АНКЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПОЗИТНОГО СТЕРЖНЯ
ANCHOR DEVICE FOR COMPOSITE ROD

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам натяжения стержней из композитных материалов (композитных стержней), в частности для преднапряжения композитной арматуры в бетонных конструкциях.
Известно устройство для закрепления, натяжения и отпуска арматуры (варианты) по изобретению РФ № 2410509, E04G 21/12, опубл. 27.01.2011. Устройство содержит полый корпус, накидную гайку, упорную резьбовую трубу, зажимные губки, выполненные с удлиненной хвостовой частью, имеющей дополнительные кольцевые канавки, выступы конической и цилиндрической формы, дополнительно введены пружинные кольца, пружина, регулировочные гайка и винты, причем пружинные кольца размещены в кольцевых канавках зажимных губок, регулировочная гайка размещена на корпусе, а регулировочные винты установлены в радиальных отверстиях накидной гайки, расположенных в зоне конусности дополнительных кольцевых конических выступов. Во втором варианте исполнения вместо регулировочных винтов применен продольно-разрезной вкладыш, объединенный пружинным кольцом.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и эксплуатации, большие геометрические размеры, возможность раздавливания (перекусывания) композитной арматуры металлическими зажимными губками.
В заявке РСТ №0037749, Е04С 5/12, опубл. 29.06.2000, описано анкерное крепление для углепластикового композитного прутка. Конструкция представляет собой металлическую муфту с отверстием, внутрь которой вставляют композитный пруток. Далее пруток с одного конца расщепляют на две части посредством клина и заливают в отверстие полимерный компаунд, который впоследствии отверждается. Недостатками данной конструкции являются: неразъемность соединения, вследствие которого повторное использование анкера невозможно; снижение прочности стержня вследствие его расщепления, при этом место расщепления становится наиболее слабым местом стержня.
Наиболее близким к предлагаемому решению является анкерное устройство для композитной арматуры по патенту РФ на полезную модель № 109172, Е04С 5/12, опубл. 10.10.2011.
Анкерное устройство для композитной арматуры содержит обжимную муфту с отверстием, выполненным в виде обратного конуса, два вкладыша, в сложенном виде представляющих собой усеченный конус с центральным отверстием, причем вкладыши выполнены из стеклонаполненного полимерного материала. Угол наклона обратного конуса составляет от 2 до 6 градусов относительно центральной оси, а угол наклона вкладышей меньше или равен углу наклона обратного конуса.
Недостатком данной конструкции анкерного устройства является возможность раздавливания композитного стержня у центрального отверстия обжимной муфты. Усилие сдавливания композитного стержня зависит от усилия его натяжения и угла наклона обжимной муфты. Угол наклона обжимной муфты постоянен по всей его длине (высоте), а усилие натяжения композитного стержня меняется от максимального значения у центрального отверстия обжимной муфты до нуля на противоположном конце. Поэтому увеличение усилия натяжения композитного стержня у центрального отверстия обжимной муфты выше определенного значения приводит к раздавливанию композитного стержня. При этом на противоположном конце имеется недостаточное сдавливание (анкерующая способность). Таким образом, основным недостатком данной полезной модели является неравномерное обжатие композитного стержня по длине анкера.
Техническим результатом заявленного изобретения является максимально эффективное натяжение композитных стержней за счет равномерного анкерования и одинакового усилия обжатия его по всей длине.
Технический результат достигается тем, что в анкерном устройстве для композитного стержня, содержащем обжимную муфту с отверстием, две цанги, в сложенном виде снаружи представляющих собой конус со сквозным отверстием, внутренняя поверхность обжимной муфты и боковая поверхность конуса цанг выполнены в виде тангенсоиды вращения. При этом диаметр сквозного отверстия 5 меньше диаметра анкеруемого композитного стержня на 1÷2 мм.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Фиг. 1 - анкерное устройство для композитной арматуры в разрезе.
Фиг. 2 - векторы сил, действующих на композитный стержень и обжимную муфту посредством цанг.
