CC BY
396
УДК. 539.3:620.012
Й. Й. ЛУЧКО (Львiвський державний аграрний ушверситет), А. Я. ПЕНЦАК, Р. Я. ПЕЛЕХ (ТзОВ «Ф1рма Термтг», Льв1в)
КОНСТРУКЦ1Я ТА РОЗРАХУНОК З'СДНАННЯ АРМАТУРНИХ СТЕРЖН1В ОБТИСКНИМИ ВТУЛКАМИ
У робот розглянуто проблему з'еднання високомщно! вуглецево! i термомехатчно змщнено! арматури. Проведено аналiз результапв попереднiх дослвджень i3 свггово! практики. Запропоновано конструкцш з'еднання та проведет дослвдження балкових залiзобетонних елементiв, армованих з'еднаною арматурою, на мiцнiсть, трщиностшшсть та деформаци. Цi дослвдження показали доцшьшсть такого з'еднання та на-дiйну працездатнiсть залiзобетонних конструкцiй, армованих з'еднаною арматурою.
В работе рассмотрена проблема соединения высокопрочной углеродной и термомеханически упрочненной арматуры. Проведен анализ результатов исследований из мировой практики. Предложено конструкцию соединения и проведены исследования балочных железобетонных элементов, армированных соединенной арматурой, на прочность, трещиностойкость и деформации. Эти исследования показали целесообразность такого соединения и надежную работоспособность железобетонных конструкций, армированных соединенной арматурой.
The problem of connection of high-strength carbon and thermomechanically strengthened reinforcements is considered in the paper. The analysis of results of previous investigations from world practice is conducted. The construction of connection is offered and the research of the beam reinforced concrete elements reinforced by the combined reinforcement on durability, crack-durability and deformations is conducted. This research showed the expedience of such a connection and reliable working capacity of the reinforced concrete constructions reinforced by the combined reinforcement.
Проблема та н актуальшсть. На сучасному етат розвитку будiвельноi iвдустрiI широко використовують збiрнi та монолит затзобе-тонш конструкци мостових та транспортних споруд, армоваш високомщною стержневою арматурою рiзних клашв мщносп. Для арму-вання бетону в основному застосовують стерж-ш термомехашчно змщнено! арматури стандартно! довжини 12 м класу А400С; А600; А800С з перюдичним профшем. Потреба у такш арма-турi по кра!ш становить сотш тисяч тонн. Крiм того, на бущвельних шдприемствах Укра!ни складуеться значна кшьюсть (до 20 % вщ виро-бництва арматури) стержнево! арматури вказа-них класiв нестандартно! довжини за одночасно юнуючого гострого дефщиту тако! сталi.
У вггчизняному будiвництвi, починаючи з п'ятдесятих роюв минулого столiття, для мало-мiрноI арматури перiодичного профiлю вико-ристовували трудомiсткi i енергоемнi зварнi стиковi або напускнi з'еднання. Однак термомехашчно змщнена сталь арматури класу А600С, А800С (а, = 1100 МПа) мае суттевий
для виробництва недолш - погано зварюеться, тобто зварш з'еднання iз не! не задовольняють експлуатацiйним вимогам для арматури цього класу. Тому з'еднаш так стержш нестандартно! довжини можна використовувати як арматуру
класу А400 iз заниженою розрахунковою мщ-нiстю, а, = 600МПа .
Враховуючи це, iнженери та вченi розроб-ляли та впроваджували альтернативнi способи з'еднання маломiрноI арматури. До найпоши-решших належать з'еднання арматури за допо-могою рiзьбовоi втулки. Суть цього способу полягае в тому, що кшщ стержнiв обточують i нарiзають рiзьбу вiдповiдного дiаметра. Потiм на арматуру накручують втулку з внутршньою рiзьбою, завдовжки приблизно 100 мм (довжи-на змiнюеться залежно вщ дiаметра арматури), з'еднуючи стержнi мiж собою. Цей спосiб мае досить суттевi недолiки: складнiсть обробки кшщв арматурних стержнiв (обточування, ви-готовлення втулки з внутршньою рiзьбою), а також створення додаткових концентраторiв напружень внаслiдок нарiзання рiзьби.
У наш час особливо поширений перехiд на ушфшовану зварювану арматурну сталь з ме-жею текучостi аТ > 500 Н/мм2 (А500С i В500) зaмiсть менш мiцноi i прше зварювано! арматури класу А-111 (А400) з межею текучостi аТ > 400 Н/мм2. До 2005 р. вс метaлургiйнi заводи Укра!ни, Росii, Бiлорусi, Молдови i Лaтвii - виробники арматури перюдичного профiлю -осво!ли масове промислове виробництво тер-
момехашчно змщнено! стержнево! арматурно! сталi класу А500С, А600С дiаметром 6...40 мм за СТО АСЧМ 7-93 i холоднодеформовано! сталi того ж класу мщносп дiаметром 4.. .12 мм, що позначаеться як В500С.
Головними причинами необхщносп повно! замiни арматури класу А-111 (А400) на арматур-ну сталь класу А500С та iншi е:
• вiдсутнiсть крихких руйнувань власне арматури та !! зварних з'еднань, виконаних ду-говим зварюванням, за рахунок низького (до 0,22 %) вмюту вуглецю i структури «природного композиту», що одержуеться в результат термомехашчного змiцнення у потощ прокату сталi класу А500С;
• значна (до 22 %) економiя стал за рахунок бшьш високо! меж текучостi стал класу А500С;
• унiверсальнiсть використання, що дозво-ляе за рахунок високо! пластичносп в поеднан-ш з високою межею пружностi i низькою соб> вартiстю, використовувати !! у всiх видах арма-турних виробiв як робочу, так i конструктивну i навiть попередньо напружену арматуру.
