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.
- Так называемый стендовый метод
- 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.
1.4.1. Напряженное армирование конструкций. Предварительное напряжение в монолитных и сборно-монолитных конструкциях создается по методу натяжения арматуры на затвердевший бетон. В свою очередь, по способу укладки напрягаемой арматуры метод подразделяют на линейный и непрерывный. При линейном способе в напрягаемых конструкциях при их бетонировании оставляют каналы (открытые или закрытые). По приобретении бетоном заданной прочности в каналы укладывают арматурные элементы и производят их натяжение с передачей усилий на напрягаемую конструкцию. Линейный способ применяют для создания предварительного напряжения в балках, колоннах, рамах, трубах, силосах и многих других конструкциях. Непрерывный способ заключается в навивке с заданным натяжением бесконечной арматурной проволоки по контуру забетонированной конструкции. В отечественном строительстве способ применяют для предварительного напряжения стенок цилиндрических резервуаров.
1.4.2. При линейном армировании напрягаемые элементы применяют в виде отдельных стержней, прядей, канатов и проволочных пучков. Линейное армирование включает: заготовку напрягаемых арматурных элементов; образование каналов для напрягаемых арматурных элементов; установку напрягаемых арматурных элементов с анкерными устройствами; напряжение арматуры с последующим инъецированием закрытых каналов или забетонированием открытых каналов.
1.4.3. Для стержневой арматуры используют горячекатаную сталь периодического профиля классов А-II, А-IIIв, A-IV4, Ат-IV, A-V, At-V, и At-VI и высопрочную проволоку B-II и Вр-Н.
1.4.4. Заготовка стержневых элементов (рис. 1.4.1. а) состоит из правки, чистки, резки, стыковой сварки и устройства анкеров. Для устройства анкеров к концам стержней приваривают коротыши из стали (рис. 1.4.1. б). Коротыши имеют резьбу, на которую навинчивают гайки, передающие через шайбы на бетон нагрузки натяжения.
1.4.5. Арматурные нераскручивающиеся пряди и канаты изготовляют из высокопрочной проволоки диаметром 1,5...5 мм. Промышленность выпускает пряди трех-, семи- и девятнадцатипроволочные (классов П-3, П-7 и П-19) диаметром 4,5... 15 мм (рис. 1.4.1. в). Из прядей делают канаты (рис 1.4.1. г, д).
Рис. 1.4.1. Напрягаемые линейные арматурные элементы:
а - стержневой элемент; б - стержневой анкер; в - прядь семи- и девятнадцатипроволочная; г - канат двух- и трехпрядевый (прядь из 7 проволок); д - канат двухпрядевый (прядь из 19 проволок); е - гильзовый анкер; ж - гильзостержневой анкер;
1 - стержневая арматура; 2 - коротыш с резьбой на конце; 3 - плита; 4 - гайка; 5 - хвостовик; 6 - пучковая арматура; 7 - гильза
1.4.6. Пряди и канаты поступают с заводов намотанными на металлические катушки. Их сматывают с катушек, пропускают через правильные устройства, одновременно очищая от грязи и масла, и режут на необходимую длину. Для анкеровки прядей (канатов) применяют гильзовые наконечники (рис. 1.4.1. е). Гильзу надевают на заготовленный конец пряди (каната), запрессовывают прессом или домкратом и затем на ее поверхности нарезают или накатывают резьбу для крепления муфты домкрата, с помощью которого натягивается прядь (канат).
1.4.7. Проволочные пучки изготовляют из высокопрочной проволоки. Проволоку располагают с заполнением всего сечения или по окружности. В первом случае пучок оборудуют гильзовым, а в втором - гильзостержневым анкером (рис. 1.4.1. ж).
1.4.8. Готовые элементы прядевой и канатной арматуры наматывают на контейнеры барабанного типа, а анкеры смазывают солидолом и обматывают мешковиной.
