头中，除可有效减缓接头因钢筋端部弯勾所导致的钢筋拥挤情形，以提升混凝土浇注质量外，并有助于预铸工法的应用。因此，在预铸工法中，采用扩头钢筋取代传统弯勾钢筋有下列优点：
13.1.有助减缓接头因弯勾所导致之钢筋拥挤情形，提升混凝土浇注质量；
14.2.扩头钢筋绑扎作业简单，可减少工时；
15.3.若应用于大号钢筋，扩头的制作费用较弯勾钢筋的成本经济；
16.4.可缩短钢筋之埋置长度，使混凝土构件尺寸及钢筋配置更具弹性；
17.5.扩头钢筋于制作时因钢筋必须裁剪平整，精度较高，且由于现场施工方便，在广泛使用时有助于提升混凝土构造的施工精度；
18.6.提升预铸混凝土构造在现场浇铸混凝土梁柱交会区的施工质量。
19.扩头钢筋因其形状而被称为t头钢筋。工程界常见之扩头钢筋如图6所示，依扩头之制作方式可分为三种，包括：
20.1.焊接式扩头钢筋：因采用焊接方式将钢筋与扩头焊接，因此含碳当量(carbon equivalent，ce)高的高强度钢筋不适合进行电焊加工，一般强度超过sd490的钢筋并不适合焊接加工。焊接式扩头钢筋，依与钢筋焊接的对象形式可分为钢板焊接式扩头钢筋与螺杆焊接式扩头钢筋。其中，如图3所示，钢板式扩头钢筋采用适当厚度的钢板b直接与钢筋a摩擦焊接接合，利用两钢材摩擦产生高热，可在数十秒钟内融熔接合，不必额外使用焊材。扩头钢板的形状常用圆形或矩形。如图4所示，螺杆焊接式扩头钢筋是以具有外螺牙的螺杆c在轴向上直接与钢筋a焊接，扩头钢板b则车制内螺牙以和螺杆c锁合。所述焊接式扩头钢筋的扩头过程繁复，成本高。
21.2.热轧扩头式扩头钢筋：如图5所示，其利用设备将钢筋a末端部分加热至熔融状态，再以锻造方式把钢筋端部挤压形成扩头a3，为一体成形的扩头样式。此种扩头端部的制作需要特别注意热处理对高强度钢筋的不利因素影响，并且扩头过程繁复，成本高。
22.3.灌浆式扩头钢筋：此类扩头钢筋适用于螺纹节钢筋，是利用含扩头端板的粗牙螺纹套筒与螺纹节钢筋锁合后，再进行高强度砂浆灌注，以砂浆填塞钢筋与套筒间间隙，并利用砂浆的高固结强度，使成形的扩头钢筋能提供反复拉压的锚定强度，避免钢筋与套筒间发生滑动。然而，此种扩头钢筋的制造过程较为繁琐、成本高。


技术实现要素：

23.本发明的目的在于提供一种可以简易地且低成本地在钢筋形成扩头，并且使扩头与钢筋之间具有绝佳牢固性的钢筋锚定系统及方法。
24.本发明提供的钢筋锚定系统，包括：一钢筋，其至少一端的外围形成有一外螺纹；一锚定头，其轴向的一端形成有轴向延伸进入该锚定头内部的一第一通孔，轴向的另一端形成有延伸进入该锚定头内部并且与该第一通孔连通的一第二通孔，该第一通孔的内侧面形成有与该钢筋的外螺纹匹配的一第一内螺纹，该第二通孔的内侧面形成有一第二内螺纹，该锚定头的一端通过该第一内螺纹与该外螺纹匹配以安装于该钢筋的端部；以及一螺栓，具有和该锚定头的该第二内螺纹匹配的一螺杆，该螺杆从该锚定头的另一端锁入该第二通孔，并且使该螺杆的端部以一作用力抵掣该钢筋的端部。借由该锚定系统，当该螺杆以一作用力抵掣该钢筋的端部时，该钢筋的端部将承受一轴向压力，从而使锚定头相对地对
钢筋产生轴向拉力，亦即使钢筋产生预力而可以与锚定头牢固地结合。
25.本发明的一较佳实施例，可以在该螺杆的外表面沿着其中心轴线的一位置形成有一围绕圆周的环沟槽，并且该环沟槽的底面直径小于该螺杆的外径。借此，当对螺栓施加的扭力超过一预定值时可以使该螺杆沿着该环沟槽断裂，从而辅助施工人员快速判断螺栓是否对钢筋施加预定的作用力。
26.较佳地，该锚定头的径向净截面积大于该钢筋的径向截面积四倍以上。借此，在符合经济原则下，使得锚定头对于混凝土结构具有最佳的锚定效果。
27.本发明的一较佳实施例，该钢筋的具有该外螺纹的一长度可以形成为圆杆或锥杆形状，并且该锚定头的该第一通孔形成为与该圆杆或锥杆形状匹配的圆孔或锥孔形状。
