УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНКЕРОВКИ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ

Заявленное техническое решение относится к области строительства, а именно к оборудованию для производства предварительно напряженных строительных конструкций, в частности к устройствам для анкеровки концов арматуры с последующим их натяжением и закреплением в строительных предварительно напряженных конструкциях из дерева, железобетона, полимербетона, композитных материалов с целью создания внутренних напряжений, противоположных по знаку напряжениям от внешней нагрузки.
Известны конструктивные решения захватных устройств для анкеровки композитной арматуры, используемой для армирования строительных конструкций (см., например, SU 626179 A1, опубл. 30.09.78; SU 522313 A1 опубл. 25.07.76). Эти устройства состоят из корпуса с коническим отверстием в которое установлены разновидности конических клиньев с арматурными стержнями. Недостатком таких технических решений является отсутствие гарантированной надежности анкеровки в устройстве по причине неравномерного обжатия стержней по длине, так как заанкеривание стержней первоначально осуществляется путем приложения внешнего неконтролируемого впрессовочного усилия к коническим клиньям. Впрессовочное усилие способствует заклиниванию концов арматуры. Известно, что арматурные стержни образованы полимерной матрицей из эпоксифенольного связующего и волокнистых нитей из низкомодульного материала. Наружная поверхность стержней после полимеризации связующего формируется шероховатой, имеет некруглую форму и разброс в размерах поперечного сечения, что ухудшает условия анкеровки. Так как арматурные стержни подвергаются неравномерному обжатию, то в пучке напрягаемой арматуры при растяжении часть стержней будет недонапряжена до контролируемой величины, а оставшаяся часть стержней окажется перенапряженной. Эффект создания ожидаемого предварительного напряжения в строительной конструкции ставится под сомнение.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для анкеровки композитной арматуры, содержащее телескопический корпус из отдельных конических тонкостенных колец внутрь которых установлен конический составной клин из композитного фрикционного материала (RU 2613370 C1, опубл. 16.03.2017). Недостатком данного технического решения является ограниченная степень обжатия и анкеровки арматурных стержней в пазах секторов конического клина. Композитные арматурные стержни имеют на поверхности по длине шероховатости после полимеризации связующей матрицы, соответственно и разброс в размерах сечения по длине, что значительно влияет на условия анкеровки. Снижается надежность, а также неконтролируемость полноты степени обжатия концевых участков стержней по длине анкеровки в устройстве, возможно проскальзывание и повреждение арматуры при ее натяжении и создании предварительного напряжения в конструкции до контролируемой величины. Причиной неконтролируемости полноты обжатия концевых участков стержней в устройстве является способ их обжатия по длине, то есть радиального обжатия и тангенциального трения, продольной схемы загружения силами обжатия.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности анкеровки композитной арматуры в пазах конического клина за счет увеличения сил обжатия и радиального, тангенциального фрикционного трения между контактирующими телами.
Заявленная задача решается за счет принципиального изменения конструкции секторов конического клина, позволившей применить локальный дробный способ погонного обжатия арматурных стержней и тем самым увеличить фрикционные силы трения в пазах. Указанное решение достигается тем, что в известном захватном устройстве для анкеровки композитной арматуры, содержащем полый телескопический корпус из отдельных конических тонкостенных колец с коническим отверстием, внутрь которого установлен составной конический клин из композитного высокопрочного фрикционного материала, состоящий из секторов, имеющих на боковых плоскостях продольные пазы для арматуры, сектора конического клина выполнены разрезными и состоят из отдельных продольных элементов, смежно состыкованных между собой шарнирными связями. Шарнирные связи выполнены податливыми из упругих эластичных металлических, либо нейлоновых пружин. Состыкованные продольные элементы секторов конического клина выполнены длиной, равной коническим кольцевым секциям.
Выполнение обжимных секторов конического клина разрезными по длине позволяет усиливать степень локального обжатия арматурных стержней, а также фрикционные силы трения, исключается возможность одиночного проскальзывания стержней и их недонапряжение при растяжении пучка арматурного каната. Степень обжатия стержней в захватном устройстве влияет на радиальное, тангенциальное и продольное напряжения анкеруемых стержней, от этого зависит длина анкеровки и захватного устройства в целом. Разрезная и неразрезная схемы передачи сил обжатия на арматурные стержни ориентировочно отличается в 1,5-2 раза, что указывает на эффективность принятого решения заявленной задачи за счет принципиального изменения конструкции секторов конического клина.
Сущность предложенного технического решения представлена на чертежах: на фиг. 1 изображен главный вид устройства для анкеровки концов композитной арматуры; на фиг. 2 - поперечный разрез на фиг. 1; на фиг. 3 - сектор конического клина с поперечными смежными стыками; на фиг. 4 - сектор конического клина из отдельных продольных элементов взаимосвязанных шарнирными связями;
На данных фигурах использованы следующие обозначения:
1. - конические кольца корпуса устройства,
2. - составной конический клин,
3. - сектора конического клина,
4. - пазы продольные для арматуры,
5. - арматурные стержни,
6. - смежные элементы разрезного сектора конического клина,
7. - соединительные шарнирные связи элементов разрезного сектора конического клина.
