Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

«Расчет и технология изготовления ригелей на линейных стендах»

Содержание

Введение

1. Расчет предварительно напряженных ригелей армированных арматурными канатами

1.1 Расчет предварительно напряженного ригеля конструкции ГП «Институт НИПТИС им. Атаева С.С.» марки РДП 4.56.1-70

1.2 Расчет предварительно напряженного ригеля прямоугольного сечения марки Р 4.56-70

1.3 Расчет предварительно-напряженного ригеля таврового сечения марки РДП 4.56-70

2. Технология изготовления предварительно напряженных ригелей на линейных стендах

2.1 Общие положения

2.2 Технология производства

2.3 Требования к качеству изготовления ригелей

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Введение

В современном строительстве индустриальных жилых, общественных и промышленных зданий широкое распространение получила каркасно-панельная конструктивная система, обеспечивающая свободную планировку помещений. Элементы перекрытий - плиты и ригеля - являются наиболее массовыми изделиями зданий этой системы.

В настоящее время плиты и ригели сборных дисков перекрытий на действие вертикальных нагрузок проектируется по балочной схеме как отдельно работающие элементы, в то время как конструктивные связи между ними обусловливают совместную работу. Особенно важен ее учет при проектировании ригелей как наиболее металлоемких конструкций связевых каркасов.

Унификация каркасно-панельных конструкций привела к значительному возрастанию усилий и расхода стали в ригелях из-за увеличения нагрузок и пролетов, а также вследствие отказа от частичного защемления их в колонны.

Поэтому чтобы обеспечить прочность и, особенно, жесткость и трещиностойкость ригелей без учета их совместной работы с плитами перекрытий, во многих случаях требуется использовать высокопрочные, бетоны и высокопрочную напрягаемую арматуру, устанавливать большое количество сжатой арматуры и увеличивать высоту ригелей при высоких нагрузках и в больших пролетах.

Значительно повысить прочность, жесткость и трещиностойкость ригелей позволяет создание предварительного напряжения, использование в качестве напрягаемой арматуры высокопрочных арматурных канатов с пределом текучести до 1500МПа.

В большинстве развитых зарубежных стран из сборного предварительно-напряженного железобетона во все возрастающих объемах изготавливают конструкции перекрытий и покрытий зданий различного назначения, значительную часть изделий, используемых в инженерных сооружениях и в транспортном строительстве.

Настоящая работа: «Выполнить расчеты, разработать рабочие чертежи предварительно напряженных ригелей и способы крепления их к колоннам и диафрагмам. Разработать технологию изготовления предварительно напряженных ригелей на линейном стенде с натяжением арматуры на всю длину стенда» проводилась с целью разработки конструкции предварительно напряженных ригелей каркасной системы для 16 - 25 этажных жилых зданий и технологии изготовления ригелей.

Выполнены расчеты по прочности, жесткости и трещиностойкости предварительно напряженных ригелей прямоугольного и таврового сечений и конструкции разработанной ГП «Институт НИПТИС им. Атаева С.С.» армированных арматурными канатами для зданий с сеткой колонн 6,0х6,0м. При выполнении расчётов определено армирование ригелей. Ригеля рассчитаны под нагрузку 50Кн/м, 60Кн/м и 70Кн/м.

Расчёт армирования выполнялся по следующим нормативным документам:

СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции», Еврокод 2 «Проектирование железобетонных конструкций». Расчет предварительно напряженных ригелей выполнен с использованием программы «Mathcad».

Приведены технико-экономические показатели - расход арматуры, классы бетона прогиб и ширина раскрытия трещин рассчитанных ригелей с различной несущей способностью. Разработан альбом рабочих чертежей предварительно напряженных ригелей.

Разработана технология изготовления предварительно напряженных ригелей стендовым способом на линейных стендах с двухрядными стальными формами с откидывающимися бортами длиной 72,0 м с натяжением арматуры на всю длину стенда.

Результаты работы найдут применение при разработке проектной документации каркасных зданий.

1. Расчет предварительно напряженных ригелей армированных арматурными канатами

1.1 Расчет предварительно напряженного ригеля конструкции ГП «Институт НИПТИС им. Атаева С.С.» марки РДП 4.56.1-70

Расчетная нагрузка ригеля приведена в таблице 1.

Таблица 1. Расчетная нагрузка

Вид нагрузки, кН	Нормативная	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная
Собственная масса ригеля	5,82	1,15	6,69

Расчетная нагрузка в кН на погонный метр (без учета собственной массы ригеля) - 70кН/м.

Исходные данные и расчетные характеристики материалов:

- Номинальный пролет:

- Расчетный пролет:

- Класс среды по условиям эксплуатации - ХС3;

- Для предварительно напряженного ригеля принимается класс бетона С25/30;

- Марка бетонной смеси по удобоукладываемости - П1;

- Натяжение арматуры - механический метод;

- Предельно допустимый прогиб ригеля (с учетом выгиба усилия предварительного обжатия): ;

- Напрягаемая арматура класса S1400;

- Предельно допустимые значения ширины раскрытия нормальных и наклонных трещин ;

- Нормативное характеристическое сопротивление бетона осевому сжатию: ;

- Расчетное сопративление бетона сжатию для первой группы предельных состояний: ;

- Гарантированная прчность бетона на осевое сжатие:

- Средняя прочность бетона на осевое сжатие:

- Средняя прочность бетона на осевое растяжение

- Расчетное сопротивление бетона на растяжение для первой группы предельных состояний :

- Расчетное сопротивление бетона на растяжение для второй группы предельных состояний :

- Модуль упругости бетона -- , с учетом термообработки --

Напрягаемая арматура - семипроволочные арматурные канаты К7 по ГОСТ 13840-68 диаметром 15мм.

Нормативное сопративление напрягаемой арматуры:

Расчетное сопративление напрягаемой араматуры:

Расчетный изгибающий момент от действия нагрузки:

Расчетное сечение ригеля:

Высота сечения:

Ширина сечения:

Ширина полки:

Полезная высота сечения:

Расчет площади напрягаемой арматуры выполняем в соответствии с требованиями СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции».

Предварительное напряжение в напрягаемой арматуре назначается с учетом допустисмых отклонений, при соблюдении условия:

(1)

(2)

где (для проволочной арматуры).

