Узел соединения концевых частей длинномерных цилиндрических элементов

 

Использование: соединение высокопрочных легированных и термоупрочненных арматурных стержней без сварки при производстве железобетонных конструкций . Сущность изобретения: узел содержит обойму 1 в виде отрезка трубы овального поперечного сечения с соосными отверстиями 2 на прямолинейных участках ее стенок, размещенный в обойме вкладыш 3 с профильными поверхностями, соответствующими поверхностям концевых частей соединяемых элементов 4 и 5. Фиксирующий распорный элемент 6 установлен в соосных отверстиях 2 перпендикулярно и симметрично относительно продольной оси соединения. При запрессовке фиксирующего распорного элемента 6 в соосные отверстия 2 между вкладышами 3 самотормозящиеся плоскости его давят через вкладыши на соединяемые элементы 4 и 5, изгибая их и вдавливаясь в контактные поверхности обоймы 1 и вкладышей 3, вследствие чего осевое сопротивление осуществляется не только за счет сил трения , но также за счет нормального давления соединяемых элементов на тело обоймы. 4 ил. СО с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

°

° °

\ (21) 4871517/27 (22) 08.10.90 (46) 30,09.92. Бюл. ЬЬ 36 (71) Запорожский индустриальный институт (72) № И. Онищенко. В. С. Гавриш, Б, С Мищик, И, Н, Потапов, В. Г. Чумаченко, Г, С. Зислин и В. Л. Чернявский (56) Авторское свидетельство СССР

М 1451240, кл. Е 04 G 21/12, 1986. (54) УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ КОНЦЕВЫХ ЧАСТЕЙ ДЛИННОМЕРНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ (57) Использование: соединение высокопрочных легированных и термоупрочненных арматурных стержней без сварки при производстве железобетонных конструкций, Сущность изобретения: узел содержит обойму 1 в виде отрезка трубы овального поперечного сечения с соосными отверсти,, Я2„„1765556 А1 (я)ю F 16 В 7/00, Е 04 G 21/12 ями 2 на прямолинейных участках ее стенок, размещенный в обойме вкладыш 3 с профильными поверхностями, соответствующими поверхностям концевых частей соединяемых элементов 4 и 5. Фиксирующий распорный элемент 6 установлен в соосных отверстиях 2 перпендикулярно и симметрично относительно продольной оси соединения. При запрессовке фиксирующего распорного элемента 6 в соосные отверстия 2 между вкладышами 3 самотормозящиеся плоскости его давят через вкладыши на соединяемые элементы 4 и 5, изгибая их и вдавливаясь в контактные поверхности обоймы 1 и вкладышей 3, вследствие чего осевое сопротивление осуществляется не только за счет сил тре- ) ния. но также за счет нормального давления соединяемых элементов на тело (/) обоймы. 4 ил, C

1765556

Изобретение относится к строительству может быт1 использовано при производгве железобетонных конструкций для соеинения арматурных стержней.

Известен узел соединения концевых остей длинномерйых цилиндрических элеентов, состоящий из обоймы, выполненой в виде отрезка трубы овального оперечного сечения с соосными отверстими на прямолинейных участках ее стенок, азмещенного в обойме вкладыша с .рофильными поверхностями, соответст ующйми поверхности концевых частей .оединенных элементов, и фиксирующего аспорного элемента, установленного в казанных соосных отверстиях перпендикуярно и симметрично относительно про,ольной оси соединения.

Сопротивление осевой нагрузке в таком

:зле соединения обеспечивается за счет сил .рения, возникающих на поверхности конакта между концевыми частями Соединяемых длинномерных цилиндрических лементов и цилиндрической частью соеди«яющей их обоймы.

Такой узел соединения арматурных тержней достаточно широко используется з железобетонных конструкциях. Однако, гак как сила сопротивления осевой нагрузке в этом узле соединения полностью определяется величиной сил трения между концевыми частями длинномерных цилиндрических элементов и цилиндрическими частями внутренней поверхности обоймы, то надежность такого соединения в значительной мере зависит от точности изго-товлеHия и соответствия радиусов арматурных стержней радиусами цилиндрических частей обоймы, которыми определяется плотность контакта. При этом сила сопротивления осевой нагрузке часто оказывается недостаточной, соединение становится неработоспособным из-за выхода арматурных стержней из обоймы.

