автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Свойства и особенности применения в железобетонных конструкциях резьбовых и опрессованных механических соединений

На правах рукописи

003470528

ДЬЯЧКОВ Вячеслав Владимирович

СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ РЕЗЬБОВЫХ И ОПРЕССОВАННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ АРМАТУРЫ

Специальность 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 2009 г.

003470528

Работа выполнена в Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона - филиале ФГУП «НИЦ «Строительство».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор С.А. Мадатян

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ГТ.Д. Одесский

кандидат технических наук С.Л. Ситников

Ведущая организация

ОАО «ЦНИИЭП жилища»

Защита состоится 4 июня 2009 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 303.020.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при ФГУП «НИЦ «Строительство» по адресу: 109428, Москва, ул. 2-я Институтская, д.6 (корпус 5, конференц-зал НИИЖБ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «НИЦ «Строительство». Автореферат диссертации размещен на официальном сайте ФГУП «НИЦ «Строительство» http://www.cstroy.ru.

Автореферат разослан «¿^ » ЯМ^гАЛ£ 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук ^ ЗикеевЛ.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в России широко развивается строительство из монолитного железобетона. Возрастающие объемы монолитного строительства диктуют необходимость перехода на более надежные и экономичные технологии возведения зданий и сооружений. При проектировании и возведении монолитных зданий и сооружений возникает проблема соединения стержней арматуры, так как длина поставляемых металлургическими предприятиями стержней ограничена условиями транспортировки и не превышает 12 м.

В нашей стране в основном применяются сварные и нахлесточные соединения арматуры. Причем от применения сварных соединений строители отказываются, это связано с высокой стоимостью электроэнергии, привлечением высококвалифицированных сварщиков, с более сложным контролем качества работ, большей трудоемкостью сварных соединений при большом количестве стыкуемых стержней. Более простым способом стыкования стержневой арматуры является соединение внахлестку без сварки, но оно имеет ряд существенных недостатков: перерасход арматуры за счет перепуска стержней; необходимость установки дополнительной поперечной арматуры в зоне соединения; затруднение бетонных работ в густоармированных конструкциях, за счет скопления в зоне стыка большого количества арматуры, поэтому в некоторых случаях это приводит к увеличению размеров поперечного сечения элемента. Нахлестка длиной от 20<1 до 4(М, в зависимости от условий работы арматуры и количества стыков в одном сечении, приводит к потере от 3,5 до 27% арматуры при ее диаметрах от 10 до 40 мм и длине стыкуемых стержней 6,0 м. При этом наибольшие потери металла имеют место при стыковании стержней больших диаметров: 32—40 мм — соответственно до 22—27%. Необходимо сказать, что в соединении внахлестку передача усилия с одного стержня на другой осуществляется через окружающий бетон и при разрушении защитного слоя прочность соединения внахлестку становится равной практически нулю, что может привести к разрушению конструкции.

Альтернативным способом, исключающим эти недостатки, является соединение стержней периодического профиля с помощью резьбовых и опрессо-ванных механических соединений. Необходимо отметить, что получение экономии является второстепенной целью применения механических соединений арматуры, а главной целью является повышение надежности соединений, что особенно важно при строительстве высотных зданий и сооружений. Поэтому в большинстве стран мира, в том числе в Великобритании, США, Германии, для стыкования арматуры диаметром 25—40 мм применяют механические соединения, гарантирующие надежность сооружения.

В нашей стране наибольшее применение нашли только опрессованные стыки и соединения с помощью муфт арматуры винтового периодического профиля. Это связано, прежде всего, с тем, что в СССР преобладало строитель-

ство из сборного железобетона, при котором соединения арматуры в заводских условиях, как правило, выполнялись с помощью сварки. Массовое применение опрессованных соединений сдерживает отсутствие оптимальной технологии выполнения и контроля качества опресованных соединений в условиях строительной площадки.

Вопросы прочности и деформативности резьбовых соединений арматуры класса А500С и их работа в центрально и внецентренно сжатых элементах еще недостаточно изучена, поэтому для обеспечения широкого внедрения таких соединений в практику строительства возникла необходимость проведения экспериментально-теоретических исследований.

Целью диссертационной работы является исследование свойств и особенностей применения в железобетонных конструкциях резьбовых и опрессованных механических соединений арматуры.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработать оптимальную технологию выполнения и контроля качества опрессованных соединений арматуры в условиях строительной площадки;

- оценить механические свойства стандартных и переходных опрессованных соединений арматуры, выполненных в условиях стройплощадки;

- изучить механические свойства резьбовых соединений с различным способом нанесения резьбы на концах арматурных стержней;

- экспериментально и теоретически оценить работу резьбовых соединений арматуры класса А500С в центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементах;

- выполнить анализ технико-экономической эффективности практического применения резьбовых и опрессованных соединений арматуры.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются опрессованные и резьбовые соединения арматуры, центрально и внецентренно сжатые железобетонные элементы, рабочая арматура которых соединена резьбовыми соединениями. Предметом исследования являются механические свойства резьбовых и опрессованных соединений арматуры, а также прочность центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов, рабочая арматура которых состыкована соединениями с конусной и цилиндрической резьбой.

Научную новизну работы составляют:

- данные по механическим соединениям арматуры различных стран;

- результаты испытаний стандартных и переходных опрессованных соединений арматуры, выполненных в построечных условиях;

- результаты исследований конусных и цилиндрических резьбовых соединений арматуры класса А500С при испытании на растяжение;

- данные о влиянии отрицательных температур на прочность резьбовых соединений при испытании на растяжение;

- результаты испытаний резьбовых соединений на выносливость;

- экспериментальные данные о работе конусных и цилиндрических резьбовых соединений рабочей арматуры класса А500С в центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементах;

- сравнение стоимости различных видов соединений.

Автор защищает:

- результаты экспериментальных исследований механических свойств резьбовых и опрессованных соединений арматуры;

- данные о влиянии отрицательных температур и выносливости на прочность резьбовых соединений;

- экспериментальные данные о работе конусных и цилиндрических резьбовых соединений арматуры в центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементах;

- экономический эффект при использовании резьбовых и опрессованных механических соединений арматуры.

Практическое значение работы:

Научно-техническое сопровождение строительства жилого комплекса «Континенталь» позволило разработать оптимальную технологию выполнения и контроля качества опрессованных соединений.

Исследования резьбовых соединений с конусной, цилиндрической накатанной и нарезанной резьбой дали возможность их применения при строительстве МДЦ «Москва-Сити», здания «Siemens» и др.

Экономический эффект за счет внедрения механических соединений арматуры достигнут благодаря тому, что данные соединения имеют меньшую стоимость по сравнению с ванной сваркой, за счет сокращения трудоемкости, сроков монтажа и снижения энергозатрат и сопоставимую стоимость с соединениями арматуры больших диаметров внахлест без сварки, за счет исключения перерасхода арматурной стали из-за перепуска стержней.

Результаты работы позволили разработать и выпустить технологические регламенты по производству опрессованных соединений арматуры для ООО «СПРУТ» и ЗАО «Трансмонолит», пособие по применению механических соединений арматуры для железобетонных конструкций зданий и сооружений атомных станций, а так же технические условия резьбовых соединений арматуры производства фирм Lenton, Dextra и CABR.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на конференции молодых ученых в транспортной науке (г. Москва, ЦНИИС, 2005 г.).

Опубликованность результатов. Основные положения диссертации опубликованы в 3 печатных работах.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав основной части, общих выводов по работе, списка использованной литературы из 61 наименования. Работа изложена на 135 страницах, содержит 31 таблицу и 90 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложено обоснование актуальности исследуемой проблемы. Приведена краткая характеристика работы, сформулированы цели и задачи исследований, практическая значимость работы, представлены сведения об апробации работы и опубликованное™ результатов.

