鋼筋機(jī)械連接螺紋技術(shù)要求

趙剛，應(yīng)杰

（1重慶華姿建筑工程有限公司，重慶400030；2重慶市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站，重慶400014）

鋼筋機(jī)械連接螺紋技術(shù)要求

趙剛1，應(yīng)杰2

（1重慶華姿建筑工程有限公司，重慶400030；2重慶市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站，重慶400014）

該文梳理了工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的鋼筋滾軋直螺紋連接螺紋類別和牙型，以便弄清楚鋼筋滾軋直螺紋連接的螺紋公差帶組合，以及螺紋精度的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；明確鋼筋滾軋直螺紋連接扭矩的形成根源和所利用的扭矩形成條件，并以一個(gè)工程實(shí)例揭示一種看似正確運(yùn)用鋼筋滾軋直螺紋連接的誤區(qū)。

機(jī)械連接；螺紋牙型；螺紋量規(guī)；螺紋技術(shù)

某工程滾軋直螺紋機(jī)械連接的鋼筋絲頭加工質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)為：絲頭螺紋長(zhǎng)度為連接套筒長(zhǎng)度1/2+2P（P表示螺距），止規(guī)與絲頭旋合量不超過(guò)3P，通規(guī)和套筒能順利旋入至剩余3～5P處停止，繼續(xù)用管鉗扳手可將套筒擰至剩余1～2P處，再用扭矩扳手校核套筒與絲頭之間的擰緊力矩滿足《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》JGJ 107-2010[1]（以下簡(jiǎn)稱JGJ 107-2010）規(guī)定。為此筆者調(diào)查了一些工程，發(fā)現(xiàn)業(yè)界對(duì)鋼筋機(jī)械連接滾軋直螺紋的認(rèn)識(shí)深度不夠，導(dǎo)致質(zhì)量控制存在誤區(qū)，故撰文與同行一起探討。

1 螺紋類別及牙型

鋼筋滾軋直螺紋機(jī)械連接利用了機(jī)械工業(yè)行業(yè)大量使用的螺紋技術(shù)。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行建筑工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋機(jī)械連接用套筒》JG/T 163-2013[2]（以下簡(jiǎn)稱JG/T 163-2013）第5.3.1條表2規(guī)定，套筒內(nèi)螺紋公差應(yīng)符合《普通螺紋公差》GB/T 197-2003[3]（以下簡(jiǎn)稱GB/T 197-2003）中6H精度。根據(jù)《普通螺紋基本牙型》GB/T 192-2003[4]規(guī)定，普通螺紋牙型角應(yīng)為60°，而前述工程使用的套筒質(zhì)量證明書顯示，該工程連接套筒的牙型角為75°。在螺距一定的條件下，75°牙型角的原始三角形高度比60°牙型角的原始三角形低，對(duì)于內(nèi)螺紋來(lái)說(shuō)，套筒長(zhǎng)度尺寸達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，75°牙型角螺紋比60°牙型角螺紋加工難度低、功效高。業(yè)內(nèi)流傳一種說(shuō)法：螺紋牙型角75°比60°的鋼筋滾軋直螺紋機(jī)械連接性能更好。這是值得商榷的，因?yàn)檠佬徒菫?5°的螺紋彈性變形能力更差，內(nèi)外螺紋接觸高度更小，內(nèi)外螺紋接觸面與連接縱軸夾角更小。

筆者曾于2003年調(diào)查9個(gè)在建工程（含3個(gè)市政工程），使用的鋼筋滾軋直螺紋機(jī)械連接的螺紋牙型角均為60°，今年筆者再次調(diào)查了27個(gè)在建工程（含16個(gè)市政工程），其中只有4個(gè)工程使用的鋼筋滾軋直螺紋機(jī)械連接的螺紋牙型角為60°，其余23個(gè)工程機(jī)械連接的螺紋牙型角為75°，占被調(diào)查工程76.47%。

重慶市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋剝肋滾軋直螺紋連接技術(shù)規(guī)程》DB50/5027-2004[5]（以下簡(jiǎn)稱DB50/5027-2004）第3.4.2條規(guī)定套筒螺紋牙型角為55°～75°；福建省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋滾軋直螺紋連接技術(shù)規(guī)程》DBJ13-63-2005[6]（以下簡(jiǎn)稱DBJ13-63-2005）第6.1.2條規(guī)定套筒螺紋牙型角為60°～75°。

2 螺紋公差及檢驗(yàn)