Для увеличения сопротивления осевой нагрузке цилиндрические участки обоймы дополнены Y-образными внутренними поверхностями, включающими по две наклонные боковые стенки. Каждый стержень контактирует с обоймой не по одной, а по двум линиям (по одной линии в каждой наклонной боковой стенке). Наклон боковых стенок обоймы позволяет снизить требования к точности изготовления контактирующих участков обоймы и соединяемых цилиндрических элементов, Однако узел соединения обеспечивается за счет сил трения между концевыми частями соединяемых длин номерных цилиндрических элементов и внутренней поверхностью обоймы, а увеличение осевого сопротивления достигается за счет увеличения длины обоймы и количества фиксирующих распорных элементов, что

5 приводит к увеличению габаритов узла соединения и усложнению его устройства, Кроме этого, повышение осевого сопротивления в этих соединениях достигается за счет черезвычайно высоких нормальных кон10 тактных напряжений между фиксирующим распорным элементом и соединяемыми цилиндрическими элементами, что приводит к травмированию концевых частей длинномерных цилиндрических элементов и сни15 жению надежности соединения.

Наиболее близким к заявляемому является устройство, включающее обойму, выполненную в виде отрезка трубы овального сечения и расположенный в ней вкладыш с

20 продольными пазами для соединяемых элементов. В обойме и вкладыше выполнены соосные отверстия, через которые пропущен болт с клиновидными накладками, стягивающими с помощью винтовой пары

25 параллельные боковые стенки обоймы и зажимающими концевые участки соединяемых длинномерных цилиндрических элементов между цилиндрическими участками обоймы и вкладышем.

30 Однако сопротивление осевой нагрузке в этом соединении также недостаточно, так как осуществляется (как и в предыдущих описанных устройствах) только за счет сил трения, возникающих между кон35 тактными поверхностями обоймы, вкладыша и соединяемых цилиндрических элементов, а надежность его снижается многоэлементностью устройства, включающего винтовую пару и элементы трения, Это

40 устройство используют для соединения гибких элементов, Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности при соединении высокопрочных легирован45 ных и термоупрочненных арматурных стержней при исключении повреждений в процессе соединения, повышение прочности и жесткости в ответственных и предварительно напряженных железобетонных

50 конструкциях, Это достигается тем, что в узле соединения концевых частей длинномерных цилиндрических элементов, содержащем обойму в виде отрезка трубы овального попереч55 ного сечения с соосными отверстиями на прямолинейных участках ее стенок, размещенный в обойме вкладыш с профильными поверхностями, соответствующими поверхности концевых частей соединяемых элементов и фиксирующий распорный элемент, 1765556 а в средней части установленный в указанных соосных отверстиях перпендикулярно и симметрично относительно продольной оси соединения, соединяемые элементы выполнены в виде арматурных стержней с периодически ðàñположенными радиальными выступами на поверхности, обойма выполнена длиной, равной 6...8 диаметров соединяемого элемента с проредуцированными концевыми учас ками на длине, равной 1,0...1,2 диаметра элемента, внутренний диаметр обоймы в средней необработанной ее части, на длине, равной 4...6 диаметра элемента, в

1,4...1,5 раза больше внутреннего диаметра концевых участков, равных 2,35...2,45 диаметра элемента, а толщина стенки участков обоймы равна

Sor. = (Ова(2...25) Oso ) d, Socp=(Oea (3...3,5) Geo ) б, где d — диаметр арматурного стержня; о;, — предел прочности соединяемых элементов; о — предел прочности обоймы;

Кок — толщина стенки концевых участков обоймы;

Socp толщина стенки средней части обоим ы.

При этом распорный элемент выполнен в виде двухступенчатого клинового стержня с направляющей головкой в виде усеченного конуса и сопряже и с ней силовой профильной ступени с диаметрально противоположными наклонными под углом, равным углу самоторможения, к первой ступени лысками, вкладыш выполнен разрезным из двух частей, толщина рабочих поверхностей каждой из которых равна He=(3Ä.4)h, где He— толщина рабочей поверхности вкладыша; h— высота выступа арматурного стержня, вэаимообращенные поверхности которых соответствуют укаэанным лыскам клинового стер:кня, причем твердость материала сбоймы и вкладышей в 1,5...2,0 раза меньше твердости материала арматурных стержней и клинового стержня, диаметр указанных соосных отверс1ий обоймы равен ".,6.. 1.8 диаметр стержня, а диаметр меньшего основания головки клинового стержня равен

0,6...0,8 расстояния между арматурными стержнями в расфиксированном состоянии.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого узла соединения концевых частей длинномерных цилиндрических элементов, продольный разрез фронтальной проекции, 5

55 на фиг. 2 — поперечное сечение устройства; на фиг. 3 — фиксирующий распорный элемент; на фиг, 4 — вкладыш.

