Конструкции с обычным армированием и с предварительно-напряженной арматурой

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

ОБЫЧНОЕ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННОЕ АРМИРОВАНИЕ 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 9

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 10

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Армирование - способ увеличения несущей способности конструкции материалом, имеющим повышенные прочностные свойства относительно основного материала изделия.

Армирование железобетонных конструкций представляет собой  внедрение в толщу материала  стальных сеток, стержней, каркасов и  т.д. Такие дополнительные элементы придают изделию дополнительную прочность за счет восприятия растягивающих  напряжений. Такая арматура называется рабочей. Кроме нее, в железобетонные изделия часто закладываются детали, предназначенные для соединения готовых изделий, распределительную арматуру, монтажные петли.

Применяется при изготовлении железобетонных и каменных конструкций, изделий из стекла, пластмасс, керамики, гипса и другие.

Армирование железобетона осуществляется преимущественно стальной арматурой; однако в последнее время, все большее применение получает композитная арматура. Различают обычное и предварительно напряжённое армирование. Последнее позволяет повысить трещиностойкость, жёсткость и долговечность конструкций. Также известны системы внешнего армирования, которые обычно применяются для восстановления изношенных объектов инфраструктуры. В качестве материалов используются композиционные материалы - углепластики.

Армирование может  быть обычным и предварительно напряженным. Возможности обычного армирования  ограничены, несмотря на то, что оно  способно существенно увеличивать  несущую способность готовых  конструкций. Объясняется это невысокой  растяжимостью бетона – даже небольшая  нагрузка способствует появлению в  нем трещин, прогибов и т.д. Такого рода дефекты, в свою очередь, способствуют попаданию влаги внутрь материала, что оборачивается коррозией  арматурной стали. Для того, чтобы преодолеть этот барьер, и были созданы предварительно напряженные конструкции. Этот метод был впервые испробован на практике в 1928 году инженером Фрейсине. Предварительное напряжение конструкции достигается за счет обжатия бетона натянутой арматурой. Поэтому силы, воздействующие на батон, вынуждены сначала нейтрализовать уже имеющееся обжатие.

 

ОБЫЧНОЕ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНО-НАПРЯЖЕННОЕ АРМИРОВАНИЕ

 

По виду армирования различают  изделия с обычным армированием и предварительно напряженные. При  обычном армировании в растянутой зоне изгибаемой конструкции возникают трещины, так как предельная растяжимость бетона в 5 - 6 раз меньше, чем стали. Это не признак того, что конструкция исчерпала свою несущую способность, но при этом возникает опасность коррозии арматуры вследствие нарушения защитного слоя бетона, и долговечность конструкции резко снижается.

В предварительно напряженном  железобетоне арматуру предварительно напрягают (растягивают), а после  твердения бетона освобождают от натяжения. Стремлению арматуры сократиться  препятствует бетон, при этом в нем  возникают сжимающие напряжения (предварительное обжатие), а в арматуре сохраняются предварительные растягивающие напряжения. 

Пустотные и ребристые  панели делают как с обычным армированием, так и предварительно-напряженные, армированные высокопрочной проволокой или стержнями. 

В зависимости от условий  применения арматуру подразделяют на ненапрягаемую, используемую для обычного армирования, и напрягаемую, используемую в предварительно напряженном железобетоне. 

Поперечные балки - траверсы и ригели для многоярусных эстакад, служащие опорами для трубопроводов, выполняются прямоугольного сечения из железобетона с обычным армированием. 

В пролетных строениях  первого вида применяются несущие  балки пролетом 6 - 12 м таврового, двутаврового и прямоугольного сечения  из сборного железобетона с обычным армированием и с предварительно-напряженной арматурой. В пролетных строениях второго вида чаще применяются фермы с параллельными поясами.

Железобетонный прогон ( марки П и ПТ) применяют для пролета в свету 5600 мм. Прогоны могут иметь как обычное армирование, так и предварительно напряженную стержневую арматуру.

Широкое применение в строительстве  находят сваи из цилиндрических железобетонных центрифугированных труб, а также  сваи с предварительно напряженной  арматурой. Последние имеют существенное преимущество перед сваями с обычным армированием, так как обладают значительно большей трещиностойкостью и, следовательно, большей долговечностью при работе свай в агрессивной среде и суровых климатических условиях. 

