Натяжение арматуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

натяжение арматура механический

Бетон, как и другие каменные материалы, слабо сопротивляется изгибу и растяжению, однако в сочетании с арматурой его механические свойства значительно улучшаются. Улучшению механических свойств бетона способствует хорошее сцепление его с арматурой, обеспечивающее рациональное распределение нагрузки между этими материалами. Важным для совместной работы является и то, что температурное расширение стали и бетона сводит к минимуму внутреннее напряжения в зоне контакта при изменении температуры, и кроме того, бетон надежно защищает арматуру от коррозии. Поэтому конструкцию армируют. Для повышения сцепления применяют арматуру периодического профиля, а также сварные сетки и каркасы.

Однако, во избежание появления значительных растягивающих усилий в зоне растяжения конструкции необходимо размещать большое количество арматуры, в связи с чем увеличивается площадь сечения и вес конструкции. Поэтому, в производстве применяют предварительное напряжение арматуры. Существуют несколько способов натяжения арматуры:

· Механический

· Электротермический

· Электротермомеханический

· Химический (при применении расширяющегося цемента).



1. Теоретическая часть

1.1 Классификация арматурных сталей

Для армирования бетона используют в основном стальную арматуру из углеродистых и низколегированных сталей.

Стальную арматуру классифицируют:

· По основной технологии: горячекатанная, термически упрочненная и холоднотянутаю;

· По условиям применения в конструкциях: ненапрягаемая и напрягаемая;

· По профилю: гладкая и периодического профиля;

· По химическому составу: на марки, определяемые содержанием основных химических элементов;

· По свойствам: мягкие и твердые;

· По условиям поставки: прутковая и бухтовая арматурная сталь. Прутковую сталь доставляют в виде стержней длиной 6-12 м (по особому заказу даже до 18 и 25 м) диаметром более 10 мм и пачках массой по 5 т. В бухтах доставляют арматурную сталь диаметром менее 10 мм и длиной до 200 м.

Наша промышленность выпускает арматурные стали с различными физико-механическими свойствами (таблица 1). Арматурные стали хорошо ведут себя в эксплуатации, например при многократно изменяющихся нагрузках, изменениях температуры и т.п.



Таблица 1. Основные виды арматурных сталей

Вид арматуры	Класс арматуры	Марка стали	Диаметр, мм
Стержневая горячекатаная гладкая	А-I	Ст3сп3 Ст3пс3 Ст3кп3 ВСт3сп2 ВСт3пс2 ВСт3кп2 ВСт3Гпс2	6-40 6-40 6-40 6-40 6-40 6-40 6-18
Стержневая горячекатаная периодического профиля	А-II	ВСт5сп2 ВСт5пс2 ВСт5пс2 18Г2С 10ГТ	10-40 10-16 18-40 40-80 10-32
	А-III	35ГС 25Г2С	6-40
	А-IV	80С 20ЧГ2Ц	10-18 10-22
	А-V	23Ч2Г2Т	10-22
Стержневая термически упрочненная периодического профиля	Ат-IV Ат-V Ат-VI	-	10-25
Обыкновенная арматурная проволока гладкая	В-I	-	3-5
Обыкновенная арматурная проволока периодического профиля	Вр-I	-	3-5
Высокопрочная арматурная проволока гладкая	В-II	-	3-8
Высокопрочная арматурная проволока периодического профиля	Вр-II	-	3-8
Арматурные канаты	К-7	-	4,5-15

При проектировании железобетонных конструкций арматуру необходимо выбирать в зависимости от ее назначения, марки и вида бетона, свариваемости сталей, условий эксплуатации и характера нагружний, а также от специальных требований.



1.2 Напрягаемая арматура и ее элементы

1.2.1 Напрягаемая арматура

С целью повышения трещиностойкости и несущей способности железобетонных конструкций, а также более полного использования механических свойств арматурной стали и сокращения ее расхода используют предварительное напряжение арматуры. Использование предварительного напряжения арматуры при изготовлении конструкций позволяет железобетону сопротивляться значительным растягивающим напряжениям.

В качестве арматуры используют сталь с высокой прочностью на растяжение, которая натягивается механическим устройством и заливается бетонной смесью. После схватывания сила предварительного натяжения освобожденной стальной проволоки или троса передается окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Такое создание напряжений сжатия позволяет частично или полностью устранить растягивающие напряжения от нагрузки.

