Узел соединения армирующих стержней центрально сжатых железобетонных элементов
Предлагаемое техническое решение относится к области изготовления работающих на сжатие строительных конструкций, предпочтительно, свай или секций каркасов значительной длины, непосредственно на строительном объекте, но может быть использовано и при заводском изготовлении свай или каркасов при необходимости наращивания их продольной арматуры. Задачей настоящего технического решения является повышение надежности стыкового соединения армирующих стержней и предотвращение деформации стыкового соединения при знакопеременных нагрузках. Достигается это тем, что стыковое соединение армирующих стержней сваи содержит металлическую муфту, с торцов которой соосно размещены стержни соединяемой арматуры. Стыковое соединение секций сваи или каркаса содержит муфты, в которые введены армирующие стержни, закрепленные на стержнях монтажные кольца, центраторы с радиальными выступами и дополнительные армирующие элементы, причем пространство между муфтами, поверхностями введенных в муфту стержней и внутренней поверхностью муфты заполнено монолитным цементным камнем. Один конец каждого центратора закреплен на одном из монтажных колец, а его второй (свободный) конец имеет радиальный выступ, контактирующий с другим монтажным кольцом. При этом, каждый армирующий стержень введен в полость муфты на величину, не меньшую диаметра, армирующего стержня. Кроме того, армирующие стержни могут быть введены в муфту до контакта их торцов между собой, причем, размещаемые в муфте торцы стержней могут быть выполнены со скосом, а муфта имеет уплотнение с торцов после введения армирующих стержней в ее полость, заполненную образующим цементный камень цементным раствором.
Предлагаемое техническое решение относится к области строительства, а именно, к соединению отдельных стержней и/или стержней в составе секций арматурного каркаса центрально сжатых железобетонных элементов, изготавливаемых, предпочтительно, непосредственно на строительной площадке, например, буронабивных, буроинъекционных и тому подобных свай, колонн, стен и других элементов, у которых соединение армирующих стержней расположено в зоне, работающей на сжатие. Кроме того, предлагаемое техническое решение может быть использовано для соединения армирующих стержней при наращивании предварительно изготовленных относительно коротких железобетонных секций для создания достаточно длинной конструкции, также при условии размещения узла соединения в зоне, в которой отсутствует растяжение.
Известно соединение арматуры, в котором на стержни арматуры надевают втулки и при стыковке обжимают последние на опрессовочных машинах (Якобсон Я.М., Совалов И.Г. «Краткий справочник по бетону и железобетону», М., Стройиздат, 1974, с.94-95). Помимо значительной металлоемкости (толщина стенок этих втулок достигает половины диаметра стыкуемых стержней, а площадь поперечного сечения втулок в 2...3 раза превышает площадь соединяемых стержней), для обжатия стенок втулок необходимо весьма мощное оборудование, которое использовать для обжатия втулок в условиях стройплощадки при соединении секций каркасов, в особенности объемных, практически невозможно.
Известно стыковое соединение армирующих стержней железобетонных строительных элементов, предусматривающее соединение между собой выпусков армирующих стержней путем заполнения бетонной смесью на напрягающем расширяющемся цементе зазора между стержнями (а.с. SU №310982, 1971 г).
Известны конструкции стыкового соединения армирующих стержней, выполняемые в бетоне и передающие нагрузку на сжатие (Информационный бюллетень №87, «Технология и индустриализация железобетонных конструкций. Конструирование», Пособие, Европейский комитет по бетону: Международная конференция по преднапряженному железобетону, одобрено 16-й Пленарной сессией Европейского комитета по бетону, Лондон, октябрь 1973. Перевод с нем., М.: ЦИНИС и
НИИЖБ Госстроя СССР, 1975, с.184), а также с помощью резьбовых муфт, опрессованных муфт и термито-муфтовых соединений стыков. Все указанные стыковые соединения армирующих стержней, работающих на сжатие, весьма металлоемки, сложны в изготовлении или имеют низкую надежность.
Известно стыковое соединение армирующих элементов строительной конструкции, содержащее обойму, в которую заведены концы арматуры и зафиксированы в ней посредством бетона на расширяющемся цементе, причем концы арматуры расположены внахлест и с зазором между собой, а обойма выполнена из армоцемента (a.c. SU №1795040, 1993 г).
Известное стыковое соединение не обеспечивает достаточной его надежности из-за необходимости выдержать большой эксцентриситет соединяемых стержней, превышающий их диаметр и, как следствие, возникающих: значительных деформаций в узле соединения, разворотов концов стыкуемых стержней, а также возможности перемещения армирующих стержней в месте стыка относительно друг друга при значительных сжимающих нагрузках. Отмеченные недостатки препятствуют применению стыкового соединения по а.с. SU №1795040 не в практике строительства.