Аналiз результатiв попереднiх досл^ джень. Перехiд на арматуру класу А500С (В500С), А600С, Ах-1У, А-У, Ах-У, Ах-У1 та !х з'еднання детально дослiджено у працях [1-20]. Дiючi нормативнi документи ТСН 102-00, СП 52-101-2003 та iншi нормативы документи [21-32] дозволяють виконувати проектування або будiвництво всiх без виключення будiвель i споруд в районах з розрахунковою зимовою температурою до -50 °С включно при звичай-них, динамiчних i вiбрацiйних навантаженнях з використанням цих сталей як робочо! або конструктивно! арматури у вигщщ цiлих стержнiв або зварних виробiв.
Деякi статистичнi данi про мехашчш влас-тивостi сталi класу А500С дiаметром 6...40 мм [1, 4] i мiцнiсть зварних з'еднань, виконаних дуговим зварюванням, наведет в [4, 5].
За вшм комплексом мехашчних властивос-тей, витривалостi, зчепленню з бетоном i зва-рюванiстю ця арматурна сталь вщповщае нормам европейських стандарта БК 10080-2005, Б8 4449-2005 та iн.
1ншою найважлившою проблемою е стику-вання арматури як для монол^ного затзобето-ну, так i для довгомiрних збiрних залiзобетон-них конструкцiй. Тут можна розглядати три способи з'еднання: внапуск (без зварювання), дугове зварювання або мехашчш з'еднання [15, 16, 17, 20-33].
В Укра!ш, як i в кра!нах СНД та в багатьох кра!нах свiту, дотепер загальноприйнятим способом з'еднання арматури на монтаж було зва-рювання: ручне дугове протяжними швами, внапуск i з накладками, ванно-шовне та з бага-тошаровими швами на сталевш скобi-накладцi, а також дугове навхрест.
Для стикування арматурно! стал класу А500С цi види дугового зварювання можуть використовуватися практично без обмеження, але вимагають значно! витрати електроенергi!' i трудовитрат, а також жорсткого систематичного контролю.
Треба зважити на те, що бшьшють великих аварш залiзобетонних конструкцш у процесi !х будiвництва вщбулися саме через використання дугового зварювання гарячекатано! сталi класу А400 (А-111), переважно марки 35ГС при вмсп вуглецю i марганцю в нш на верхнiй межi до-пускалися за ГОСТ 5781.
Тому використання з'еднання при монтаж для арматури класу А400 (А-111) термозмщне-них та високовуглецевих арматурних стержнiв не рекомендуеться. Як вказувалося вище, зва-рювання вимагае контролю як початкового ме-талу, так i якостi виконання з'еднань i !х мщносп, при цьому для контролю ванно-шовного зварювання необхiдно використання неруйшв-них методiв, зокрема ультразвукову дефекто-скотю [34, 35], що значно здорожуе роботи на влаштування стикiв. Напуск завдовжки вiд 200 до 400, залежно вiд умов роботи арматури i кiлькостi стикiв в одному перерiзi, призводить до втрати вщ 3,5 до 27 % арматури при !! дiаме-трах вщ 10 до 40 мм i довжинi стержнiв, що стикуються 6,0 м. При цьому найбiльшi втрати металу мають мiсце при стикуванш стержнiв великих дiаметрiв: 32... 40 мм - вщповщно до 22... 27 %. Проте проблема цим не обмежуеть-ся. Для гарантп мiцностi таке з'еднання вимагае значно! витрати поперечно! арматури, а мшма-льш величини об'емного армування повиннi складати, наприклад, при мiцностi бетону 42,3 i 31,5 Н/мм2 не менше 0,01...0,016 [3, 32, 33], тобто при стикуванш внапуск стержшв великих дiаметрiв загальш втрати металу можуть складати до 40 %. Крiм того, використання з'еднань внапуск для стикування арматури великих дiа-метрiв призводить до обмеження об'ему для бетону у зош стику i небезпеки зниження реально! мщносп залiзобетонного елементу, що особливо небезпечно в колонах i iнших стисну-тих у стадi! експлуатацi! залiзобетонних елеме-нтах з невеликим поперечним перерiзом.
1дея стикування високомщних термомехаш-чно змщнених арматурних стepжнiв мехашч-ним способом за допомогою обтискних втулок (обойм, гшьз) виникла нaпpикiнцi 80-х роюв на заводах Днiпpопeтpовськa та Зaпоpiжжя. На цих заводах назбиралось багато арматури нестандартно! довжини, а ïï стикування за допомогою зварювання суттево знижуе мiцнiсть (до 40 %), що е дуже значними втратами. Ця проблема дуже актуальна i при армуванш довгом> рних констpукцiй (мостових, стояюв лiнiй еле-ктропередач та ш.) як монолiтниx, так i збip-них.