Первая глава посвящена обзору отечественных и зарубежных требований норм проектирования железобетонных конструкций к механическим соединениям арматуры. Рассмотрены различные типы механических соединений арматуры применяемых как за рубежом, так и в России. В результате анализа норм, механические соединения арматуры по условиям работы в железобетонных конструкциях подразделяются на:

• сжатые контактные - применяются для соединения арматурных стержней, в которых в процессе эксплуатации не возникает усилий растяжения, передача нагрузки с одного стержня на другой осуществляется опи-ранием их торцов;

• растянутые - применяются для соединения как сжатых, так и растянутых в процессе эксплуатации арматурных стержней, усилия с одного стержня на другой передаются через соединительную муфту.

Определены основные требования, предъявляемые к растянутым механическим соединениям арматуры:

• прочность соединения должна быть не менее ав, где а, - нормативное значение временного сопротивления соединяемой арматуры;

• деформативность соединения (сдвиг стержней в муфте) Д не должна превышать 0,1 мм при напряжении 0,6ах, где ат - нормативное значение предела текучести соединяемой арматуры;

• равномерное относительное удлинение арматуры 8Р после разрушения соединения должно быть не менее 2%;

• для сжато-контактных соединений главным требованием является перпендикулярность обрезки торцов соединяемых стержней относительно их оси с предельным отклонением + 1,5°.

В сжато-контактных соединениях арматуры применяются стальные муфты на болтах, жесткие полосовые муфты, заполненные сталью муфты. Для растянутых соединений применяются соединения стержней муфтами, заполненными раствором или сталью, со специальным винтовым профилем, резьбовые соединения с различным способом нанесения резьбы, механические соединения внахлест, опрессованные соединения и др.

Исследования, приведенные в работах Мете А. Созена и Вильяма Л. Гамб-ла, позволили определить прочность и трещиностойкость балок армированных арматурой, соединенной механическими соединениями с конусной резьбой. В работах Паулсона и Хансона были представлены результаты испытаний сварных и механических соединений арматуры. Испытания показали, что механические соединения по сравнению с целым стержнем имеют меньшую устало-

стную прочность, которая различна в зависимости от рассматриваемого соединения. В результате исследования авторы классифицировали соединения на различные категории по выносливости. Куглер и др. исследовали поведение механических соединений внахлест и не рекомендовали использовать данный вид соединения для арматуры размером больше #6 и в сейсмически активных районах.

Хулшизер и др. исследовали поведение штампованных соединений арматуры в корпусе железобетонного реактора. Было сделано заключение, что все из 3800 выполненных соединений соответствуют техническим требованиям, а проведенный мониторинг конструкции не выявил наличия дополнительных деформаций в зоне соединения.

Петер О. Янсон и Пеарсон исследовали поведение соединений арматуры муфтой заполненной раствором. Испытания таких соединений показали достаточную прочность, деформативность и пластичность.

Исследования, проводимые Мадатяном С.А. и Фридляновым Б.Н. показали, что муфтовые соединения арматуры винтового профиля не влияют на прочность изгибаемых элементов. Применение таких соединений с большой податливостью приводит к возрастанию прогибов и увеличению до недопустимых величин ширины раскрытия трещин. Матковым Н.Г., Балючик Э.А., Губиным В.И. были проведены исследования обжимных стыков арматуры с помощью оборудования фирмы «СПРУТ», в результате чего были получены геометрические размеры муфт для соединений. Позже Мадатяном С.А, Дегтяревым В.В. и др. была проведена работа, в результате которой были уточнены размеры муфт для опрессовки соединений. В НИИЖБ исследования Климова Д.Е. показали, что суммарный угол обрезки торцов арматурных стержней в сжато-контактных соединениях более 3° снижает прочность колонн по сравнению с колоннами с целыми стержнями.

Литературный обзор показал, что резьбовые соединения арматуры являются новым видом соединений, требующим комплексного изучения. В отечественной литературе приводится мало сведений о работе опрессованных соединений арматуры и практически нет информации о свойствах резьбовых соединений. Зарубежные же исследования ориентированны на работе механических стыков арматуры в изгибаемых элементах. Исследованиям центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов с резьбовыми соединениями арматуры практически не уделено внимания.

Во второй главе изложены результаты научно-технического сопровождения применения опрессованных соединений при строительстве жилого комплекса «Континенталь» взамен сварных соединений на скобе накладке. В результате чего был разработан технологический регламент по выполнению опрессованных соединений арматуры. В общем, технологический регламент можно разбить на три этапа: • подготовительный (проверка сертификатов на муфты и арматуру, выбор

оборудования и т.д.);

• основной (описана оптимальная технология выполнения опрессованных соединений в горизонтальном и вертикальном положении);

• контроль качества (отбор образцов для испытания, акты скрытых работ). В соответствии с регламентом было отобрано и испытано 65 образцов соединений арматуры класса А500С и А400С диаметром 32 и 36 мм, применяемых в фундаментной плите и в стилобатной части жилого комплекса. Всего в фундаментой плите было изготовлено 17000 стыков, а в стилобатной части комплекса 11000 стыков. Результаты испытаний показали, что все образцы соединений арматуры диаметром 32 и 36 мм, выполненные в соответствии с технологическим регламентом, разорвались по основному металлу при ав>600 Н/мм2, при этом равномерное относительное удлинение арматурных стержней 8Р>8%. Необходимо отметить, что все соединения выполнялись в зимний период со среднесуточной температурой -20 °С.

Статистические данные по результатам испытаний опрессованных соединений арматуры класса А400 и А500С, выполненных в построечных условиях, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Диаметр соединяемой арматуры, мм Н/мм2 8от, Н/мм2 О"., Н/мм2 Ба„ Н/мм2 % 88р, %

арматура класса А400

32-36 419,3 15,5 652,3 34,3 11,0 3,4

арматура класса А500С

32-36 578,5 23,6 693,1 44,4 8,8 4,6

В вертикальных элементах часто имеет место переход бблыпего диаметра арматуры к меньшему, поэтому были испытаны переходные опрессованные соединения арматуры класса А500С. Муфты для переходных соединений выполнялись из СтЮ. Для переходных соединений брались муфты с более толстой стенкой, затем с одной стороны муфта растачивалась под более крупный арматурный стержень (рис. 1).

Геометрические размеры и условные обозначения муфт для переходных опрессованных соединений представлены в таблице 2.

Номинальный диаметр арматуры <1, мм Геометрические размеры соединительных муфт Цвет разметки Условное обозначение Количество обжатий

Длина муфта Ьо,мм Наружный диаметр йн, мм Толщина стенки 3), мм Толщина стенки Б^ММ

18/16 130 34 5,5 7 Синий МСПО-18/16 4

20/18 150 36 6 6,5 Желтый МСПО-20/18 4

22/20 170 40 6,5 8 Белый МС1Ю-22/20 6

25/22 190 45 7,5 9 Черный МСПО-25/22 6

28/25 210 50 8,5 10 Зеленый МСПО-28Я5 8

32/28 240 57 10 12 Красный МСПО-32/28 10

36/32 270 63 11 13 Синий МСПО-36/32 12

40/36 300 70 12 14,5 Желтый МСПСМО/36 14

Статистика по результатам испытаний переходных соединений арматуры класса А500С диаметров: 16/18, 22/25, 25/28, 28/32, 32/36, 36/40 мм приведена

в таблице 3.

____Таблица 3

Диаметр соединяемой арматуры, мм сг * Н/мм2 Бо,, Н/мм2 % ЭЗр, % А, мм БД, мм

16-40 703,6 35,6 11,3 2,5 0,024 0,027

Испытания переходных соединений показали, что разрушение всех образцов происходило по основному металлу, при этом временное сопротивление колебалось от 646,8 Н/мм2 до 750,0 Н/мм2, деформативность А соединений не превышала значения 0,095 мм, относительное равномерное удлинение 5р>5%.