Наиболее близким из известных конструкций является полимеррастворное соединение армирующих стержней («Предупреждение деформаций и аварий зданий и сооружений», А.И.Работников, А.А.Михайлов, Б.М.Кованев и др.; под ред. В.А.Лисенко - Киев, Будiвельник, 1984 г, с.120), по которому в соединительную муфту, заполненную полимерным раствором, заводятся два стержня с противоположных сторон, или один стержень, а муфта при этом имеет равнопрочное соединение (сварным швом) со стороны своего другого конца со стержнем соединяемого каркаса второй сваи.
В этом источнике информации показаны результаты изучения работы элементов такого стыка для определения его несущей способности в зависимости от разных факторов: от длины анкеровки стержня в соединительную муфту; от диаметра стыкуемой арматуры; от величины зазора между стержнями и соединительной муфтой. Также было изучено смещение загруженного конца заанкеренного стержня под действием постоянной нагрузки. В результате испытаний было установлено, что при закреплении стержней арматуры периодического профиля в соединительной муфте на длину анкеровки больше трех диаметров стержней (lанк
3d) напряжения в арматуре достигали расчетных значений; при длине анкеровки более 5 диаметров (lанк >5d) напряжения превышают предел текучести. Анкеровка стержней на глубину более 7,5d (lанк7,5d) приводит к разрыву
стержня. Наиболее значительные деформации сдвига наблюдаются при длине анкеровки менее 3d.
Известно, что при увеличении зазора от 1 мм до 9 мм между внутренней поверхностью стенки муфты и поверхностью стержня предельные напряжения в полимеррастворе снижаются примерно на 18%. Для стыков с длиной анкеровки 2,5d наблюдается непрерывный рост деформаций сдвига. При длине анкеровки 5d - деформация сдвига по абсолютной величине оказались незначительными, а приращения деформаций не наблюдалось после 15 мин выдержки под нагрузкой. Для стыков с длиной анкеровки более 7,5d смещения незначительные - в пределах точности измерительных приборов. Критической по деформации сдвига при кратковременном и длительном действии нагрузки считается анкеровка стержня в соединительную муфту на длину менее 5d. Для равнопрочного крепления арматурного стержня в металлическую муфту длина зоны анкеровки, независимо от диаметра арматуры, была установлена в пределах 7,5...10 диаметров стержня (см. там же, стр.114-113).
Известное клеемуфтовое соединение армирующих стержней весьма материалоемко, длина муфты предпочтительно составляет более 7,5d соединяемых стержней (ни в коем случае не меньше 5d). Применение клееполимерного раствора для соединения стержней арматуры отдельных секций арматурного каркаса, например, при изготовлении буроинъекционных свай, когда арматурный каркас погружается в скважину, заполненную буровым раствором или бетонной смесью сразу после соединения отдельных секций, требует определенного времени выдержки для набора прочности полимерным раствором, после чего соединение может быть погружено в буровой раствор или бетонную смесь.
При погружении арматурного каркаса в скважину часто используются вибраторы, и в этом случае невозможно гарантировать надежность клееполимерного соединения, так как при вибрационном воздействии за счет значительной разности объемных масс бетонной смеси и полимерного раствора имеется реальная опасность расслоения неполимеризовавшегося состава.
Кроме того, если дать время выдержки на полимеризацию, возникает проблема с погружением арматурного каркаса в схватившуюся бетонную смесь, поскольку последний невозможно погрузить даже с помощью вибратора, не повредив при этом схватывающийся бетон.
Для обеспечения качественного сцепления стенок соединительной муфты с полимерцемснтным раствором внутренняя поверхность соединительных муфт должна быть обработана специальными составами.
Задачей настоящего технического решения является повышение надежности соединения сжатых арматурных стержней и технологичности исполнения узла соединения, а также снижение трудоемкости и материалоемкости при осуществлении соединения секций арматурного каркаса или арматурных выпусков железобетонных элементов.
Поставленная задача решается посредством того, что соединяемые стержни каждого из железобетонных элементов введены в стык друг другу внутри муфты длиной от двух до пяти диаметров и размещены в положении соосном (или близком к соосному - в пределах допусков, установленных для изготовления арматурных каркасов монолитных или сборных железобетонных элементов), причем внутренняя полость муфты и пространство нее вокруг заполнены твердеющим раствором.
Термин «муфта» в данном случае подразумевает не только отрезок трубы, но охватывает также технические эквиваленты, например, соединительные втулки, обоймы, гильзы и т.п. детали (например, отрезки трубки), имеющие отверстие со значительной осевой протяженностью независимо от формы его сечения - круглое, квадратное, овальное, прямоугольное и т.д.
