УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНКЕРОВКИ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ
DEVICE FOR ANCHORING COMPOSITE REINFORCEMENT

Изобретение относится к области строительства, а именно к оборудованию для производства предварительно напряженных строительных конструкций, в частности к устройствам для анкеровки концов арматуры, используемой при армировании конструкций из дерева, железобетона, поли-мербетона с целью создания предварительного напряжения.
Известны конструктивные решения устройств для анкеровки композитной, например, (стеклопластиковой, базальтопластиковой) арматуры, используемой для армирования строительных конструкций (см., например, SU 545733 A1, 05.08.77; SU 669031 A1, 25.06.79; SU 1222788 A1, 07.04.1986; SU 522313 A1, 25.07.76). Эти устройства состоят из корпуса с коническим отверстием, в которое установлены разновидности конических клиньев с арматурными стержнями.
Однако такие технические решения не обеспечивают гарантированной надежности анкеровки арматуры в устройстве по причине неравномерного обжатия стержней по длине, так как заанкеривание стержней первоначально осуществляется путем приложения к коническим клиньям внешнего впрессовочного усилия для заклинивания концов арматуры. Причина в том, что поверхность композитной арматуры образована матрицей из эпоксифенольного связующего и волокнистых нитей из низкомодульного материала. Наружная поверхность стержней после полимеризации связующего формируется неровной, шероховатой, имеют некруглую форму сечения и большой разброс в размерах сечения, что ухудшает условия анкеровки. В процессе сборки анкерного устройства с арматурным пучком выполняют принудительное заклинивание конических клиньев, впрессовочное усилие способствует заклиниванию концов арматуры. Арматурные стержни подвергаются неравномерному обжатию, в результате в пучке напрягаемой арматуры часть стержней будет недонапряжена до контролируемой величины, а оставшаяся часть стержней окажется перенапряженной. Эффект создания ожидаемого предварительного напряжения в строительной конструкции ставится под сомнение.
В известном устройстве для закрепления пучков арматуры, включающем корпус обоймы с отверстием, в котором установлены промежуточные детали, образованные из отдельных клиновидных секторов и обжимных пластин, арматурные стержни подвергаются равномерному обжатию по длине анкеровки (SU 626179 A1, 30.09.78).
Такое техническое решение позволяет надежно анкеровать концы напрягаемой арматуры. Однако использование таких устройств для одностороннего натяжения и крепления пучков арматуры в строительной конструкции является недостатком данного устройства по причине ограниченного применения.
Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является устройство для закрепления пучка арматуры, включающее корпус с внутренним коническим отверстием в котором размещен составной клин, выполненный из секторов, имеющих пазы для арматуры на боковых плоскостях (SU 522313 A1, 25.07.76). Сектора клина перемещаются вдоль оси конусного отверстия с арматурными стержнями путем приложения внешнего впрессовочного усилия до тех пор, пока они не будут зажаты. После этого осуществляется натяжение стержней.
Однако использование таких устройств для создания предварительного напряжения в пучке арматуры и крепление их в строительной конструкции является недостатком по причине неконтролируемости полноты степени обжатия концевых участков стержней по длине анкеровки. Конструктивное исполнение устройства является сложным и многодельным.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности анкеровки композитной арматуры за счет увеличения сил трения в пазах и удобства ее закрепления, а также упрощение сборки и разборки анкерующего устройства.
Технический результат достигается за счет принципиального изменения корпуса самого устройства, позволившего применить принцип «дробности» обжатия стержней арматуры по длине анкеровки, способствующий поэтапному равномерному приложению усилия обжатия и тем самым увеличить коэффициент трения в пазах, повышению надежности крепления концевых участков арматуры в самом устройстве, а также значительно упростить процесс сборки и разборки анкерующего устройства, снизить его вес.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в устройстве для анкеровки композитной арматуры, содержащем корпус с коническим отверстием, в которое установлен конический составной клин, состоящий из секторов, имеющих на боковых плоскостях продольные пазы, корпус выполнен телескопическим, состоящий из отдельных конических тонкостенных колец, при этом конические кольца выполнены с продольными сквозными прорезями на концевом участке большого основания, а толщина стенок выполнена с переменным сечением по высоте. Кроме этого сектора конического клина выполнены из композитного фрикционного высокопрочного материала.
