МУФТА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ АРМАТУРНЫХ СТЕРЖНЕЙ С РАЗНЫМИ ДИАМЕТРАМИ, ВЫПОЛНЕННАЯ ИЗ СТАЛЬНОГО СТЕРЖНЯ ШЕСТИГРАННОГО СЕЧЕНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к области строительства зданий и сооружений, состоящих из наливных железобетонных конструкций, и предназначена для использования при изготовлении арматурных конструкций.
Как известно, в процессе строительства зданий и сооружений необходимая прочность при статических и динамических нагрузках обеспечивается в основном за счет металлических каркасов внутри железобетонных конструкций. Такие каркасы состоят из арматурных стержней, размеры, количество и расположение которых в объеме железобетонных конструкций определяются в результате расчетов на стадии проектирования зданий и сооружений, причем расчеты ведутся с учетом прогнозируемых статических и динамических нагрузок. При сооружении каркасов до заливки бетона возникает необходимость соединения арматурных стержней.
Из уровня техники известны следующие варианты конструктивного соединения стержней:
- связывание арматурных стержней, сложенных внахлестку с перекрытием 8-15 диаметров;
- сварка арматурных стержней;
- использование специальных соединительных муфт, преимущественно с конической резьбой.
Муфта для соединения арматурных стержней выполняется из стального стержня шестигранного или круглого сечения. С торцов муфты выполнятся конические отверстия, снабженные резьбой. Соединение арматурных стержней муфтами с конической резьбой принято считать наиболее эффективным. Такое соединение обеспечивает наибольшую прочность при монтаже металлических каркасов в объеме железобетонных конструкций.
Из уровня техники известны следующие технические решения, которые можно рассматривать как близкие аналоги предлагаемой полезной модели:
1. Муфта для соединения арматурных стержней (патент RU 133163), выполняемая
из круглого или шестигранного проката и предназначенная для соединения арматурных стержней одинакового диаметра. В конических отверстиях, выполненных с торцов муфты, нарезана коническая резьба; коническая резьба тех же параметров (конусность, шаг, угол профиля резьбы) нарезается на концах соединяемых стержней.
2. Муфта для соединения арматурных стержней " LENTON" (патент RU 82465) отличается расширением конструктивных особенностей муфт, основные из которых состоят в том, что внутренние конические резьбовые отверстия могут иметь разные диаметры и глубину.
Известно, что слабым звеном в части обеспечения требуемой прочности системы стержень-муфта-стержень является собственно резьба, а главным элементом системы соединения является соединительная муфта.
Заявляемая полезная модель представляет собой муфту для соединения арматурных стержней разных диаметров, обозначенных как ДСб - больший диаметр стержня и ДСм - меньший диаметр, причем сама муфта выполнена из стального стержня шестигранного сечения. Обеспечиваемая муфтой прочность соединения стержней определяется соотношением основных геометрических параметров элементов, формирующих конструкцию. К таким параметрам относятся наружный диаметр муфты, под которым понимается диаметр окружности, вписанной в шестигранник, длина муфты, глубина конусных отверстий с конической резьбой, называемая также охватом резьбы. Наружный диаметр муфты обозначен как ДМ, длина муфты обозначена как ДлМ, охват резьбы со стороны стержня с большим диаметром - ОРб, охват резьбы со стороны стержня с меньшим диаметром ОРм.
Оптимальный выбор соотношения указанных параметров позволяет улучшить прочностные характеристики резьбового соединения, включая сейсмическую устойчивость, и тем самым минимизировать эффект «слабого звена».
Как известно, резьбовые соединения арматурных стержней допускаются к практическому использованию только после специальных испытаний. При испытаниях осевой статической нагрузкой определяют усилия и напряжения, при которых резьбовое соединение разрушается. Оценка качества резьбового соединения делается сравнением полученных при испытании показателей: временного сопротивления разрыву σ (Н/мм2), пластичности соединения δр (%), деформативности Δ(мм), разупрочнения соединения (%), с нормативными значениями этих показателей для механических соединений. Показатель а вычисляют по отношению усилия разрыва к площади сечения соединяемых стержней. Пластичность δр определяется величиной пластической деформации стержней, измеренной после разрушения резьбового соединения. Деформативность - свойство резьбового соединения к деформации, не соответствующей закону пропорциональности. Величину деформативности определяют сравнением диаграмм растяжения резьбового соединения и отдельно испытанного арматурного стержня. Деформативность является следствием выработки при незначительных нагрузках "люфтов", перекосов и других дефектов резьбы. Чем меньше деформативность, тем качественней и прочнее резьбовое соединение. При знакопеременных осевых нагрузках деформативность обращается в амплитуду свободного перемещения элементов резьбового соединения относительно друг друга, что сопряжено с появлением динамической составляющей нагрузки. Чем больше свободная амплитуда, тем больше динамическая нагрузка и меньше сейсмоустойчивость резьбового соединения. Разупрочнение определяется сравнением показателя о резьбового соединения со значением этого показателя о отдельно испытанного арматурного стержня. Практически допускается разупрочнение не превышающее 5%.
