Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

СЕКЦИЯ 4 ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ, ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ

А.Д. Абрамов, И.А. Батанова

Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск

Технология обжатия строительной арматуры

встальных муфтах

Вотличие от промышленного и гражданского, транспортное строительство характеризуется более широким спектром выполняемых специальных работ, обусловленных спецификой отрасли. Несколько десятилетий назад зарубежные строители, находясь в ситуации необходимости активного масштабного строительства, столкнулись с непреодолимыми недостатками традиционно применяемого способа стыкования арматуры(сварка), главные из которых были неприемлемы с финансовой и технологической точки зрения,

аименно:

–стоимость стыка;

–время подготовки стыка;

–затраты на контроль стыка;

–уровень квалификации персонала.

Вкачестве альтернативы были предложены другие способы стыкования, основными из которых были винтовые и обжимные муфты, показавшие свою эффективность. Они не требовали высокой квалификации персонала, обеспечивали качественный стык, были существенно дешевле ванношовной сварки и могли обеспечить необходимый темп монтажа конструкций.

Высокая прочность конструкций, отсутствие скопления и перерасхода арматуры стальной, а также экономическая эффективность за счет снижения стоимости рабочей силы и большей скорости вы-

следует выполнять с помощью опрессованных и резьбовых муфт. Необходимо подчеркнуть, что применение муфтовых соеди-

нений практически не накладывает никаких существенных огра-

3

Международная научно-практическая конференция

ничений на конструкцию, включая отсутствие ограничений на долю стыков в одном сечении.

За последнее время, когда муфты весьма успешно использовались при строительстве, в том числе, гидротехнических сооружений, были разработаны типовые конструктивные решения для применения их в стандартных строительных ситуациях и на объектах.

В нашей стране традиционными способами соединения арматуры на монтаже сегодня являются:

–нахлест (вязка арматурных перепусков);

–ручная дуговая сварка протяженными швами внахлестку и с накладками;

–ванношовная сварка на стальной скобе-накладке либо в инвентарных формах.

Вязка арматуры применяется при относительно небольшом объеме работ и при изготовлении сложных каркасных изделий. Такой способ скрепления арматуры целесообразно также использовать при изготовлении конструкций сложной пространственный конфигурации, сильной степенью армирования, а также в местах недоступных или труднодоступных для сваривания.

Ручная дуговая сварка арматуры применяется для стыковки вертикальных и горизонтальных стержней. Соединения получаются более прочные, однако, требуется высокая квалификация сварщика для выполнения ответственного соединения.

Более совершенна ванная многоэлектродная дуговая сварка под слоем флюса. Ее применяют для стыкования стержней диаметром более 20 мм, а стальную подкладку, служащую для образования ванны, фланговыми швами приваривают к стыкуемым стержням, благодаря чему она участвует в восприятии растягивающих усилий.

Несколько десятилетий назад зарубежные строители, находясь в ситуации необходимости активного масштабного строительства, начали применять для стыкования арматуры наряду с традиционным способом – сваркой, соединение при помощи винтовых и обжимных муфт, которые показали свою эффективность, за счет существенного удешевления работ приувеличения темпа монтажа конструкций. Первыми примененными муфтами стали обжимные и конусные. Однако присущие этим способам стыко-

4

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

вания ограничения предопределили их дальнейшее технологическое совершенствование, итогом которого являются комбинированные муфты и муфты с параллельной резьбой.

Ввиду ограничений, присущих этим способам стыкования, в развитых промышленных странах в последние годы общепринятыми способами соединения несущей арматуры стали различные виды соединений при помощи специальных муфт.

Технологии, которые при этом используются, определяют названия подобных соединений:

–обжимные;

–болтовые;

–винтовые;

–резьбовые с конусной резьбой;

–резьбовые с параллельной резьбой;

–комбинированные (обжимные с резьбовой вставкой). Муфтовые технологии стыкования арматуры – это молодая и

динамично развивающаяся технология строительной техники, особенно востребованная в промышленно развитых странах, где стоимость квалифицированного ручного труда, дефицит необходимого персонала и дороговизна его подготовки вызвали необходимость активного поиска более эффективных технических -ре шений. Первыми примененными муфтами стали обжимные муфты и конусные муфты. Однако присущие этим способам стыкования ограничения предопределили их дальнейшее технологическое совершенствование, итогом которого являются комбинированные муфты и муфты с параллельной резьбой. Очевидно, что при достаточно большом усилии обжатия, эта операция может выполняться без предварительной подготовки концов арматуры, т.е. на строительной площадке.

Таким образом, основной задачей для распространения муфтового соединения арматуры становится возможность использования гладких трубчатых наконечников для непосредственного обжатия их на арматуру при ее соединении. Поставленная задача может быть решена только при наличии малогабаритного ручногоин струмента, способного эффективно выполнять технологическую операцию обжатия.

Наиболее эффективный способ деформирования материалов – использование энергии удара, поэтому целесообразно разрабо-

5

Международная научно-практическая конференция

тать ударный ручной электрический инструмент, среди которых наибольший интерес представляют электромагнитные машины.