Научно-техническое сопровождение строительства жилого комплекса «Континенталь» позволило разработать технологический регламент на выполнение опрессованных соединений арматуры, который нашел свое отражение в регламентах ООО «СПРУТ», ЗАО «Трансмонолит» и концерна «Росэнергоатом». Опрессованные соединения арматуры класса А400 и А500С, выполненные в построечных условиях, при средней температуре воздуха -20 °С, показали высокую надежность. Испытания переходных опрессованных соединений так же показали достаточную прочность, что позволило внести дополнения в технические условия для ООО « СПРУТ».

В третьей главе описываются исследования соединений арматуры класса А500С с конусной резьбой, с нарезанной и накатанной цилиндрической резьбой на концах арматурных стержней, которые включали в себя соединения следующих типов: стандартные (рис.2), переходные, болтовые, позиционные.

Рисунок 2 - Вид опытных образцов стандартных резьбовых соедине-

Нарезка конусной резьбы на концах арматурных стержней выполнялась резьбонарезными машинами на строительной площадке. Нарезка цилиндрической резьбы выполнялась на увеличенных путем холодной высадки концах арматурных стержней. За счет увеличения диаметра конца стержня, ослабления сечения стержня после нарезки не происходит. При накатке цилиндрической резьбы нет необходимости увеличивать диаметр стержня путем высадки головки, т.к. при этом способе нарезки накатные ролики обжимают тело стержня, тем самым происходит упрочнение стержня. Перед испытанием все образцы затягивались динамометрическими и трубными ключами.

Образцы резьбовых соединений арматуры были испытаны на растяжение в соответствии с требованиями ГОСТ 12004 со следующими изменениями:

- определение деформативности соединений Д, мм;

- предел текучести от, Н/ммг - определялся только физический предел текучести по стрелке силоизмерителя испытательной машины;

- относительное удлинение 55, % - не определялось.

База измерения деформаций 1б при испытании образцов соединений была равна длине соединительной муфты плюс расстояние равное не менее одного диаметра и не более трех диаметров, отложенных с каждой стороны муфты

Рисунок Схема испытаний образца механического соединения на

ний

1б - база измерения образцов соединений;

/ - длина соединительной муфты; ¿4 - диаметр соединяемого стержня.

растяжение

Перед испытанием на растяжение образцы длиной 500-600 мм были размечены с шагом 10,0 мм. Предварительную разметку соединения использовали после испытания для определения относительного удлинения 5Р. Для сравнения результатов испытаний изготавливались образцы целых стержней. Образцы целых стержней взвешивались с точностью до 1,0 г и измерялась их длина с точностью до 1 мм. По результатам взвешивания и измерения длины целых стержней определяли фактическую площадь их поперечного сечения. Геометрические размеры соединительных муфт проверяли штангенциркулем с точностью 0,5 мм.

Испытания образцов резьбовых соединений арматуры проводили в лабораторных условиях поэтапным нагружением вплоть до разрыва на испытательной машине Р-100 и «Шенк». После смыкания захватов разрывной испытательной машины показания измерительных приборов устанавливались на нуле. Испытания начинались без какого-либо предварительного нагружения опытного образца, так как предварительное нагружение опытного образца обычно «забирает» бблыпую часть деформативности (сдвига) соединения.

На каждом этапе нагружения измеряли деформации опытного образца. Для этого использовали индикаторный тензометр конструкции НИИЖБ с индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.

За равномерное относительное удлинение 6Р соединенных арматурных стержней после испытания на растяжение принимали наибольшее из значений 5Р, определенных на каждом из соединенных стержней.

За деформативность соединения принимались пластические деформации стыка Д при напряжении в арматуре, равном 0,6стт(0,6ст0,2), что соответствует эксплуатационным напряжениям в арматуре, где ат (а0,г) - браковочное значение физического или условного предела текучести арматуры по нормативным документам на ее производство. Деформативность соединения определялась следующим способом.

Вычислялось усилие Рд, соответствующее напряжениям в арматурных стержнях равных 0,6от (0,6с<у):

Рл^ф:0,6ат, (1)

где Р5 ф. - фактическая площадь сечения арматурных стержней.

По результатам испытаний определялись полные деформации Дпшш соединения на базе измерения. 16 при усилии Рд. Далее вычислялись упругие деформации Дупр. на базе измерения 16 при усилии Рд по формуле:

Дупр=4'[0,6(тДУ, (2)

где 16 - база измерения деформаций, мм;

Е8 - нормативный модуль упругости арматуры, 2-105 МПа.

Деформативность соединения Д определялась как разность между полными деформациями соединения Amm, и упругими деформациями Дупр.:

А=Дполн.-Аупр.- (3)

По полученным в процессе испытаний данным определяли временное сопротивление ст, и пластические деформации соединения на каждом этапе на-гружения, а так же строились графики зависимости деформативности соединений от напряжений.

В общей сложности было испытано 211 образцов резьбовых соединений арматуры класса А500С диаметром 12-40 мм, кроме этого для сравнения результатов испытаний были испытаны целые стержни.

Статистические данные о механических свойствах соединений арматуры класса А500С с различным способом нанесения резьбы приведены в таблице 5.

Таблица 5

Диаметр соединяемой арматуры, мм О-г, Н/мм2 Sctt, Н/мм2 О- в, Н/мм2 SoB, Н/мм2 % S5P, % А, мм SA, мм

Соединения арматуры с конусной резьбой

12-40 556,0 20,9 643,2 18,4 5,7 1,2 0,023 0,024

Соединения арматуры с цилиндрической нарезанной резьбой

16-40 — — 690,3 44,3 7,7 од 0,069 0,014

Соединения арматуры ? цилиндрической накатанной резьбой

12-40 582,8 37,7 712,9 35,5 8,4 2,7 0,03 0,036

Разрушение всех образцов резьбовых соединений арматуры класса А500С происходило при напряжении а„>600 Н/мм2, деформативность соединений при напряжениях 0,6ат=300 Н/мм2 не превышала 0,1 мм, а относительное удлинение соединяемых стержней 5р>2%.

Сравнение прочности целых стержней и резьбовых соединений, выполненных из арматурной стали одной плавки, позволило оценить относительную прочность с, соед/^в, ц. опытных образцов соединений. Для соединений арматуры с конусной резьбой относительная прочность составила 0,923<св соед/ав ц<1. Относительная прочность о, соед /о. ц.. соединений арматуры с нарезанной цилиндрической резьбой колебалась от 0,886 до 1. Относительная прочность о„ соед/Ов. „.. соединений с накатанной цилиндрической резьбой колебалась от 0,83 до 1. Зависимости относительной прочности о,. соед /ав. а соединений от диаметра соединяемой арматуры показаны на рис.4-6.

^ 0.98

I0-86

¿0.94

♦ ♦ » » ,

♦ 1 ♦

1 ♦

10 20

Рисунок 4 - Зависимость относительной прочности соединений с конусной резьбой от арматуры диаметром 12,25,32 и 40 мм

|овв

о 0.»

0,92 0.9

♦ ♦ т

1 ♦

г 1 —1—

♦

»

И".»»

Рисунок 5 - Зависимость относительной прочности соединений с цилиндрической нарезанной резьбой от арматуры диаметром 12,25,32 и 40 мм

.в

% 0,8

Рисунок 6 - Зависимость относительной прочности соединений с цилиндрической накатанной резьбой от арматуры диаметром 20,25,32 и 40 мм

Разрушение всех опытных образцов соединений с конусной резьбой происходило в результате выдергивания арматурного стержня из муфты из-за среза первых двух-четырех витков резьбы на арматурном стержне (рис.7). Это объясняется неравномерным распределением осевой силы между витками резьбы. На первые витки резьбы приходится большая часть нагрузки, чем на последние. В отличие от конусных соединений, разрушение соединений с нарезанной цилиндрической резьбой во всех случаях происходило по основному металлу (рис.7). Разрушение образцов с накатанной цилиндрической резьбой происходило как по основному металлу, так и по резьбе (рис.8).

ЙЯВЬЙ чш&с арй®

вкямнриЯН

/ Г '- -,

9 11!