1.4.9. Для образования каналов для напрягаемых арматурных элементов в подготовленную к бетонированию конструкцию устанавливают каналообразователи, диаметр которых на 10... 15 мм больше диаметра стержня или арматурного пучка. Для этого применяются стальные трубы, стержни, резиновые рукава с проволочным сердечником и др. Так как каналообразователи извлекают через 2...3 ч после того, как конструкция забетонирована, то их, за исключением рукавов, во избежание сцепления с бетоном через каждые 15...20 мин поворачивают вокруг оси.
1.4.10. При напряженном армировании крупноразмерных конструкций каналы устраивают путем закладки стальных тонкостенных гофрированных трубок, которые остаются в конструкции. После того как бетон набрал проектную прочность, в каналы устанавливают (протягивают) арматуру.
1.4.11. Затем производят натяжение арматуры гидравлическими домкратами одиночного действия. Эти домкраты состоят (рис. 1.4.2. а) из цилиндра, поршня со штоком, захвата со сменными гайками, позволяющими натягивать арматуру с различными диаметрами анкерующих устройств, и упора. После присоединения арматуры к захвату и подачи масла в правую полость цилиндра арматуру натягивают до заданного усилия. Затем подвертывают анкерную гайку до упора в конструкцию, переключают правую полость на слив и подают масло в левую часть. На этом натяжение заканчивается и домкрат отсоединяют.
1.4.12. Для привода гидродомкратов применяют передвижные масляные насосные станции, смонтированные на тележке со стрелой для подвешивания домкратов (рис. 1.4.2. б).
1.4.13. Натяжению арматуры и передаче усилия на бетон, как правило, сопутствуют: выпрямление арматурного элемента (пучка или стержня); обжатие бетона под опорными прокладками; трение между арматурой и стенками канала и пр.
Рис. 1.4.2. Предварительное напряжение конструкций:
а - схема гидравлического домкрата одиночного действия; б - насосная станция;
1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 - шток; 4 - захват; 5 - упоры домкрата; 6 - стойка с кронштейном; 7 - ручная лебедка; 8 - маслобак; 9 - пульт управления; 10 - электродвигатель; 11 - масляный насос; 12 - манометр
1.4.14. Для устранения этих явлений, вызывающих неравномерное натяжение по длине арматурного элемента, выполняют следующие операции. Вначале арматуру натягивают с усилием, не превышающим 0,1 необходимого усилия натяжения пучка (стержня). При этом арматурные стержни выпрямляются и плотно прилегают к стенкам канала. Опорные прокладки также плотно прилегают к поверхности напрягаемой конструкции. Усилие, равное 0,1 от расчетного, принимают за нуль отсчета при дальнейшем контроле натяжения по манометру и деформациям.
1.4.15. В конструкциях с длиной прямолинейного канала не более 18 м арматуру ввиду небольших сил трения напрягают с одной стороны. Выравнивать напряжения вдоль арматуры можно также путем продольного вибрирования в процессе натяжения. Вибрировать можно с помощью специального приспособления на глухом анкере.
1.4.16. При длине прямолинейных каналов свыше 18 м и криволинейных каналах арматуру натягивают с двух сторон конструкций. Вначале одним домкратом арматуру натягивают до усилия, равного 0,5 от расчетного, и закрепляют с той стороны конструкции, с которой она напрягалась. Затем с другой стороны конструкции другим домкратом арматуру натягивают до 1,1 от расчетного усилия (1,1 - коэффициент технологической перетяжки арматуры). Выдержав ее в таком состоянии 8... 10 мин, величину натяжения уменьшают до заданной и закрепляют второй конец напрягаемой арматуры. Для устранения перепада напряжений вдоль арматуры иногда применяют пульсирующее натяжение, т.е.несколько раз кратковременно повторяют этот процесс, последовательно увеличивая величину натяжного усилия, а затем сбрасывают излишнее усилие.