Узел соединения включает обойму 1, выполненную в виде отрезка трубы овального поперечного сечения с соосными отверстиями 2 на прямолинейных участках ее стенок, размещенный в обойме вкладыш 3 с профильными поверхностями, соответствующими поверхности концевых частей соединяемых элементов 4 и 5, фиксирующий распорный эле.лент 6, установленный в соосных отверстиях 2 перпендикулярно и симметрично относительно продольной оси соединения.

Узел соединения концевых частей длинномерных цилиндрических элементов выполняется следующим образом, В обойму 1 с вкладышами 3 вставляют концы соединяемых цилиндрических элементов 4 и 5. В соосные отверстия 2 между вкладышами 3 вставляют фиксирующий распорный элемент 6 и запрессовывают (забивают). Самотормозящиеся плоскости фиксирующего распорного элемента 6 через вкладыши 3 давят на концезые части соединяемых длинномерных цилиндрических элементов 4 и 5, изгибая их и вдавливая в контактные поверхности обоймы и вкладышей.

Вследствие изгиба стержней и вдавливания их радиальных выступов в стенки обоймы, осевое сопротивление в предложенном техническом решении осуществляется не только за счет сил трения. но также за счет нормального давления арматурных стержней на тело обоймы. При этом толщины стенок обоимы и вкладышей и их материал подобраны таким образом, что контактная пластическая деформация стенок обоймы и вкладышей распирающей силой фиксирующего распорного элемента достигает 25„,30, благодаря чему материал обоймы и материал вкладышей упрочняется и достигает прочности, близкой к прочности соединяемых арматурных стержней. Так как толщина стенки обоймы в средней ее ча<:ти выбрана из условий равнопрочности с арматурными стержнями в исходном состоянии материала, то повышение прочности "а счет упрочняющей пластической деформации повышает запас прочности узла соединения, уменьшает его деформируемость и повышает надежность бессварного соадиненля арматурных стержней в ответственных железобетонных конструкциях.

Испытания предложенного устройства выполнены на разрывной машине ГРМ-50 при соединении арматурных стержней диа1765556 метром 20 мм из стали 32Г2ПС, материал обоймы и вкладышей Ст 3, материал фиксирующего распорного элемента У8ГА, твердость материала арматурных стержней и распорного элемента (Н B)a 200 кг/мм, твердость матеоиала обоймы и вкладышей (HB)o=90 кг/мм, ово =35 кг/мм в исходном г состоянии, cTso =58 кг/мм после внедрения

2 выступов арматурных стержней, т. е. после пластической деформации =(25.„30); .

Растяжению подвергали образцы длиной

800 мм, соединенные обоймами различной длины с различным сочетанием заявляемых параметров. Параметры узла соединения и результаты испытаний представлены в таблице.

Пределы изменения заявляемых параметров обоснованы следующим:

Длина обоймы, равная 6...8 диаметров соединительного элемента, при длине проредуцированных концевых участков, равной 1,0,;.1,2 диаметра соединяемого элемента, обеспечивает расстояние между опорами изгибаемых арматурных стержней в пределах 4...6 диаметров соединяемых элементов, при котором усилие на фиксирующий распорный элемент для достижения требуемой величины прогиба арматуры при б=20 мм и +a =40 кгlмм находится в прег делах (80...150) кг, что достигается забиванием распорного элемента молотком вручную либо с помощью несложного пнев-, матического приспособления. При уменьшении длины обоймы менее указанного нижнего предела возрастает усилие забивания распорного элемента и затрудняется изгиб арматурных стержней; при увеличении длины обоймы выше указанного верхнего предела неоправданно возрастают габариты узла соединения.

Диаметр обоймы в средней непрореду.цированной ее части в 1,4...1,5 раза больше внутреннего диаметра концевых участков, которые равны 2,35„,2,45 диаметра соединяемых элементов, обеспечивает величину прогиба соединяемых арматурных стержней в углублении средней части обоймы по каждому стержню на величину радиуса соединяемых цилиндрических элементов, чем обеспечивается наибольшее нормальное (лобовое) сопротивление. осевым нагрузкам, и существенно повышается жесткость соединения, возрастая в 2,0...2,6 раза по сравнению с жесткостью соединения, выполненного по патенту GB 2178818A и становится практически равной жесткости арматурных стержней (см. фиг. 5).