Рисунок 7 - Характер разрушения образцов с конусной и нарезанной цилиндрической резьбой

Рисунок 8 - Характер разрушения образцов с накатанной цилиндрической резьбой

В этой главе представлены результаты испытаний соединений арматуры класса А500С с нарезанной цилиндрической резьбой при отрицательной температуре. Для решения поставленной задачи на растяжение при отрицательных температурах были испытаны образцы соединений с нарезанной резьбой на концах арматурных стержней диаметром 12 и 40 мм (по 6 образцов) и по одному исходному образцу (целый стержень) каждого диаметра. Испытания проводились на испытательной машине Р-100. Испытания проходили без использования приборов, при этом нагрузка, соответствующая разрушению образца, определялась по стрелке силоизмерителя испытательной машины. В целях предотвращения преждевременного разрушения в захватах испытательной машины концы стержней образцов были опрессованны муфтами. Перед испытанием образцы помещались в ванну заполненную бензином и сухим льдом. Температура бензина в ванной измерялась с помощью прибора ТЕМП-ЗЛО. За время необходимое для установки образцов в захваты разрывной машины их температура повышалась, поэтому образцы охлаждались на 10-15°С ниже необходимой температуры.

Сначала проводились испытания соединений стержней и исходного стержня диаметром 40 мм при температуре -45°С. Два из четырех испытанных образцов соединений стержней диаметром 40 мм при температуре -45°С разрушились по арматурному стержню пластично вне стыка при напряжениях 752 Н/мм2 и 754 Н/мм2. Однако два других образца соединений разрушились хрупко по витку резьбы на арматуре, причем прочность одного из них была 660 Н/мм2, а другого 485 Н/мм2, что ниже нормативного предела текучести. Поэтому, оставшиеся два образца соединений диаметром 40 мм были испытаны при температуре -30°С. Из этих двух образцов один разрушился пластично по арматурному стержню вне стыка при напряжениях 748 Н/мм2, а второй хрупко по витку резьбы на арматуре при напряжениях 621 Н/мм2. Аналогично проводились испытания образцов диаметром 12 мм. Испытания первых трех образцов при температуре -50°С показали удовлетворительные результаты, поэтому

испытания оставшихся трех образцов проводились при температуре -65°С. Испытания соединений стержней диаметром 12 мм при температуре -65°С также показали удовлетворительные результаты.

Результаты испытаний на растяжение при отрицательных температурах показали влияние диаметра стыкуемых стержней на прочность соединений, то напрашивается вывод о дифференцированной области применения по отрицательным температурам в зависимости от диаметра соединяемых стержней. По наихудшим результатам испытаний, из-за отсутствия образцов соединений промежуточных диаметров, область применения резьбовых соединений с нарезанной цилиндрической резьбой рекомендуется до -30°С.

Распределение напряжений по длине муфты оценивалось по эпюре относительных деформаций (рис. 9). Эпюра относительных деформаций металла муфты для различных этапов нагружения строилась по показаниям тензорези-сторов, наклеенных цепочкой по длине муфты. Относительные деформации в середине муфты на первых этапах загружения были близки нулю, к краям они возрастали. С увеличением нагрузки происходило резкое увеличение относительных деформаций по краям муфты, это происходит из-за неравномерного распределения осевой силы между витками резьбы (рис.9). При напряжении 0,6стт относительные деформации металла муфты достигали 65 10'5. Образец разрушился по витку резьбы около края муфты. Относительные деформации металла муфты за этап до разрушения соединения составили 495-Ю'5.

-S

8x10

525 450 375 300 225 150 75

Q '--1 --" теязодатчики

V

v>

\

100 кН ^

\соединительная муфте

Рисунок 9 - Распределение деформаций по длине муфты

Кроме статических испытаний на растяжение выполнялись испытания соединений арматуры 020 мм А500С с накатанной цилиндрической резьбой на выносливость в ИЦ НИЦстром при ВНИИжелезобетоне.

Испытания проводились на сервогидравлической испытательной машине фирмы МФЛ при нормальной температуре и влажности, при осевом растяжении на действие повторяющейся нагрузки, характеризуемой следующими параметрами:

• вид нагружения - мягкий;

• база испытаний - 2 млн. циклов;

• максимальное напряжение цикла отах=300 Н/мм2;

• минимальное напряжение цикла от1п=200 Н/мм2;

• размах напряжений цикла До= 100 Н/мм2;

• частота циклов напряжений £= 15,0 Гц.

Испытания каждого образца продолжали до 2 млн. циклов нагрузки или до обрыва образца.

Результаты испытаний соединений арматуры с накатанной цилиндрической резьбой показали, что разрушение образцов происходит не менее чем при 1 млн. циклов, при среднем значении более 1,5 млн. циклов.

Четвёртая глава посвящена исследованию работы соединений арматуры с конусной и цилиндрической накатанной резьбой в центрально и внецентрен-но сжатых железобетонных элементах, армированных арматурой класса А500С.

В качестве опытных образцов принято 2 серии (16 образцов) железобетонных колонн прямоугольного сечения размером 200x200x800 мм, изготовленных из тяжелого бетона прочностью 59,1 Н/мм2 и 71, 2 Н/мм2. Схема армирования образцов показана на рис. 10.

В соответствии с программой исследований в первой серии использовались соединительные муфты с накатанной цилиндрической резьбой производства фирмы САВЯ. Колонны изготавливались из бетона прочностью 59,1 Н/мм2 и были армированы четырьмя стержнями арматуры диаметром 32 мм класса А500С. В этой серии колонны испытывались как на центральное, так и на внецентренное сжатие. Для внецентренного приложения нагрузки на опорных участках колонн имелись консоли.

Стержни в колоннах второй серии соединялись с помощью муфт с конусной резьбой производства фирмы ЕЮСО. Колонны этой серии изготавливались из бетона прочностью 71,2 Н/мм2 и были армированы четырьмя стержнями арматуры диаметром 32 мм класса А500С.

Кроме этого, в обеих сериях были испытаны колонны, армированные целыми стержнями арматуры класса А500С.

Поперечное армирование колонн обеих серий выполнено гнутыми хомутами, огибающими продольную арматуру. Хомуты были изготовлены из арматуры класса А500С диаметром 10 мм. В средней части колонны шаг хомутов составлял 200 мм, в приопорной части 75 мм. Соединение продольных стержней и хомутов осуществлялось вязальной проволокой. Торцевые опорные пластины применялись в колоннах первой серии и изготавливались из листовой стали толщиной 5 мм.

Схема армирования центрально сжатых и внецен-тренно сжатых колонн с относительно малым эксцентриситетом

Л

соедивигацдые^ муфты

Я

Р

8 11

1 1

8

200 -

032

1-1

1 1 |

81

/ » • 1

0- -|"мо 1 Ж

200

Схема армирования внецектренно сжатых колонн с относительно большим эксцентри-

. ф\а У АКЙС

Л

Я

I I

§

Г"

518

я

*

! £ £

« ~!

ЭТО 8

Рисунок 10 - Схемы армирования опытных образцов

Образцы колонн испытывали на гидравлическом прессе с максимальным усилием сжатия 1000 т. Эксцентриситет продольного усилия для внецентренно сжатых образцов первой серии создавался с помощью цилиндрических шарниров.

Характеристики опытных образцов представлены в таблице 6.