1.4.17. Если в сечении конструкции имеется несколько арматурных элементов, то натяжение начинают с элемента, расположенного ближе к середине сечения. При наличии только двух элементов, расположенных у граней, натяжение производят ступенями или одновременно двумя домкратами. При большом числе элементов в первых натяжение будет постепенно снижаться по мере натяжения последующих в результате возрастающего укорочения бетона от сжатия. Эти элементы затем вновь подтягивают.
1.4.18. Заключительной операцией является инъецирование каналов, к которому приступают сразу после натяжения арматуры. Для этого применяют раствор не ниже М300 на цементе М400... 500 и чистом песке. Нагнетают раствор растворонасосом или пневмонагнетателем с одной стороны канала. Инъецирование ведут непрерывно с начальным давлением с 0,1 МПа и последующим повышением до 0,4 МПа. Прекращают нагнетание, когда раствор начнет вытекать с другой стороны канала.
1.4.19. В последнее время применяют способ без устройства каналов; в этом случае исключаются операции по их инъецированию. Арматурные канаты или стержни перед укладкой покрывают антикоррозийным составом, а затем фторопластом (тефлоном), имеющим почти нулевой коэффициент трения. При натяжении канат относительно легко скользит в теле бетона.
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 -
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.
- 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.
- В результате скрепления прутьев с бетоном, который усилен вспомогательными анкерными узлами.
- 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.
Напряженный бетон — это современный набирающий популярность строительный материал.
Напряженный значительно лучше сопротивляется значительным напряжениям.
Он позволяет преодолеть один из основных недостатков обычного — неспособность сопротивления значительным напряжениям. Конструкции из данного материала имеют ряд преимуществ перед конструкциями из обычного:
- обладают меньшим прогибом;
- имеют повышенную трещиностойкость;
- позволяют перекрывать большие участки при том же сечении элемента.
Предварительно напряженный материал имеет ряд преимуществ:
обладает меньшим прогибом;
имеет повышенную стойкость к трещинам;
при том же сечении перекрывает гораздо большие участки.
В обычном железобетоне связанный с арматурой раствор подвергается сильному растяжению, которое может привести к разрушению слоя в силу его чувствительности к растяжению. На поверхности могут образовываться трещины еще до того, как элемент будет подвергнут предельной нагрузке. Появление трещин чревато определенными неприятными последствиями. Например, тем, что материал не будет выполнять свою защитную функцию и арматура, вступая во взаимодействие с окружающей средой, будет подвергаться коррозии, а затем и разрушению.
При изготовлении данного материала прокладывают стальную арматуру, обладающую высокой прочностью при растяжении. Арматура натягивается при помощи специального устройства, затем укладывают смесь. После того как смесь начнет застывать, сила натяжения арматурного каркаса передается раствору, который оказывается сжатым. Данные манипуляции позволяют уменьшить или вовсе устранить растягивающее напряжение от нагрузки на конструкцию, так как та сила, которая в обычном железобетоне вызывала появление трещин на поверхности, в преднапряженном все лишь уменьшает сжатие, создаваемое напряженной арматурой.
Различают несколько основных способов натяжения арматуры:
- электротермомеханический — совмещение двух следующих способов;
- электротермический — осуществляется при помощи электротока, который повышает температуру арматуры и благодаря этому растягивается до определенного размера;
- механический — осуществляется при помощи домкратов (гидравлических или винтовых).
Как правило, преднапряженный элемент проектируют так, чтобы в процессе эксплуатации не подвергался растягивающему напряжению. Если такой элемент будет подвержен напряжению большему, чем среднее, но меньшему, чем предел текучести арматуры, то после снятия нагрузки он может практически полностью восстановиться, то есть трещины в нем исчезнут.
Требования к арматуре
Арматура для натяжения должна быть изготовлена из высокопрочной проволоки.
