2. Методы и способы создания предварительного напряжения арматуры железобетонных конструкций
В производстве предварительно напряженных элементов возможны два метода создания предварительного напряжения: натяжение арматуры на упор и натяжение её на бетон.
Существуют три основных способа натяжения арматуры: механический, электротермический и физико-химический (самонапряжение).
Механическое натяжение арматуры производится преимущественно гидравлическими домкратами, развивающими большие силы натяжения (5000 кН и более) и позволяющими достаточно точно измерять силу натяжения. Натягиваемые стержни при этом обычно соединяют с цилиндром, а поршень домкрата упирают в торцы элементов или специальные упоры. В мощных домкратах некоторых типов натягиваемую арматуру соединяют с поршнем. Широко применяются малогабаритные переносные гидравлические домкраты двойного действия для натяжения пучковой арматуры с тяговым усилием 150, 200 и 600 кН.
Весьма эффективен способ непрерывного армирования, предложенный В.В. Михайловым. По этому способу навивка высокопрочной проволоки на упоры или непосредственно на затвердевший бетон конструкций производится на поворотном столе. Этим способом изготовляются различные виды предварительно напряженных конструкций с одноосным и двухосным напряженным состоянием — балки, панели, трубы и т.д.
Принцип непрерывного армирования напряженной обмоткой успешно применяется также при изготовлении предварительно напряженных резервуаров с помощью специальных обмоточных передвижных машин.
Электротермический способ натяжения арматуры в последние годы получил широкое распространение; этим способом в настоящее время изготовляется примерно 3/4 выпускаемого предварительно напряженного железобетона.
Достоинство способа в его исключительной простоте и возможности применения на любом заводе и предприятии. Используемое оборудование в 5—10 раз дешевле, чем при механическом натяжении, а трудоемкость изготовления в 2—3 раза ниже. Однако точность натяжения арматуры электротермическим способом значительно ниже, чем при механическом. Кроме того, этот способ применяется преимущественно для натяжения арматуры из горячекатаных сталей, так как для достижения в высокопрочной проволоке достаточно высоких напряжений потребовалось бы такое повышение температуры, которое привело бы к ухудшению ее механических характеристик.
При натяжении арматуры электротермическим методом арматурные стержни заготавливают так, чтобы их длина (между концевыми анкерами) была меньше расстояния между упорами формы на заданную величину удлинения. Через арматуру пропускают ток, который быстро нагревает ее до температуры 300…400°С. Удлиненные стержни свободно укладываются в упоры, препятствующие их укорочению при остывании. Благодаря этому в остывших стержнях создается требуемое предварительное напряжение. Затем элемент бетонируют и по достижении бетоном достаточной прочности арматуру освобождают от анкеров и она обжимает бетон.
Для натяжения высокопрочной проволоки находит применение так называемый комбинированный способ натяжения, который состоит в непрерывном армировании на поворотных столах нагретой проволоки. При комбинированном способе около 50% напряжения обеспечивается при механическом натяжении и 50% при остывании нагретой проволоки. Это вдвое увеличивает производительность машин, облегчает их конструкцию, позволяет повысить величину контролируемого предварительного напряжения.
При механическом натяжении на упор арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец ее закрепляют в упоре, другой — натягивают домкратом или другим приспособлением до заданного контролируемого напряжения (рис. 6,а). После приобретения бетоном необходимой кубиковой прочности перед обжатием Rbp арматуру отпускают с упоров. Арматура при восстановлении упругих деформаций в условиях сцепления с бетоном обжимает окружающий бетон (рис. 6,б). При так называемом непрерывном армировании форму укладывают на поддон, снабженный штырями, арматурную проволоку специальной навивочной машиной с заданным усилием навивают на трубки, надетые на штыри поддона, и конец ее закрепляют плашечным зажимом (рис. 6,в). После того как бетон наберет необходимую прочность, изделие с трубками снимают со штырей поддона, при этом арматура обжимает бетон.
Стержневую арматуру можно натягивать на упоры электротермическим способом. Стержни с высаженными головками разогревают электрическим током до 300...350°С, заводят в форму и закрепляют концами в упорах форм. При восстановлении начальной длины в процессе остывания арматура натягивается на упоры. Арматуру можно натягивать также электротермомеханическим способом.
Рис. 6. Способы создания предварительного натяжения
а- натяжение арматуры на упоры (принципиальная схема); б- готовый элемент; в- натяжение арматуры на упоры при непрерывном армировании; г- натяжение арматуры на бетон (принципиальная схема);д- готовый элемент
1- форма; 2- арматура; 3- упор; 4- домкрат; 5-затвердевший бетон; 6- подпор; 7- штыри поддона, 8- трубки; 9- зажим; 10= канал; 11- анкер; 12- заинъекцированный канал.
Физико-химический способ натяжения используется при изготовлении самонапряженных конструкций, в которых предварительное напряжение арматуры достигается в результате саморасширения бетона элемента, приготовленного на расширяющемся цементе. Растягивающие усилия, возникающие в арматуре, обжимают бетон.
В некоторых случаях процесс натяжения арматуры переносится непосредственно на строительную площадку, например при изготовлении большепролетных или крупноразмерных конструкций или при укрупнительной сборке составных конструкций, отдельные секции которых изготавливаются на заводах, и т.п. В этих случаях роль упоров выполняет сама конструкция, в которой при бетонировании оставляют каналы или пазы. Каналы образуют при помощи специальных стальных или картонных гофрированных каналообразователей. Последние после бетонирования не извлекаются. После достижения бетоном достаточной прочности арматура, расположенная в каналах или пазах, подвергается натяжению и анкеровке. Затем для лучшего сцепления арматуры с бетоном и предотвращения ее коррозии в каналы нагнетают цементный раствор под давлением 5…6 amм.
При натяжении арматуры на бетон не нужны специальные упоры или утяжеленные стальные формы. Существенные недостатки этого способа: неизбежность устройства анкеров по концам арматурных элементов, сложность процесса инъецирования каналов и его контроля.
Контрольные вопросы:
99. Какими методами осуществляется предварительное напряжение железобетонных конструкций? В чем их различие?
100. Какие технологические способы существуют для создания предварительного напряжения?
101. В чём суть комбинированного способа натяжения арматуры на поворотных столах?
102. В чём суть электротермического способа натяжения арматуры?
103. Что заложено в основу физико-химического способа натяжения арматуры?
104. Как происходит процесс натяжения арматуры большепролётных конструкций из сборных элементов?