6.2.3 Величина температурного удлинения:

Для свободной укладки напрягаемой арматуры в упоры форм, поддонов или стендов величина полного удлинения арматуры Δl_п должна быть не более ее удлинения в результате нагрева до заданной температуры, то есть температурного удлинения, которое вычисляется

(12)

где t_р=400 ⁰С – заданная температура нагрева;

l_к=5000 мм – расстояние между токоподводящими контактами;

t_о=20 ⁰С – температура окружающей среды;

α – коэффициент линейного термического расширения, равный 13,8·10^-6 (1/°С) [1].

Таким образом, величина полного удлинения арматуры Δl_п в обоих случаях меньше, чем удлинение в результате нагрева до заданной температуры, то есть режим нагрева выбран правильно.

6.3 Определение параметров нагрева арматуры:

Определим ток, напряжение и мощность трансформатора для одновременного нагрева двух стержней, подключаемых параллельно, из стали класса А-IV диаметром 8 мм, до температуры 400 ⁰С за 1 мин, если длина нагреваемой части стержня 5000 мм.

Требуемая величина тока:

, (13)

где К – коэффициент, равный числу одновременно нагреваемых стержней при параллельном включении в цепь; Q_пол – полное количество тепла, ккал, расходуемое на нагрев 1 м стержня до расчетной температуры

Q_пол = Q_н + Q_п ּτ , (14)

где Q_н=30,8 ккал– количество тепла расходуемое на нагрев 1 м стержня без учета потерь [3];

Q_п=5,33 ккал – потери тепла 1 м стержня в течение 1 мин [1];

τ=1 мин – время нагрева.

R=16,7·10^-4(Ом) – активное сопротивление 1 м стержня [1].

Требуемая величина напряжения:

(15)

где Z=68,8 ·10^-4 Ом – полное сопротивление 1 м стержня;

L_k=5,0 м– длина нагреваемого участка одного стержня;

m – коэффициент, равный 1 при параллельном включении стержней.

Требуемая мощность трансформатора

(16)

7 Подбор и описание установки электротермического натяжения арматуры

Нагрев заготовок арматуры производят на специальных установках с целью увеличения их длины на заданную величину, которая позволяет уложить их свободно в упоры форм, поддонов, стендов. Установки для нагрева стержневой арматуры рассчитываются в зависимости от размеров стержней (диаметра и длины) и вида стали на одновременный нагрев одного или нескольких стержней. При производстве изделий длиной около 6 м с напрягаемой арматурой диаметром 8...16 мм, как правило, следует нагревать одновременно все стержни изделия. Для изделий длиной 12 м и более с напрягаемой арматурой диаметром свыше 16 мм обычно нагревают 1 или 2 стержня.

Установки располагаются обычно вне формы и состоят из двух контактных опор, одной или нескольких промежуточных опор для предохранения арматуры от провисания и преобразователей тока (трансформаторов). Одна из контактных опор должна быть подвижной и обеспечивать свободное удлинение нагреваемых стержней без перемещения их в контактах. Контроль теплового удлинения стержней должен осуществляться с погрешностью не более ±1 мм.

Нагревательные установки должны обеспечить плотный прижим токоподводящих контактов к арматуре. Усилие прижима на один контакт должно составлять не менее 1000 Н для стали диаметром 10...14 мм, не менее 2000 Н для стержней больших диаметров и не менее 500 Н для проволоки диаметром 8 мм. Недостаточно плотный прижим контакта к арматуре может привести к местному перегреву, вредно отражающемуся на ее прочности. Плотность прижима контакта должна обеспечиваться принудительно пневматическими или электромагнитными устройствами, эксцентриками или грузами. Контакты должны быть раздвижными и состоять из токоподводящей и прижимной губок. Ширина губок принимается не менее двух диаметров нагреваемого стержня и пяти диаметров нагреваемой проволоки. Применение контактов без принудительного прижима к нагреваемым стержням не допускается.

Во избежание перегрева арматуры контроль температуры и ее ограничение являются обязательными и их рекомендуется проводить по удлинению арматурного прутка. Не допускается одновременный нагрев нескольких стержней разного диаметра при последовательной схеме их включения.