Значение при механическом способе натяжения равно:

(3)

(4)

Значение граничной относительной высоты сжатой зоны определено по формуле (5):

(5)

где

Значение усилия предварительного напряжения (с учетом всех потерь) принимается не более:

(6)

, (7)

, (8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

Согласно СНБ 5.03.01-02 расчетное сопративление арматуры следует умножать на коэффициент , определенный по формуле (14):

(14)

где .

(15)

, (16)

Принято: 8 канатов 15мм - площадью 1112 мм?.

Определение потерь предварительного напряжения выполнялось в соответствии с требованиями СНБ 5.03.01-02.

Технологические потери (первые потери в момент времени t=to):

- потери от релаксации напряжений в арматуре класса S1400 при механическом способе натяжения:

, (17)

=81,08кН.

- потери от температурного перепада бетона класса с25/30 равны нулю;

- потери от деформации анкеров, расположенных в зоне натяжных устройств равны нулю, так как они учтены при определении значения полного удлинения арматуры;

- потери, вызванные деформациями стальной формы равны нулю, так как они учтены при определении полного удлинения арматуры;

- потери, вызванные трением напрягаемой арматуры, при ее натяжении на упоры , так как натягивается на упоры прямолинейно по длине элемента.

Первоначальное усилие предварительного напряжения:

, (18)

Усилие предварительного напряжения с учетом потерь, реализованных к моменту передачи обжатия на бетон (до снятия с упоров) - :

, (19)

,

Потери, вызванные упругой деформацией бетона к моменту его обжатия:

 (20)

;

, (21)

, (22)

, (23)

.

Суммарные технологические потери предварительного напряжения определяем по формуле (25):

, (24)

кН.

Усилие предварительного обжатия к моменту времени , действующее непосредственно после передачи усилия предварительного обжатия на конструкцию (при натяжении на упоры) должно быть не более:

, (25)

.

, (26)

.

Эксплуатационные потери (вторые потери в момент времени ). К моменту времени эксплуатации конструкции дополнительно к первым технологическим потерям следует учитывать потери от усадки и ползучести бетона и долговременной релаксации напрягаемой арматуры.

Региональные потери, вызванные ползучестью и усадкой бетона, а также длительной релаксацией напряжений в арматуре равны:

, (27)

где - потери предварительного напряжения, вызванные ползучестью, усадкой и релаксацией напряжений на расстоянии Х от анкерного устройства в момент времени t.

, (28)

где - ожидаемое значение усадки бетона к моменту времени t=100 сут.

, (29)

где - часть усадки бетона, обусловленная испарением из него влаги.

, (30)

где - предельное значение части усадки, определяется методом интерполяции в соответствии СНБ 05.03.01-02: для бетона класса С25/30, при относительной влажности RН = 60% с учетом поправочного коэффициента для бетонов удобоукладываемостью П1 - равно 0,8.

Периметр поперечного сечения .

Приведенный размер сечения определяем по формуле 32:

, (31)

Функция развития усадки бетона во времени:

, (32)

где t - возраст бетона, для которого рассчитывается величина части усадки, сут (100сут);

ts - возраст бетона к моменту окончания влажности хранения бетона, сут (7сут);

Ас - площадь поперечного сечения образца, мм2;

- периметр поперечного сечения образца (панели), мм;

ho - приведенный размер поперечного сечения образца, мм.

Величина части усадки бетона от испарения из него влаги равна:

(33)

Величина части усадки бетона, обусловленная процессами твердения бетона :

, (34)

, (35)

Функция развития части усадки при твердении бетона:

, (36)

Предельное значение части усадки, при процессе твердения бетона:

, (37)

Часть усадки, обусловленная процессами твердения бетона:

, (38)

Полная величина усадки бетона равная сумме части усадки, обусловленной испарением из него влаги и части усадки, обусловленной процессами твердения бетона равна:

, (39)

.

Определение коэффициентов ползучести бетона для 7 и 100 суток производят по формулам (40)-(44):

 , (40)

, (41)

, (42)

, (43)

, (44)

, (45)

для .

, (46)

, .

, (47)

.

, (48)

, (49)

.

Изменение напряжений в арматуре

, (50)

Приращение напряжений в бетоне на уровне центра тяжести предварительно напряженной арматуры от действия нагрузки:

, (51)

где - момент от собственного веса, .

Полные напряжения в предварительно напряженной арматуре составят:

, (52)

, (53)

Согласно СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции» максимальные потери составляют .

МПа, (54)

МПа, (55)

Поскольку , то , т. е. изменения напряжения вследствие длительной релаксации не учитывают.

Начальные напряжения в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от действия усилий предварительного обжатия:

,(56)

Поскольку , т. е. приращение напряжений в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры () оказалось меньше начальных напряжений (), то их сумму учитываем.

Реологические потери:

(57)

, (58)

Усилие предварительного обжатия с учетом всех потерь:

, (59)

Проверка условий ограничения предварительных напряжений в арматуре:

, (60)

, (61)

Проверка прочности расчетного сечения при действии нагрузок в стадии эксплуатации:

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

Поскольку , то .

Уточняем значение :

, (67)

, (68)

(69)

Поскольку , то прочность обеспечена.

Расчет по второй группе предельных состояний выполнялся при следующих изгибающих моментах:

- нормативный изгибающий момент в расчетном сечении при редком сочетании нагрузок:

;

- нормативный изгибающий момент в расчетном сечении при частом сочетании нагрузок:

;

- нормативный изгибающий момент в расчетном сечении при практически постоянном сочетании нагрузок:

.

Расчет по образованию трещин:

, (70)

, (71)

, (72)

(73)

Поскольку , то трещины не образуются.

