К атегория: Арматурные работы

О предварительно напряженном железобетоне

Железобетонные конструкции, применяемые в современном строительстве, отличаются некоторыми недостатками. Одним из них является большой собственный вес железобетона, равный 2500 кг/м3 (в том числе 100 кг/м3 составляет в среднем арматура). Особенно серьезно это отражается на горизонтальных конструкциях, работающих на изгиб, - плитах, балках, ригелях и др. Под действием нагрузки здесь появляется напряжение на растяжение. Поэтому в растянутой зоне сечения железобетонной конструкции приходится размещать большое количество арматуры, что увеличивает площадь сечения и вес конструкции.

Другим недостатком железобетонных конструкций является неполное использование свойств арматурной стали, в частности ее прочности на растяжение. При полном использовании прочности арматурных стержней бетон дает трещины в зоне растяжения конструкций, хотя напряжение в арматуре не превышает предела текучести. Это недопустимо при эксплуатации сооружений.

Упомянутые недостатки в значительной степени устраняются в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.

Сущность предварительного напряжения (рис. 1) заключается в следующем. Рабочую арматуру конструкции перед бетонированием натягивают и в натянутом состоянии производят бетонирование. После того как бетон схватится, затвердеет и приобретет необходимую прочность, натягивающее усилие снимают. При этом арматурная сталь стремится опять сж‘аться (сократиться по длине) и часть сжимающих усилий передает окружающему бетону.

Таким образом, бетон в изготовленной предварительно напряженной конструкции еще до установки ее в сооружение и передачи на нее различных эксплуатационных нагрузок уже подвергнут напряжению на сжатие, или, как говорят, в конструкции искусственно создано внутреннее напряженное состояние, характеризующееся сжатием бетона и растяжением арматуры.

Прежде чем бетон в предварительно напряженной конструкции, воспринимая расчетную (эксплуатационную) нагрузку, начнет работать на растяжение, в нем должно быть сначала погашено предварительно созданное сжатие.

Наличие предварительного напряжения позволяет увеличивать нагрузку на конструкцию по сравнению с конструкцией, армированной обычным способом, или при прежней величине нагрузки уменьшать размеры конструкции, т. е. экономить бетон и сталь.

Впервые идея предварительного напряжения (обжатия) элементов, работающих на растяжение, была предложена в 1861 г. русским ученым, академиком А. В. Гадолиным для стволов пушек.

Преимущества предварительно напряженных железобетонных конструкций перед обычными заключаются в следующем.

1. Способность бетона хорошо работать на сжатие полностью используется во всем сечении. Это позволяет уменьшить сечения, а следовательно, объем и вес предварительно напряженных элементов на 20-30% и сократить расход материалов, в частности цемента.

2. Благодаря лучшему использованию свойств арматурной стали в предварительно напряженных конструкциях по сравнению с обычными сокращается расход арматуры. Экономия арматуры, особенно эффективная и нужная при применении сталей с высоким пределом прочности, достигает 40%.

3. Конструкции с предварительно напряженной арматурой (напряженно-армированные) отличаются высокой трещиностойкостью, что предохраняет арматуру от ржавления. Это имеет большое значение для сооружений, находящихся под постоянным давлением воды или каких-либо других жидкостей и газа (трубы, плотины, резервуары и т. п.).

4. Вследствие уменьшения объема и веса напряженно-армированных железобетонных элементов облегчается применение сборных конструкций.

Примерами наиболее распространенных сборных предварительно напряженных конструкций являются плиты для покрытий промышленных зданий, подкрановые балки, кровельные балки и др.

Использование предварительного напряжения эффективно не только в сборных, но и в монолитных и в сборно-монолитных железобетонных конструкциях. Сборно-монолитные конструкции состоят из сборных предварительно напряженных элементов, воспринимающих усилия совместно с бетоном и арматурой, дополнительно укладываемыми после установки сборных элементов в проектное положение.

При возведении сборно-монолитных конструкций отдельные сборные элементы соединяют таким образом, что в дальнейшем при эксплуатации они работают как одно целое. Это делают следующим образом.

При изготовлении сборных элементов будущей сборно-монолитной конструкции у них оставляют выпуски арматуры. Во время монтажа этих элементов в швы между ними укладывают и приваривают к выпускам дополнительные арматурные стержни так, чтобы арматура соседних элементов составляла одно целое. Затем армированные швы (или стыки) заполняют бетоном, или, как говорят, замоноличивают. После затвердения бетона в стыках и швах получается конструкция, называемая сборно-монолитной.

