Определение податливости винтовых муфтовых соединений арматуры класса прочности 500 Н/мм2

Полный текст

Введение В 2021 г. ряд зарубежных производителей арматурного проката планирует увеличение производства арматуры с винтовым профилем. В частности, японская компания Kyoei Steel увеличила в полтора раза производство такой арматуры на своих предприятиях в 2020 г. до 1,2 млн т [1-5]. Арматура с винтовым профилем в железобетонных конструкциях имеет ряд преимуществ по сравнению с арматурой с другими профилями в вопросах соединения между отдельными стержнями с помощью винтовых муфт. Такое соединение более металлоемкое и экономичное по сравнению со сварными и менее трудоемкое, не требующее дополнительных работ со специализированным оборудованием, по сравнению с обжимными муфтами [6-12]. Следует отметить, что характеристики арматуры с винтовым профилем более целесообразно применять в технически сложных объектах строительства. В настоящее время ряд отечественных производителей России начало производство с запланированным увеличением объема арматуры с винтовым профилем. Основным препятствием для применения арматуры с винтовым профилем в строительстве является высокая податливость в соединениях с помощью винтовых муфт [13-18]. В основном зарубежные производители справились с этой задачей с помощью применения клеевых составов непосредственно на площадках строительства, меньшим допускам по геометрии, как арматуры, так и муфт и более высоким допускам по податливости [19-26]. Исследование указанного выше вопроса, подготовка возможного решения по податливости соединений с учетом отечественных нормативных требований и возможностями производства в настоящее время выполнены не в полной мере. Тем самым выявлена необходимость в проведении качественной и количественной оценки вариантов соединения с помощью винтовых муфт на предмет податливости наиболее часто применяемой арматуры в строительстве класса прочности 500 Н/мм2 отечественных производителей. Таким образом, целью работы является получение экспериментальных данных для исследования влияния винтового муфтового соединения арматуры на податливость (деформативность) соединения и учет характеристик соединения при проектировании конструкций. Методы Объектом исследования являются муфтовые соединения арматуры класса прочности 500 Н/мм². Для оценки основных физико-механических характеристик и податливости винтовых муфтовых соединений изготавливались образцы из стержней арматуры винтового профиля с номинальным диаметром 16, 25 и 40 мм класса Ав500П. Выбранные диаметры соответствуют наименьшему, среднему и максимальному диаметру для данного сортамента арматуры, что позволит выполнить оценку всего арматурного проката в целом, а выбранный класс арматуры соответствует наиболее применяемому при проектировании железобетонных конструкций. На основании вышесказанного и в соответствии с программой испытаний были изготовлены и испытаны образцы винтовых муфтовых соединений арматуры с вариативными факторами, указанными в табл. 1. Всего испытано 24 образца. Таблица 1 Характеристики образцов винтовых муфтовых соединений арматуры для испытаний на растяжение Ø арматуры, мм Примечания Количество образцов, шт. 16 Без контргаек 3 16 С затяжкой контргаек 3 25 С анкерно-клеевым составом 3 25 С затяжкой контргаек 6 40 С анкерно-клеевым составом 3 40 С затяжкой контргаек 6 Table 1 Characteristics of coupling samples of threadbar for tensile testing Bar Ø, mm Notes Number of samples, pcs. 16 Without lock nuts 3 16 With tightening of the lock nuts 3 25 With anchor-adhesive composition 3 25 With tightening of the lock nuts 6 40 With anchor-adhesive composition 3 40 With tightening of the lock nuts 6 Образцы соединений с моментом затяжки контргаек не более 350 Нм затягивались с помощью динамометрического ключа (рис. 1), для остальных соединений применялся гидравлический ключ с насосной станцией (рис. 2). Для соединений арматуры диаметром 25 и 40 мм выбраны по двум различных момента затяжки контргаек, использующиеся при изготовлении соединений аналогичной арматуры. В качестве дополнительных мер, помимо различной степени затяжки контргаек, для компенсации податливости на среднем (Ø25 мм) и максимальном (Ø40 мм) диаметре соединяемой арматуры применялись анкерно-клеевые составы. По результатам предварительных результатов испытаний для лабораторных испытаний был выбран анкерно-клеевой состав на цементной основе. Технология заполнения соединительной муфты принималась в соответствии с инструкциями производителей состава. Общий вид образцов представлен на рис. 3. Описание: C:\Users\lab3user\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Word\IMG_1293.jpg Рис. 1. Динамометрический ключ Figure 1. Torque wrench Описание: https://sun9-76.userapi.com/impg/yIQlTlA3IuD4RFMZEENG3u8yYSDkUIKHQrEw_A/NCJ4cEPSPVM.jpg?size=540x1080&quality=96&sign=4f104851810c0ed72b6a25514b5d1b69&type=album Описание: https://sun9-32.userapi.com/impg/3yhs4bExZ-arcYJBygqte6h9vCCnpaZ-EU7y7Q/wZHXE2_aah4.jpg?size=540x1080&quality=96&sign=d7cd1842dbca076eb2c4398e9e189dea&type=album а б Рис. 2. Насосная станция: а - с гидравлическим ключом; б - для затяжки соединений с моментом до 5000 Нм Figure 2. Pumping station: a - with hydraulic wrench; б - for tightening connections with a torque of up to 5000 Nm Описание: C:\Users\lab3user\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Word\IMG_3372.jpg Описание: C:\Users\lab3user\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Word\IMG_1389.jpg Описание: C:\Users\lab3user\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Word\IMG_20201021_131656.jpg а б в Рис. 3. Образцы винтовых муфтовых соединений арматуры: а - без контргаек; б - с затяжкой контргаек без клеевого состава; в - с клеевым составом на цементной основе Figure 3. Samples of threadbar couplings: a - without lock nuts; б - with tightening of lock nuts without adhesive composition; в - with a cement-based adhesive composition В соответствии с требованиями ГОСТ 34278-2017[42] к муфтовым соединениям арматуры предъявляются требования при растяжении в соответствии с табл. 2. Таблица 2 Свойства механических соединений арматуры при растяжении Разрывное усилие Pв, кН, не менее Деформативность Δ, мм, не более Равномерное относительное удлинение арматуры δр после разрушения соединения, %, не менее σв Аs 0,1 2 Примечание: Аs - номинальная площадь поперечного сечения соединяемой арматуры по нормативным документам на ее производство; σв - нормативное значение временного сопротивления соединяемой арматуры по действующим нормативным документам на ее производство. Table 2 Properties of mechanical joints of reinforcement under tension Breaking force Pв, kN, not less than Deformability Δ, mm, no more than Uniform elongation of the armature δp after the destruction of the joint, %, not less than σв Аs 0.1 2 Note: As - the nominal cross-sectional area of the connected reinforcement according to the normative documents for its production; σb - the normative value of the temporary resistance of the connected reinforcement according to the current normative documents for its production. Описание: C:\Users\lab3user\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Word\IMG_1342.jpg а б Рис. 4. Испытание образца механического соединения на деформативность при растяжении: а - схема расположения приборов при испытании на деформативность; б - общий вид образца в испытательной машине Figure 4. Testing of a sample of a mechanical joint for tensile deformability: а - the layout of the devices during the deformability test; б -the general view of the sample in the testing machine Рис. 5. База измерения деформаций Figure 5. Deformation measurement base Для определения свойств, указанных в табл. 2, образцы соединений арматуры испытывались на растяжение в соответствии с методикой ГОСТ 34227[43]. Перед испытанием арматурные стержни размечались с шагом 10 мм для определения равномерного удлинения арматуры δр после разрушения соединения. В соответствии с методикой испытаний по ГОСТ 34227 перед определением разрывного усилия необходимо выполнить испытания образца на деформативность. Для этого на установленные в захваты испытательной машины образцы устанавливались приборы для измерения деформативности (податливости) часового типа с ценой деления 0,01 мм. Схематичное расположение измерительных приборов для определения деформативности показано на рис. 4, а. Фактическое расположение образцов внутри испытательной машины изображено на рис. 4, б. База измерения деформаций L при испытании образцов соединений принималась равной длине муфтового соединения, за которую принимается длина муфты плюс длины контргаек, плюс расстояние равное не менее одного диаметра и не более трех диаметров соединяемой арматуры, отложенных с каждой стороны соединения (рис. 5). Рис. 6. Схематичный график определения деформативности Δ механического соединения Figure 6. Schematic graph of determining the deformability of a mechanical joint При испытаниях муфтовых соединений использовался второй способ определения деформативности по ГОСТ 34227, который может применяться для стыков с муфтой любой длины. Для этого образец соединения нагружался до усилия , после чего производилась его разгрузка до нулевого усилия. Деформативность соединения Δ определялась по показаниям измерительных приборов как остаточная деформация соединения на базе измерения L. Схематичный график нагружения и разгрузки показан на рис. 6. После определения деформативности приборы снимали и образец доводился до разрушения с фиксацией максимальной нагрузки. После разрушения образца по ранее нанесенным меткам на арматурных стержнях определяли их равномерное удлинение δр. Для сравнения результатов испытаний были испытаны образцы целых стержней арматуры по методике ГОСТ 12004[44]. Образцы целых стержней взвешивались с точностью до 1,0 г, была измерена их длина с точностью до 1,0 мм. По результатам взвешивания и измерения длины целых стержней определялась фактическая площадь их поперечного сечения. Результаты и обсуждения Разрушение всех образцов всегда происходило по основному металлу соединяемых стержней (рис. 7). На рис. 8 и 9 представлены зависимости деформативности и прочности образцов от диаметров соединяемой арматуры. Рис. 7. Разрушенные образцы Figure 7. Destroyed samples Диаметр арматуры, мм / Rebar diameter, mmДеформативность, мм / Deformability, mm Рис. 8. Зависимость деформативности соединений от диаметра арматуры и вида соединений Figure 8. Dependence of the deformability of joints on the diameter of the reinforcement and the type of joints Диаметр арматуры, мм / Rebar diameter, mm Временное сопротивление, МПа / Temporary resistance, MPa Рис. 9. Зависимость прочности соединений от диаметра арматуры Figure 9. Dependence of the strength of the joints on the diameter of the reinforcement Момент затяжки контргаек и анкерно-клеевые составы внутри муфты не влияют на итоговую прочность соединений, так как разрушение всегда происходило по основному металлу стержней на всех диаметрах. Предел текучести наступал при тех же значениях, что и у цельных стержней (более 500 МПа) также на всех диаметрах. Равномерное удлинение для всех образцов ≥ 2 %. Деформативность соединений значительно увеличивается по мере увеличения диаметра арматуры класса Ав500П. Муфтовые соединения из арматуры 16-го диаметра без контргаек имеют значительную податливость, но все образцы с моментом затяжки в 350 Нм имеют податливость ≤ 0,1мм. Все соединения из арматуры 25-го диаметра прошли требование по деформативности ГОСТ 34278, за исключением одного образца с моментом затяжки 2000 Нм. Муфтовые соединения из арматуры диаметром 40 мм, наоборот, не прошли требования по деформативности в ≤ 0,1мм, за исключением 1-го образца с применением цементного анкерного состава Master Emaco. Если рассматривать требования ISO 15835-1-2018[45] с максимально допустимой деформативностью соединений 0,2 мм, то соединения из арматуры 40-го диаметра с применением цементного анкера имеют деформативность близкую к предельной. Заключение На основе проведенных испытаний можно заключить, что для муфтовых образцов винтовой арматуры класса Ав500П диаметром 16 мм достаточным условием выполнения требования по податливости ГОСТ 34278 является относительно небольшой момент затяжки в 350 Нм. Для диаметра 25 мм оптимальными решениями уменьшения податливости являются, как и момент затяжки равный 2500 Нм, так и применение анкерно-клеевых составов. А для арматуры класса Ав500П диаметром 40 мм единственным способом выполнения требований по податливости является применение анкерно-клеевых составов.

