Лекции / Напряженное армирование

Напряженное армирование

В конструкциях, работающих на изгиб (плиты, балки, прогоны и т.п.) под действием нагрузки и собственного веса появляются растягивающие напряжения. Для их восприятия в растягиваемой зоне приходится размещать большое количество арматуры. Несмотря на это и обеспечение для арматурных элементов y, в зонах максимального момента могут наблюдаться трещины.

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.

Предварительно напряженными называются такие железобетонные конструкции, в которых в предполагаемых зонах растяжения до приложения эксплуатационных нагрузок искусственно создается внутреннее напряженное состояние, выражающееся в обжатии бетона и растяжении арматуры. Прежде чем бетон в конструкции начнет работать на растяжение, в нем должно быть погашено предварительно созданное сжатие.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции обладают многими преимуществами по сравнению с обычными железобетонными конструкциями. Их эксплуатационные качества выше, так как благодаря трещиноустойчивости увеличиваются жесткость и долговечность, повышается водонепроницаемость.

В предварительно напряженных железобетонных конструкциях эффективно используются высокопрочные материалы, что дает экономию стали до 40%, позволяет уменьшить размеры поперечного сечения элементов конструкций на 20 – 30% , сократить транспортные затраты.

Следует отметить целесообразность применения в ряде случаев бетонов низких марок, так как предварительное напряжение сближает деформативные свойства высокопрочной арматуры и бетона и обеспечивает их совместную работу во всех стадиях загружения.

При производстве предварительно напряженных элементов необходимы такие технологические процессы, которые позволяют не затрачивать излишний материал в элементах из-за условий работы конструкций в доэксплуатационный период. Для конструкций, намеченных к изготовлению, должны быть обеспечены рациональные способы производства, транспортирования и сборки, чтобы в этих стадиях, до того как конструкция включена окончательно в состав здания или сооружения, она не находилась в условиях более тяжелых, чем под последующей эксплуатационной нагрузкой.

Во всех случаях изготовления предварительно напряженных элементов натяжение арматуры производится одним из следующих методов.

Предварительное обжатие. Арматура укладывается и натягивается (на упоры) до укладки бетона. Контроль напряжений в арматуре осуществляется в данном случае до обжатия бетона.

Последующее обжатие. Арматура укладывается в формы до укладки бетона или в каналы элементов в процессе изготовления конструкции, но натягивается (на бетон) после набора бетоном достаточной прочности, для того чтобы передать на него усилия обжатия, создаваемые натяжными устройствами. Контроль натяжения в арматуре в этом случае производится в процессе обжатия бетона.

- 1 -

В соответствии с принятыми методами напряженного армирования железобетонных конструкций арматура, применяемая в них, соответственно называется «с предварительным натяжением» и «с последующим натяжением». Для изготовления большинства типов конструкций применяется арматура с предварительным или последующим натяжением. Только в составных конструкциях могут применяться оба вида напряженной арматуры, из которых предварительно напряженная арматура используется при изготовлении отдельных элементов, а арматура с последующим напряжением применяется при сборке конструкции из этих элементов.

При изготовлении железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой, когда бетонирование производится после натяжения арматуры, должно быть обеспечено начальное сцепление арматуры с бетоном, и контроль натяжения арматуры

должен производиться до обжатия бетона.

В случае применения последующего натяжения после твердения бетона отсутствует сцепление с бетоном арматуры, расположенной внутри или снаружи элемента, контроль натяжения арматуры в этом случае производится после обжатия бетона.

Сцепление между арматурой и бетоном восстанавливается последующим обетонированием арматуры элемента после натяжения арматуры.

По способам анкеровки предварительно напряженная арматура делится на следующие виды:

а) неанкерованная из холоднотянутой высокопрочной проволоки, горячекатаной, холоднотянутой или низколегированной стали периодического профиля;

б) непрерывно навиваемая из холоднотянутой высокопрочной проволоки с закреплением концов.

Арматура с последующим натяжением из одиночных стержней постоянного сечения, пучка проволок из холоднотянутой или низколегированной стали всегда бывает анкерованной.

Способы натяжения арматуры — механический, электротермический и электротермомеханический. Арматурные работы при натяжении состоят из заготовки напрягаемой арматуры и арматурных элементов, соединения, укладки и натяжения арматуры.

ЗАГОТОВКА И СОЕДИНЕНИЕ НАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРЫ.

