Способы напряжения арматуры – Сущность предварительного напряженного ЖБК. Достоинства и недостатки. Способы создания предварительного напряжения. Способы натяжения арматуры.

30) Способы и методы натяжения арматуры

Способы натяжения арматуры:

-На упоры (до бетонирования). Арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец закрепляют в упоре, другой – натягивают домкратом до заданного напряжения σsp. Затем в форму заливают бетон. После достижения бетоном передаточной прочности Rbp 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.

-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.

31) 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.

32) 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 σsp 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 σsp, σ’sp - определяются без учета потерь предварительного напряжения;

σbp, 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;

np – 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 Rbp устанавливают так, чтобы не создавался слишком высокий уровень напряжения , сопровождающийся значительными деформациями ползучести и потерей предварительного напряжения в арматуре. РекомендуетсяRbp принимать по расчету, но не менее 50% от нормативного сопротивления бетона сжатию Rbn. С этой же целью ограничивают напряжения в бетоне σbp при обжатии, они не должны превышать предельных значений

7. Способы изготовления предварительно-напряженных конструкций

Предварительно-напряженные конструкции могут изготовляться с натяжением арматуры на упорыдо бетонирования илина бетон после его твердения. Каждая из этих разновидностей предварительно-напряженных железобетонных конструкций может быть изготовлена различными способами. Существуют три основных способа натяжения арматуры: механический, электротермический и физико-химический (самонапряжение).

Механическое натяжение арматуры производится преимущественно гидравлическими домкратами, развивающими большие силы натяжения (500 тс 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 в 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 15, 20 60 тс.

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, схема действия которого показана на рис. 2.4. 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 (рис. 2.4).

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 конструкций 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 заготовляют 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 укладывают 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.

Рисунок 2.4 Схема изготовления предварительно-напряженных конструкций методом непрерывного армирования на поворотном столе

1 — поворотный стол; 2 — напрягаемая обмотка;

3 — натяжная станция; 4 — механизм подачи и торможения проволоки; 5 — моток с проволокой

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.

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 (на бетон), например при изготовлении большепролетных или крупноразмерных конструкций или при укрупнительной сборке составных конструкций, отдельные секции которых изготовляются 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 резиновых шлангов или стальных газовых труб, которые по мере твердения бетона извлекают из изделия или специальных гофрированных трубок из листовой стали, оставляемых в конструкции, 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 ат.

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.

Предварительные напряжения в арматуре и бетоне

1. Значения предварительных напряжений

Создаваемое искусственно предварительное напряжение в арматуре и бетоне имеет весьма существенное значение для последующей работы элементов под нагрузкой. При малых предварительных напряжениях в арматуре и малом обжатии бетона эффект предварительного напряжения с течением времени будет утрачен вследствие релаксации напряжений в арматуре, усадки и ползучести бетона и других технологических и конструктивных факторов. При высоких напряжениях в арматуре, близких к нормативному сопротивлению, в проволочной арматуре возникает опасность разрыва при натяжении, а в горячекатаной — опасность развития значительных остаточных деформаций. На основании исследований, опыта изготовления и эксплуатации предварительно напряженных элементов значения предваритель­ного напряжения σpиσp` соответственно в арматуре, расположенной в зонах, растянутой и сжатой от дейст­вия внешней нагрузки, установлено нормами с учетом предельных отклонений так, чтобы выполнялось усло­вие

Предварительные напряжения в арматуре следует назначать с учетом допустимых отклонений р:

σsp+p≤Rs, ser σsp--p≥0,3Rs, ser

Значения рпри механическом способе натяжения арматуры принимается равным0,05 σsp,а при электротермическом и электротермомеханическом способах определяется по формуле:

p=30+360/l

Rs, ser – расчетные сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы (нормативные сопротивления растяжению)

При натяжении арматуры электротермическим спосо­бом во избежание потери упрочнения температура нагре­ва не должна превышать 300 — 350 °С.

