一种装配式双铰钢筋机械套筒连接节点的制作方法

本发明涉及机械套筒连接节点，具体涉及一种新型装配式双铰钢筋机械套筒连接节点；属于装配式建筑施工领域。

背景技术：

《装配式混凝土结构技术规程》要求：“叠合梁可采用对接连接，梁下部纵向钢筋在后浇段内宜采用机械连接、灌浆套筒连接和焊接连接”。其中机械连接所需的钢筋连接长度较短，但机械连接对构件的制作精准度要求极高，倘若出现偏差，后期纠偏工序极其复杂；而采用焊接连接，焊缝附近有热影响区，该处材质变脆，容易产生焊接残余应力和残余应变，且裂缝易扩展，低温下易脆断。

针对这些问题，现有的技术主要为灌浆套筒连接技术，灌浆套筒连接需将钢筋连接的灌浆工序和构件连接的混凝土浇筑分开，施工工艺极其繁琐复杂，精准度要求高，且灌浆套筒造价高昂，不适合大面积使用。施工过程中，灌浆套筒连接容易出现上下连接钢筋不在同一直线上，出现较大偏差。同时，由于施工误差，构件连接处上下横截面不平行，导致上下连接钢筋过长或过短。

技术实现要素：

针对上述机械套筒连接方式精准度要求高和造价高昂的不足，本发明提供一种新型装配式双铰钢筋机械套筒连接节点，形成双铰，可转动角度大，可以避免上下连接钢筋不在同一直线上带来的施工误差和待连接钢筋过长或过短带来的误差，采用双套筒连接可实现快速装配节点。

为了解决以上技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种装配式双铰钢筋机械套筒连接节点，包括两个半球形端头钢筋、第一端部带螺纹钢筋、两个外套筒、两个内套筒、双套筒和第二端部带螺纹钢筋；第一端部带螺纹钢筋和第二端部带螺纹钢筋为预制构件的待连接钢筋，在双套筒两端对称设置半球形端头钢筋、第一端部带螺纹钢筋、外套筒和内套筒；每个半球形端头钢筋包括钢筋段和半球形端头，钢筋段的截面直径比半球形端头任一截面的直径小，钢筋段的端部设有半球形端头钢筋螺纹；每个外套筒为带有通孔的筒体，通孔由外套筒螺纹端、半球形截面和外套筒圆台形截面依次连接形成；外套筒螺纹端在通孔内设有内螺纹，外套筒圆台形截面从通孔外往内截面直径逐渐减少，半球形截面连接外套筒圆台形截面最小直径端和外套筒螺纹端，外套筒螺纹端空心直径大于半球形截面任一截面的直径；半球形端头钢筋从外套筒螺纹端插入，从外套筒圆台形截面伸出，半球形端头钢筋的半球形端头卡在外套筒内，与半球形截面连接，每个半球形端头钢筋与外套筒形成单铰连接，两个半球形端头被限制约束在外套筒和内套筒组成的组合套筒内，形成双铰；半球形端头钢筋可在外套筒圆台形截面的摆动角度范围内转动，摆动角θ为外套筒圆台形截面形成的圆锥角的一半，摆动角θ的取值为2°-20°；每个内套筒的内侧螺纹与第一端部带螺纹钢筋或第二端部带螺纹钢筋螺纹连接，内套筒的外侧螺纹与外套筒螺纹端螺纹连接；两个半球形端头钢筋的半球形端头钢筋螺纹分别与双套筒的第一双套筒螺纹端和第二双套筒螺纹端螺纹连接。

为进一步实现本发明的目的，优选地，所述的半球形端头钢筋螺纹、第一端部带螺纹钢筋和和第二端部带螺纹钢筋的加工要满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》要求。

优选地，所述的双套筒的第一双套筒螺纹端、第二双套筒螺纹端、外套筒螺纹端、内套筒的外侧螺纹和内侧螺纹的加工满足应满足《钢筋机械连接技术规程》对套筒的螺纹的长度、丝扣间距要求。