Арматура, используемая для создания с предварительным напряжением, должна обладать определенными характеристиками, которые позволят ей выдержать требуемые нагрузки. Стальная арматура должна быть способна выдержать высокое напряжение растяжения, то есть не вытягиваться при длительном напрягающем воздействии.
Если арматура не будет обладать этим свойством, то предварительное напряжение уменьшится, вследствие чего преднапряженный элемент будет обладать теми же свойствами, что и обычный. Таким образом, этот материал не сможет выдержать тех нагрузок, на которые он рассчитан. Для изготовления необходимо использовать не обычную сталь, а высокопрочную проволоку, которая изготавливается специальным способом, позволяющим значительно снизить ее текучесть.
Необходимые качества
1 — форма;
2 — арматура;
3- упоры.
Для получения наиболее высоких характеристик необходимо использовать тот, обладающий определенным набором свойств. Оптимальным решением станет применение высокопрочного раствора. Для его приготовления необходимо осуществлять контроль на протяжении всего процесса приготовления, чтобы исключить отклонения, которые могут привести к понижению его прочности.
Наиболее высокую прочность можно получить, используя жесткие и жирные смеси. Для укладки, как правило, применяют вибраторы.
Следует помнить о таких свойствах, как усадка из-за потери влаги и ползучесть под нагрузкой. Из-за этих свойств конструкция может сокращаться, из-за чего с течением времени с предварительно напряженным бетоном может произойти потеря его преимуществ перед обычным. Во избежание последствий данных свойств материала необходимо подвергнуть арматуру большему предварительному напряжению, чем изначально предусмотренное.
В начальный период эксплуатации потеря предварительного напряжения выше, чем в более поздний. В целом потеря напряжения может составить около 16%.
Предварительное натяжение арматуры
Для натяжения арматуры на производстве используются гидравлические упоры.
Метод, основанный на предварительном натяжении, заключается в том, что сначала прокладывают и натягивают арматуру, а после этого она обкладывается раствором. Натяжение сверхпрочной стальной армированной проволоки поддерживается до того момента, когда бетон станет достаточно прочным. После этого проволоку обрезают, а ее натяжение передается смеси из-за сцепления с ним. Благодаря этому бетон подвергается напряжению от сжатия, а производство на этом закончено.
Данный метод в основном не применяют для монолитных конструкций непосредственно на строительной площадке, основная область его применения — производство сборных элементов в промышленных условиях.
В заводских условиях наиболее эффективным способом производства предварительно напряженного бетона является так называемая система длинных линий. Применяя этот способ, армированную проволоку располагают между анкерными плитами, а затем натягивают. Поперечные стенки необходимо располагать на расстоянии, соответствующем планируемой длине изготавливаемых балок.
В процессе применения данного метода сила натяжения передается опалубке элемента.
Предварительное натяжение применяют для изготовления монолитных плит непосредственно на стройплощадке.
Применяя данный метод, лучше использовать индивидуальные формы. Это имеет следующие преимущества:
- появляется возможность варьировать размеры изделий;
- при штучном изготовлении, если арматура утратит напряжение, испортится только один элемент.
В процессе изготовления необходимо проводить проверку выбранных случайным образом изделий.
Последующее натяжение
Данный способ отличается от предыдущего тем, что в процессе его применения арматура защищается от сцепления специальной оболочкой или помещается уже после его застывания в специальные отверстия или углубления. Арматурные элементы натягиваются на упоры, которые устанавливают на концах конструкции, а натяжение осуществляют непосредственно после застывания.
Для заливки применяют вибратор.
В применении данного метода есть свои особенности. Приложенную силу увеличивают до рассчитанной, а затем уменьшают до тех пор, пока она не достигнет нуля. Эту процедуру повторяют необходимое количество раз до того момента, пока не будет достигнуто нужное удлинение. Доведение арматуры до определенного удлинения, а не напряжения производится из-за того, что внутри конструкции происходит трение проволоки, которое уменьшает напряжение.