Предварительное напряжение может производиться не только до, но и после схватывания бетонной смеси. Чаще этот метод применяется при строительстве мостов с большими пролетами, где один пролет изготавливается в несколько этапов. Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в чехле (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос или арматуру домкратом натягивают до определенной степени. После этого в чехол закачивается бетонный раствор.

Методы предварительного напряжения арматуры, используемые в строительстве:

· Натяжение на упоры поддона или формы;

· Натяжение на бетон изделия или конструктивного элемента.

Способы натяжения арматуры:

· Механический;

· Электротермический;

· Электротермомеханический.

Арматурные работы при натяжении состоят из:

· Заготовки напрягаемой арматуры и арматурных элементов;

· Соединения арматуры;

· Укладки;

· Натяжения арматуры.

Элементами напрягаемой арматуры являются: рабочая арматура, анкера и зажимы.

1.2.2 Элементы напрягаемой арматуры

Более сложными в изготовлении и по конструкций являются анкерные элементы для арматуры из трудносвариваемых или несвариваемых сталей, а также для натяжения нескольких прядей одновременно. Так, на стендовых или агрегатно-поточных технологических линиях с использованием высокопрочной термоустойчивой проволоки диаметром 3--8 мм применяют унифицированные напрягаемые арматурные элементы (УНАЭ), например. конструкции ЦНИИОМТП с прорезной или дырчатой колодкой (рис. 1).

Рис. 1. Унифицированные напрягаемые арматурные элементы (УНАЭ)

а -- с дырчатой анкерной колодкой; б --с прорезной анкерной колодкой; 1 -- анкерная колодка; 2 -- высокопрочная проволока; 3 -- спиральный хомут; 4 -- высаженные головки



Предварительно проволоку устанавливают по размерам (длине). В анкерных колодках унифицированных напрягаемых арматурных элементах арматуру закрепляют путем высаживания головок на концах проволоки. В зависимости от числа проволок, закрепленных в колодке, эти арматурные элементы унифицируют по маркам. Для холодной высадки головок арматурной проволоки применяют станки СМЖ-155 или СМЖ-311. При натяжении арматуры на упоры форм и на бетон используют различные анкерные устройства в зависимости от диаметра и вида арматуры. Некоторые зажимы для захвата и натяжения арматуры показаны в табл.2.

Таблица 2. Некоторые виды зажимов напрягаемой арматуры.

Тип зажима	Эскиз	Арматура	Назначение
Для стержневой арматуры
ЦНИИЛ-3		Периодического профиля o12--40 мм	При натяжении арматуры на упоры форм
ВНИИСтройнефти		Т о же,o12--18 мм
Завода «Баррикада»		То же, o16--18 мм
Для проволочной арматуры
Клиновой одиночный		Высокопрочная проволока гладкая и периодического профиля	При натяжении на упоры форм и стендов
Стержневой групповой			При натяжении на упоры стендов
НИИЖБа		Высокопрочная проволока или прядь	Для автоматического закрепления арматуры при непрерывном армировании
Для пучковой арматуры			При натяжении на бетон

1.3 Технология производства напрягаемой арматуры механическим способом

1.3.1 Заготовка напрягаемой арматуры и ее элементов

Напрягаемые арматурные элементы заготовляют на технологических линиях стержневой, прядево-канатной и пучковой арматуры.

Для стержневой арматуры используют горячекатаную сталь периодического профиля диаметром 6...8 и 10...40 мм классов A-IV (марки 20ХГ2Ц) и А-Шв (марок 35ГС и 25Г2С), упрочненную вытяжкой в холодном состоянии. В бетонах высоких марок эффективны углеродистая сталь класса А-IV марки 80С, циркониевая свариваемая сталь марки 20ХГ2Ц, а также термически упрочненные стали классов Ат-IV, AT-V и Ат-VI марок 20ГС2 и 20ГС, катанка Атк и высокопрочная проволока В-II и Вр-П с повышенным временным сопротивлением на разрыв (ГОСТ 7348-- 81).