Для напрягаемой арматуры длиной до 12м используют стержни из горячекатаной стали классов A-600, А-800, А-1000 (А-IV, A-V, A-VI), сталь, упрочненную вытяжкой класса А-400в, термически упрочненную сталь классов Ат-600 и Ат-800, а также высокопрочную проволоку классов В-II, Вр-II и стальные канаты класса К-7 и К-19. При длине напрягаемой арматуры более 12 м применяют горячекатаную и термомеханически упрочненную арматуру классов А-600, А-800, А-1000, Ат-600с и А-400в, высокопрочную проволоку и канаты, такие же как и для напрягаемой арматуры длиной до 12м. Стержни из стали класса А-400в получают путем предварительного упрочнения вытяжкой арматуры класса А-400. Упрочнение вытяжкой ведут до величин, соответствующих контролируемым удлинению и напряжению. Для контроля упрочнения вытяжкой от каждой партии стержней отбирают по два образца для испытания на растяжение.

Заготовка арматуры включает соединение стержней в «плеть» длиной до 24 м. На концах таких заготовок высаживают анкерные головки (рис.1, 6), а затем производят упрочнение вытяжкой (рис.2). Подготавливают арматурные заготовки на специальных полуавтоматических линиях, оснащенных машинами для стыковой сварки или обжатия обоймы, станком для резки арматуры, стендом для упрочнения механической вытяжкой (рис.2), гидравлическим домкратом и другим оборудованием. Производительность таких полуавтоматических линий до 7 т арматуры в смену. Линии оборудуют системами пнев-

- 2 -

матики и автоматики, обеспечивающими работу в автоматическом и ручном режимах. Обслуживают линию двое — сварщик и оператор.

Рисунок 1. Машина для высадки анкеров СМЖ-128Б

Рисунок 2. Установка для удлинения арматурных стержней СМЖ-129Б

Соединять стержни можно различными способами в зависимости от класса стали и диаметра стержня. Так, стержни из стали A-600 и A-800, которые в последующем будут подвергаться упрочнению вытяжкой, соединяют с помощью стыковой контактной сварки. Для стыковки стержней из трудносвариваемой стали классов Ат-600, Aт800 Aт-1000 применяют впрессованные соединительные обоймы (муфты, гильзы) (рис.3а, 4). Соединяют арматурные канаты с помощью опрессованной гильзы (рис.3б), но они могут соединяться и внахлестку, по всей длине которой плотным рядом накладываются витки вязальной проволоки (рис.3в). Соединять арматурную проволоку можно с помощью муфты и пробки. Такое соединение обеспечивает соосный равнопрочный стык (рис.5).

Рисунок 3. Стыкование арматурных элементов. а — стержневой арматуры с помощью опрессованной муфты; б — арматурных канатов прядей с о прессовкой гильзой; в — нахлесточное, арматурных канатов, прядей с обмоткой вязальной проволокой; 1— муфта; 2 — стержень; 3 — гильза; 4 — канат, прядь; 5 — обмотка проволокой

- 3 -

Рисунок 4. Соединение арматурных стержней путем обжатия муфтой. Арматура, предназначенная для напряжения, также, как и ненапрягаемая, подвер-

гается предварительной обработке, которая включает чистку, правку, сварку в «плеть» и резку. Кроме того, напрягаемая арматура подвергается дополнительной обработке или обустройству. Это — высадка и устройство анкерных головок. Высадка головок арматурных стержней производится, например, на установке СМЖ-128Б (рис.1). Кроме силовой высадки головок концов стержней и проволочной арматуры можно использовать и другие способы анкеровки арматуры. Различные анкерные устройства на концах арматурных изделий показаны на рисунке 6.

Рисунок 5. Соосный равнопрочный стык. 1 — проволоки; 2 — пробка; 3 — муфта; 4 — насаженные головки.

Рисунок 6. Анкерные устройства на концах арматурных изделий. 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.

- 4 -

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. 7).

Сложными в изготовлении и по конструкции являются анкерные элементы для арматуры из трудносвариваемых или несвариваемых сталей, а так же 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 с прорезной или дырчатой колодкой (рис.7). Предварительно проволоку устанавливают по размерам (длине). В анкерных колодках 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 (Таблица 1).

Рисунок 7. Унифицированные напрягаемые арматурные элементы. а — с дырчатой анкерной колодкой; б — с прорезной анкерной колодкой; 1

— анкерная колодка; 2 — высокопрочная проволока; 3 — спиральный хомут; 4 — высаженные головки.