2.1 公差帶及組合

JG/T 163-2013第5.3.1條表2規(guī)定直螺紋套筒螺紋公差應(yīng)符合GB/T 197中6H的規(guī)定，JGJ 107-2010第6.1.2條規(guī)定鋼筋絲頭螺紋宜滿足6f級(jí)精度要求，《鋼筋直螺紋成型機(jī)》JGT 146-2002[7]第5.3.4條規(guī)定鋼筋直螺紋成型機(jī)重復(fù)加工螺紋精度應(yīng)符合GB/T 197-2003中6g規(guī)定；DB50/5027-2004第3.4.2條規(guī)定套筒螺紋精度為7H，附錄A第A.0.2條要求鋼筋絲頭螺紋精度達(dá)到GB/T 197-2003中規(guī)定6h級(jí)；DBJ13-63-2005第6.1.3條規(guī)定套筒螺紋公差應(yīng)符合GB/T 197-2003中6H規(guī)定，第6.3.4條規(guī)定鋼筋絲頭螺紋宜滿足GB/T 197-2003中6f級(jí)要求。以公稱直徑為22mm螺紋為例，結(jié)合GB/T 197-2003和《普通螺紋極限尺寸》GB/T 15756-2008[8]列出各級(jí)公差帶下內(nèi)螺紋中徑和小徑的極限值見(jiàn)表1。各級(jí)公差帶下外螺紋大徑和中徑的極限值見(jiàn)表2。

表1 M22×2.5內(nèi)螺紋各級(jí)精度對(duì)比

表2 M22×2.5外螺紋各級(jí)精度對(duì)比

JGJ 107-2010第6.1.2條規(guī)定鋼筋絲頭長(zhǎng)度允許偏差0～2.0P，檢查鋼筋絲頭時(shí)要求通規(guī)能順利旋入并達(dá)到要求的擰入長(zhǎng)度，止規(guī)旋入不得超過(guò)3P。以長(zhǎng)度55mm套筒為例，內(nèi)螺紋螺距2.5mm，鋼筋絲頭外螺紋最小長(zhǎng)度應(yīng)為55÷2÷2.5=11P，即通規(guī)擰入長(zhǎng)度應(yīng)至少達(dá)到11P。所謂通規(guī)能順利旋入并達(dá)到要求擰入長(zhǎng)度，是指用手指輕旋螺紋量規(guī)在無(wú)阻力狀態(tài)下旋合通過(guò)的螺紋長(zhǎng)度。GB/T 3934-2003修訂前版第1.1條所提“測(cè)量力為零”就是要求通規(guī)旋合阻力為零。

內(nèi)外螺紋以中徑配合度而影響工作性能，根據(jù)前述標(biāo)準(zhǔn)可以有三種公差帶組合。

組合一：按JG/T 163-2013確定套筒內(nèi)螺紋精度為6H級(jí)，再按JGJ 107-2010確定絲頭外螺紋精度為6f級(jí)，形成6H/6f組合，螺紋中徑最大間隙0.452mm，最小間隙0.058mm。這種組合內(nèi)外螺紋間隙較大，套筒與絲頭之間基本沒(méi)有旋合阻力，但GB/T 197-2003第6.3條不主張這種組合，這也看得出這一看似正統(tǒng)的組合，實(shí)際上對(duì)鋼筋滾軋直螺紋連接的精度要求不高。

組合二：按DB50/5027-2004確定套筒內(nèi)螺紋精度為7H級(jí)，絲頭外螺紋精度為6h級(jí)，形成7H/6h組合，螺紋中徑最大間隙0.450mm，最小間隙0.000mm，中徑最小間隙0.000mm。這種組合可能使套筒與絲頭之間產(chǎn)生旋合阻力，精度要求不算高，但在質(zhì)量控制不嚴(yán)的情況下可能出現(xiàn)配合過(guò)盈。

組合三：按JG/T 163-2013確定套筒內(nèi)螺紋精度為6H級(jí)，再按JGT 146-2002確定絲頭外螺紋精度為6g級(jí)，形成6H/6g組合，螺紋中徑最大間隙0.436mm，最小間隙0.042mm。這是GB/T 197-2003第6.3條首推組合，最大間隙比前兩種組合小，最小間隙比前兩種組合大，因此是精度要求相對(duì)較高的組合。

綜上所述，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的6H/6f公差帶組合精度要求不高，某些地方標(biāo)準(zhǔn)要求的7H/6h公差帶組合質(zhì)量控制不嚴(yán)可能配合過(guò)盈，6H/6g公差帶組合精度要求高，質(zhì)量控制稍差對(duì)內(nèi)外螺紋的配合工作性能影響不大，應(yīng)是首選。

2.2 螺紋精度檢驗(yàn)