Процесс заготовки стержней состоит из правки, чистки, резки и сварки их в плети и устройства анкеров. Термически упрочненную сталь следует заказывать мерной длины, что исключает в дальнейшем процесс сварки стержней. При необходимости их стыкуют на контактно-стыковых машинах. Утолщения стыков целесообразно обрубать, чтобы уменьшить трение арматуры о стенки канала при натяжении.

Для устройства анкеров к концам стержней контактной сваркой (или сваркой трением) приваривают коротыши из стали одинаковой со стержнем прочности. Коротыши имеют резьбу, на которую навинчивают гайки, передающие на бетон плиты нагрузки натяжения через шайбы. Готовые стержни маркируют, указывая на бирках их длину, диаметр и прочностные показатели.

Арматурные нераскручивающиеся пряди и канаты изготовляют из высокопрочной проволоки диаметром 1,5...5 мм. Пряди выпускаются трех-, семи- и девятнадцатипроволочные (классов П-3, П-7 и П-19) номинальным диаметром от 4,5 до 15 мм. Канаты из двух или трех семипроволочных прядей (К2 X 7, КЗ X 7) и двух-трех девятнадцатипроволочных (К2х19, КЗх19) имеют номинальный диаметр от 9 до 30 мм.

Пряди и канаты поступают с заводов металлоизделий отрезками длиной не менее 200 м (или заказанной мерной длины), намотанными на металлические катушки. Их сматывают с катушек, пропускают через правильные устройства и одновременно очищают от масла и грязи. Перерезают канаты и пряди карборундовым диском. Концы прядей во избежание раскручивания закрепляют пачечным железом.

Для анкеровки прядей (канатов) применяют преимущественно гильзовые наконечники. Гильзу надевают на заготовленный конец пряди (каната), запрессовывают на специальном гидравлическом прессе или домкрате и затем на ее поверхности нарезают или накатывают резьбу для крепления муфты домкрата, с помощью которого натягивается прядь (канат).

Проволочные пучки изготовляют из высокопрочной проволоки (гладкой или периодического профиля). При использовании гильзового анкера проволока заполняет все сечение, а гильзостержневого -- располагается по окружности. Пучки собирают из 14, 18 и 24 проволок с гильзостержневым анкером

Различные анкерные устройства на концах арматурных изделий показаны на рис. 2.

Рис. 2. Простейшие анкерные устройства на концах арматурных элементов

а -- с приваренными коротышами; б -- с приваренной петлей; в -- с приваренной пластиной; г -- с высаженной головкой на стержне; д, е -- с высаженными головками на высокопрочной проволоке; ж -- с напрессованной и обжатой втулкой на стержне; з -- с напрессованной трубкой на канате, пряди; 1-- канат, прядь с трубкой в сборе; 2 -- заготовка трубки



1.3.2 Соединение арматуры

Основным видом соединения арматурных стержней является сварное соединение встык, которое в заводских условиях и на монтаже выполняется различными способами.

В заводских условиях для соединения арматурных стержней классов от A-I до A-VI, Ат-III, AT-IVC (например, для соединения заготовок арматурных стержней, приварки коротышей большого диаметра и т. п.) применяют контактную сварку. На монтаже для соединения арматурных стержней классов A-I, A-II, A-III, Ат-III (например, для соединения выпусков арматуры сборных железобетонных элементов и т. п.) применяют дуговую ванную сварку в инвентарных формах.

Если диаметр соединяемых стержней d<20 мм, то применяют дуговую сварку стержней с накладками с четырьмя фланговыми швами или с односторонним расположением швов и удлиненными накладками. При этом должны соблюдаться требования о размерах высоты сварного шва и ширины сварного шва.

Для стыковки арматурных стержней из трудносвариваемой стали классов Ат-4, Aт-5 и Aт-6 применяют опрессованные соединительные обоймы (муфты, гильзы) (рис. 3, а). Соединяют арматурные канаты с помощью опрессованной гильзы (рис. 3, б), но они могут соединяться и внахлестку по всей длине, которой плотным рядом накладываются витки вязальной проволоки (рис. 3, в).