Нагрев стержней арматуры рекомендуется осуществлять на возможно большем участке так, чтобы место защемления арматуры в токоподводящих контактах находилось по возможности вне габаритов изделий. Рекомендуется также, где возможно, осуществлять токоподвод через торцевые плоскости анкеров, что исключает возможность поджогов стержней арматуры по всей их длине.

Для выбора типов, количества и схемы соединения преобразователей тока для электронагрева арматуры необходимо, чтобы расчетная требуемая мощность была всегда меньше полезной номинальной мощности трансформаторов. Для нагрева арматуры рекомендуется применять сварочные трансформаторы или трансформаторы для нагрева бетона. Сварочные трансформаторы могут применяться как по одному, так и по два при параллельном или последовательном соединении в зависимости от требуемых величин тока и напряжения [4].

Для электронагрева арматуры выберем установку ТДФЖ-2002У3.

Техническая характеристика ТДФЖ-2002У3 [4]

Номинальный сварочный ток………………………………….2000 А.

Пределы регулирования сварочного тока……………………600…2200 А.

Номинальное напряжение……………………………………...76 В.

Мощность………………………………………………………..260 кВА.

8 РАСЧЕТ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ АРМАТУРЫ

8.1 Оценка результатов измерений величины предварительного напряжения арматуры

Для расчета статистических параметров контроля величины напряжения, определения минимально необходимого количества стержней, в которых замеряют напряжение, и допустимых границ регулирования и размаха величины напряжения арматуры даны единичные значения величины напряжения, МПа, измеренные в разных стержнях: 490, 499, 498, 491, 497, 492, 496,, 493, 495, 494, 487, 467, 485, 496, 503, 523, 507, 499, 502, 508.

Применяемая методика контроля должна обеспечивать 95 % доверительную вероятность величины предварительного напряжения арматуры. Среднее напряжение арматуры определяется как среднее арифметическое значение измерений в n стержнях:

(17)

Мпа

Среднеквадратичное отклонение S определяется:

(18)

Мпа

Границы, в которых находится средняя величина с вероятностью 95 %, определяются:

(19)

Условие не выполняется, а значит, показатель не обеспечивает 95 % доверительную вероятность величины предварительного напряжения арматуры.

Для определения минимального числа измерений замеряется натяжение арматуры во всех изделиях подряд до тех пор, пока общее число измерений будет не менее 50, затем рассчитывается среднее значение напряжения, среднеквадратичное отклонение, коэффициент вариации (V) величины напряжения в %

(20)

а также мера сложности достоверной оценки:

(21)

где – допустимая ошибка в оценке измеряемого напряжения, принимается равной 5 %.

Минимально допустимое число измерений n, показывающее, в каком количестве стержней необходимо производить измерение напряжения, определяется по графику [2] и равно 2.

Статистическое регулирование процесса натяжения арматуры заключается в контроле и по мере необходимости корректировке параметров этого процесса по результатам выборочного контроля усилий натяжения стержней для технологического обеспечения требуемого качества напряженного армирования и предупреждения брака. Статистическое регулирование следует осуществлять с помощью контрольных карт средних арифметических значений и размахов величины напряжения арматуры. При этом контроль величины предварительного напряжения арматуры проводится один раз в смену в группе стержней (выборке) с последующим вычислением среднего арифметического значения и размаха R.

, (22)

где – соответственно наибольшее и наименьшее значение напряжения арматуры в выборке.

МПа

Объём выборки должен быть постоянным и равным числу напрягаемых в форме стержней, но не менее 2 и не более 6. Процесс натяжения следует считать протекающим нормально, если средние значения напряжения в выборке не выходят за границы регулирования К₊ и К_–, а размахи не выходят за границу К_r на карте R.

Расчет границ регулирования производится по формулам:

, (23)

, (24)

, (25)

где А и D – коэффициенты, зависящие от объёма выборки (числа контролируемых стержней) и равные для двух стержней соответственно 1,05 и 1,6 [1];

р=94,6МПа– величина допускаемых отклонений преднапряжения в отдельных стержнях.