Для соединения стрежней центрально сжатых железобетонных элементов по заявляемому решению применяются, преимущественно, тонкостенные трубки, выполненные в виде отрезков серийного длинномерного трубного проката, причем площадь поперечного сечения стенок соединительной трубки меньше сечения соединяемых стержней, т.к. разрывное усилие в стенках трубки возникает в процессе осевого сжатия бетона, заполняющего стык.
При этом каждый стержень должен заходить в муфту (трубку) на расстояние (глубину) не менее одного его диаметра. Полости в муфте и пространство вокруг муфты (в пределах узла соединения железобетонных элементов) заполняются твердеющим материалом, в частности, цементным раствором.
Толщина стенки соединительной муфты (трубки) выбирается с учетом прочности материала, из которого она изготовлена, в любом случае, достаточная толщина стенок соединительной муфты составляет от 0,1d до 0,2d стыкуемого стержня. Максимальная толщина стенки муфты ограничивается условиями размещения трубки в армокаркасе с
соблюдением требований к величине защитного слоя бетона в зоне стыка железобетонных элементов, требований к величине минимального расстояния между продольными стержнями и т.п., а также расходом материала на соединительные муфты.
Практически площадь поперечного сечения стенки соединительной муфты не превышает площади поперечного сечения наибольшего из соединяемых стержней.
Практически внутренний диаметр соединительной муфты превышает диаметр стыкуемого стержня на величину возможной (допускаемой нормами) неточности (несовершенства) монтажа, неточности диаметра соединяемых армирующих стержней, величины возможных заусениц металла, образовавшихся при резке стержней мерной длины, а также на один-два диаметра наиболее крупных частиц, содержащихся в материале, используемом для заполнения полости муфты.
Т.е. dвнутр=da+D погр+Dрезки+Dмонт +Dзаполн,
где:
d внутр - внутренний диаметр трубки (мм);
d a - диаметр наибольшего из двух стыкуемых стержней (мм);
Dпогр - неточность изготовления стержней (мм);
Dрезки - величина возможных заусениц металла, образовавшихся при резке стержней мерной длины (мм);
Dмонт - неточности (погрешности) монтажа (мм);
dзаполн - диаметра наиболее крупных частиц, содержащихся в материале, используемом для заполнения полости муфты (мм).
Наибольший размер внутреннего диаметра соединительной муфты ограничен величиной зазора между стенками муфты и стержнями. С увеличением этого зазора возрастают деформации узла соединения - за счет ползучести бетона под большой нагрузкой вследствие уменьшения эффективности работы в условиях трехосного сжатия, а также установленными требованиями к величинам защитного слоя бетона, минимальному расстоянию между продольными стержнями в каркасе железобетонных элементов, в данном случае, между рядом расположенными соединительными муфтами с учетом толщины их стенок, а также утилитарным требованием экономии материала, из которого изготовлены соединительные муфты (трубки). Целесообразно внутренний диаметр соединительных муфт принимать больше диаметра стыкуемых стержней на величину не более, чем 10 мм, т.е. обеспечивать боковой зазор около 5 мм.
Расстояние между торцами стыкуемых стержней по возможности должно быть минимальным, т.к. увеличение зазора в стыке между стержнями требует увеличивать длину соединительной муфты. Кроме того, за счет большей прослойки материала между торцами стержней, обладающего меньшим начальным модулем деформации, чем стыкуемых стержней, возрастает деформативность всего узла стыкового соединения.
Максимальные величины зазора между торцами стыкуемых стержней первого и второго соединяемых железобетонных элементов не должны превышать разрешенных нормами допусков к качеству монтажа арматурных каркасов по их длине.
Практически выполнить это требование весьма несложно. При изготовлении армокаркасов все стержни со стороны стыка упираются в ограничивающую технологическую пластину, после чего их положение в армокаркасе железобетонного элемента фиксируются с помощью сварки или другим известным способом.
Евронормы допускают отклонение плоскости торца стержня от перпендикуляра не более 20 мм, чего в построечных условиях достичь весьма сложно, а зачастую практически невозможно.
В заявляемом техническом решении нет жесткого требования к неперпендикулярности торцовых плоскостей армирующих стержней.
В испытательных образцах узлов соединения, изготовленных по заявляемому решению, преднамеренно торцы соединяемых стержней выполнили со скосами, неперпендикулярность при этом достигала от 30° до 45°. Кроме того, стержни в пределах внутреннего диаметра соединительных трубок расположили с максимально возможной несоосностью и эксцентриситетом. Несмотря на это, испытания узла соединения сжимающей нагрузкой превзошли самые оптимистические прогнозы.
