Эффективные строительные конструкции и оборудование фирм ЗападаМеханическое соединение арматурных стержней в строительных конструкциях. Опыт США

Большинство методов механического соединения концов арматуры, применяемых в настоящее время в строительстве, обеспечивает соосность соединяемых стержней, прочность соединений и соответствие их строительным нормам (пункт 1) Американского института бетона ("ACI Building Code"). К наиболее распространенным методам или устройствам механического соединения относятся: муфты, заполняемые металлом, раствором или цементным тестом; ковка или штамповка (горячая или холодная); нарезка резьбы на стержнях; фрикционно-зажимное устройство.


Рис. 1. Соединение стержней сжатием фрикционно-зажимным устройством: а - муфта цилиндрическая с фланцами по длине; б - муфта полуцилиндрическая стягивается болтами; в - муфта затягивается заклиниванием.


Рис. 2. Соединение в виде муфты, заполненной раствором: 1 - стержни; 2 - муфта; 3 - раствор.


Рис. 3. Соединение с конической резьбой: 1 - муфта с конической резьбой; 2 - стержень с конической резьбой.


Рис. 4. Соединение стержней периодического профиля, имеющих рисунок поверхностного рельефа в виде крупной накатанной резьбы: 1 - стержень с рисунками в виде крупной резьбы; 2 - стопорная гайка; 3 - муфта.


Рис. 5. Соединение с одновременным использованием штамповки и резьбы: 1 - муфта, установленная штамповкой; 2 - адаптер, установленный штамповкой.


Рис. 6. Соединение арматурных стержней с муфтой, оснащенной резьбой и фланцем, для рабочих швов в бетонных конструкциях.


Рис. 7. Верхняя поперечная раздвижная труба.


Рис. 8. Оборудование верхней поперечной трубы раздвижными втулками.


Рис. 9. Раздвижная труба в основании лестницы.


Рис. 10. Передвижная откидная площадка.

Такие соединения передают растягивающие или сжимающие усилия с одного стержня на другой, в соответствии с чем они и классифицируются. Кроме того, они должны обеспечивать 125% предела текучести металла стержня, предусмотренного нормами.

В США применяют три типа соединения стержней при помощи сжатия фрикционно-зажимными устройствами (см. рис. 1). В двух случаях соединение осуществляется при помощи стальной муфты и болтов. Одна муфта (см. рис. 1а) - цилиндрическая с фланцами по длине, в которые устанавливают болты. Вторая муфта - полуцилиндр (см. рис. 1б), который стягивается скобами, входящими одним концом в прорези муфты, а другим болтами крепится к борту муфты. В третьем случае (см. рис. 1в) муфта затягивается заклиниванием. Цилиндрическая муфта имеет по длине клиновидное отверстие, обрамленное бортами. Клинообразная пластина с загнутыми внутрь кромками надвигается на клиновидное отверстие муфты, удерживаясь кромками за борта, и для полного закрепления забивается молотком. Такие устройства используют для соединения стержней в колоннах. Для полной притирки стержней поверхность их торцов должна быть ровной, для чего стержни обрезают пилой, а угол скоса несущих торцов стержней не должен превышать 3°.

Такие соединения используются только для передачи сжимающего усилия от одного стержня на другой и не могут применяться при ограничении свободного подхода к месту работ или ограниченном пространстве между пучками стержней.

В таких случаях применяют соединения, работающие на растяжение методом заполнения цилиндрической муфты, при котором стержни стыкуют расплавленным металлом. Металл, заполняя пространство между выступами поверхностного рельефа арматуры периодического профиля и снабженной ребрами внутренней поверхностью муфты, застывает, образуя механическое соединение. Длина соединения составляет 17,5 см для стержней №18. При использовании этого метода для стержней, работающих на сжатие, длина соединения должна составлять 7,5 см. Концы стержней должны быть чистыми и сухими и не требуют специальной подготовки. Этот метод дает возможность корректировать неточности и устранять неисправность стыка, но не позволяет визуально наблюдать процесс заполнения муфты и застывания металла, он дорогостоящ, требует обеспечения противопожарной безопасности и мероприятий по охране окружающей среды на месте работ.

Система механического соединения, где используют жидкий строительный или цементный растворы, работает так же, как муфта, заполненная металлом. В этом случае муфта имеет форму двух соединенных в основании усеченных конусов (см. рис. 2). Длина соединения составляет 10-14 диаметров стержня при максимальной диаметре 10 см. Высокопрочный раствор подают в муфту насосом низкого давления.

К недостаткам такой системы относятся громоздкость, специальные требования, предъявляемые к раствору, недостаточная теплостойкость, присутствие химической реакции, большие сроки устройства соединений.

