Варіант завдань

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
D, мм	12А300	18А400	12240	14А300	8А240	16А600	10А400	16А800	22А30	20А800
С (см2×Ом)/с	0,0025	0,0026	0,0027	0,0028	0,0029	0,003	0,0029	0,0028	0,0027	0,0026

Практична робота №5. Електротермічний спосіб натягання арматури

Завдання. Визначити довжину напружуваного елемента, температуру,

а також параметри струму електронагрівання.

Електротермічний спосіб натягання арматури застосовують у промисловості збірного залізобетону з 60-х років. У наш час майже 80% попередньо-напружених конструкцій в Україні виготовляють з цим способом натягання арматури. При напруженні арматури електротермічним способом нагріті електричним струмом до зазначеного подовження арматурні елементи фіксують у жорстких упорах форм або піддонів, які перешкоджають скороченню арматури під час охолодження, внаслідок чого в них виникає задане напруження.

Схема установки для електротермичного натягу арматури показана на рис. 5.1. Основними вузлами установки є нерухома / і рухлива 2 контактні стійки, зварювальний трансформатор із дроселем і магнітною станцією. Електричний струм надходить у ланцюг зварювального трансформатора при включенні контактора КЛ кнопкою КП. При цьому стрижні арматур, нагріваючись, подовжуються й рухлива стійка пересувається. По досягненні розрахункової температури, що відповідає необхідному подовженню стрижня, важіль впливає на кінцевий вимикач KB, що розриває електричний ланцюг котушки контактора КЛ, і трансформатор відключається від мережі.

Одночасно загоряється сигнальна лампа ЛС, що вказує на готовність стрижнів. Потім стрижні знімаються зі стійок, укладаються у форму, рухлива стійка під дією пружини повертається у вихідне положення, і цикл повторюється.

При електротермічному натяганні аби уникнути зниження умовної границі текучості і тимчасового опору розриву напружуваної арматури температура нагрівання не повинна перевищувати значень, наведених у табл.5.1.

Таблиця 5.1. Розміри шайб для опресування

Діаметр, мм			Висота шайби для опресування, в залежності від класу арматури, мм
арматури	шайби внутрішній	шайби зовнішній	А600	А800	А1000
10	13	30	8	10	11
12	15	32	8	11	14
14	17	32	10	13	17
16	20	36	11	15	19
18	22	36	13	17	21
20	24	40	14	19	23
22	26	42	16	21	25

Тривалість нагрівання у межах 0,5-10 хвилин істотно не впливає на властивості як гарячекатаної, так і термічно зміцненої стержньової арматурної сталі. Проте для підвищення продуктивності праці і зменшення витрат електроенергії рекомендується приймати тривалість нагрівання 1-3 хв. В той же час, тривале нагрівання високоміцного дроту впливає на механічні характеристики цієї сталі. Тому час нагрівання високоміцної дротяної арматури не повинен перевищувати величин, наведених у табл.5.2.

Температура нагрівання контролюється за величиною подовження сталі, а також термопарами, термоолівцями та іншими приладами, що забезпечують вимір температури з максимальною похибкою не більш 20 і не перешкоджають здійсненню технологічних операцій нагрівання і натягу арматури. Аби запобігти місцевому перегріву, потрібно забезпечувати щільний контакт струмопроводних затискачів до арматури. Зусилля притискання повинно бути не менше 2 кН (для стержнів великого діаметра), 1 кН (для стержнів діаметром від 10 до 14 мм) і 0,2 кН (для дроту).

Таблиця 5.2 Температура і час електронагрівання арматурної сталі

Арматурна сталь		Температура нагрівання, С		Час нагрівання, хвилин
клас	марка або діаметр, мм	рекомендована	максимально допустима
A800	23X2Г2Т	400	500	0,5-10
A600	80С	400	600	0,5-10
	20ХГ2Ц	400	500	0,5-10
Aт-VI	20ГС, 20ГС2	400	450	0,5-10
Aт-V	20ГС, 20ГС2	400	450	0,5-10
Aт-IV	20ГС, 20ГС2	400	450	0,5-10
А-IIIв	35ГС, 25ГС2	350	450	0,5-10
Вр-II	 4	-	350	0,1-0,5
	 5	-	400	0,15-0,8
	 6	-	450	0,2-1,0

При натяганні арматури електротермічним способом величина ₀+₀ не повинна прийматися більш як R_а^н (0,95_т), де R_а^н – нормативний опір сталі (_T – границя текучості), МПа; ₀ – допустиме граничне відхилення величини ₀ (МПа), значення якого залежать від довжини виробу L_в, м (табл.5.3).

