Некоторые подходы к технологии соединения арматурных стержней

Как известно, при строительстве зданий и сооружений, а также при изготовлении конструкций большое распространение имеет железобетон. Вопрос соединения арматурных стержней возникает так или иначе.

В строительстве различают сварные соединения арматурных стержней и соединения, выполняемые без применения сварки [1–6]. Существуют стандарты и нормативы, регламентирующие соединения арматурных стержней:

1) ГОСТ 10922-2012 «Арматурные и закладные изделия, их сварные, вязаные и механические соединения для железобетонных конструкций. Общие технические условия» [7];

2) ГОСТ 14098-2014 «Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры» [8];

3) ГОСТ 34278-2024 «Соединения арматуры механические для железобетонных конструкций. Технические условия» [9];

4) СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основ­ные положения» [10];

5) СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах» [11] и другие.

В ГОСТ 14098-2014 [8] даны виды сварного метода соединения арматурных стержней, а также регламентируются размеры их элементов. В данный межгосударственный стандарт включены соединения со сваркой стержней внахлест (с расцентровкой стержней) и встык (осевые линии стержней центрируются относительно друг друга). В документе рассматриваются соединения встык с применением арматурных накладок и накладок в виде стальной скобы.

Соединения, выполняемые без применения сварки, бывают следующих видов:

– внахлест, методом вязки арматурных стержней (ГОСТ 10922-2012 (Приложение Ж) [7]);

– встык, методом механического соединения арматурных стержней с помощью муфт (согласно ГОСТ 34278-2024 [9]: резьбовые соединения, опрессованные соединения, винтовые соединения).

Группа компаний «ПромСтройКонтракт» предлагает муфтовые механические соединения арматуры (МСА) [12–14] и говорит о дальнейшем их совершенствовании.

Производитель приводит следующие преимущества предлагаемых технологий МСА:

– равномерное распределение прочности по всей длине арматурного стержня;

– высокая интенсивность сборки армокаркасов;

– сокращение сроков строительства;

– уменьшение расходов арматурных стержней;

– упрощенный контроль качества стыков.

Требования к соединению арматурных стержней представлены в пунктах 10.3.29–10.3.32 [10]. Согласно пункту 10.3.32, при использовании для стыков арматуры механических устройств в виде муфт (муфты на резьбе, опрессованные муфты и т. д.) несущая способность муфтового соединения должна быть такой же, что и стыкуемых стержней. Также при использовании муфт на резьбе требуется обеспечение затяжки муфт для ликвидации люфта в резьбе. В дополнение к пунктам 10.3.29–10.3.32 требования к соединениям арматурных стержней представлены и в положениях подраздела 11.2 [10].

Для сейсмических районов требования к соединению арматурных стержней обозначены в пунктах 6.7.12, 6.8.5, 6.8.12, 6.11.10 [10]. По технологии МСА, согласно пункту 6.7.12, допускается применение для соединений арматуры специальных механических соединений (опрессованных или резьбовых муфт). При этом уточняется, что при диаметре стержней 20 мм и более соединение стержней и каркасов следует выполнять с помощью сварки или специальных механических соединений (опрессованных и резьбовых муфт) независимо от сейсмичности площадки.

В данной работе авторы статьи не ставят цель подвергнуть сомнению имеющиеся преимущества муфтовых механических соединений. Предлагаемые подходы эффективны для больших объемов строительства, апробированы на крупных стройках, разрешены нормативами. Однако при небольших объемах строительства, на малых объектах, а также в некоторых других случаях, включая строительство в сейсмически опасных районах, требуются, на наш взгляд, несколько иные подходы, иные технологии.

Предлагаем применять муфты-втулки, которые вырезаются из труб диаметром 20, 24, 26, 32, 34, 36, 38, 42 и 48 мм соответственно для диаметров рассматриваемых рабочих арматурных стержней 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25 и 28 мм (номинальные диаметры по ГОСТ 34028-2016 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия» [15]) (рис. 1).

Муфты-втулки вырезаются из труб стальных бесшовных холоднодеформированных (ГОСТ 8733-74 «Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные и теплодеформированные. Технические требования» [16], ГОСТ 8734-75 «Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент» [17]) или из труб стальных бесшовных горячедеформированных (ГОСТ 8731-74 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические требования» [18], ГОСТ 8732-78 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент» [19]).

Муфта-втулка представляет собой трубу длиной, примерно равной 120 мм, в которой делаются прорези шириной 5–10 мм и длиной, примерно равной 50 мм. Прорези выполняются вдоль двух взаимно перпендикулярных осей муфт-втулок. Количество прорезей – 4 (рис. 2).