优选地，所述的第一端部带螺纹钢筋的螺纹攻丝段长度大于第一双套筒螺纹端的长度；第二端部带螺纹钢筋的螺纹攻丝段长度大于第二双套筒螺纹端的长度。

优选地，所述的半球形端头的最大直径大于外套筒的外套筒圆台形截面的最小圆截面直径，且至少超过6mm。

优选地，所述的第一端部带螺纹钢筋和和第二端部带螺纹钢筋的螺纹攻丝段长度大于内套筒的长度。

优选地，所述的外套筒圆台形截面通过车床加工出锥形斜面形成；外套筒螺纹端通过车削、铣削、攻丝、套丝、磨削、研磨和旋风切削加工成型；半球形截面通过热轧成形制备成型。

优选地，所述的半球形端头钢筋的半球形端头的最大圆截面与内套筒之间的距离为2-10mm。

优选地，所述的双套筒的第一双套筒螺纹端与第二双套筒螺纹端之间的最短距离叫双套筒间隙，双套筒间隙的为2-30mm。

优选地，所述的双套筒为圆筒形结构，双套筒的圆筒形两端均设有坡口。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的装配式双铰钢筋机械套筒连接节点有两个半球形端头钢筋形成可旋转双铰，更容易满足施工偏差，确保节点安全受力的同时使得操作更为简单，解决预制构件出筋对接施工偏量范围内的连接。

2、本发明装配式双铰钢筋机械套筒连接节点可通过预留半球形端头钢筋螺纹长度和双套筒螺纹长度，避免构件连接处上下横截面不平行导致上部端部带螺纹钢筋和下部端部带螺纹钢筋过长或过短带来的影响。

3、本发明装配式双铰钢筋机械套筒连接节点的造价对于目前预制构件连接的灌浆套筒而言低，同时针对钢筋搭接的后浇段方式受力更加可靠，运用范围更广，且后浇区域少，工业化程度更高。

4、本发明通过双套筒连接半球形端头连接钢筋和下部端部带螺纹钢筋，施工时可实现节点的快速装配。

附图说明

图1为本发明一种装配式双铰钢筋机械套筒连接节点的结构示意图。

图2为图1中半球形端头钢筋的俯视图。

图3为图2的半球形端头钢筋中心线剖面图。

图4为图1中第一端部带螺纹钢筋的剖面示意图。

图5为图1中第二端部带螺纹钢筋的剖面示意图。

图6为图1中外套筒的俯视图。

图7为图6中外套筒中心线的剖面图。

图8为图1中内套筒的俯视图

图9为图8的内套筒中心线剖面图。

图10为图1双套筒的俯视图。

图11为图10的双套筒中心线剖面图。

图12是本发明的装配式双铰钢筋机械套筒连接节点的应用实例正视图示意图。

图13是本发明的装配式双铰钢筋机械套筒连接节点的应用实例俯视图示意图。

图中示出：半球形端头钢筋1、钢筋段11、半球形端头12、半球形端头钢筋螺纹13、第一端部带螺纹钢筋2、外套筒3、外套筒圆台形截面31、外套筒螺纹端32、半球形截面33、内套筒4、外侧螺纹41、内侧螺纹42、双套筒5、第一双套筒螺纹端51、第二双套筒螺纹端52、第二端部带螺纹钢筋6、预制梁7。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限如此。

如图1所示，一种装配式双铰钢筋机械套筒连接节点，包括两个半球形端头钢筋1、第一端部带螺纹钢筋2、两个外套筒3、两个内套筒4、双套筒5和第二端部带螺纹钢筋6；第一端部带螺纹钢筋2和第二端部带螺纹钢筋为预制构件的待连接钢筋，在双套筒5两端对称设置半球形端头钢筋1、第一端部带螺纹钢筋2、外套筒3和内套筒4；每个半球形端头钢筋1包括钢筋段11和半球形端头12，钢筋段11的截面直径比半球形端头12任一截面的直径小，钢筋段11的端部设有半球形端头钢筋螺纹13；每个外套筒3为带有通孔的筒体，通孔由外套筒螺纹端32、半球形截面33和外套筒圆台形截面31依次连接形成；外套筒螺纹端32在通孔内设有内螺纹，外套筒圆台形截面31从通孔外往内截面直径逐渐减少，半球形截面33连接外套筒圆台形截面31最小直径端和外套筒螺纹端32，外套筒螺纹端32空心直径大于半球形截面33任一截面的直径；半球形端头钢筋1从外套筒螺纹端32插入，从外套筒圆台形截面31伸出，半球形端头钢筋1的半球形端头12卡在外套筒3内，与半球形截面33连接，半球形端头钢筋1与外套筒3形成单铰连接，半球形端头钢筋1可在外套筒圆台形截面31的摆动角度范围内转动，摆动角θ为外套筒圆台形截面31形成的圆锥角的一半，摆动角θ的取值为2°-20°；每个内套筒4的内侧螺纹42与第一端部带螺纹钢筋2或第二端部带螺纹钢筋6螺纹连接，内套筒4的外侧螺纹41与外套筒螺纹端32螺纹连接；两个半球形端头钢筋1的半球形端头钢筋螺纹13分别与双套筒5的第一双套筒螺纹端51和第二双套筒螺纹端52螺纹连接。

