Узел соединения концевых частей длинномерных цилиндрических элементов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ф Ю Ф(71) Запорожский индустриальный институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1451240, кл. Е 04 0 21/12, 1986.(54) УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ КОНЦЕВЫХ ЧАСТЕЙ ДЛИННОМЕРНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ(57) Использование: соединение высоко- прочных 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 отверстищ.ъ.Ыао 1765556 А 1(я)5 Е 16 В 7/00, Е 04 0 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 трения. но также за счет нормального давления соединяемых элементов на тело (Л обоймы, 4 ил, СИзобретение относится к строительствуможет бытЬ использовано при производгве железобетонных конструкций для соеинения арматурных стержней.Известен узел соединения концевых зстей 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, соответстующйми поверхности концевых частей .оединенных элементов, и фиксирующего аспорного элемента, установленного в казанных соосных отверстиях перпендикуярно и симметрично относительно продольной оси соединения.Сопротивление осевой нагрузке в таком :зле соединения обеспечивается за счет сил рения, возникающих на поверхности конакта между концевыми частямиСоединяе 4 ых длинномерных цилиндрических лементов и цилиндрической частью соедияющей 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 изготовления 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 У-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 количествафиксирующих распорных элементов, что5 приводит к увеличению габаритов узласоединения и усложнению его устройства,Кроме этого, повышение осевого сопротивления в этих соединениях достигается засчет чрезвычайно высоких нормальных кон 10 тактных напряжений между фиксирующимраспорным элементом и соединяемыми цилиндрическими элементами, что приводит ктравмированию концевых частей длинномерных цилиндрических элементов и сни 15 жению надежности соединения,Наиболее близким к заявляемому является устройство, включающее обойму, выполненную в виде отрезка трубы овальногосечения и расположенный в ней вкладыш с20 продольными пазами для соединяемых элементов. В обойме и вкладыше выполненысоосные отверстия, через которые пропущен болт с клиновидными накладками, стягивающими с помощью винтовой пары25 параллельные боковые стенки обоймы и зажимающими концевые участки соединяемых длинномерных цилиндрическихэлементов между цилиндрическими участками обоймы и вкладышем.30 Однако сопротивление осевой нагрузкев этом соединении также недостаточно,так как осуществляется (как и в предыдущих описанных устройствах) только засчет сил трения, возникающих между кон 35 тактными поверхностями обоймы, вкладыша и соединяемых цилиндрическихэлементов, а надежность его снижаетсямногоэлементностью устройства, включающего винтовую пару и элементы трения, Это40 устройство используют для соединения гибких элементов,Целью предлагаемого технического решения является повышение надежностипри соединении высокопрочных легирован 45 ных и термоупрочненных арматурных стержней при исключении повреждений впроцессе соединения, повышение прочности и жесткости в ответственных и предварительно напряженных железобетонных50 конструкциях,Это достигается тем, что в узле соединения концевых частей длинномерных цилиндрических элементов, содержащем обоймув виде отрезка трубы овального попереч 55 ного сечения с соосными отверстиями напрямолинейных участках ее стенок, размещенный в обойме вкладыш с профильнымиповерхностями, соответствующими поверхности концевых частей соединяемых элементов и фиксирующий распорный элемент,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 расположенными радиальными выступами на поверхности, обойма выполнена длиной, равной 68 диаметров соединяемого элемента с проредуцированными концевыми учас-ками на длине, равной 1,01,2 диаметра элемента, внутренний диаметр обоймы в средней необработанной ее части, на длине, равной 46 диаметра элемента, в 1,41,5 раза больше внутреннего диаметра концевых участков, равных 2,352,45 диаметра элемента, а толщина стенки участков обоймы равна Яок = Ова(22,5) Овоб,Воср=0 ва (33,5) Увоб,где б - диаметр арматурного стержня;ов, - предел прочности соединяемых элементов;гво - предел прочности обоймы;Кок - толщина стенки концевых участков обоймы;Яоср толщина стенки средней части обоим ы.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 противоположными наклонными под углом, равным углу самоторможения, к первой ступени лысками, вкладыш выполнен разрезным из двух частей, толщина рабочих поверхностей каждой из которых равна Нв=(3.4)Ь, где Нв - толщина рабочей поверхности вкладыша; и - высота выступа арматурного стержня, вэаимообращенные поверхности которых соответствуют укаэанным лыскам клинового стер:кня, причем твердость материала сбоймы и вкладышей в 1,52,0 раза меньше твердости материала арматурных стержней и клинового стержня, диаметр указанных соосных отверс 1 ий обоймы равен ".,6 1.8 диаметр стержня, а диаметр меньшего основания головки клинового стержня равен 0,60,8 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 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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 