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

γsp=l±Δγsp, (П. 24)

где Δγsp, — предельное отклонение предварительного на­пряжения в арматуре; знак плюс принимается при не­благоприятном влиянии предварительного напряжения, например в расчетах на прочность для арматуры, распо­ложенной в зоне, сжатой при действии нагрузки, а так­же в расчетах для стадии изготовления и монтажа эле­мента; знак минус — при благоприятном;

Δγsp,=0,5Δσsp,/σsp + (1+1/)

прчисло напрягаемых стержней в сечении элемента.

Передаточная прочность бетона, или кубиковая прочность бетона к моменту обжатия Rbp предусматривается так, чтобы не создавался слишком высокий уровень напряжения σbp/Rbp, который сопровождается значительными деформациями ползучести и потерей предварительного натяжения арматуры. В связи с этим величину передаточной прочности бетона в момент обжатия принимают по расчету но не менее 50% от прочности класса бетона.

Для предварительно напряженных элементов в зависимости от класса напрягаемой арматуры, ее диаметра и наличия анкеров класс бетона устанавливается по СНиП. С увеличением диаметра и расчетного сопротивления арматуры увеличиваются и принимаемые классы бетона.

2. Потери предварительных напряжений в арматуре.

Начальные предварительные потери в арматуре не остаются постоянными, с течением времени они уменьшаются. Различают первые потери предварительных напряжений в арматуре, происходящие при изготовлении элемента и обжатии бетона, и вторые потери, происходящие после обжатия бетона.

Факторы ,вызывающие потери предварительного напряжения арматуры

Значение потерь предварительного напряжения ,МПа, при натяжении арматуры

На упоры

На бетон

1.Релаксация напряжений в арматуре:

при механическом способе натяжения арматуры:

а) проволочной

б) стержневой

при электрометрическом и электромеханическом способах натяжения арматуры:

в) проволочной

г) стержневой

А.Первые потери

(0.22sp /Rs,ser-0.1)sp

0.1sp-20

0.05sp

0.03sp

Здесь sp принимается без учёта потерь, МПа.

Если вычисленные значения потерь окажутся отрицательными , их следует принимать равными нулю.

2.Температурный перепад (разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия напряжения при прогреве бетона)

Для бетона классов В15-В40 1,25t

Для бетона классов В45 и выше 1,0t

Где t-разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров(вне зоны нагрева) воспринимающих усилия натяжения ,С.

При отсутствии точных данных принимается t=65С.

При подтягивании напрягаемой арматуры в процессе термообработки на величину, компенсирующую потери от температурного перепада , последний принимается равным нулю.

3.Деформация анкеров расположенных у натяжных устройств.

(l/l)*Es

где l-обжатие опрессованных шайб, смятие высаженных головок и т.п., принимаемого равным 2мм; смещение стержней в инвентарных зажимах определяемое по формуле

l=1,25+0,15d

d-диаметр стержня в , мм;

l-длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров формы или стенда),мм.

При электротермическом способе натяжения потери от деформаций анкеров в расчете не учитываются , так как они , учтены при определении значения полного удлинения арматуры

((l1+l2)/ l)*Еs

где l1-обжатие шайб или прокладок, расположенных между анкерами и бетоном элемента, принимаемое равной 1мм;

l2-деформация анкеров стаканного типа , колодок с пробками ,анкерных гаек и захватов, принимаемое равной 1мм;

l-длина натягиваемого стержня (элемента),мм.

4.Трение арматуры:

а) о стенки каналов или о поверхность бетона конструкций

б) об огибающее приспособление

sp(1-1/ e^()),

где e-основание натуральных логарифмов;

-коэффициент, принимаемый равным 0.25;

-суммарный угол поворота оси арматуры, рад;

sp-принимается без учета потерь

sp(1-1/e^(х+))

где e-основание натуральных логарифмов;

,-коэффициенты, определяемые по табл.6;

х-длина участка от натяжного устройства до расчетного сечения, м ;

-суммарный угол поворота оси арматуры, рад;

sp-принимается без учета потерь

5.Дефформация стальной формы при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций

*(l/l)*Es

где - коэффициент, определяемый по формулам:

при натяжении арматуры домкратом

=(n-1)/2*n

при натяжении арматуры намоточной машиной электротермомеханическим способом (50 усилия создается грузом)

=(n-1)/4*n,

n-число групп стержней, натягиваемых неодновременно

l-сближение упоров по линии действия усилияР, определяемое из расчета деформации формы;

l- Расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных о технологии изготовления и конструкции формы потери от ее деформации принимаются равными 30 МПа.

