Способ механического напряжения арматуры

Способ механического напряжения арматуры

4. Способы натяжения арматуры

4.1. Механическое натяжение арматуры.

4.2. Электротермическое натяжение арматуры.

4.3. Электротермомеханическое натяжение арматуры.

4.4. Схемы непрерывного натяжения арматуры.

4.5. Контроль натяжения арматуры.

4.6. Контроль напряжения арматуры по усилию в натяжном механизме.

4.7. Контроль натяжения по удлинению арматуры.

4.8. Контроль натяжения по прогибу арматуры.

4.9. Контроль натяжения арматуры частотным методом.

4.1. Механическое натяжение арматуры.

Механическое натяжение арматуры применяется для конструкций всех категорий по трещиностойкости, так как возможен контроль усилия в процессе натяжения.

Рекомендуется осуществлять гидравлическими домкратами или грузовыми устройствами с системой блоков и рычагов.

Натяжение арматуры на упоры формы и стендов может быть одиночным (каждый арматурный элемент натягивается отдельно) и групповым (одновременно натягиваются несколько элементов или вся напрягаемая арматура). Выбор того или иного вида натяжения зависит от:

— расположения арматурных элементов;

— числа арматурных элементов;

— общего усилия их натяжения;

— наличия оборудования необходимой мощности.

Натяжение арматуры рекомендуется проводить в 2 этапа.

1) На 1-ом этапе арматуру натягивают с усилием, равным 40 – 50 % заданного.

Далее проверяют правильность расположения напрягаемой арматуры.

Затем устанавливают закладные детали, сварные арматурные каркасы, и закрывают борта формы.

2) На 2-ом этапе арматуру натягивают до заданного проектного усилия с перетяжкой на 10 %, при которой арматуру выдерживают в течение 3 – 5 мин.

После этого натяжение снижают до проектного.

Контролируемое напряжение s_sp должно соответствовать проектному.

Контроль усилия натяжения должен выполняться по показаниям оттарированных манометров гидравлических домкратов и одновременно по удлинению арматуры.

Результаты измерений по этим двум показателям не должны отличаться более чем на 10 %. В противном случае, следует приостановить натяжение арматуры и выявить причину расхождения показателей.

В том случае, когда s_sp £ R_sn удлинение арматуры рекомендуется определять по формуле 7:

где R_sn – нормативное сопротивление растяжению арматуры, МПа;

s_sp – контролируемое напряжение арматуры, МПа;

– контролируемое удлинение, см;

Р – усилие натяжения, кН или кгс;

А_sp – площадь арматурного элемента, см 2 ;

Е_s – модуль упругости напрягаемой стали, МПа;

L_з – длина заготовки (по внутренним граням анкеров), см;

Если s_sp > 0,7×R_sn, то необходимо учитывать потери от релаксации напряжений арматуры, тогда:

При выборе гидравлического домкрата его тяговое усилие рекомендуется принимать по формуле 9:

где – число одновременно натягиваемых стержней, шт;

– площадь одного стержня, см 2 ;

s_sp – контролируемое натяжение арматуры, МПа;

h — средний КПД домкрата (0,95 – 0,97).

Необходимый ход поршня гидравлического домкрата рекомендуется определять по формуле 10:

где L₃ – длина натягиваемой арматуры.

4.2. Электротермическое натяжение арматуры.

Рекомендуется при изготовлении массовых ПН плит перекрытия и покрытия, дорожных плит и других изделий длиной до 12 м.

Допускается — при изготовлении ПН балок, ферм, опор ЛЭП и других изделий длиной до 24 м.

Сущность электротермического способа натяжения арматуры:

— стержни нагревают электрическим током до требуемого удлинения и фиксируют в таком состоянии в жестких упорах форм или поддонов, которые препятствуют укорочению арматуры при стыковании.

Удлинение стержней должно обеспечивать свободную укладку их в нагретом состоянии в упоры формы.

При натяжении стержневой арматуры величину максимального напряжения следует принимать не более нормативного сопротивления стали:

где R_sn – соответствует в данном случае s_0,2 (условный предел текучести);

s_sp – контролируемое проектное предварительное напряжение;

Р – допустимые предельные отклонения напряжений.

При натяжении Вр1500:

Значение Р принимается по таблице в зависимости от длины стержня.

Предварительное напряжение s_sp при электротермическом способе натяжения должно соответствовать заданному удлинению арматуры , которое определяется по формуле 13:

где Е_s – модуль упругости напрягаемой стали, МПа;

– расстояние между наружными гранями упоров формы, стенда или поддона;

Р – допустимое предельное отклонение предварительного напряжения от заданного;

К – коэффициент, учитывающий упругопластические свойства стали.