На основi звернень кepiвникiв зaводiв та бу-дiвeльниx оргашзацш була сформована шсти-тутами 1ЧМ НАН Укpaïни i ФМ1 НАН Укpaïни програма «Розробка мeтодiв забезпечення дов-готpивaлоï мiцностi, коpозiйноï стшкост пре-сованих з'еднань арматурних стержшв у зал> зобетонних конструкщях» ПС.008.93, за якою безпосередньо за участю автора та пiд його ке-piвництвом у 1990-1996 pp. було дослщжено мiцнiсть, тpiщиностiйкiсть та деформатившсть зaлiзобeтонниx балкових eлeмeнтiв, що армо-вaнi з'еднаною арматурою методом обтиснення втулок при короткочасних та довготривалих навантаженнях, коpозiйнa стiйкiсть пресованих з'еднань арматурних стержшв у piзниx агреси-вних середовищах [6].
Рiзнi аспекти цих дослщжень описaнi та опублшоваш у багатьох працях [7-13, 15-17, 19, 20]. Зокрема розрахунок фiзико-мexaнiчниx, геометричних та силових пapaмeтpiв, iмовipно-стi утворення дeфeктiв у обоймi i apмaтуpi на стику арматури i обойми розглянут у працях [6, 7, 11], а дослщження арматурного прокату iз серповидним профшем на витpивaлiсть та вто-мну мiцнiсть з'еднань арматурних стepжнiв д> аметром 10, 12, 14, 16 мм та клашв високомщ-но1' арматури AT-IV, AT-V, AT-VI, AT-VII, А500С i А600С обтискною втулкою наведено у працях [7, 14, 18, 19]. На даний час розроблеш методичш рекомендаци зi з'еднання арматурних стержшв обтискними втулками [21] та тех-шчш умови з'еднання стержшв арматурних обтискними втулками [22] та стандарт оргаш-зацп Украши (СОУ) [23].
Конструкцп з'еднань. Головним е експлуа-тaцiйнa безпека будiвлi. Тому в бiльшостi краш свiту, у тому числi у Великобритании США, Нiмeччинi, Росiï та Украш для стикування арматури дiaмeтpом 10... 40 мм використовують мехашчш з'еднання, що гарантують нaдiйнiсть споруди, як описaнi у працях [32-39] та пока-зaнi на рис. 1-10.
Мехашчш з'еднання, за умов ïx роботи в за-лiзобeтонниx констpукцiяx i залежно вiд вимог, що пред'являються до ïx мщносп на розтяг i стиск, подшяються на pозтягнутi i стиснутi контактна Розтягнутi стики можуть використову-ватися в зaлiзобeтонниx констpукцiяx з розра-хунковими опорами розтягу i стиску за норма-тивними документами для арматури вщповщ-них клашв.
Стиснутi контактш стики можуть викорис-товуватися тшьки для зaлiзобeтонниx констру-кцiй, арматура яких у стaдiï eксплуaтaцiï стиснута, i на розтяг не розраховуються. ïx розра-xунковi опори стиску приймаються за нормати-вними документами для арматури вщповщних клаав.
Мiцнiсть, дeфоpмaтивнiсть i плaстичнiсть розтягнутих мехашчних з'еднань арматурно1' стaлi на розтяг повинш вiдповiдaти нормам та даним, як нaвeдeнi у працях [21-23, 36]
За способом виготовлення мехашчш з'еднання подшяються на:
• впресоваш, створюваш шляхом багато-разового або одноразового поперечного обтис-ку або протяжки з'еднувально1' втулки (муфти) (рис.1-4, 10);
• гвинтов^ у тому числi стepжнi спеща-льного гвинтового пpофiлю, якi створюються шляхом накручування муфти i контргайок з piзьбою на гвинтовий пepiодичний профшь стepжнiв (рис. 3), що з'еднуються, i стержш будь-якого пpофiлю з piзьбою на кiнцяx (рис.5а, 5b; 6), як створюються шляхом накру-чування муфти на кiнцi стержшв, що з'еднуються, iз зaздaлeгiдь зробленою piзьбою ;
• болтовi, створюваш шляхом закручу-вання болтiв, розташованих на бiчнiй повepxнi муфти (рис.7; 8а, b, с).
За конструкщею мexaнiчнi з'еднання подi-ляються на:
• стандартш, що використовуються для з'еднання стержшв одного дiaмeтpу, коли хоча б один стержень може вшьно обертатися (рис. 3);
• перехщш, використовуються для з'еднання стержшв piзниx дiaмeтpiв (рис. 6);
• позицшш, коли жоден iз стepжнiв, що з'еднуеться, не може вiльно обертатися (рис.5с; 8d; 9);
• монтажш, для з'еднання арматурних стepжнiв з профшем або пластиною з викорис-танням зварювання.
Мехашчш з'еднання можуть застосовувати-ся для стикування стержшв арматури дiaмeт-ром 12...40 мм клаав А500С за СТО АСЧМ
7-93, А400 (А-III), А600 (A-IV) i А800 (A-V) за ГОСТ 5781; Ат600 (At-IV) i Ат800 (Ат -V) за ГОСТ 10884.
Потр1бно також вщзначити досвщ [2] стику-вання i анкерування попередньо напружено! стержнево! арматури класiв А600 i Ат800 за допомогою впресованих муфт завдовжки всьо-го 40 в умовах заводiв ЗБВ. У 2004 р. Асоща-цiею «Залiзобетон» випущеш «Рекомендацп з механiчних з'еднань арматурно! сталi для зат-зобетонних конструкцш», що рекомендуються Держбудом Росi! для широкого використання [27-29].
