Свойства и особенности применения в железобетонных конструкциях резьбовых и опрессованных механических соединений
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются оп-рессованные и резьбовые соединенияарматуры^ центрально и внецентренно сжатые железобетонные элементы, рабочая арматура класса А500С которых соединена резьбовыми соединениями. Предметом исследования являются" механические свойства резьбовых и опрессованных соединений арматуры, а также прочность, деформативность и трещиностойкость… Читать ещё >
Содержание
- 1. Состояние вопроса и задачи исследования
- 1. 1. Требования норм проектирования железобетонных конструкций к механическим соединениям арматуры
- 1. 2. Типы механических соединений
- 1. 2. 1. Механические соединения за рубежом
- 1. 2. 2. Механические соединения в России
- 2. 1. Постановка задачи
- 2. 2. Характеристика образцов и методика проведения испытаний
- 2. 3. Результаты испытаний
- 2. 4. Технология производства опрессованных соединений арматуры
- 2. 4. 1. Подготовительные операции
- 2. 4. 2. Изготовление опрессованых соединений арматуры
- 2. 4. 3. Контроль качества работ
- 3. 1. Постановка задачи
- 3. 2. Характеристика опытных образцов и технология их изготовления
- 3. 3. Методика проведения испытаний на растяжение резьбовых соединений арматуры
- 3. 4. Результаты испытаний
- 3. 4. 1. Прочность и деформативность соединений арматуры с конусной резьбой'
- 3. 4. 2. Прочность и деформативность соединений арматуры с нарезанной цилиндрической резьбой
- 3. 4. 3. Прочность соединений арматуры с нарезанной цилиндрической резьбой при отрицательных температурах
- 3. 4. 4. Прочность и деформативность соединений арматуры с накатанной цилиндрической резьбой
- 3. 4. 5. Прочность соединений арматуры с накатанной цилиндрической резьбой при испытании на выносливость
- 4. 2. Характеристика опытных образцов
- 4. 4. Результаты испытаний опытных образцов
- 4. 4. 1. Характер разрушения опытных образцов
- 4. 4. 2. Деформативность бетона и продольной арматуры опытных образцов
- 4. 4. 3. Прочность железобетонных колонн, армированных арматурой класса А500С, соединенной резьбовыми соединениями
- 4. 4. 4. Анализ влияния деформативности резьбовых соединений на прочность сжатых железобетонных элементов
- 4. 4. 5. Анализ влияния эксцентриситета
- 4. 4. 6. Влияние эксцентриситета
- 5. Технико-экономическое обоснование применения механических соединений сжатой арматуры
Свойства и особенности применения в железобетонных конструкциях резьбовых и опрессованных механических соединений (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
В настоящее время в России широко развивается строительство из монолитного железобетона. Возрастающие объемы монолитного строительства диктуют необходимость перехода на более надежные и скоростные технологии возведения зданий и сооружений. При проектировании и возведении монолитных зданий и сооружений возникает проблема соединения стержней арматуры, так как, длина поставляемых металлургическими предприятиями стержней ограничена условиями транспортировки и не превышает 12 м.
В нашей стране в основном применяются сварные и нахлесточные соединения арматуры. Причем от применения, сварных соединений строители отказываются, это связано с высокой стоимостью электроэнергии, привлечением высококвалифицированных сварщиков, с более сложным контролем качества работ, большей трудоемкостью сварных соединений при большом количестве стыкуемых стержней.
Наиболее простым способом соединения стержневой арматуры является-соединение внахлестку без сварки, когда усилия1 с одного стыкуемого стержня-на другой передаются за счет сил сцепления с окружающим бетоном. Являясь наиболее простым, соединение внахлестку имеет ряд существенных недостатков: перерасход арматуры за счет перепуска стержнейнеобходимость установки дополнительной поперечной арматуры в зоне соединениязатруднение бетонных работ в густоармированных конструкциях, за счет скопления в зоне соединения большого количества арматуры, поэтому в некоторых случаях это приводит к увеличению размеров поперечного сечения элемента.
Длина нахлёстки по СП 52−101−2003 [22] примерно в два раза больше длины нахлёстки по СНиП 2.03.01−84* [24]. Это приведёт к ещё большему перерасходу арматуры за счёт перепуска стержней, который будет достигать 4050% и сделает применение нахлесточных соединений экономически невыгодным. Поэтому возникает необходимость поиска новых способов соединения арматурных стержней.
