Клинозамочная муфта для соединения арматурных стержней
Владельцы патента RU 2307217:
Общество с ограниченной ответственностью "Электромеханика" (RU)
Изобретение относится к разъемным зажимным клиновым устройствам для стыковки арматурных стержней периодического профиля преимущественно в строительных условиях при возведении стратегических объектов из монолитного железобетона, к которым предъявляются предельно высокие требования по прочности. Технический результат заявляемого изобретения предусматривает повышение надежности соединения арматурных стержней, работающих в условиях предельного статического растяжения до 1,25 предела текучести, а также повышение удобства монтажа. Клинозамочная муфта для соединения арматурных стержней содержит корпус, выполненный в виде двух пластин, каждая из которых снабжена двумя симметрично расположенными трапецеидальными отверстиями, сужающимися от центра, а также клиньев, взаимодействующих с наклонными поверхностями трапецеидальных отверстий. Клин выполнен в виде симметричной детали, в середине которой расположены под углом 90° друг к другу две зажимные поверхности, выполненные с насечкой. С обратной стороны клина вдоль зажимных поверхностей выполнены две клиновые поверхности, каждая из которых с наружной стороны ограничена буртикам и взаимодействует с наклонной поверхностью трапецеидального отверстия соответственно первой и второй пластины. В центре каждой пластины соосно друг другу расположены овальные отверстия, в которые устанавливается клиновой фиксатор. Угол наклона клиновых поверхностей клина и наклонных поверхностей трапецеидального отверстия составляет 20°. Угол наклона рассчитан исходя из условий равнопрочности соединения и минимизации продольного хода клиньев. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к разъемным зажимным клиновым устройствам для стыковки арматурных стержней периодического профиля преимущественно в строительных условиях при возведении стратегических объектов из монолитного железобетона, к которым предъявляются высокие требования по прочности.
Известны винтовые муфты для соединения арматурных стержней, снабженных винтовой нарезкой на концах, а также широко распространены в западных странах муфты с зажимом арматурных стержней при помощи винтов, расположенных вдоль муфты (см. рекламный проспект фирмы Ancon «Reinforcing Bar Couplers for the Construction Industry», c.5, опубликованный 2004 г).
Недостатком известных муфт является то, что они не обеспечивают высокой прочности соединения арматурных стержней. При больших продольных нагрузках на арматурные стержни происходит разрушение муфт. Применение высокопрочных муфт известной конструкции также не обеспечивает равнопрочного соединения арматурных стержней, так как при достижении материалом стержней предела текучести они начинают утоняться, вследствие чего происходит их разъединение с муфтой. Это явление связано с тем, что элементы, зажимающие стержни, не имеют возможности радиального перемещения, а следовательно, не могут обеспечить постоянное усилие зажима концов стержней при их утонении.
Кроме того, на строительных площадках приходится разрезать и снова соединять арматурные стержни. В этом случае невозможно применение винтовых муфт.
Известно устройство для соединения арматурных стержней, содержащее парные накладки с наружной конической поверхностью и внутренней рельефной поверхностью, соответствующей периодическому профилю стержней, обоймы с внутренней конической поверхностью, охватывающие парные накладки, и элементы зацепления накладок и обойм при повороте последних, при этом уклоны конусности сопрягаемых конических поверхностей накладок и обойм направлены к их концам, а элементы зацепления выполнены в виде продольных сужающихся выступов на концах накладок и взаимодействующих с ними парой полукольцевых выступов на каждой обойме, ориентированных по винтовой линии и разделенных между собой проточкам, ширина которых больше толщины выступов на накладках (см. авторское свидетельство СССР №1548381, 5 Е04С 5/16 «Устройство для соединения арматурных стержней», опубликованное 07.03.90).
Известное устройство, как и вышеуказанные аналоги, не может обеспечить высокую надежность соединения арматурных стержней, так как их крепление при помощи накладок и обойм, взаимодействующих между собой конусными поверхностями, только упрощает сборку, но не обеспечивает постоянного радиального усилия зажима стержней при продольных нагрузках, превышающих предел текучести материала стержней.
Наиболее близким по технической сущности является клинозамочная муфта для соединения арматурных стержней, содержащая цилиндрическую оболочку (корпус) с отогнутыми наружу буртиками, расположенными по ее длине таким образом, что между ними образована коническая (трапецеидальная) прорезь, и плоскую клиновидную фасонную деталь (клин) с загнутыми внутрь продольными концами, взаимодействующими с буртиками цилиндрической оболочки, снабженной в нижней части стягивающим хомутиком (см. Обзор «Соединение арматурных стержней», раздел «Механические соединения за рубежом», опубликованный 2004 г., п.2.1.1.3, рис.4 «Клинозамочная муфта для соединения арматурных стержней»).