Таким образом, по заявляемому техническому решению, торцы стыкуемых одиночных стержней могут соприкасаться, кроме того, стержни могут иметь скошенные торцы. Торцы стыкуемых стержней, объединенных в армокаркас железобетонного элемента, могут изготавливаться без предъявления дополнительных требований к качеству армокаркасов - более жестких, чем установлено нормативными документами.
Минимальная длина соединительной муфты (трубки) ограничивается величиной l мин - удвоенным наибольшим диаметром стыкуемых стержней dмакс (при соединении стержней неодинакового диаметра), увеличенного на размер наиболее крупной частицы d заполн, которая может встретиться в материале, заполняющем стык.
Максимальная длина соединительной трубки ограничивается возникающими с увеличением длины неудобствами монтажа и требованиями снижения расхода материала. Оптимальной следует считать длину соединительной трубки равную 3dмакс (трем максимальным диаметрам стыкуемых стержней) и в любом случае не более 5d, исходя из экономической целесообразности.
Внутреннее пространство в соединительной муфты заполнено твердеющим материалом, преимущественно мелкозернистым бетоном на обычном цементе (при этом использования расширяющегося цемента, как в аналогах, не требуется), а весь узел стыкового соединения омоноличен или размещен в монолитном бетоне. При стыковке объемных каркасов узел соединения стержней предпочтительно дополнительно армировать спиральной навивкой из проволоки или ленты, или хомутами, или разместить в кольце, изготовленном из отрезка трубы соответствующего размера, после чего узел омоноличивается или размешается в монолитном бетоне.
Для обеспечения выполнения соединения в построечных условиях на месте монтажа целесообразно (но не обязательно) соединительные муфты предварительно надеть на арматурные стержни одной из секций соединяемых армокаркасов, предпочтительно нижней, и закрепить их (прихватить) - сваркой, клейкой лентой или быстротвердеющим материалом: гипсом, строительной «пеной» и т.п. материалами - для герметизации кольцевого зазора по торцу трубки между ней и стержнем с целью минимизации утечек раствора твердеющего материала.
Для облегчения соединения объемных каркасов, уже при их изготовлении целесообразно установить в зоне стыка, на расстоянии не больше половины соединительной муфты от торцов соединяемых стержней по сборочному (монтажному) кольцу (при размещении армирующих стержней по окружности) или по монтажному элементу в виде хомута, объединяющему концы стыкуемых стержней секции в объемный каркас так, чтобы соединительные муфты своими торцами упирались в эти объединяющие элементы (кольца, хомуты).
В качестве соединительных муфт может использоваться навитая спираль (навитая плотно виток к витку - без зазоров или с минимальными зазорами, определяемыми допустимыми утечками твердеющего материала) из проволоки или ленты, что облегчает сборку узла, обеспечивая облегченные установочные перемещения муфты в радиальном направлении при сборке узла, причем навивка может быть многослойной, а направления
навивки могут чередоваться. Спираль может иметь цилиндрическую или коническую форму, что также облегчает монтаж ее на соединяемых стержнях.
Для соединения первого и второго смежных железобетонных элементов, например, арматурного каркаса или буровых свай, в зоне узла соединения упомянутых элементов могут быть установлены дополнительные центрирующие элементы (центраторы), обеспечивающие требуемую величину защитного слоя бетона в зоне узла соединения, а также обеспечивающие условие соосности каркаса железобетонного элемента и скважины.
При этом, один конец каждого из упомянутых центрирующих элементов закреплен на первом из двух смежных (соединяемых) железобетонных элементов, а другой (свободный) конец снабжен радиальным выступом, например, в виде отгиба на этом центрирующем элементе, ориентированным внутрь каркаса по его продольной оси, и имеет возможность установочных (монтажных) перемещений с обеспечением при этом взаимодействия (контакта) с монтажным хомутом смежного железобетонного элемента (второй железобетонного элемента), что обеспечивает дополнительную связь соединяемых железобетонных элементов.
Центраторы могут крепиться на монтажных кольцах, размещенных в зоне узла соединения, которые в свою очередь могут быть расположены с внешней по отношению к армирующим стержням стороны, причем центрирующие элементы поочередно ориентированы выступами (отгибами) в направлении смежных стыкуемых железобетонных элементов.
Зона соединения железобетонных элементов может быть дополнительно армирована спиральной навивкой или кольцами, изготовленными из арматуры или листа, в частности, может быть расположена с внешней стороны относительно стержней соединяемых стержней. Упомянутую спиральную навивку выполнить таким образом, чтобы была возможность растянуть ее витки с промежутками вдоль зоны (узла) стыкового соединения железобетонных элементов, после чего узел соединения будет обетонирован твердеющим материалом. Данный элемент повышает прочность соединения, предотвращая изгиб соединенных стержней.