Альтернативным способом, исключающим эти недостатки, является соединение стержней периодического профиля с помощью механических соединений. Необходимо отметить, что получение экономии является второстепенной целью применения механических соединений арматуры, а главной целью является повышение надежности соединений, что особенно важно при строительстве высотных зданий и сооружений, поэтому в большинстве стран мира, в том числе в Великобритании, США и Германии, для стыкования арматуры диаметром 25—40 мм применяют механические соединения, гарантирующие надежность сооружения. .При этом выделяются сжатые стыки, которые воспринимают только сжимающие усилия, и передача усилий в которых с одного стержня на другой осуществляется опиранием торцов и сжато-растянутые стыки, которые могут воспринимать как сжимающие, так и растягивающие усилия.
Из всех типов механических соединений в нашей стране наибольшее применение нашли только опрессованные стыки [12, 13, 14, 15, 17] и соединения с помощью муфт арматуры винтового периодического профиля [16]. Это связано, прежде всего, с тем, что в СССР преобладало строительство из сборного железобетона, при котором соединения арматуры в заводских условиях, как правило, выполнялись с помощью сварки. I.
Высокая надежность и экономическая эффективность рассматриваемых соединений арматуры создают перспективу их массового применения при возведении многоэтажных зданий из монолитного железобетона. Однако, вопросы прочности и деформативности механических соединений с арматурой периодического профиля, особенности напряженно-деформированного состояния центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов, рабочая арматура которых соединена механическими соединениями, еще недостаточно изучены, поэтому для обеспечения внедрения таких соединений в практику строительства возникла необходимость проведения экспериментально-теоретических исследований этой проблемы.
Целью диссертационной работы является исследование свойств и особенностей применения в. железобетонных конструкциях резьбовых и опрессо-ванных механических соединений арматуры;
Для?достижениягпоставленной целирешались следующие задачи:
• разработать, оптимальнуютехнологию выполнения и контроля качествам опрессованных соединений арматуры в условиях строительной площадки;
• оценить механические свойства стандартных и переходных опрессованных соединений арматуры, выполненных в условиях стройплощадки;
•5 изучить механические свойства резьбовых соединений^ различным способом нанесения резьбы на концах арматурных стержней класса А500Сэкспериментально и теоретически оценить, работу резьбовых соединений рабочей1 арматуры, класса А500С в центрально и внецентренно: сжатых железобетонных элементах;
• выполнить анализ технико-экономической эффективности практического' применения резьбовых и опрессованных соединений арматуры:
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются оп-рессованные и резьбовые соединенияарматуры^ центрально и внецентренно сжатые железобетонные элементы, рабочая арматура класса А500С которых соединена резьбовыми соединениями. Предметом исследования являются" механические свойства резьбовых и опрессованных соединений арматуры, а также прочность, деформативность и трещиностойкость центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементов, армированных арматурой класса А500С, соединенной резьбовыми соединениями.
Нау чную новизну работы составляют:
• данные по механическим соединениям арматуры различных стран;
• результаты испытаний стандартных и переходных опрессованных. соединений арматуры,.выполненных в построечных условиях;
• экспериментальные данные по прочности и деформативности конусных и цилиндрических резьбовых соединений арматуры класса А500С при испытании на растяжение;
• данные о влиянии отрицательных температур на прочность резьбовых соединений арматуры при испытании на растяжение;
• результаты испытаний резьбовых соединений арматуры на выносливость;
• экспериментальные данные о работе конусных, и цилиндрических резьбовых соединений-рабочей арматуры класса А500С в центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементах;
• сравнение стоимости различных видов соединений арматуры.
Автор защищает:
• результаты экспериментальных исследований механических свойств резьбовых и опрессованных соединений арматуры-. данные о влиянии отрицательных температур и. выносливости’на, прочность резьбовых соединений;
• экспериментальные данные о работе конусных и цилиндрических резьбовых соединенишрабочей арматуры класса А500С в центрально и внецентренно сжатых железобетонных элементах;
• экономический эффект при использовании резьбовых и опрессованных механических соединений арматуры.
Практическое значение работы:
Научно-техническое сопровождение строительства жилого комплекса «Континенталь» позволило разработать оптимальную технологию выполнения и контроля качества опрессованных соединений.
