01 钢筋机械连接
钢筋的连接属于实际工程中普通而重要的技术，常用的连接方式主要包括：绑扎连接、焊接连接、机械连接。绑扎连接最简单，满足规定的搭接长度即可(搭接长度与钢筋直径呈正比)，目前主要用于小直径钢筋的连接。大直径钢筋则主要采用机械连接。
所谓机械连接，是指通过钢筋与连接件或其他介入材料的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中的力传递至另一根钢筋的连接方法。常用的机械接头包括套筒挤压接头、锥螺纹接头、墩粗直螺纹接头、滚轧直螺纹接头、套筒灌浆接头、熔融金属充填接头。
根据市场选择，目前最常用的机械接头主要为：（剥肋）滚轧直螺纹套筒接头和高强灌浆直螺纹套筒接头，后者主要用于预制构件的钢筋连接。
图1 滚轧直螺纹套筒接头
图2 高强灌浆直螺纹套筒接头
需要注意的是：部分工程师理解的机械连接接头不包括高强灌浆直螺纹套筒接头，其实是不对的，按照《钢筋机械连接技术》（JGJ107-2016），灌浆直螺纹接头也属于机械连接。
02 剥肋滚轧直螺纹套筒接头
2.1受力原理
剥肋滚轧直螺纹接头是通过钢筋端头剥肋后滚压制作的直螺纹和连接件（套筒）螺纹咬合形成的接头。其基本原理是利用了金属材料塑性变形后冷作硬化 增强金属材料强度的特性，而仅在金属表层发生塑变、冷作硬化，金属内部仍保持原金属的性能，因而 使钢筋接头与母材达到等强。因此钢筋接头的力学性能好坏直接决定于钢筋端部螺纹的加工和连接套筒的材料、尺寸和内螺纹加工。套筒长度一般要求大于2倍钢筋直径。
2.2接头标准
《钢筋机械连接技术规程》根据单向拉伸、高应力反复拉压及大变形反复拉压三项指标将接头性能划分为三个标准。I级接头要求实测极限抗拉强度达到钢筋本身极限抗拉强度标准值及以上，实现了等强连接。
图3 接头等级及要求
接头单向拉伸时的强度和变形是接头的基本性能。高应力反复拉压性能反映接头在风荷载及小震情况下承受高应力反复拉压的能力。大变形反复拉压性能则反映结构在强烈地震情况下钢筋进入塑性变形阶段接头的受力性能。
而接头的疲劳性能是选择性试验项目，只有当接头用于直接承受反复动载结构构件(如铁路桥梁)时，才需要检验其疲劳性能。
2.3构造要求
2.3.1 接头面积百分率
原则上，当采用I级接头时，同一连接区段(35d)内钢筋接头面积百分率可以为100%；但存在两个例外：
1）对有抗震设防要求的框架的梁端、柱端箍筋加密区，接头面积百分率不应大于50%；
2）对直接承受重复荷载的结构构件，接头面积百分率不应大于50%；
根据规范条文说明，同一截面100%钢筋连接主要可应用于：地下连续墙与水平钢筋的连接；装配式结构接头处的钢筋连接；分段施工或新旧结构连接处的钢筋连接等；
2.3.2 保护层厚度
机械连接中连接件的截面较大，一般比钢筋截面积大10%~30%或以上，局部锈蚀对连接件的影响不如对钢筋锈蚀敏感，且属于局部问题，故连接件的保护层厚度可适当放宽，必要时可对连接件进行防锈处理。
2.4应用
图4 新建结构直螺纹套筒应用
图5 预留柱头直螺纹套筒应用
图6 预留梁钢筋套筒接头
03 高强灌浆直螺纹套筒
理论上来说，《钢筋机械连接技术规程》涵盖了高强灌浆直螺纹套筒的要求，但后者也有针对性规程，具体为《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ355-2015（2023版）。该规程适用于设防烈度不大于8度区的非疲劳设计而采用的钢筋套筒灌浆连接。
3.1概念及原理
在金属套筒中插入单根带肋钢筋并注入灌浆料拌合物，通过拌合物硬化形成整体并实现传力的钢筋对接连接。根据直螺纹灌浆套筒连接方式，得出钢筋受拉后出现的3种破坏模式:1)钢筋拉断，但锚固系统未破坏；2)钢筋未破坏，直螺纹套筒断裂；3)钢筋未破坏，但是从套筒内被拔出。
灌浆套筒的套筒设计锚固长度不宜小于插入钢筋公称直径的8倍，套筒内径比连接钢筋公称直径增加10~15mm。