При электротермическом способе натяжение потери от деформации формы в расчете не учитывается ,так как они учтены при определении полного удлинения арматуры

6.Быстронатекающая ползучесть для бетона:

а) естественного твердения

б) подвергнутого тепловой обработке

40*(bp / Rbp) приbp / Rbp;

(40+85)*(bp / Rbp-) приbp / Rbp;

где  и-коэффициенты , принимаемые :

=0.25+0,025*Rbp , но не более 0,8

=5,25-0,185 Rbp,но не более 2,5 и не менее 1,1;

bp- определяются на уровне центров тяжести продольной арматурыSиSс учётом потерь по поз.1-5 настоящей таблицы.

Для лёгкого бетона при передаточной прочности 11МПа и ниже вместо множителя 40 принимается множитель 60

Потери вычисляются по формулам поз. 6а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 0,85.

7. Релаксация напряжений в арматуре:

а) проволочной

б) стержневой

Б. Вторые потери

(0.22sp / Rs,ser-0.1)sp

0.1sp-20

(см.пояснения к поз. 1 настоящей таблицы)

8.Усадка бетона (см. п. 1.26):

тяжелого классов:

а) В35 и ниже

б) В40

в) В45 и выше

мелкозернистого групп

г) А

д) Б

е) В

Легкого при мелком заполнителе :

ж) плотном

з) пористом

Бетон естественного твердения

Бетон, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении

Независимо от условий твердения бетона

40

50

60

35

40

50

30

35

40

40

50

40

40

50

Потери определяются по поз.8а, б настоящей таблицы с умножением на коэффициент , равный 1.3

Потери определяются по поз.8а настоящей таблицы с умножением на коэффициент , равный 1.5

Потери определяются по поз.8а настоящей таблицы как для тяжелого бетона естественного твердения

50

70

45

60

9.Ползучесть бетона ( см. п. 1.26):

а) тяжелого и легкого при плотном мелком заполнителе

150**bp / Rbp приbp / Rbp0,75

300**(bp / Rbp-0.375) приbp / Rbp0,75

где bp- тоже , что в поз.6,но с учетом потерь по поз.1-6

-коэффициент , принимаемый равным для бетона:

естественного твердения -1,00;

подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении -0,85

б) мелкозернистого групп:

А

Б

В

в) легкого при пористом мелком заполнителе

Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы с умножением полученного результата

на коэффициент, равный 1,3

Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы с умножением полученного результата

на коэффициент, равный 1,5

Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы при =0,85

Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы с умножением полученного результата

на коэффициент, равный 1,2

10. Смятие бетона под витком спиральной и кольцевой арматуры (при диаметре конструкций до 3м)

70-0.22dext

где dext – наружный диаметр конструкции, см.

11.Деформация обжатия стыков между блоками (для конструкций , состоящих из блоков)

(n*l/l)*Es,

где n – число швов конструкции и оснастки по длине натягиваемой арматуры;

l-обжатие стыка, принимаемое равным для стыков заполненных бетоном, -0,3мм; при стыковании насухо-0,5мм;

l-длина натягиваемой арматуры ,мм

Примечания: 1.Потери предварительного напряжения в напрягаемой арматуре Sопределяется так же, как в арматуреS.

2.Для самонапряжённых конструкций потери от усадки и ползучести бетона определяется по опытным данным.

Напряженное армирование

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

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 -

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

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 -

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

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 -

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

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 -

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

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

Тип зажима

Эскиз

Арматура

Назначение

 

 

 

 

 

Для стержневой арматуры

 

 

 

 

 

 

 

Периодического про-

При натяжении арматуры

ЦНИИЛ-3

 

филя диаметром 12 —

 

на упоры форм

 

 

40 мм

 

 

 

 

 

 

 

ВНИИСтройнефти

 

То же, диаметром, 12

То же

 

—18 мм

 

 

 

 

 

 

 

Завода «Баррика-

 

То же, диаметром 16

То же

да»

 

—18 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

- 5 -

 