如图2和3所示，半球形端头12直径大于外套筒3的31套筒圆台形截面的开口直径，且至少超过6mm，以保证半球形端头12能够卡在外套筒3的锥形斜面，不会被拔出，并有足够的强度来保证钢筋的传力。

如图4和5所示，第一端部带螺纹钢筋2或第二端部带螺纹钢筋6的螺纹攻丝段长度大于内套筒3的长度，以保证第一端部带螺纹钢筋2或第二端部带螺纹钢筋6分别与内套筒3连接强度，并有足够的强度来保证钢筋间的传力。

如图6和7所示，外套筒3需按连接钢筋的直径确定其尺寸，由模具热轧成形，壁厚均匀，随后通过车床加工出锥形斜面及螺纹。其中外套筒圆台形截面31通过车床加工出锥形斜面形成；外套筒螺纹端32常通过车削、铣削、攻丝、套丝、磨削、研磨和旋风切削加工成型；半球形截面33通过热轧成形制备成型。

如图8和9所示，内套筒4外侧和内侧均设有连接螺纹，分别为外侧螺纹41和内侧螺纹42；外侧螺纹41用于连接外套筒3，内侧螺纹42用于连接端部带螺纹钢筋2，保证有效的钢筋机械连接。半球形端头钢筋的半球形端头12的最大圆截面与内套筒之间的距离为2-10mm。

如图10和11所示，双套筒5为圆筒形结构，双套筒5一端设有第一双套筒螺纹端51，另一端设有第二双套筒螺纹端52，分别用于连接两个半球形端头钢筋1的钢筋段11。双套筒的第一双套筒螺纹端51与第二双套筒螺纹端52之间的最短距离叫双套筒间隙，双套筒间隙的取值范围为2-30mm。优选双套筒5的圆筒形两端设有坡口。

本发明半球形端头钢筋螺纹13、第一端部带螺纹钢筋2和和第二端部带螺纹钢筋6的加工要满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》要求。

本发明双套筒5的第一双套筒螺纹端51、第二双套筒螺纹端52、外套筒螺纹端32、内套筒4的外侧螺纹41和内侧螺纹42的加工同样要满足应满足《钢筋机械连接技术规程》对套筒的螺纹的长度、丝扣间距要求；以保证端部带螺纹钢筋与双套筒连接的强度，并有足够的强度来保证钢筋间的传力，同时根据实际情况，半球形端头钢筋的螺纹攻丝段长度，以避免由于施工带来的上部和下部连接钢筋过短产生误差的影响。

本发明外套筒3具有圆台形截面31，可供半球形端头钢筋在圆台形截面31处绕半球形端头12在摆动角范围内转动。半球形端头钢筋1通过内套筒与外套筒和第一端部螺纹钢筋2在同一直线上连接，半球形端头钢筋1在圆台形截面31处可在摆动角范围内转动，旋转的半球形端头钢筋1通过双套筒与第二端部带螺纹钢筋6连接，这样就实现第一端部带螺纹钢筋2和下第二端部带螺纹钢筋6之间进行错位连接，这样就能降低施工精度的要求。本发明外套筒3提供圆锥台截面和半球形截面，使得半球形端头钢筋1可以在外套筒3与半球形端头12连接钢筋接触处旋转，形成铰，因此本发明装配式双铰钢筋机械套筒连接节点有两个铰，双铰的存在使得本发明连接节点可以转动的角度更大，这样能够适应第一端部带螺纹钢筋2或第二端部带螺纹钢筋6误差更大的错位连接。

本发明双套筒可以快速连接半球形端头连接钢筋、第一端部带螺纹钢筋2和和第二端部带螺纹钢筋6，在施工现场可以快速装配新型组合式半球形可旋转钢筋机械套筒连接节点。

装配式双铰钢筋机械套筒连接节点装配过程如下所示：两端的半球形端头钢筋分别从外套筒的带螺纹端插入，从外套筒的锥形斜面端伸出，使到外套筒限制约束着半球形端头钢筋；两端半球形端头钢筋的螺纹端部分别通过螺纹与双套筒一端相连；第一端部带螺纹钢筋2和和第二端部带螺纹钢筋6分别通过螺纹与相应的内套筒相连，内套筒通过外侧螺纹与外套筒带螺纹端相连；两个半球形端头钢筋1分别通过螺纹与双套筒螺纹连接，完成整体连接。