Очевидно, что перечисленные характеристики качества резьбового соединения связаны с соотношением основных геометрических параметров муфты и соединяемых стержней.
Основные недостатки указанных выше аналогов предлагаемого технического решения состоят в неопределенности, следовательно - неоптимальности выбора всех геометрических параметров муфты при проектировании и, как следствие, в ограниченной прочности обеспечиваемого такой муфтой соединения стержней.
Техническая задача, решаемая заявляемой полезной моделью, состоит в оптимизации всех геометрических параметров муфты, которая, с одной стороны, облегчает процедуру проектирования, а, с другой стороны, обеспечивает повышение прочности соединения арматурных стержней, обеспечиваемого муфтой. Указанная техническая задача решается за счет существенного признака заявляемой полезной модели, состоящего в конкретном -оптимальном - соотношении геометрических параметров муфты, определяемом диаметром соединяемых стержней.
Классическим видом разрушения резьбового соединения при испытаниях является вырывание стержня из муфты. Это происходит в результате разрушения резьбы стержня возникающими напряжениями среза. Прочность резьбы стержня возрастает при увеличении охвата резьбы. При этом растет число витков и суммарная площадь основания резьбы, на которой возникают напряжения среза. Отрицательным эффектом при увеличении охвата резьбы будет возрастание деформативности.
Наружный диаметр муфты (ДМ) и длина муфты (ДлМ) должны обеспечивать необходимую жесткость ее конструкции, т.е. практически не допускать возникновения деформаций при нагрузках, приводящих к разрушению резьбового соединения.
Статистический анализ результатов испытаний соединительных муфт различных конструкций позволил выявить следующие оптимальные соотношения основных параметров муфт и диаметров соединяемых стержней ДСб (больший диаметр) и ДСм (меньший диаметр):
ДМ выбирается в пределах 1,3-1,5 от большего диаметра стержня (ДСб);
ДлМ - в пределах 4,41-4,85 от большего диаметра стержня (ДСб);
ОРб (охват резьбы со стороны большего диаметра) - в пределах 1,45-1,8 от большего диаметра стержня (ДСб);
ОРм (охват резьбы со стороны меньшего диаметра) - в пределах 1,45-1,8 от меньшего диаметра стержня (ДСм).
Предлагаемые соотношения величин геометрических параметров муфты для соединения арматурных стержней представляют собой существенный признак заявляемого устройства муфты, который обеспечивает достижение указанного выше технического результата - повышение прочности арматурных соединений.
Техническое решение по указанному выше патенту RU 133163 содержит соотношение площади сечения муфты (кольцевое сечение) и стержня с конической резьбой в его самой тонкой части равное 1,1-2,1. Данное соотношение можно использовать для определения наружного диаметра муфты. Однако для определения других важных параметров соединительных муфт (длина, охват резьбы), необходимых для обеспечения требуемых прочностных характеристик, этого соотношения недостаточно.
Использование в предлагаемой полезной модели сформулированных выше соотношений обеспечивает достижение высоких качественных показателей резьбовых соединений в соответствии с нормативными требованиями, в частности - для территорий с повышенной сейсмичностью.
На Фиг. 1 представлена схема соединения арматурных стержней с разными диаметрами посредством соединительной муфты, выполненной из стального стержня шестигранного сечения, и показаны основные конструктивные элементы: 1 - соединительная муфта, 2 - соединяемые арматурные стержни, 3 - коническая резьба.
На Фиг. 1 показаны основные геометрические размеры, соотношение которых обусловливает достижение заявленного технического результата.
Существенное повышение прочностных характеристик соединения арматуры при выборе геометрических параметров муфты в указанных пределах, т.е. достижение заявленного технического результата, подтверждается проведенными натурными испытаниями резьбовых соединений арматурных стержней, соединительные муфты которых спроектированы на основе предложенных соотношений основных параметров: охват резьбы, наружный диаметр и длина муфты в зависимости от диаметра соединяемых стержней. Таким образом, оптимальные значения основных параметров соединительных муфт можно рассматривать как совокупность существенных признаков, достаточных для достижения планируемого технического результата.