Технология строительных процессов

 

 

Лекция 7.3.1

 

 

 

 

 

 

 

Для проволочной арматуры

 

 

 

 

 

 

Клиновой одиноч-

 

 

Высокопрочная прово-

При натяжении на упоры

 

 

лока гладкая и перио-

ный

 

 

форм и стендов

 

 

дического профиля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стержневой груп-

 

 

Высокопрочная прово-

При натяжении на упоры

 

 

лока гладкая и перио-

повой

 

 

стендов

 

 

дического профиля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для автоматического за-

НИИЖБ

 

 

Высокопрочная прово-

крепления арматуры при

 

 

лока или прядь

непрерывном армирова-

 

 

 

 

 

 

 

нии

 

 

 

 

 

Для пучковой ар-

 

 

То же

При натяжении на бетон

матуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 -

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

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 -

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

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 -

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

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 -

23. Сущность предварительного напряжения. Каковы преимущества предварительно напряжен­ных конструкций?

Предварительно-напряженной называется конструкция в которой создаются сжимающие напряжения в растянутой зоне бетона. Таким образом частично компенсируется недостаток бетона плохо работать на растяжение. Предварительно напряженные конструкции создаются путем напряжения арматуры. Первая попытка создать предварительно-напряженную конструкцию принадлежит Джексону (США) в 1886 году окончилась неудачей, т.к. уровень напряжений был невысок и полностью «съедался» усадкой и ползучестью бетона. Фрейсине (1928 г.) впервые создал методику расчета предварительно-напряженных конструкций.

При предварительном напряжении растянутой под нагрузкой арматуры возникает предварительно напряженное состояние. Растягивающие напряжения в сжатой от внешней нагрузки зоне достаточно велики. В нижней зоне возникают сжимающие напряжения большой величины, поэтому эпюра носит нелинейный характер.

В процессе приложения нагрузки, сжимающие напряжения гасятся растягивающими, от внешней нагрузки.

После того, как растягивающие напряжения от внешней нагрузки превысят сжимающие от предварительного напряжения элемент работает по 2-й стадии, как обычный, но с большей несущей способностью. Третья стадия аналогична обычному железобетонному элементу.(СМ РИС)

24. Какие технологические способы существуют для создания предварительного напряжения? в чем отличие схем натяжения напрягаемой арматуры на упоры и на бетон?

Существуют два основных способа создания предварительного напряжения: на упоры и на бетон. Для создания предварительного натяжения используют механический, электротермический и электротермомеханический способы. (СМ РИС)

Фактически усилие предварительного напряжения не соответствует исходному натяжению. Это объясняется возникающими потерями предварительного напряжения, которые обязательно должны учитываться при расчетах.

Потери предварительного напряжения в арматуре losсостоят из потерь, происходящих при изготовлении конструкции до ее обжатия и в процессе обжатия – это первые потериlos 1и потерь, происходящих после обжатия и проявляющихся в течении длительного времени – это вторые потериlos 2.

Первые потери: От релаксации напряжений 1арматуры; От температурного перепада2; От деформации анкеров3, расположенных у натяжных устройств; Потери от трения о возможные точки касания4; От деформаций стальной формы5; От быстро натекающей ползучести6.

Обычно, чем выше предварительное натяжение арматуры, тем больше его положительное влияние на работу конструкции. Однако при этом должна быть исключена возможность развития микротрещин и разрушения бетона усилием обжатия.

25. Как устанавливается начальное предварительное напряжение в арматуре? как осуществляет­ся анкеровка напрягаемой арматуры?

При высоких напряжениях в арматуре, близких к нормативному сопротивлению, в ней возникает опасность разрыва при натяжении (проволочная арматура) и опасность развития значительных остаточных деформаций (горячекатаная). На основании исследований, опыта изготовления и эксплуатации предварительно напряженных элементов значения предварительного напряжения ssp и ssp' в арматуре, расположенной соответственно в растянутой и сжатой зонах, от действия внешней нагрузки установлены нормали с учетом предельных отклонений так, чтобы для стержневой и проволочной арматуры выполнялись условия: ssp + р £ Rsn ; ssp – р ³ 0,3Rsn ,

где p=0.05ssp – при механическом способе натяжения, МПа;

30 + 360 / l, — при электротермическом и электротермомеханическом способе натяжения (l — длина натягиваемого стержня, принимаемая как расстояние между наружными гранями упоров, м). При натяжении арматуры электротермическим способом во избежание потери упрочнения температура нагрева не должна превышать 300...350 °С.