В конструкциях и элементах  без предварительного напряжения арматуры достичь полной трещиностойкости бетона можно лишь ценой примерно пятикратного увеличения расхода арматурной стали, что, кроме того, требует увеличения сечения конструкции, чтобы можно было разместить эту арматуру. Поэтому практически лишь в предварительно напряженных конструкциях и элементах можно обеспечить работу бетона без раскрытия поперечных трещин. Что касается конструкций с обычным армированием, то вопрос может стоять только о допустимом раскрытии трещин. Раскрытие трещин уменьшает жесткость железобетонных конструкций и ухудшает их эксплуатационные качества. Но, пожалуй, наиболее существенное влияние трещины оказывают на долговечность железобетонных конструкций.

Предельная температуростойкость железобетона: в сжатых элементах 150˚С, в изгибаемых с обычным армированием 100˚С, в предварительно напряженных со стержневым армированием 80˚С и проволочным 60˚С. 

Масла и растворители, не содержащие кислот, химически неактивны, однако вызывают ползучесть бетона и  нарушают сцепление с ним арматуры. Предельная температуростойкость железобетона: в сжатых элементах 150˚С, в изгибаемых с обычным армированием 100˚С, в предварительно напряженных со стержневым армированием 80˚С и проволочным 60˚С. Обычное армирование осуществляется с помощью плоских сеток и пространственных (объемных) каркасов, изготовленных из стальных стержней различного диаметра, сваренных между собой в местах пересечений. Такой вид армирования не предохраняет конструкции, работающие на изгиб или растяжение, от образования трещин, так как предельная растяжимость бетона в 5 - 6 раз меньше, чем стали. 

В железобетонных трубах с обычным армированием невозможно создать достаточное гидростатическое давление по той причине, что в бетоне стенок труб при этом появляются мельчайшие трещины и труба начинает течь.

В обычных железобетонных конструкциях, испытывающих изгибающие и растягивающие напряжения, в  период эксплуатации могут возникнуть трещины. Поэтому в растянутые зоны железобетонных конструкций устанавливается  предварительно - напряженная арматура. Это с одной стороны повышает трещиностойкость конструкций, а с другой стороны способствует существенному сокращению расхода арматурной стали.

Предварительное напряжение железобетонных конструкций можно  осуществить несколькими способами:

 – передачи бетону  предварительного напряжения арматуры  путем непосредственного сцепления  бетона с арматурой, натянутой  до бетонирования на упоры; 

– сцеплением, обеспечиваемым раствором нагнетаемым в каналы, в которые укладывается арматура, после того как бетон наберет  требуемую прочность;

 – без сцепления  путем анкеровки концов арматурных элементов;

 – путем применения  напрягающих бетонов, которые  расширяясь в процессе твердения напрягают арматуру.

На заводах ЖБИ в  основном используется первый способ. Второй и третий способ применяют  при возведении массивных сборно-монтажных  конструкций.

Способы натяжения арматуры следующие:

– механический, с помощью натяжных машин или гидравлических домкратов;

– электрический, при котором арматурные стержни нагревают электрическим током с целью получения определенного удлинения. Уложенные в таком состоянии в форму на упоры они при остывании укорачиваются и в них возникают необходимые натяжения;

– электромеханический является совокупностью первых двух. Этот способ применяют преимущественно при армировании высокопрочной проволокой непрерывной навивкой при натяжении на затвердевший бетон изделия, например труб.

Для фиксации предварительно-напряженной  арматуры используют анкеры и зажимы. На стержневой напрягаемой арматуре выполняются концевые анкеры трех видов, которые даны на рисунке-1.

Анкеры имеют различную  конструкцию в зависимости от вида закрепления арматуры. Для закрепления  проволочной арматуры в виде пучков применяются два типа анкеров: конический анкер с натяжением арматуры домкратом  двойного действия (рисунок-2); гильзовый анкер с натяжением арматуры стержневым домкратом.

Рисунок-1. Анкеры одноразового пользования при натяжении стержневой арматуры:

1 – напрягаемый стержень;

2 – обжатая шайба; 

3 -шайба толщиной 3-5 мм;

4 – высаженная головка; 

5 – приваренные коротыши  арматуры

 

Рисунок-2. Конический анкер:

а – разрез анкерного  устройства;

б – разрез пучка;

в – колодка;

г – коническая пробка;

1 – колодка; 

2 – проволоки пучка; 

3 – пробка;

4 – распределительная  плита

Пучки с коническими анкерами собирают из 8-24 высокопрочных проволок, выправленных и нарезанных на правильно-отрезных автоматах. Длину проволок принимают  на 25-30 см больше длины изделия.