Рис.1. Принципова схема втулкового з'еднання:
1- арматурний стержень; 2 - обтискна втулка; 3 - пуансон
Рис.2. Пристрш для з'еднання арматурних стержшв:
1 - робоча головка; 2 - верхнш пуансон; 3 - стальна втулка; 4 - кшщ стержшв арматури; 5 - нижнш пуансон; 6 - верхня опорна плита; 7 - шток; 8 - колони; 9 - силовий пдроцилшдр; 10 - нижня опорна плита; 11 - перехвдна вставка
ъ ----1----- Ч\ \i, \L
j\ j\ j\ .
т\ т\
——^——
I >■ I >-■ |.
Рис.3. Гвинтовi з'еднання арматурно!' сталi перiодичного профшю:
а - розтягнений; b - стиснений контактний стик
Рис.4. Запресований стик арматури, виконаний на будiвельному майданчику на мобiльному облад-нанш багаторазовим поперечним деформуванням з'еднувально! муфти промiжками:
а - загальний вигляд; b - з'еднувальна муфта для запресування стикiв
Гт
е
Рис.5. З'еднання арматурних стержнiв виробництва фiрми «ERICO»:
a - стандартне з'еднання з кошчною рiзьбою типу А12; b - позицшне з'еднання стержшв з конусною рiзьбою типу Р13; c - загальний вигляд з'еднання типу Quick Wedge; d, e -схема з'еднання стержшв Quick Wedge; f -апарат для влаштування з'еднання Quick Wedge;
Рис.6. Перехвдне з'еднання BARTEC виробництва фiрми «DEXTRA»
Рис.7. З'еднання Speed Sleeve
a
b
c
Рис.8. З'еднання арматурних стержшв ф1рм США:
а, b, с - за допомогою фрикцшно-затискних пристрогв; d - за допомогою муфти, заповне^ розчином;
b
Рис.9. З'еднання арматурних стержшв системою Zap Screwlock System:
а - в стик; b - в напуск
Рис.10 З'еднання арматури ф1рмою «Следящие тест-системы» (Рос1я):
а, b - вигляд арматурного стику муфтами ; с - пдравл1чний прес для стикування арматури;
Лaбоpaтоpiею арматури НД1ЗБ pозpоблeнi Тexнiчнi умови i проведеш сepтифiкaцiйнi ви-пробування мехашчних впресованих з'еднань (ТОВ «Спрут»), гвинтових з конусною piзьбою («Еpiко-Лeнтон») i з цилвдричною piзьбою («Бартех-Декстра»), номери сертифшаив сис-
теми «Мосстройсертификация» вщповщно RU.MCC.190.620.2.nP.11647; Яи.ЫСС.190.620.5.ПР.3.10884; RU.MCC.190.620.5.nP.11020.
Вapтiсть мехашчних з'еднань для розтягну-toï у стади eксплуaтaцiï арматури спiвмipнa з вартютю арматури, яка мае перевитрати при використанш з'еднань на зашморг, але нижче вapтостi стикiв, виконаних ванним або ванно-шовним зварюванням, а трудовитрати на буд> вельному об'ект нижчi, нiж при будь-якому видi зварювання. Так, тpивaлiсть стикування розтягнутого стику опресовуванням арматури на устаткуванш фipми «Спрут» складае близько 20 хв., а виготовлення гвинтового з'еднання фipми «Лентон» з конусною piзьбою - менше 10 хв.
Вартють стиснутих контактних з'еднань ю-тотно нижче за рахунок менших довжин муфт i можливостi використання клинових i шших нaйпpостiшиx пристро1'в [36]. Разом з тим, при використанш мехашчних з'еднань потpiбнa шдготовка арматури, наприклад, обов'язкове торцювання стepжнiв для стиснутих контактних стиюв, нapiзкa або накатка piзьби на тор-цях арматурних стepжнiв при piзьбовиx з'ед-наннях i ïx затягування динамометричним ключами з певним зусиллям i тлн. Словом, це ш-ший, бiльш високий piвeнь технологи, що вимагае яюсного виконання комплексу шдго-товчих зaxодiв i роб^ безпосередньо на об'ектi.
У лаборатори арматури НД1ЗБ були дослi-джеш зaлiзобeтоннi елементи з деякими видами мехашчних з'еднань, що згинаються i стиснуть Встановлено, що при вщповщност з'еднувальних елеменпв вiдповiдним нормам i точному виконанш тexнологiчного регламенту мщшсть зaлiзобeтонниx eлeмeнтiв з такими з'еднаннями арматури не в^^знялася вiд мщносп aнaлогiчниx зaлiзобeтонниx eлeмeнтiв iз суцiльними стержнями - стержнями без стику. Щ дослiджeння в мipу можливостi будуть про-довжeнi i на шших видах з'еднань.
Встановлено, що використання мехашчних з'еднань eкономiчно виправдане при викорис-товувaннi арматури дiaмeтpом 25.40 мм i у будь-якому випадку забезпечуе бiльш високу надшшсть зaлiзобeтону, пepeвipeну бaгaтоpiч-ною практикою шших краш [30, 32-34].
Як бачимо в Украш проведеш серйозш до-слiджeння в цьому напрямку, отpимaнi патенти [15, 17], згадаш тexнiчнi умови та стандарт за-свiдчуе про високий науковий piвeнь розробки в цьому напрямку.
а
с
а
а
b
Числове розв'язування осесиметричнот задачi з'еднання арматурних стержшв пру-жною обтискною втулкою. Великогабаритш конструкцп часто потребують укршлення чи армування за допомогою дуже довгих стержшв. Технолопчно такi стержш виготовляються з окремих кускiв арматури, та !хне з'еднання е важливим виробничим завданням. 1снуючий метод такого з'еднання за допомогою зварю-вання не е досконалим для високовуглецево! арматури, оскiльки при накладаннi i подальшо-му зварюваннi втрачаеться частина поперечного перерiзу арматури, тобто мщшсть з'еднання за недостатньо добро! зварюваносп може бути значно заниженою.
