СПОСОБ ГРУППОВОГО БЕССВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРЫ ПРИ МОНТАЖЕ УКРУПНЕННЫХ АРМООПАЛУБОЧНЫХ БЛОКОВ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
METHOD OF GROUP WELDLESS CONNECTION OF LONGITUDINAL ROD REINFORCEMENT DURING INSTALLATION OF ENLARGED REINFORCED MOULDING BLOCKS OF COMPLEX TECHNICAL OBJECTS FROM MONOLITHIC REINFORCED CONCRETE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Техническое решение относится к области строительства, к строительным конструкциям в целом, к средствам силового соединения элементов строительных конструкций, а именно элементов из армированного бетона; предназначено, в частности, для группового бессварного соединения продольной стержневой арматуры при монтаже смежных укрупненных армоопалубочных блоков сложных технических объектов из монолитного железобетона.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
На сегодняшний день в строительном производстве используются следующие виды соединения соосных арматурных стержней при монтаже смежных армоопалубочных блоков: сварка встык и внахлест, с дополнительными соединительными деталями или без; перепуск внахлестку с перевязкой вязальной проволокой или без; механические - с помощью обжимных гильз, резьбовых и винтовых муфт, муфт с зажимными болтами. Сварные соединения - одни из наиболее распространенных среди вышеперечисленных и отличаются длительным опытом использования, повышенной надежностью и расширенной областью возможного применения. Сварка, являясь отдельной составляющей промышленно-строительного комплекса, требует соответствующей инфраструктуры, включая изготовление комплектующих: электроды, сварочные аппараты и прочее. К недостаткам сварных соединений соосных арматурных стержней относят: снижение прочностных характеристик стыков (вследствие термической обработки металла, наличия локальных эксцентриситетов и перекосов, неоднородностей и нерегулярностей случайного характера и др.); чувствительность к динамическим, циклическим и поперечным нагрузкам; большую долю ручного труда на монтаже; зависимость качества от высотного и планового положения стыка, его доступности, погодных условий, а также квалификации сварщика и иных субъективных факторов. Совокупность указанных факторов обусловливает общемировую тенденцию к минимизации сварки при монтаже конструкций в проектном положении. Соединение внахлест используют для гладких и профилированных стержней с прямыми концами, а также для стержней с лапками, крюками, петлями. При соединении внахлест отдельных встречных стержней (с поперечными связями или без) и сварных сеток дополнительно может использоваться вязальная проволока. Соединение внахлест является наименее трудозатратным, но при этом и наименее надежным. Неравнопрочность стыка, главным образом, предопределена участием бетона в передаче усилия от стержня к стержню. Поэтому применение нахлеста существенно ограничивается по виду напряженного состояния и уровню нагружения элемента, чревато чрезмерным раскрытием трещин и деформативностью, сопровождается перерасходом арматуры.
Механические соединения - наиболее современные и прогрессивные из существующих способов стыковки арматуры. В первую очередь, перспективны соединения с резьбовыми и винтовыми муфтами. Их основными достоинствами являются наивысшая сегодня эксплуатационная надежность; равнопрочность с исходным материалом стержней, высокая степень индустриальности, независимость качества от пространственного положения стыка, погодных условий и человеческого фактора. При этом известны сдерживающие факторы применения муфтовых соединений: жесткие допуски по соосности и углам согласования стыкуемых стержней, зазору между ними; затраты на материалы, станочное оборудование и изготовление резьбовых и винтовых муфт; специфические требования по номенклатуре муфт.
Известно соответствующее современному развитию техники техническое решение, описанное в RU 2394969 «Устройство для соединения арматурных стержней» и опубликованное 20.07.2010, патентообладатель: ТАМА ХОУМ КО., ЛТД. (JP). В документе представлено устройство для соединения арматурных стержней, способное легко и в течение короткого промежутка времени соединять арматурные стержни без использования инструмента для затягивания винтов. Устройство для соединения арматурных стержней имеет удерживающую часть с внутренней винтовой резьбой, который навинчивается на участок арматурного стержня с наружной винтовой резьбой; плоскую пластинчатую зацепляющую часть, проходящую в направлении центральной оси; фиксирующий выступ, предусмотренный на зацепляющей части и запорное отверстие, выполненное в зацепляющей части между фиксирующим выступом и удерживающей частью и обеспечивающее зацепление фиксирующего выступа другого устройства для соединения арматурных стержней с запорным отверстием. Недостатками данного решения является необходимость осуществления при монтаже поперечно-продольной надвижки стыкуемых стержней с малыми допусками по соосности и углам согласования стыкуемых стержней, а также зазору между ними, что практически исключает возможность группового соединения арматуры в составе индустриальных пространственных армокаркасов; увеличенные габариты стыка из условий доступности и эргономичности требуют увеличенного шага стержней, что неприемлемо для железобетонных конструкций объектов с высокой интенсивностью армирования, например для железобетонных зданий и сооружений АЭС.