Недостатком известной клинозамочной муфты для соединения арматурных стержней является то, что установка клиновидной фасонной детали длиной до 350 мм в коническую прорезь цилиндрической оболочки, имеющей длину тоже до 350 мм, практически невозможна в монтажных условиях при ограниченном доступе к месту стыка арматуры. Кроме того, известная муфта не может обеспечить прочность соединения при статическом растяжении стержней до 1,25 предела текучести их материала, а следовательно, не может удовлетворять требованиям высокой степени безопасности, связанной с железобетонными конструкциями, например, при строительстве атомных электростанций.
Технический результат заявляемого изобретения предусматривает повышение надежности соединения арматурных стержней, работающих в условиях предельного статического растяжения до 1,25 предела текучести, а также повышение удобства монтажа.
Указанный технический результат достигается тем, что в клинозамочной муфте для соединения арматурных стержней, содержащей корпус с трапецеидальным отверстием и клином, взаимодействующим с наклонной поверхностью трапецеидального отверстия, согласно изобретению корпус выполнен в виде парных пластин, каждая из которых снабжена двумя сужающимися от центра трапецеидальными отверстиями, расположенными симметрично относительно центра пластины, при этом в центре каждой пластины выполнено овальное отверстие, клин выполнен в виде симметричной детали, в середине которой расположены под углом друг к другу выполненные с насечкой зажимные поверхности, а по краям обратной стороны клина вдоль зажимных поверхностей выполнены клиновые поверхности, ограниченные с наружной стороны буртиком и взаимодействующие с наклонными поверхностями трапецеидальных отверстий соответственно первой и второй пластины, причем в овальное отверстие установлен клиновой фиксатор.
В частных случаях выполнения изобретения угол наклона зажимных поверхностей составляет 90° друг к другу, угол наклона клиновых поверхностей клина и наклонных поверхностей трапецеидального отверстия составляет 20°.
Выполнение корпуса в виде двух пластин, соединенных друг с другом посредством клиньев, взаимодействующих с наклонными сторонами трапецеидальных отверстий, позволяет создать прочное разборное устройство, удобное для применения в ограниченных пространствах, обусловленных строительно-монтажными работами.
Выполнение клина в виде симметричной детали, в середине которой расположены под углом друг к другу выполненные с насечкой зажимные поверхности, а с обратной стороны - две клиновые поверхности, взаимодействующие с наклонной поверхностью трапецеидального отверстия соответственно первой и второй пластины, позволяет быстро и надежно методом клина зажимать в радиальном направлении арматурные стержни.
Наличие ограничительного буртика позволяет точно совмещать клиновые поверхности клина с наклонными поверхностями трапецеидального отверстия, центрируя клин между пластинами корпуса.
Заявляемая клиновая муфта с углом наклона клиновой поверхности 20° позволяет получить усилие прижима арматурных стержней на каждой прижимной поверхности, равное усилию растяжения, прикладываемому к стержням. Общее радиальное усилие прижима в два раза превышает усилие нагрузки на стержни, что повышает надежность крепления арматурных стержней.
При достижении материалом стержней предела текучести, когда начинается утонение арматурного стержня, радиальное усилие прижима не уменьшается, так как при продольной деформации стержней они тянут за собой клинья посредством их периодического рифления и рифленой опорной поверхности клина. Происходит сближение клиньев, их дальнейшее заклинивание и сохранение радиального усилия прижатия стержней при их утонении, что повышает надежность крепления арматурных стержней при любых экстремальных нагрузках.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».
Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного выполнения клинозамочной муфты для соединения арматурных стержней.
На фиг.1-7 представлена клинозамочная муфта для соединения арматурных стержней:
на фиг.1 - общий вид;
на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1;
на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1;
на фиг.4 - общий вид клина;
на фиг 5 - вид слева на фиг 4;
на фиг.6 - сечение В-В на фиг.4;
на фиг.7 - вид по стрелке Г на фиг.6.
Клинозамочная муфта для соединения арматурных стержней содержит корпус, выполненный в виде парных пластин 1, каждая из которых снабжена двумя симметрично расположенными трапецеидальными отверстиями 2, сужающимися от центра, а также клиньев 3, взаимодействующих с наклонными поверхностями 4 трапецеидальных отверстий 2. Клин 3 выполнен в виде симметричной детали, в середине которой расположены под углом 90° друг к другу зажимные поверхности 5, выполненные с насечкой 6. С обратной стороны клина 3 вдоль зажимных поверхностей 5 выполнены две клиновые поверхности 7, каждая из которых с наружной стороны ограничена буртикам 8 и взаимодействует с наклонной поверхностью 4 трапецеидального отверстия 2 соответственно первой и второй пластины 1. В центре каждой пластины 1 соосно друг другу расположены овальные отверстия 9, в которые устанавливается клиновой фиксатор 10. Угол наклона клиновых поверхностей 7 клина 3 и наклонных поверхностей 4 трапецеидального отверстия 2 составляет 20°. Угол наклона рассчитан исходя из условий равнопрочности соединения и минимизации продольного хода клиньев. Профиль насечки 6 выполнен в виде равностороннего треугольника.