Выполнение корпуса телескопическим, состоящим из отдельных конических тонкостенных колец, позволяет получить в сравнении с известным техническим решением новые свойства, заключающиеся в использовании принципа «дробности» обжатия стержней арматуры по длине анкеровки, поэтапно и равномерно по длине прикладывать усилия обжатия; также благодаря выполнению продольных сквозных прорезей на концевом участке большого основания конических колец и переменного сечения по высоте стенок колец создаются дополнительные свойства, усиливающие степень локального обжатия арматурных стержней, а выполнение обжимных секторов конического клина из композитного фрикционного высокопрочного материала позволяет увеличить коэффициент трения в пазах, тем самым улучшить условия анкеровки, исключить в арматурном пучке возможное одиночное проскальзывание стержней и их недонапряжение при растяжении.
На фиг. 1 изображено анкерное устройство с пучком арматуры, общий вид; на фиг. 2 - разрез Α-A на фиг. 1; на фиг. 3 - коническое тонкостенное кольцо, общий вид; на фиг. 4 - вид А на фиг. 3, вариант выполнения тонкостенного конического кольца; на фиг. 5 - вид Б на фиг. 3, вариант с переменным сечением стенки кольца; на фиг. 6 - разрез Б-Б по стенке кольца на фиг. 5.
Устройство для анкеровки арматуры содержит корпус 1, который взаимодействует с полым коническим составным клином 2. Корпус 1 выполнен телескопическим из отдельных конических тонкостенных колец 3. Коническое кольцо 3 может быть выполнено с продольными сквозными прорезями 4 на концевом участке большого основания и с переменным сечением стенки по высоте кольца 3. Корпус 1 устройства выполнен с двумя ребрами жесткости, установленных в торцевой части корпуса 1 по концам. Нижнее кольцевое ребро 5 жесткости закреплено в верхнем основании первого конического кольца 3, а верхнее ребро 6 крепится к нижнему основанию последнего конического кольца 3. Сектора 7 конического составного клина 2 могут быть выполнены из композитного фрикционного высокопрочного материала.
Сборку устройства для анкеровки композитной арматуры производят следующим образом. Композитную арматуру, по крайней мере из четырех, либо восьми стержней 8 объединяют в пучок на концевом участке при помощи секторов 7 конического составного клина 2. Последовательность сборки производят таким образом, чтобы корпус 1 в сложенном виде (кольцо в кольце) свободно одевался на концевой участок пучка стержней 8, затем концы стержней 8 запасовывают в пазы конических секторов 7 клина 2,причем последовательность сборки конических секторов 7 осуществляют при помощи временной формообразующей оснастки в виде, например, деревянного усеченного конуса (не показано), затем на образовавшийся сформированный составной конический клин 2 надвигают корпус 1 таким образом, чтобы ребро 5 жесткости первого нисходящего конического кольца 3 совместилось с концевым торцом конического составного клина 2. Придерживая за ребро 5 нисходящего кольца 3 осуществляют трансформирование оставшихся колец 3 вдоль составного клина 2 за другое верхнее ребро 6 жесткости последнего конического кольца 3. Телескопическая трансформация обжимных конических колец 3 осуществляется преимущественно путем взаимной раздвижки ребер 5 и 6. Требуемое усилие раздвижки ребер 5 и 6 зависит от прикладываемого продольного усилия предварительного напряжения в арматурном пучке с учетом дополнительного действия внешних силовых факторов, а также закона изменения поперечного давления по длине анкеровки стержней 8. Продольные прорези 4, а также переменное по высоте сечение стенок колец 3 необходимо выполнять до начала использования устройства для создания предварительного напряжения в арматурном пучке стержней 8, в зависимости от количества в устройстве и требуемой степени их обжатия для надежной анкеровки, чтобы не было проскальзывания стержней 8. После завершения сборки устройства и выполнения требуемого обжатия секторов 7 и заанкеривания стержней 8 формообразующую оснастку в виде, например, деревянного усеченного конуса удаляют из полости составного конического клина 2, а пространство полости заполняют, например, монтажной пеной (не показано).
