B.B. ДЬЯЧКОВ, инж. (НИИЖБ), Прочность и деформативность резьбовых механических соединений арматуры
Возрастающие объемы монолитного строительства в России диктуют необходимость перехода на более надежные и скоростные технологии возведения зданий и сооружений. При проектировании и возведении высотных зданий и сооружений из монолитного железобетона возникает проблема быстрого и качественного соединения арматурных стержней, так как длина поставляемой на стройплощадку арматуры ограничена условиями транспортировки и не превышает 12 м.
В настоящее время в России для соединения арматурных стержней применяются в основном два вида соединений - сварные и внахлестку без сварки. Причем сварные и нахлесточные соединения имеют ряд существенных недостатков, которые говорят о целесообразности применения механических соединений.
Применение сварных соединений связано с большой стоимостью электроэнергии, привлечением высококвалифицированных сварщиков и сложным контролем качества. Более простым является соединение внахлестку без сварки, но и оно также имеет ряд недостатков: перерасход арматуры за счет перепуска стержней; необходимость установки дополнительной поперечной арматуры в зоне нахлестки; затруднение бетонных работ в густоармированных конструкциях.
Применение резьбовых механических соединений исключает эти недостатки. Кроме того, в ряде конструкций соединения внахлестку вообще не допускаются.
В связи с этим все больше внимания уделяется механическим соединениям, но из всех их типов в нашей стране наибольшее применение получили только опрессованные стыки арматуры периодического профиля и соединения с помощью муфт арматуры винтового профиля.
В НИИЖБе в лаборатории арматуры были выполнены исследования прочности и деформативности таких соединений. Целью исследований было определение геометрических размеров муфт и усилия обжатия, обеспечивающих выполнение требований прочности и деформативности, установленных для растянутых соединений, и разработка рекомендаций по их применению [1].
Необходимость проведения исследований резьбовых механических соединений арматуры и их сертификация в системах ГОСТ Р и Мосстройсертификация обусловлена острой потребностью строительства в таких соединениях.
Лабораторией арматуры были проведены сертификационные испытания соединений LENTON и BARTEC.
В процессе их выполнения были разработаны технические условия [2,3], в которых установлены основные требования к прочности и деформативности таких резьбовых механических соединений (табл.1).
Испытания проводились на механических соединениях LENTON производства корпорации «ERICO» (рис.1) и BARTEC производства фирмы «DEXTRA» (рис.2) арматуры класса А500С диаметрами 12,25,40 мм.
Оба соединения относятся к сжато-растянутым, т.е. к таким соединениям, которые могут воспринимать сжимающие и растягивающие усилия.
На рис.1 и 2 представлены так называемые стандартные механические соединения, предназначенные для соединения стержней одного диаметра, коща при монтаже арматуры на стройплощадке хотя бы один из соединяемых стержней может свободно вращаться.
Принципиальное отличие этих соединений между собой заключается в способе нарезки резьбы.
Соединения LENTON имеют разнонаправленную конусную резьбу (рис.З), которая исключает возможность своего повреждения до того, как достигается полное зацепление резьбы.
Резьба на концах арматурных стержней для механических соединений BARTEC создается следующим образом: стержень отрезается под прямым углом; путем холодной высадки производится увеличение диаметра конца стержня, на котором будет нарезана резьба; на конце стержня нарезается резьба. За счет увеличения диаметра конца стержня путем холодной высадки ослабления сечения стержня после нарезки резьбы не происходит (рис.4).
Испытывалось по 2-3 образца-близнеца. Механические свойства некоторых образцов механических соединений приведены в табл. 2,3.
Из этих таблиц видно, что деформативность соединений не превышает 0,1 мм, т. е. удовлетворяет техническим требованиям [2,3]. В противном случае большая деформативность приводит к недопустимой ширине раскрытия трещин в эксплуатационной стадии работы железобетонных элементов.
Все механические соединения должны быть затянуты ключом с усилием, приведенным в табл. 4.
Сертификационные испытания включали в себя растяжение при отрицательных температурах соединений BARTEC арматуры диаметром 12 и 40 мм (по 6 образцов) и по одному исходному образцу каждого диаметра. В табл. 5 приведены результаты испытаний механических соединений BARTEC при отрицательных температурах.
Сначала проводились испытания соединений стержней и исходного стержня диаметром 40 мм при температуре-45°С. Как показывают результаты, приведенные в табл. 5, два из четырех испытанных образцов разрушились по арматурному стержню пластично вне стыка. Однако два других образца разрушились хрупко по обрезу муфты, причем прочность одного из них оказалась даже ниже нормативного значения предела текучести исходной стали (500 Н/мм2), что не удовлетворяет требованиям технических условий. Поэтому оставшиеся два образца соединений диаметром 40 мм были испытаны при температуре -30°С. Из них один разрушился по арматурному стержню вне стыка, а второй - хрупко по обрезу муфты при напряжениях, превышающих нормативное значение временного сопротивления исходной стали. Следовательно, результаты испытаний соединений арматуры диаметром 40 мм при температуре -30°С можно считать удовлетворяющими требованиям технических условий.
Аналогично испытывали образцы диаметром 12 мм. Первые три образца при температуре -50°С показали удовлетворительные результаты, поэтому испытания оставшихся трех образцов проводили при температуре -65°С. Они также показали удовлетворительные результаты.
Оценка прочности механических соединений LENTON при отрицательных температурах была выполнена на основании данных, предоставленных корпорацией «ERICO» удержания этой нагрузки в течение 10 с нагрузка увеличивалась до разрушения образца.
Оценивая результаты испытаний при отрицательных температурах, можно сделать вывод об области применения всего сортамента (12-40 мм) механических соединений LENTON и BARTEC до -30°С — область применения назначена по наихудшим результатам испытаний. Необходимо отметить, что расчетная отрицательная температура для Москвы составляет -28°С, т.е. механические соединения LENTON и BARTEC в Москве применяться могут.
1. Впервые в России были разработаны технические условия для резьбовых механических соединений арматуры, где указаны требования прочности и деформативности соединений, геометрические размеры соединительных муфт и их области применения.
2. Устройство резьбовых механических соединений не требует привлечения высококвалифицированных специалистов. При этом значительно сокращаются расход арматуры и время на устройство стыка.
Бетон и железобетон, 2006 №1