Этот метод часто используют в конструкциях многоэтажных зданий (рис. 1) и в пространственных конструкциях с криволинейными очертаниями - сводах и куполах.

Рис. 1. Стык арматуры сборных прогонов и плит многоэтажного промышленного здания с закладкой в колонны трехрядных арматурных коротышей: 1 - стык коротыша с выпусками арматуры прогонов, 2 - арматурный коротыш, 3 -арматура, закладываемая в швы между сборными плитами

Примером уникального монолитного железобетонного сооружения, впервые в мировой практике осуществленного советскими строителями, является Останкинская телевизионная башня (рис. 2, а) в Москве.

Общая высота башни 525 м. Нижний ярус до отметки 17,5 м представляет собой десять отдельных железобетонных опор. Выше этой отметки до отметки 63 м отдельные опоры объединены в железобетонный конус со сплошной стенкой. От отметки 63 до отметки 385 поднимается железобетонный ствол башни диаметром соответственно 18 и 8,2 м со стенками толщиной от 40 до 35 см (рис. 2, б). Стенки ствола армированы двойной сеткой из стали 35ГС периодического профиля с интенсивностью армирования до 230 кг/м3.

Между армированными сетками устанавливают специальные рамки (рис. 2, в). Взаимное положение металлических щитов внутренней и наружной опалубки и арматурных сеток, а следовательно, толщина защитного сдоя бетона фиксировались болтами 9 с надетыми на них пластмассовыми трубками (рис. 2, в).

Рис. 2. Останкинская телевизионная башня в Москве: а - общий вид, б - разрез ствола башни, в - деталь установки опалубки и арматуры в стенке ствола башии; г - опоры, 1 - конусная часть башни, 3 - железобетонный ствол, 4 - служебные помещения, 5 - ресторан, 6 - стальная антенна, 7 - щиты внутренней опалубки, 8 - щиты наружной опалубки, 9 - болт, 10 - арматурные сетки, 11 - рамка, 12 - пластмассовая трубка ствола башни

В качестве напрягаемой арматуры нижней части и ствола башни применены канаты диаметром 38 мм, расположенные в восемь ярусов от фундамента до отметки 385. Длина канатов, проходящих в каналах внутри стенок, колеблется от 154 до 344 м. Натяжение канатов выполнялось с помощью гидродомкратов; усилие натяжения достигало 69 тс. Всего в конструкции башни уложено 1040 т арматурной стали.

Рис. 3. Сечения проволочных арматурных пучков: а - незакрепленных по концам, б - закрепленных по концам, в - многорядных, г - из групп проволок; 1 - напрягаемые проволоки пучка, 2 - вязальная проволока, 3 - спираль, 4 - короткие проволоки, 5 - центральная проволока, 6 - трубка, 7 - раствор, 8 - группа проволок, 9 - дополнительные проволоки

В качестве напрягаемой арматуры для предварительно напряжен ных конструкций целесообразно применять арматурную сталь с более высокими механическими характеристиками; этим достигается наибольшая экономия арматуры, уменьшение сечения и веса конструкции.

Поэтому преднапряженные конструкции армируют, как правило, высокопрочной арматурной сталью и изделиями из нее следующих видов: – горячекатаная сталь периодического профиля класса А-Шв, упрочненная вытяжкой; – горячекатаная сталь периодического профиля классов Ат-V и. Ат-VI, термически упрочненная; – горячекатаная сталь периодического профиля классов А-IV и A-V; – высокопрочная арматурная проволока, гладкая и периодического профиля классов B-II и Вр-П; проволочные пряди; проволочные канаты; пучки (рис. 3) и пакеты из высокопрочной проволоки. Для предварительно напряженных конструкций очень важно обеспечение надежного сцепления поверхности арматуры с окружающим бетоном.

Этим объясняется применение в качестве напрягаемой арматуры прядей и канатов со сложной формой поверхности.