Устройство для анкеровки композитной арматуры работает следующим образом. Для надежного анкерного ее закрепления необходимо осуществлять ее обжатие в радиальном, тангенциальном и продольном направлениях. Обжатие стержней 8 осуществляется секторами 7 составного конического клина 2 при трансформировании конических колец 3 с помощью ребер 5 и 6, которые перемещаются во взаимно противоположном направлении относительно сформированного конического составного клина 2. Перемещение ребер 5 и 6 можно осуществлять известными способами с использованием, например, домкрата (не показано). Так, например, кольцевое ребро 5, закрепленное с первым нисходящим кольцом 3, фиксируется известным способом (не показано), затем прикладывают усилие перемещения к верхнему ребру 6 жесткости, которое закреплено у основания последнего конического кольца 3 и таким образом осуществляется взаимная раздвижка ребер 5 и 6 жесткости, которая приводит к телескопическому трансформированию конических колец 3 и последовательному равномерному по длине устройства обжатию секторов 7 с арматурными стержнями 8. При таком способе обжатия арматурных стержней 8 значительно повышается коэффициент трения в пазах между секторами 7 и стержнями 8. Увеличенный коэффициент трения и предварительные силы обжатия препятствуют продольной подвижке стержней 8 в устройстве. Прикладываемое усилие раздвижки двух ребер 5 и 6 влияет на величину обжатия стержней 8 коническими кольцами 3 в радиальном, тангенциальном и продольном направлениях, при этом усилия обжатия не должны превышать основных физико-механических характеристик композитной арматуры на поперечное сжатие, так, например, для высокопрочной стеклопластиковой арматуры нормативное сопротивление поперечному обжатию составляет Rcп=400 МПа (см. Фролов Н.П. Стеклопластиковая арматура и стекло-пластбетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1980, с. 46). От конструктивного решения конического составного клина 2 и материала обжимных секторов 7 зависит надежность и длина анкеровки стержней 8. В секторах 7, выполненных из композитного фрикционного высокопрочного материала, коэффициент трения в пазах значительно возрастает, между контактирующими телами возникают силы адгезии. Для стеклопластиковой арматуры значение коэффициента трения находится в пределах 0,3-0,7 при контакте с такими материалами, как, например, в паре с металлом μ=0,3, а с древесиной μ=0,7 (см. Кулиш В.И. Совершенствование несущих конструкций пролетных строений автодорожных мостов, напряженно армированных стеклопластиковой арматурой. Докт. диссерт. Санкт-Петербург, 1993, с. 17; с. 32). При использовании для конического составного клина 2 обжимные сектора 7 из композитного фрикционного высокопрочного материала коэффициент трения будет превышать 1 (μ>1), это означает о наличии сил адгезии.
После выполнения процесса анкеровки концевых участков композитной арматуры в устройстве осуществляют предварительное напряжение всего пучка стержней и фиксирование в строительной конструкции (не показано) известными способами, позволяющими значительно увеличить надежность предварительного напряжения строительной конструкции.
Композитные арматурные стержни имеют некруглую форму сечения и разброс в размерах сечения по длине, что ухудшает условия анкеровки, снижается надежность. Неконтролируемость полноты степени обжатия концевых участков стержней по длине анкеровки в устройстве приводит к недостаточному по надежности закреплению стержней из-за возможного проскальзывания и повреждения арматуры при ее натяжении. Стержни в арматурном пучке подвергаются неравномерному предварительному напряжению в процессе растяжения до контролируемой величины, так как часть стержней будет недонапряжена, а оставшаяся часть стержней окажется перенапряженной. Причиной неконтролируемости полноты степени обжатия концевых участков стержней в устройстве является способ заклинивания, радиального обжатия, тангенциального трения. Корпус 1 устройства, выполненный телескопическим из отдельных конических колец 3 позволяет применить принцип «дробности» последовательного обжатия стержней 8 по длине анкеровки, способствует поэтапному равномерному приложению усилия обжатия, тем самым увеличивать коэффициент трения в пазах между стержнями 8 и пазом обжимных секторов 7. Выполнение на концевых участках конических колец 3 продольных сквозных прорезей 4 и переменное сечение стенок по высоте позволяет дополнительно увеличивать обжатие стержней в пазах секторов 7. Благодаря выполнению секторов 7 конического составного клина 2 из композитного фрикционного высокопрочного материала, устройство приобретает дополнительные преимущества в сравнении с известными техническими решениями - повышение коэффициента трения в пазах обжимных секторов 7.
Изобретение позволяет повысить и длительно сохранять эффект обжатия строительных конструкций благодаря надежности анкеровки пучка стержней из композитного высокопрочного низкомодульного материала в разработанном телескопическом корпусе устройства, состоящем из отдельных конических тонкостенных колец и конического составного клина из композитного фрикционного высокопрочного материала.