Муфтовое соединение арматурных стержней

Полезная модель относится к стыковым механическим соединениям арматуры любых классов с помощью резьбовых муфт и может быть использована при изготовлении и монтаже монолитных железобетонных конструкций различного назначения.
Из уровня техники известна муфта для соединения арматурных стержней с диаметром более 1,3 диаметров арматурных стержней и обеспечением напряжения соответствующего наибольшей нагрузке перед разрывом соединяемых арматурных стержней и отличающиеся тем, что в муфте нарезана коническая резьба треугольного профиля с углом профиля резьбы 50-75° и углом конусности на сторону от 0,2 до 1,9°, с шагом резьбы от 1,25 до 4 мм и наружного диаметра резьбы от 12 до 58 мм (RU 168929 U1 28.02.2017).
Из уровня техники известна также муфта для соединения арматурных стержней включает металлический стержень, на обоих концах которого выполнены конические отверстия, в которых выполнена коническая резьба с углом конусности от 6°12' до 30° с углом профиля резьбы от 55° до 75°, длина конической резьбы в каждом отверстии находится в интервале 0,86-1,44 номинального диаметра арматурного стержня (RU 189729 U1 31.05.2019).
Наиболее близким аналогом является муфтовое соединение арматурных стержней включающая в себя муфту и арматурные стержни, причем муфта является механическим устройством заводского изготовления из стали, выполненная в форме цилиндра с отверстиями в ее торцевых частях, на внутренней поверхности муфты выполнена метрическая резьба, шаг резьбы, выполненный на наружной поверхности арматуры составляет от 2,5 до 3 мм.
Недостатками известных технических решений, является низкая надежность муфтового соединения, вследствие недостаточной устойчивости к внешним нагрузкам.
Технической проблемой заявленной полезной модели является увеличение надежности муфтового соединения.
Технический результат заключается в повышении устойчивости к внешним нагрузкам при равномерном распределении нагрузки на витки муфты и арматурных стержней.
Заявленный технический результат обеспечивается в муфтовом соединении арматурных стержней, содержащем соединенные между собой посредством соединительной муфты арматурные стержни, выполненные из стали, при этом указанная муфта выполнена в форме цилиндра с отверстиями в ее торцевых частях, на внутренней поверхности муфты выполнена метрическая резьба, шаг резьбы, выполненный на наружной поверхности стержней арматуры составляет от 2,5 до 3 мм. Длина указанной муфты равна более 2,5 диаметра стыкуемого стержня арматуры, а величина шага резьбы на внутренней поверхности муфты зависит от шага резьбы стыкуемого стержня и увеличена по отношению к нему на 4-4,8 мкм, начиная с первого витка от центра муфты к выходу резьбы из муфты, при этом отношение наружного диаметра муфты к диаметру стержня не менее 1,5.
Дополнительной особенностью является то, что отверстия в муфте выполнены сообщающимися между собой.
Дополнительной особенностью является то, что отверстия имеют одинаковый диаметр.
Дополнительной особенностью является то, что отверстия имеют разный диаметр.
Дополнительной особенностью является то, что резьба в муфте и арматурных стержнях выполнена методом накатки.
Дополнительной особенностью является то, что резьба выполнена правосторонней.
Дополнительной особенностью является то, что резьба выполнена разнонаправленной.
В сжато-контактных и растянутых соединениях арматуры, в частности в резьбовых соединениях, входе неправильной эксплуатации, происходят разрушения резьбовых муфтовых соединений строительной арматуры, такие как срез и смятие витков резьбы, усталостное разрушение стержня арматуры, недопустимое изменение размеров и формы в результате пластической деформации арматурного стержня.
ср
ср
По критериям прочности витков резьбы расчет напряжений среза выполняется по формуле т = F/А, где А — площадь поверхности среза. При расчете приходится учитывать, что нагрузка между витками резьбы распределена крайне неравномерно.
Первый, он же наиболее нагруженный виток, воспринимает 34%, а шестой виток — только 7% от прилагаемой нагрузки.