У данiй роботi за допомогою числового мо-делювання обгрунтовуеться технолопя iншого способу механiчного з'еднання арматури за допомогою накладання на стержш пружно! цил> ндрично! обтискно! втулки.
Нижче наведемо основнi даш з'еднання арматурних стержнiв обтискною втулкою, яю по-кладенi в основу цього методу з'еднання. На рис. 11 представлено розрахункову схему з'еднання.
1. Розглядаеться задача теори пружносп про обтискання за допомогою навантаження Р спiвосних абсолютно жорстких цилiндричних стержнiв, що дотикаються торцем i охопленi пружною цилiндричною втулкою, що займае тривимiрну область V, обмежену поверхнею Е (рис.12). З математичного погляду вона полягае у розв'язуванш рiвнянь рiвноваги у втулщ.
( Cijktuk.
-)
+ X,. = 0
(1)
при використанш м1шаних краиових умов на и поверхн1
и, eu = и, , Cijkiuk,injL
=s,0.
(2)
де a, ц - параметри Ляме; 5. - компоненти одиничного тензора.
Рис. 11. Розрахункова схема з'еднання арматурних стержшв обтискною втулкою
2. Для числового розв'язування задачi (1), (2) зручно використовувати И варiацiйну постановку [37], яка полягае у мшiмiзащi лагранжiа-на
Ь = ¡ШУ -1Хги4у - | $0игйЕ (3)
де W = — Cijklu, ,ик l - питома енерпя пружно! 2
деформацп.
Дал1 в (3) переИдемо до цилшдричних координат z, r, ф
x = r cos ф , y = r sin ф , z = z .
Враховуючи симетричнють обласп V i зовш-
— — о
шнiх сил X, S вiдносно осi Oz, достатньо об-межитися аналiзом вiдповiдно! прямокутно! областi (рис. 12), в якш лагранж1ан (3) набуде вигляду
L0 = J rW(í)dV + J rX,v,dV - J rS0v,dE ;
W (( ) = — C,jkl V Jv1Vlvk
(4)
Тут Сг,к1 - компоненти тензора модулiв пруж-
ностi; ui, Xi, , п, - компоненти векторiв
перемiщень, об'емних та поверхневих сил, а також зовшшньо! нормалi до поверхнi Еа, вщ-
повiдно; иг , = диг / дх,. За однаковими iндекса-
г, ] г ]
ми, яю зустрiчаються в одному виразi двiчi, вiдбуваеться пiдсумовування вiд одиницi до трьох.
У випадку iзотропного тша компоненти тензора модулiв пружносп матимуть вигляд
Сг,к1 =а5у5И + ^(5гк+ ^г15;к ) ,
де У0 - двовимiрна область (Е0 - одновимiрна !! межа), отримана перерiзом областi V площи-ною, яка проходить через вюь Oz (рис. 12). Тут
V (^ ^2), ^ = и(^г), ^2 = иг (z, г), иФ =0;
С']к1 - компоненти тензора С в цилшдричнш системi координат; V- коварiантнi похiднi
компонент вектора перемщень Уг за вщповщ-ною координатою.
Застосовуючи детально описану в [38] процедуру варiацiйно-рiзницевого методу для осе-симетричних задач для кожного типу крайових умов на Е0, отримаемо рiзницеву схему
Анин + Рк = 0 , яка е системою лшшних алгеб-
E
ра!чних рiвнянь. Цю систему розв'язуемо те-рацiйним методом [39].
Описаний метод реатзований у виглядi пакету програм, яю дають можливiсть враховува-ти рiзнi крайовi умови, параметри област та середовища.
<7--= 0 а-я =0
= 0 0 ик= 0 ик= 0
:=о - =0
. =0 . =0
Числовий аналiз засвiдчив, що найбiльшi за абсолютною величиною нормальнi ращальш напруження сгг / Е виникають на краях ребер арматури. Радiальнi перемiщення иг /ё, навпа-ки, найбiльшi на краях пружно! муфти.
Рис. 12. Верхня половина обласп У0
3. Використовуючи наведений вище метод, розв' язана осесиметрична пружна задача про механiчний контакт арматури з обтискною втулкою. ВЫ розрахунки проводились у безрозм> рних величинах. З огляду на це вважалося, що товщина втулки ё = 1, И модуль пружносп Е = 1, а коефщент Пуассона V = 0,3. З огляду на ребристу поверхню арматури, контакт мiж втулкою та арматурою був неповним. Оскшьки стержш арматури припускались абсолютно жо-рсткими, то при контакт ребер арматури (рис. 13) iз втулкою були вщсутш радiальнi перем> щення иг. Довжини ребер арматури дорiвню-вали вiдстанi мiж ними.
Рис.13. Пружна обтискна втулка з вказаними крайовими умовами
Отриманi значення радiальних перемiщень иг / ё i напружень сгг / Е при вщповщному значеннi стискувального навантаження Р зо-браженi на рис. 14. На цьому рисунку також показано, як буде змшюватись внутршня пове-рхня втулки.