实施例

叠合梁可采用对接连接，梁下部纵向钢筋在后浇段内宜采用机械连接、灌浆套筒连接和焊接连接，其中机械连接所需的钢筋连接长度较短，但机械连接对构件的制作精准度要求极高，倘若出现偏差，后期纠偏工序极其复杂；而采用焊接连接，焊缝附近有热影响区，该处材质变脆，容易产生焊接残余应力和残余应变，且裂缝易扩展，低温下易脆断。针对这些问题，现有的技术主要为灌浆套筒连接技术，灌浆套筒连接需将钢筋连接的灌浆工序和构件连接的混凝土浇筑分开，施工工艺极其繁琐复杂，精准度要求高，且灌浆套筒造价高昂，不适合大面积使用。施工过程中，灌浆套筒连接容易出现上下连接钢筋不在同一直线上，出现较大偏差。同时，由于施工误差，构件连接处上下横截面不平行，导致上下连接钢筋过长或过短。

针对上述机械套筒连接方式精准度要求高和造价高昂的不足，本发明提供一种装配式双铰钢筋机械套筒连接节点，形成可在摆动角范围内转动，可转动角度大，可以避免上下连接钢筋不在同一直线上带来的施工误差和待连接钢筋过长或过短带来的误差，同时采用双套筒连接可实现快速装配节点。

如图12和图13所示，预制梁7有上部纵筋和下部纵筋，上部两根纵筋是吊装后插入的通长纵筋，下部纵筋是预制试件伸出现浇部分的待连接纵筋，图12和图13中有四根待连接纵筋，需要两个本发明的连接节点将它们两两相连，同时，下部待连接纵筋为预制梁7的受拉纵筋，用于承受试件所受弯矩。项目现场将对应的两根预制梁7吊装至设计指定位置，预制梁7的钢筋放置在同一轴线上，定位复核无误后开始装配节点。从图1可以看出装配过程，先将两端的半球形端头钢筋1从外套筒螺纹端32插入，从外套筒圆台形截面31伸出，外套筒3限制约束着半球形端头钢筋1。两端半球形端头钢筋1的半球形端头钢筋螺纹13分别与双套筒5的第一双套筒螺纹端51和第二双套筒螺纹端52拧紧。第一端部带螺纹钢筋2和第二端部带螺纹钢筋6分别通过螺纹与相应的内套筒4的内侧螺纹42拧紧，内套筒4通过外侧螺纹41与外套筒螺纹端32相连，从而装配完成，完成整个连接节点的施工。

现有的技术主要为灌浆套筒连接技术，灌浆套筒连接需将钢筋连接的灌浆工序和构件连接的混凝土浇筑分开，施工工艺极其繁琐复杂，精准度要求高，且灌浆套筒造价高昂，不适合大面积使用。施工过程中，灌浆套筒连接容易出现上下连接钢筋不在同一直线上，出现较大偏差。同时，由于施工误差，构件连接处上下横截面不平行，导致上下连接钢筋过长或过短。

本发明装配式双铰钢筋机械套筒连接节点中，半球形端头钢筋1的半球形端头12被限制约束在外套筒3和内套筒4组成的组合套筒内，通过内外套筒的组合作用，使得两个半球形端头12被限制约束在外套筒和内套筒组成的组合套筒内，形成双铰，每个半球形端头钢筋1可在外套筒圆台形截面31的摆动角度范围内转动，摆动角θ为外套筒圆台形截面31形成的圆锥角的一半，摆动角θ的取值为2°-20°，可转动角度大。通过双套筒的组合作用，有较大的活动范围，可容纳预制试件的上部端部带螺纹钢筋2和下部端部带螺纹钢筋6之间的错位偏移量较大，施工精度要求比较低，同时本发明装配式双铰钢筋机械套筒连接节点结构简单，节点造价低廉，安装连接方便，施工时可快速装配节点，可以大范围推广，相对于现有技术灌浆套筒连接具有明显的优势。

本发明保护范围并不局限于上述具体实施方式，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。