МПа

Мпа

Таким образом, ни одно из значений выборки не выходит за границы регулирования, что говорит о высокой точности натяжения арматуры.

9 РАСЧЕТ ТРУДОЕМКОСТИ ЗАГОТОВКИ И НАТЯЖЕНИЯ АРМАТУРЫ

9.1 Трудоемкость заготовки

Трудоемкость заготовки напрягаемой арматуры включает затраты труда на доставку стали со склада металла, сортировку, протяжку, отмеривание и резку требуемых длин (включая стыковку для стержневой арматуры) с выполнением операций по созданию анкерных устройств на концах арматурных элементов.

Суммарные затраты труда, чел·ч, на заготовку элементов напрягаемой арматуры при поточной технологии с механическим натяжением на упоры, для стержневой арматуры определяются:

, (26)

где Р – масса арматурного элемента:

(27)

где ρ=7800 кг/м³ – плотность стали.

Для анкеров типа «обжатая шайба»

кг

Для анкеров типа «высаженная головка»

кг

d=10 мм – диаметр арматуры; l – длина конструкции, м.

, (28)

где V_пр=85тыс. м³ – годовая мощность предприятия.

.

Для анкеров типа «обжатая шайба»:

чел*ч

Для анкеров типа «высаженная головка»:

чел*ч

Трудоемкость натяжения напрягаемой арматуры включает затраты на транспорт заготовленных для напряжения арматурных элементов к месту укладки, натяжение на упоры стендов или форм гидродомкратами, включая закладку в зажимные устройства, а также отпуск натяжения.

9.2 Трудоемкость натяжения стержневой арматуры при поточной технологии с механическим натяжением на упоры:

. (29)

Для анкеров типа «обжатая шайба»:

чел*ч

Для анкеров типа «высаженная головка»

чел*ч

9.3 Трудоемкость натяжения стержневой арматуры при поточной технологии с электротермическим натяжением на упоры:

(30)

Для анкеров типа «обжатая шайба»

чел*ч

Для анкеров типа «высаженная головка»

чел*ч

Таким образом, сравнив полученные результаты можно сделать вывод, что из рассмотренных способов натяжения арматуры наиболее трудоемким является механический.

Различия в трудоемкости заготовки концевых анкеров рассмотренных типов несущественны.

10 КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ АРМАТУРЫ

При изготовлении предварительно напряженных железобетонных изделий контроль величины напряжения арматуры обязателен и состоит в сопоставлении действительных значений предварительного напряжения с установленными в рабочих чертежах или стандартах изделий.

Заданная точность натяжения арматуры должна обеспечиваться проведением технологического и приемочного контроля.

Технологический контроль проводится путем проверки основных параметров процесса заготовки и натяжения стержней. Выбор параметров контроля зависит от принятого способа натяжения арматуры. При механическом групповом натяжении арматуры помимо контроля общего усилия натяжения и удлинения выборочно контролируется длина арматурных заготовок между опорными поверхностями концевых анкеров и расстояние между наружными гранями упоров.

При электротермическом натяжении технологический контроль включает выборочный контроль длины арматурной заготовки между опорными поверхностями концевых анкеров и опорных поверхностей упоров, температуры нагрева (чаще всего по удлинению), состояния токоподводящих контактов и усилия их прижима к арматурному стержню. Кроме того, не реже одного раза в квартал контролируется деформативность форм, смещение анкеров после натяжения, размеры кондукторов для установки анкеров.

Приёмочный контроль является одним из основных видов контроля, определяющим фактическую точность натяжения арматуры и при электротермическом способе напряжения проводится после остывания арматуры до температуры окружающего воздуха. Приёмочный контроль осуществляется приборами трех типов, отвечающими требованиям ГОСТ 22362 и работающих по принципам:

• измерения усилий поперечной оттяжки напряженной арматуры (оттяжные динамометры): ПРД, ПИН-8, ПИН-5, ПИН-10 и другие;

• измерения периода установившихся колебаний напряженной арматуры (приборы частотного типа – периодомеры): ГСП АП-12, ЭИН-4М, ГСП АП-23, ИНК-1, ЭИН-2МГ и другие;

• измерения усилий натяжения арматуры с помощью концевых динамометров, включаемых непосредственно в силовую цепь напрягаемых стержней: АДК-100, АДК-250, АДК-500.