Полное удлинение арматуры учитывает:

— D_см – величина, учитывающая деформацию шайб под высаженными головками, смятие высаженных головок или приваренных коротышей,

где m= 0,02 мм 3 /кг – для анкеров типа «обжатая обойма»;

m= 0,03 мм 3 /кг – для анкеров типа «высаженная головка».

— D_ф – продольная деформация формы, поддона, стенда при натяжении арматуры, D_ф = 1 – 4 мм.

— C_t – дополнительное удлинение, обеспечивающее свободную укладку арматурного стержня в упоры с учетом остывания при переносе, C_t = (0,5 мм – 1 мм) на 1 м длины стержня.

Таким образом, полное удлинение арматуры равняется:

Полное удлинение должно быть:

D_п £ D_t (удлинение при нагреве до заданной температуры).

где t_p – температура нагрева;

t_o – температура окружающего воздуха;

_k – длина нагреваемого участка арматуры или расстояние между токопроводящими контактами;

a — коэффициент линейного расширения стали.

Длина заготовки напрягаемого стержня:

где a = 2,5d – отрезок арматуры для создания анкерной головки.

Для нагрева стержней арматуры переменным током рассчитывают силу тока, напряжение и требуемую мощность:

где Q_полн — полное количество теплоты, расходуемой на нагрев 1 м длины стержня до расчетной температуры, Дж;

К — коэффициент, учитывающий схему включения стержней в цепь питания;

К = 1 – при последовательном подключении,

К = числу стержней – при параллельном включении.

R — активное сопротивление 1 м длины стержня при расчете нагрева, Ом×10 -4 ;

t — время нагрева, мин.

Рекомендуемая продолжительность нагрева стержневой арматуры = 0,5 до 10 мин в зависимости от диаметра.

где Z – полное сопротивление на 1 м длины стержня, Ом×10 -4 ;

_k – длина нагреваемого участка одного стержня, м.

Требуемая мощность трансформатора (кВа):

Таким образом, технологические расчеты электротермического способа натяжения арматуры сводятся:

1) расчет длины отрезаемого стержня;

2) определение температуры нагрева;

3) расчет I, U, W и выбор типа нагреваемой установки

4.3. Электротермомеханический способ натяжения арматуры.

Натяжение осуществляется одновременным действием механического и электротермического способов. Заданное предварительное напряжение в арматуре складывается из двух величин:

где s_м – напряжение, создаваемое механическими устройствами;

s_t – напряжение, возникающее при остывании нагретой электрическим током арматуры.

где Р – усилие, приложенное к натягиваемой арматуре механическими устройствами;

f – площадь поперечного сечения одного арматурного элемента;

n – число одновременно натягиваемых арматурных элементов;

h — КПД установки для механического натяжения = 0,8 – 0,95.

где t – температура нагрева арматуры;

t_o – начальная температура;

a — коэффициент линейного расширения арматуры;

Е — нормальный модуль упругости.

Длина нагреваемого участка состоит из участков ₁ – не изменяющегося в процессе плавки, и ₂ – изменяющегося при перемещении каретки:

Продолжительность нагрева арматуры зависит от линейной скорости движения арматуры при навивке:

где t = 10 – 30 с. в зависимости от класса и марки арматурной стали.

Параметры электрического тока рассчитываются следующим образом:

где М – масса 1 п.м. арматуры;

с – удельная теплоемкость стали;

t — время нагрева;

R_ср – среднее сопротивление 1 м.

Мощность установки для нагрева:

где n – число нагреваемых проволок.

4.4. Схемы непрерывного натяжения арматуры.

1) Продольное перемещение по отношению к поддону основной траверсы машины и поперечным перемещением навивочной машины.

Рис. 22. Схема с продольным перемещением по отношению к поддону основной траверсы машины и поперечным перемещением навивочной машины:

1 – поддон (неподвижный); 2 – направляющие; 3 – траверса; 4 – навивочная машина

Такая схема наиболее удобна в стендовом производстве, так как при этом не ограничивается длина стендов (т. е. изделий).

2) Схема с поперечным движением траверсы.

Рис. 23. Схема с поперечным движением траверсы:

1 – поддон (неподвижный); 2 – направляющие; 3 – траверса; 4 – навивочная машина

Применяется в агрегатно-поточном и конвейерном производствах.

Навивочная машина совершает возвратно-поступательные движения.

3) Схема с неподвижной траверсой и поперечным перемещением поддона.