Начальное контролируемое напряжение в арматуре при натяжении на упоры с учетом потерь от деформации анкеров s3 и трения об огибающие приспособления s4 равно: scon=ssp- s3 -s4; scon'=ssp'- s3 '-s4';

Начальное контролируемое напряжение при натяжении на бетон (с учетом того, что часть усилия тратится на обжатие бетона): scon=ssp- αsbp; scon'=ssp'- αsbp'; где sbp, sbp' —напряжение в бетоне при обжатии (с учетом первых потерь).

Возможные производственные отклонения от заданного значения предварительного напряжения арматуры учитывают в расчетах коэффициентом точности натяжения арматуры: γsp=1±Δγsp; Δγsp=0.5*(p/γsp)*(1+1/√np)≥0.1, где Δγsp — предельное отклонение предварительного напряжения в арматуре; знак плюс принимают при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения, например в расчетах на прочность для арматуры, расположенной в зоне, сжатой при действии нагрузки, а также в расчетах для стадии изготовления и монтажа элемента; знак минус — при благоприятном; пр — число напрягаемых стержней в сечении элемента.

Нормами допускается принимать р=0 при расчете потерь предварительного напряжения арматуры и при расчете по раскрытию трещин и по перемещениям. Передаточную (или кубиковую) прочность бетона к моменту обжатия Rbp устанавливают так, чтобы при обжатии не создавался слишком высокий уровень напряжения sbp/Rbp, сопровождающийся значительными деформациями ползучести и потерей предварительного напряжения в арматуре. Рекомендуется принимать Rbp по расчету, но не менее 11 МПа (при стержневой арматуре класса Ат-VI и арматурных канатах — не менее 15,5 МПа), а также не менее 50 % прочности бетона.

Анкеровка напрягаемой арматуры в бетоне во многих случаях осуществляется за счёт сцепления арматуры с бетоном. При применении в качестве напрягаемой арматуры высокопрочной проволоки периодического профиля, арматурных канатов, стержневой арматуры периодического профиля, натягиваемой на упоры, установка постоянных анкеров не требуется. Установка анкеров обязательна для арматуры, натягиваемой на бетон, а также для арматуры, натягиваемой на упоры, при недостаточном сцеплении. Длину зоны передачи напряжений lp для напрягаемой арматуры без анкеров следует опреде­лять по формуле : lp = (wp*ssp/Rbpp)*d, где wp и lp принимаются по табл. 28. К значению Rbp при необходимости вводятся ко­эффициенты условий работы бетона, кроме gs2. Величина ssp в формуле принимается равной:

- при расчете элементов по прочности — большему из значений Rs и ssp;

- при расчете элементов по трещиностойкости ¾ значению ssp. Здесь ssp принимается с учётом первых потерь по поз. 1—5 табл. 5 СНиП 2.03.01-84 . Тип анкера выбирают, исходя из производственных возможностей и вида арматуры.

Ненапрягаем армиз гладких стержнейА-I(А240) – на концах устраивают анкеры в виде полукруглых крючков.

В сварн сетках и каркасах для гладких ст. анкеры – ст. поперечн направл-я. Ненапряг. арм периодич. профилязаводят за норм к продольн оси эл-та сч-е, в кот. она учит-ся с полным расчетн сопротивл-м на длину не <lan, опред-я по СП. На крайних свободн опорах изг-х эл-в продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутр. грань опоры на длину не <10d, а если наклон. трещ. в растянут зоне не образ-ся – то на длину не <5d.

Напрягаем. арм– при натяж. на упоры и достаточн. проатяж. на упоры и достаточн. прчности бет прим-т в констр-х без анкеров. При натяжении на бет/на упоры в усл-х недостат. сцепления с бет – со спец. анкерами. Длину зоны анкеровки напрягаем. армlanприн-т в соотв со СП.

