一种轴向钢筋冷挤压连接结构的制作方法

1.本发明涉及结构杆件的连接技术领域，涉及一种杆件连接结构、联接工具及其连接方法，具体涉及一种轴向钢筋冷挤压连接结构。


背景技术：

2.目前国内、外常用的钢筋机械连接方式主要有套筒径向冷挤压和锥套轴向挤压，锥螺纹、直螺纹、镦粗直螺纹和灌浆套筒等连接方式。现有径向冷挤压连接主要存在挤压工具笨重、挤压速度慢、接头性能不稳定等缺点，锥套轴向挤压比直套径向挤压速度快、挤压工具较轻，但存在结构件多、成本高、锁片加工工艺复杂等缺点。螺纹连接现场操作性差，接头性能受人为操作影响大，接头性能不稳定；常规的结头部分与螺纹钢筋本体强度和抗拉伸性能相同，在挤压联接中挤压形变产生对强度等的不利因素会影响联接后的性能参数，不能满足更高强度的联接需要。


技术实现要素：

3.本发明根据现有技术的不足公开了一种轴向钢筋冷挤压连接结构。本发明目的是提供一种适应性强、稳定性好、强度高、操作方便、施工效率高的杆件连接结构。
4.本发明通过以下技术方案实现：
5.一种轴向钢筋冷挤压连接结构，连接结构包括通过挤压联接为一体的联接套筒和联接钢筋，其特征在于：
6.联接套筒包括内套筒：内套筒为圆柱形筒状结构，内套筒中部有口径小于内套筒内径用于固定限位两端联接钢筋的内套筒凸台，内套筒凸台两端是联接钢筋嵌入联接的内套筒变形区，圆柱形筒状结构外周表面设置法兰结构的内套筒法兰，圆柱形筒状结构的端部设置与外套筒配合的锥形面结构的内套筒圆锥；
7.联接套筒包括外套筒：外套筒套装于内套筒外壁与内套筒无间隙配合，外套筒一端内壁设有与内套筒配合的锥形面结构的外套筒圆锥；
8.联接钢筋：联接钢筋伸入内套筒固定的钢筋端头经硬化热处理，经硬化热处理的钢筋端头长度大于套筒四分之一长度。
9.进一步所述内套筒筒壁上沿轴向设置多组内套筒壁槽、构成内套筒径向截面中心对称的多瓣结构。
10.一种结构是所述内套筒的圆柱形筒状结构一端设置内套筒法兰，内套筒筒壁上沿轴向设置多组一端贯通内套筒端面、另一端止于内套筒法兰前端面的、将内套筒筒壁分隔成相同的多瓣结构的内套筒壁槽。所述外套筒为一个、具有轴向长度与内套筒相同的圆柱形筒状结构。
11.另一种结构是所述圆柱形筒状结构中部设置内套筒法兰，内套筒筒壁上沿轴向设置多组一端贯通内套筒端面、另一端止于内套筒法兰前端面、每组沿轴向对称布置两个、将内套筒筒壁分隔成相同的多瓣结构的内套筒壁槽。所述外套筒为两个、每个外套筒的轴向
长度是内套筒长度的二分之一的圆柱形筒状结构。
12.本发明所述内套筒的一端或两端端面外壁设置与外套筒配合的锥形面结构的内套筒圆锥；所述内套筒锥形面与轴向夹角α满足：0≤α≤900；内套筒锥形面轴向长度小于等于内套筒长度的二分之一至四分之一。
13.所述内套筒内壁是光滑、加工有螺纹或环槽凹凸状的表面结构。
14.本发明连接结构通过轴向钢筋冷挤压连接套筒专用工具实现连接，专用工具包括导向机构、滑动压头、固定压头和液压动力驱动油缸；所述导向机构为一滑杆装置，一端设置固定的固定压头，另一端设置由驱动油缸驱动的滑动压头，滑动压头设置驱动挤压套筒的驱动臂，固定压头设置固定外套筒法兰端的固定臂。
15.本发明有益性：本发明连接套筒利用金属塑性变形的原理，使用专业压铆工具推动外套与内套产生相对运动，外套沿轴向挤压内套筒，内套筒金属沿径向方向流入钢筋横肋与横肋之间的间隙，使钢筋与套筒形成一个整体，两端钢筋或杆件之间产生夹紧力，经硬化热处理的钢筋端头建议更高的硬度更强的抗拉伸力；内套筒壁槽的设置进一步增加了联接强度，连接加工更稳定方便，内套筒凸台的设置使联接更准确，避免联接作业时的人为失误。