Из доступных источников известно соответствующее современному уровню развития техники техническое решение, описанное в методическом пособии «Проектирование железобетонных конструкций с применением сварных сеток и каркасов заводского изготовления» (Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве», Москва, 2016 год). В документе описаны варианты стыкования арматурных стержней внахлестку без сварки, в том числе с использованием дополнительной поперечной арматуры (хомутов), а также групповой бессварной стык как результат укладки внахлест смежных сварных сеток. Недостатками данного решения является то, что его применение не обеспечивает равнопрочность стыка, способствует раннему трещинообразованию и повышенной податливости, а также имеет нормативные ограничения использования при динамических нагрузках и воздействиях (сейсмические колебания, ударная воздушная волна, вибрация, удар твердого тела).
СУЩНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Задачей заявленного технического решения является устранение недостатков, присущих существующим аналогам.
Технический результат от использования данного технического решения заключается в обеспечении корректного применения индустриальных методов возведения монолитных железобетонных зданий и сооружений с соответствующей оптимизацией по стоимости и срокам возведения без ущерба их надежности и безопасности, обеспечении равнопрочности и равнонадежности стыков продольной стержневой арматуры, повышении стойкости особо опасных и сложных технических объектов при нормальных и особых сочетаниях нагрузок и воздействий.
Данный технический результат достигается за счет высокоточной поперечной фиксации арматурных стержней в стыке, кососимметричной попарной группировки стержней в стыке и использования заранее подготовленных стальных соединительных упорных реек с циклически регулярной системой односторонних выемок под соединяемые стержни арматуры, а также парных стопорных гаек, навинчиваемых на торцы стыкуемых стержней.
В одном из предпочтительных вариантов реализации предложен способ группового бессварного соединения продольной стержневой арматуры при монтаже укрупненных армоопалубочных блоков сложных технических объектов из монолитного железобетона, характеризующийся тем, что: используют заранее подготовленные стальные соединительные упорные рейки с циклически регулярной системой односторонних выемок под соединяемые стержни арматуры; при изготовлении армоопалубочных блоков часть соединительных реек используют в качестве сборочных кондукторов при раскладке стержневой арматуры в проектное положение; все встречные арматурные стержни смежных армоопалубочных блоков имеют взаимное поперечное смещение на половину соответствующего шага стержней; для обеспечения кососимметричной попарной группировки стержней в стыке по каждую сторону от него встречные стержни смежных армоопалубочных блоков через один в шахматном порядке выполняют короче на ширину стыка; на торцах соединяемых стержней арматуры устраивают цилиндрическую резьбу, до конца которой заранее навинчивают первичные стопорные гайки; для фиксации реек-кондукторов на стадии изготовления армоопалубочного блока и при подъемно-транспортных операциях с ним устанавливают встречные стопорные гайки; при монтаже очередного армоопалубочного блока в проектное положение применяют его финишную котировочную надвижку в направлении из плоскости блока; для поперечной фиксации арматурных стержней в стыке встречные стопорные гайки ослабляют и вплотную к ранее установленным рейкам-кондукторам «в замок» устанавливают другую часть соединительных реек - рейки-ловители; на свободных торцах стыкуемых стержней встречными стопорными гайками групповой стык зажимают до исключения межэлементных зазоров.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - продольная стержневая арматура в составе укрупненного армоблока до установки в проектное положение (рейки-кондукторы и встречные стопорные гайки условно не показаны);
Фиг. 2 - положение встречных арматурных стержней после финишной надвижки смежных армоблоков (рейки-кондукторы и встречные стопорные гайки условно не показаны);
Фиг. 3 - положение встречных арматурных стержней и реек-кондукторов после финишной надвижки в направлении из плоскости смежных армоблоков (встречные стопорные гайки условно не показаны);
Фиг. 4 - положение после установки «в замок» реек-ловителей (встречные стопорные гайки условно не показаны);
Фиг. 5 - вид соединения после завершения его монтажа.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Ниже будут рассмотрены некоторые термины, которые в дальнейшем будут использоваться при описании технического решения.
