本发明涉及一种可更换螺纹套筒钢筋连接装置及施工工艺，属于混凝土构件连接技术领域。
背景技术
现有的钢筋连接方式主要有绑扎搭接、机械连接和焊接三种。钢筋绑扎搭接连接方式简单、施工效率高；但同时钢筋浪费太大、骨架容易变形，且应用场合受限，在《混凝土结构设计规范gb50010-2010》规定：轴心受拉及小偏心受拉杆件的纵向受力钢筋不得采用绑扎搭接接头。焊接法操作钢筋接头操作更为直接，补充了绑扎搭接不能应用的场合；缺点是焊接设备体积较大，移动不便，狭窄空间或无吊车难以施工，接头合格率低，耗电量较大，对施工工艺要求高。不符合建筑工业化的发展趋势，不绿色环保。
机械连接主要包括套筒灌浆连接技术、挤压连接、螺纹连接。套筒灌浆连接应用广泛，成本较低；但是存在漏浆、套筒内堵塞的隐患，以及低温施工强度不够的问题难以避免。挤压连接避免了使用灌浆材料各类缺陷，但挤压设备体积大，高空作业不变。
螺纹连接方式接头强度高、接头速度快、使用性强、施工效率高、节材、节能经济、适用范围广的优点。但现有的螺纹连接方式下单人不易操作。现有的螺纹连接方式中从外部不能观察确定钢筋旋入长度，当出现错位的情况时无法及时发现，钢筋与套筒之间的连接可靠性难以保证。同时，现有的螺纹连接方式下只有一个套筒时旋入钢筋，需要借助扳手转动或移动整根钢筋甚至两根钢筋，无法应用于已经浇铸混凝土的结构构件之间的连接。而且，现有的螺纹连接方式下连接不同直径的钢筋时，需要借助器械对钢筋头做处理，操作繁琐，对钢筋头的性能也会产生不利影响。现有我国建筑抗震设防规范的设计原则可简单描述为“小震不坏，中震可修，大震不倒”，而目前钢筋连接方式大多未考虑其延性性能，在极限状态下抗震能力较弱，难以满足抗震设防要求。本发明将在充分利用螺纹连接方式本身优势的同时，解决以上提出的问题。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种可更换螺纹套筒延性钢筋连接装置及安装和更换方法，在螺纹套筒的连接处有滑移空间，螺栓在轴孔内水平移动能吸收部分能量，增强了结构的变形能力，从而增强延性性能，且安装效率高，使用方便、安全。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种可更换螺纹套筒延性钢筋连接装置，包括一对相互配合的螺纹套筒，一套由螺栓、螺母构成的紧固组件；所述螺纹套筒包括内螺纹空心筒，内螺纹空心筒中部沿内螺纹空心筒中轴线方向制作有与钢筋接头配合的螺纹通孔，所述内螺纹空心筒的一端是钢筋旋入面，内螺纹空心筒的另一端是筒板交界面，筒板交界面上固定有水平抗剪板，水平抗剪板的厚度是内螺纹空心筒整体高度的一半；
所述水平抗剪板上制作有供所述螺栓穿过的轴孔，轴孔是两端为半圆弧边、中间是直边的长孔，长孔的长边方向与内螺纹空心筒的轴线方向一致，所述半圆弧边的半径与所述螺栓的螺杆半径一致；将轴孔的内侧半圆弧边的圆心记做a，将轴孔的外侧半圆弧边的圆心记做b，圆心a和圆心b之间的圆心距记做l；
在一对所述螺纹套筒中，在其中一个螺纹套筒的水平抗剪板的内平面上制作有两个定位凸点，两个定位凸点位于其对应轴孔的圆心b的两侧，两个定位凸点的中心连接经过该圆心b；在另一个螺纹套筒的水平抗剪板的内平面上制作有四个定位凹点，其中有两个定位凹点位于其对应轴孔的圆心b的两侧，这两个定位凹点的中心连接经过该圆心b、形成受拉定位凹点，另外两个定位凹点的位置相当于所述受拉定位凹点向内侧平移2l的距离，形成受压定位凹点。
