Для плавного отпуска натяжения арматуры при изготовлении предварительно-напряженных железобетонных конструкций применяют клиновые, песочные и винтовые устройства, поворотные упоры и другие приспособления.
Клиновые устройства устанавливают с одной стороны упоров стенда между упором и зажимом, до начала натяжения арматуры; при этом перемещающийся клин удерживается в исходном положении тормозным устройством. При отпуске натяжения перемещающийся клин с помощью гайки вытягивается вверх, и усилия плавно передаются с упоров на бетон.
Песочные устройства служат для одновременного плавного отпуска натяжения пакетов проволок на стендах, а также для отпуска натяжения стержневой арматуры в силовых формах. Песочные устройства устанавливают на стендах между упорами и подвижными траверсами. При изготовлении конструкций в силовых формах песочные устройства размещают в силовом поддоне, создавая возможность плавного перемещения его торцовых частей с упорами к середине поддона.
Песочное устройство представляет собой цилиндр с крышкой, заполненный песком. Нагрузка от натяжения передается на крышку-поршень цилиндра, песок сжимается и препятствует смещению крышки-поршня до тех пор, пока закрыто отверстие в стенке цилиндра. При отпуске натяжения отверстие открывают, песок начинает вытекать из цилиндра, крышка-поршень получает возможность углубляться внутрь цилиндра и натяжение арматуры передается на бетон. Песочные устройства наполняют сухим песком крупностью 0,2 мм перед каждым натяжением арматуры. Для повышения надежности их следует защищать от увлажнения и замораживания. »
При изготовлении предварительно-напряженных конструкций с натяжением арматуры на упоры форм или стендов передача усилий обжатия на бетон является ответственной завершающей операцией технологического процесса изготовления конструкции. Несоблюдение определенных условий и приемов передачи напряжения с упоров на бетон часто приводит к снижению несущей способности конструкции, возникновению продольных трещин, отколов, нарушению сцепления арматуры с бетоном в зоне анкеровки.
Обжатие бетона предварительно-напряженной арматурой производится после достижения им необходимой (передаточной) прочности, обеспечивающей заанкеривание арматуры.
Передаточная прочность бетона — это нормируемая прочность бетона предварительно-напряженных конструкций к моменту передачи на него усилия предварительного натяжения арматуры.
Передаточная прочность регламентируется проектом, ГОСТом или техническими условиями на изготовление изделий; контроль и оценка ее производятся в соответствии с требованиями ГОСТ 13015—75 «Изделия железобетонные и бетонные. Общие технические требования» и ГОСТ 18105—72 «Бетоны. Контроль и оценка однородности и прочности».
Представляет собой частотомер, выполненный в виде электромеханического счетчика, на выход которого подключается индукционный датчик. Прибором пользуются следующим образом; вручную (щипком или ударом) возбуждают колебания арматуры; к колеблющейся арматуре подносят датчик и фиксируют его положение на расстоянии 5 мм от арматуры в течение 10 с; снимают показания счетчика в импульсах и герцах, после чего с помощью градуированного графика определяют усилие натяжения или контролируемое напряжение.
Электронно-счетный измеритель напряжения арматуры ЭСИН-1Д позволяет вести контроль за напряженным состоянием арматуры дистанционно.
Прибор состоит из электронно-счетного быстродействующего частотомера, датчика с инерционной массой, усилителя мощности и вибровозбудителя. Датчик и вибровозбудитель объединены в один блок и закреплены при помощи упругой скобы непосредственно на арматуре, обеспечивая ее колебания, частота которых фиксируется частотомером. Результат измерения (частота) автоматически регистрируется на цифровом табло.
При близко расположенных источниках электрических помех (сварке, работе крана и т. д.) возможны искажения показаний. »
Надежность и долговечность предварительно-напряженных железобетонных конструкций зависит от соблюдения заданного усилия натяжения арматуры. При недостаточном усилии натяжения арматуры и соответственно неполном обжатии бетона конструкция имеет пониженные трещиностойкость и жесткость. Чрезмерно большое напряжение приводит к появлению продольных трещин в сжатой зоне, что также снижает эксплуатационные качества конструкций.
Контроль натяжения арматуры — важная технологическая операция. Отклонения, допущенные при изготовлении предварительно-напряженных конструкций, могут быть обнаружены только при испытании готовых изделий, поэтому в процессе производства необходимо контролировать: равномерность натяжения арматуры (при натяжении); степень натяжения арматуры (перед бетонированием); надежность заанкеривания арматуры в бетоне (перед отпуском натяжения).
Неравномерность распределения усилий часто имеет место при групповом натяжении из-за того, что отдельные арматурные элементы (пряди, проволоки, стержни) с неодинаковой начальной подтяжкой позже включаются в работу и напрягаются меньше остальных.
