Соединение колонны с фундаментным стаканом Советский патент 1984 года по МПК E02D27/34 E04C3/34 

Изобретение относится к строительству и предназначено для корректировки положения зданий, возводимых на неравномерно деформирующихся основанияхнапример на подрабатываемых территориях. Известны горизонтальные опорные соединения строительных элементов, обеспечивающие защиту зданий от нерав.номерных горизонтальных деформаций основания по принципу податливости за счет взаимного проскальзывания по антифрикционным прокладкам и соответствующего гашения дополнительных усилий в конструкциях lJ . Хотя указанные соединения обеспечивают сохранение уровня напряжений в антифрикционных прокладках при возникновении дополнительных усилий от неравномерных деформаций основания, но они невыгодны для восприятия преобладающих моментных нагрузок, при которы площадь антифрикционных прокладок необходимо, .значительно увеличивать. Причем цля скопьук&тя строительных элементов в горизонтальной плоскости указанные соединения требуют применения фрезерованных стальных листов по площа ди антифрикционных прокладок. Применен ние таких соединений для скольжения колонн в фундаментных стаканах, неизбежно обуславливает расположение всех антифрикционных прокладок на одной цилиндрической поверхности. Известны скользящие опоры для стро ительных элементов, отличающиеся от указанных соединений наличием прослоек из упругого материала между стальными листами и строительными элементами. Такие скользящие опоры проявляют частичные упругие деформации в направлении смешений, что позволяет существенно уменьшить остаточные перемещения зданий при сейсмических воздействиях 2 Однако указанные опоры для примени ния в соединениях колонн с фундаментными стаканами имеют существенные недостатки. Так наличие упругих прокладок, с одной стороны обеспечивает плотность соединений и исключает необходимость фрезеровки стальных листов, ас другой стороны обуславливает упругое раскачивание колонн в фундаментных стаканах, которое для нормальной эксплуатации явно недопустимо по условиям прочности и по санитарным нормам,. Если же для уменьшения упругих раскачиваний колонн жесткость упругих проклааок повысить, то при этом уменьшит ся положительный эффект указанных скользящих опор, т.е. уменьшатся частичные упругие деформации. Л алее упругие прокладки воспринимают одновременно нормальные и касательные усилия, причем при линейном скольжении колонн касательные усилия не меняют направления, поэтому от сложения усилий неизбежны перенапряжения, и повышенные деформации упругих прокладок, также ведущие к необходимо(э ти повышать их жесткость и прочность. Изьестны подобные скользящие опоры строительных конструкций, включак щие жесткие пластины из антифрикционных материалов типа фторпласта, заключенные в пыленепроницаемые тканевые футляры. Преимущества опор за- . ключаются в повьпценной несущей способности и долговечности 3. Однако применение указанных опор в соединениях колонн с фундаментными стаканами затруднено. Скользящие опоры мало пригодны для больших горизонтальных перемещений строительных конструкций, взаимодействующих плоскими поверхностями, так как при этом тканевые футляры в направлении сдвижения сильно деформируются. Чтобы не было разрушения герметичных тканевых футляров, их площадь в плане должна на- много превосходить площадь жестких . антифрикционных пластин, что по конструктивным особенностям узлов не всегда возможно. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является соединение колонны с фундаментным стаканом, включающее- разметденную в стакане удаляемую массу, на которую оперт нижний конец колонны, и упоры, удерживающие колонну в фундаментном стакане 4. Недостаток, известного стыкового соединения заключается в том, что поверхность колонны отличается неравномерной макрофактурой и искривлением плоскостей сторон, это приводит к ее . заклиниванию или свободному колебанию в нетюдвижных упорах при осевом перемещении. Цель изобретения - обеспечение плотности соединения и стабилизированного давления в упорах при линейном перемещении колонны. Указанная цель достигается тем, что в соединении колонны с фундаментным стаканом, включающем размещенную в стакане удаляемую ;массу, на ко которую оперт нижний конец колонны, и упоры, удерживающие колонну в фундаментном стакане, межау колонной и упорами установлены слоистые проклааки, прикрепленные к колонне ниже упоров, при этом слои прокладок со стороны упоров выполнены гибкими, а со сто роны