Таблица 6

№ Шифр ко- Геометрические размеры сечения, мм Характеристика арматуры Прочность бетона к мо-

серии лонн >1 Ь от, Н/мм2 а„ Н/мм2 менту испытания, Н/мм2

КЦ-0-1 196 196 611,9 737,6 59,1

КМ-0-1 202 201 611,9 737,6 59,1

КМ-0-2 202 199 611,9 737,6 59,1

1 КМ-1-1 200 198 611,9 737,6 59,1

КМ-1-2 194 197 611,9 737,6 59,1

КЦ-2-1 206 204 611,9 737,6 59,1

КМ-2-1 204 200 611,9 737,6 59,1

КМ-2-2 204 198 611,9 737,6 59,1

КЦЫ 202 201 588,1 724,9 71,2

КЦЬ-2 200 200 588,1 724,9 71,2

КМЫ-0 201 201 588,1 724,9 71,2

2 КМЬ-2-0 199 200 588,1 724,9 71,2

КМЫ-1 200 200 588,1 724,9 71,2

КМЬ-2-1 199 200 588,1 724,9 71,2

КМЬ-1-2 200 197 588,1 724,9 71,2

КМЬ-2-2 199 204 588,1 724,9 71,2

В качестве варьируемых факторов эксперимента были приняты:

• 1 серия - эксцентриситет приложения нагрузки: 0 мм, 50 мм (0,25Ь), 130 мм (0,65Ь);

• 2 серия - различная величина деформативности соединения, а именно: 0,0,1, > 0,2 мм.

Проведённые исследования показали следующее.

1. Напряжения в сжатой арматуре в колоннах при е0=0 мм достигали за этап до разрушения 431-513 Н/мм2, при ео=0,25Ь 244-270 Н/мм2, при ео=0,65Ь 313-327 Н/мм2. Напряжения в растянутой арматуре в колоннах при е0=0,25Ь достигали 27-71 Н/мм2, при ео=0,65Ь 254-285 Н/мм2. Относительные продольные деформации бетона в колоннах при е0=0 мм достигали 215-278Т0'5, а относительные поперечные деформации 75-115,3-10"5. Относительные продольные деформации сжатого бетона в колоннах при е0=0,25Ь составили 123-136-10"5, растянутого бетона 9,7-41-10"5. Относительные продольные деформации сжатого бетона в колоннах при е0=0,65Ь составили 149-164-10'5, растянутого бетона 128-143-10"5.

Зависимости относительных деформаций от нагрузки колонн при эксцентриситете приложения нагрузки 0,0,25Ь и 0,65Ь показаны на рис. 11-14.

2. Эксцентриситет приложения нагрузки 0,25Ь и 0,65Ь (Ь-поперечный размер колонны) привел к снижению прочности колонн по сравнению с центрально сжатыми колоннами на 62% и 78%, соответственно.

При этом различия в прочности колонн с целыми стержнями и со стыками были незначительны. При эксцентриситете приложения нагрузки е0=0 мм и е0=0,65Ь прочность колонн с резьбовыми соединениями арматуры была в среднем на 4,4% меньше и на 5,4% больше прочности колонн с целыми стержнями, соответственно.

3. Максимальная ширина раскрытия трещин при нагрузке 0,6МОП колонн с эксцентриситетом приложения нагрузки е0= 130мм (0,65Ь) не превышала 0,1 мм, а максимальная ширина раскрытия трещин за 1-2 этапа до разрушения не превышала 0,125 мм.

4. В центрально сжатых образцах второй серии с различной деформатив-ностью соединений напряжения в арматуре достигали 418-485 Н/мм2, при этом относительные продольные деформации составили 211,1-266,7-10"5, а относительные поперечные деформации 31-72,25-10'5.

Зависимости относительных деформаций от нагрузки колонн с деформа-тивностью соединений 0,0,1 и 0,2 мм показаны на рис. 15-16.

25 60 75 100 125

—КЦ-0-1 —•—К>*0-1 —КМ-О-2

Рисунок 11 - Поперечные относительные деформации бетона центрально сжатых колонн КЦ-0-1, КМ-0-1, КМ-0-2

и ии ПМ 14» ОМ Л-Л1 *« лм

-•-КЦ4-1 -«-ПМ-1 * Ш02

Рисунок 12 - Продольные относительные деформации бетона центрально сжатых колонн КЦ-0-1, КМ-0-1, КМ-0-2

ч 1

к. 1

/

1 ^ /

! /

-150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 -♦-ш-1-1 —ш-1-2

Рисунок 13 - Относительные продольные деформации бетона колонн

при ео=50 мм

N. кН

N

\ / >

У// V

Т / /' А1/

\ V

д 1

-200 -150 -100 -50

50 100 < 50 200

-»-КЦ-2-1 КМ-2-1 —КМ-2-2

Рисунок 14 - Относительные продольные деформации бетона колонн

при е0=130 мм

к,«н

I I

эооо 2900 щ I

1000

//¡у

О 10 20 30 «30«>ПЮ

-♦-КЦ1 -» ЮА-1-0------КМ.-20 -*_КМ-1-1

КМ.г-1 — ЮЛ--1-2-КМ.-23

Рисунок 15 - Относительные поперечные деформации бетона колонн с деформатнвно-стью соединений арматуры 0,021,0,11 и 0,26 мм

I

с

У г

Л

у

0 /

0 90 КО 130 200 290 300

-ф-вдл км.1-0 —КМ--г-о • ' -^ХМ-12 -П№

Рисунок 16 - Относительные продольные деформации бетона колонн с деформативно-стью соединений арматуры 0,021,0,11 и 0,26 мм

5. Прочность образцов колонн с деформативностью соединений 0,021 мм была на 5% больше прочности колонн с целыми стержнями, а прочность колонн с деформативностью соединений 0,11 мм и 0,26 мм была меньше на 3% и 0,1% прочности колонн с целыми стержнями, соответственно.

6. В центрально сжатых колоннах деформативность резьбовых соединений не повлияла на характер развития трещин в зоне стыка. Продольные трещины появлялись практически одновременно с исчерпанием несущей способности колонн.

В пятой главе приводится сравнительная оценка стоимости резьбовых, опрессованных и сварных соединений арматуры 016-40 мм. Стоимость всех типов соединений сопоставлялась с затратами на изготовление соединений внахлест. Экономический эффект оценивался при использовании соединений арматуры с цилиндрической нарезанной резьбой, опрессованных соединений фирмы «СПРУТ» и сварных соединений типа С21-Рн. Оценочный расчет показал, что наиболее эффективными из всех представленных соединений являются резьбовые. Экономический эффект по сравнению с соединениями внахлест начинается с 020 мм соединяемой арматуры. До диаметра 18 мм соединяемых стержней целесообразнее применять соединение внахлест. Начиная с диаметра стержней 25 мм, экономически целесообразно взамен нахлестки применять опрессованные соединения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Экспериментальные исследования при статическом нагружении механических соединений арматуры класса А500С с различным способом нарезки резьбы показали достаточную прочность. Прочность всех типов соединений арматуры класса А500С была не меньше 600 Н/мм2. Деформативность соеди-

нений с конусной резьбой в среднем составила 0,023 мм, соединений с нарезанной цилиндрической резьбой 0,069 мм, соединений с накатанной резьбой 0,03 мм. Пластичность соединяемых стержней после разрушения соединений во всех случаях превышала 2%.

2. Испытания механических соединений арматуры выполнялись в соответствии с методикой ГОСТ 12004 с определением деформативности механических соединений арматуры, которая определяется при эксплуатационной нагрузке 0,6от как разность между полными и упругими деформациями соединения: Дост.^шмш-Лупр-

3. Испытания на выносливость резьбовых соединений с накатанной цилиндрической резьбой показали, что разрушение образцов происходит не менее чем при 1 млн. циклов, при среднем значении более 1,5 млн. циклов.

4. Испытания соединений арматуры класса А500С с цилиндрической нарезанной резьбой при отрицательной температуре показали, что эти соединения могут эксплуатироваться при температуре до -30 °С, включительно.

5. Проведенные испытания резьбовых соединений позволили разработать технические условия и руководящий документ по применению механических соединений арматуры для железобетонных конструкций зданий и сооружений атомных станций.

6. Лабораторией арматуры НИИЖБ, в том числе и соискателем, в результате научно-технического сопровождения строительства жилого комплекса «Континенталь» выработана оптимальная технология производства и контроля качества опрессованных соединений в условиях стройплощадки, которая нашла своё отражение в «Регламентах по производству опрессованных соединений» для ООО «СПРУТ», ЗАО «Трансмонолит» и концерна «Росэнергоатом».