Согласно "Градостроительному кодексу Российской Федерации" от 29.12.2004 N 190-ФЗ (ред. от 25.12.2018) Статья 48.1. Особо опасные, технически сложные и уникальные объекты (введена Федеральным законом от 18.12.2006 N 232-ФЗ) к особо опасным и технически сложным объектам относятся:
1) объекты использования атомной энергии (в том числе ядерные установки, пункты хранения ядерных материалов и радиоактивных веществ, пункты хранения радиоактивных отходов);
2) гидротехнические сооружения первого и второго классов, устанавливаемые в соответствии с законодательством о безопасности гидротехнических сооружений;
3) сооружения связи, являющиеся особо опасными, технически сложными в соответствии с законодательством Российской Федерации в области связи;
4) линии электропередачи и иные объекты электросетевого хозяйства напряжением 330 киловольт и более;
5) объекты космической инфраструктуры;
6) объекты инфраструктуры воздушного транспорта, являющиеся особо опасными, технически сложными объектами в соответствии с воздушным законодательством Российской Федерации;
7) объекты капитального строительства инфраструктуры железнодорожного транспорта общего пользования, являющиеся особо опасными, технически сложными объектами в соответствии с законодательством Российской Федерации о железнодорожном транспорте;
8) объекты инфраструктуры внеуличного транспорта;
9) портовые гидротехнические сооружения, относящиеся к объектам инфраструктуры морского порта, за исключением объектов инфраструктуры морского порта, предназначенных для стоянок и обслуживания маломерных, спортивных парусных и прогулочных судов;
10) утратил силу. - Федеральный закон от 08.11.2007 N 257-ФЗ;
10.1) тепловые электростанции мощностью 150 мегаватт и выше;
10.2) подвесные канатные дороги;
11) опасные производственные объекты, подлежащие регистрации в государственном реестре в соответствии с законодательством Российской Федерации о промышленной безопасности опасных производственных объектов:
а) опасные производственные объекты I и II классов опасности, на которых получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются опасные вещества;
б) опасные производственные объекты, на которых получаются, транспортируются, используются расплавы черных и цветных металлов, сплавы на основе этих расплавов с применением оборудования, рассчитанного на максимальное количество расплава 500 килограммов и более;
в) опасные производственные объекты, на которых ведутся горные работы (за исключением добычи общераспространенных полезных ископаемых и разработки россыпных месторождений полезных ископаемых, осуществляемых открытым способом без применения взрывных работ), работы по обогащению полезных ископаемых.
2. К уникальным объектам относятся объекты капитального строительства (за исключением указанных в части 1 настоящей статьи), в проектной документации которых предусмотрена хотя бы одна из следующих характеристик:
1) высота более чем 100 метров;
2) пролеты более чем 100 метров;
3) наличие консоли более чем 20 метров;
4) заглубление подземной части (полностью или частично) ниже планировочной отметки земли более чем на 15 метров;
АЭС (атомная электростанция) - ядерная установка, использующая для производства электрической (и в некоторых случаях тепловой) энергии ядерный реактор (реакторы) и содержащая комплекс необходимых сооружений и оборудования.
Армоопалубочный блок - конструктивный элемент монолитной железобетонной конструкции, состоит из укрупненного пространственного армокаркаса и жестко соединенной с ним опалубки. Армоопалубочные блоки включают в себя плоские арматурные сетки, пространственные армокаркасы, отдельные стержни, горизонтальные и вертикальные связи жесткости, несъемную или съемную опалубку с элементами ее крепления. В данном техническом решении технический результат от его использования, заключающийся в обеспечении корректного применения индустриальных методов возведения монолитных железобетонных зданий и сооружений с соответствующей оптимизацией по стоимости и срокам возведения без ущерба их надежности и безопасности, обеспечении равнопрочности и равнонадежности стыков продольной стержневой арматуры, повышении стойкости особо опасных и сложных технических объектов при нормальных и особых сочетаниях нагрузок и воздействий, достигается за счет высокоточной поперечной фиксации арматурных стержней в стыке, использования кососимметричной попарной группировки стержней в стыке и использования заранее подготовленных стальных соединительных упорных реек с циклически регулярной системой односторонних выемок под соединяемые стержни арматуры, а также парных стопорных гаек, навинчиваемых на торцы стыкуемых стержней.