Проведенные исследования соединений с конусной, цилиндрической нарезанной* и накатанной резьбой дали возможность их применения пристроительстве МДЦ «Москва-Сити», здания «Siemens» и др.
Экономический эффект за счет внедрения механических соединений арматуры достигнут благодаря тому, что данные соединения имеют меньшую стоимость по сравнению с ванной сваркой, за счет сокращения трудоемкости, сроков монтажа и снижения энергозатрат и сопоставимую стоимость с соединениями арматуры больших диаметров внахлест без сварки, за счет исключения перерасхода арматурной стали из-за перепуска стержней.
Результаты работы позволили разработать и выпустить технологические регламенты по производству опрессованных соединений арматуры для ООО «СПРУТ» и ЗАО «Трансмонолит», пособие по применению механических соединений арматуры для железобетонных конструкций зданий и сооружений атомных станций, а так же технические условия резьбовых соединений арматуры производства фирм ЬепШп, Бех1га и САВЫ.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на конференции молодых ученых в транспортной науке (г. Москва, ЦНИИС, 2005 г.).
Опубликованность результатов. Основные положения диссертации опубликованы в 3 печатных работах.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав основной части, общих выводов по работе, списка использованной литературы из 61 наименования. Работа изложена на 135 страницах, содержит 31 таблицу и 90 рисунков.
Общие выводы по работе.
1. Экспериментальные исследования механических соединений арматуры класса А500С с различным способом нарезки резьбы показали их достаточную прочность. Прочность всех типов резьбовых соединений арматуры у класса А500С была не меньше 600 Н/мм. Деформативность соединений с конусной резьбой в среднем составила 0,023 мм, соединений с нарезанной цилиндрической резьбой 0,069 мм, соединений с накатанной резьбой 0,03 мм. Пластичность соединяемых стержней после разрушения соединений во всех случаях превышала 2%.
2. Испытания механических соединений арматуры выполнялись в соответствии с методикой ГОСТ 12 004 с определением деформативности механических соединений арматуры, которая определяется при эксплуатационной нагрузке 0,6ах как разность между полными и упругими деформациями соединения: Лост=ДПолн.-Дупр.
3. Испытания на выносливость резьбовых соединений с накатанной цилиндрической резьбой показали, что разрушение образцов происходит не менее чем при 1 млн. циклов, при среднем значении более 1,5 млн. циклов.
4. Испытания соединений арматуры класса А500С с цилиндрической нарезанной резьбой при отрицательной температуре показали, что эти соединения могут эксплуатироваться при расчетной зимней температуре до -30 °С, включительно.
5. Проведенные испытания резьбовых соединений позволили разработать технические условия и руководящий документ по применению механических соединений арматуры для железобетонных конструкций зданий и сооружений атомных станций [18,25, 26,27,28].
6. Лабораторией арматуры НИИЖБ, в том числе и соискателем, в результате научно-технического сопровождения строительства жилого комплекса «Континенталь» выработана оптимальная технология производства и контроля качества опрессованных соединений в условиях стройплощадки, которая нашла своё отражение в «Регламентах по производству опрессованных соединений» для ООО «СПРУТ», ЗАО «Трансмонолит» и концерна «Росэнергоатом».
7. Деформативность соединений арматуры от 0,021 мм до 0,26 мм в центрально сжатых элементах и эксцентриситет приложения нагрузки от 0,25Ь до 0,65Ь во внецентренно сжатых элементах не привели к образованию дополнительных деформаций в бетоне в зоне стыка и не повлияли на прочность колонн по сравнению с колоннами с целыми стержнями.
8. Испытания показали, что деформативность резьбовых соединений от 0,021 мм до 0,26 мм не повлияла на характер развития трещин в центрально сжатых колоннах. Продольные трещины появлялись практически одновременно с исчерпанием несущей способности колонн. Испытания внецентренно сжатых колонн показали, что трещины появлялись в бетоне по краям муфт. Максимальная ширина раскрытия трещин при нагрузке 0,6ЫОП не превышала 0,1 мм. Максимальная ширина раскрытия трещин за 1−2 этапа до разрушения колонн с целыми стержнями составила 0,125 мм, а у образцов с резьбовыми соединениями 0,1−0,125 мм.
9. Результаты испытаний образцов и удовлетворительная сходимость результатов расчета с опытными данными показали, что расчет центрально и внецентренно железобетонных элементов с резьбовыми соединениями рабочей арматуры следует выполнять по методике СП 52−101−2003, а нормативные и расчетные сопротивления арматуры с резьбовыми соединениями следует принимать такими же, как для целых стержней.