套筒內(nèi)螺紋與絲頭外螺紋的公差組合確定后，就有了檢查螺紋精度的依據(jù)。套筒內(nèi)螺紋與絲頭外螺紋精度檢查應(yīng)采用符合《普通螺紋量規(guī)技術(shù)條件》GB/T 3934-2003[9]（以下簡(jiǎn)稱GB/T 3934-2003）規(guī)定的工作螺紋量規(guī)，而且工作螺紋量規(guī)要經(jīng)過(guò)校對(duì)螺紋量規(guī)檢驗(yàn)，螺紋量規(guī)上應(yīng)有制造廠廠名或注冊(cè)商標(biāo)、螺紋代號(hào)、中徑公差代號(hào)、螺紋量規(guī)代號(hào)和出廠年號(hào)等標(biāo)志。

筆者今年調(diào)查的27個(gè)工程中，有21個(gè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有配備螺紋量規(guī)，在其余配備螺紋量規(guī)的6個(gè)工程中，有5個(gè)工程螺紋量規(guī)是套筒供應(yīng)商提供，而這5個(gè)工程中，有1個(gè)工程只有檢查套筒內(nèi)螺紋的通端螺紋塞規(guī)和止端螺紋塞規(guī)，而且這些塞規(guī)上沒(méi)有任何標(biāo)志，另外4個(gè)工程同時(shí)配備了環(huán)規(guī)和塞規(guī)，但這些量規(guī)上面都沒(méi)有中徑公差代號(hào)。

3 連接扭矩

JGJ 107-2010第6.2.1條規(guī)定直螺紋鋼筋連接接頭安裝后應(yīng)使用扭力扳手校核擰緊力矩。若套筒與鋼筋絲頭旋合長(zhǎng)度范圍螺紋質(zhì)量合格，二者不會(huì)有旋合阻力，那么擰緊力矩從何而來(lái)？

JGJ 107-2010第6.2.1條要求：“鋼筋絲頭在套筒中央位置相互頂緊”，就使得兩端絲頭被互為定位。由于螺牙側(cè)面實(shí)際是螺旋曲面，螺紋受到沿軸異向定位并旋進(jìn)，內(nèi)外螺紋牙側(cè)接觸面會(huì)產(chǎn)生接觸壓力，接觸壓力中沿套筒軸向的分力是螺紋連接所要利用的作用，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)內(nèi)外螺紋牙側(cè)接觸面就開(kāi)始產(chǎn)生沿內(nèi)外螺紋環(huán)向的摩擦力，接觸壓力和摩擦力相互促進(jìn)逐漸增大，用扭力扳手校核擰緊力矩時(shí)，這個(gè)力矩就來(lái)自于沿內(nèi)外螺紋環(huán)向摩擦力形成的力矩。

對(duì)于正反絲型套筒連接，用管鉗夾住套筒，再用扭力扳手夾住套筒一側(cè)的被連接鋼筋，將管鉗與扭力扳手各往螺紋旋進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)，測(cè)得力矩值合格時(shí)，取下扭力扳手夾住套筒另一側(cè)的被連接鋼筋作校核。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型套筒連接，如此操作得到的力矩并不能證明這樣的連接合格，因?yàn)閮啥说谋贿B接鋼筋絲頭端面可能沒(méi)有在“套筒中央位置”被定位，正確方式是定位后用管鉗夾住套筒一側(cè)的被連接鋼筋，再用扭力扳手夾住套筒一側(cè)的被連接鋼筋，將管鉗與扭力扳手各往螺紋旋進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)，由此校核的扭矩才是可取力矩。

4 案例分析

本文前述工程案例中，鋼筋絲頭讓套筒旋入至剩余3～5P處停止，再用管鉗扳手將套筒擰至剩余1～2P處，使扭矩扳手校核套筒連接達(dá)到擰緊力矩實(shí)際上進(jìn)入了誤區(qū)。該工程最終確定的合格標(biāo)準(zhǔn)中，通端螺紋環(huán)規(guī)能順利旋入至剩余3～5P處停止，這就已經(jīng)不滿足JGJ 107-2010第6.1.2條規(guī)定，也只能說(shuō)明這個(gè)絲頭是不合格的。

鋼筋直螺紋滾軋機(jī)械在進(jìn)行鋼筋絲頭加工時(shí)，分成剝肋、滾軋兩個(gè)大步驟完成，這種工藝加工的絲頭實(shí)際上并不是絕對(duì)的直螺紋，而是有一些錐度，在螺牙彈性變形協(xié)調(diào)作用下不影響螺紋配合效果。螺紋大徑d、中徑d2和小徑d1偏差在允許范圍內(nèi)部分形成螺紋可裝配長(zhǎng)度lA，由于螺紋是經(jīng)剝肋、滾軋而成，在絲頭根部有部分直徑不標(biāo)準(zhǔn)的螺尾x，鋼筋局部被輕微剝肋形成的肩距a，見(jiàn)圖1。圖中鋼筋被剝肋、滾軋成型的絲頭由兩部分組成，前端螺紋的大徑、中徑和小徑實(shí)際值都在相應(yīng)精度的公差帶范圍之內(nèi)，這部分螺紋屬于標(biāo)徑螺紋，構(gòu)成絲頭標(biāo)徑螺紋長(zhǎng)度；另一部分就是絲頭根部螺尾x和肩距a。顯然標(biāo)徑螺紋長(zhǎng)度應(yīng)該不小于連接套筒長(zhǎng)度的二分之一，而螺尾和肩距不宜太長(zhǎng)。