所述内螺纹空心筒的主体是由半个圆柱体和半个立方体构成的柱体结构，所述水平抗剪板的底面与内螺纹空心筒的半个立方体的底面齐平，水平抗剪板的内平面遮挡所述内螺纹空心筒的螺纹通孔的一半，使得螺纹通孔在筒板交界面形成半圆形的观察窗。
构成所述螺纹套筒的所述内螺纹空心筒和水平抗剪板是整体一体成型。
所述定位凸点是半球形凸起，所述定位凹点是半球形凹坑。
一种可更换螺纹套筒延性钢筋连接装置的安装方法：
包括如下步骤：
步骤1，在待连接的两个混凝土构件连接端预留带螺纹的钢筋头，将一对螺纹套筒的内螺纹空心筒内分别旋入两个混凝土构件上的钢筋头，直至顶到筒板交界面，通过筒板交界面处的观察窗观察是否充分旋入；
步骤2，将两个螺纹套筒的水平抗剪板的内平面搭接；将带定位凹点一侧的轴孔的圆心a和圆心b记做a1、b1，带定位凸点一侧的轴孔的圆心a和圆心b记做a2、b2；
对于受压钢筋：通过一个螺纹套筒的定位凸点与另一个螺纹套筒上的受压定位凹点相扣，将两个螺纹套筒上的轴孔内侧的圆心a1、a2对中后搭接；对于受拉钢筋：通过一个螺纹套筒的定位凸点与另一个螺纹套筒上的受拉定位凹点相扣，将两个螺纹套筒的轴孔外侧的圆心b1、b2对中后搭接。
步骤3，插入螺栓，将螺栓紧贴轴孔一侧的轴孔壁，使螺栓的轴线c1与轴孔内侧的圆心a1、a2或轴孔外侧的圆心b1、b2对中后拧紧对应的螺母。
步骤4，完成全部钢筋连接后，连接区现浇混凝土连接两混凝土构件。
一种可更换螺纹套筒延性钢筋连接装置的更换方法，
包括如下步骤：
步骤1，除去构件连接区的混凝土，松开螺母并拔出螺栓；
步骤2，将两个螺纹套筒沿水平抗剪板分开后，分别从两根带螺纹的钢筋头旋出；
步骤3，移走需要更换的原结构构件，将新的结构构件放置到位后，重复安装方法中的步骤进行安装。
本发明的有益效果是：
本发明的连接方式既避免了套筒灌浆连接时材料的缺陷和施工的困难，又规避了挤压连接时设备重难以高空作业的问题方式解决了绑扎搭接和焊接的缺陷，接头强度高、接头速度快、使用性强、施工效率高、节材、节能。
本发明采用长孔形式的轴孔，在正常使用状态下，本发明钢筋连接装置保证钢筋之间牢固连接不发生滑移和破坏，满足建筑抗震设防规范的设计要求；在遭受高于本地区设防烈度的地震或爆炸等极限情况影响时，在往复荷载作用下，滑移空间l的存在可以使螺栓在轴孔内水平移动来吸收部分能量，增强了结构的变形能力，从而增强延性，以实现“大震不倒”的设计要求。
本发明定位凸点和定位凹点的设置，能够有效的定位轴孔的内外侧圆心，从而能够同时适应受压钢筋和受拉钢筋的安装连接，施工效率高，既构造出了滑移空间l可以使螺栓在轴孔内水平移动，又方便操作和安全连接。
本发明筒板交界面处存在的半圆孔可以观察是否完全旋入，保证钢筋与螺纹套筒的充分连接。使用两个套筒分别旋入钢筋头，无需转动或移动整根甚至两根钢筋，单人操作成为现实，且操作过程轻松简便，减少了人力成本。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明构件示意图；
图2是本发明一对螺纹套筒俯视图；
图3是图2的左视图；
图4是本发明重要尺寸标记示意图；
图5是本发明连接示意图；