10. Экономический анализ показал, что применение резьбовых и опрессо-ванных соединений арматуры в строительстве позволяет получить экономический эффект при соединении арматурной стали диаметром 20−40 мм.
Список литературы
- ГОСТ 12 004. Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение. — М.: Изд-во стандартов, 1996. — 17 с.
- ГОСТ 8734. Трубы стальные, бесшовные холоднодеформированные. Сортамент. — 17 с.
- Дьячков В. В. Прочность и деформативность резьбовых механических соединений арматуры / Бетон и железобетон. 2006. — № 1. — С.11−14.
- Дьячков В. В. Прочность и деформативность резьбовых механических соединений арматуры // Научные труды / ОАО ЦНИИС. М., 2005. — Вып.228. -Молодые ученые в транспортной науке. — С. 78−86.
- Жук В. М. Прочность и деформативность, бессварных стыков колонн с высокопрочной стержневой арматурой. Дис.. канд., техн. наук. М., 1986. -193 с.
- К. Перри, Г. Лисснер. Основы тензометрирования. — М.: Изд-во иностр. литер., 1957.-324 с.
- Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. М.: Воёнтех- -лит, 2000. — 256 с.
- Мадатян С. А. Арматура железобетонных конструкций // Обзорная информация. М. :ВНИИНТПИ. — 2005. — Вып. 1. 2005. — 24 с.
- Мадатян С. А. Кое-что об арматуре / Металлоснабжение и сбыт. 2006. -№ 3.-С. 78−81.
- Мадатян С. А., Дьячков В. В. Исследование резьбовых соединений арматуры в сжатых железобетонных элементах / Бетон и железобетон. 2007. -№ 4.-С. 16−20.
- И. Мадатян С. А., Терин В. Д. Влияние локального разупрочнения арматуры на прочность изгибаемых железобетонных элементов по нормальным сечениям // Новое в создании и применении арматуры железобетонных конструкций.-М.: НИИЖБ. 1986.-С. 10−19.
- Несварные обжимные стыки арматуры в железобетонных конструкциях/ Н. Г. Матков, Э. A. Балючик, В. И. Губин и др. // Бетон и железобетон.2003. — № 4. — С.6−10.
- НТО НИИЖБ по теме: Исследовать работу соединений арматуры винтового профиля класса A-III в изгибаемых железобетонных элементах и подготовить изменения в рекомендации по применению. М: 1989 г. 65 с:
- НТО НИИЖБ по теме. Экспериментально-теоретические исследования механических соединений стержневой арматуры и разработка рекомендаций по их применению. М: 2003. -81 с.
- Пособие по применению механических соединений арматуры для железобетонных конструкций зданий и сооружений атомных станций. РД ЭО 0657−2006. М.: 2006 г. — 48 с.
- Рекомендации по механическим соединениям арматурной стали для железобетонных конструкций. РА-10−1-04. М.: Ассоциация «Железобетон», 2004.-22 с.
- Решетов Д. Н- Детали машин. М.: Машиностроение, 1989. — 496 с.
- РТМ 393−94. Руководящие технологические материалы по сварке и контролю качества соединений арматуры-и закладных изделий железобетонных конструкций. М.: НИИЖБ, 1994. — 316 с.
- Свод правил по проектированию и строительству СП 52−101−2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: ФГУП ЦПП, 2004. — 53 с.
- Сборник расценок на основные виды работ, осуществляемых при научно-техническом сопровождении строительства РД-15.01.07. — М: ОАО «КТБ-ЖБ», 2007.-22 с.
- СНиП 2.03.01−84. Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования. М-:ГУП ЦПП- 2000.-76 с.
- Технические условия 4842−196−46 854 090−2005. Соединения арматуры механические «LENTON» производства фирмы «ERICO». -М.: НИИЖБ, 2005. -28 с.- f
- Технические условия 4842−192−46 854 090−2005. Соединения арматуры механические «BARTEC» производства фирмы «DEXTRA». М.: НИИЖБ, 2005. -19 с.
- Технические условия 21−33−31−83. Анкеры и стыковые соединения типа «обжатая обойма». М.: ВНИИЖелезобетон, 1990. — 19 с.