28.较佳地，形成于锚定头两端的第一通孔与第二通孔在轴向方向上直线对齐，以使螺杆可以最有效率地对钢筋端部施加作用力。
29.本发明同时提供一种钢筋锚定方法，包括：提供一钢筋，并且在该钢筋的至少一端的外围形成有一外螺纹；将该钢筋配合其他钢筋建构成一钢筋结构体，并且使具有该外螺纹的该钢筋伸入所建构的该钢筋结构体内；提供一锚定头，其轴向的一端形成有轴向延伸进入该锚定头内部的一第一通孔，轴向的另一端形成有延伸进入该锚定头内部并且与该第一通孔连通的一第二通孔，该第一通孔的内侧面形成有与该钢筋的外螺纹匹配的一第一内螺纹，该第二通孔的内侧面形成有一第二内螺纹，将该锚定头的一端通过该第一内螺纹与该外螺纹匹配以安装于该钢筋的端部；提供一螺栓，该螺栓具有和该锚定头的该第一内螺纹匹配的一螺杆，将该螺杆从该锚定头的另一端锁入该第二通孔，当该螺杆的端部抵掣于该钢筋的端部后持续对该螺栓施以旋转作用力，使得该螺杆的端部对该钢筋的端部施以一纵向压力，从而使该锚定头相对地对该钢筋施以纵向拉力，让该锚定头与该钢筋彼此固定；以及灌浆，将混凝水灌入该钢筋结构体内，待该混凝土凝固后将该锚定头予以锚定。
30.所述钢筋锚定方法的一实施例中，可以在该螺杆的外表面沿着其中心轴线的一位置形成有一围绕圆周的环沟槽，并且该环沟槽的底面直径小于该螺杆的外径，当施予该螺栓的旋转作用力到达一预定值时使得该螺杆沿着该环沟槽的直径方向断裂。借此，当对螺栓施加的扭力超过一预定值时可以使该螺杆沿着该环沟槽断裂，从而辅助施工人员快速判断螺栓是否对钢筋施加预定的作用力。
31.所述钢筋锚定方法的一实施例中，该锚定头的径向净截面积大于该钢筋的径向截面积四倍以上。借此，在符合经济原则下，使得锚定头对于混凝土结构具有最佳的锚定效果。
32.所述钢筋锚定方法的一实施例中，该钢筋的具有该外螺纹的一长度形成为圆杆或锥杆形状，并且该锚定头的该第一通孔形成为与该圆杆或锥杆形状匹配的圆孔或锥孔形状。
33.所述钢筋锚定方法的一实施例中，该第一通孔与该第二通孔在轴向方向上直线对齐，以使螺杆可以最有效率地对钢筋端部施加作用力。
34.本发明借由所述的钢筋锚定系统及方法，可以快速地将锚定头组合于钢筋中并且获得牢固的效果；此外，施工人员可以根据螺栓锁紧时其螺杆的断裂与否而快速判断螺栓是否对钢筋施加预定的作用力，从而节省人力检测成本。
附图说明
35.图1表示现有技术的钢筋的端部弯曲成l形弯勾的示意图；
36.图2表示现有技术的钢筋的端部弯曲成u形弯勾的示意图；
37.图3表示现有技术的钢筋的端部与钢板直接焊接以形成扩头的示意图；
38.图4表示现有技术的钢筋的端部焊接螺杆后，再将螺杆锁入钢板以形成扩头的示意图；
39.图5表示现有技术的钢筋的端部加热至熔融状态，再以锻造方式挤压形成扩头的示意图；
40.图6表示本发明的钢筋锚定系统的主要组件组合关系的平面剖视分解图；
41.图7表示本发明的钢筋锚定系统的结构剖面图；
42.图8表示本发明的钢筋锚定系统的螺栓被施加超过预定值的扭力后使得螺杆断裂的示意图；以及
43.图9表示本发明的钢筋锚定系统应用于t形梁柱接合部的实施例示意图。
44.附图标记说明：
45.1-钢筋；11-外螺纹；2-锚定头；21-第一通孔；211-第一内螺纹；22-第二通孔；221-第二内螺纹；3-螺栓；31-螺杆；32-环沟槽；a-钢筋；a1-l形弯勾；a2-u形弯勾；a3-扩头；b-钢板；c-螺杆。
具体实施方式
46.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
47.如图3至图6所示，本发明提供的钢筋锚定系统的较佳实施例，包括：一钢筋1、一锚定头2与一螺栓3。
48.其中，钢筋1的至少一端的外围经由加工形成有外螺纹11。