колонны - из упругопластинного материала, причем упоры вдавлены в прокладки на глубину 5 , определяемую из соотношения %. где h - толщина слоя прокладки из упругопластичного материала; К - коэффициент допускаемых откло нений линейных размеров; 5 U - максимальные отклонения размеров колонны от ее номинальной цилин дрической поверхности соответственно в сторону увеличения или уменьшения. Кроме того, между поверхностью каждого упора и гибким слоем соответ ствуюшёй прокладки может быть расположен контактный антифрикционный слой Причем поверхности упоров в месте контакта с прокладками могут иметь фаску в верхней части. На фиг. 1 изображено предлагаемое соединение колонны с фундаментным стаканом, общий вид в разрезе. Соединение содержит фундаментный стакан 1 и размещенную в нем удалявмую массу 2, которая сообщается через отверстия 3 с замкнутой полостью 4. На удаляемую массу 2 оперт нижний конец колонны 5, которая удерживается в фундаментном стакане 1 с помощью упоров 6. Между упорами 6 и колонной 5 установлены разнородные прокладки: со стороны упоров 6 - гибкие прокладк 7, со стороны колонны 5 - проклаоки 8 из упругопластичного материала. Про- . кладки 7 и прокладки 8 прикреплены к колонне 5 ниже упоров 6 посредством щпилек 9 и гаек Ю. Упоры 6 своими поверхностями 11 вдавлены в прокладки 7 и 8 при помощи натяжньсс элементов 12 враспор со стенками 13 фундамент ного стакана 1 и замс«оличв1ы бетонно смесью 14. В верхней части упоров 6 на поверхностях 11 образованы фаски 15. На поверхностях 11 утюров 6 и взаимодействующих с ними поверхностях гибких прокладок 7 нанесен контактный антифрикционный слой 16. Прокладки 7 и 8 и упоры б выше верхнего обреза стенок 13 фундаментного стакана 1 закрыты защитным кожухом 17. В зависимости от типа зданий и -действующих нагрузок М , Q и М элементы соединения колонны с фундаментным стаканом могут отличаться по конструктивному исполнению материалами, пропорциями, размерами, формой, количеством частей и их расположением в соединении. Например, упоры 6 и гибкие прокладки 7.могут быть изготовлены из черных и цветных металлов и неметаллических материалов {стали, меаных и алюминиевых сплавов, стеклопластиков), удовлетворякяцих по расчету требованиям прочности. Для прокладок 8 могут быть использованы такие упругопластичные материалы, как поливинилхлоридные пластика ты, полиэтил ены, полипропилены, полиизобутилены, т.е. материалы, имеющие хорошо выраженный низкий предел текучести при температурах, близких к условиям эксплуатации соеаинений колонн 5 с фундаментными стаканами 1. Упоры 6 могут быть установлены в одном ИЛИ в нескольких уровнях по высоте колонны 5. Шпильки 9 могут быть изготовлены в виде закладных аеталей или анкеров, замонопиченных в ко лонне 5, илк изготовлены в виде отдельных сборных элементов, пропущенных . через отверстия колонны 5. Натяжные элементы 12 могут быть выполн&1Ы съемными или стационарно замоноличенм ными и могут включать клиновые или винтовые пары и расщиряюшийся цемент. Бетонная смесь 14 может быть приготовлена на обычном, безусадочном или расширяющемся цементе. Фаски 15 на поверхностях 11 могут быть образованы прямолинейными или ломаными отреакамв, или плавными криволинейными профилями, включающими всю поверхность 11. Кон тактный антифрикционный слой 16 может быть вьшолнен в виде поверхностных смазок (с применением масел, эмульсий, графитовых порошков и воды), прослоек с компонентами цветных металлов, нанесенных химическим или электролитическим способом; накле@1яых полимерных пленок и тканей, твердых смазок из антифрикционных наполнителей, внедренных в жесткую основу гибких прокладок 7 в образующих с ними композиционный материал. К (Ж тактный антифрикционный слой 16 может быть нанесен только на поверхности 11 или только на взаимодействуюшие с ними поверхности гибких л прокладок 7, или на оба типа поверхноо тей одновременно. В случае необходимости антифрикционный слой 16 может выполнять функцию противокоррозионной за шиты. Соединение колонны с фундаментным стаканом осуществляется следующим образом. Перед монтажом на гранях колонны 5 устанавливаются прокладки 8 из упругопластичного материала и сверху прокладки 7 и прикрепляются к колонне 5 посредством щпилек 9 и гаек 10 в нижней части. Для удержания разнородных прокладок 7 и 8 вблизи поверхности колонны 5 все прокладки по верхней части обматываются вокруг колонны непрочной проволокой или эеревкой, которая впоследствии удаляется. На наружную поверхность гибких проклааок 7 