Семипроволочные пряди вырабатывают из проволок диаметром 1,5-5 мм. Многопрядные канаты изготовляют из проволок диаметром 1-3 мм. Пучок состоит из проволок, расположенных по окружности, в количестве от 8 до 48. Для сохранения взаимного расположения проволок внутри пучка через 1-1,5 м устанавливают отрезки проволочных спиралей. В этих же местах снаружи пучок стягивают вязальной проволокой (рис. 3, а, в, г). Пучки, закрепленные по концам (рис. 3, б), состоят из 8-24 проволок. В местах установки коротких проволок 4 по длине пучка остаются щели, через которые середина пучка заполняется раствором. Многорядные пучки из групп проволок диаметром до 8 мм (рис. 3, в) применяют в инженерных сооружениях, например мостах. Пакет представляет собой группу проволок или прядей, расположенных в несколько рядов по горизонтали и вертикали по правильной геометрической сетке.

Натяжение арматуры при армировании предварительно напряженных конструкций выполняют двумя способами - до или после бетонирования.

Натяжение на формы или упоры. При армировании по этому способу арматурные стержни натягивают перед укладкой бетонной смеси. Усилия натяжения, достигающие по величине иногда нескольких десятков тонн, воспринимаются мощной конструкцией стальной формы, в которой изготовляют изделие, или специальными упорами стенда, поэтому этот способ называют стендовым. Бетонируют конструкцию при натянутой арматуре. Когда после отвердения бетона натяжные приспособления снимают, сжатие бетона достигается за счет сцепления между стремящимися сжаться арматурными стержнями и окружающим их затвердевшим бетоном.

Уменьшение длины при сжатии показано в условном масштабе, гак как на глаз оно бывает незаметно.

При данном способе контроль натяжения (а следовательно, и напряжения) арматуры осуществляется до обжатия бетона.

Натяжение арматуры на бетон. В данном случае усилие натяжения арматуры воспринимается не формой, а затвердевшим бетоном. Этим способом пользуются главным образом для армирования конструкций, собираемых из отдельных блоков. Способ натяжения на бетон позволяет собирать крупноразмерные конструкции (длиной до 30 м и более) у места их установки из отдельных, легко перевозимых частей меньшего размера. Натяжение арматуры контролируют в процессе обжатия бетона. Обжатие можно производить только после накопления затвердевшим бетоном прочности, достаточной для восприятия усилий, создаваемых натяжными устройствами.

Применяют различные способы натяжения арматуры: механический - с помощью специальных домкратов; электротермический, при котором используют свойство стального прутка удлиняться при нагревании, и электротермомеха- нический, представляющий собой сочетание двух первых.

Различают способы укладки напрягаемой арматуры: линейный, при котором укладывают отдельные стержни, проволочные пучки или пакеты точно отмеренной длины, и способ непрерывной укладки (навивки) арматуры прямо из бухты на штыри вращающегося поддона или с помощью перемещающейся навивочной машины.

- О предварительно напряженном железобетоне

Прочность бетонной поверхности в процессе растяжения значительно уступает данному параметру при сжатии. Под чрезмерным перегрузом балка рушится от получения в растянутой области некоторого уровня напряжений еще до момента исчерпания прочности сжатого участка. Разрушение возникает быстро, вместе с формированием трещинообразных дефектов в бетоне посередине пролета либо под грузом.

Самым результативным средством, которое дает возможность применять сталь без снижения эксплуатационных характеристик ж/б конструкций, является напряжение в результате натяжки прутьев и обжима цементного раствора.

Назначение конструкций

В строительных работах для формирования ж/б каркасов все чаще стали использовать предварительно напряженную арматуру. Особенность ее напряжения в том, что рабочий элемент в начале процесса бетонировки испытывает натяжение в результате электротеплового или механического (домкратного) воздействия. По окончании затвердевания бетонной смеси данное натяжение убирается, из-за чего она, пытаясь вернуть свою исходную форму, передает бетону остаточную силу сжатия.

Такой вид ж/б материалов в сравнении с традиционными способен выдерживать многократно увеличенные нагрузки, обладает повышенной трещиностойкостью и жесткостью. Эти качества позволяют снизить непосредственное сечение каркасов, уменьшив таким образом расходование вспомогательных элементов: арматуры и цементной смеси.

Полученные в результате использования преднапряженной арматуры ж/б брусья, активно задействуются при выпуске комплексных ж/б конструкций для жилищно-гражданского строительного сектора (межэтажные перекрытия, основные части лестничных пролетов, балконов), конструировании водонапорных станций, ж/д шпал, цилиндровых баков, контейнеров для силосования и прочего.