Ь
Рис. 14. Д1аграми: а - перемщень иг /ё при зада-ному навантаженш Р = 1; Ь - напружень сгг / Е при тому ж навантаженш
Експериментальнi дослiдження мщносл з'еднань арматурних стержнiв. Програма до-слiджень включае в себе виготовлення затзо-бетонних балок, що армоваш стержнями, з'ед-наними обтиснутою втулкою. Конструкщя до-слiдних балок та схема армування приведенi на рис. 15. Каркас затзобетонних балок склада-еться з робочо! арматури 012 та 014 мм класу 500С довжиною 2080 мм. В крайшх третях прогону забезпечено поперечне армування арматурою 03 мм класу Вр-1 довжиною 180 мм.
Крок поперечних стержшв становив 100 мм, загальна кшьюсть стержшв поперечно! арматури 16 шт., верхне армування виконане в крайшх треих прогону зi стержнями 03 мм класу Вр-1 довжиною 730 мм. Вщсоток армування поперечного перерiзу конструкци становить 0,542 %. Перед виготовленням балок здшсню-вали попереднш натяг робочо! арматури, що з'еднана за допомогою опресованих втулок [20, 36, 40] електромехашчним способом.
а
к
0
С Е- =0
г
Для nepeBÎpm i контролю напружень у з'ед-нанш арматурних стержнiв на apMaTypi i на втyлцi були наклееш тензорезистори.
Паралельно проводили замiри деформацiï, як здiйснювали за допомогою iндикатора годинни-кового типу. Для цього на робочш арматyрi за-крiплено два стержнi з базою 100 мм. За величиною деформацп i значения модуля Юнга для арматурного стержня i втулки можна визначити напруження, як окремо в елементах, так i в з'еднант у цшому при ïx випробуванш. Досль дження балок виконували у випробyвальнiй ла-бораторiï ФМ1 iм. Г. В. Карпенка НАН Украши на випробyвальнiй машинi ЕУО20. Результати цих дослiджень описан1 у пращ [40].
Рис. 16. Ддаграми втоми р1зних способ1в з'еднання арматури:
1 - суцшьна арматура; 2 - втулка з пластичною вставкою; 3 -стикова зварка
Характер руйнування при втомному випробо-вувант показано на рис. 17.
Рис. 17. Характер руйнування при втомному випробуванш
В процеа експериментальних дослщжень та-кож проводились випробування з'еднання арматури з пластичною вставкою (рис. 18).
Рис. 15. Конструкщя зал1зобетонно1 балки:
1 — робоча арматура; 2 — конструктивна поперечна арматура; 3 — втулка
На рис. 16 наведет дiаграми втоми рiзниx способiв з'еднання арматури. Зокрема, показано, що з'еднання втулкою з пластичною вставкою за характеристиками близьке до арматури без з'еднання, а стикування зварюванням мае супета вщхилення.
b
Рис. 18. Схема з'еднання арматури втулкою з пластичною вставкою:
а - загальний вигляд; Ь - схема влаштування пластично! вставки
Загальний вигляд випробувально! установки та балковi зразки пiсля випробування наведено на рис. 19, 20.
Рис. 19. Загальний вигляд випробувально! установки
a
Рис. 20. Балков1 зразки шсля випробування
Геометричнi та фiзико-механiчнi характеристики балок наведет в табл. 1.
Таблиця1 Ф1зико-мехашчш характеристики балок
Шифр Ь, к, к0, ё, с ,
балок мм мм мм мм % МПа
БН1-1к 102 215 190 12 0,58 529
БН1-2в 100 197 172 12 0,66 529
БНз1-3в 102 196 171 12 0,65 529
БНз1-4в 104 201 176 12 0,62 529
БН11-1к 101 198 173 14 0,88 433
БН11-2в 103 196 171 14 0,87 433
БНз11-3в 102 197 172 14 0,87 433
БНз11-4в 102 200 175 14 0,86 433
Аналiз результатiв та висновки.
У даний час тшьки впресованi стики виго-товляються в Росi! на вггчизняному устатку-ваннi фiрм «Спрут» i «СТС». Iншi види з'ед-нань вимагають використання iмпортного уста-ткування i муфт. Тому для дшсно масового використання стиюв методом обтиску металевих обойм необхщна органiзацiя виробництва в Укра!нi втулок та гвинтових муфт i устатку-вання для нарiзки або накатки рiзьби на арма-турi.
Ще одним, абсолютно необхiдним заходом для забезпечення зниження витрати металу i бетону та пiдвищення надiйностi будiвель i споруд з монолiтного залiзобетону, особливо в умовах можливого прогресуючого руйнування, е використання систем попереднього натягу арматури на бетон «без зчеплення», але ця тема вимагае бшьш докладного обговорення.
Обгрунтовано доцiльнiсть переходу на ар-матурну сталь класу А500С (В500С). Розгляда-еться проблема стикування арматури для моно-лггного залiзобетону. Порiвнюються рiзнi спо-соби з'еднання арматури, показанi переваги мехашчних з'еднань.
У роботi також наведена характеристика ма-терiалiв, конструкщя зразкiв та технологiя !х виготовлення. Описана методика та схема ви-пробування балкових залiзобетонних зразкiв на втомну мщшсть та фiзико-механiчнi характеристики балок, армованих з'еднаною арматурою.
Отже, числовий розв'язок осесиметрично! задачi з'еднання арматурних стержнiв пружною обтискною втулкою показав, що найбiльшi за абсолютною величиною нормальш радiальнi напруження сгг / Е виникають на краях ребер арматури. Радiальнi перемщення иг /ё, навпа-ки, найбiльшi на краях пружно! муфти.