Рис. 24. Схема с неподвижной траверсой и поперечным перемещением поддона:

1 – поддон (подвижный); 2 – направляющие; 3 – траверса; 4 – навивочная машина

Применяется в конвейерном производстве.

4.5. Контроль натяжения арматуры.

Надежность и долговечность ПН ЖБК зависит от соблюдения заданного усилия натяжения арматуры.

Недостаточное усилие натяжения снижает трещиностойкость и жесткость.

Чрезмерное усилие натяжения приводит к появлению продольных трещин.

Отклонения, допущенные в процессе производства ПН ЖБК, могут быть обнаружены только при испытании готовых изделий, поэтому в процессе производства необходимо контролировать следующие параметры:

— равномерность натяжения арматуры;

— степень натяжения арматуры;

— надежность анкеровки арматуры в бетоне.

Существует 2 варианта контроля усилия натяжения:

1) усилие измеряется в процессе самого натяжения и результаты немедленно используются для регулирования процесса натяжения;

2) усилие измеряется после завершения процесса натяжения и фиксации полученного удлинения, и результаты не могут быть использованы для немедленного регулирования.

Натяжение арматуры можно контролировать по усилию в натяжном механизме, деформации напрягаемого элемента (прогибу или удлинению), частоте колебаний в натянутой арматуре.

4.6. Контроль напряжения арматуры по усилию в натяжном механизме.

Общее усилие натяжения рассчитывают, исходя из числа одновременно натягиваемых проволок или стержней, площади их сечения и заданного натяжения арматуры:

Усилие можно измерять механическими динамометрами, а также при помощи натяжного домкрата и манометра.

При использовании гидродомкрата и манометра усилие натяжения оценивают по полному давлению масла на поршень гидродомкрата:

где р – давление масла в гидродомкрате;

F_п – активная площадь поршня.

4.7. Контроль натяжения по удлинению арматуры.

Этот способ основан на зависимости между напряжением и удлинением:

Удлинение измеряют двумя способами:

— по перемещению зажима (или) анкера в процессе натяжения;

— с помощью прибора, установленного на одном из напрягаемых стержней.

4.8. Контроль натяжения по прогибу арматуры.

В основе данного метода контроля усилия натяжения лежит зависимость:

где f – величина прогиба;

Q – поперечная сила;

– длина арматурного элемента.

Величину прогиба и поперечную силу измеряют при помощи накладных динамометров:

— ПРД (без собственной базы) – пружинный динамометр, измеряет напряжение по всей длине арматурного элемента.

Рис. 25. Пружинный динамометр ПРД

— ПРД – У (база прибора 600 мм) – измеряет напряжение на участке длины, принцип действия прибора аналогичен прибору ПРД.

4.9. Контроль натяжения арматуры частотным методом.

Основан на зависимости между натяжением арматуры и частотой свободных поперечных колебаний арматурного элемента:

где f – частота колебаний;

r — плотность материала колеблющегося элемента;

g – ускорение свободного падения.

Для контроля усилия натяжения используются частотомеры: ИПН – 6; ЭСИН – 1Д.

1) Прибор устанавливают на расстоянии 5 мм от арматурного элемента.

Рис. 26. Схема установки арматурного элемента и частотомера

1) Ударяют по арматуре и в течение 10 с. после удара снимают показания счетчика в импульсах и в Герцах (Гц).

2) С помощью графика определяют усилие натяжения.

Источник

Способы и методы натяжения арматуры

Способы натяжения арматуры:

1. На упоры (до бетонирования). Арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец закрепляют в упоре, другой – натягивают домкратом до заданного напряжения σ_sp. Затем в форму заливают бетон. После достижения бетоном передаточной прочности R_bp арматуру отпускают с упоров, при этом она обжимает окружающий бетон. Чтобы избежать разрушения бетона в торцах элементов, отпуск натяжения арматуры производят постепенно, снижая сначала на 50%, а затем до 0.

2. На бетон. Сначала изготавливают бетонный элемент, в котором предусматривают каналы или пазы. После приобретения бетоном передаточной прочности Rbp, в каналы пропускают рабочую арматуру и натягивают ее на бетон. После натяжения концы арматуры закрепляют анкерами. Для обеспечения сцепления арматуры с бетоном каналы и пазы заполняют под давлением цементным раствором.

Методы натяжения арматуры:

1. Электротермический – необходимое относительное удлинение арматуры еsp получают электрическим нагревом арматуры до соответствующей температуры.

2. Механический – необходимое относительное удлинение арматуры получают вытяжкой арматуры натяжными механизмами (гидравлические и винтовые домкраты, лебедки, тарировочные ключи, намоточные машины и т.д.).