3.2基本要求
钢筋套筒灌浆连接接头的实测极限抗拉强度不应小于连接钢筋的抗拉强度标准值，且接头破坏应位于套筒外的连接钢筋。
装配式混凝土结构全部纵向受力钢筋可在同一截面上连接。钢筋套筒灌浆连接目前主要用于装配式混凝土结构中墙、柱等重要竖向构件中的底部钢筋同截面100%连接处，且在框架柱中多位于箍筋加密区部位。套筒灌浆连接可以用于箍筋加密区段，相比《钢筋机械连接技术规程》，这是一个巨大进步。
多遇地震组合下，全截面受拉钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋不宜再同一截面全部采用钢筋套筒灌浆连接。
3.3构造及施工要求
钢筋套丝丝头长度既不能过长，也不能过短，需要满足：拧紧后两根钢筋顶紧，拧紧后外露完整丝扣不超过2丝，以实现钢筋丝头在套筒中央位置对顶，减少残余变形。套丝前，钢筋切割要规范，切口端面应与钢筋轴线垂直。
经过丝头加工且满足质量要求后，在端头处戴上保护 帽，以免丝头在搬运等环节出现受损、受污染的情况。不得刻意采购高极限强度钢筋来降低接头抽检不合格率。
3.4 应用
图5 套筒灌浆连接技术应用于装配式混凝土结构
图6 套筒灌浆连接技术应用于新建水运码头墩台
根据文献反馈，灌浆套筒钢筋连接技术操作简便、 连接速度快、 对工种的要求低、 无安全及环保风险， 综合价格优于钢筋焊接及机械连接， 通过实践工程统计， 平均降低成本约 20%， 施工效率提高约300%。
04 价格与质量控制
直螺纹套筒一般在工厂加工，施工单位直接采购，根据河北邯郸某公司报价，单个M25直螺纹套筒（45号钢）价格约2.5元，按质量计，约为钢筋综合单价的2倍。
钢筋头的剥肋滚轧处理一般在现场进行，市面上有专用的钢筋剥肋滚丝机，机器价格在5000元左右。
图7 钢筋剥肋滚丝机
套筒灌浆料及座浆料一般为袋装，每袋25kg，报价1500~2000元/袋。
在产品质量及加工合规的情况下，接头的成品质量主要取决于施工技术及管理控制水平。相关施工要求详3.3节。
05 机械连接的疲劳缺陷
过去大量的试验表明：机械连接可以做到与钢筋母材等强，但钢筋接头的疲劳性能仍低于钢筋母材的疲劳性能。文献中提到，在200万次循环下，直螺纹套筒接头、带肋挤压接头对应的具有 95%保证率的疲劳强度分别为56.05MPa和63.66MPa，而 HRB400级钢筋标准试件和细晶高强钢筋试件对应的疲劳强度分别为231.85MPa和78.93 MPa，钢筋母材试件的疲劳强度显著高于机械接头试件。
核心原因是：直螺纹套筒接头的疲劳断裂主要发生在接头与钢筋螺纹连接位置。钢筋的剥肋滚丝处理实际上相当于引入了应力集中因素，削弱了钢筋母材的强度，导致在滚丝处产生疲劳源，从而在疲劳荷载作用下更易发生接头 处的疲劳断裂。因此在对 钢筋进行剥肋滚丝时，尽可能改进工艺，减少对钢筋 母材的额外损伤;
也有文献介绍：小直径钢筋接头的套筒合格品比率非常高， 直径越大，套筒越容易发生疲劳断裂，原因可能是套筒设计存在问题，因为套筒的设计没有考虑动荷载的影响，虽然满足静载强度，但疲劳强度不足，因此当大直径的钢筋接头在动荷载环境中工作时应适当增大连接套筒直径。
疲劳裂纹经常从构件的表面开 始，所以金属构件的表面状况对疲劳强度会有显著 的影响，表面加工洁度、表面层的组织结构及应力状 态越好，疲劳寿命越长。特别是高强度材料，表面稍 有缺陷，就常成为极危险的尖锐缺口，进而引起疲劳 破坏。
图8 机械连接疲劳断裂
钢筋连接的疲劳问题其实是广泛存在的，焊接连接同样存在疲劳，包括钢筋与搭接板焊接。规范同时指出，钢筋套筒灌浆连接不可用于疲劳设计构件。规范仅给出HRB335和HRB400的钢筋及钢筋接头的疲劳设计参数，HRB500热轧带肋钢筋及接头尚缺乏试验数据，但HRB500钢筋及接头其实已经被广泛使用。
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