При електротермічному способі натягання арматури з високоміцного дроту класу Вр-II величина ₀+₀ не повинна прийматися більше 0,7R_а^н.

Величина попереднього напруження, ₀, при електротермічному способі натягання досягається забезпеченням заданого подовження арматури l₀, яке визначається за формулою:

мм, (5.1),

де Е_поч – початковий модуль пружності арматурної сталі, МПа; L_y - відстань між зовнішніми гранями упорів на формі, піддоні або стенді, мм; L_y=l_в+2l_y (l_в – довжина виробу, мм; l_y=150...200 мм – (рис. 5.3, а); k - коефіцієнт, який враховує пружнопластичні властивості сталі; визначається відповідно до даних табл.5.4, ₀ – гранично допустиме відхилення попереднього напруження арматури, МПа.

Таблиця 5.3

Довжина виробу, м	Граничні відхилення 0, МПа
5*	+100
6,5	+80
9,5	+70
13	+60
16	+55
19	+50
25 і більш	+45

*Примітка - при проміжних значеннях довжини виробу граничне відхилення попереднього напруження арматури ₀ визначають лінійною інтерполяцією.

Орієнтовне подовження стержньової арматури (l₀), мм, при електротермічному натяганні приймають по табл.5.5.

Повне подовження арматури при її електронагріванні визначають за формулою:

l_п=l₀+l_з+l_ф+l_н+С_t, мм, (5.2),

де l_з – величина зсуву губок інвентарних затискачів відносно корпусу, деформація шайб під висадженими головками, зминання висаджених головок, опресованих шайб, упорів і таке інше, мм - l_з=2m×₀, де m=0,02 і 0,03 мм³/кгс відповідно для анкерів типу “обтиснута обойма” і “висаджена голівка”; l_ф – поздовжня деформація форми, піддона або стенда, мм - l_ф=1...3 мм – для піддонів довжиною 6...12 м з жорсткими упорами; l_ф=3...4 мм для форм з поворотними упорами; С_t – додаткове подовження, що забезпечує вільне укладання арматурного стержня в упори з урахуванням охолодження при переносі (приймається не менше як 0,5 мм на 1 м довжини стержня); l_н – залишкова деформація, що виникає внаслідок нагрівання високоміцного дроту:

l_н=5×10^-6(t_р-300)l_y; t_p=350...400C – рекомендована температура нагрівання.

Температуру нагрівання арматури для забезпечення заданого напруження визначають за формулою:

,С (5.3)

де l_н – відстань між струмопровідними контактами (довжина ділянки арматури, що нагрівається), мм - l_н=L_з-1000 мм; t₀ – температура оточуючого середовища, С;  - коефіцієнт лінійного розширення арматурної сталі (табл.5.6).

Таблиця 5.4

0, МПа	k для арматури класу
	А600, марок		A-V і Aт-V	Aт-VI	Bp-II 5 мм
	80C	20Г2Ц, 20ГСП
300	1	1	1	1	1
400	1	0,5	1	1	1
500	1,05	1,1	1,05	1	1
600	1,15	1,2	1,05	1,05	1
700	-	-	1,1	1,05	1
800	-	-	1,15	1,1	1,05
900	-	-	-	1,2	1,1

Примітка: 1. Значення коефіцієнта k для сталі класів Ат-IV і А-III допускається приймати такими ж, що і для арматури класу А-IV марок 20Г2Ц і 20ГСП;

2. Проміжні значення k визначаються лінійною інтерполяцією.