- Технические условия* 5880−109−46 854 090−2000. Стыки арматуры, пеjриодического профиля- несварные обжимные трубчатые для несущих монолитных и сборных железобетонных конструкций зданий, мостов и сооружений- — М.: НИИЖБ, 2000.
- Технология и-индустриализация армирования железобетонных конструкций// ЕКБ-ФИП.-1975. № 87. — С. 183. (перевод с нем. под ред. А. А. Гвоздева и Н. М. Мулина).
- Фридлянов Б.Н. Применение винтовой, арматурной стали на стройках Москвы / Бетон. и железобетон- — 2001. № 1. — С.10−12.
- Экономическая эффективность новой сварочной техники. Киев: Из-во «Техника», 1976. — 168 с.
- AASHTO 2005. LRFD Bridge design specification, 2005 Interim draft. American Association of State Highway and1 Transportation Officials, Washington DC.
- AGI 318. Building Code Requirements for Structural’Concrete and Commentary. -Farmington Hills, American Concrete Institute, 1983.
- ACI 349. Code requirements for nuclear safety related concrete structures. -Farmington Hills: American Concrete Institute, 1980.
- A1034/A1034M 05b Standard test methods for testing mechanical splices for steel reinforcing bars — 2005.
- Bennett E. W. Fatigue tests of spliced* reinforcement in concrete beams// SP 75−8.
- Bennett E. W. Report on tests of tensile bar splices in reinforced concrete beams. CCL Systems Ltd., London- August 1977/February 1978.
- BNFL Specification ES.00391A. «Mechanical splices to reinforcement for concrete» from the British Nuclear Fuel Ltd.
- BS 8110. Structural use of concrete. Code of practice for design and construction. BSI, 1985. 124 p.
- Cagley James R. and Apple Richard. Economic analysis — mechanical butt splices vs. lap splicing. Erico. Solon. Ohio. 5 pp.
- CalTrans. California Test 670 Method of Tests for Mechanical and Welded Reinforcing Steel' Splices. California Department of Transportation. Sacramento CA. 2004.
- CEB-FIP Model Code 1990., — Lausanne: Comite Euro-International du Beton, 1990:
- Coogler, K.L. Investigation of the behavior of offset mechanical splices. School of engineering. University of Pittsburgh. 2006.
- Coogler, K.L. Harries, K.A. Evaluation of offset mechanical reinforcing bar systems- Pennsylvania Department of Transportation. Project CE/ST-35 2006
- DIN 1045. Structural use of concrete. Design and construction. — Berlin: Deutsches Institut fur Normung, 1988- — 91 p.
- Hulshizer A. J., Ucciferro J. J., Gray G. E. Mechanical reinforcement meet demands of strength and constructability, Concrete International Vol'. 16, No. 12, pp. 47−52.-1994.
- ISO 15 835−1. Сталь для армирования бетона Механические. соединения стержней — Часть 1: Требования. — 2004.50- ISO 15 835−2. Сталь для армирования бетона Механические соединения стержней — Часть 2: Методы испытаний. — 2004.,
- Jack Healy, Р.Е. Splicing option for masonry construction. Masonry construction magazine. 2007.
- James R. Cagley and Richard Apple. Comparing costs butt splices versus lap splices// Concretelnternational. — Julyl998. — pp. 55−56.
- Mechanical connections of reinforcing bars//ACI Structural Journal, V.88, № 2−1991.
- Mechanical connection of reinforcing bars reported by ACI Committee 439, 1999.- 16 p.
- Mete A. Sozen, William L. Gamble. Strength and cracking characteristics of beams with #14 and # 18 bars spliced with mechanical splices// ACI Journal. , — V.66-№ 12- 1969.
- Paulson C., Hanson J. M. Fatigue behavior of welded and mechanical splices in reinforcing steel. National Cooperative Highway Research Program (NCHRP), Project 10−35 Final report. 1991.
- Pearson, L., MDOT Technical Investigation TI-1745, Mechanical reinforcement splices, notes and memorandums from project file. Lansing, MI, 19 951 998.
- Peter O. Jansson, P.E. Evaluation of Grout-Filled Mechanical Splices for Precast Concrete Construction. MDOT. Research Report R-1512. May 2008.
- Section 703.05. Mechanical connectors for butt splices for reinforcing steel bars. May 5, 2003.
- Woobum Kim. Flexural behavior of concrete beam with mechanical splices of reinforcement subjected to cyclic loading. Kongju University.