СПОСОБ ЖЁСТКОГО СОЕДИНЕНИЯ САМОНАПРЯГАЮЩЕЙСЯ СТАЛЕТРУБОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ, НЕ ИМЕЮЩЕЙ БАЗЫ, С ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ ФУНДАМЕНТОМ
METHOD FOR RIGID CONNECTION OF SELF-STRESSED COMPOSITE COLUMN, HAVING NO BASE, WITH REINFORCED CONCRETE FOUNDATION

Предлагаемое изобретение относится к конструированию строительных (сталетрубобетонных) конструкций, а также формированию их узловых соединений.
В настоящее время соединение стальных колонн с железобетонным фундаментом выполняются при помощи анкерных пластин и анкерных болтов с шайбами [1, с. 199, рис. 8.18]. Анкерные пластины привариваются к конструкции базы колонны вручную с использованием электродуговой сварки. При выполнении сварки в зимнее время и плохих погодных условиях качество соединений резко снижается, а производительность труда падает. Соединение получается не технологичным, конструкция базы громоздкая и материалоемкая за счет наличия траверс и опорных ребер. Также исключается возможность рихтовки колонны по высоте при неблагоприятных осадках фундамента.
Соединения железобетонных колонн с фундаментами как центрально, так и внецентренно нагруженных выполняются так называемого «стаканного типа» [2, с. 445, рис. 163]. Рихтовка проектного положения таких узлов осложнена и не производится. В зимнее время при заполнении «стакана» водой  происходит разрыв бетонного фундамента.
Известен «Способ проката» [5] горячекатаной арматуры периодического профиля. Прокат выполняют на прокатном стане в горячем состоянии косой поперечной накаткой рифтов арматуры по винтовой спирали на внешней поверхности однозаходной или многозаходной. Профиль рифов прокатан плавно по синусоиде.
Преимущества такой арматуры неоспоримы, так как она легко соединяется в продольном направлении винтовыми муфтами, аналогичными водопроводным муфтам, однако прокат такой арматуры пока не налажен прокатными цехами черной металлургии. Быстроразъемные соединения колонн с анкерными стержнями, рифы гребней и впадин которых имеют хаотический рельеф - не обнаружены.
Известно «Анкерное устройство» [4], предложенное Неждановым К.К. и разработанное с аспирантами. Анкерное устройство обеспечивает надежное равнопрочное соединение арматурных стержней периодического профиля. Примем патент России [4] за прототип. Анкерное устройство может быть усовершенствовано.
Техническая задача изобретения - разработка технологичного способа жесткого соединения самонапрягающейся сталетрубобетонной колонны, не имеющей базы, с железобетонным фундаментом путем присоединения анкерных стержней к колонне быстроразъемными муфтами с продольным стыком, обеспечение возможности рихтовки положения колонны по высоте и снижение трудоемкости монтажа и материалоемкости конструкций.
Техническая задача по способу жесткого соединения самонапрягающейся сталетрубобетонной колонны, не имеющей базы, с железобетонным фундаментом путем присоединения анкерных стержней к колонне быстроразъемными муфтами с продольным стыком решена в следующей технологической последовательности.
Каждую заготовку для муфты отливают непрерывным литьем из расплава легированной стали быстроразъемной относительно продольной плоскости симметрии, такой же прочности, как анкерные стержни с площадью поперечного сечения двух заготовок на 8…10% больше площади сечения анкерного стержня.
Одну из половинок непрерывно литой заготовки снабжают продольным цилиндрическим желобом вдоль продольной оси с диаметром, соответствующим минимальному диаметру анкерных стержней. Литье выполняют из легированной стали такой же прочности, как анкерные стержни.
Охлаждают непрерывно литые заготовки до температуры пластического состояния 950…1050°C горячего проката и рольгангами подают в клеть продольного проката прокатного стана.
В клети стана продольно обкатывают несколькими валками в пластичном состоянии продольный цилиндрический желоб на одной половине заготовки и выдавливают в нем рифы гребней и впадин, копирующие соответствующие рифы гребней и впадин трубного синусоидального профиля по правой или левой винтовой спирали, однозаходной или многозаходной, с плавными, закругленными по синусоиде впадинами и выступами.