Рис.3. Стыкование арматурных элементов

а -- стержневой арматуры с помощью опрессованной муфты;

б -- арматурных канатов прядей с опрессовкой гильзой;

в -- нахлесточное, арматурных канатов, прядей с обмоткой вязальной проволокой;

1-- муфта; 2 -- стержень; 3 -- гильза; 4 -- канат, прядь; 5 -- обмотка проволокой

Соединять арматурную проволоку можно с помощью муфты и пробки. Такое соединение обеспечивает соосный равнопрочный стык (рис. 4).

Рис. 4. Соосный равнопрочный стык проволочного соединения муфтой -- проволоки; 2 -- пробка; 3 -- муфта; 4 -- насаженные головки



1.3.3 Натяжение арматуры

Как правило, механическое натяжение арматуры осуществляется гидравлическими и винтовыми домкратами. Можно использовать и простейшие грузовые устройства и приспособления, представляющие собой систему лебедок, блоков, рычагов и полиспастов, оснащенных динамометрами. Раскладку прядей арматуры производят по принципу полиспаста. Арматуру натягивают на упоры стенда или формы. При этом натяжение может осуществляться одиночными стержнями, группами стержней или одновременно всей арматурой. Во всех случаях необходимо соблюдать условия симметричности и равномерности передачи усилий от напрягаемой арматуры на днище формы. Кроме того, необходима и определенная последовательность передачи механических усилий на арматуру. Первоначально передается усилие, составляющее 45--50 % от проектного значения. При таком натяжении проверяется правильность расположения стержней и анкерных устройств. Затем натяжение арматуры доводят до усилия, превышающего проектное на 10 %, делается выдержка напряжения в течение 3--5 мин, после чего усилия в арматуре снижают до проектных.

Одна из наиболее трудоемких технологических операций при производстве предварительно напряженных железобетонных изделий -- укладка и натяжение стержней.

Процесс механического натяжения арматуры заключается в укладке полного комплекта подготовленных мерных стержней в упоры подвижной и неподвижной траверс силовой формы--установки. К подвижной траверсе крепятся гидравлические домкраты, каждый из которых одним концом упирается в форму -- установку, а другим перемещает подвижную траверсу. Натяжение арматуры контролируется электроконтактным манометром. По достижении заданного усилия натяжения подвижная траверса фиксируется. После передачи натяжения на бетон фиксаторы убираются. Траверса может одновременно натягивать до 30 стержней.

Систему группового гидравлического натяжения напрягаемой арматуры используют при изготовлении железобетонных конструкций типа подкрановых балок длиной 18 м, ферм длиной 18 и 24 м и других изделий. Диаметр арматурных стержней до 30 мм.

Контролируют натяжение арматуры по его замерам и удлинению арматуры. Натяжение арматуры осуществляется гидродомкратами различных типов, например, СМЖ-81, -82,-84 и др. с максимальным тяговым усилием, соответственно, (кН): 630, 630, 1000, 25. Диаметр натягиваемой проволочной или стержневой арматуры от 5 до 40 мм.

При изготовлении предварительно напряженных центрифугированных железобетонных изделий для группового натяжения арматуры используют стенд типа СМЖ-338 с максимальным усилием натяжения -- 1100 кН, диаметром бандажа форм 490--700 мм. Непрерывную навивку напрягаемой арматуры осуществляют на навивочной машине СМЖ-360, имеющей максимальное усилие натяжения 26,5 кН. Диаметр наматываемой пряди 6 мм при размере изделия в плане 3100X3100 и высоте до 2370 мм.

1.3.4 Контроль степени натяжения арматуры

Натяжение арматуры осуществляется особенно тщательно, так как повышение или снижение; предварительного напряжения арматуры резко снижает качество предварительно напряженных железобетонных изделий. Перенапряжение арматуры может вызвать образование трещин на стержнях и их обрыв. Снижение напряжения арматуры приводит к уменьшению трещиностойкости и несущей способности изделий.

Допустимые колебания в натяжении арматуры должны находиться в пределах ±10% от проектного значения. Особенно тщательно должен выполняться технологический процесс при электротермическом способе натяжения арматуры. Это связано с тем, что степень предварительного напряжения в стержне можно контролировать лишь после его остывания, т. е. тогда, когда уже нельзя ничего исправить. Учитывая специфику электротермического способа усилие натяжения принимается в пределах ±20 % от проектного.