Арматурные стержни соединяются встык муфтой-втулкой с помощью сварки (рис. 3). В каждой прорези выполняются один или два сварных шва (рис. 4).

Одно из преимуществ данного вида соединения, например, перед резьбовыми муфтами технологии МСА – шероховатость (есть адгезия бетона и металла).

Для ускорения работ на строительной площадке есть возможность приваривать муфты-втулки одним концом к рабочим стержням заранее в арматурном цехе.

Работы по сварке рабочих стержней несущих конструкций необходимо подтверждать актами на скрытые работы.

Произведем примерный расчет муфт-втулок для соединения арматуры колонн при строительстве в сейсмически опасном районе. Поперечное сечение колонн, например, 400 × 400 мм или 500 × 500 мм, армированные 8 Ø 28 А500С с общей площадью поперечного сечения для восьми стержней A_s = 49,26 см². Бетон В25 с призменной прочностью R_b = 133 кгc/см² [20].

Муфты-втулки для стыковки арматурных стержней выполнены из труб наружным диаметром 48 мм и толщиной стенки 8,5 мм. Марка стали 45, временное сопротивление σ_в = 589 Н/мм² (60 кгс/мм²). Предел текучести σ_т = 323 Н/мм² (33 кгс/мм²) (согласно [16]). Площадь поперечного сечения А_тр = 11,94 см².

Проверим для стержня Ø 28 А500С срез углового шва для марок сталей 14Г2, 10Г2С1, 15ХСНД.

Допускаемое усилие на угловой шов при электродах Э50А [21]:

 = 2000 кг/см².

Толщина свариваемого металла – 8,5 мм.

Срез углового шва:

где N = 6,158 см² × 4350 кгс/см² = 26 787,3 кгс – расчетная продольная сила (для арматуры Ø 28 А500С);

h_ш = 8,5 мм = 0,85 см – катет сварного шва;

Σl_ш = 8×5 = 40 см – суммарная длина швов, где 8 – количество швов (шт.), 5 – длина одного шва (см);

β = 0,7 – коэффициент для ручной сварки.

Из-за наличия непровара в начале и конце шва расчетная длина углового флангового шва уменьшается на 4×h_ш = 4×0,85 = 3,4 см. С учетом этого:

Проверим на растяжение (сжатие) сечение трубы, не ослабленной прорезями, и сечение арматуры.

Проверяем для трубы:

N = A_тр×σ_т = 11,94 × 3,3 = 39,4 тс.

Проверяем для арматуры Ø 28 А500С с площадью поперечного сечения A_s = 6,158 см² и расчетным сопротивлением арматуры растяжению для предельных состояний первой группы R_s = 435 МПа [10]:

N = A_s×R_s= 6,158 × 4,35 = 26,8 тс.

Коэффициент надежности:

 – для состояний первой группы [10].

Другим вариантом представленного способа является вариант с уменьшением количества прорезей до двух (по оси трубы) по типу незамкнутых прорезей фигуры 1 [22]. В данном варианте предполагается увеличение ширины и (или) длины прорезей для обеспечения требуемых значений. При этом существует необходимость проведения испытаний различных вариантов исполнения данного способа соединения арматурных стержней с учетом имитирования сейсмических нагрузок.

Сравнивая представленный в статье вариант соединения арматурных стержней с вариантами МСА, отметим следующее:

– в варианте с МСА трудно проверить новую резьбу (практически невозможно), а сварочные швы на виду, благодаря чему возможна их контролируемость;

– в предложенном варианте есть адгезия бетона с металлом;

– упрощение сборочных работ – изготовление и применение муфт-втулок проще, чем муфт технологии МСА, так как их можно изготовлять и в построечных условиях.

Учитывая положительные стороны представленного способа соединения арматурных стержней, заключающиеся в доступности материалов и необходимого оборудования, а также в надежности выполненного соединения, обеспечивающего равнопрочное соединение, считаем возможным перспективы его применения.

Следует отметить, что все существующие способы соединения арматурных стержней имеют как положительные, так и отрицательные стороны, и это обстоятельство требует особого анализа в условиях сейсмики. Противоречивость результатов исследований, с учетом сейсмических нагрузок, говорит об актуальности проведения дальнейших работ в данном направлении [23–27].

Выводы

Рассмотренный в статье вариант сварного соединения арматурных стержней с применением металлических муфт-втулок может являться альтернативой для существующих вариантов, входящих в действующие ГОСТ и СП, и применяться при стыковании рабочих стержней в сейсмически опасных районах.