Предварит. напряж-е в арм изм-ся линейно от 0 у края эл-та до полн. знач-я в сеч-ии, располож. на расст-ии lFот края эл-та. Чтобы бет не раскалывался при передаче на него усилий с напрягаем арм, концы эл-в усиливают закладн. деталями с анкерн. стержнями. Для захвата, натяжения и закрепления на упорах для канатов и стержнев. арм периодич профиля прим-тцанговые захваты. Для стержнев. арм исп-т приварен коротыши / шайбы, нарезку накатом без ослабления сеч-я. При натяжении арм на бет анкеры д. обеспечить надежную передачу усилий. В местах их расположения у концов эл-в бет усиливают дополнит. хомутами, сварн. сетками, спиралями, а для равномерной передачи усилий под анкерами размещ-т ст. плиты.

67 Сущность предварительно напряжённых жбк. Способы создания предварительного напряжения. Методы натяжения арматуры. Анкерные устройства

Предв напряж-ыми наз-ют такие ж/б к-ции, в кот-ых в процессе изгот-я искуственно создают значит сжим-е напряжения в бетоне натяжением высокопрочной арм-ры.

Предварит. напряжение в 2-3р. повышает трещиност-ть и жесткость к-ции по сравнению с обыч. жб при этом прочность предварительно-напряж. к-ций практич. не зависит от велич. предварит. напряж. арм-ры; меньший расход стали за счет возможности эффектив использ высокопроч ар-ры.

б при этотм прочность предварительно-напряж. 0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

В предварительно напряжённой балке под нагрузкой бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила Fcrc (Fcrc – сила, которая вызывает образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие), превышает нагрузку, которая действует при эксплуатации Fser. Fu – предельное разрушение. Т.о., жб предварительно напряжённые элементы работаю под нагрузкой без трещин или с ограничением их по ширине их раскрытия Fser< Fcrc <Fu, а конструкции без предварительного напряжения – при наличии трещин Fcrc < Fser <Fu и при больших значениях прогибов.

Методы создания предварительного напряжения:

- путем натяжения арм-ры на упоры;

-путем натяжения арматуры на затвердевший бетон;

- применение напрягающего бетона, который увеличивается в размере при твердении.

Натяжение ар-ры может осущ механич, электротермическим и электротермомеханическим способами, физико-химический способ.

Анкеровка (закрепление концов) напрягаемой ар-ры спец-ми анкерами необходима всегда при натяжении ар-ры на бетон. Анкеровка ар-ры, натягиваемой на упоры, нужна только при недостатточном сцеплении ар-ры с бетоном, а именно при ар-ре из холоднотянутой гладкой проволки.

Анкеры обеспечивают хорошую передачу усилий с напрягаемой ар-ры на бетон. Бетон в местах расположения анкеров необходимо усиливать дополнительной косвенной ар-рой (сетками, спиралями).

68 Стадии напряж.-деф. Сосотояния изгибаемых жб элементов. Характер их разрушения

По результатам испытания изгебаемых эл-тов была выявлена зависимость напряженно-деформационного состояния эл-тов от размера нагрузок.

Стадия1: При малых нагрузках напряжения в бетоне и арматуре малы. В бетоне развиваются упругие деформации. Зависимость линейная и эпюра треугольная. Отсутствие норм-х трещин в растян-й зоне сеч.; линейное распредел. относит-х деф-ций по высоте сеч.; совместная работа арм-ры и бетона не нарушена.

Стадия2: При увеличении нагузки в бетоне в растянутой зоне появляются трещены. Бетон полностью выключился из работы, растягивающие усилия воспринимаются арматурой. В сжатой зоне эпюра криволинейная. Эта стадия положена в основу расчета по допускаемым напряжениям. В растян. зоне развив-ся норм. трещины; относит-е продольн. деф-ции распределены неравномерно. Гипотеза плоских сечений ост-ся справедливой для некотор. среднего сечения по длине чистого изгиба.