Для получения пучка проволоки  симметрично располагают вокруг спиралей диаметром 30-40 мм и закрепляют скрутками из отожженной проволоки, которые ставят на расстоянии не более 1 м.

Конический анкер состоит  из колодки с коническим отверстием для пропуска пучка проволок и  конусной полой пробки с диаметром  основания от 32 до 55 мм, изготовленных  из конструкционной стали марки 45 с закалкой в электрических  печах. Боковая поверхность конусных пробок во избежание проскальзывания  натянутых проволок имеет нарезку. Отверстие внутри пробки предназначается для нагнетания цементного раствора внутрь канала. Гильзо – стержневой анкер для пучка получается обжатием стальной гильзой проволок пучка вокруг стального профилированного стержня. Стержень заканчивается винтовой нарезкой для присоединения к домкрату и закрепления пучка после натяжения посредством гайки (рисунок-3.).

Зажимы являются универсальными устройствами для многоразового  применения для закрепления стержневой, проволочной и прядевой арматур.

В зависимости от числа  одновременно закрепляемых проволок, стержней и прядей различают зажимы одиночные и групповые. Для закрепления  одного элемента широко применяются  различные цанговые зажимы (рисунок-4). Принцип действия этого зажима основан на применении трех-клинового устройства, обеспечивающего большие силы трения от усилия натяжения арматуры. Эти зажимы просты и надежны в эксплуатации. Они выдерживают до 100 и более циклов работ.

Клиновые зажимы служат для  закрепления прядевой арматуры. Колодина делается закрытой с плоскими клиньями на одну или две пряди (рисунок-5). Для стендов применяют групповые зажимы с волнистыми трещинами для закрепления высокопрочной проволоки в виде пакетов (до 28 штук). После укладки проволок между пластинами пакет обжимают в гидравлическом прессе с усилием до 80т и закрепляют клином или стопорными болтами (рисунок-6).

Рисунок-3. Пучковые анкеры:

а – гильзовый;

б – гильзово-стержневой;

1 – гайка; 

2 – гильза;

3 – проволоки арматурного  пучка;

4 – разделительное кольцо;

5 – часть стержня с  кольцевой нарезкой;

б – часть стержня с кольцевыми канавками

Рисунок-4. Зажим цанговый:

а – зажим в сборе;

б – детали зажима;

1 – корпус;

2 – губки зажимные;

3 – толкатель; 

4 – шайба; 

5 – пружина; 

6 – хвостик

 

Рисунок-5. Клиновые зажимы для прядевой арматуры:

а – для двух прядей;

б – для одной пряди;

1 – клин;

2 – обойма;

3 – прядь

 

 

 

Рисунок-6. Волновой зажим:

1 – корпус;

2 – рамки; 

3 – пластины с волнистой  поверхностью;

4 – клин;

5 – шпилька; 

6 – рым

Механический способ натяжения  заключается в растяжении арматуры осевой нагрузкой, создаваемой обычно гидравлическими или механическими  домкратами, рычажными и грузовыми  устройствами (типа лебедок), а также  специальными машинами (при непрерывном  армировании).

Натяжение арматуры на упоры  формы и стендов может быть одиночным (каждый арматурный элемент  натягивается отдельно) и групповым (одновременно натягиваются несколько  элементов или вся напрягаемая  арматура изделия) в зависимости  от вида конструкции, расположения в  ней натягиваемой арматуры, числа  натягиваемых арматурных элементов, общего усилия их натяжения и наличия  оборудования необходимой мощности. При концентрированном расположении арматуры по сечению изделия рекомендуется  применять групповое натяжение  арматуры.

Если при заготовке  невозможно обеспечить требуемую точность длины арматурных элементов, до группового натяжения следует предварительно подтягивать каждый элемент усилием, не превышающим 10% проектного.

Натяжение арматуры на стендах  рекомендуется производить в  два этапа. На первом этапе арматуру натягивают с усилием, равным 40…50% заданного. Затем проверяют правильность расположения напрягаемой арматуры, устанавливают закладные детали, сварные арматурные сетки и каркасы и закрывают борта форм. На втором этапе арматуру натягивают до заданного проектного усилия с перетяжкой на 5…10%, при которой арматуру выдерживают в течении 3-5 мин, после чего натяжение снижают до проектного.