Анкерное устройство содержит металлическую цилиндрическую обжимную муфту 1 с отверстием 2. Внутренняя поверхность обжимной муфты 1 имеет форму тангенсоиды 3 вращения. Стенка последней отполирована. Две цанги 4 выполнены из стеклонаполненного полимера (например, Армлен ПП СВ-10) и в сложенном виде снаружи имеют форму конуса, боковая поверхность которого выполнена также в виде тангенсоиды 3 вращения. В сложенном виде цанги 4 имеют сквозное отверстие 5 под композитный стержень 6 (стеклопластиковый, базальтопластиковый и пр.). При этом диаметр сквозного отверстия 5 меньше диаметра композитного стержня на 1÷2 мм.
Анкерное устройство работает следующим образом. Композитный стержень 6 через отверстие 2 обжимной муфты 1 монтируют в анкерное устройство так, как показано на Фиг. 1. При этом две цанги 4 совмещают плоскими поверхностями, между ними в сквозное отверстие 5 вкладывают композитный стержень 6, пропущенный через отверстие 2 обжимной муфты 1. Цанги 4 фиксируют в обжимной муфте 1 легким ударом, например, молотка, по основанию цанг 4 или путем вдавливания цанг 4, например, домкратом.
Последующее натяжение композитного стержня 6 посредством натяжного устройства (например, домкрата) приводит к дальнейшему втягиванию цанг 4 в обжимную муфту 1, способствуя максимально эффективному анкерованию композитного стержня 6 в анкерном устройстве, чему дополнительно способствует отполированная поверхность тангенсоиды 3 вращения обжимной муфты 1. Кроме того, для лучшего скольжения цанг 4 по поверхности тангенсоиды 3 вращения может быть нанесена смазка, например, графитовая.
На Фиг. 2 показаны векторы сил, действующих посредством цанг 4 на композитный стержень 6 и обжимную муфту 1, где
a - сила обжатия композитного стержня, постоянная величина;
x - сила натяжения композитного стержня, переменная величина по длине анкера;
в - касательная к тангенсоиде;
y - угол наклона поверхности обжимной муфты к центральной оси, образованный касательной в и центральной осью анкерного устройства, переменная величина.
Из условия постоянной силы обжатия а стержня вектор силы обжатия принимаем за постоянную величину, сила натяжения композитного стержня x равномерно уменьшается от места входа композитного стержня в анкерное устройство до его противоположного конца. Другой переменной величиной является угол наклона обжимной муфты у. Из законов тригонометрии вытекает
Из этого уравнения видно, что кривая изменения угла наклона поверхности обжимной муфты к центральной оси имеет тангенциальную зависимость. Рассмотрение векторов сил, показанное на Фиг. 2, демонстрирует, что а - постоянная величина, х меняется равномерно от максимального до минимального значения, а y изменяется в соответствии с описанной выше формулой в пределах от 0 до 90 градусов.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает максимально эффективное анкерование за счет одинакового обжатия по всей длине композитного стержня, что достигается изменением угла наклона поверхности тангенсоиды к центральной оси от 0 до 90 градусов.
При этом достигается равномерное уменьшение натяжения композитного стержня от максимального значения на входе в отверстие 2 до 0 на выходе на противоположном конце.
Для того чтобы усилие обжатия было постоянным, при уменьшающемся усилии натяжения стержня, необходимо изменять угол наклона поверхности обжимной муфты к центральной оси.
В дальнейшем анкерное устройство может быть разобрано для последующего использования. Цанги можно использовать до 10 раз (изготавливают, например, методом литья на термопластавтомате), а обжимную муфту используют многократно в течение длительного времени.
Предлагаемое техническое решение является простым по конструкции, технологичным в изготовлении и эксплуатации.
Таким образом, это техническое решение обеспечивает достижение заявленного технического результата: максимально эффективное натяжение композитных стержней за счет равномерного анкерования и одинакового усилия обжатия его по всей длине.
Опытная эксплуатация показала практическую применимость заявляемого анкерного устройства для преднатяжения композитной арматуры при изготовлении, например, армобетонных опор контактной сети.