Таблица 1

УКЛАДКА И НАТЯЖЕНИЕ АРМАТУРЫ

Существуют два основных способа укладки арматуры в формы, стенды или готовые конструкции, где она в дальнейшем натягивается, а именно: линейный и непрерывный.

Л и н е й н о й укладкой арматуры называют укладку стержней или проволоки конечной длины в устройство для натяжения арматуры.

Одиночные стержни обычно укладываются в формы или стенды и закрепляются в зажимах для одного стержня. Группы стержней или проволок предварительно объединяются в пакеты, в которых концы арматуры закреплены в одном зажимном устройстве для пакета или пучка, пригодного для транспортирования, установки их в предварительно подготовленные каналы железобетонных конструкций или защитные металлические трубки.

Натяжение арматуры в виде одиночных стержней, пучков или пакетов проволоки производится гидродомкратами (рис. 13) разных типов.

Н е п р е р ы в н а я укладка заключается в навивке проволоки с предварительным или окончательным натяжением на штыри или контуры, установленные на поддонах или стендах, в зависимости от схемы расположения арматуры в изделии.

Навивка и натяжение арматуры производится специальными машинами.

При всех способах укладки и методах натяжения арматуры отклонения от заданного контрольного напряжения не должны быть больше 5%.

Для производства изделий небольшой длины (до 12 м) широко применяется способ предварительного натяжения арматуры. Изготовление таких деталей производится на стендах или в формах заводским способом. В ряде случаев при применении этого способа изготавливаются конструкции большей длины.

- 6 -

Способ последующего натяжения арматуры целесообразен, эффективен и применяется для изготовления конструкций длиной свыше 12 м. При этом способе успешно изготавливаются составные конструкции, собираемые на месте строительства из блоков.

Л и н е й н а я у к л а д к а и н а т я ж е н и е а р м а т у р ы .

При изготовлении конструкций в формах в основном применяется арматура в виде отдельных стержней. Однако в некоторых случаях при изготовлении конструкций в формах используется арматура в виде пакета или пучка.

Процесс укладки и натяжения арматуры в виде отдельных стержней заключается в том, что предварительно очищенные и выправленные арматурные стержни устанавливаются в зажимы, расположенные на оснастке формы; после их натяжения эти же зажимы закрепляют арматуру на форме, и в таком виде форма следует по всему остальному циклу производства напряженно-армированных конструкций. Перед снятием готового изделия зажимы разбираются, освобождая стержни напряженной арматуры. При этом происходит обжатие железобетонного элемента.

Рисунок 8. Схемы стендов для изготовления предварительно напряженных конструкций: А — схема стенда пакетного; Б -- схема стенда протяжного.

Вслучае применения пакета проволок процесс изготовления деталей остается неизменным и отличается тем что после натяжения пакета проволок закрепление его производится установкой металлических прокладок между оснасткой формы и корпусом зажима, объединяющего ряд стержней в один пакет или пучок.

Широкое применение получил способ производства железобетонных конструкций на стендах. Различают два типа – пакетные и протяжные стенды (Рис.8). Принципиальное отличие схем этих стендов заключается в способе заготовки пакета проволок и транспортирования его к формовочной площадке стенда.

Впакетных стендах проволока с бухт 9 поступает на конвейер протаскивания 8, где она отрезается на необходимую длину, а затем закрепляется в зажиме 3, образуя пакет 2 проволок. Подготовленные пакеты с конвейера протаскивания транспортируются на формовочную площадку 1 к упорам 4 стенда, где пакет с зажимами закрепляется в упорном 6

инатяжном 5 устройствах стенда. Натяжение арматуры производится гидродомкратом 7.

Впротяжном стенде бухты с проволокой устанавливаются на тележке 9, перемещающейся от одного стенда к другому. Число бухт соответствует числу проволок в изделии. Кроме того, на стенде имеется специальная тележка 8 для протягивания пакета проволоки вдоль формовочной площадки 1 стенда в процессе его образования. После закреп-

-7 -

Технология строительных процессов Лекция 7.3.1

ления одного конца всех проволок в зажим 3 и закрепления зажима на тележке производится протяжка пакета вдоль стенда на длину его рабочей части. Проволока протягивается при движении тележки из одного конца стенда в другой. Когда тележка находится во втором крайнем положении, устанавливается второй зажим, и пакет отрезается от проволок, идущих из бухт.

Пакет устанавливается в натяжное 5 и упорное 6 приспособления, установленные в конструкциях 4, после чего производится его натяжение гидродомкратом 7. Существуют схемы протяжных стендов, когда несколько раз протягивают четыре проволоки, обеспечивая необходимое число проволок для изделия. Натягиваются последовательно также только четыре проволоки.