Стади3: При дальнейшем увеличении нагрузки, трещены в рястянутой зоне раскрываются, напряжение в материалах достигает придельной величины и наступает разрушение балки. Эта стадия положена в основу расчета по разрушающим усилиям и по предельным состояниям. 1) Разруш-е нач-ся по растянутой арм-ре с увелич-м деф-ции арм-ры, может заверш-ся по сжатому бетону, когда его относит. деф-ции достиг. предельн. знач. 2) Относит. деф-ции сжатого бетона достиг. пред. знач. прежде растянутой арм-ры, разр-е по сжатому бетону происх. хрупко.

-сравнение значения относ.й высоты сжатой зоны с граничной.

Если - разрушение происходит в арматуре;

Если- разрушение происходит по сжатому Бу и имеет место второй случай разрушения.

Определение напряжений в предварительно напряженных конструкциях

Лекция № 7

  1. Общие сведения

Предварительно напряженные элементы– железобетонные элементы, в которых до приложения нагрузок, в процессе их изготовления, искусственно создается внутреннее напряженное состояние (самонапряжение), заключающееся в значительном обжатии бетона путем растяжения арматуры.

Предварительное напряжение применяют в целях снижения расхода стали (использование высокопрочной арматуры):

  1. повышения трещиностойкости;

  2. повышения жесткости и уменьшения деформаций;

  3. обжатия стыков сборных конструкций;

  4. повышения выносливости конструкций, работающих под воздействием многократно повторяющейся нагрузки;

  5. уменьшения расхода бетона, а, следовательно, и снижения массы конструкций.

Напомним, что предварительное напряжение создают натяжением арматуры на упоры и на затвердевший бетон. Натяжение арматуры на упоры выполняют 3 способами:

  1. механическим;

  2. электротермическим;

  3. электротермомеханическим.

Натяжение на бетон осуществляют механическимспособом.

При натяжении на упоры применяют стержневую арматуру, высокопрочную проволоку и арматурные канаты; при натяжении на бетон – преимущественно высокопрочную проволоку и арматурные канаты. Арматурные канаты и проволоку небольшого диаметра можно натягивать на упоры форм или бетон непрерывной намоткой.

Натяжение на упоры применяют в заводских условиях. Натяжение на бетон более трудоемко. Поэтому раньше этот вид натяжения применялся редко, только в случаях, когда изготовляли монолитные конструкции или уникальные конструкции больших размеров, в основном в транспортном строительстве. В настоящее время натяжение на бетон получило распространение. Существует опыт в применении натяжения стержневой арматуры на бетон.

Помимо трех способов натяжения арматуры распространен также физико-механический способ натяжения, т.е. самонапряжение, при котором используется свойство бетонов, изготовленных на расширяющемся цементе. При расширении бетона в процессе твердения арматура удлиняется, и таким образом, создается предварительное напряжение. Такой способ технологически прост в применении.

Существуют оригинальные решения использования преднапряженных конструкций.

В Италии изготавливаются полузамкнутые объемные блоки, применяемые для строительства жилых зданий. Блоки выпускают двух типов: крайние и средние. Толщина вертикальных стен блоков 7 см, нижней плиты 12 см и верхней 8 см. Отличительной особенностью данного решения является сбор на заводе квартир целиком из изготовленных блоков. Квартиры могут быть однокомнатными, двух- или трех комнатными с санузлами. Стенки и плиты блоков армируют сварными сетками и отдельными стержнями. В толще стен и плит блоков размещают электроосветительную и сантехническую проводку. Изготовленные блоки при укрупнительной сборке склеивают по кромкам стенки и плит эпоксидной смолой, а затем стягивают с помощью канатной арматуры, проходящей сквозь каналы, предусмотренные в двух нижних и двух верхних углах каждого блока и натягиваемой на бетон. Прочность бетона в блоках в 28-дневном возрасте равна 22 МПа, что соответствует В 40. В каналы после закрепления натянутой арматуры нагнетается цементный раствор. Такое здание обладает повышенной сейсмостойкостью, несмотря на отсутствие свариваемых закладных деталей.

Применение напрягаемой арматуры с натяжением на бетон позволяет уменьшить прогибы и исключить появление трещин, максимально использовать прочностные свойства высокопрочных сталей, увеличить шаг колонн, т.е. пролет плит, и увеличить нагрузку на перекрытия.