附图说明
16.图1是本发明连接套筒一种联接结构示意图；
17.图2是本发明连接套筒另一种联接结构示意图；
18.图3是本发明内套筒一种结构端面示意图；
19.图4是本发明内套筒一种结构正面示意图；
20.图5是本发明外套筒结构示意图；
21.图6是本发明内套筒另一种结构端面示意图；
22.图7是本发明内套筒另一种结构纵截面示意图；
23.图8是本发明连接套筒一联接加工示意图；
24.图9是本发明连接套筒另一联接加工示意图；
25.图10是插入本发明连接套筒的钢筋端头处理长度示意图；
26.图11是接头拉伸力检测对比结果曲线；
27.图12是本发明专用挤压连接工具。
28.图中，1是外套筒，2是内套筒，3是联接钢筋，4是滑动压头，5是固定压头，6是导向机构，7是驱动油缸，21是内套筒变形区，22是内套筒凸台，23是内套筒壁槽，24是内套筒圆锥，25是内套筒法兰；
29.d是内套筒法兰直径，d1是内套筒外径，d2是内套筒内径，d3是内套筒凸台内径，d4是外套筒内径，l是内套筒长度，l1是内套筒锥形面轴向长度，l2是插入套筒钢筋端头长度，α是内套筒锥形面与轴向夹角，a是经硬化热处理的接头拉伸力曲线，b是未经硬化热处理的接头拉伸力曲线。
具体实施方式
30.下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进
一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
31.实施例一：
32.本实施例轴向钢筋冷挤压连接套筒由外套筒1和内套筒2组成。
33.如图1、图3、图4、图8所示，本例连接套筒由一个内套筒2和一个外套筒1组成。
34.内套筒2为圆柱形筒状结构，具有两端用于套入联接钢筋3的对称内圆管结构，包括用于与联接钢筋3嵌入联接的内套筒变形区21，位于套筒中部固定限位两端联接钢筋3的内套筒凸台22，本例附图中内套筒2在筒壁上沿轴向设置多组内套筒壁槽23，内套筒2圆柱形筒状结构的一端设置与外套筒1配合的锥形面结构的内套筒圆锥24，本例内套筒2圆柱形筒状结构另一端设有法兰结构的内套筒法兰25。
35.内套筒2在筒壁上沿轴向可以设置多组内套筒壁槽23，也可以不设置内套筒壁槽23。设置内套筒壁槽23可以有效增加了内套筒2径向收缩，使内套筒2更容易发生塑性变形，降低压铆过程所需力，内套筒2金属更多填充到钢筋类肋之间，内套筒壁槽23不少于两组并沿周向对称布置将内套筒2筒壁分隔成相同的多瓣结构。
36.内套筒2圆柱形筒状结构的一端设置与外套筒1配合的锥形面结构的内套筒圆锥24。内套筒圆锥24在压铆初期起到对中、定位功能，有效增加外套筒1与内套筒2接触面积，保证内套筒2在压铆初期与外套筒1在同一轴线发生相对运动，使内套筒2发生均匀而稳定的塑性变形，内套筒圆锥24锥形面也可用圆弧过渡代替。
37.内套筒2圆柱形筒状结构的筒体中部为内套筒变形区21，内套筒变形区21在专用挤压工具的作用下由外套筒1挤压发生最大塑性变形，使内套筒2金属流动到联接钢筋3横肋与横肋之间的间隙中，提供两端联接钢筋3连接所需夹紧力。
38.内套筒2位于套筒中部设置固定限位两端联接钢筋3的内套筒凸台22，内套筒凸台22对两端连接钢筋3起到定位作用，控制插入内套筒2的联接钢筋3被挤压长度相等，保证固定联接力的均衡。