圖1 合格的鋼筋絲頭

前述工程案例中被確認(rèn)為合格的鋼筋絲頭如圖2。圖中螺尾和肩距過(guò)長(zhǎng)，標(biāo)徑螺紋長(zhǎng)度小于套筒長(zhǎng)度二分之一，通規(guī)和連接套筒旋入絲頭至剩余3～5P處被卡住，再用管鉗、扳手才能將套筒擰至剩余1～2P處，最后用扳手旋入的這3P左右螺牙實(shí)為非標(biāo)徑螺紋，存在過(guò)盈配合，用扭力扳手校核所得力矩，實(shí)際是這3P左右螺牙與套筒內(nèi)螺紋之間徑向接觸壓力而產(chǎn)生，連接接頭工作中首先及主要受力的就是這3P左右螺牙，其余標(biāo)徑螺紋反而不能正常發(fā)揮作用。

圖2 被誤判合格的鋼筋絲頭

標(biāo)準(zhǔn)的鋼筋錐螺紋連接套筒內(nèi)螺紋與鋼筋絲頭外螺紋具有相互匹配的錐度，所以才能保證內(nèi)外螺紋完美配合，而本文所舉案例工程中，鋼筋絲頭被加工成有錐度的不合格的直螺紋，連接內(nèi)外螺紋的有效螺紋相互接觸的軸向長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于理想值，不能與標(biāo)準(zhǔn)錐螺紋連接相提并論，會(huì)給工程埋下結(jié)構(gòu)安全隱患。

5 結(jié)語(yǔ)

利用機(jī)械技術(shù)中螺紋配合原理應(yīng)滿足機(jī)械技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。利用螺尾非標(biāo)徑螺紋卡住套筒端口產(chǎn)生的連接套筒擰緊力矩，是滿足JGJ 107-2010第6.2.1條規(guī)定的假象，這類連接用于工程會(huì)埋下更大的結(jié)構(gòu)安全隱患。合格的鋼筋滾軋直螺紋連接比焊接和綁扎搭接的性能好得多，但使用不合格鋼筋滾軋直螺紋連接的后果卻不堪設(shè)想，鋼筋滾軋直螺紋連接技術(shù)成功借用了機(jī)械行業(yè)的螺紋技術(shù)，但如果不嚴(yán)格控制連接所用螺紋質(zhì)量，反而是建筑工程行業(yè)借用機(jī)械行業(yè)螺紋技術(shù)的嚴(yán)重失敗。

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院. JGJ 107-2010鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JG/T 163-2013鋼筋機(jī)械連接用套筒[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版，2013.

[3]中國(guó)機(jī)械科學(xué)研究院.GB/T 197-2003普通螺紋：公差[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[4]中國(guó)機(jī)械科學(xué)研究院.GB/T 192-2003普通螺紋：基本牙型[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[5]重慶市建設(shè)技術(shù)發(fā)展中心.DB50／5027-2004鋼筋剝肋滾軋直螺紋連接技術(shù)規(guī)程[S].重慶：重慶出版社，2004.

[6]福建省工程建設(shè)科學(xué)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).DBJ13-63-2005鋼筋滾軋直螺紋連接技術(shù)規(guī)程[S].福建省建設(shè)廳，2005.

[7]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JG/T 146-2002鋼筋直螺紋成型機(jī)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版，2002.

[8]寧波九龍緊固件制造有限公司.GB/T 15756-2008普通螺紋：極限尺寸[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[9]成都量具刃具股份有限公司.GB/T 3934-2003普通螺紋量規(guī)：技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

責(zé)任編輯:孫蘇,李紅

Technical Requirements for Mechanical Connection of Threads with Rebar

This paper systemizes the thread types and thread forms of thread rolling bar connection specified in the engineering industry standards,so as to clarify its combination of the thread tolerance zone and the inspection standard of the thread precision,to figure out the generation origin of thread rolling bar connection with torque and the forming condition of the torque used,and to unveil a seemingly correct application of thread rolling bar connection with a real case.

mechanical connection;thread forms;thread gauge;thread technology

TU512

A

1671-9107（2017）09-0037-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.09.037

2016-10-27

趙剛（1975-），男，重慶人，本科，高級(jí)工程師，主要從事建筑施工技術(shù)管理工作。