В качестве оригинального решения применения напрягаемой арматуры в монолитном строительстве может быть решение перекрытия с полосовым расположением напрягаемой арматуры по линиям колонн. Обычно напрягаемая арматура в плитах располагается равномерно (с определенным шагом) в виде пучков или канатов по ширине плит. Плиты, расположенные между полосами напрягаемой арматуры, армируются обычной ненапрягаемой арматурой в виде сварных сеток, располагаемых в нижней зоне плит. В надколонных зонах и в зонах расположения полосовой напрягаемой арматуры ненапрягаемая арматура размещается в верхней зоне перпендикулярно к напрягаемой. Криволинейное очертание напрягаемой арматуры над колонной принимается таким, чтобы равнодействующая усилий от арматуры, идущая вниз, направлялась прямо противоположно действию реактивных сил в колонне, которые могут вызвать образование конуса продавливания в плите.

При проектировании таких безбалочных перекрытий рассматривают два основных предельных состояния: разрушение от действия изгибающих моментов по нормальным сечениям и разрушение от продавливания плиты над колонной. Проверка прочности сечений от действия момента ведется раздельно для сечений, где ее нет. Данные проведенных испытаний показали, что в плитах разрушение никогда не происходит от раздавливания бетона сжатой зоны, т.о. доказывая правомерность того, что в сжатой зоне в работу вовлекается большая ширина плиты.

Вертикальная составляющая от напрягаемой арматуры, расположенной над колонной, прямо пропорциональна подъему арматуры над колонной по сравнению с ее уровнем в середине пролета плит. Усилия определяют с учетом потери преднапряжения из-за трения в каналах от перегиба арматуры, усадки и ползучести бетона.

При действии на перекрытие эксплуатационных нагрузок проверке подвергается только трещиностойкость бетона и ширина раскрытия трещин. При этом раздельно рассматривают зоны, где имеется преднапряженная арматура, и зоны, где ее нет. Процент армирования напрягаемой арматуры в середине пролета плит, равный 0,1%, является наиболее оптимальным с точки зрения требований к трещиностойкости и жесткости.

Также для монолитных перекрытий возможно применение преднапряженной канатной арматуры, причем 50% от общего количества арматуры располагается в надколонных полосах, а остальная ее часть равномерно распределяется по пролетной части. Идущие во взаимно перпендикулярных направлениях канаты располагают в двух плоскостях по высоте сечения, но также возможно пересечение в четырех уровнях при большой насыщенности арматуры. Для обеспечения проектного расположения канатов по высоте сечения и придания им криволинейного очертания в зоне над колоннами применяют подставки, сваренные из стержневой арматуры.

  1. Расчетные подходы

При расчете предварительно напряженных элементов в расчетные формулы вводят предварительно растягивающие напряжения напрягаемой арматуры , действующие до обжатия элемента либо при снижении до нуля напряжений в бетоне. Такое снижение напряжений (во всем сечении или только на уровне растянутой арматуры) может вызываться воздействием на элемент внешних фактических или условных сил. При указанных напряжениях напрягаемой арматуры и нулевом напряжении бетона всего поперечного сечения состояние этого сечения принимают за исходное.

Значения предварительного напряжения принимают с учетом механических свойств арматурной стали, при этом они не должны быть выше вполне определенных регламентируемых нормами значений, т.к. появление пластических деформаций сопровождается необратимыми потерями напряжений, соответствующими остаточным деформациям арматуры.

Значения предварительного напряжения напрягаемой арматуры , создаваемые в ней, или способные возникнуть в процессе ее натяжения, назначают таким образом, чтобы выполнялись условия:

где растягивающее напряжение напрягаемой арматуры

допустимые отклонения предварительного напряжения, МПа

При механическом способе натяжения арматуры , а при электротермическом или электротермомеханическом способах определяется по формуле:

где длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров).

Максимальные предварительные напряжения арматуры ограничены в связи с опасностью обрыва при натяжении или развития недопустимых неупругих деформаций. Минимальные напряжения приняты из условия обеспечения проектного положения натягиваемой арматуры и ограничения чрезмерного раскрытия трещин в бетоне (в случае их образования).

При расчете предварительно напряженных элементов следует учитывать потери предварительного напряжения арматуры.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *