Изучение свойств и особенностей применения резьбовых соединений арматуры в железобетонных конструкциях

Study of the properties and features of application of threaded connections of reinforcement in reinforced concrete structures

Victoria Trofimova

Student, Academy of Construction and Architecture of Don State Technical University, Russia, Rostov-on-Don

Аннотация. Данная статья посвящена изучению свойств и особенностей применения резьбовых соединений арматуры в железобетонных конструкциях. После испытания образцов арматуры класса А500 с различными способами нанесения резьбы на растяжение рассматриваются следующие механические свойства: прочность, деформативность и пластичность арматурных стержней.

Abstract. This article is devoted to studying properties and features of application of threaded connections of reinforcement in reinforced concrete structures. After the test specimens reinforcement class A500 with different ways of drawing the thread tensile discusses the following mechanical properties: strength, deformability and ductility of reinforcing bars.

Ключевые слова: резьбовое соединение; цилиндическая и коническая резьба; испытание на растяжение; механические свойства арматуры.

Keywords: threaded connection; cylindrical and tapered thread; tensile test; mechanical properties of the reinforcement.

В России в основном применяются сварные и нахлесточные соединения арматуры. Однако от применения сварных соединений отказываются, т.к. это связано с высокой стоимостью электроэнергии, а также с большой трудоемкостью сварных соединений при большом количестве стыкуемых стержней. Наиболее простой способ стыкования арматуры - соединение внахлестку без сварки. Но этот способ имеет существенные недостатки:

1) перерасход арматуры за счет перепуска стержней;

2) необходимость установки дополнительной поперечной арматуры в зоне соединения;

3) затруднение бетонных работ в густоармированных конструкциях.

Соединение арматурных стержней с помощью резьбовых и опрессованных механических соединений является альтернативным способом, который исключает все вышеперечисленные недостатки. Главным преимуществом при применении данного метода является повышение надежного соединения, что очень важно при строительстве высотных зданий. Поэтому во многих странах мира используют механические соединения, гарантирующие надежность соединения [4].

Резьбовое соединение – соединение арматуры с нарезанной или накатанной на концах арматурных стержней резьбой, стыкуемой с помощью муфты, имеющей резьбу, соответствующую резьбе на арматурных стержнях. Резьба на арматурных стержнях нарезается или накатывается на специальном оборудовании.

Рисунок 1. Резьбовое соединение арматуры

По типу резьбы на концах арматурных стержней резьбовые соединения

подразделяются на соединения с цилиндической или конической резьбой,

которые создаются методом накатки или нарезки либо непосредственно по периодическому профилю арматурного стержня, либо на предварительно высаженной головке (участок увеличенного диаметра) на конце арматурного стержня. Накатка применяется при изготовлении цилиндрических резьб.

Существует две технологии подготовки арматуры для нарезки конической резьбы на концах арматурных стержней:

1) с предварительным обжатием;  

2) без предварительного обжатия

Технология без предварительного обжатия: прочность стыка не ниже нормативного значения временного сопротивления применяемой  арматурной стали.

Технология с предварительным обжатием: разрушение стыка вне зоны соединения по металлу соединяемых стержней. Перед нарезкой производится обжатие концов арматурных стержней на специально предназначенном для этих целей оборудовании.

Цилиндрическая резьба накатывается или нарезается на высаженной головке или накатывается непосредственно на поверхности арматурного стержня [2, с. 6, 22,30].

Ослабления сечения стержня после нарезки не происходит за счет увеличения диаметра конца стержня. При накатке цилиндической резьбы ролики обжимают тело стержня, тем самым происходит упрочнение стержня, таким образом, при данном способе нет необходимости увеличивать диаметр стержня.

Образцы резьбовых соединений испытываются на растяжение в соответствии с требованиями ГОСТ 12004-81 «Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение».

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

Рисунок 2. Схема испытания образца на растяжение

= l+2*(1÷3)*,

где – база измерения образцов соединений; l – длина соединительной муфты; – диаметр соединяемого стержня.

Вычисляется усилие , которое соответствует напряжениям в арматурных стержнях равных 0,6 (0,6):

=  * 0,6,

где – фактическая площадь сечения арматурных стержней.

Затем определяются полные деформации  соединения на базе измерения при усилии . После чего вычисляются упругие деформации  на базе измерения  при усилии  по формуле:

= *  ,

где  – база измерения деформаций, мм; – нормативный модуль упругости арматурных стержней, численно равный 2* МПа.  

После чего определяется деформативность соединения Δ, которая равна разности между полными деформациями  и упругими деформациями :

 = - 

По полученным данным определяется временное сопротивление, пластические деформации на каждом этапе загружения и строятся графики зависимости деформативности соединений от напряжений.

Данные о механических свойствах арматуры класса А500 с различными способами нанесения резьбы представлены в таблице.

Таблица.

Механические свойства арматуры класса А500

Разрушение всех образцов резьбовых соединений арматуры класса А500С происходило при напряжении >600 Н/мм2 , деформативность соединений не превышала 0,1 мм, а относительное удлинение соединяемых стержней > 2% [1, с. 10-12].

Таким образом, прочность, пластичность и деформативность растянутых механических соединений арматуры соответствует требованиям РА-10-1-04. [3, с. 16].

Также необходимо добавить, что впервые в России были разработаны технические условия для резьбовых механических соединений, в которых указаны требования прочности и деформативности, а также указаны геометрические размеры соединительных муфт и их область применения.

При использовании резьбовых соединений сокращается расход арматуры и время на устройство стыка [2, с. 21-22].