Контроль натяжения по прогибу арматуры осуществляют с помощью накладных динамометров: ПРД, ПИН-8, ПИН-5, ПИН-10 и других.

Пружинный динамометр ПРД без собственной базы предназначен для измерения натяжения стержневой и пряденой арматуры диаметром 7…28 мм и длинной до 24 м. Принцип работы этого динамометра основан на оттягивании середины стержня между упорами тарированной пружиной, деформации которой измеряются индикатором. По такому же принципу работает прибор ПРД-У, однако с помощью этого прибора измерения напряжения производят на участке стержня.

Контроль по усилию в натяжном механизме можно производить механическими динамометрами сжатия и растяжения, а также гидравлическими силоизмерителями. Динамометры растяжения включают в силовую цепь между натяжным домкратом и напрягаемой арматурой.

Контроль натяжения по удлинению арматуры проводят в основном по перемещению анкера в процессе натяжения или с помощью прибора, устанавливаемого на один из напрягаемых стержней. В связи с тем, что достоверность определения усилия в арматуре по удлинению изменчива, этот метод сочетают с измерением концевого усилия натяжения. Контроль натяжения арматуры по удлинению возможен лишь при электротермическом способе натяжения. Удлинение равно разности длины заготовки между опорами и поверхностями анкеров и расстояния между наружными поверхностями упоров. Измерение усилия натяжения по удлинению арматуры используется параллельно с другими методами.

Так как на качество натяжения арматуры влияют не только параметры процесса, но и качество заготовленной арматуры, то проведение контроля заготовки арматуры является неотъемлемой частью производственного процесса. Операционный ежесменный контроль качества заготовки арматуры заключается в измерении расстояний между внутренними опорными поверхностями временных концевых анкеров выборочно 3...6 заготовок, в проверке перпендикулярности опорной поверхности анкера к оси стержня, в контроле прочности временных концевых анкеров.

Расстояние между опорными поверхностями концевых анкеров арматурных заготовок следует контролировать с помощью жестких шаблонов или путем проведения относительных измерений с помощью измерительных устройств, захватывающих концевые анкеры изнутри и обеспечивающих нормируемую погрешность измерений. Величина измерительного усилия должна составлять 1000 ± 100 Н.

Измерения расстояний между опорными поверхностями концевых анкеров арматурных заготовок должны производиться относительно постоянной для данного типоразмера заготовок базы, образуемой двумя неподвижными упорами, установленными на станине измерительного устройства. Один упор должен выполняться вилочным, идентичным по своей конструкции упору форм. В случае изготовления арматурных заготовок нескольких типоразмеров длин необходимо установить соответствующее число вилочных упоров.

Контроль прочности временных концевых анкеров в виде высаженных головок и приваренных коротышей осуществляется испытанием на разрыв с закреплением стержней с верхней стороны за анкер в пластине с отверстием и с нижней – в зажиме разрывной машины [2].

Испытание спрессованных шайб, спиралей и навинчиваемых гаек производится на выдергивание стержней из анкеров, закрепленных также в пластине с отверстием, а с другой стороны – в зажиме разрывной машины.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Трофимов Б.Я. Технология бетона, строительных изделий и конструкций: Учебное пособие к практическим занятиям / Б.Я. Трофимов. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 1998. – 86 с.

2. Трофимов Б.Я. Технология преднапряженного железобетона: Учебное пособие к курсовой работе для самостоятельной работы студентов / Б.Я. Трофимов. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2003. – 105 с.

3. Шихненко И.В. Краткий справочник инженера-технолога по производству железобетонных конструкций / И. В. Шихненко. – Киев: Будивельник, 1989. – 296 с.

4. Якобсон Я.М. Краткий справочник по бетону и железобетону / Я.М. Якобсон, И.Г. Совалов. – Москва: Стройиздат, 1977. – 314 с.

37