Расчет деформаций:

, (74)

Эффективный модуль упругости при действии длительной нагрузки:

, (75)

Расчет по жесткости при мгновенном действии нагрузки:

Определение момента инерции в сечении без трещин:

, (76)

, (77)

, (78)

, (80)

, (81)

, (82)

, (83)

, (84)

, (85)

Определение момента инерции в сечении с трещинами:

, (86)

, (87)

,(88)

, (89)

Расчет по жесткости при длительном действии нагрузки:

Определение момента инерции в сечении без трещин:

, (90)

, (91)

, (92)

, (93)

(94)

, (95)

Определение момента инерции в сечении с трещинами:

, (96)

, (97)

,(98)

, (99)

Определение жесткостей сечения с трещинами и без трещин:

Поскольку , то

Поскольку , то

, (100)

, (101)

, (102)

Мгновенный прогиб от полной нагрузки:

, (103)

Мгновенный прогиб от практически постоянной нагрузки:

, (104)

Остаточный (длительно действующий) прогиб от практически постоянной нагрузки:

, (105)

Прогиб от внешних нагрузок:

, (106)

Выгиб от предварительного обжатия:

, (107)

, (108)

Окончательный прогиб:

, (109)

Максимальный прогиб:

, (110)

из геометрии ,

.

Поскольку, то прогиб ригеля меньше максимального.

1.2 Расчет предварительно напряженного ригеля прямоугольного сечения марки Р 4.56-70

Расчетная нагрузка ригеля приведена в таблице 2.

Таблица 2. Расчетная нагрузка

Вид нагрузки, кН	Нормативная	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная
Собственная масса	4,5	1,15	5,175

Расчетная нагрузка в кН на погонный метр (без учета собственной массы ригеля) - 70кН/м.

Исходные данные и расчетные характеристики материалов:

- Номинальный пролет:

- Расчетный пролет:

- Класс среды по условиям эксплуатации - ХС3;

- Для предварительно напряженного ригеля принимается класс бетона С25/30;

- Марка бетонной смеси по удобоукладываемости - П1;

- Натяжение арматуры - механическим методом;

- Предельно допустимый прогиб ригеля (с учетом выгиба от усилия предварительного обжатия) составит:

- Напрягаемая арматура класса S1400;

- Предельно допустимые значения ширины раскрытия нормальных и наклонных трещин ;

- Нормативное характеристическое сопротивление бетона осевому сжатию:

- Расчетное сопративление бетона сжатию для первой группы предельных состояний:

- Гарантированная прочность бетона на осевое сжатие:

- Средняя прочность бетона на осевое сжатие:

- Средняя прочность бетона на осевое растяжение

- Расчетное сопротивление бетона на растяжение для первой группы предельных состояний :

- Расчетное сопротивление бетона на растяжение для второй группы предельных состояний :

- Модуль упругости бетона -- , с учетом термообработки --

Напрягаемая арматура - семипроволочные арматурные канаты К7 по ГОСТ 13840-68 диаметром 15мм.

Нормативное сопративление напрягаемой арматуры:

Расчетное сопративленеи напрягаемой араматуры:

Расчетный изгибающий момент от действия нагрузки:

Расчетное сечение ригеля:

Высота сечения:

Ширина сечения:

Ширина полки:

Полезная высота сечения:

Расчет площади напрягаемой арматуры выполняем в соответствии с требованиями СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции».

Предварительное напряжение в напрягаемой арматуре назначается с учетом допустисмых отклонений, при соблюдении условия:

(111)

(112)

где (для проволочной арматуры).

Значение предварительного напряжения при механическом способе натяжения равно:

 (113)

(114)

Значение граничной относительной высоты сжатой зоны определяем по формуле (115) :

, (115)

где

Значение усилия предварительного напряжения (с учетом всех потерь) принимается не более:

, (116)

, (117)

, (118)

, (119)

(120)

(121)

Согласно СНБ 5.03.01-02 расчетное сопротивление арматуры следует умножать на коэффициент определяемый по формуле (122):

(122)

где .

, (123)

Принято: 7 арматурных канатов К7 по ГОСТ 13840-68 15мм - площадью 973 мм?.

При определении потерь предварительного напряжения учитываются технологические потери, потери вызванные усадкой и ползучестью бетона, потери от релаксации напряжений в арматуре.

Технологические потери (первые потери в момент времени t=to):

- потери от релаксации напряжений в арматурных канатах класса S1400 при механическом способе натяжения определяем по формуле (124):

, (124)

.

- потери от температурного перепада бетона класса С25/30 равны нулю;

- потери от деформации анкеров, расположенных в зоне натяжных устройств также равны нулю, так как они учтены при определении значения полного удлинения арматуры;

- потери, вызванные деформациями стальной формы равны нулю, так как они учтены при определении полного удлинения арматуры;

- потери, вызванные трением напрягаемой арматуры, , при ее натяжении на упоры - , так как натягивается на упоры прямолинейно по длине элемента.

Первоначальное усилие предварительного напряжения:

, (125)

Усилие предварительного напряжения с учетом потерь, реализованных к моменту передачи обжатия на бетон (до снятия с упоров) - определяем по формуле (126):

, (126)

.

Потери, вызванные упругой деформацией бетона к моменту его обжатия:

, (127)

;

, (128)

, (129)

, (130)

Суммарные технологические потери предварительного напряжения:

, (131)

.

Усилие предварительного обжатия к моменту времени , действующее непосредственно после передачи усилия предварительного обжатия на конструкцию (при натяжении на упоры) должно быть не более:

, (132)

;

, (133)

.

Эксплуатационные потери (вторые потери в момент времени ). К моменту времени эксплуатации конструкции дополнительно к первым технологическим потерям следует учитывать потери от усадки и ползучести бетона и долговременной релаксации напрягаемой арматуры.

Региональные потери, вызванные ползучестью и усадкой бетона, а также длительной релаксацией напряжений в арматуре равны:

, (134)

где - потери предварительного напряжения, вызванные ползучестью, усадкой и релаксацией напряжений на расстоянии Х от анкерного устройства в момент времени t.

, (135)

где - ожидаемое значение усадки бетона к моменту времени t=100 суток.

, (136)

где - часть усадки бетона, обусловленная испарением из него влаги.

, (137)

где - предельное значение части усадки определяется методом интерполяции по СНБ 05.03.01-02: для бетона класса С25/30, при относительной влажности RН _ 60% с учетом поправочного коэффициента для бетонов удобоукладываемостью П1, равного 0,8.