На упомянутой спиральной навивке могут также крепиться упомянутые центраторы.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых схематично изображены:
на фиг.1 и 2 - узел соединения стержней, имеющими скошенные и прямые торцы соответственно;
на фиг.3 и 4 - выполнение соединительной муфты в виде спиральной навивки цилиндрической и конической формы соответственно;
на фиг.5 - узел соединения железобетонных элементов, включающий кольца с центрирующими элементами (центраторами);
на фиг.6 - узел соединения железобетонных элементов с кольцами, выполненными в виде спиральной навивки;
на фиг.7 - сечение узла соединения по А-А на фиг.6.
Узел соединения, выполненный в соответствие с заявляемой полезной моделью, содержит следующие конструктивные элементы:
1 - соединительная муфта, выполненная в виде втулки (трубки) или спиральной навивки из проволоки;
2, 3 - стержни соединяемых первого и второго двух отдельных железобетонных элементов;
4 - твердеющий материал (цементный раствор), заполняющий пространство между стержнями соединяемых железобетонных элементов;
5 - взаимодействующие (обращенные друг к другу) торцы стержней 2 и 3;
6 - уплотнение кольцевого зазора между соединительной трубкой 1 и соответствующим стержнем;
7 - скос стержня;
8 - монтажное кольцо (хомут) в зоне соединения железобетонных элементов;
9 - центрирующие элементы, выполненные, предпочтительно, из гибких (пружинящих) полос или проволоки;
10 - радиальные выступы (отгибы) на центрирующих элементах;
11 - кольцевой армирующий элемент, охватывающий соединительные муфты 1 стержней каркасов смежных железобетонных элементов, выполненный в виде спиральной навивки из проволоки.
12 - твердеющий материал, заполняющий пространство между стержнями и муфтами (цементный раствор, бетон).
Стыковое соединение арматурных стержней сваи содержит металлическую муфту - втулку 1. С торцов втулки 1 соосно (фиг.1, 2) введены арматурные стержни 2 и 3 одного диаметра. Пространство между торцами втулки 1, боковыми поверхностями введенных во
втулку стержней 2 и 3 и внутренней поверхностью втулки заполнено опрессованным при введении стержней 2 и 3 монолитным цементным камнем 4. Арматурные стержни 2 и 3 на участках, введенных, предпочтительно одновременно для обеспечения опрессовки, во втулку 1, длина которой из условия восприятия стыковым соединением нормальных напряжений, составляет не менее пяти диаметров арматурного стержня, имеют, предпочтительно, периодический профиль (не показан). Каждый армирующий стержень 2 или 3 введен в полость втулки на величину, не меньшую диаметра этого армирующего стержня. Внутренний диаметр втулки 1 выбирается из условия обеспечения достаточной величины прочности связывающего их слоя цементного камня 4. Армирующие стержни 2 и 3 могут быть введены во втулку 1 до контакта их торцов 3 между собой. Для повышения надежности и долговечности соединения втулка 1 может быть завальцована (не показано) или иметь уплотнения 6 с ее торцов после введения одного из арматурных стержней в ее полость. Размещаемые во втулке 1 торцы стержней 2 и 3 могут быть, как вариант, выполнены со скосом 7.
При соединении каркасов пространственных конструкций желательно узел соединения снабдить монтажным кольцом (хомутом) 8, размещенным непосредственно в зоне соединения отдельных каркасов и прикрепленным к стержням этих двух каркасов на уровне торцев соединительных муфт 1, например, с внутренней стороны стержней (по отношению к данному каркасу). При соединении участков свай целесообразно в зоне узла соединения разместить центрирующие элементы (центраторы) 9 (фиг.5), выполненные из пружинного материала и прикрепленные одним концом к монтажному кольцу 8. При этом второй (свободный) конец упомянутых элементов 9 проходит вдоль стержней с наружной стороны последних и имеет радиальный выступ 10 в виде отгиба, обращенного к монтажному кольцу на смежной (второй) секции сваи, и предназначенного для крепления за это кольцо путем изгиба. Такие центраторы 9 имеются на каждом монтажном кольце 8 и располагаются оппозитно этим кольцам 8, принадлежащим соединяемым секциям сваи. Для повышения прочности узла соединения может быть использован дополнительный кольцевой армирующий элемент 11 (фиг.6, 7), охватывающий соединительные муфты 1 стержней смежных каркасов, выполненный, например, в виде спиральной навивки из проволоки, которая выполнена с такими параметрами, что непосредственно перед заполнением пространства между стержнями 2, 3 и муфтами 1 в узле соединения твердеющим материалом 12 позволяет растянуть ее витки вдоль стержней до охвата муфт 1. Указанный элемент 11 может быть закреплен или выполнен зацело с кольцом 8.