наносится контактный антифрикционный слой 16, если заранее не был нанесен на прокладки 7. Затем колонна 5 опускается в фундаментный стакан 1, опирается нижним концом на удаляемую массу 2, выводится по рискам в проектное положение с помощью упоров 6 (на поверхности 11 которых также при необходимости предварительно наносится контактный антифрик ционный слой 16) и удерживается в стакане 1 также упорами 6, Для перемещения и закрепления упоров 6 используются натяжные элементы 12. Последние упираются в стенки 13 фундаментного стакана 1 и работают враспор с колонной 5. При этом натяжными элементами 12 развиваются усилия, которые на взаимодействующих повержностях 11 упоров 6 образуют сжимающие напряжения, превосходящие предел текучести упругопластичного Материала прокладок 8. При перемещедии упоров 6 происходит вдавливание прокладок 7 и 8 на глyбиrf ну S Причем гибкие прокладки 7 изгибаются по профилю упоров 6, а прокладки 8 из упругопластичного материала пластически деформируются за счет изменения исходной структуры и положения махромолекуп. При остановке процесса вдавливания, т.е. при неподвижных упорах 6, в упругопластичном материале прокладок 8 протекает быстрая и полная релаксация напряжений, т.е. вь нуждено вызванные натяжными элементам ми 12 сжимаюшие напряжения прЕЖ-гичес ки падают до нуля. После этого упоры 6 замоноличиваются бетонной смесью 14, а на верхний обрез фундаментного стакана 1 устанавливается защитный кожух 17. Соединение колонны с фундаментным стаканом работает следующим образом. В обычный период эксплуатации, т.е. когда положение зданий не корректируется, каждая колонна 5 покоится на удаляемой массе 2 и неподвижна относительно фундаментного стакана 1. При этом колонна 5 воспринимает действующие эксплуатационные внещние нагрузки и деформационные возд ствия основания, в ней возникают усилия N , Q и М , которые она передает на фундаментный стакан 1 следующим путем. Усилие t{ передается на днище стакана 1 непосредственно через удаляемую массу 2, которая в этот момент находится в твердом состоянии и полностью воспринимает действующую на нее нагрузку. Усилия Q и М передаются на стенки 13 фун, даментного стакана 1 через разнородные прокладки 7 и 8 и через упоры 6 преимущественно в виде нормальных сил, вызывающих в упорах 6 и прокладках 7 и 8 только напряжения сжатия. По максимальным расчетным значениям этих нормальных сжимающих усилий размеры поверхностей 11 на упорах 6 подобраны такими, что в разнородных прокладках 7 и 8 в местах взаимодействия с упорами 6 напряжения сжатия достаточно- малы и настолько ниже предела текучести материала упругопластичных прокладок 8, что их собственные деформации чрезвычайно малы и с течением времени не нарастают, т.е. реологические процессы не проявляются, а упругопластичный материал работает в упругой области. На момент корректировки положения зданий занимакяций лишь малую часть времени от эксплуатационного периода, из-под конца каждой подлежащей опусканию колонны 5 убирается любым известным способом в заданном объеме удаляемая масса 2 через отверстия 3 в замкнзи. тую полость 4. При этом усилия Q и М , как и раньше, передаются на стенки 13 фундаментного стакана 1 через упоры 6 и разнородные прокладки 7 и 8. Усилие К на днише стакана 1 непосредственно не передается, так как удаляемая масса 2 находится в полутвердом или жИДком состоянии и выдавливается под усилием (или вытекает самостоятельно) в замкнутую полость 4. Колонна 5 при этом совместно с прикрепленными К ней прокладками 7 и 8 приобретает возможность перемещения в фундамент ном стакане 1 отаосительйо удерживаютщих упоров 6, выполняющих в этхэт момент функцию направляющих. Поскольку упоры 6 были прецварительно вдавлены в прокладки 7 и 8, то суммарный размер колонны 5 с прокладками 7 и 8 в уровне упоров 6 меньше этого размера во всех уровнях выше упоров б и, следовательно, под действием усилия N дви жение колонны 5 становится возможным только после преодоления расклинивающего действия упрутопластячных прокладок 8, сопровождающегося быстро возрос тающими горизонтальными распорными усилиями в упорах 6. Как только эти распорные усилия через поверхности 11 упоров 6 создают в прокладках 8 сжимающие напряжения, превышающие предел текучести упругопластичного материала, происходит линейное движение колонны в фундаментном стакане с возникновением касательных усилий в результате полусухого трения по контакт ному антифрикционному слою 16 поверхностей 11 упоров 6 и взаимодействующи наружных