Периметр поперечного сечения ;

Приведенный размер сечения:

, (138)

Функция развития усадки бетона во времени:

, (139)

где t - возраст бетона, для которого рассчитывается величина части усадки, сутки (100суток);

ts - возраст бетона к моменту окончания влажности хранения бетона, сутки (7суток);

Ас - площадь поперечного сечения образца, мм2;

- периметр поперечного сечения образца (панели), мм;

ho - приведенный размер поперечного сечения образца, мм;

Величина части усадки бетона от испарения из него влаги:

, (140)

Величина части усадки бетона, обусловленная процессами твердения бетона :

, (141)

, (142)

Функция развития части усадки при твердении бетона:

, (143)

Предельное значение части усадки, при процессе твердения бетона:

, (144)

Часть усадки, обусловленная процессами твердения бетона:

, (145)

Полная величина усадки бетона равная сумме части усадки, обусловленной испарением из него влаги и части усадки, обусловленной процессами твердения бетона определенная по формуле (146) равна:

, (146)

.

Определение коэффициента ползучести бетона в возрасте 7 и 100 суток производят по формулам:

, (147)

, (148)

, (149)

, (150)

, (160)

, (161)

для .

,

где , .

, (162)

;

, (163)

, (164)

Изменение напряжений в арматуре:

, (165)

Приращение напряжений в бетоне на уровне центра тяжести предварительно напряженной арматуры от действия нагрузки:

, (166)

где - момент от собственного веса, .

Полные напряжения в предварительно напряженной арматуре составят:

, (167)

, (168)

Из СНБ 5.03.01-02 находим максимальные потери, которые составляют:

, (169)

, (170)

Поскольку , то , т. е. изменения напряжения вследствие длительной релаксации не учитывают.

Начальные напряжения в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от действия усилий предварительного обжатия:

(171)

Так как , т. е. приращение напряжений в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры () оказалось меньше начальных напряжений (), то учитываем их сумму:

Реологические потери определяем по формуле (172):

(172)

(173)

Усилие предварительного обжатия с учетом всех потерь:

, (174)

Проверяем условия ограничения предварительных напряжений в арматуре:

, (175)

, (176)

Проверяем прочность расчетного сечения при действии нагрузок в стадии эксплуатации:

, (177)

, (178)

, (179)

, (180)

, (181)

Поскольку , то .

Уточняем значение :

, (182)

, (183)

, (184)

Так как , то прочность обеспечена.

Расчет по второй группе предельных состояний выполнялся при следующих изгибающих моментах:

- нормативный изгибающий момент в расчетном сечении при редком сочетании нагрузок:

;

- нормативный изгибающий момент в расчетном сечении при частом сочетании нагрузок:

;

- нормативный изгибающий момент в расчетном сечении при практически постоянном сочетании нагрузок:

.

Расчет по образованию трещин:

, (185)

, (186)

, (187)

(188)

Так как , то трещины не образуются.

Расчет ширины раскрытия трещин:

Процент армирования:

, (189)

Эффективный модуль упругости:

, (190)

Коэффициент приведения:

, (191)

Высота сжатой зоны при трещине:

, (192)

Определяем ширину раскрытия трещин:

Напряжения в арматуре:

,(193)

Эффективная площадь растянутой зоны сечения:

мм, (194)

, (195)

.

Эффективный процент армирования:

, (196)

Среднее расстояние между трещинами:

; .

где - коэффициент, учитывающий условия сцепления арматуры с бетоном, равный: для стержней периодического профиля ; для гладких стержней .

- коэффициент, учитывающий вид напряженно-деформированного состояния элемента, принимаемый равным:

- при изгибе ;

- при осевом растяжении ;

- при внецентренном растяжении по формуле (197):

, (197)

Средние относительные деформации арматуры:

, (198)

, (199)

где - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения относительных деформаций растянутой арматуры на участках между трещинами, принимаемый равным: для стержней арматуры периодического профиля - 1,0; для гладкой стержневой арматуры - 0,5;

- коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки, принимаемый равным: при действии кратковременных нагрузок - 1,0; при действии длительно действующих и многократно повторяющихся нагрузок - 0,5. ; .

Расчетная ширина раскрытия трещин:

, (200)

Поскольку , то проходит проверка ширины раскрытия трещин.

Расчетная нагрузка ригеля приведена в таблице 2.

Расчет деформаций:

, (201)

Эффективный модуль упругости при действии длительной нагрузки:

, (202)

Расчет по жесткости при мгновенном действии нагрузки:

Определение момента инерции в сечении без трещин:

, (203)

;

, (204)

, (205)

, (206)

, (207)

, (208)

, (209)

, (210)

, (211)

Определение момента инерции в сечении с трещинами:

, (212)

, (213)

, (214)

, (215)

Расчет по жесткости при длительном действии нагрузки:

Определение момента инерции в сечении без трещин:

, (216)

, (217)

, (218)

, (219)

, (220)

, (221)

Определение момента инерции в сечении с трещинами:

, (222)

, (223)

(224)

, (225)

Определение жесткостей сечения с трещинами и без трещин:

Так как , то

, (226)

Так как , то

, (227)

, (228)

, (229)

, (230)

Мгновенный прогиб от полной нагрузки:

, (231)

Мгновенный прогиб от практически постоянной нагрузки:

, (232)

Остаточный (длительно действующий) прогиб от практически постоянной нагрузки:

, (233)

Прогиб от внешних нагрузок:

, (234)

Выгиб от предварительного обжатия:

, (235)

, (236)

Окончательный прогиб:

, (240)

Максимальный прогиб:

мм, (241)

из геометрии , .

Поскольку, то прогиб ригеля меньше максимального.

1.3 Расчет предварительно-напряженного ригеля таврового сечения марки РДП 4.56-70

Расчетная нагрузка ригеля приведена в таблице 3.

Таблица 3. Расчетная нагрузка

Вид нагрузки, кН	Нормативная	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная
Собственная масса ригеля	4,44	1,15	5,45

Расчетная нагрузка в кН на погонный метр (без учета собственной массы ригеля) - 70кН/м.