При их проектировании важнейшей задачей является выбор или расчет энергии единичного удара, позволяющий получить требуемую эффективность технологической операции, что вызывает необходимость максимально возможного ее увеличения. Задачи динамического деформирования могут решаться с использованием моделей, отображающих поведение материалов при упругопластических деформациях. Но при решении ряда технических задач зачастую не представляется возможным построение действительных s - e диаграмм. В этом случае в расчетах могут быть использованы силовые нагрузочные F - x характеристики, устанавливающие связь между приложенной нагрузкойF и абсолютной величиной деформации x. Для расчетов удобно использовать жестко-пластич- ную модель деформирования твердого тела. Но для их определения необходимо провести экспериментальные исследования.

Методика проведения эксперимента состоит из двух этапов. В первом исследовании выполнялось обжатие строительной арматуры в стальных муфтах для получения силовых характеристик сопротивления деформации образца с определенными физикомеханическими свойствами. Второй этап эксперимента – это разрыв строительной арматуры для определения усилия, при котором начинается ее движение. На основании предложенной методики получены экспериментальные результаты. На их основании построены зависимости величины осадки заготовки от усилия сдавливания. По результатам эксперимента построена итоговая нагрузочная статическая характеристика (рис. 1).

Испытаниям на разрыв подвергались образцы, которые были получены при динамическом нагружении, а так же образцы, соединения который были получены вязкой и сваркой (рис. 2, 3).

В результате проведенных исследований установлено, что при заливке соединения бетоном слоем превышающим длину соединения на 100 мм с каждой стороны, усилие разрыва определяется прочностью соединяемой строительной арматуры.

Широкие возможности для внедрения виброударных технологий в самых различных отраслях народного хозяйства, влекут за собой необходимость разработки и создания новой техники для их реализации.

6

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

Рис. 1. Диаграмма нагружения заготовки «строительная арматура – стальная муфта»

Рис. 2. Гистограмма результатов эксперементов на разрыв соединения

Рис. 3. Гистограмма результатов эксперементов на разрыв соединения с заливкой бетоном

7

Международная научно-практическая конференция

Для изготовления соединения в соответствии с разрабатываемым технологическим процессом необходимо создание оборудования, обладающего оптимальными, с точки зрения энергозатрат, параметрами, простотой в обслуживании и надежностью при эксплуатации. Кроме того, это оборудование должно более качественно и с необходимой степенью быстродействия выполнять операцию обжатия. Особенно важным условием является достижение минимальных массогабаритных характеристик, что обеспечит возможность быстрой переналадки производства. Для каждого технологического процесса может быть создана специализированная машина ударного действия. Однако такой подход к решению поставленной

задачи широкого внедрения в производство ударных технологий наталкивается на очевидные трудности, связанные с необходимостью создания множества машин различного конструктивного исполнения с достаточно близкими параметрами.

Поэтому, наряду с их специализацией, одновременно выдвигается и задача широкой унификации, обеспечивающей создание комплексов легко переналаживаемых машин. Эта задача может быть решена на основе анализа общих принципов конструирования низкочастотных машин ударного действия, учитывающих характерные особенности, свойственные им как специфическому классу машин.

Сами по себе границы частот носят условный характер, а для их оценки, позволяющей отнести машину к низкочастотной, могут быть выбраны различные критерии. Для силовой катушки низкочастотным будет режим, характеризующийся окончанием переходного процесса после однократного ее срабатывания, что имеет место при частотах 15–20 Гц.

Динамический цикл машины в целом включает в себя разгон бойка, соударение и движение его вместе с инструментом, возврат в исходное положение, отскок амортизатора и успокоение. Длительность динамического цикла и определяет максимально допустимую частоту ударов 8–10 Гц. Технологический критерий низкочастотного режима (1–3 Гц) выбирается из соображений необходимости визуального контроля за величиной осадки или степенью разрушения обрабатываемого материала.

С ростом энергии единичного удара неизбежно увеличивается амплитудное значение тока в импульсе. Поскольку действующий

8

Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2

ток не может превышать установленного для конкретной питающей сети допустимого значения, то частота следований импульсов должна быть снижена из энергетических соображений.

Вопрос о выборе энергии единичного удара машины для конкретной технологии решается однозначно. При создании многофункциональных машин ударная мощность, определяемая произведением энергии удара на частоту, выбирается по наиболее энергоемкой технологической операции. Поэтому схема управления должна обеспечивать широкое регулирование ударной мощности путем изменения частоты или величины действующего значения тока в импульсе.

Однофазные низкочастотные машины ударного действия с электромагнитным приводом, питаемые от сети промышленной частоты, имеют ограничения по энергии единичного удара. Предельное ее значение, определяемое условиями эксплуатации сети, не может превышать 50–60 Дж. Дальнейшее повышение энергии может быть достигнуто путем создания двухили многосторонних машин, работающих на встречных ударах, или двух- и трех – фазным включением силовой катушки.

Мировой и российский опыт применения метода соединения арматуры гидравлическим обжимом подтверждает, что возможно сократить расходы арматурных стержней на27 %, по сравнению с соединением внахлест, и время соединения в 20 раз, по сравнению с соединением ванной сваркой, исключается необходимость в квалифицированных сварщиках. Основное требование в строительстве, – обеспечить эксплуатационную безопасность сооружения. Поэтому, в большинстве стран мира для соединения арматурного проката для железобетонных конструкций применяют механические соединения, гарантирующие надежность сооружения.

9