7. Деформативность соединений арматуры от 0,021 мм до 0,26 мм в центрально сжатых элементах и эксцентриситет приложения нагрузки от 0,25Ь до 0,65Ь во внецентренно сжатых элементах не привели к образованию дополнительных деформаций в бетоне в зоне стыка и не повлияли на прочность колонн по сравнению с колоннами с целыми стержнями.

8. Испытания показали, что деформативность резьбовых соединений от 0,021 мм до 0,26 мм не повлияла на характер развития трещин в центрально сжатых колоннах. Продольные трещины появлялись практически одновременно с исчерпанием несущей способности колонн. Испытания внецентренно сжатых колонн при эксцентриситете приложения нагрузки 0,65Ь показали, что первые трещины появлялись в бетоне по краям соединительных муфт. Максимальная ширина раскрытия трещин при нагрузке 0,6Н,П не превышала 0,1 мм. Максимальная ширина раскрытия трещин за этап до разрушения колонн с целыми стержнями составила 0,125 мм, а образцов с резьбовыми соединениями 0,1-0,125 мм.

9. Результаты испытаний образцов и удовлетворительная сходимость результатов расчета с опытными данными показали, что расчет центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов с резьбовыми соединениями

рабочей арматуры следует выполнять по методике СП 52-101-2003, а нормативные и расчетные сопротивления арматуры с резьбовыми соединениями следует принимать такими же, как для целых стержней.

10. Экономический анализ показал, что применение резьбовых и впрессованных соединений арматуры в строительстве позволяет получить экономический эффект при соединении арматурной стали диаметром 20-40 мм.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дьячков В. В. Прочность и деформативность резьбовых механических соединений арматуры// Бетон и железобетон. - 2006. - № 1. - С. 11-14.

2. Мадатян С. А., Дьячков В. В. Сжатые железобетонные элементы с механическими соединениями рабочей арматуры// Бетон и железобетон. - 2007. - № 4.-С.16-20.

3. Дьячков В. В. Прочность и деформативность резьбовых механических соединений арматуры. Молодые ученые в транспортной науке. Научные труды ОАО ЦНИИС. Вып. 228. М„ ОАО ЦНИИС, 2005, с. 78-86.

Дьячков Вячеслав Владимирович

СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ РЕЗЬБОВЫХ И ОПРЕССОВАННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ АРМАТУРЫ

Автореферат

Отпечатано в ООО «Компания Спутник+» ПД № 1-00007 от 25.09.2000 г. Подписано в печать 28.04.09. Тираж 100 экз. Усл. п л. 1,5 Печать авторефератов: 730-47-74,778-45-60

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Требования норм проектирования железобетонных конструкций к механическим соединениям арматуры.

1.2. Типы механических соединений.

1.2.1. Механические соединения за рубежом.

1.2.2. Механические соединения в России.

Выводы по главе 1 и задачи работы.

2. Свойства опрессованных соединений.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Характеристика образцов и методика проведения испытаний.

2.3. Результаты испытаний.

2.4. Технология производства опрессованных соединений арматуры.

2.4.1. Подготовительные операции.

2.4.2. Изготовление опрессованых соединений арматуры.

2.4.3. Контроль качества работ.

Выводы по главе 2.

3. Исследование прочности и деформативности резьбовых соединений арматуры.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Характеристика опытных образцов и технология их изготовления.

3.3. Методика проведения испытаний на растяжение резьбовых соединений арматуры.

3.4. Результаты испытаний.

3.4.1. Прочность и деформативность соединений арматуры с конусной резьбой'.

3.4.2. Прочность и деформативность соединений арматуры с нарезанной цилиндрической резьбой. 70 •

3.4.3. Прочность соединений арматуры с нарезанной цилиндрической резьбой при отрицательных температурах.

3.4.4. Прочность и деформативность соединений арматуры с накатанной цилиндрической резьбой.

3.4.5. Прочность соединений арматуры с накатанной цилиндрической резьбой при испытании на выносливость.

Выводы по главе 3.

4. Прочность, деформативность и трещиностойкость центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов, армированных арматурой класса А500С, соединенной резьбовыми соединениями. 91 4. Г. Постановка задачи.

4.2. Характеристика опытных образцов.

4.3; Методика проведения испытаний.

4.4. Результаты испытаний опытных образцов.

4.4.1. Характер разрушения опытных образцов.

4.4.2. Деформативность бетона и продольной арматуры опытных образцов.

4.4.3. Прочность железобетонных колонн, армированных арматурой класса А500С, соединенной резьбовыми соединениями.

4.4.4. Анализ влияния деформативности резьбовых соединений на прочность сжатых железобетонных элементов.

4.4.5. Анализ влияния эксцентриситета приложения нагрузки на прочность сжатых железобетонных элементов.

4.4.6. Влияние эксцентриситета приложения нагрузки и дефор-мативности соединения на трещиностойкость сжатых железобетонных элементов.

Выводы по главе 4.

5. Технико-экономическое обоснование применения механических соединений сжатой арматуры.

В настоящее время в России широко развивается строительство из монолитного железобетона. Возрастающие объемы монолитного строительства диктуют необходимость перехода на более надежные и скоростные технологии возведения зданий и сооружений. При проектировании и возведении монолитных зданий и сооружений возникает проблема соединения стержней арматуры, так как, длина поставляемых металлургическими предприятиями стержней ограничена условиями транспортировки и не превышает 12 м.

В нашей стране в основном применяются сварные и нахлесточные соединения арматуры. Причем от применения, сварных соединений строители отказываются, это связано с высокой стоимостью электроэнергии, привлечением высококвалифицированных сварщиков, с более сложным контролем качества работ, большей трудоемкостью сварных соединений при большом количестве стыкуемых стержней.

Наиболее простым способом соединения стержневой арматуры является-соединение внахлестку без сварки, когда усилия1 с одного стыкуемого стержня-на другой передаются за счет сил сцепления с окружающим бетоном. Являясь наиболее простым, соединение внахлестку имеет ряд существенных недостатков: перерасход арматуры за счет перепуска стержней; необходимость установки дополнительной поперечной арматуры в зоне соединения; затруднение бетонных работ в густоармированных конструкциях, за счет скопления в зоне соединения большого количества арматуры, поэтому в некоторых случаях это приводит к увеличению размеров поперечного сечения элемента.

Длина нахлёстки по СП 52-101-2003 [22] примерно в два раза больше длины нахлёстки по СНиП 2.03.01-84* [24]. Это приведёт к ещё большему перерасходу арматуры за счёт перепуска стержней, который будет достигать 4050% и сделает применение нахлесточных соединений экономически невыгодным. Поэтому возникает необходимость поиска новых способов соединения арматурных стержней.

Альтернативным способом, исключающим эти недостатки, является соединение стержней периодического профиля с помощью механических соединений. Необходимо отметить, что получение экономии является второстепенной целью применения механических соединений арматуры, а главной целью является повышение надежности соединений, что особенно важно при строительстве высотных зданий и сооружений, поэтому в большинстве стран мира, в том числе в Великобритании, США и Германии, для стыкования арматуры диаметром 25—40 мм применяют механические соединения, гарантирующие надежность сооружения. .При этом выделяются сжатые стыки, которые воспринимают только сжимающие усилия, и передача усилий в которых с одного стержня на другой осуществляется опиранием торцов и сжато-растянутые стыки, которые могут воспринимать как сжимающие, так и растягивающие усилия.

Из всех типов механических соединений в нашей стране наибольшее применение нашли только опрессованные стыки [12, 13, 14, 15, 17] и соединения с помощью муфт арматуры винтового периодического профиля [16]. Это связано, прежде всего, с тем, что в СССР преобладало строительство из сборного железобетона, при котором соединения арматуры в заводских условиях, как правило, выполнялись с помощью сварки. I

Высокая надежность и экономическая эффективность рассматриваемых соединений арматуры создают перспективу их массового применения при возведении многоэтажных зданий из монолитного железобетона. Однако, вопросы прочности и деформативности механических соединений с арматурой периодического профиля, особенности напряженно-деформированного состояния центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов, рабочая арматура которых соединена механическими соединениями, еще недостаточно изучены, поэтому для обеспечения внедрения таких соединений в практику строительства возникла необходимость проведения экспериментально-теоретических исследований этой проблемы.