Производство арматуры

Плоские и объемные каркасы производятся на арматурно-сварочных предприятиях и в специализированных мастерских, оборудованных высокоэффективным оснащением. На таких заводах рационализация состоит в производстве масштабной сборки элементов армирования с учетом допустимых размеров транспорта и грузоподъемных характеристик монтажно-наладочных агрегатов.

Формируя предварительное напряжение арматуры, в бетоне заблаговременно создают первоначальное обжатие по периметру каркаса или лишь в конкретной области, где присутствуют натяжные напряжения. Степень обжатия должна быль больше натяжных напряжений, которые возникают в бетонном пласте в процессе его эксплуатации (около 55 кГс/см2). Обжим бетонной подушки проводят за счет энергии упругого последействия, образующей напряженное состояние конструкции.

Напрягаемые элементы армирования делают из проволоки высокой прочности, а также однопрутковой или горячепрокатной стали. На выбор готовой продукции влияет категория оборудования, на котором производится ее натяжка.

При выпуске ж/б изделий с напряжением арматуры используют 1-осный и объемный обжим цементной смеси. 1-осный осуществляется проволочной связкой либо специальными стержнями, располагающимися по продольной оси продукции. Объемный - путем навивания нагруженной проволоки в разных направлениях. Кроме этого, допускается проволочное обвитие на готовом изделии, однако требуется дальнейшее предохранение элементов конструкции достаточным бетонным слоем.

Механический метод натяжения арматуры предусматривает растяжку ее под продольной нагрузкой, создаваемой домкратными узлами. Изделие первоначально натягивают до силы, равной 50% от проектной величины. Потом ее увеличивают еще на 10% и выдерживают 5 мин. После этого степень натяга снижают до проектного уровня.

Электротермический метод заключается в том, что растяжение арматуры происходит в результате электронагрева до некоторой температуры. По окончании термовоздействия горячий стержень устанавливается в упорах, которые эффективно препятствуют укорочению его длины при остывании. Затем после полного затвердевания бетона с арматурных стержней снимают крепежи, а сила натяжения переходит в бетонную плоскость.

Для этого метода натяжения применяют аппараты с параллельным и последовательным усилием на несколько стержневых опор. По сравнению с предыдущим способом, данная методика требует менее сложного оснащения и является не такой трудоемкой.

Принцип формирования напряженной арматуры осуществляется при соблюдении определенных закономерностей.

1. За счет скрепления стержней радиусом 1,2-1,5 мм с цементной смесью. При использовании более крупных элементов армирования крепление осуществляется в результате образования на ней дополнительной шероховатости, обвиванием специальными прядками из 2-3 проволочных материалов или применением переменно-профильных конструкций.
2. В результате скрепления прутьев с бетоном, который усилен вспомогательными анкерными узлами.
3. За счет напряженного воздействия на бетон анкерными узлами, размещенными на концах арматуры.

Преимущества напряженных ж/б каркасов

• . значительное уменьшение количества стали (30-45%);
• . повышенное сопротивление возникновению трещин, предотвращающее коррозионное разрушение конструкций, функционирующих в агрессивных средах и требующих дополнительной непроницаемости для жидкостей и газов;
• . возрастание уровня жесткости и уменьшение прогибания;
• . уменьшение объемов бетонной смеси и веса конструкций в результате использования высокомарочного цемента;
• . минимизация габаритов поперечных сечений функциональных частей конструкции и рационализация их применения.

Арматуру — используемую в строительстве подвергают различной классификации. Это необходимо для того, что выбрать именно то, что необходимо под определенную конструкцию и вид работ.

Кроме деления по профилю, диаметру, и классу, существует также деление на ненапрягаемую и напрягаемую арматуру. Этот момент очень важен, поскольку компании, для которых основным бизнесом является продажа металлопроката , часто о нем забывает. Напряжение внутри арматуры достигается при помощи предварительного растяжения арматуры. Важно отметить, что с предварительным напряжением используют горячекатаную арматуру класса от А600 до А1000, а также холоднодеформированную В500 и Вр500, канатную Кр1400. Такая арматура имеет значительный диаметр и значение предела текучести. Это необходимо для того, чтобы арматура в процессе предварительного напряжения не теряла свои прочностные характеристики и не получила предельно допустимы деформации.

Предварительное напряжение в арматуре задается двумя способами.

1. Так называемый стендовый метод
2. Метод обжатия бетоном.