Таблиця 5.5

0, МПа	Розрахункове подовження, мм, сталі класів
	А600 марки 80С і А800, Ат-V				A600 марки 20ГЦ2 і А400 (35ГС)
	Відстань між упорами, м
	6	12	18	24	6	12	18	24
390	14	27	40	53	15	29	44	58
400	15	29	43	57	16	31	46	61
440	16	31	46	62	18	35	52	69
480	17	34	50	66	20	39	59	78
500	18	35	52	69	21	42	62	83
540	19	38	56	75	-	-	-	-
580	20	40	60	80	-	-	-	-
600	21	42	62	82	-	-	-	-

Довжина арматурної заготовки L_з – визначається за формулою:

L_з=L_y+2l_a-l_з-l_ф-l_н-l₀ (5.4),

де l_а – довжина кінця стержня, що використовується для утворення тимчасового кінцевого анкера, мм. Для “обтиснутих шайб” l_аН+5 мм, де Н - висота шайби після опресування (табл. 5.1). Для “висаджених головок” l_а=2,5d+5 мм, де d - діаметр арматури.

Таблиця 5.6

Температурний	Коефіцієнт лінійного розширення арматури, ×106, 1/C
інтервал, С	гарячекатаної класів А600, А800 і А500в	термічно зміцненої класів Ат600, Ат800 і Ат100	дроту класу А240
20-300	13,2	12,5	13
20-350	13,5	13	13,4
20-400	13,8	13,5	13,8
20-450	14,2	14	14,1
20-500	14,5	-	14,5

Для забезпечення потрібної точності попереднього напруження арматури необхідно, щоб граничні відхилення фактичного подовження натягнутої арматури від розрахункового не перевищували: 4 мм - при відстані між упорами 5...6,5 м; 6 мм – 9,5 м; 7 мм - 13 м; 8 мм - 16 м; 9 мм - 19 м; 10 мм - 25 м і більш.

Зусилля притискання на один контакт має бути не менше 1000 Н для сталі діаметром 10...14 мм, не менше 2000 Н - для стрижнів великих діаметрів і не менше 200 Н для дроту діаметром до 8 мм.

При виборі типів і кількості перетворювачів току в установках для електричного нагрівання арматури визначаються сила струму, напруга і потужність за формулами:

, (5.5)

де Q - повна кількість теплоти, що витрачається на нагрівання 1 м стержня до розрахункової температури, ккал; К- коефіцієнт, що залежить від схеми підключення стержнів в електричний ланцюг; К=1 при послідовному включенні і К=n при паралельному включенні (n - кількість стержнів, що нагріваються одночасно); R - активний опір 1 м стержня, Ом×10^-4, при розрахунковій температурі нагрівання, приймається по таблиці 5.7;  - час нагрівання, хв.; Q=Q_н+Q_п×, ккал, де Q_н - кількість тепла, ккал, що витрачається на нагрівання 1 м стержня до розрахункової температури (без урахування втрат), приймається по зазначеній таблиці; Q_п - втрати тепла, ккал 1 м стержня тепловипромінюванням і конвекцією протягом 1 хв., приймається по зазначеній таблиці.

При нагріванні дротяної арматури силу струму визначають за формулою:

, (5.6)

де m - маса 1 м дроту або сталки, кг; n - кількість дротинок або сталок що нагріваються одночасно; с - питома теплоємність сталі – 0,5×10³ Дж/(кг×с); t - розрахункова температура нагрівання, С; R_ср - середнє значення електричного опору 1 м арматури при нагріванні, що визначається за формулою:

, Ом (5.7)

де  - питомий електричний опір арматури – 12×10^-8 Ом×м; ₀ - температурний коефіцієнт опору арматури 0,0048 К^-1.

Напруга струму:

, В (5.8)

де z - повний опір 1 м стержня, Ом×10^-4 при нагріванні до розрахункової температури, прийнятий по таблиці 5.7; l - довжина ділянки стержня, що нагрівається, м; m - коефіцієнт, що залежить від схеми включення; при послідовному включенні m=n і при паралельному m=1.

При електронагріванні дротяної арматури напругу струму обчисляють за формулою:

, В (5.9)

Потрібну потужність трансформатора N при електронагріванні стержнів арматури обчисляють за формулою (5.10), а при нагріванні дротяної – за формулою (5.11):

, кВА (5.10)

, кВА (5.11)

За отриманими значеннями I, U і N підбирають відповідні трансформатори.