Об авторах

Григорий Евгеньевич Гришин

АО «НИЦ „Строительство“», НИИЖБ имени А.А. Гвоздева

Автор, ответственный за переписку.
Email: gegrishin95@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4646-7514

аспирант, инженер-конструктор центра № 21, главный специалист

Российская Федерация, 109428, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6, корп. 5

Георгий Игоревич Тихонов

АО «НИЦ „Строительство“», НИИЖБ имени А.А. Гвоздева; Российский университет дружбы народов

Email: 1042190020@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0002-7010-4118

инженер-конструктор центра № 21, АО «НИЦ „Строительство“», НИИЖБ имени А.А. Гвоздева; аспирант, департамент архитектуры, Инженерная академия, Российский университет дружбы народов

Российская Федерация, 109428, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6, корп. 5; Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Иван Петрович Саврасов

АО «НИЦ „Строительство“», НИИЖБ имени А.А. Гвоздева

Email: savrasov@cstroy.ru
ORCID iD: 0000-0002-3877-0460

кандидат технических наук, заместитель директора НИИЖБ имени А.А. Гвоздева по организации научных исследований и инноваций

Российская Федерация, 109428, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6, корп. 5

Галина Эриковна Окольникова

Российский университет дружбы народов

Email: okolnikova-ge@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-8143-4614

кандидат технических наук, доцент департамента строительства, Инженерная академия

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Список литературы