Арматура залiзобетонних конструкцiй i ар-матурнi роботи при виготовленш будiвель рiз-ного призначення з монолггного залiзобетону переживають в даний час революцшш змiни, пов'язанi з реалiзацiею найсучаснiших досяг-нень науки i технiки в цiй область
Пiдсумовуючи результати наведених досл> джень, можна стверджувати, що маючи мето-дичнi рекомендацi!, технiчнi умови та стандарт оргашзацп Укра!ни (СОУ) на з'еднання арматурних стержшв та перевiрку працездатносп конструкцiй на рiзнi силовi фактори з таким армуванням можна пропонувати до застосуван-
ня у будiвництвi будiвель i транспортних споруд.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. СТО АСЧМ 76-93 «Прокат периодического профиля из арматурной стали» // ТУ / Асе. -Черметстандарт, 04.10.1993.
2. Мадатян С. А. Арматура железобетонных конструкций. - М.: Воентехлит, 2000. - 256 с.
3. Дегтярев В. В. Прочность сцепления арматуры периодического профиля с бетонами классов прочности В-10-В-100 // Бетон и железобетон, 2005. - № 6. - С. 13-18.
4. Дегтярев В. В. Изменчивость механических свойств и площади поперечного сечения арматуры класса А500С // Бетон и железобетон, 2005. - № 1. - С. 2-7.
5. Мадатян С. А. Новая горячекатаная свариваемая арматура класса А500С / С. А. Мадатян, В. В. Дегтярев, Л. А. Зборовский и др. // Бетон и железобетон, 2001. - № 6. - С.12-14.
6. Звгг № держ. реестр. 0197У003094 по тем1: Роз-робка метод1в довготривало!' мщносп, корозш-
toï стшкосп пресованих з еднань арматурних стержшв у зал1зобетонних конструкц1ях. -Льв1в: ФМ1 ш. Г. В. Карпенка НАНУ, 1996. -145 с .
7. Лучко Й. Й. Методи оцшки несучо1 здатносп i шдвищення трщиностшкосп зал1зобетонних елеменпв конструкцш. - Льв1в: Слово i комер-ця, 1997. - 435 с.
8. Лучко Й. Й. Методолопчш аспекти з'еднання арматури обтиснутою втулкою / Й. Й. Лучко, Я. Л. 1ваницький, М. Д. Куципн, Ю. М. Бекле-мшев // II Мiжн. симп. «Мехашка i ф1зика руйнування буд1вельних матер1ал1в та конструкцш». - Вип. 2. - Льв1в, 1996. - С. 347-349.
9. Лучко Й. Й. Мщшсть, трщиностшшсть та де-форматившсть балок, армованих з'еднаною арматурою // Зб. наук. пр. «Мехашка i ф1зика руйнування буд1вельних матер1ал1в та конструкцш». - Вип. 4. - Льв1в: Каменяр, 2000. -С. 371-378.
10. Лучко Й. Й. Мщшсть, трщиностшшсть та де-форматившсть зал1зобетонних плит, армованих з'еднаною арматурою // Зб. наук. пр. «Д1агнос-тика, довгов1чшсть та реконструкщя моспв i буд1вельних конструкцш». - Вип. 3. - Льв1в: Каменяр, 2001. - С. 148-153.
11. Лучко Й. Й. Розрахунок ф1зико-мехашчних, геометричних та силових параметр1в пластичного деформування товстостшних трубчатих з'еднань арматурних стержшв // Зб. наук. пр. «Д1агностика, довгов1чшсть та реконструкщя моспв i буд1вельних конструкцш». - Вип. 4. -Льв1в: Каменяр, 2002. - С. 112-122.
12. Лучко Й. Й. Оцшка працездатносп втулкового з'еднання арматурних стержшв / Й. Й. Лучко, Я. Л. 1ваницький, М. М. Гвоздюк // Зб. наук. пр. «Д1агностика, довгов1чшсть та реконструкщя моспв i буд1вельних конструкцш». - Вип. 5.-Льв1в: Каменяр, 2003. - С. 137-142.
13. 1гнатишин М. I. Сучасний стан проблеми з'еднання арматури перюдичного проф1лю у зал1зобетонних конструкщях / М. I. 1гнатишин, М. М. Гвоздюк // Зб. наук. пр. «Диагностика, довгов1чшсть та реконструкщя моспв i буд1ве-льних конструкцш». - Вип. 6. - Льв1в: Каменяр, 2004. - С. 42-47.
14. Лучко Й. Й. Дослвдження арматурного прокату 1з серповидним профшем / Й. Й. Лучко, I. В. Мельник, С. Т. Штаюра // Зб. наук. пр. «Диагностика, довгов1чшсть та реконструкщя моспв i буд1вельних конструкцш». - Вип. 6. -Льв1в: Каменяр, 2004. - С. 82-86.
15. Лучко Й. Й. Декларацшний патент на винахвд Украши № 63168А (УЩЧСБ/03) «Споаб з'еднання арматурних стержнiв перiодичного профшю та пристрiй для його реалiзацiï» / Й. Й. Лучко, Я. Л. 1ваницький, С. Т. Штаюра, М. I. 1гнатишин. - Бюл. № 1 вщ 15.01.2004.