Причем высота рифов равна половине шага винтовой спирали анкерных стержней. Одновременно во время проката прошивают отверстия в боковых элементах каждой половинки муфты для продольно-разъемного соединения.
Механизировано разрезают готовую длинную половинку на элементы стандартной длины, механизировано удаляют заусенцы, комплектуют половинки муфт парами и получают готовые быстроразъемные муфты.
В сборке механизировано развертывают соосные отверстия в каждой паре половинок муфты, соединяют половинки муфт стяжными шпильками (марка стали «40Х Селект») и образуют сборную продольно-разъемную муфту.
Рифы гребней и впадин на поверхности желоба прокатывают с любым рельефом, например, рельефом, соответствующим прокатываемой в настоящее время арматуре периодического профиля, не имеющей винтовой спирали, правой или левой.
Очевидно, что арматура с рифами гребней и впадин по винтовой спирали со временем вытеснит арматуру периодического профиля,  не имеющую винтовой спирали.
В теле колонны также прошивают отверстия для соединения продольно-разъемными муфтами согласно расположению анкерных стержней в фундаменте. Перед монтажом колонну снабжают продольно-разъемными муфтами и фрезеруют торцы колонны.
Процесс монтажа начинается с установки стальной колонны на проектную отметку на фундамент, в котором расположены анкерные стержни, при помощи зубьев-фиксаторов. После установки колонны в проектное положение стягивают продольно-разъемные муфты шпильками. Тело колонны заполняют самонапрягающимся бетоном [7, стр. 1055]. Бетон в теле стальной колонны расширяется, а стальная обойма препятствует расширению, за счет чего образуется самонапрягающаяся сталетрубобетонная колонна. В результате получается жесткое соединение самонапрягающейся сталетрубобетонной колонны, не имеющей базы, с железобетонным фундаментом путем присоединения анкерных стержней к колонне быстроразъемными муфтами с продольным стыком. Вертикальные опорные реакции от колонн передаются на фундамент через анкерные стержни, присоединенные к самонапрягающейся сталетрубобетонной колонне быстроразъемными муфтами с продольным стыком.
На Фиг. 1 показана продольно-разъемная муфта в сборке. На Фиг. 2 показано жесткое соединение самонапрягающейся сталетрубобетонной колонны, не имеющей базы, с железобетонным фундаментом путем присоединения анкерных стержней к колонне быстроразъемными муфтами с продольным стыком и разрез 1-1. На Фиг. 3 показан узел A.
Одну из половинок непрерывно-литой заготовки 1 снабжают продольным цилиндрическим желобом вдоль продольной оси с диаметром, соответствующим минимальному диаметру анкерных стержней 5. Непрерывное литье выполняют из легированной стали такой же прочности,  как анкерные стержни 5.
Охлаждают заготовки 1 и 2 до температуры пластического состояния 950…1050°C горячего проката и рольгангами подают в клеть продольного проката прокатного стана (не показано).
В клети стана несколькими валками продольно обкатывают желобом половинку непрерывно-литой заготовки 1 и в пластичном состоянии выдавливают в нем рифы впадин и гребней.
Впадины и гребни копируют соответствующие рифы гребней и впадин анкерных стержней 5 трубного синусоидального профиля по правой или левой винтовой спирали, однозаходной или многозаходной, с плавными, закругленными по синусоиде гребнями и впадинами.
Причем глубина впадин рифов равна половине шага винтовой спирали анкерных стержней 5. Одновременно во время проката прошивают отверстия в боковых элементах каждой половинки заготовки для продольно-разъемного соединения.
Механизировано разрезают готовую длинную половинку заготовки на элементы стандартной длины муфты. Механизировано удаляют заусенцы, комплектуют половинки муфт парами и получают готовые быстроразъемные муфты.
В сборке механизировано развертывают соосные отверстия в каждой паре половинок муфты 1 и 2. Соединяют половинки муфт стяжными шпильками 3 с шайбами и гайками и образуют сборную продольно-разъемную муфту 4 для равнопрочного соединения с анкерными стержнями 5, имеющими любой периодический рельеф поверхности, например, таким, какой рельеф поверхности имеют прокатываемые в настоящее время арматурные стержни с хаотичным расположением рифов гребней и впадин.
В теле колонны 6 также прошивают отверстия для соединения продольно-разъемными муфтами согласно расположению анкерных стержней 5 в фундаменте. Перед монтажом колонну 6 снабжают продольно-разъемными муфтами 4 и фрезеруют торцы колонны.
Процесс монтажа начинается с установки стальной колонны 6 на проектную отметку на фундамент 7, в котором расположены анкерные стержни 5, при помощи зубьев-фиксаторов. После установки колонны 6 в проектное положение стягивают продольно-разъемные муфты 4. Тело колонны 6 заполняют самонапрягающимся бетоном 8. Бетон 8 в теле стальной колонны 6 расширяется, а стальная обойма препятствует расширению, за счет чего образуется самонапрягающаяся сталетрубобетонная колонна. В результате получается жесткое соединение самонапрягающейся сталетрубобетонной колонны, не имеющей базы, с железобетонным фундаментом 8 путем присоединения анкерных стержней 5 к колонне быстроразъемными муфтами с продольным стыком 4. Вертикальные опорные реакции от колонн передаются на фундамент 7 через анкерные стержни 5, присоединенные к самонапрягающейся сталетрубобетонной колонне быстроразъемными муфтами с продольным стыком 4.
Сопоставление с аналогом показывает следующие технические отличия:
1. Возникает возможность рихтовки положения колонны при неравномерных осадках фундаментов;
2. Повышается технологичность монтажа узлов соединения колонны с фундаментом;
3. Узел соединения сталетрубобетонной колонны с фундаментом анкерными стержнями равнопрочен;
4. Вертикальная реакция и изгибающий момент передаются на фундамент через анкерные стержни (аналогично корням дерева), что позволяет обеспечить значительное снижение материалоемкости.
Экономический эффект возникает из-за следующего:
1. Снижается трудоемкость изготовления в результате автоматизированного изготовления продольно-разъемных муфт;
2. Соединение сталетрубобетонной колонны с фундаментом при помощи продольно-разъемных муфт получается технологичное при изготовлении и сборке.
3. Снижается материалоемкость и трудоемкость конструкций за счет отсутствия базы.
Литература
1. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведеников и др.; Под общ. Ред. Е.И. Беленя. - 6-е изд., перераб. И доп. - М.; Стройиздат, - 1986 - 560 с., ил.
2. Железобетонные и каменные конструкции: Учебник для строительных специальностей вузов / В.М. Бондаренко, В.Г. Назаренко, В.И. Римшин; под редакцией В.М. Бондаренко - М., Высш. шк., 2007, 887 с.; ил.
3. Железобетонные конструкции. Общий курс / В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов  - Стройиздат, М., 1991,  767 с.
4. Нежданов К.К, Туманов В.А. Нежданов А.К Анкерное устройство. Патент RU №2228405 C2. E02D 27/50, E04B 1/38. Бюл №.13. Зарег. 10.05.2004. Прототип.
5. Патент RU 2467075 C2.  Нежданов К.К., Нежданов А.К., Артюшин Д.В. Способ проката горячекатаной арматуры периодического профиля. МПК C21D 8/08, B21H 1/18, E04C 5/03.
6. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. - М. ЦИТП Госстроя СССР, 1990 - 96 с.
7. Большой энциклопедический словарь. (БЭС). Главный редактор А.М. Прохоров. НАУЧНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО «БОЛЬШАЯ РОССИЙСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ» М. 1998. С. 1456.
Номера позиций
1 - заготовка половинки продольно-разъемной муфты с продольным желобом
2 - заготовка половинки продольно-разъемной муфты
3 - высокоресурсные стяжные шпильки с шайбами и гайками
4 - продольно-разъемная муфта в сборке
5 - анкерный стержень
6 - колонна из стальной трубы
7 - железобетонный фундамент
8 - самонапрягающийся бетон.