图6是本发明使用状态示意图。
图中，1、水平抗剪板，1-1、轴孔，2、内螺纹空心筒，2-1、筒板交界面，2-2、钢筋旋入面，2-3、观察窗，3、螺栓，4、螺母，5、定位凸点，6、定位凹点，6-1、受拉定位凹点，6-2、受压定位凹点，7、螺纹套筒；
α面、β面—水平抗剪板内平面。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
如附图1-5所示的一种可更换螺纹套筒延性钢筋连接装置，包括一对相互配合的螺纹套筒7，一套由螺栓3、螺母4构成的紧固组件；所述螺纹套筒7包括内螺纹空心筒2，内螺纹空心筒2中部沿内螺纹空心筒2中轴线方向制作有与钢筋接头配合的螺纹通孔，所述内螺纹空心筒2的一端是钢筋旋入面2-2，内螺纹空心筒2的另一端是筒板交界面2-1，筒板交界面2-1上固定有水平抗剪板1，水平抗剪板1的厚度是内螺纹空心筒2整体高度的一半。
所述水平抗剪板1上制作有供所述螺栓3穿过的轴孔1-1，轴孔1-1是两端为半圆弧边、中间是直边的长孔，长孔的长边方向与内螺纹空心筒2的轴线方向一致，所述半圆弧边的半径与所述螺栓3的螺杆半径一致；将轴孔1-1的内侧半圆弧边的圆心记做a，将轴孔1-1的外侧半圆弧边的圆心记做b，圆心a和圆心b之间的圆心距记做l。
在一对所述螺纹套筒7中，在其中一个螺纹套筒7的水平抗剪板1的内平面上制作有两个定位凸点5，两个定位凸点5位于其对应轴孔1-1的圆心b的两侧，两个定位凸点5的中心连接经过该圆心b；在另一个螺纹套筒7的水平抗剪板1的内平面上制作有四个定位凹点6，其中有两个定位凹点6位于其对应轴孔1-1的圆心b的两侧，这两个定位凹点6的中心连接经过该圆心b、形成受拉定位凹点6-1，另外两个定位凹点6的位置相当于所述受拉定位凹点6-1向内侧平移2l的距离，形成受压定位凹点6-2。
所述内螺纹空心筒2的主体是由半个圆柱体和半个立方体构成的柱体结构，所述水平抗剪板1的底面与内螺纹空心筒2的半个立方体的底面齐平，水平抗剪板1的内平面遮挡所述内螺纹空心筒2的螺纹通孔的一半，使得螺纹通孔在筒板交界面2-1形成半圆形的观察窗2-3。
构成所述螺纹套筒7的所述内螺纹空心筒2和水平抗剪板1是整体一体成型。在所述内螺纹空心筒内具有直螺纹，螺纹直径与钢筋接头端直径一致；上述内螺纹具有与钢筋接头端外螺纹相对应的螺距。上述连接装置所需六角头螺栓尺寸，由具体应用情况、接头强度要求、钢筋直径等实际因素确定，螺纹套筒7可以根据实际情况提前制作，操作简单，现场无需借助大型器械。符合建筑工业化的趋势，装置预制，现场装配。
所述定位凸点5是半球形凸起，所述定位凹点6是半球形凹坑。
参考图1、图4，本发明的水平抗剪板在z轴方向厚度为1/2的内螺纹空心筒在z轴方向外径。本发明钢筋连接装置的内螺纹空心筒2的壁厚及x轴方向长度可参考《钢筋机械连接用套筒jg/t163-2013》附录a中“表a.1钢筋机械连接用直螺纹套筒最小参数表”的要求，结合具体情状确定。
本发明钢筋连接装置的轴孔1-1尺寸中，r1是轴孔两侧半圆的半径，也是六角头螺栓（部分螺纹）栓杆的半径；r2为六角头螺栓（部分螺纹）的六角形螺帽内接圆半径；滑移空间l为两个半圆圆心间距。使用较大轴孔的优点是：对于正常使用状态下，以及遭受低于本地区设防烈度的地震影响时、或遭受相当于本地区设防烈度的地震影响的情况下，通过本发明提出的钢筋连接装置保证钢筋之间牢固连接不发生滑移和破坏，满足建筑抗震设防规范的设计要求；在遭受高于本地区设防烈度的地震或爆炸等极限情况影响时，在往复荷载作用下，滑移空间l的存在可以使螺栓在轴孔内水平移动来吸收部分能量，增强了结构的变形能力，从而增强延性，以实现“大震不倒”的设计原则。
一种可更换螺纹套筒延性钢筋连接装置的安装方法：
包括如下步骤：参考图1-图6，
步骤1，在待连接的两个混凝土构件连接端预留带螺纹的钢筋头，将一对螺纹套筒7的内螺纹空心筒2内分别旋入两个混凝土构件上的钢筋头，直至顶到筒板交界面2-1，通过筒板交界面处的观察窗2-3观察是否充分旋入；
步骤2，将两个螺纹套筒7的水平抗剪板1的内平面α面、β面搭接；将带定位凹点6一侧的轴孔1-1的圆心a和圆心b记做a1、b1，带定位凸点5一侧的轴孔1-1的圆心a和圆心b记做a2、b2；要求所述的两个螺纹套筒的水平抗剪板内平面，即图1中的α面和β面完全接触叠合，两个内螺纹空心筒2同轴共线。
对于受压钢筋：通过一个螺纹套筒7的定位凸点5与另一个螺纹套筒7上的受压定位凹点6-2相扣，将两个螺纹套筒上的轴孔内侧的圆心a1、a2对中后搭接；对于受拉钢筋：通过一个螺纹套筒7的定位凸点5与另一个螺纹套筒7上的受拉定位凹点6-1相扣，将两个螺纹套筒的轴孔外侧的圆心b1、b2对中后搭接。
步骤3，插入螺栓3，将螺栓紧贴轴孔1-1一侧的轴孔壁，使螺栓3的轴线c1与轴孔内侧的圆心a1、a2或轴孔外侧的圆心b1、b2对中后拧紧对应的螺母4。
步骤4，完成全部钢筋连接后，连接区现浇混凝土连接两混凝土构件。
本发明筒板交界面处存在的半圆孔可以观察是否完全旋入，保证钢筋与螺纹套筒的充分连接。使用两个套筒分别旋入钢筋头，无需转动或移动整根甚至两根钢筋，单人操作成为现实，且操作过程轻松简便，减少了人力成本。分别针对受拉钢筋和受压钢筋两类的连接作具体规定，应用范围更广。在遭受高于本地区设防烈度的地震或爆炸等极限情况影响时，当往复荷载作用达到一定程度下，原本的受拉钢筋或受压钢筋未必维持受拉或受压，受力方向改变后，螺栓不再对中轴孔某侧半圆的圆心，螺栓中心c1在圆心a1与圆心b1之间、圆心a2与圆心b2之间滑移，增强了结构的变形能力，从而增强延性；若最终状态下为受压，则螺栓中心c1与圆心a1、圆心a2对中，若最终状态下为受拉，则螺栓中心c1与圆心b1、圆心b2对中。
一种可更换螺纹套筒延性钢筋连接装置的更换方法，
包括如下步骤：
步骤1，除去构件连接区的混凝土，松开螺母4并拔出螺栓3；
步骤2，将两个螺纹套筒7沿水平抗剪板分开后，分别从两根带螺纹的钢筋头旋出；
步骤3，移走需要更换的原结构构件，将新的结构构件放置到位后，重复安装方法中的步骤进行安装。
采用本发明更换结构构件时可实现最小化局部施工，外部混凝土断开后钢筋可以在不切割的情况下较容易拆分，而拆分之后原装置部分依旧可用，可以重新连接新装置的钢筋。不但节能环保，可重复利用更避免了有效装置不能继续利用的浪费。
总之，使用本发明装置和安装、更换工艺，在原本连接的结构构件整体更换后，仍可以再连接新、旧构件的钢筋；使用较大轴孔，为极限状态下提供了位移空间，对于往复荷载下钢筋连接的抗震性能提供保障；具有连接装置可更换、全装置可预制、可单人施工、可重复利用、节约人力成本的优势，提升了节点延性。