Усилие предварительного натяжения арматуры измеряют несколькими методами. Наиболее распространены контроль с помощью динамометра, манометра, измерение удлинения, поперечная оттяжка и частотный. Динамометр применяют при механических способах натяжения, в том числе при непрерывном армировании. Метод основан на снятии показаний деформации динамометра, связанного с силой натяжения арматуры. Измерение силы натяжения по показаниям манометра используют при одиночном и групповом натяжении всех видов арматуры: стержневой, проволочной, прядевой и канатной.

Контроль силы натяжения арматуры по измерению удлинения является одним из наиболее простых методов. Удлинение арматуры в процессе ее натяжения замеряют с помощью специальной шкалы с метрическими делениями. Этот метод можно использовать при многих способах натяжения арматуры, но чаще всего его применяют при механическом натяжении арматуры домкратами. Контроль силы натяжения по измерению стрелы прогиба несложен, но весьма трудоемок из-за необходимости натяжения пучка проволоки. Поперечную оттяжку замеряют с помощью приборов типа ПРДУ и ПИН. Метод измерения собственных частотных поперечных колебаний напряженной арматуры прибором ИПН-7 основан на преобразовании механических колебаний в электрические.



2.Расчетная часть

Составить технологический расчет механического натяжения арматуры на упоры: Плита перекрытия железобетонная многопустотная 1ПК69.12 (ГОСТ 9561-91).

Длина стержней, проволок и пакетов при натяжении на упоры форм должна быть больше расстояния между упорами.

1) Определение длины заготовок арматурных элементов для пустотной плиты перекрытия:

· При натяжении на упоры формы:

L_заг = l_u + 2l_y + 2l_a + 5, мм

Где l_u - длина изделия, мм; l_y - расстояние от торца изделия до наружной грани упора, мм; l_a - длина зажимного или анкерного устройства, мм.

L_заг = 6900 + 2?200 + 2?125 + 5 = 7555 мм

· При натяжении на упоры короткого стенда:

L_заг = l_u + 2l_к + 2 ? 500, мм

Где l_к - длина зажимного устройства короткого стенда, мм; 500 - длина короткого стенда.

L_заг = 6900 + 2?45 + 2?500 = 7990 мм

· При натяжении на упоры длинного стенда:



L_заг = l_u ? n + K₀ (n - 1) + 2K₁ + 2K₂ + 2K₃, мм

L_заг = 6900 ? 2 + 200 ? (2 - 1) + 2 ? 200 + 2 ? 300 + 2 ? 400 = 15800 мм.

2) Тяговое усилие домкрата для натяжения арматуры определяют по формуле:

P = 1,1n ? ((f ? ?₀ / ?)), ТС

Где 1,1 - коэффициент, учитывающий возможную технологическую перетяжку; n - число одновременно натягиваемых стержней (проволок); f - площадь поперечного сечения одного стержня, см²; ?₀ - контролируемое напряжение, кгс/см²; ? - коэффициент полезного действия механизма натяжения: для гидродомкрата 0,94…0,96;

Р = 1,1 ? 10 ? ((((3,14 ? 1,6²)/4) ? 3) / 0,95) = 69,8 ТС

3) Учитывая тяговое усилие и возможное удлинение арматуры, ход поршня или тяги:

S = ((?₀ ? l_u) / E_a) + A, мм

Где E_a - тяговое усилие; А - длина хода, необходимая для выборки свободно провисающей арматуры, принимается 0,4…0,5L_изд; Ход поршня принимается 0,01 L_изд

S = ((3 ? 6900) / 190000) + 0,4 ? 0,01 ? 7555 = 30,3 мм

На основе полученных данных подбираем гидродомкрат типа ДГ 1600.

Технические характеристики ДГ 1600:

· Усиление, кН………1600

· Рабочий ход поршня, мм………..400

· Диаметр натягиваемых стержней, мм…….8…40

· Рабочее давление, Мпа……………..40

· Габаритные размеры, мм: 1125 ? 315 ? 315

· Масса, кг………..518



Список литературы

1.http://www.stroy-armatura.ru/

2.Ю.М.Баженов, А.Г.Комар, Технология бетонных и железобетонных изделий, учебное пособие для ВУЗов. - М.: Стройиздат, 1984 г.

Размещено на Allbest.ru