длин- номерных 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 длин- номерных 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 о , 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 части выбрана из условий равнопрочности с арматурными стержнями в исходном состоянии материала, то повышение прочностиа 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 ГРМпри соединении арматурных стержней диаметром 20 мм из стали 32 Г 2 ПС, материал обоймы и вкладышей Ст 3, материал фиксирующего распорного элемента У 8 ГА, твердость материала арматурных стержней и оаспорного элемента (НВ)= 200 кг/мм, твердость материала обоймы и вкладышей (Н В)о=90 кг/мм, ово =35 кг/мм в исходномгсостоянии, п =58 кг/мм после внедрения2выступов арматурных стержней,т. е. после пластической деформации =(25.30)ф. 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 68 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 46 диаметров соединяемых элементов, при котором усилие на фиксирующий распорный элемент для достижения требуемой величины прогиба арматуры при б=20 мм и (тра =40 кгlмм находится в прегделах (80150) 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 непроредуцированной ее части в 1,41,5 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 ОВ 2178818 А и становится практически равной жесткости арматурных стержней (см. фиг. 5).Уменьшение соотношения между диаметрами в средней части обоймы и на кон 45 50 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 длин- номерных 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 иповышения надежности соединения, увели 5 чение этого соотношения сверх указанногов формуле изобретения приводит к снижению жесткости соединения и чрезмерномуувеличению его поперечных размеров,Толщина стенки концевых участков10 обоймы Яок увеличивается при пластическом редуцировании отрезка трубы, из которой изготавливается обойма; вследствиеувеличения толщины стенки при редуцировании концевые участки становятся более15 жесткими и служат опорами при изгибе соединяемых арматурных стержней фиксирующим распорным элементом. В процессеэтого изгиба арматурные стержни на участке средней части обоймы перемещаются в20 непроредуцированную часть обоймы, которая имеет больший диаметр и поэтому несопротивляется изгибу до входа стержня вконтакт со стенками средней части обоймы.Толщина стенки средней части обоймы25 определена из условия равнопрочностиобоймы и соединяемых стержней,Толщина вкладыша выбрана равной3.4 высотам выступа арматурного стержня из условия, что при полном внедрении30 радиального выступа на поверхности соединяемого арматурного стержня в тело вкладыша пластическая деформация стеноквкладыша составит(25,30)ф , благодаря чему прочность материала вкладыша увели 35 чивается примерно в два раза и достигаетпрочности соединяемых арматурных стержней, что также способствует достижениюпоставленной цели (повышает жесткость узла соединения),40 Так как твердость материалов обоймыи вкладышей в 1,5,2,0 раза меньше твер1765556 10 Толщинастенкисреднейчастиобоймы,Воср мм Диаметрсреднейчастио(юймы,мм ДиаметрконцевоДлина средней частиобоймы,мм го участка обоймы, мм 260 200 190 160 160 170 170 140 140 40 40 45 50 5 г 40 45 50 55 12 60 60 65 70 75 60 65 70 /5 60 80 18 12 100 18 12 150 140 120 120 130 110 80 80 40 45 50 55 40 45 50 55 60 65 70 75 60 65 70 75 120 18 12 140 18 12 160 но и симметрично относительно продольной оси соединения, о т л и ч а ю щ и й с я 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 68 диаметров соединительного элемента с проредуцированными концевыми участками на длине, равной 1,01,2 диаметра элемента, внутренний. диаметр в средней не обработанной ее части на длине, равной 46 диаметрам элемента,в 1,41,5 раза больше внутреннего диаметра концевых участков, равных 2,35,2,45 диаметра элемента, а толщина стенки участков обоймы равна Яок= Ива (22,5) Овоб,а в средней частиЯоср= Ова /(33,5) (Тво бгде б - диаметр арматурного стержня;ова- предел прочности соединяемыхэлементов;ово - предел прочности обоймы; Яок - толщина стенки концевых участковобоймы;Яоср - толщина стенки средней частиобоймы,5 при этом распорный элемент выполнен ввиде двухступенчатого клинового стержня снаправляющей головкой в виде усеченногоконуса и сопряженной с ней силовой профильной ступени с диаметрально противопо 10 ложными наклонными под углом, равнымуглу самоторможения, к первой ступени лысками, вкладыш выполнен разъемным издвух частей, толщина рабочих поверхностейкаждой из которых равна15 К в=(34)Ь,где Кв-толщина рабочей поверхности вкладыша,и - высота выступа арматурного стержня,20 взаимообращенные поверхности вкладышей соответствуют указанным лыскам клинового стержня, причем твердостьматериала обоймы и вкладышей в 1,52,0раза меньше твердости материала арматур 25 ных стержней и клинового стержня, диаметр указанных соосных отверстий обоймыравен 1,6,1,8 диаметра стержня, а диаметрменьшего основания головки клиновогостержня равен 0,60,8 расстояния между30 арматурными стержнями в расфиксированном состоянии. Ч Толщина Оила законцевого прессовки участка клина, кг обоймы, ок е мм1765556 Фиг. 4нищенкотал Корректор дакто ажкомитета по изо Москва, Ж, Ра КНТ С ельский комбинат "Патент", г. Ужгоро Производственн гарина каз 337 ВНИИ ударстве 113