Стендовый метод

Первый разделяется на несколько методов: механический, электротермический, и электротермо-механический, то есть смешанный. Несмотря на кажущиеся , технология во многом у этих методов схожа друг с другом. При механическом методе арматуру натягивают на упоры и растягивают, после чего в форму заливают бетон, при наборе передаточной прочности арматуру отпускают. При сжатии бетон затормаживает арматуру, не давая ее окончательно сжаться. В итоге в арматуре появляются сжимающие усилия. Это крайне важно для элементов, работающих на растяжение. Электротермический во многом схож с механическим, только в это служат к арматуре подводят электричество и разогревают до высокой температуры, в процессе остывания задаются усилия обжатия арматуры. Смешанный является результатом одновременного использования и механического и электротермического.

Метод обжатия бетоном

Метод обжатия бетоном представляет собой метод, при котором элемент полностью набирает свою массу без использования арматуры, однако в нем оставляют отверстия, в которые вставляют пластиковые трубки. Таким образом, арматуру продевают через отверстия и растягивают, задавая напряжение. После этого пространство в отверстиях между арматурой и трубкой замоноличивают бетоном под давлением. Такой способ крайне эффективен для изготовления большепролетных конструкций, например, ферм промышленных и специальных зданий. Элементы с предварительным напряжением позволили расширить возможности строительства.

Железобетонные конструкции - основа современного строительства. Однако они имеют существенные изъяны, связанные, в первую очередь, с недостаточной нагрузочной способностью и образованием трещин в камне при эксплуатационных нагрузках. Усовершенствование технологии изготовления изделий из бетона и стальной арматуры привело к созданию преднапряженного железобетона, который обладает рядом преимуществ.

Определение

Предварительно напряженные железобетонные конструкции - строительные изделия, бетон которых на этапе создания принудительно получает начальную расчетную напряженность сжатия. Она создается за счет предварительного формирования напряжения растяжения в рабочей высокопрочной арматуре и обжатия ею бетона на тех участках, которым предстоит испытывать растяжение (прогиб) при эксплуатации. Сжимаясь, арматура не проскальзывает, так как сцеплена с материалом или удерживается анкерным закреплением арматуры на торцах изделий. Таким образом, напряжение растяжения, которое приобретает железобетонный состав с помощью армирования, уравновешивает напряженность заблаговременного обжатия камня.

Преимущества

Предварительно напряженный железобетон долгосрочно отодвигает время начала формирования расколов в изделиях, работающих на прогиб, сокращает глубину их раскрывания. Вместе с тем изделия приобретают повышенную жесткость, не снижая прочности.

Предварительно напряженным железобетонным балкам свойственно хорошо работать на сжатие и прогиб, имея одинаковую прочность по длине, что позволяет увеличивать ширину перекрываемых пролетов. В таких конструкциях уменьшаются размеры поперечного сечения, следовательно, сокращаются объем и вес комплектующих элементов (на 20 – 30%), а также расход цемента. Более рациональное использование свойств стали позволяет сокращать (стержневой и проволочной) до 50%, особенно из высокопрочных марок (A-IV и выше), имеющих значительный предел прочности. Химическая нейтральность бетона к стали способствует предохранению арматуры от коррозии. Вместе с тем повышенная трещиностойкость предохраняет напряженную арматуру от ржавления в сооружениях, которые находятся под постоянным давлением воды, иных жидкостей, газов.

Методы возведения зданий, используемые в строительстве каркаса, базируются на технологии предварительного напряжения конструкций из железобетона в процессе строительства.

Напряженная арматура, обжимающая бетон сборочных единиц, обеспечивает практичную их стыковку путем значительного сокращения расходования металла на стыках. Сборные и сборно-монолитные изделия из железобетонных напряженных конструкций могут состоять из стыкуемых частей с одинаковым поперечным сечением, которые по краям выполняются из ненапряженных облегченных (тяжелых) бетонов, а нагружаемый фрагмент - преднапряженный железобетон. Такая продукция имеет повышенную выносливость, компенсируя повторяющиеся динамические воздействия.

Данное свойство позволяет демпфировать изменения напряжений в бетоне и арматуре, вызываемые колебаниями внешних нагрузок. Повышенная сейсмическая стойкость зданий повышается за счет большой конструкционной устойчивости напряженного железобетона, обжимающего отдельные их фрагменты. Конструкция в предварительно напряженном виде обеспечивает большую безопасность, так как ее разрушению предшествует запредельный прогиб, сигнализирующий об исчерпании конструкцией прочности.