Однако при монтаже сборных конструкций система имеет определенные преимущества, поскольку не требует применения опалубки и ограждения мест соединения при подаче раствора.

Метод механического соединения арматуры, основанный на технологии горячей или холодной штамповки, является развитием методов заполнения муфты металлом или раствором. Метод заключается в блокировании муфты с выступами рельефа арматуры периодического профиля приложением внешнего давления к муфте. Длина муфты (22,5-30 см) обеспечивает требуемое сцепление со стержнем.

При методе горячей штамповки муфту разогревают до температуры 1093,3°С, извлекают из печи и устанавливают на конце стержня, предназначенного для соединения. Затем в муфту вводят конец второго стержня и обжимают его, вдавливая в выступы рельефа обоих стержней гидравлическим прессом. Сжатие муфты при охлаждении увеличивает сцепление и прочность соединения.

При устройстве стыка холодной штамповкой отрезок цельнокатанной трубы помещают в место стыка стержней и обжимают его до тех пор, пока он не примет конфигурацию стержней. Обжатие выполняют экструдинг-прессами массой 54, 94 и 162 кг, в зависимости от размера стержней.

Устройство соединения арматурных стержней штамповкой требует специального громоздкого оборудования. Поскольку муфты и стержни изготовлены из разных материалов и имеют разную степень механической обработки и формовки, необходим дополнительный контроль качества штамповки. Метод не обеспечивает визуальной проверки качества соединения.

Методы заполнения муфт металлом (раствором) и штамповки не позволяют использовать арматурные стержни с эпоксидным покрытием, поскольку физические процессы, протекающие при выполнении соединения, могут вызвать повреждения покрытия. Наиболее известным методом механического соединения арматурных стержней является использование муфт с резьбой. Перед нарезкой или накатыванием резьбы концы стержней зачищают, что ведет к уменьшению площади поперечного сечения и несущей способности стержня. Резьбу наносят в мастерской завода или на строительной площадке, концы арматуры с резьбой следует зачищать от повреждений при транспортировке и перегрузке до завершения стыковки стержней.

В системах с конической резьбой муфта имеет внутреннюю коническую резьбу, а стыкуемые стержни- коническую резьбу на концах (см. рис. 3). Такое соединение обеспечивает быстрое образование стыка и хорошую центровку стержней. Коническая резьба уменьшает срезающее усилие в зоне резьбы и сводит к минимуму концентрацию напряжений, появляющихся при ее нанесении. Стыковка выполняется 4-5 поворотами стержней, после пригонки которых каждый стержень затягивают гаечным ключом с регулируемым крутящим моментом.

Другим типом резьбового соединения является соединение арматурных стержней периодического профиля, имеющих рисунок поверхностного рельефа в виде крупной накатанной резьбы. Соединительные муфты изготавливают с внутренней резьбой, соответствующей резьбе рисунка поверхностного рельефа стержней. Стопорные гайки с каждой стороны муфты защищают соединение от ослабления (см. рис. 4). Стыковку осуществляют насадкой стопорных гаек на каждый стержень, после чего на конец одного стержня навинчивают муфту, а второй стержень вводят в муфту с противоположного конца. Муфта центрируется на концах стержней, благодаря предварительной разметке стержней. После занятия стержнями правильного положения стопорные гайки закручивают гаечным ключом с гидроприводом, создающим крутящий момент 1,4-2,8 кН€м (для стержней максимальных размеров).

При таком методе не требуется нанесения резьбы, не происходит ослабления сечения арматуры и, как следствие, отсутствует потеря прочности.

Метод механического соединения с одновременным использованием штамповки и резьбы (см. рис. 5) позволяет избежать уменьшения полезной площади сечения соединяемых арматурных стержней. Муфта с внутренней резьбой путем холодной обжимки восьмиугольным штампом устанавливается на конец одного арматурного стержня. На конец второго стержня штамповкой устанавливается адаптер с резьбой, соответствующей резьбе муфты. После центровки стержней они привинчиваются друг к другу через муфту и адаптер.

Поскольку прочность материала адаптеров не соответствует прочности материала стержней, для ее компенсации требуется увеличить толщину стенок адаптеров. Для стыковки стержней этой системы необходимо выполнить три операции соединения, что увеличивает затраты труда, а также число слабых зон в системе.

В CШA разработаны специальные механические соединения для использования в рабочих швах при бетонировании, обеспечивающие снижение стоимости опалубки и ускорение процесса распалубки (см. рис. 6). Муфта соединения имеет внутреннюю резьбу и фланец на одном конце, при помощи которого муфта крепится к опалубке болтами или гвоздями.