поверхностей гибких, прокладок 7. Касательные усилия надежно воспринимаются гибкими прокладками 7 из прочного материала, причем под действием касательных усилий часть гибких прюкладок 7 ниже упоров 6 растянута. Участки же прокладок 7 и 8 выше упоров 6 вообще не напряжены. Напряжения в прокладках 7 и 8 развиваются по мер поступления их в зону взаимодействия с упорами 6 при линейном движении колон ны 5. При этом упругопластичный материал прокладок 8 пластически деформиру ется за счет изменения исходной структурыи положения макромолекул под дей ствием только сжимаюшах напряжений как бы плавится в поле механических сжимающих напряжений, и завальцовывается между упорами 6, обеспечивая постоянную плотность соединения. Гибкие прокладки 7 скользят по контактному антифрикционному слою 16 и протягиваются по упорам 6, полностью повторяя профиль поверхностей 11 благодаря сво гибкости, которая может быть при необходимости увеличена за счет изготовления прокладок 7 многослойными. Наличие фасок 15 на поверхностях 11 в верхней части упоров 6 снимает концен рацию напряжений в прокладках 7 и 8 в момент их соприкосновения с упорами 6 и гарантирует плавное затягивание (завальцовывание) и прохождш1ие прокладок 7 и 8 между улорами 6. Упоры . 6, являясь направляющими, калибруют размер колонны 5 с прокладками 7 и i8, образуя строго номинальную цилиндрическую поверхность скольжения. Причем при отклонении размеров колонны 5 от номинала прокладки 8 при завальцовке изменяются по толщине между упорами 6 от предварительно установленньхх значений h - S до уменьшенных величин h - S - Я (когда максимальные отклонения размеров колонны увеличиваются на ) или до увеличенных величин h - S + U (когда максимальные отклон&ния размеров колонны уменьшаются на Ц ). Линейное перемещение колонмы 5 в фундаментном стакане 1 продолжается до тех пор, пока конед колонны 5 не упрется в затвердевшую удаляемую массу 2, которая снова в состоянии буцет воспринимать усилие К и передавать его на днище стакана 1. Во время движения коленны 5 при любых величинах пластических деформаций упругопластичного материала прокладок 8 предельные сжимающие напряжения сохраняются постоянными, стабилизированными и не превосходят предела текучести упругопластичного материала. Таким образом, на стенки 13 фунцаиентного стакана 1 также передается стабилизированное давление, позволяющее выпо; нить по нему точный расчет верхней части стакана 1 по прочности и деформативности с допускаемой шириной раскрытия трещин и тем самым обеспечить соединению колонны с фундаментным стаканом нацетсную и длительную эксплуатацию. После остановки колонны 5 в фундамеитес стакане 1 распорные усилия, а следовательно, сжимакщиё напряжения снижаются практически ао нуля, так как в упругопластичном материале в короткое время протекает быстрая и полная релаксация напряжений, а в соединении, как и прежде, действуют усилия N . Q иМ. Процесс корректировки положа1ия зданий может быть в любых соотношениях между каждым соединением колонны 5 с фундаментным стаканом 1 многокрапно повторен до полного выбирания иэ-noq кошш каждс колонны 5 всей уааляемов массы 2. Высота массы 2 не ограничивается, мало влияет на прочность фундаментного стакана 1 и назначается из

1. СОЕДИНЕНИЕ КОЛОННЫ С ФУНДАЛ ЕНТНЫМ СТАКАНОМ, вклк чаюшее размешенную в стакане уааляемую массу, на которую оперт нижний . конец колонны, и упоры, удерживающие колонну в фунцаментаом стакане, отличающееся тем, что, с целью обеспечения плотности соединения и стабилизированного цавлшсия в упорах при линейном перемещении колонны. между колонной и упорами установлены слоистые прокладки, прикрепленные к колонне ниже упоров, при этом слои проклааок со стороны упоров выполнены гибкими, а со стороны колонны - из упругопластичного материала, причем упоры вдавлены в прокладки на глубину S , определяемую из соотношения 8.Ki.n), где И - толщина слоя проклаоки из упругопластичного материала; k - коэффиаи«1т допускаемых о-рклонений линейных размеров; Я,и- максималы1ые отклонения раз- меров колонны от ее номинальна (Л ной цилиндрической поверхности соответственно в сторону ув&личевня и уменьшения. 2. Соединение по п.1,о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что между поверхностью каждого упора и гибким слоем о соответствующей прокладки расположен 30 0 контактный антифрикционный слой. 3. Соединение по п. 1, о т л и ч а- ю щ е е с я т&л, что поверхности упоэо ров в месте контакта с проклаокамИ: 4 имеют фаску в верхней части.