49.锚定头2的较佳实施例为一圆形的柱状体，其轴向的一端形成有轴向延伸进入锚定头2内部的第一通孔21，轴向的另一端形成有延伸进入锚定头2内部并且与第一通孔21连通的第二通孔22，并且第一通孔21与第二通孔22较佳地在轴向方向上直线对齐。该第一通孔21的内侧面形成有与钢筋1的外螺纹11匹配的第一内螺纹211，该第二通孔22的内侧面形成有用来锁合螺栓3的第二内螺纹221，因此，锚定头2的一端通过第一内螺纹211与钢筋1的外螺纹11匹配锁合以将锚定头2连接于钢筋1的端部。
50.螺栓3具有和锚定头2的第二内螺纹221匹配的螺杆31，该螺杆31从锚定头2的另一端锁入第二通孔22。较佳地，本发明在螺杆31的外表面沿着其中心轴线的一位置形成有围绕圆周的环沟槽32，并且该环沟槽32的底面直径小于螺杆31的外径。例如，该环沟槽32可以位于与螺栓头邻接的螺杆31的根部。更具体地说，锚定头2扣除掉该第一通孔31的径向面积后的径向净截面积大于钢筋1的径向截面积四倍以上。
51.所述钢筋1的具有外螺纹11的一长度可以形成为圆杆或锥杆形状，当钢筋11的外螺纹11区域为圆杆形状时，锚定头2的第一通孔21相应地形成为与该圆杆匹配的圆孔形状；当钢筋11的外螺纹11区域为锥杆形状时，锚定头2的第一通孔21相应地形成为与该锥杆匹配的锥孔形状。
52.如图7所示,借由所述钢筋锚定系统，当锚定头2螺旋组合于钢筋1时，锚定头2实际上仅被保持在钢筋1上而没有获得固定；而当进一步将螺栓3的螺杆31锁入锚定头2的第二通孔22并且对螺栓3施加扭力而使螺杆31的端部以一轴向压力抵掣于钢筋1端部时，螺合于钢筋1的锚定头2会相对地对钢筋1施予反向的拉力，因此，作用于钢筋的彼此相反的轴向压力与拉力使得钢筋1产生预力，从而使得锚定头2牢牢地固定在钢筋1，不会受到地震等外力影响而松脱。
53.更详细地说，由于螺杆31在对应环沟槽32处的径向截面积小于螺杆31的径向截面积，因此，螺杆31在对应环沟槽32处的径向截面的强度小于完整螺杆31的径向截面的强度；如图8所示,借此，当螺栓3借由螺杆31锁入锚定头2的第二通孔22并且使螺杆31抵触于钢筋1端部后，在继续对螺栓3施加扭力并且当施加的扭力超过对应该环沟槽22位置的螺杆31的扭力默认值时，将造成螺杆31沿着环沟槽32断裂；利用此种设计，施工人员或检测人员可以快速判断螺栓3是否已将锚定头2锁紧于钢筋1。换句话说，如果螺杆31没有断裂，表示螺杆31施加的扭力不足，需要继续施予扭力直到螺杆31断裂以获得足够的扭力。
54.如图9所示，借由所述钢筋锚定系统应用于t形梁柱接合部甚至是其他营建工程时，将多个钢筋1捆绑成柱或梁等钢筋结构体，其中需要锚定位置的钢筋1的端部已预形成有外螺纹，进而将锚定头2的第一通孔的内螺纹锁合于该钢筋1的外螺纹，然后以工具将螺栓3从锚定头2的第二通孔锁入以将锚定头2固定于钢筋1，即可进行浇灌混凝土作业。
55.本发明同时提供一种钢筋锚定方法，该方法应用了所述钢筋锚定系统，所述方法包括：
56.提供一钢筋，并且在该钢筋的至少一端的外围形成有外螺纹；
57.将该钢筋配合其他钢筋建构成一钢筋结构体，并且使具有该外螺纹的该钢筋伸入所建构的该钢筋结构体内；
58.提供一锚定头，其轴向的一端形成有轴向延伸进入该锚定头内部的第一通孔，轴向的另一端形成有延伸进入该锚定头内部并且与该第一通孔连通的一第二通孔，该第一通孔的内侧面形成有与该钢筋的外螺纹匹配的一第一内螺纹，该第二通孔的内侧面形成有一第二内螺纹，将该锚定头的一端通过该第一内螺纹与该外螺纹匹配以安装于该钢筋的端部；
59.提供一螺栓，该螺栓具有和该锚定头的该第一内螺纹匹配的一螺杆，将该螺杆从该锚定头的另一端锁入该第二通孔，当该螺杆的端部抵掣于该钢筋的端部后持续对该螺栓施以旋转作用力，使得该螺杆的端部对该钢筋的端部施以一纵向压力，从而使该锚定头相对地对该钢筋施以纵向拉力，让该锚定头与该钢筋彼此固定；以及
60.灌浆，将混凝水灌入该钢筋结构体内，待该混凝土凝固后将该锚定头予以锚定。
61.以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。