Основную арматуру или коротыши с резьбой на конце завинчивают с одного конца муфты. После завершения бетонирования на одном участке и установки арматуры на следующем, опалубку удаляют, отсоединив ее от фланца муфты, а в свободный конец муфты вводят стержни следующего участка и бетонируют его. Специальные стопоры внутри муфты позволяют вводить в нее стержни на определенную длину.

В более простой системе соединения для рабочих швов используется только одна операция соединения. Система состоит из двух отрезков арматуры, на конце одного из которых укреплена методом ковки муфта с внутренней резьбой и фланцем. Второй стержень ввинчивается в муфту. Такая система имеет небольшое количество зон разрушения и дает экономию затрат труда. Система полностью изготавливается в заводских условиях и хорошо подходит для стержней с эпоксидным покрытием, поскольку не требует дополнительного их затягивания. Муфту и охватываемый стержень соединяют для нанесения покрытия, а затем разъединяют для монтажа. После сборки место соединения закрашивают.

Приспособления для увеличения безопасности работ на приставных лестницах

В ФРГ, в Дюссельдорфе была представлена конструкция приставной лестницы, которая должна в значительной степени обезопасить работы. Так называемая конструкция Смита-Лимпита или просто конструкция Лимпита состоит из нескольких частей.

Главный элемент - поперечную раздвижную трубу с двумя резиновыми колесиками по концам, устанавливаемую в верхней части лестницы (см. рис. 7), опирают на ровную поверхность, например, при работах на фасаде здания, благодаря чему в значительной степени устраняется соскальзывание в бок и опрокидывание лестницы.

При оборудовании поперечной трубы дополнительно раздвижными втулками с колесиками, расположенными перпендикулярно по ее концам (см. рис. 8), можно выполнять работы на стенах с выступами, карнизах, водосточных желобах и других поверхностях.

В основании лестницы устанавливают раздвижную трубу с расположенными по ее концам Т-образными, поворачиваемыми вокруг ее оси опорами и фиксируемыми в необходимом положении (см. рис. 9).

Такая конструкция опирания позволяет устанавливать лестницу на неровном, наклонном основании или лестничном марше. На направляющих лестницы установлен передвижной бугель для крепления к нему предохранительного пояса рабочего, что зафиксировано в нормах DIN. При подъеме и спуске по подмостям бугель скользит вдоль направляющих, охватывая их, но не задерживая движение (карабиновый крюк опущен). При оттягивании бугеля назад и вниз (например, при падении рабочего), карабиновый крюк автоматически переворачивается и цепляется за ближайшую поперечину лестницы, в результате чего падение (соскальзывание) рабочего с лестницы прекращается.

Возможна установка на подмости передвижной откидной площадки (см. рис. 10).

Приведенные приспособления испытаны и рекомендованы для работы экспертной комиссией в Ганновере.

Все перечисленное оборудование легкосъемное, универсальное, подходит для лестниц всех типов.

Описанные конструкции разработаны и используются в Шотландии, они включены в информационный сборник "Британские советы по безопасности ведения работ". Подобные приспособления используют в ФРГ и Нидерландах.

Применение пробойников Grundomat фирмы "Tracto Technik" для бестраншейной прокладки труб

Фирма "Tracto Technik" представила комплекты оборудования, включающие пробойники Grundomat соответствующего диаметра и мини-компрессор. Комплект предназначен главным образом для прокладки кабельных линий связи и устройства примыкания линий связи к зданиям и сооружениям.

Комплект можно разместить для транспортировки в грузовом кузове типа "комби" легкового автомобиля.

Пробойники Grundomat применили также при укреплении грунтовыми анкерами сползающих опор железнодорожного моста в г. Хам, где в одних опорах толщиной 1,2 м пробурили три отверстия диаметром 15 см, а в других опорах параллельно первым - отверстия диаметром 30 см.

При помощи пробойников от одних опор к другим проложили поливинилхлоридные трубы длиной 100 м, в которые затем ввели анкеры и закрепили их.

Сложность работ заключалась в точности попадания из отверстий одних опор в отверстия других, достигнутая точность была довольно высока. Установлено, что отклонения при работах с пробойниками составляют 0,5%. Средняя скорость продвижения пробойника с трубой составляет 10 м/ч, а на подготовительно-заключительные работы затрачивается несколько часов.

Пробойники укладывают трубы диаметром 400, 500, 600, 800, 1000 и 1400 мм. Используют в основном трубы со спиральными и продольными сварными швами из стали марки ST37, отвечающие требованиям норм DIN 2458.

Евгений МАРГАЙЛИК, инженер и патентовед ВОИР