Исходные данные и расчетные характеристики материалов:

- Номинальный пролет:

- Расчетный пролет:

- Класс среды по условиям эксплуатации - ХС3;

- Для предварительно напряженного ригеля принимаем класс бетона С35/45;

- Марка бетонной смеси по удобоукладываемости - П1;

- Натяжение арматуры - механическим методом;

- Предельно допустимый прогиб ригеля (с учетом выгиба от усилия предварительного обжатия) составляет:

- Напрягаемая арматура класса S1400;

- Предельно допустимые значения ширины раскрытия нормальных и наклонных трещин ;

- Нормативное характеристическое сопротивление бетона осевому сжатию:

- Расчетное сопративление бетона сжатию для первой группы предельных состояний:

- Гарантированная прчность бетона на осевое сжатие:

- Средняя прочность бетона на осевое сжатие:

- Средняя прочность бетона на осевое растяжение

- Расчетное сопротивление бетона на растяжение для первой группы предельных состояний :

- Расчетное сопротивление бетона на растяжение для второй группы предельных состояний :

- Модуль упругости бетона -- , с учетом термообработки --

Напрягаемая арматура - семипроволочные арматурные канаты К7 по ГОСТ 13840-68 диаметром 15мм.

Нормативное сопротивление напрягаемой арматуры:

Расчетное сопротивление напрягаемой араматуры:

Расчетный изгибающий момент от действия нагрузки:

Расчетное сечение ригеля:

Высота сечения:

Ширина сечения:

Ширина полки:

Полезная высота сечения:

Расчет площади напрягаемой арматуры выполняем в соответствии с требованиями СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции».

Предварительное напряжение в напрягаемой арматуре назначается с учетом допустисмых отклонений, при соблюдении условия:

, (242)

, (243)

где (для проволочной арматуры).

Значение усилия при механическом способе натяжения равно:

, (244)

, (245)

Значение граничной относительной высоты сжатой зоны определяем по формуле:

, (246)

где

Значение усилия предварительного напряжения (с учетом всех потерь) принимается не более:

, (247)

, (248)

, (249)

, (250)

, (251)

Значение граничной относительной высоты сжатой зоны, определенная по формуле (246) составит:

Согласно СНБ 5.03.01-02 расчетное сопротивление арматуры следует умножать на коэффициент :

, (252)

где .

, (253)

Принято: 7 арматурных канатов по ГОСТ 13840 - 68 15мм - площадью 973 мм?.

При определении потерь предварительного напряжения учитываются технологические потери, потери вызванные усадкой и ползучестью бетона, потери от релаксации напряжений в арматуре.

Технологические потери (первые потери в момент времени t=to):

- потери от релаксации напряжений в арматуре класса S1400 при механическом способе натяжения:

, (254)

;

- потери от температурного перепада бетона класса С25/30 равны нулю;

- потери от деформации анкеров, расположенных в зоне натяжных устройств равны нулю, так как они учтены при определении значения полного удлинения арматуры;

- потери, вызванные деформациями стальной формы равны нулю, так как они учтены при определении полного удлинения арматуры;

- потери, вызванные трением напрягаемой арматуры, при ее натяжении на упоры , так как натягивается на упоры прямолинейно по длине элемента;

Первоначальное усилие предварительного напряжения:

, (255)

Усилие предварительного напряжения с учетом потерь, реализованных к моменту передачи обжатия на бетон (до снятия с упоров) - :

, (256)

.

Потери, вызванные упругой деформацией бетона к моменту его обжатия:

, (257)

;

(258)

, (259)

, (260)

.

Суммарные технологические потери предварительного напряжения:

, (261)

.

Усилие предварительного обжатия к моменту времени , действующее непосредственно после передачи усилия предварительного обжатия на конструкцию (при натяжении на упоры) должно быть не более:

, (262)

;

, (263)

.

Эксплуатационные потери - вторые потери в момент времени . К моменту времени эксплуатации конструкции дополнительно к первым технологическим потерям следует учитывать потери от усадки и ползучести бетона и долговременной релаксации напрягаемой арматуры.

Региональные потери, вызванные ползучестью и усадкой бетона, а также длительной релаксацией напряжений в арматуре равны:

, (264)

где - потери предварительного напряжения, вызванные ползучестью, усадкой и релаксацией напряжений на расстоянии Х от анкерного устройства в момент времени t.

, (265)

где - ожидаемое значение усадки бетона к моменту времени t=100 суток.

, (266)

где - часть усадки бетона, обусловленная испарением из него влаги.

, (267)

где - предельное значение части усадки определяется методом интерполяции по СНБ 05.03.01-02: для бетона класса С25/30, при относительной влажности RН _ 60% с учетом поправочного коэффициента для бетонов удобоукладываемостью П1, равного 0,8.

Периметр поперечного сечения - .

Приведенный размер сечения:

, (268)

Функция развития усадки бетона во времени - :

, (269)

где t - возраст бетона, для которого рассчитывается величина части усадки - сутки (100суток);

ts - возраст бетона к моменту окончания влажности хранения бетона - сутки (7суток);

Ас - площадь поперечного сечения образца, мм2;

- периметр поперечного сечения образца (панели), мм;

ho - приведенный размер поперечного сечения образца, мм;

.

Величина части усадки бетона от испарения из него влаги:

, (270)

Величина части усадки бетона, обусловленная процессами твердения бетона :

, (271)

, (272)

Функция развития части усадки при твердении бетона:

, (273)

Предельное значение части усадки, при процессе твердения бетона:

, (274)

Часть усадки, обусловленная процессами твердения бетона:

, (275)

Полная величина усадки бетона равная сумме части усадки, обусловленной испарением из него влаги и части усадки, обусловленной процессами твердения бетона равна:

, (276)

.

Определение коэффициентов ползучести бетона в возрасте 7 и 100 суток:

, (277)

, (278)

, (279)

, (280)

, (281)

, (282)

для ;

, (283)

, ;

, (284)

, (285)

, (286)

, (287)

.

Изменение напряжений в арматуре:

, (288)

Приращение напряжений в бетоне на уровне центра тяжести предварительно напряженной арматуры от действия нагрузки:

, (289)

где - момент от собственного веса, .

Полные напряжения в предварительно напряженной арматуре составят:

, (290)

, (291)

Из СНБ 5.03.01-02 находим максимальные потери, которые составляют: .