Целью диссертационной работы является исследование свойств и особенностей применения в. железобетонных конструкциях резьбовых и опрессо-ванных механических соединений арматуры;

Для?достижениягпоставленной целирешались следующие задачи:

• разработать, оптимальную- технологию выполнения и контроля качествам опрессованных соединений арматуры в условиях строительной площадки;

• оценить механические свойства стандартных и переходных опрессованных соединений арматуры, выполненных в условиях стройплощадки;

•5 изучить механические свойства резьбовых соединений^ различным способом нанесения резьбы на концах арматурных стержней класса А500С; экспериментально и теоретически оценить, работу резьбовых соединений рабочей1 арматуры,класса А500С в центрально и внецентренно:сжатых железобетонных элементах;

• выполнить анализ технико-экономической эффективности практического' применения резьбовых и опрессованных соединений арматуры:

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются оп-рессованные и резьбовые соединения; арматуры^ центрально и внецентренно сжатые железобетонные элементы, рабочая арматура класса А500С которых соединена резьбовыми соединениями. Предметом исследования являются« механические свойства резьбовых и опрессованных соединений арматуры, а также прочность, деформативность и трещиностойкость центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов, армированных арматурой класса А500С, соединенной резьбовыми соединениями.

Нау чную новизну работы составляют:

• данные по механическим соединениям арматуры различных стран;

• результаты испытаний стандартных и переходных опрессованных. соединений арматуры,.выполненных в построечных условиях;

• экспериментальные данные по прочности и деформативности конусных и цилиндрических резьбовых соединений арматуры класса А500С при испытании на растяжение;

• данные о влиянии отрицательных температур на прочность резьбовых соединений арматуры при испытании на растяжение;

• результаты испытаний резьбовых соединений арматуры на выносливость;

• экспериментальные данные о работе конусных, и цилиндрических резьбовых соединений-рабочей арматуры класса А500С в центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементах;

• сравнение стоимости различных видов соединений арматуры.

Автор защищает:

• результаты экспериментальных исследований механических свойств резьбовых и опрессованных соединений арматуры;. данные о влиянии отрицательных температур и. выносливости'на, прочность резьбовых соединений;

• экспериментальные данные о работе конусных и цилиндрических резьбовых соединенишрабочей арматуры класса А500С в центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементах;

• экономический эффект при использовании резьбовых и опрессованных механических соединений арматуры.

Практическое значение работы:

Научно-техническое сопровождение строительства жилого комплекса «Континенталь» позволило разработать оптимальную технологию выполнения и контроля качества опрессованных соединений.

Проведенные исследования соединений с конусной, цилиндрической нарезанной* и накатанной резьбой дали возможность их применения при- строительстве МДЦ «Москва-Сити», здания «Siemens» и др.

Экономический эффект за счет внедрения механических соединений арматуры достигнут благодаря тому, что данные соединения имеют меньшую стоимость по сравнению с ванной сваркой, за счет сокращения трудоемкости, сроков монтажа и снижения энергозатрат и сопоставимую стоимость с соединениями арматуры больших диаметров внахлест без сварки, за счет исключения перерасхода арматурной стали из-за перепуска стержней.

Результаты работы позволили разработать и выпустить технологические регламенты по производству опрессованных соединений арматуры для ООО «СПРУТ» и ЗАО «Трансмонолит», пособие по применению механических соединений арматуры для железобетонных конструкций зданий и сооружений атомных станций, а так же технические условия резьбовых соединений арматуры производства фирм ЬепШп, Бех1га и САВЫ.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на конференции молодых ученых в транспортной науке (г. Москва, ЦНИИС, 2005 г.)

Опубликованность результатов. Основные положения диссертации опубликованы в 3 печатных работах.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав основной части, общих выводов по работе, списка использованной литературы из 61 наименования. Работа изложена на 135 страницах, содержит 31 таблицу и 90 рисунков.

Общие выводы по работе

1. Экспериментальные исследования механических соединений арматуры класса А500С с различным способом нарезки резьбы показали их достаточную прочность. Прочность всех типов резьбовых соединений арматуры у класса А500С была не меньше 600 Н/мм . Деформативность соединений с конусной резьбой в среднем составила 0,023 мм, соединений с нарезанной цилиндрической резьбой 0,069 мм, соединений с накатанной резьбой 0,03 мм. Пластичность соединяемых стержней после разрушения соединений во всех случаях превышала 2%.

2. Испытания механических соединений арматуры выполнялись в соответствии с методикой ГОСТ 12004 с определением деформативности механических соединений арматуры, которая определяется при эксплуатационной нагрузке 0,6ах как разность между полными и упругими деформациями соединения: Лост=ДПолн.-Дупр.

3. Испытания на выносливость резьбовых соединений с накатанной цилиндрической резьбой показали, что разрушение образцов происходит не менее чем при 1 млн. циклов, при среднем значении более 1,5 млн. циклов.

4. Испытания соединений арматуры класса А500С с цилиндрической нарезанной резьбой при отрицательной температуре показали, что эти соединения могут эксплуатироваться при расчетной зимней температуре до -30 °С, включительно.

5. Проведенные испытания резьбовых соединений позволили разработать технические условия и руководящий документ по применению механических соединений арматуры для железобетонных конструкций зданий и сооружений атомных станций [18,25, 26,27,28].

6. Лабораторией арматуры НИИЖБ, в том числе и соискателем, в результате научно-технического сопровождения строительства жилого комплекса «Континенталь» выработана оптимальная технология производства и контроля качества опрессованных соединений в условиях стройплощадки, которая нашла своё отражение в «Регламентах по производству опрессованных соединений» для ООО «СПРУТ», ЗАО «Трансмонолит» и концерна «Росэнергоатом».

7. Деформативность соединений арматуры от 0,021 мм до 0,26 мм в центрально сжатых элементах и эксцентриситет приложения нагрузки от 0,25Ь до 0,65Ь во внецентренно сжатых элементах не привели к образованию дополнительных деформаций в бетоне в зоне стыка и не повлияли на прочность колонн по сравнению с колоннами с целыми стержнями.

8. Испытания показали, что деформативность резьбовых соединений от 0,021 мм до 0,26 мм не повлияла на характер развития трещин в центрально сжатых колоннах. Продольные трещины появлялись практически одновременно с исчерпанием несущей способности колонн. Испытания внецентренно сжатых колонн показали, что трещины появлялись в бетоне по краям муфт. Максимальная ширина раскрытия трещин при нагрузке 0,6ЫОП не превышала 0,1 мм. Максимальная ширина раскрытия трещин за 1-2 этапа до разрушения колонн с целыми стержнями составила 0,125 мм, а у образцов с резьбовыми соединениями 0,1-0,125 мм.

9. Результаты испытаний образцов и удовлетворительная сходимость результатов расчета с опытными данными показали, что расчет центрально и внецентренно железобетонных элементов с резьбовыми соединениями рабочей арматуры следует выполнять по методике СП 52-101-2003, а нормативные и расчетные сопротивления арматуры с резьбовыми соединениями следует принимать такими же, как для целых стержней.

10. Экономический анализ показал, что применение резьбовых и опрессо-ванных соединений арматуры в строительстве позволяет получить экономический эффект при соединении арматурной стали диаметром 20-40 мм.

136

1. ГОСТ 12004. Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение. — М.: Изд-во стандартов, 1996. — 17 с.

2. ГОСТ 8734. Трубы стальные, бесшовные холоднодеформированные. Сортамент. — 17 с.

3. Дьячков В. В. Прочность и деформативность резьбовых механических соединений арматуры / Бетон и железобетон. 2006. - № 1. - С.11-14.