Устройство (см. фиг. 1) содержит полый телескопический корпус из отдельных конических тонкостенных колец 1, внутри которого размещен составной конический клин 2, состоящий из секторов 3 (см. фиг. 2), на боковых плоскостях которых выполнены продольные пазы 4 (см. фиг. 3) для концов арматуры 5. Сектора 3 конического клина 2 выполнены из отдельных продольных элементов 6 (см. фиг. 3), смежно состыкованных шарнирными связями 7 (см. фиг. 4). Шарнирные соединительные связи 7 выполнены из упругих эластичных металлических, либо нейлоновых пружин.
Сборку устройства для анкеровки композитной арматуры 5 производят следующим образом. Стержни арматуры 5, по крайней мере из четырех стержней объединяют в пучок, на концевой участок которого помещают сквозь конические кольца 1 корпуса устройства в сложенном виде (не показано). Последовательность сборки производят таким образом, чтобы конические кольца 1 в сложенном виде (кольцо в кольце) не усложняли процесс запасовки концов арматурных стержней в пазы 4 секторов 3 конического клина 2. Последовательность сборки конических секторов 3 осуществляют при помощи временной оснастки (не показано). Сектора 3 конического клина 2 выполнены из состыкованных элементов 6. Смежная стыковка элементов 6 предварительно осуществлена шарнирными связями 7, позволяющих формировать сектор 3 в виде единой обжимной детали, с помощью которых и образован составной конический клин 2. Шарнирные связи 7 в виде упруго пластичных металлических, либо нейлоновых пружин обеспечивают взаимодействие элементов 6 по расчетной «балочной» разрезной схеме. Затем на образовавшийся сформированный составной конический клин 2 с арматурными стержнями 5 надвигают конические кольца 1 таким образом, чтобы телескопическая трансформация обжимных конических колец 1 приводила к локальному обжатию и дискретному приложению поперечных сил к отдельным элементам 6 секторов конического составного клина 2.
Устройство для анкеровки композитной арматуры работает следующим образом. Для успешного исключения влияния технологических недостатков при производстве композитной арматуры, образующихся при формировании профильного сечения (шероховатости, разброс в размерах поперечного сечения и т.д.), сектора конического клина 3 выполнены разрезными и состоят из отдельных продольных элементов 6, смежно состыкованных между собой шарнирными связями 7. Такое конструктивное решение необходимо для осуществления дискретного обжатия композитной арматуры 5 в радиальном, тангенциальном и продольном направлениях. Процесс обжатия осуществляется секторами 3 составного конического клина 2 при трансформировании конических колец 1 между собой. При этом каждое кольцо 1 при перемещении вдоль составного конического клина 2 стремится передавать локальные силы обжатия на отдельные элементы 6 по «принципу домино», так как состыкованные продольные элементы 6 конического клина выполнены длиной, равной коническим кольцевым секциям 1. При таком способе обжатия арматурных стержней 5 значительно повышается коэффициент трения в пазах 4 между секторами 3 и стержнями 5. Увеличенный коэффициент трения и силы обжатия препятствуют продольной подвижке стержней 5 в устройстве. С целью увеличения коэффициента трения μ>1, необходимо было подойти к такому технологическому процессу, когда между контактирующими телами сформируются дополнительные силы трения, теоретически обоснованные Крагельским И.В. в теории адгезионно-деформационного трения при силовом взаимодействии твердых тел.
(см. например, Крагельский И.В., Щедров B.C. Развитие науки о трении. Сухое трение. М.: Изд. А.Н. СССР, 1956)
После выполнения анкеровки концевых участков арматуры в устройстве осуществляют предварительное напряжение всего пучка стержней и фиксирование его в строительной конструкции известными способами (не показано).
Разработанная полезная модель устройства позволяет повысить надежность и длительно сохранять эффект анкеровки концевых участков арматурных стержней из композитных материалов. Благодаря локальному обжатию и дискретному приложению поперечных сил к отдельным элементам секторов конического составного клина, может быть исключено влияние отдельных технологических недостатков при производстве композитной арматуры, образующихся при формировании профильного сечения (шероховатости, разброс в размерах поперечного сечения, некруглые формы и другие дефекты). Достигается ожидаемый эффект создания и сохранения предварительного напряжения в строительной конструкции.
Источники информации
1. SU 522313 A1 опубл. 25.07.76)
2. SU 626179 A1, опубл. 30.09.78;
3. RU 2613370 C1, опубл. 16.03.2017