, (292)

, (293)

Поскольку , то МПа, т. е. изменения напряжения вследствие длительной релаксации не учитывают.

Начальные напряжения в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры от действия усилий предварительного обжатия:

, (294)

Так как , т. е. приращение напряжений в бетоне на уровне центра тяжести напрягаемой арматуры () оказалось меньше начальных напряжений (), то учитываем их сумму: .

Реологические потери:

, (295)

, (296)

Усилие предварительного обжатия с учетом всех потерь:

, (297)

Проверка условий ограничения предварительных напряжений в арматуре:

, (298)

, (299)

Проверка прочности расчетного сечения при действии нагрузок в стадии эксплуатации:

, (300)

, (301)

, (302)

, (303)

, (304)

Поскольку , то .

Уточняем значение :

, (305)

, (306)

, (307)

Так как , то прочность ригеля обеспечена.

Расчет по второй группе предельных состояний выполнялся при следующих изгибающих моментах:

- нормативный изгибающий момент в расчетном сечении при редком сочетании нагрузок:

;

- нормативный изгибающий момент в расчетном сечении при частом сочетании нагрузок:

;

- нормативный изгибающий момент в расчетном сечении при практически постоянном сочетании нагрузок:

.

Расчет по образованию трещин:

, (308)

, (309)

, (310)

(311)

Так как , то необходим расчет ширины раскрытия трещин.

Расчет ширины раскрытия трещин:

Процент армирования:

, (312)

Эффективный модуль упругости:

, (313)

Коэффициент приведения:

, (314)

Высота сжатой зоны при трещине:

, (315)

Ширина раскрытия трещин:

Напряжения в арматуре:

, (316)

Эффективная площадь растянутой зоны сечения:

мм, (317)

, (318)

, (319)

Эффективный процент армирования:

, (320)

Среднее расстояние между трещинами:

; ,

где - коэффициент, учитывающий условия сцепления арматуры с бетоном, равный: для стержней периодического профиля ; для гладких стержней ;

- коэффициент, учитывающий вид напряженно-деформированного состояния элемента, принимаемый равным:

- при изгибе ;

- при осевом растяжении ;

- при внецентренном растяжении:

, (321)

Средние относительные деформации арматуры:

, (322)

, (323)

где - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения относительных деформаций растянутой арматуры на участках между трещинами, принимаемый равным: для стержней арматуры периодического профиля - 1,0; для гладкой стержневой арматуры - 0,5;

- коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки, принимаемый равным: при действии кратковременных нагрузок - 1,0; при действии длительно действующих и многократно повторяющихся нагрузок - 0,5. ; .

Расчетная ширина раскрытия трещин:

, (324)

Так как , то проходит проверка ширины раскрытия трещин.

Расчет деформаций:

, (325)

Эффективный модуль упругости при действии длительной нагрузки:

, (326)

Расчет жесткости ригеля при мгновенном действии нагрузки:

Определение момента инерции в сечении без трещин:

, (327)

;

, (328)

, (329)

, (330)

, (340)

, (341)

, (342)

, (343)

,

, (344)

Определение момента инерции в сечении с трещинами:

, (345)

, (346)

, (347)

, (348)

Расчет жесткости ригеля при длительном действии нагрузки:

Определение момента инерции в сечении без трещин:

, (349)

, (350)

, (351)

, (352)

, (353)

, (354)

Определение момента инерции в сечении с трещинами:

, (355)

, (356)

, (357)

, (358)

Определение жесткостей сечения с трещинами и без трещин:

Так как , то

, (359)

Так как , то

, (360)

, (361)

, (362)

Мгновенный прогиб от полной нагрузки:

, (363)

Мгновенный прогиб от практически постоянной нагрузки:

, (364)

Остаточный (длительно действующий) прогиб от практически постоянной нагрузки:

, (365)

Прогиб от внешних нагрузок:

, (366)

Выгиб от предварительного обжатия:

, (367)

, (368)

Окончательный прогиб:

, (369)

Максимальный прогиб:

, (370)

из геометрии сечения ,

Так как , то прогиб ригеля меньше максимального и жесткость ригеля обеспечена.

Технико-экономические показатели ригелей приведены в таблице 4.

Таблица 4. Технико-экономические показатели

Марка ригеля	Расчетная нагрузка кН/м	Количество арматурных канатов	Класс бетона	Прогиб, мм	Ширина раскрытия трещин, мм
РДП4.56.1-70	70	8	С25/30	12,2	-
РДП4.56.1-60	60	7	С25/30	13,9	-
РДП4.56.1-50	50	6	С25/30	16,7	-
Р4.56-70	70	7	С25/30	3,93	0,156
Р4.56-60	60	6	С25/30	4,09	0,154
Р4.56-50	50	5	С25/30	13,18	0,105
РДП4.56-70	70	7	С35/45	3,97	0,187
РДП4.56-60	60	6	С35/45	5,11	0,185
РДП4.56-50	50	5	С30/37	5,86	0,197

По расходу арматурных канатов при одинаковом классе бетона наиболее эффективны предварительно напряженные ригеля прямоугольного сечения. Предварительно напряженные ригеля таврового сечения имеют класс бетона на два порядка выше, по сравнению с ригелями прямоугольного сечения.

Несмотря на более высокий класс бетона в ригелях таврового сечения ширина раскрытия трещин на 35-37% больше, чем в ригелях прямоугольного сечения.

В предварительно напряженных ригелях конструкции ГП «Институт НИПТИС им. Атаева С.С», имеющих класс бетона ниже по сравнению с ригелями таврового сечения трещин вообще не образуется.

2. Технология изготовления предварительно напряженных ригелей на линейных стендах

2.1 Общие положения

В настоящее время железобетонные ригеля изготавливаются из тяжелого бетона и предназначены для использования их в качестве несущей части перекрытий крупнопанельных зданий различного назначения с расчетной нагрузкой на перекрытие. Ригель соединяет вертикальные элементы (колонны, стойки) и служит опорой для прогонов и плит, устанавливаемых в перекрытиях или покрытиях зданий. Ригели железобетонные предварительно напряженные предназначены для строительства сборных, сборно-монолитных каркасов многоэтажных жилых, общественных и производственных зданий.