Клинозамочная муфта для соединения арматурных стержней работает следующим образом.
Собирают две пластины 1 с клиньями 3 путем установки последних в трапецеидальные отверстия 2, совмещая клиновые поверхности 7 с наклонными поверхностями 4 трапецеидальных отверстий 2 первой и второй пластины 1 соответственно. Благодаря наличию буртиков 8, ограничивающих с наружной стороны клиновые поверхности 7, происходит центрирование клиньев 3 между пластинами 1. Клинья 3 располагают ближе к центру пластин 1. Заводят с двух сторон между зажимными поверхностями 5 арматурные стержни 11, приблизив их друг к другу до упора. Расположение концов стержней проверяют через овальное отверстие 9. Затем клинья 3 перемещают в направлении от центра, производя их заклинивание в трапецеидальных отверстиях 2. При этом концы арматурных стержней 11 зажимаются между поверхностями 5. При раздвижении клиньев 3 от центра, в результате зацепления рифления 6 зажимных поверхностей 5 с периодическим рифлением арматурных стержней 11, происходит незначительное расхождение последних. Затем производят окончательное расклинивание и зажим концов арматурных стержней путем установки клиновидного фиксатора 10 в овальное отверстие 9 между торцами арматурных стержней 11. Забивают клиновой фиксатор 10 между торцами арматурных стержней 11, осуществляя окончательное крепление арматурных стержней 11.
В случаях, когда арматурные стержни 11 зафиксированы и не имеют продольного перемещения для заведения их концов между зажимными плоскостями 5, плиты 1 заводят с разных сторон концов арматурных стержней 11. Дальнейшую сборку производят в порядке, указанном выше, при этом окончательное расклинивание и зажим концов арматурных стержней производят путем забивания клиновых фиксаторов 10 в образовавшийся зазоры между клиньями 3 и основанием трапецеидальных отверстий 2.
Испытание надежности соединения арматурных стержней в клинозамочной муфте проводили на разрывной машине Р-100. При статическом растяжение к арматурным стержням прикладывали усилие в 60-66 тонн, что более чем в 1,5 превышает предел текучести материала арматурных стержней. Арматурные стержни имеют следующие характеристики: ГОСТ 5781-75, класс стали A-III, марка стали 35ГС, диаметр 32 мм, предел текучести 400 МПа, временное сопротивление 600 МПа, относительное удлинение 14%.
Клинозамочная муфта для соединения арматурных стержней выполнена из стали 45, при этом зажимные поверхности 5 с насечкой 6 термообработаны.
При испытании произошло разрушение арматурных стержней за пределами клинозамочной муфты. После разборки клинозамочной муфты был произведен замер диаметра концов арматурных стержней, которые были зажаты между зажимными поверхностями 5. Было обнаружено утонение арматурных стержней на 15% от первоначального диаметра, но разъединения арматурных стержней с клинозамочной муфтой не произошло.
На основании вышеизложенного следует вывод, что заявляемая клинозамочная муфта является надежным средством соединения арматурных стержней и может быть использована в монолитном железобетоне при сооружении ответственных стратегических сооружений, например атомных станций.
1. Клинозамочная муфта для соединения арматурных стержней, содержащая корпус с трапецеидальным отверстием и клином, взаимодействующим с наклонной поверхностью трапецеидального отверстия, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде парных пластин, каждая из которых снабжена двумя сужающимися от центра трапецеидальными отверстиями, расположенными симметрично относительно ее центра, при этом в центре каждой пластины выполнено овальное отверстие, клин выполнен в виде симметричной детали, в середине которой расположены под углом друг к другу выполненные с насечкой зажимные поверхности, а по краям обратной стороны клина вдоль зажимных поверхностей выполнены клиновые поверхности, ограниченные с наружной стороны буртиком и взаимодействующие с наклонными поверхностями трапецеидальных отверстий первой и второй пластины соответственно, причем в овальное отверстие установлен клиновой фиксатор.
2. Клинозамочная муфта по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона зажимных поверхностей друг к другу составляет 90°.
3. Клинозамочная муфта по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона клиновых поверхностей клина и наклонных поверхностей трапецеидального отверстия составляет 20°.