При устройстве узла соединения армирующих стержней сваи используют металлическую втулку 1, которую заполняют цементным раствором (бетонной смесью), который после твердения превращается в монолитный бетонный камень. Смесь готовят, предпочтительно, на основе напрягающего (расширяющегося) цемента, зарекомендовавшего себя при гидроизоляционных работах в строительстве. Такая смесь позволяет получить плотный монолит без включения воздушных пустот, что положительно влияет на адгезию соединяемых в стыке стержней и исключает их коррозию в месте стыка. При введении арматурных стержней 2 и 3 в заполненную указанной смесью муфту 1 (в силу значительной вязкости смеси) происходит опрессовка втулки изнутри создаваемым в смеси гидростатическим давлением, имеющим волновую природу, что позволяет качественно уплотнить цементный раствор в ее полости. Уплотнение 6 зазора между стержнем и трубкой препятствует потерям раствора и позволяет получить максимальный эффект от местного повышения давления смеси. Втулка 1 может иметь обжатие (не показано), которое обеспечивает дополнительную фиксацию положения стержней на время твердения цементного раствора, а также препятствует относительному сдвигу стержней и втулки в процессе работы при знакопеременных нагрузках. Конкретный вариант стыкового соединения для каждого конкретного случая проверяется расчетным путем.
При испытании на сжатие узлов заявляемого соединения фрагментов секций армокаркасов, выполненных из 6 стержней диаметром 28 мм (арматурная сталь А-500С, расчетное сопротивление сжатию 435,0 МПа), суммарной несущей способностью по материалу арматуры 6×6,16×435=1607,760 кN или 160,776 т, узлы разрушались от потери устойчивости при нагрузках 280 т и более.
При изготовлении образцов были специально допущены сверхнормативные погрешности геометрии соединяемых элементов: осевые смещения и неточности в изготовлении, соединительные трубки были установлены с отклонениями от соосности к соединяемым стержням, на торцах стержней были выполнены скосы (т.е. специально утрирована неперпендикулярность, достигающая от 30° до 45°). Однако, в процессе нагружения деформация всех состыкованных стержней происходила одинаково.
Таким образом обеспечивалась синхронность действия отдельных состыкованных стержней в составе целого узла. При этом деформативность испытанных образцов, соединение которых заполнено мелкозернистым бетоном В25 на портландцементе марки М500, имела линейную зависимость до нагружения усилием 120 т, при дальнейшем
нагружении до 180 т отклонения от линейной зависимости составляли всего 0,14...0,22 мм при общей деформации испытываемого узла 1,5...2,11 мм. Относительная деформация узла заявляемого соединения е=0.005...0,006, а приведенный модуль упругости Е=(8,12...9,75)×105 кг/см2 или Е=8,1×104 МПа (что более чем в 2...3 раза выше начального модуля упругости бетона В25 Е=3×104 МПа).
При испытании узлов соединения арматуры, омоноличенных бетоном (при передаче нагрузки в процессе испытаний только через армирующие стержни), разрушение произошло при нагрузке 340 т, при расчетной прочности арматурного каркаса 160,8 т.
Таким образом, по прочности и деформативности узел соединения, выполненный по заявляемому техническому решению, превзошел самые оптимистические прогнозы.
Технология исполнения заявляемого узла соединения в построечных условиях при соединении секций арматурного каркаса, например, буроинъекционной сваи, при погружении каркаса в скважину, заполненную мелкозернистой бетонной смесью, заключается в следующем.
- В скважину, заполненную подвижной мелкозернистой бетонной смесью, погружается первая секция армокаркаса, причем до такого уровня, чтобы над устьем скважины оставались арматурные выпуски на высоту 0,5...1 м (из условий удобства выполнения работ).
- На концы соединяемых армирующих стержней 2 и 3, в частности, диаметром 16 мм, надеваются отрезки стальных тонкостенных труб 1 (в частности, водо- или газопроводных (или других с толщиной стенки 2,2 мм) и длиной 50 мм, и клейкой лентой (скотчем) 6 они прикрепляются к соединяемым стержням так, чтобы снизу трубок не было больших зазоров, через которые возможна утечка твердеющего материала (бетонной смеси).