Ригели каркасов многоэтажных зданий выполняют в основном таврового сечения с одной или двумя полками понизу для опирания плит перекрытий. По концам ригеля устраивают подрезку на высоту консолей колонн, благодаря чему стык ригеля с колоннами получается скрытым. Фрагменты перекрытий с ригельным каркасом приведены на рисунке 1.



а - из многопустотных плит; б - из ребристых плит типа П; в - из ребристых плит типа 2Т с подрезкой

Рисунок 1 - Фрагменты перекрытий с ригельным каркасом

каркасный панельный конструкция ригель

Сборные железобетонные ригеля изготовляют преимущественно на механизированных предприятиях и частично на оборудованных полигонах. Технологический процесс производства железобетонных ригелей складывается из ряда последовательно выполняемых операций: приготовления бетонной смеси, изготовления арматурных каркасов, сеток, гнутых стержней и т. д., армирования изделий, формования изделий (укладка бетонной смеси и её уплотнение), тепловлажностной обработки, обеспечивающей необходимую прочность бетона, при необходимости отделки лицевой поверхности изделий.

В современной технологии сборного железобетона можно выделить два основных способа организации производственного процесса изготовления железобетонных ригелей: агрегатно-поточный способ изготовления изделий в перемещаемых формах и стендовый способ - в неперемещаемых (стационарных) формах (стендах).

При агрегатно-поточном способе производства железобетонных ригелей все технологические операции (очистка и смазка форм, армирование, формование, твердение и распалубка изделий) осуществляются на специализированных постах, оборудованных машинами и установками, образующими поточную технологическую линию. Формы с изделиями последовательно перемещаются по технологической линии от поста к посту с произвольным интервалом времени, зависящим от длительности операции на данном посту, которая может колебаться от нескольких минут (например, смазка форм) до нескольких часов (твердение изделий в пропарочных камерах). Этот способ выгодно использовать на заводах средней мощности, в особенности при выпуске изделий широкой номенклатуры.

При стендовом способе изделия в процессе их изготовления и до окончания твердения бетона остаются на месте (в стационарной форме или на специальном стенде), в то время как технологическое оборудование для выполнения отдельных операций перемещается вдоль стенда или от одной формы к другой. Этот способ применяют при изготовлении изделий большого размера - ферм, колонн, ригелей, балок и т. п.

Изготовление железобетонных ригелей осуществляется в соответствии с требованиями СТБ 1186-99 «Балки стропильные и подстропильные, ригели и прогоны железобетонные для зданий и сооружений. Общие технические условия» на основании технической документации утвержденной в установленном порядке.

Ригели подразделяют на типы:

РДП - для опирания многопустотных плит на две его полки (двухполочный);

РДР - то же, для опирания ребристых плит;

РОП - для опирания многопустотных плит на одну его полку (однополочный);

РЛП - то же, применяемый только в лестничных клетках;

РОР - для опирания ребристых плит на одну его полку (однополочный);

РЛР - то же, применяемый только в лестничных клетках;

РКП - консольный для опирания многопустотных плит балконов;

РБП - бесполочный (изготовленный в форме двухполочного ригеля) при перекрытии из многопустотных плит;

РБР - то же, при перекрытии из ребристых плит;

Р - прямоугольного сечения.

При изготовлении ригелей используется тяжёлый бетон классов по прочности на сжатие С25/30 - С35/45, приготавливаемый на гранитном щебне крупностью до 20мм. В качестве напрягаемой арматуры для продольного армирования ригелей применяется арматурный семипроволочный канат К7 по ГОСТ 13840 - 68 диаметром 12 или 15мм в зависимости от несущей способности ригеля. В качестве вспомогательной ненапрягаемой арматуры, в напряженных ригелях, применяют, как и для обычного железобетона - сварные сетки и каркасы. Закладные детали ригелей изготавливаются из сортового проката. Ригели изготавливают со строповочными отверстиями для подъема и монтажа. Допускается вместо строповочных отверстий предусматривать монтажные петли, выполненные в соответствии с указаниями рабочих чертежей на эти ригели.

2.2 Технология производства

Наиболее оптимальным способом производства ригелей является стендовый, позволяющий максимально автоматизировать и механизировать процесс производства и получивший широкое распространение за рубежом.

Предлагается способ изготовления предварительно напряжённых ригелей на линейных стендах с двухрядными стальными формами с откидывающимися бортами длиной 72,0м, приведенными на рисунках 2 и 3, с натяжением арматуры на всю длину стенда. Стенд оснащен неподвижными упорами и подвижными упорами с гидросистемой для снятия напряжения с упоров стенда, разделительными вкладышами (отсекателями) на магнитах, гидроцилиндрами для открывания и закрывания бортов, пневмовибраторами и трубами для обогрева стенда, расположенными в центральной секции и на бортах, оснащенными соединительными муфтами. На стенде также возможно изготовление напряженных свай и балок длиной до 12 м. Изготавливает оборудование для производства ригелей - Чебоксарский завод «Стройдормаш».

Длинные стенды применяют для одновременного изготовления нескольких одинаковых изделий в формах, располагаемых одна за другой и образующих единую формовочную линию. На этой линии укладку и натяжение арматуры, а также бетонирование и твердение изделий осуществляют сразу по всей длине стенда.

Рисунок 2 - Двухрядный стенд для формования ригелей



Рисунок 3 - Общий вид стенда с бетоноукладчиком

В состав предлагаемой линии для производства предварительно напряжённых ригелей входит следующее оборудование: бетоноукладчик, формы ригелей, якорные станции, гидроцилиндры снятия напряжения, устройство для натяжения канатов (гидродомкрат), устройство для укладки изотермического покрывала, различные цанги для канатов (крепление, сращивание, натяжение), линия заготовки каната, система управления автоматикой тепловой обработки изделий.

Линия заготовки каната рассчитана на обеспечение мерными заготовками каната линии изготовления ригелей. В состав линии заготовки каната входит: бухтодержатель, направляющие ролики, толкатель, желоб с устройством сбрасывания, устройство резки каната. Общий вид линии заготовки каната приведён на рисунке 4.