Для обеспечения равномерного натяжения в проволоках пакета в пределах допустимых отклонений необходимо иметь надежно работающие зажимы, не допускающие проскальзывания и перекусывания отдельных проволок пакета.

Н е п р е р ы в н а я н а в и в к а и н а т я ж е н и е а р м а т у р ы Непрерывная навивка арматуры производится так же на формах или стендах.

На формах, предназначенных для навивки непрерывной арматуры, установлены штыри или контур с откидными щеками для навивки на них арматуры по заданной схеме.

Форма со штырями (рис.9) предназначена для изготовления плоских конструкций, состоит из поддона 1, бортовой оснастки 2, штырей 3, на которые навивается напряженная арматура 4 .

Рисунок 9. Форма со штырями для непрерывной навивки предварительно напряженной арматуры.

Форма с контуром (рис.10) предназначена для изготовления балочных конструкций, состоит из поддона 1, стержня контура 2 и откидных щек 3.

- 8 -

Рисунок 10. Форма с контуром для непрерывной навивки напряженной арматуры.

Непрерывная навивка арматуры на штыри или контуры форм производится специальными машинами. Стенды, на которых изготавливают конструкции с непрерывной навивкой арматуры, также оборудуются системой штырей для работы по заданной схеме.

Навивка напряженной арматуры на стендах до настоящего времени широкого распространения не получила.

Штырь для навивки напряженной арматуры (рис.11) представляет собой стакан 3 , в который установлен стержень, с одной стороны заканчивающийся конической частью 2, на которую навивается арматура б, и с другой стороны заканчивающийся Т-образной головкой 4.

Рисунок 11. Схема штыря.

- 9 -

Головка штыря по отношению к зеркалу поддона 1 занимает два положения: верхнее — когда производится навивка арматуры и нижнее — когда после твердения коническая часть штыря извлечена из затвердевшего изделия.

Нижнее и верхнее положения штыря фиксируются пальцем 5 , установленным в стержне штыря. Стакан cо штырем устанавливается в форме и укрепляется гайкой 7.

Навивка напряженной арматуры на формы со штырями производится в такой последовательности. Свободный конец проволоки закрепляется на одном из штырей, после чего производится навивка арматуры по заданной программе. Закончив навивку, закрепляют второй конец арматуры. После твердения штыри удаляются из изделия специальными выпрессовщиками. При этом происходит передача напряжения с арматуры на бетон.

Рисунок 12. Схема контура с откидными щеками для навивки напряженной арматуры

Ригели изготовляются на поддоне 1 со специальным контуром 2 (рис. 12), по концам которого установлены откидные щеки 3 , обеспечивающие одновременную навивку арматуры на два ригеля.

Перед навивкой арматуры откидные щеки находятся в верхнем положении и свободный конец проволоки закреплен на стержне контура.

После навивки первого ряда арматуры сбрасывают по одной щеке с каждой стороны контура и навивают на второй ряд арматуры, и так далее, до окончания навивки с заданным числом рядов арматуры и с определенным количеством проволоки в каждом ряду.

Закрепив второй конец, проволоку обрезают, и поддон с контуром проходит по необходимым формовочным постам и направляется в камеру твердения.

После твердения изделия производят обрезку арматуры, выходящей за пределы бортовой оснастки, и готовое изделие снимают с поддона.

А р м а т у р а п о с л е д у ю щ е г о н а т я ж е н и я Для последующего натяжения арматура подготавливается в виде стержней или

пучков, конструкция которых соответствует применяемым анкерным устройствам в изделиях и оборудованию, применяемому для натяжения.

Существуют два способа последующего натяжения арматуры. Первый — когда сцепление арматуры с бетоном после его твердения не восстанавливается и второй — когда это сцепление восстанавливается последующим обетонированием арматуры. В изделиях, где не восстанавливается сцепление арматуры с бетоном, применяется арматура в виде отдельных стержней.

Процесс укладки и натяжения такой арматуры происходит так. Арматурный стержень, предварительно смазанный битумом, укладывают в форму, после чего производятся укладка, уплотнение, отделка и происходит твердение бетона. После снятия затвердевшего изделия натягивают и закрепляют арматуру. Слой битума предохраняет арматуру от сцепления с бетоном во время формования изделия.

Производство изделий с напряженной арматурой при обязательном восстановлении сцепления между бетоном и арматурой развивается по двум направлениям. Первое —

- 10 -