В заявленной полезной модели для равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы в соединении при шаге резьбы 2,5 мм увеличиваем шаг резьбы муфты на 4 микрона больше шага резьбы на арматурном стержне, при шаге резьбы 3,0 мм увеличиваем шаг резьбы муфты на 4,8 микрона больше шага резьбы на арматурном стержне. Работа такого соединения выглядит следующим образом: крайние витки резьбы на арматурном стержне отстают от витков муфты от 4 до 4,8 микронов. По мере приложения нагрузки (контролируемый момент затяжки) в результате растяжения арматурного стержня и муфты витки стержня последовательно садятся на витки муфты, при полной нагрузке все витки равномерно вступают в работу.
При этом усилие затяжки резьбового муфтового соединения, определяющее при переменном растяжении среднее напряжение цикла, имеет ключевое значение для надежной работы. Не контролируемый момент затяжки резьбового соединения оказывает негативное влияние на качество стыка. Величина затяжки подбиралась по условиям плотности стыка и имеет коэффициент запаса по отношению к максимальной внешней нагрузке, это поможет нам исключить возможность раскрытия стыка при нагружении. При прочих равных условиях от величины предварительной затяжки зависит также характер распределения усилий между витками резьбы. Момент затяжки резьбовых муфтовых соединений в зависимости от диаметра от 100 до 400 Нм позволил нам добиться более равномерного распределения усилий в резьбе, что напрямую увеличило стойкость соединения при циклических нагрузках. Верхний предел затяжки ограничивается в пределе 0,6-0,8 от предела текучести арматурного проката, так как по проведенным испытаниям было выявлено, что с увеличением среднего напряжения цикла, при динамических нагрузках, величина предельной амплитуды цикла не изменяется.
Выполнение муфты длиной равной более 2,5 диаметра стыкуемого стержня арматуры и с отношением наружного диаметра муфты к диаметру стержня не менее 1,5 обусловлены необходимостью равномерного распределения нагрузки, в частности напряжений по всей длине муфты, поскольку с увеличением нагрузки происходит резкое увеличение относительных деформаций по краям муфты из-за осевой силы между витками резьбы. Кроме того, такое выполнение муфты обеспечивает повышение устойчивости к внешним нагрузкам за счет исключения деформации муфты, обусловленные длиной и толщиной, которые зависят от конкретного использования арматурных стержней, но, при этом, не могут быть меньше выше указанных параметров.
При этом в ходе проведенных нами исследований был сделан вывод о том, что подходящая длина муфты напрямую зависит от диаметра, а также шага резьбовой части. На показатель влияют как механические свойства арматуры, так и метод соединения и другие технические характеристики, изменяющие распределение нагрузки между витками. Если высота муфты превышена, это не оказывает положительного эффекта на соединение. Резьбовая прочность ограничена несущей способностью арматурного стержня, и она не увеличивается. Наружный диаметр муфтыопределяется из условий прочности на растяжение и зависит от используемых для изготовления материалов. Исходя из этих условий расчётным и экспериментальным методом была установлена минимальная зависимость внешнего диаметра муфты от используемого диаметра арматурного стержня в соотношении 1,5. Уменьшение данной границы приведет к потере несущей способности соединения, деформациям и разрушению соединения по телу муфты. Напротив значительное превышение этого соотношения приведет к перерасходу материала при изготовлении и невозможности конструктивного применения изделий в связи с увеличенными требованиями к защитному слою в бетонных конструкциях.
Изменения в меньшую сторону соотношения размера изделия значительно влияет на возникающую в соединении деформацию, а также разрушение резьбовых витков.
Указанные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать конструкцию резьбового соединения арматуры с повышенной надежностью по прочности и деформативности. Благодаря выравниванию нагрузки как в резьбе, так и по внешней поверхности муфты, получилось достичь уменьшения показателя деформативности соединения и увеличить прочность соединения.
Так же для повышения надежности соединения к динамическим нагрузкам усилие затяжки муфтового соединения формируется за счет гарантированного взаимного контакта торцов стыкуемых стержней арматуры в средней по длине области муфты. При этом момент затяжки для формирования оптимального усилия был определен при теоретическом и экспериментальном исследовании. Данные изменения позволили повысить стойкость соединения к динамическим нагрузкам и достичь показателя, превышающего 2000000 циклов нагружения и разгружения.