Рисунок 4 - Линия заготовки каната

Арматурные канаты всех диаметров натягивают механическим способом по одному канату. Для однократного закрепления концов канатов на упорах при изготовлении предварительно напряженных ригелей применяются опрессованные стальные гильзы. До опрессовки гильзы представляют собой полые стальные цилиндры. Обжимной анкер для арматурных канатов приведён на рисунке 5. Анкеры должны надёжно закреплять натянутый до заданного усилия канат, не допуская его проскальзывания.

Рисунок 5 - Анкер в виде опрессованной стальной гильзы

Опрессовка гильз производится с помощью обжимного пресса (штампа), позволяющего получить после опрессовки гильзу квадратного или круглого сечения. Общий вид пресса для изготовления обжимных анкеров представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 - Пресс для опрессовки обжимных анкеров

При механическом способе натяжения арматурные канаты растягиваются осевой нагрузкой, создаваемой домкратами или другими натяжными машинами. Для натяжения используют гидравлические или винтовые домкраты и устройства для фиксации достигнутого натяжения и деформаций арматуры. Домкрат одиночного натяжения, подключенный к насосной станции, представлен на рисунке 7.



Рисунок 7 - Гидравлический домкрат с насосной станцией

При натяжении на упоры механическим способом осуществляется контроль нормируемого предварительного напряжения по величине расчетного усилия натяжения. Контроль расчетного усилия осуществляется по показаниям манометра гидродомкрата. Преимуществами механического способа натяжения являются существенно меньший расход электроэнергии и возможность натяжения арматуры любой прочности.

Отпуск напряженной арматуры (обжатие бетона) производят после достижения бетоном изделия необходимой прочности. Фактическая прочность бетона определяется испытанием контрольных образцов. Прочность бетона ко времени отпуска арматуры составляет обычно 70% проектной прочности.

Снятие напряжения с технологической линии осуществляется с помощью гидравлических цилиндров приведенных на рисунке 8. Стандартные модели гидроцилиндров снятия напряжения обладают усилием от 200 до 5000 кН и ходом поршня от 225 до 400 мм. Во время производственного процесса снятия напряжения поперечная перфорированная плита технологического стенда упирается в опорные кольца, надетые на гидроцилиндр.

Рисунок 8 - Гидроцилиндры снятия напряжения и насосная станция

Заправка арматурных канатов осуществляется с помощью установки для подачи канатов (УПК) выпускаемой производственно-коммерческим холдингом «Энерпром» - Россия. Скорость подачи каната - 0,7-1,0м/сек. Общий вид установки подачи канатов представлен на рисунке 9.

Рисунок 9 - Установка подачи канатов

Технология изготовления ригелей на стендовой линии включает в себя:

- приемку арматурных изделий;

- подготовку стенда к работе;

- армирование и формование изделий;

- тепловлажностную обработку изделий;

- распалубку и приемку изделий службой контроля качества (ОТК);

- вывоз изделий на склад готовой продукции.

Транспортировка арматурной стали и полуфабрикатов из арматурного цеха, а также подача готовых арматурных изделий в пролет, производится в специальных контейнерах на самоходных передаточных тележках.

Технологический процесс производства предварительно напряженных ригелей начинается с чистки и смазки поддона и бортов стенда. Для смазки используется эмульсионная смазка типа ОЭ-2, обладающая достаточной адгезией к металлу, не вызывающая разрушения бетона и появления пятен на поверхности изделий. Смазочный состав наносится тонким равномерным слоем при помощи удочки - переносного бачка-распылителя. До смазки стенда устанавливаются разделительные торцевые вкладыши в соответствии с картой раскладки изделий в стенде.

После смазки поддона и бортов стенда устанавливаются в проектное положение арматурные каркасы и закладные детали согласно рабочим чертежам и карте раскладки изделий в стенде. Затем с помощью установки подачи канатов укладываются заготовленные арматурные канаты, предварительно пропустив их концы соответственно между упорными пластинами якорной станции и перфорированной плитой к гидроцилиндрам снятия напряжения. Канаты заготавливаются на линии заготовки канатов.

Для предупреждения смещений и обеспечения требуемой толщины защитного слоя бетона арматурные каркасы изделия фиксируются при помощи пластмассовых фиксаторов. На канаты надеваются зажимные цанги, и канаты подтягиваются гидродомкратом, под канаты устанавливаются пластмассовые фиксаторы для устранения их провисания. Затем производят натяжение арматурных канатов гидродомкратом на проектную величину и фиксируют канат на упорах стенда анкерами. Величину усилия натяжения канатов контролируют по показаниям манометра гидродомкрата. После этого производится окончательный замер, корректировка установки всех закладных и арматурных изделий и зажимаются борта стенда.

Натяжение арматурных канатов осуществляют в два этапа. На первом этапе производят натяжение арматуры на 30 % проектного значения, после чего под канаты устанавливают фиксаторы арматуры для устранения провисания. На втором этапе производят натяжение каната на проектную величину с перетяжкой на 10% и выдерживают в течение 3-5минут для релаксации внутренних напряжений, затем снимают напряжение до проектного и фиксирую проектное положение каната анкерами.

Затем в бетоноукладчик подается бетонная смесь. Бетонная смесь из бетоносмесительного цеха в бетоноукладчик доставляется по действующим схемам завода. Перспективной схемой доставки бетонной смеси в формовочный цех является адресная подача бетонной смеси с помощью «кюбеля» передвигающегося по подвесным рельсовым путям, расположенным на подвесных порталах. Общий вид «кюбеля» приведён на рисунке 10.



Рисунок 10 - «Кюбель» для перевозки бетонной смеси системы адресной подачи бетона

Объём «кюбеля» для перевозки бетонной смеси - 1,5м3. Бадья «кюбеля» изготовлена из металлического листа, оборудована двойными затворами, автоматическим открыванием с удаленным управлением. Ширина колеи 1200мм. «Кюбель» оснащен электродвигателями перемещения и переворота, переключателями для изменения скорости движения (быстрый или медленный режим), радиоуправлением на режиме медленной скорости. Скорость перемещения «кюбеля» изменяется от 35 дот140м/мин.

Управление «кюбелем» автоматизировано и может осуществляться с операторской бетоносмесительного цеха или с помощью дистанционного пульта управления - оператором в формовочном цеху.