При электротермическом натяжении арматуры неравномерность натяжения объясняется разной степенью износа отдельных упоров в формах. Разница в удлинении остывающих заготовок может достигать 3 мм, что приводит к уменьшению предварительного напряжения на 80—100 МПа. Недобор напряжения при электротермическом натяжении может происходить и от начального искривления арматурных элементов. »
Электротермомеханический метод натяжения арматуры преимущественно используется при непрерывном армировании конструкций, которое позволяет создавать одно-, двух- и трехосное напряжение конструкций, применять комплексную механизацию и автоматизацию процесса и более экономно использовать арматуру. Цель непрерывного армирования — устранение перенапряжения арматуры при огибании проволокой упоров и штырей.
Оборудование для натяжения. Для натяжения проволочной арматуры при непрерывной навивке применяют два типа машин: стационарные и передвижные.
Стационарная машина 6899/8А с передвижным мостом предназначена для изготовления плоских сплошных и пустотных предварительно-напряженных панелей длиной до 6400 мм и шириной до 4200 мм.
Проволока диаметром до 6 мм навивается на поддон, закрепленный на посту. Сматываемая с бухтодержателя арматура проходит через подтормаживающее устройство, механизм подачи, поли-спастную систему, затем попадает по изолированным блокам на заземленный блок наверху пиноли. С верхнего блока через пиноль проволока проходит к нижнему выходному блоку, при движении которого и происходит намотка на упоры формы. Процесс намотки полностью автоматизирован, машина оборудована командно-счетным механизмом, устройствами для автоматической резки и закрепления концов проволоки и комплектом приборов для автоматической подачи тока от сварочного трансформатора. »
Сущность электротермического натяжения арматуры заключается в том, что арматурные элементы, нагретые электрическим током до требуемого удлинения, фиксируются в жестких упорах или на торцах железобетонных изделий, которые препятствуют укорочению элементов при остывании, вследствие чего в них возникают заданные напряжения.
Напрягаемые арматурные элементы имеют по концам зажимные устройства в виде высаженных головок, напрессованных шайб, клиновых зажимов и т. п.
Электротермический способ применяют преимущественно для натяжения стержневой и прядевой арматуры различных диаметров.
Оборудование для натяжения. В зависимости от принятого порядка натяжения арматуры различают установки с нагревом стержней вне формы и непосредственно в форме.
Установка конструкции завода ЖБИ № 5 Главмоспромстройма-териалов предназначена для одновременного нагрева вне формы трех-четырех стержней диаметром 10... 16 мм. »
Оборудование для натяжения. Механический способ натяжения заключается в растяжении арматуры осевой нагрузкой, создаваемой гидравлическими или винтовыми домкратами, грузовыми устройствами с системой блоков, а также специальными машинами при непрерывном армировании высокопрочной проволокой.
Механизмы, применяемые для натяжения линейной арматуры, условно делят на две группы: домкраты, представляющие собой переносные или передвижные устройства без дополнительного оборудования, и натяжные машины (стационарные или передвижные), оборудованные дополнительными узлами, приводами и механизмами для выполнения вспомогательных операций.
Натяжение стержневой арматуры, пучков высокопрочной проволоки и прядей с резьбовыми и гильзовыми анкерами производят однопоршневыми гидравлическими домкратами типа СМЖ-86, СМЖ-25, СМЖ-82 и СМЖ-84. Эти домкраты могут быть использованы также при натяжении прядевой и стержневой арматуры, пучков и пакетов с помощью специальных инвентарных зажимов типа НИИЖБ, присоединяемых к штоку домкрата захватной муфтой, а также зажимов типа УНАЭ, групповых клиновых и волновых зажимов с использованием инвентарных тяг с захватами.
Натяжение проволочных пучков с закреплением их клиновыми анкерами на торцах железобетонных конструкций осуществляют домкратами двойного действия типа СМЖ-81, имеющими механизм для запрессовки пробки.
Гидродомкраты работают в комплекте с передвижными насосными станциями типа НСР-400 с ручной подкачкой масла и НСП с электроприводом. »
Эти способы применяются для всех видов арматуры при электротермическом, а также механическом способах натяжения.
Способ закрепления арматуры изменением формы концов стержней заключается в том, что на стыкосварочных или специальных машинах путем осадки разогретого конца стержня делаются утолщенные головки. Диаметр головки на стержневой арматуре должен быть равен полутора — двум диаметрам стержня; длина конца стержня, необходимая для высадки головки, принимается равной 2,5d+5 мм. Для образования хорошей опорной поверхности на конец стержня перед высадкой надевается шайба.
При закреплении арматурных стержней из несвариваемых и ограниченно свариваемых сталей диаметром до 22 мм на концах опрессовочными машинами МО-5 обжимают шайбы из мягкой стали.
Высадка головок на высокопрочной проволоке холодным способом осуществляется на прессе типа СМЖ-155 в закрытом штампе.
Горячая высадка промежуточных и концевых головок на проволоке производится на автоматах НИИЖБ. Диаметр высаженной головки принимается равным 1,6...1,85 диаметра проволоки.