4. Дьячков В. В. Прочность и деформативность резьбовых механических соединений арматуры // Научные труды / ОАО ЦНИИС. М.,2005. - Вып.228. -Молодые ученые в транспортной науке. - С. 78-86.

5. Жук В. М. Прочность и деформативность,бессварных стыков колонн с высокопрочной стержневой арматурой. Дис. . канд.,техн. наук. М., 1986. -193 с.

6. К. Перри, Г. Лисснер. Основы тензометрирования. — М.: Изд-во иностр. литер., 1957.-324 с.

7. Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. М.: Воёнтех- -лит, 2000. - 256 с.

8. Мадатян С. А. Арматура железобетонных конструкций // Обзорная информация. М. :ВНИИНТПИ. - 2005. - Вып. 1. 2005. - 24 с.

9. Мадатян С. А. Кое-что об арматуре / Металлоснабжение и сбыт. 2006. -№3.-С. 78-81.

10. Мадатян С. А., Дьячков В. В. Исследование резьбовых соединений арматуры в сжатых железобетонных элементах / Бетон и железобетон. 2007. -№4.-С. 16-20.

11. И. Мадатян С.А., Терин В.Д. Влияние локального разупрочнения арматуры на прочность изгибаемых железобетонных элементов по нормальным сечениям // Новое в создании и применении арматуры железобетонных конструкций.-М.: НИИЖБ. 1986.-С. 10-19.

12. Несварные обжимные стыки арматуры в железобетонных конструкциях/ Н. Г. Матков, Э. Ä. Балючик, В. И. Губин и др. // Бетон и железобетон.2003. — № 4. — С.6-10.

13. НТО НИИЖБ по теме: Исследовать работу соединений арматуры винтового профиля класса A-III в изгибаемых железобетонных элементах и подготовить изменения в рекомендации по применению. М: 1989 г. 65 с:

14. НТО НИИЖБ по теме. Экспериментально-теоретические исследования механических соединений стержневой арматуры и разработка рекомендаций по их применению. М:: 2003. -81 с.

15. Пособие по применению механических соединений арматуры для железобетонных конструкций зданий и сооружений атомных станций. РД ЭО 0657-2006. М.: 2006 г. - 48 с.

16. Рекомендации по механическим соединениям арматурной стали для железобетонных конструкций. РА-10-1-04. М.: Ассоциация «Железобетон»,2004.-22 с.

17. Решетов Д.Н; Детали машин. М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

18. РТМ 393-94. Руководящие технологические материалы по сварке и контролю качества соединений арматуры-и закладных изделий железобетонных конструкций. М.: НИИЖБ, 1994. - 316 с.

19. Свод правил по проектированию и строительству СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 53 с.

20. Сборник расценок на основные виды работ, осуществляемых при научно-техническом сопровождении строительства РД-15.01.07. — М: ОАО «КТБ-ЖБ», 2007.-22 с.

21. СНиП 2.03.01-84 . Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования. М;:ГУП ЦПП; 2000.-76 с.

22. Технические условия 4842-196-46854090-2005. Соединения арматуры механические «LENTON» производства фирмы «ERICO». -М.: НИИЖБ, 2005. -28 с.; f

23. Технические условия 4842-192-46854090-2005. Соединения арматуры механические «BARTEC» производства фирмы «DEXTRA». М.: НИИЖБ, 2005. -19 с.

24. Технические условия 21-33-31-83. Анкеры и стыковые соединения типа «обжатая обойма». М.: ВНИИЖелезобетон, 1990. - 19 с.

25. Технические условия* 5880-109-46854090-2000. Стыки арматуры, пеjриодического профиля; несварные обжимные трубчатые для несущих монолитных и сборных железобетонных конструкций зданий, мостов и сооружений; — М.: НИИЖБ, 2000.

26. Технология и-индустриализация армирования железобетонных конструкций// ЕКБ-ФИП.-1975. №87. - С. 183. (перевод с нем. под ред. А. А. Гвоздева и Н. М. Мулина).

27. Фридлянов Б.Н. Применение винтовой, арматурной стали на стройках Москвы / Бетон.и железобетон; — 2001. №1. — С.10-12.

28. Экономическая эффективность новой сварочной техники. Киев: Из-во «Техника», 1976. - 168 с.

29. AASHTO 2005. LRFD Bridge design specification, 2005 Interim draft. American Association of State Highway and1 Transportation Officials, Washington DC.

30. AGI 318. Building Code Requirements for Structural'Concrete and Commentary. -Farmington Hills:,American Concrete Institute, 1983.

31. ACI 349. Code requirements for nuclear safety related concrete structures. -Farmington Hills: American Concrete Institute, 1980.

32. A1034/A1034M 05b Standard test methods for testing mechanical splices for steel reinforcing bars - 2005.

33. Bennett E. W. Fatigue tests of spliced* reinforcement in concrete beams// SP 75-8.

34. Bennett E. W. Report on tests of tensile bar splices in reinforced concrete beams. CCL Systems Ltd., London; August 1977/February 1978.

35. BNFL Specification ES.00391A. "Mechanical splices to reinforcement for concrete" from the British Nuclear Fuel Ltd.

36. BS 8110. Structural use of concrete. Code of practice for design and construction. BSI, 1985. 124 p.

37. Cagley James R. and Apple Richard. Economic analysis — mechanical butt splices vs. lap splicing. Erico. Solon. Ohio. 5 pp.

38. CalTrans. California Test 670 Method of Tests for Mechanical and Welded Reinforcing Steel' Splices. California Department of Transportation. Sacramento CA. 2004.

39. CEB-FIP Model Code 1990.,- Lausanne: Comité Euro-International du Beton, 1990:

40. Coogler, K.L. Investigation of the behavior of offset mechanical splices. School of engineering. University of Pittsburgh. 2006.

41. Coogler, K.L. Harries, K.A. Evaluation of offset mechanical reinforcing bar systems; Pennsylvania Department of Transportation. Project CE/ST-35 2006

42. DIN 1045. Structural use of concrete. Design and construction. — Berlin: Deutsches Institut fur Normung, 1988; — 91 p.

43. Hulshizer A. J., Ucciferro J. J., Gray G. E. Mechanical reinforcement meet demands of strength and constructability, Concrete International Vol'. 16, No. 12, pp. 47-52.-1994.

44. ISO 15835-1. Сталь для армирования бетона Механические.соединения стержней - Часть 1: Требования. - 2004.50; ISO 15835-2. Сталь для армирования бетона Механические соединения стержней - Часть 2: Методы испытаний. - 2004.,

45. Jack Healy, Р.Е. Splicing option for masonry construction. Masonry construction magazine. 2007.

46. James R. Cagley and Richard Apple. Comparing costs butt splices versus lap splices// Concretelnternational. - Julyl998. - pp. 55-56.

47. Mechanical connections of reinforcing bars//ACI Structural Journal, V.88, №2-1991.

48. Mechanical connection of reinforcing bars reported by ACI Committee 439, 1999.- 16 p.

49. Mete A. Sozen, William L. Gamble. Strength and cracking characteristics of beams with #14 and # 18 bars spliced with mechanical splices// ACI Journal. ,— V.66-№12- 1969.

50. Paulson C., Hanson J. M. Fatigue behavior of welded and mechanical splices in reinforcing steel. National Cooperative Highway Research Program (NCHRP), Project 10-35 Final report. 1991.

51. Pearson, L., MDOT Technical Investigation TI-1745, Mechanical reinforcement splices, notes and memorandums from project file. Lansing, MI, 19951998.

52. Peter O. Jansson, P.E. Evaluation of Grout-Filled Mechanical Splices for Precast Concrete Construction. MDOT. Research Report R-1512. May 2008.

53. Section 703.05. Mechanical connectors for butt splices for reinforcing steel bars. May 5, 2003.

54. Woobum Kim. Flexural behavior of concrete beam with mechanical splices of reinforcement subjected to cyclic loading. Kongju University.