16. Лучко Й. Й. Методичш рекомендаций з проекту-вання та технологи виготовлення залiзобетон-них констрyкцiй армованих стержнями, що
з'еднаш обтиснутими втулками / Й. Й. Лучко,
B. В. Гембара, Я. Л. Ьаницький та ш. - Львiв: ФМУ iм. Г. В. Карпенка НАН Украши, 2004. -27 с.
17. !ваницький Я. Л. Декларацiйний патент на ви-наxiд Украши № 10126 «Споаб мехашчного з'еднання арматури» / Я. Л. !ваницький, М. М. Гвоздик, В. В. Варський, Й. Й. Лучко. -Бюл. № 11 вщ 15.11.2005.
18. Коваль П. М. Дослвдження витривалосп зразшв арматури класу А500С / П. М. Коваль, I. П. Ба-бяк // Зб. наук. пр. «^агностика, довговiчнiсть та реконстрyкцiя моспв i бyдiвельниx констру-кцiй». - Вип. 7. - Львiв: Каменяр, 2005. -
C. 57-62.
19. !ваницький Я. Л. Втомна мщшсть з'еднань арматурних стержшв / Я. Л. !ваницький,
B. В. Варський, Й. Й. Лучко, М. М. Гвоздюк, У. А. Вергун // Зб. наук. пр. «Мехашка i фiзика руйнування бyдiвельниx матерiалiв та конструкцш». - Вип. 6. - Львiв: Каменяр, 2005. -
C. 334-338.
20. !ваницький Я. Л. Споаб з'еднання арматурних стержшв, обтиснутих втулкою / Я. Л. !ваниць-кий, Й. Й. Лучко, М. М. Гвоздюк, У. А. Вергун // Зб. наук. пр. «Проблеми ресурсу i безпеки експлуатаци конструкцш, споруд та машин», 2006. - С. 435-439.
21. МР В.2.3-218-03534506-510:2006. Методичш рекомендаци «З'еднання арматурних стержшв обтискними втулками». - Львiв: ФМ! iм. Г. В. Карпенка НАН Украши , 2006. - 18 с.
22. ТУ У В.26.6-00018112-257:2006. З'еднання стержшв арматурних обтискними втулками. -Львiв: ФМI iм. Г. В. Карпенка НАН Украши , 2006. - 15 с.
23. Лучко Й. Й. СОУ 45.2 - 10018112 - 016: 2007. З'еднання арматурних стержшв обтискними втулками / Й. Й. Лучко, А. Я. Пенцак, О. О. Стабравський. - Львiв: ЛРНТУ Держдор НДГ, 2007. - 14 с.
24. ДБН. В. 2.3 - 14: 2006. Споруди транспорту. Мости та труби. Правила проектування.
25. СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 79 с.
26. Территориальные строительные нормы г. Москвы (ГСП 102-00) «Железобетонные конструкции с арматурой классов А500С и А400С». -М., 2000. - 52 с.
27. Рекомендации по применению в железобетонных конструкциях термомеханически упрочненной свариваемой стержневой арматуры новых видов. - М.: ГНЦ «Строительство». НИИЖБ, 1997. - 16 с.
28. СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». - М.: ФГУП ЦПП. - 23 с.
29. Свод правил по проектированию и строительству (СП 52-101-2003) «Бетонные и железобетон-
ные конструкции без предварительного напряжения арматуры». - М.: ФГУП ЦПП. - 53 с.
30. Eurocode 2. Design of concrete structures. -Part 1.1: General rides for buildings. CEN / 225 p., April 2003.
31. Гурова Г. Г. Опыт применения ультразвукового контроля качества сварной арматуры / Г. Г. Гурова, В. П. Павлов, Л. Н. Уварова // Новые виды арматуры и ее сварка. - М.: НИИЖБ, 1982. -С. 208-211.
32. Cagley J. R. Comparing costs - butt splices versus lap splices / J. R. Cagley, R. Apple // Concrete International. - July 1998. - Р. 55-56.
33. Mechanical connection of reinforcing bars // ACI Structural Journal, 1991. - V. 88, № 2.
34. ACI318 / Building Code. Requirements for Structural Concrete and Commentary. - Farmington Hills: American Concrete Institute, 1985.
35. Самокрутов А. А. Ультразвуковая дефектоскопия бетона эхометодом: состояние и перспективы / А. А. Самокрутов, В. Г. Шевалдыкин,
B. Н. Козлов // В мире НК, 2002. - № 2 (16). -
C. 6-10.
36. Лучко Й. Й. Новi технологи i матерiали для ар-матурних робгг в монолггних залiзобетонних конструк^х та спорудах / Зб. наук. пр. «Диаг-
ностика, довговiчнiсть та реконструкщя моспв i будiвельних конструкцш». - Вип. 9. - Львiв: Каменяр, 2007. - С. 12-25.
37. Победря Б. Е. Численные методы в теории упругости и пластичности. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981.
38. Шешенин С. В. Применение вариационно-разностного метода к осесимметричным задачам теории упругости / С. В. Шешенин, И. С. Кузь // Упругость и неупругость. - М., 1987. - С. 39-44.
39. Шешенин С. В. О прикладных интерационных методах / С. В. Шешенин, И. С. Кузь // Вычислительная механика деформируемого твердого тела. - Вып. 1. - М., 1990. - С. 63-75.
40. Лучко Й. Й. Матерiали та балковi зразки, армо-ваш з'еднаною арматурою для дослвдження втомно! мщносл / Й. Й. Лучко, I. I. Вергун, С. М. Сендерський // Зб. наук. пр. «Диагностика, довговiчнiсть та реконструкщя мослв i будiве-льних конструкцш». - Вип. 8. - Львiв: Каменяр, 2007. - С. 79-83.
Надшшла до редколегп 22.10.2007.