- Полученные кольцевые полости заполняются мелкозернистой бетонной смесью 4, которой предварительно была заполнена скважина. Для этого возможно погрузить всю секцию в скважину и заполнить за один прием кольцевые полости сразу нескольких или всех соединительных трубок (т.е. использовать для заполнения бетонную смесь из скважины), а затем всю конструкцию вновь приподнять на необходимую высоту.
- Последующая секция армокаркаса устанавливается над нижней так, чтобы соединяемые арматурные стержни оказались в максимальной степени соосными
соединительным трубкам, установленным на армирующие стержни нижней секции, и могли войти в эти трубки.
- Соединяемые стержни верхней секции армокаркаса вводятся в трубки, заполненные мелкозернистой бетонной смесью до контакта торцев (соединения в стык), по крайней мере, одной пары соединяемых стержней. Излишки бетонной смеси вытесняются (выдавливаются) при этом из соединительных трубок. Введение стержней верхней секции армокаркаса в трубки осуществляется посредством медленного опускания этой секции грузоподъемным устройством (краном).
- Растягивают в продольном направлении витки предварительно надетой на стержни одной секции армокаркаса сваи спиральной навивки 11 таким образом, чтобы часть ее витков охватывала стержни в зоне узла соединения в другой секции армокаркаса.
- В этом положении секции армокаркаса фиксируются путем соединения их например, вязальной проволокой, электросваркой (прихваткой), или другим известным приемом. Для фиксации могут быть использованы монтажные кольца, связанные с соединяемыми стержнями и дополнительно снабженные центрирующими элементами 9, размещенными на соединяемом каркасе, при этом один конец каждого из центрирующих элементов связан со стержнем первой секции каркасов, а второй свободный конец снабжен по меньшей мере одним захватом 10, который выполнен в виде радиального выступа (отгиба), ориентированного по продольной оси каркаса, и установленного с возможностью взаимодействия посредством изгиба с монтажным кольцом второго секции каркаса. В данном примере один конец центрирующих элементов 9 закреплен на соответствующем монтажном кольце 8, при этом элементы 9 расположены с внешней стороны узла соединения относительно соединяемых армирующих стержней 2, 3. Кроме того, центрирующие элементы 9 и монтажные кольца 8 размещены на каждой из соединяемых секций арматурного каркаса, при этом центрирующие элементы, размещенные на разных секциях сваи, расположены оппозитно друг другу и таким образом, что их выступы ориентированы по направлению к смежной стыкуемой секции арматурного каркаса.
После чего состыкованные секции армокаркаса погружаются в заполненную раствором скважину на глубину, соответствующую длине очередной секции.
Операции соединения следующей секции повторяются в описанной последовательности.
Совокупность признаков заявляемого технического решения позволяет обеспечить: существенное (в 4...5 раз) сокращение длины соединительных муфт, уменьшение их диаметра и толщины стенки, расположение введенных в муфты стержней в стык, заполнение полостей муфт и пространства вокруг них мелкозернистым бетоном, обладающим более низкими прочностью и модулем деформации, чем бетоны на расширяющемся цементе, и тем более, полимерные растворы на основе эпоксидных смол, позволило получить неожиданный технический результат - возможность равнопрочного соединения арматурных стержней сжатых строительных элементов, при использовании в несколько раз меньшего количества материала, большей технологичности выполнения работ по соединению стержней, что подтверждено результатами многочисленных испытаний.
Большинство строительных железобетонных элементов и конструкций работают исключительно на сжатие, однако, для соединения арматуры в этих элементах до последнего времени использовали трудоемкую ванную сварку, металлоемкие соединения внахлест или сварку с накладками, в последнее время начали использовать трудоемкие в изготовлении и дорогие обжимные муфтовые и муфтовые резьбовые соединения.
Исключение длинных прочных соединительных трубок (муфт) и введение коротких тонкостенных трубок, исключение высокопрочных заполнителей (полимерных растворов на основе эпоксидной смолы и бетона на расширяющемся цементе) и введение в качестве заполнителя мелкозернистого бетона на обычном цементе, уменьшение зазора между соединяемыми стержнями и стенками соединительной муфты, улучшило условия работы узла соединения при сохранении требований его равнопрочности в соединениях стержней арматурного каркаса сжатых строительных элементов, что является получен дополнительным эффектом.
При этом, если, исходя из известных определенных зависимостей, используемых в прочностных и деформационных расчетах железобетонных конструкций и узлов, в частности, узлов соединения и анкеровки сжатых элементов, определить размеры деталей, в том числе длину анкеровки сжатых стержней, размеры соединительных муфт (длину, диаметр, толщину стенок), а также подобрать материал деталей и заполнителя полостей муфт, то для получения технического результата достигнутого в заявляемом техническом решении потребуется использовать соединительные муфты еще больших размеров, чем применены в известных решениях, например, в прототипе.