Согласно предлагаемому техническому решению, способ группового бессварного соединения продольной стержневой арматуры при монтаже укрупненных армоопалубочных блоков сложных технических объектов из монолитного железобетона, характеризуется следующими операциями.
Используют заранее подготовленные стальные соединительные упорные рейки с циклически регулярной системой односторонних выемок под соединяемые стержни арматуры.
Шаг выемок определяется шагом укладки арматурных стержней в смежных блоках. Толщина и марка стали упорных реек, размеры выемок определяются диаметрами соединяемых стержней, классом арматуры и монтажными допусками.
При изготовлении армоопалубочных блоков часть соединительных реек используют в качестве сборочных кондукторов при раскладке стержневой арматуры в проектное положение (Фиг. 3).
С помощью первичных и встречных стопорных гаек рейки-кондукторы фиксируют все арматурные стержни в группе в проектном положении как на стадии изготовления укрупненного армоблока, так и при подъемно-транспортных и монтажных операциях при доставке и установке блока в проектное положение.
Все встречные арматурные стержни смежных армоопалубочных блоков имеют взаимное поперечное смещение на половину соответствующего шага стержней (Фиг. 2);.
Целью группового поперечного смещения стержней является увеличение монтажных допусков и отказ от использования резьбовых или винтовых соединительных муфт.
Для обеспечения кососимметричной попарной группировки стержней в стыке по каждую сторону от него встречные стержни смежных армоопалубочных блоков через один в шахматном порядке выполняют короче на ширину стыка (Фиг. 1).
Целью укорочения стержней в шахматном порядке является повышение эксплуатационной надежности соединения за счет размещения в одном рабочем сечении не более 50% стыков арматуры. Кроме того, улучшается эргономика группового соединения на монтаже.
На торцах соединяемых стержней арматуры устраивают цилиндрическую резьбу, до конца которой заранее навинчивают первичные стопорные гайки (Фиг. 1).
Устройство цилиндрической резьбы на торцах стыкуемых стержней аналогично таковому при традиционном механическом муфтовом соединении. При использовании стержней со специальным винтовым профилем устройство резьбы не требуется. Стопорные гайки аналогичны стандартным резьбовым или винтовым муфтам половинчатой длины.
Для фиксации реек-кондукторов на стадии изготовления армоопалубочного блока и при подъемно-транспортных операциях с ним устанавливают встречные стопорные гайки.
Встречные стопорные гайки фиксируют положение реек-кондукторов вдоль стыкуемых стержней как на стадии изготовления укрупненного армоблока, так и при подъемно-транспортных и монтажных операциях при доставке и установке блока в проектное положение.
При монтаже очередного армоопалубочного блока в проектное положение применяют его финишную юстировочную надвижку в направлении из плоскости блока.
Такая возможность существенно облегчает и ускоряет монтаж очередного укрупненного армоблока - габаритного и тяжелого элемента стены или плиты - при стыковании арматурных стержней одного направления по одной грани блока, а стержней второго направления - по ортогональной грани.
Для поперечной фиксации арматурных стержней в стыке встречные стопорные гайки ослабляют (Фиг. 3) и вплотную к ранее установленным рейкам-кондукторам «в замок» устанавливают другую часть соединительных реек - рейки-ловители (Фиг. 4).
В результате такой монтажной операции фиксируется проектное осевое положение группы встречных стержней смежных армоблоков. Применение парных соединительных реек, кроме удобства при монтаже, позволяет применять более экономичный стальной прокат, минимизировать затраты на устройство выемок под стержни.
На свободных торцах стыкуемых стержней встречными стопорными гайками групповой стык зажимают до исключения межэлементных зазоров (Фиг. 5).
В собранном виде групповой стык при действии в стержнях проектных осевых усилий самоуравновешен в продольном направлении и равнопрочен металлу стержней. При этом за счет соединительных реек и стопорных гаек повышается живучесть соединения. При эксплуатации соединительные рейки одновременно выполняют роль поперечной арматуры.
Специалисту в данной области, очевидно, что конкретные варианты осуществления способа группового бессварного соединения продольной стержневой арматуры при монтаже укрупненных армоопалубочных блоков сложных технических объектов из монолитного железобетона были описаны здесь в целях иллюстрации, допустимы различные модификации, не выходящие за рамки и сущности технического решения.