Недостатки

Состояние предварительного напряжения в материале достигается спецоборудованием, точными расчетами, трудоемким конструированием и затратным производством. Продукция требует бережного хранения, транспортировки и монтажа, которые не вызывают ее аварийного состояния еще до начала использования.

Сосредоточенные нагрузки могут способствовать возникновению продольных трещин, которые снижают несущую способность. Просчеты в проектировании и технологии производства могут вызывать полное разрушение создаваемого железобетонного изделия на стапеле. Предварительно напряженные конструкции требуют металлоемкой опалубки повышенной прочности, увеличенного расхода стали на закладные и арматуру.

Большие значения звуко– и теплопроводности требуют закладывания в тело камня компенсирующих материалов. Подобными железобетонными конструкциями обеспечивается более низкий порог огнестойкости (ввиду меньшей критической температуры нагрева преднапряженной арматурной стали) по сравнению с обычным железобетоном. На преднапряженную бетонную конструкцию критично воздействуют выщелачивание, растворы кислот и сульфатов, солей, приводящие к коррозии цементного камня, раскрытию трещин и коррозии арматуры. Это может приводить к резкому снижению несущей способности стали и внезапному хрупкому разрушению. Также к минусам стоит отнести значительный вес изделий.

Материалы для конструкций

Железобетон - многокомпонентный материал, основными составляющими которого являются бетон и стальная арматура. Параметры их качества определяются особыми требованиями при проектировании к элементам конструкций на месте применения.

Бетон

Формы для заливки бетона с прутьями для передачи предварительного напряжения.

Предварительное напряжение в железобетоне обеспечивается применением тяжелых составов средней плотности от 2200 до 2500 кг/м3, которые имеют классы по прочности на осевое растяжение выше Bt0,8, по прочности от В20 и больше, марки по водонепроницаемости от W2 и выше, по морозостойкости от F50. Требования к продукции гарантируют бетону нормативную прочность не ниже установленной с вероятностью 0,95 (в 95% случаев). Смесь должна набрать возраст не меньше 28 суток до получения материалом предварительных напряжений. На ранних стадиях эксплуатации бетонный камень способен частично утерять напряженное качество за счет общего снижения напряженности стали (до 16%). Коэффициент надежности материала на растяжение и сжатие в предельных состояниях установлен для эксплуатационной пригодности не ниже 1,0.

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, намеченныхк 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.

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-

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

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.

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		Арматура	Назначение
	Для стержневой арматуры
		Периодического про-	При натяжении арматуры
		филя диаметром 12 -
			на упоры форм
ВНИИСтройнефти		То же, диаметром, 12
Завода «Баррика-		То же, диаметром 16

Технология строительных процессов				Лекция 7.3.1
		Для проволочной арматуры
Клиновой одиноч-			Высокопрочная прово-	При натяжении на упоры
			лока гладкая и перио-
				форм и стендов
			дического профиля
Стержневой груп-			Высокопрочная прово-	При натяжении на упоры
			лока гладкая и перио-
			дического профиля
				Для автоматического за-
			Высокопрочная прово-	крепления арматуры при
			лока или прядь	непрерывном армирова-
Для пучковой ар-				При натяжении на бетон

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.

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.

В случае 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.

В пакетных стендах проволока с бухт 9 поступает на конвейер протаскивания8, где она отрезается на необходимую длину, а затем закрепляется в зажиме3, образуя пакет 2 проволок. Подготовленные пакеты с конвейера протаскивания транспортируются на формовочную площадку1 к упорам4 стенда, где пакет с зажимами закрепляется в упорном6

и натяжном 5 устройствах стенда. Натяжение арматуры производится гидродомкратом 7.

В протяжном 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 тележка8 для протягивания пакета проволоки вдоль формовочной площадки1 стенда в процессе его образования. После закреп-

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 упорное6 приспособления, установленные в конструкциях4, 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 поддона1, бортовой оснастки2, штырей3, на которые навивается напряженная арматура4 .

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 контура2 и откидных щек3.

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 частью2, на которую навивается арматура б, и с другой стороны заканчивающийся Т-образной головкой4.

Рисунок 11. Схема штыря.

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 -