В данном случае размеры деталей и материал для заполнения выбраны не на основе известных зависимостей, а по результатам экспериментов, и полученные параметры деталей в разы отличаются от параметров, которые могли бы быть определены по известным зависимостям, применяемым для прочностных и деформационных расчетов.
Использование заявленного технического решения позволяет резко трудозатраты при проведении монтажных работ, упростить эти работы при многоэтажном строительстве, сократить расход материалов и повысить качество (прочность) конструкции каркаса железобетонных элементов.
1. Узел соединения армирующих стержней центрально сжатых железобетонных элементов, включающий, по меньшей мере одну соединительную муфту, заполненную твердеющим материалом, с противоположных сторон в которую введены два соединяемых арматурных стержня, отличающийся тем, что в соединительной муфте соединяемые арматурные стержни размещены встык, каждый стержень размещен в муфте на глубину не менее его диаметра, а длина соединительной муфты составляет от двух до пяти диаметров соединяемых стержней, при этом пространство вокруг муфты, по меньшей мере в пределах зоны соединения первого и второго железобетонных элементов, заполнено твердеющим материалом.
2. Узел по п.1, отличающийся тем, что соединительная муфта выполнена в виде тонкостенной трубки.
3. Узел по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения стенки соединительной муфты не превышает площади поперечного сечения наибольшего из соединяемых стержней.
4. Узел по п.2, отличающийся тем, что толщина стенок соединительной муфты составляет 0,1...0,2 диаметра наибольшего из соединяемых стержней.
5. Узел по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что внутренний диаметр соединительной муфты превышает максимальный диаметр наибольшего из соединяемых стержней на сумму величин допускаемых погрешностей изготовления каркаса железобетонного элемента и наибольшего размера частиц в твердеющем материале.
6. Узел по п.1, отличающийся тем, что длина соединительной муфты равна сумме диаметров двух соединяемых этой муфтой стержней.
7. Узел по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть соединительных муфт выполнена из проволоки или ленты путем спиральной навивки последних.
8. Узел по п.7, отличающийся тем, что соединительная муфта изготовлена путем многослойной спиральной навивки проволоки или ленты.
9. Узел по п.8, отличающийся тем, что в соединительной муфте чередуются направление и/или шаг навивки проволоки или ленты.
10. Узел по п.1, отличающийся тем, что для соединения железобетонных элементов каждый из последних снабжен по меньшей мере одним монтажным кольцом, связанным с соединяемыми стержнями упомянутых железобетонных элементов и расположенным на расстоянии не менее диаметра от торца упомянутых стержней.
11. Узел по п.1, отличающийся тем, что каждое монтажное кольцо контактирует с соединительной муфтой соответствующего железобетонного элемента.
12. Узел по п.1, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним кольцевым армирующим элементом, охватывающим снаружи соединительные муфты стержней соединяемых железобетонных элементов, и выполненным в виде отрезка трубы или спиральной навивки из проволоки или ленты.
13. Узел по п.10, отличающийся тем, что кольцевой армирующий элемент в виде спиральной навивки из проволоки или ленты выполнен таким образом, что обеспечивает возможность перемещения его витков вдоль соединительных муфт и стержней первого и второго соединяемых железобетонных элементов.
14. Узел по п.10, отличающийся тем, что кольцевой армирующий элемент в виде спиральной навивки из проволоки или ленты связан с монтажным кольцом.
15. Узел по п.7, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен центрирующими элементами, размещенными на соединяемом железобетонном элементе, при этом один конец каждого из центрирующих элементов закреплен на стержне первого из соединяемых железобетонных элементов, а второй свободный конец снабжен по меньшей мере одним захватом, который выполнен в виде радиального выступа, ориентированного по продольной оси каркаса, и установленного с возможностью взаимодействия с монтажным кольцом второго из соединяемых железобетонных элементов.
16. Узел по п.12, отличающийся тем, что один конец каждого из центрирующих элементов закреплен на соответствующем монтажном кольце.
17. Узел по п.13, отличающийся тем, что центрирующие элементы расположены с внешней стороны узла соединения относительно соединяемых армирующих стержней.
18. Узел по п.11, отличающийся тем, что центрирующие элементы и монтажные кольца размещены на каждом из соединяемых железобетонных элементов, при этом центрирующие элементы расположены таким образом, что их выступы ориентированы по направлению к монтажному кольцу смежного железобетонного элемента.
19. Узел по п.11, отличающийся тем, что центрирующие элементы закреплены на кольцевых армирующих элементах.