39.本例内套筒2圆柱形筒状结构的一端设有法兰结构的内套筒法兰25，内套筒法兰25起压铆限位作用，当外套筒1接触到法兰端面即表示安装完成。
40.本例内套筒2内壁可以是光滑、加工螺纹或环槽等凹凸状结构形式。
41.如图5所示，外套筒1的内外壁为光滑筒状，其一端设有与内套筒圆锥24结构相配合的内锥结构。
42.d是内套筒法兰直径，d1是内套筒外径，d2是内套筒内径，d3是内套筒凸台内径，d4是外套筒内径，l是内套筒长度，l1是内套筒锥形面轴向长度，α是内套筒锥形面与轴向夹角。
43.内套筒外径d1小于内套筒法兰直径d。内套筒锥形面与轴向夹角α满足：0≤α≤900。内套筒锥形面轴向长度l1小于等于内套筒长度l的二分之一。内套筒凸台内径d3小于内套筒内径d2。内套筒外径d1大于外套筒内径d4。
44.如图12所示，本发明专用工具主要结构包括：导向机构6、滑动压头4、固定压头5、液压动力驱动油缸7。
45.联接加工时，先将内套筒2插入下端钢筋，内套筒法兰25端支撑在工具固定压头5上，外套筒1插入上端钢筋，再将上端钢筋插入内套筒2，接着使内、外套筒锥形口配合接触，
工具滑动压头4接触外套筒1另一端，启动泵站，外套筒1沿轴线方向挤压内套筒2，直至外套筒1锥形口一端接触内套筒法兰25端表面时，即完成接头连接。
46.实施例二：
47.本实施例轴向钢筋冷挤压连接套筒由外套筒1和内套筒2组成。
48.如图2、图6、图7、图9所示，本例连接套筒由一个内套筒2和两个外套筒1组成。
49.内套筒2为圆柱形筒状结构，具有两端用于套入联接钢筋3的对称内圆管结构，用于与联接钢筋3嵌入联接的内套筒变形区21，位于套筒中部固定限位两端联接钢筋3的内套筒凸台22，本例内套筒2圆柱形筒状结构中部、与内套筒凸台22相同位置的圆柱形筒状结构的圆周表面设置法兰结构的内套筒法兰25，本例内套筒2在筒壁上沿轴向设置多组内套筒壁槽23，每组内套筒壁槽23沿轴向布置、并沿内套筒法兰25对称布置为分隔的两段，内套筒2圆柱形筒状结构的两端端部设置与外套筒1配合的锥形面结构的内套筒圆锥24。
50.内套筒2在筒壁上沿轴向可以设置多组内套筒壁槽23，也可以不设置内套筒壁槽23。设置内套筒壁槽23可以有效增加了内套筒2径向收缩，使内套筒2更容易发生塑性变形，降低压铆过程所需力，内套筒2金属更多填充到钢筋类肋之间，内套筒壁槽23不少于两组并沿周向对称布置将内套筒2筒壁分隔成相同的多瓣结构。
51.内套筒2圆柱形筒状结构的两端设置与外套筒1配合的锥形面结构的内套筒圆锥24。内套筒圆锥24在压铆初期起到对中、定位功能，有效增加外套筒1与内套筒2接触面积，保证内套筒2在压铆初期与外套筒1在同一轴线发生相对运动，使内套筒2发生均匀而稳定的塑性变形，内套筒圆锥24锥形面也可用圆弧过渡代替。
52.内套筒2圆柱形筒状结构的筒体以内套筒法兰25两侧为内套筒变形区21，内套筒变形区21在专用挤压工具的作用下由外套筒1挤压发生最大塑性变形，使内套筒2金属流动到联接钢筋3横肋与横肋之间的间隙中，提供两端联接钢筋3连接所需夹紧力。
53.内套筒2位于套筒中部设置固定限位两端联接钢筋3的内套筒凸台22，内套筒凸台22对两端连接钢筋3起到定位作用，控制插入内套筒2的联接钢筋3被挤压长度相等，保证固定联接力的均衡。
54.本例内套筒2圆柱形筒状结构的中部设置法兰结构的内套筒法兰25，内套筒法兰25起压铆限位作用，当两侧外套筒1接触到法兰端面即表示安装完成。
55.本例内套筒2内壁可以是光滑、加工螺纹或环槽等凹凸状结构形式。
56.如图5所示，本例外套筒1为相同结构的两个，每个外套筒1轴向长度与内套筒法兰25端表面至内套筒2末端的长度相同，每个外套筒1的内外壁为光滑筒状，其一端设有与内套筒圆锥24结构相配合的内锥结构。
57.本例内套筒2内壁可以是光滑、加工螺纹或环槽等凹凸状结构形式。
58.d是内套筒法兰直径，d1是内套筒外径，d2是内套筒内径，d3是内套筒凸台内径，d4是外套筒内径，l是内套筒长度，l1是内套筒锥形面轴向长度，α是内套筒锥形面与轴向夹角。
59.内套筒外径d1小于内套筒法兰直径d。内套筒锥形面与轴向夹角α满足：0≤α≤900。内套筒锥形面轴向长度l1小于等于内套筒长度l的四分之一。内套筒凸台内径d3小于内套筒内径d2。内套筒外径d1大于外套筒内径d4。
60.如图12所示，本发明专用工具主要结构包括：导向机构6、滑动压头4、固定压头5、
液压动力驱动油缸7。
61.联接加工时，先将外套筒1插入两端钢筋，再将两端钢筋插入内套筒2，使内、外套筒锥形口配合接触，两端外套筒1分别与工具固定压头5和滑动压头4接触，启动泵站，滑动压头4发生运动，推动两端外套筒1沿轴线方向挤压内套筒2，直至外套筒1两端锥形口接触内套筒法兰25端表面时，即安装完成。
62.本发明内套筒2筒壁上沿轴向设置多组将内套筒筒壁分隔成相同的多瓣结构的内套筒壁槽23。
63.如图3所示，内套筒壁槽23具有贯通筒壁的结构，并且于圆柱形筒状筒壁轴向连续布置。结合图4，内套筒壁槽23一端贯通内套筒2端面、另一端止于内套筒法兰25前端面、将内套筒2筒壁分隔成相同的多瓣结构。
64.如图6所示，内套筒壁槽23具有贯通筒壁的结构，并且于圆柱形筒状筒壁轴向对称分为两组布置。结合图7，内套筒壁槽23一端贯通内套筒2端面、另一端止于内套筒法兰25前端面、每组沿轴向对称布置两个、将内套筒2筒壁分隔成相同的多瓣结构。
65.本发明连接结构在钢筋连接之前，对插入内套筒2的被连接钢筋端部进行硬化处理，使钢筋端部一定长度段的钢筋硬度高于钢筋其他区域，通常采用的方式是对需要处理的钢筋段进行局部热处理，其热处理的关键是使该段钢筋硬度高于其他区域。处理后该段钢硬度高，该段钢筋上的横肋强度高于其他区域，在轴向挤压过程中该段横肋高度不会发生变化，横肋之间的凹槽体积不变，这样套筒金属完全填充到凹槽中，使套筒与钢筋之间的摩擦力更大，连接更牢固，同时由于插入套筒的钢筋段横肋强度高，在轴向施加载荷的时候，横肋承受的剪切力增大，钢筋横肋在受载时不会发生塑性变形，使钢筋不会从套筒中拔出，可能发生的破坏形式只有套筒外部钢筋断或者套筒被拉断。
66.本发明对经硬化热处理的六对不同的连接钢筋进行对比试验检测。对同一批次，同种规格和同等强度的钢筋采用形式相同的两件套筒连接，其中连接钢筋分两种类型，一种是需连接的钢筋两端部不经任何处理，另一种是连接钢筋两端部表面采用便携式高频感应淬火，使其需连接的两根钢筋端部表面硬化。连接后对相同规格的、两种接头结构进行单向拉伸试验，其结果表明，连接钢筋端头不经处理时，接头结构破坏形式主要以钢筋拔出为主，拉脱力均小于经处理后的钢筋接头破坏力，经硬化处理后的连接钢筋破坏形式均表现为钢筋拉断。结果如图11所示，经硬化热处理的接头a比未经处理的相同接头b其破坏力明显增大。