Прядевую арматуру при натяжении закрепляют опрессованными на концах прядей гильзами из стали марки СтЗ. Опрессовка гильзы производится гидравлическим 100-тонным прессом путем продавливания через отверстие стальной матрицы (диаметр отверстия на 3 мм меньше диаметра гильзы). При необходимости на гильзах после опрессовки нарезается резьба. »
Арматурные элементы. Предварительно-напряженные сборные железобетонные конструкции армируются отдельными проволоками и стержнями, проволочными прядями и пучками, а также проволочными пакетами с различным числом струн. Выбор конструктивного типа напрягаемой арматуры зависит от вида изделий и оборудования, применяемого для натяжения арматуры.
Арматурные элементы, применяемые в конструкциях, состоят из собственно арматуры, различных устройств для ее закрепления при натяжении и приспособлений для обеспечения проектного расположения отдельных стержней и проволок. В зависимости от принятого способа производства длина арматурных элементов равняется длине одного или нескольких изделий, если они формуются на одной технологической линии.
В зависимости от способа натяжения арматуры различают две группы устройств для закрепления арматуры: зажимы и анкеры.
Зажимы применяют для временного закрепления арматуры при натяжении на упоры форм и стендов; следовательно, зажимы являются составной частью технологического оборудования.
Анкеры служат для передачи усилия от напряженной арматуры на бетон, т. е. для постоянного закрепления напряженной арматуры; они являются составной частью изготовляемой конструкции. »
Механическое натяжение арматуры осуществляется натяжными машинами и гидродомкратами, а также различными винтовыми и рычажными устройствами.
Электротермическое натяжение арматуры основано на использовании линейного расширения арматуры при ее нагреве электрическим током. Концы удлиняющейся арматуры закрепляют в захватах (при натяжении на упоры) или анкерами (при натяжении на бетон), препятствующими сжатию арматуры при охлаждении, поэтому в ней возникают растягивающие напряжения.
Другой разновидностью электротермического натяжения является способ, основанный на предварительной обмазке арматуры слоем эпоксидной термореактивной смолы, способной при нагревании полимеризоваться, переходя в твердое состояние. После бетонирования и твердения бетона арматуру нагревают электрическим током до температуры 300°С, при которой она удлиняется; одновременно полимеризуется и твердеет смола, обеспечивая прочное сцепление бетона с арматурой и закрепляя арматуру в натянутом состоянии.
Электротермомеханическое натяжение арматуры применяется при непрерывном армировании намоточными машинами. Сущность этого способа заключается в том, что проволока, натягиваемая грузом или тормозным устройством на 30 ...50% заданного напряжения, одновременно в процессе намотки нагревается электрическим током. Проволока, намотанная в горячем состоянии на штыри или упоры стендов с неполным натяжением, при остывании напрягается до заданного значения. »
Технология изготовления предварительно-напряженных конструкций тесно связана с их конструктивным решением, видом напрягаемой арматуры, способом ее натяжения, устройствами для обжатия и другими технологическими особенностями. Современная технология заводского производства предварительно-напряженных изделий дает возможность изготовления их широкой номенклатуры с применением различных технологических приемов.
Основные технологические особенности изготовления предварительно-напряженных изделий, характеризующие принятый способ производства, — время натяжения арматуры, способ образования
арматурного каркаса (пакета), способ натяжения арматуры и способ передачи напряжения арматуры на бетон.
Время натяжения арматуры определяет основные виды предварительно-напряженных конструкций:
а) конструкции, в которых натяжение арматуры производится до бетонирования изделия на упоры стендов или форм;
б) конструкции, в которых арматура напрягается во время твердения бетона, приготовленного на расширяющемся (напрягающем) цементе;
в) конструкции, в которых натяжение арматуры осуществляется на отвердевший бетон изделия, принимающий на себя сжимающие усилия от напряженной арматуры. »
Железобетон имеет существенный конструктивный недостаток — невысокую трещиностойкость, объясняемую слабым сопротивлением бетона растягивающим усилиям (не более 12% его прочностипри сжатии). Предельная растяжимость бетона любых марок не превышает 0,2 мм/м; в то же время напряжения в растянутой арматуре при таких деформациях бетона невелики и составляют примерно 20...25% ее расчетной прочности.
Повышение марки бетона незначительно увеличивает прочность бетона при растяжении, а применение высокопрочной арматуры в обычном железобетоне нерационально, так как повышение напряжений в арматуре приводит к увеличению раскрытия трещин в растянутой зоне бетона.
Попытки подвергнуть железобетон обжатию натянутой стальной проволокой для повышения его трещиностойкости делались еще в конце прошлого века, но отсутствие в то время высокопрочных сталей не позволило разрешить эту проблему. Только в 30-х годах нашего столетия в связи с успехами в производстве стали и получении повышенных марок бетона была достигнута возможность практического применения напряженного железобетона.
Разработкой промышленного применения предварительно-напряженного железобетона в СССР и за рубежом занимались многие ученые и научные коллективы. Большое значение в освоении технологии предварительно-напряженных конструкций имеют работы советских ученых и инженеров. »