Уменьшение соотношения между диаметрами в средней части обоймы и на кон45

55 дости материала арматурных стержней, внедрение выступов арматурных стержней в тело вкладыша и обоймы происходит без повреждаемости соединяемых арматурных стержней, чем также повышается надежность предложенного узла соединения, Формула изобретения

Узел соединения концевых частей длинномерных цилиндрических элементов, содержащий обойму в виде отрезка трубы овального поперечного сечения с соосными отверстиями на прямолинейных участках ее стенок, размещенный в обойме вкладыш с профильными поверхностями, соответствующими поверхности концевых частей соединяемых элементов, и фиксирующий распорный элемент, установленный в указанных соосных отверстиях перпендикулярцевых ее участках менее указанного нижнего предела не обеспечивает достаточной величины прогиба соединяемого стержня и повышения надежности соединения, увели5 чение этого соотношения сверх указанного в формуле изобретения приводит к снижению жесткости соединения и черезмерному увеличению его поперечных размеров, Толщина стенки концевых участков

10 обоймы S«увеличивается при пластическом редуцировании отрезка трубы, из которой изготавливается обойма; вследствие увеличения толщины стенки при редуцировании концевые участки становятся более

15 жесткими и служат опорами при изгибе соединяемых арматурных стержней фиксирующим распорным элементом. В процессе этого изгиба арматурные стержни на участке средней части обоймы перемещаются в

20 непроредуцированную часть обоймы, которая имеет больший диаметр и поэтому не сопротивляется изгибу до входа стержня в контакт со стенками средней части обоймы.

Толщина стенки средней части обоймы

25 определена из условия равнопрочности обоймы и соединяемых стержней, Толщина вкладыша выбрана равной

3...4 высотам выступа арматурного стержня из условия, что при полном внедрении

30 радиального выступа на поверхности соединяемого арматурного стержня в тело вкладыша пластическая деформация стенок вкладыша составит(25„,30), благодаря чему прочность материала вкладыша увели35 чивается примерно в два раза и достигает прочности соединяемых арматурных стержней, что также способствует достижению поставленной цели (повышает жесткость узла соединения).

40 Так как твердость материалов обоймы и вкладышей в 1,5„.2,0 раза меньше твер1765556

Толщина стенки средней части обоймы, Soep мм

Сила запрессовки клина, кг

Толщина концево го участка обоймы, ок мм

Диаметр средней части

ohio éìû, мм

Диаметр концевоДлина средней части обоймы,мм го участка обоймы, мм

140

12

18

100

12

5 0

120

12

140

12

160 но и симметрично относительно продольной оси соединения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при соединении высокопрочных легированных и термоупрочненных арматурных стержней при исключении повреждений в процессе соединения, прочности и жесткости в ответственных и предварительно напряженных железобетонных конструкциях, соединяемые элементы выполнены в виде арматурных стержней с периодически расположенными радиальными выступами на поверхности, обойма выполнена длиной, равной 6...8 диаметров соединительного элемента с проредуцированными концевыми участками на длине, равной 1,0...1,2 диаметра элемента, внутренний. диаметр в средней не обработанной ее части на длине, равной 4...6 диаметрам элемента,в 1,4...1,5 раза больше внутреннего диаметра концевых участков, равных 2,35.„2,45 диаметра элемента, а толщина стенки участков обоймы равна

Яок=(Ова (2...2,5) eo)d, а в средней части

Socp=(Oва /(3 "3 5) Ово )d где d — диаметр арматурного стержня;

0ва- предел прочности соединяемых элементов;

0во — предел прочности обоймы;

Яок — толщина стенки концевых участков обоймы;

Socp — толщина стенки средней части обоймы, 5 при этом распорный элемент выполнен в виде двухступенчатого клинового стержня с направляющей головкой в виде усеченного конуса и сопряженной с ней силовой профильной ступени с диаметрально противопо10 ложными наклонными под углом. равным углу самоторможения, к первой ступени лысками, вкладыш выполнен разъемным из двух частей, толщина рабочих поверхностей каждой из которых равна

15 Нв=(3...4)h, где Кв-толщина рабочей поверхности вкладыша, h — высота выступа арматурного стержня, 20 взаимообращенные поверхности вкладышей соответствуют указанным лыскам клинового стержня, причем твердость материала обоймы и вкладышей в 1,5...2,0 раза меньше твердости материала арматур25 ных стержней и клинового стержня, диаметр указанных соосных отверстий обоймы равен 1,6„,1,8 диаметра стержня, а диаметр меньшего основания головки клинового стержня равен 0,6...0,8 расстояния между

30 арматурными стержнями в расфиксированном состоянии.

1765556

Фиг. 4

Составитель И.Онищенко

Редактор Л.Народная Техред М.Моргентал Корректор О,Юрковецкая

Заказ 3372 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101