3. Электротермомеханический – совокупность механического и электротермического методов.

4. Физико-химический – заключается в самонапряжении конструкции вследствие использования энергии расширяющегося цемента.

Виды обжатия

1. Одноосное обжатие.

2. Двуосное обжатие.

3. Трехосное обжатие.

Виды анкеров

1. Высаженная головка.

2. Анкеровка с помощью коротких стержней.

3. Винтовой анкер.

10.2. Значения предварительных напряжений

Значения предварительных напряжений имеют существенное значение. При малых значениях эффект преднапряжения может быть утрачен вследствие потерь предварительного напряжения. При высоких значениях возникает опасность разрыва арматуры при натяжении.

Предварительные напряжения σ_sp и σ’_sp в арматуре S и S’ следует назначать с учетом допустимых отклонений р таким образом, чтобы выполнялись условия:

; ,

где — при механическом способе натяжения арматуры;

— при электротермическом способе натяжения арматуры, где l – длина натягиваемого стержня, p – в МПа.

Начальные контролируемые напряжения в арматуре S и S’ при натяжении на упоры с учетом потерь от деформации анкеров и трения об огибающие приспособления:

; .

Начальные контролируемые напряжения в арматуре S и S’ при натяжении на бетон (с учетом того, что часть усилия тратится на обжатие бетона):

;

,

где σ_sp, σ’_sp — определяются без учета потерь предварительного напряжения;

σ_bp, σ’_bp — определяются с учетом потерь предварительного напряжения;

— коэффициент приведения (соотношение модулей упругости бетона и арматуры).

Возможные производственные отклонения от заданного значения предварительного напряжения арматуры учитывают в расчетах коэффициентом точности натяжения арматуры:

.

Знак «+» принимается при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения (т.е. на данной стадии работы конструкции предварительное напряжение снижает ее несущую способность или способствует образованию трещин), знак «-» — при благоприятном.

— при механическом способе натяжения арматуры;

— при электротермическом и электромеханическом способах натяжения арматуры; n_p – число стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента.

При определении потерь предварительного напряжения арматуры, а также при расчете по раскрытию трещин и по деформациям значение допускается принимать равным нулю.

Передаточную прочность бетона к моменту обжатия R_bp устанавливают так, чтобы не создавался слишком высокий уровень напряжения , сопровождающийся значительными деформациями ползучести и потерей предварительного напряжения в арматуре. Рекомендуется R_bp принимать по расчету, но не менее 50% от нормативного сопротивления бетона сжатию R_bn.

С этой же целью ограничивают напряжения в бетоне σ_bp при обжатии, они не должны превышать предельных значений (предельные значения приведены в табл. 7 СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»).

10.3. Потери предварительных напряжений

Начальные предварительные напряжения в арматуре не остаются постоянными, с течением времени они уменьшаются. Различают первые потери предварительного напряжения в арматуре, происходящие до начала эксплуатации конструкции, и вторые потери – за период эксплуатации.

1. Потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на упоры; зависят от способа натяжения и вида арматуры;

При механическом способе натяжения арматуры:

— проволочной ;

— стержневой ;

При электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения арматуры:

— проволочной ;

— стержневой ;

Здесь принимается без учета потерь, МПа.

2. Потери от температурного перепада, т.е. от разности температур в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилие натяжения при прогреве бетона.

При натяжении на упоры: — для бетонов классов В15 — В40;

— для бетонов классов В45 и выше;

где — разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров (вне зоны нагрева), воспринимающих усилие натяжения, 0 С. При отсутствии точных данных принимается .

При натяжении на бетон потерь от температурного перепада нет, т.к. форма нагревается вместе с изделием.

3. Потери от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств, вследствие обжатия шайб, смятия высаженных головок. смещения стержней в инвентарных зажимах и т.п.

— при механическом способе натяжения на упоры: ,

где мм при обжатии шайб, смятии высаженных головок и т.п.;

— при смещении стержней в инвентарных зажимах, где d – диаметр стержня, мм,

l – длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными граниями упоров формы), мм.

— при электротермическом способе натяжения на упоры: ,

— при натяжении на бетон: ,

где мм – обжатие шайб или прокладок, расположенных между анкерами и бетоном элемента;

мм – деформация анкеров стаканного типа, колодок с пробками, анкерных гаек и захватов;

l – длина натягиваемого стержня, мм.

4. Потери от трения арматуры:

а) о стенки каналов или о поверхность бетона конструкций при натяжении на бетон:

Источник