Главная Минимаркер Мосты и тоннели Минимаркер Проектирование деревянных и железобетонных мостов Минимаркер Армирование железобетонных балок напрягаемой арматурой

Армирование железобетонных балок напрягаемой арматурой

Страница 4 из 6

При проектировании балок прежде всего должны быть выбраны тип расположения арматуры и способ создания предварительного напряжения – натяжение на упоры или на бетон. Для предварительно напрягаемой арматуры применяют сталь высокой прочности, так как вследствие потерь предварительного напряжения из–за ползучести и усадки бетона в арматуре при натяжении необходимо создавать большие напряжения. Кроме того, использование высокопрочной арматуры резко снижает расход металла.

Пучки из проволок применяют для конструкций с натяжением арматуры как на упоры, так и на бетон. Проволоки располагают в пучке концентрически с плотной обмоткой каждого ряда спиралью из тонкой проволоки (рис. 6.23, а); с оставлением полости в средней части пучка для прохода раствора при инъектировании или бетонировании пучка (рис. 6.23, б, в); применяют в виде готовых прядей с параллельными проволоками или витых прядей (рис. 6.23, г). Для улучшения сцепления арматуры с бетоном пучок можно разделить на отдельные пряди с обеспечением их взаимного положения фиксаторами, например, в виде крестов из обрезков арматуры (рис. 6.23, д).

Расположение проволок в пучках

Рис. 6.23 – Расположение проволок в пучках

На концах пучков из параллельных проволок или прядей устраивают концевые анкеры, служащие для натяжения пучков и для закрепления их концов после натяжения. Конусный анкер (рис. 6.24, а) состоит из колодки (1) с коническим отверстием и конусной пробки (2), входящей в это отверстие. Проволоки пучка проходят через щель между колодкой и пробкой и закрепляются в домкрате. После натяжения пучка пробку запрессовывают в колодку при помощи домкрата, зажимая проволоки и обеспечивая их закрепление.

Конусные анкеры

Рис. 6.24 – Конусные анкеры

Конусные анкеры можно применять в конструкциях с натяжением арматуры на бетон в качестве постоянных концевых закреплений пучков, а в конструкциях с натяжением арматуры на упоры в качестве инвентарных закреплений пучков на упорах. Для мощных пучков, состоящих из прядей, используют конусные анкеры, имеющие в конусных пробках пазы для каждой пряди (рис. 6.24, б). Такие анкеры закрепляют до 12 семипроволочных прядей из проволок d = 5 мм.

Надежное закрепление арматуры достигается с применением холодной высадки на концах проволок, образующей бочкообразную головку, диаметр которой в 1,5 раза превышает диаметр проволоки. Для закрепления проволок достаточно пропустить их сквозь анкер так, чтобы головки опирались на него (рис. 6.25). Основная часть такого анкера – пакет из пластин (1), в которых сделаны полукруглые пазы для проволок (5). Пластины стянуты болтами (2), на наружной поверхности пакета имеется резьба, на которую навинчивают стальное кольцо–корпус (4) анкера. Внутреннюю резьбу корпуса в верхней части используют для закрепления тяжа домкрата. На наружную резьбу корпуса навинчивают гайку (3), с помощью которой фиксируют усилие натяжения пучка.

Сборный натяжной анкер для пучка из 48 проволок с высаженными головками

Рис. 6.25 – Сборный натяжной анкер для пучка из 48 проволок с высаженными головками

Для конструкций с натяжением арматуры на упоры предусматривают дополнительное закрепление мощных пучков в бетоне, так как одного сцепления арматуры с бетоном недостаточно. Для этого применяют промежуточные анкеры, чаще всего каркасно–стержневые МИИТа.

Каркасно–стержневой анкер закрепляет пучок в бетоне благодаря расчленению его на отдельные пряди с небольшим числом проволок. При этом обеспечивается доступ бетона ко всем проволокам, которые трижды перегибаются в бетоне. Жесткость на перегибах, а также силы трения препятствуют продергиванию проволок.

В каркасно–стержневом анкере для пучка из 28 проволок d = 5 мм (рис. 6.26) пучок разделен на четыре пряди по семь проволок враждой Пряди поддерживают в разведенном положении диафрагмой (3) с пазами (6) и перегибают на ней в середине анкера, а также на скрутках из мягкой проволоки (1) в начале и конце анкера. Неизменность положения диафрагмы обеспечивают центральным стержнем (4). В стержне имеются отверстия (2) для заводки концов проволоки скруток. Чтобы скрутки не смещались при натяжении пучка, к концам центрального стержня приварены крестообразные упоры из планок или круглых стержней (5), которые служат также для сохранения рассредоточенного положения прядей и препятствуют скручиванию прядей по длине анкера. Планки / имеют размеры 10×15×56. Крест (8) выполнен из арматуры ∅8 (l = 55).

Каркасно–стержневой анкер

Рис. 6.26 – Каркасно–стержневой анкер

Преднапряженную арматуру можно разместить в бетоне рассредоточено – отдельными проволоками, прядями или малыми пучками. Конструкции с таким расположением арматуры называют струнобетонными. Преимуществом этой арматуры по сравнению с мощными пучками является лучшая связь с окружающим бетоном, что позволяет отказаться от устройства специальных промежуточных анкеров. Кроме того, при рассредоточенном расположении арматуры в бетоне улучшается трещиностойкость конструкции и уменьшается опасность появления усадочных трещин вдоль арматуры.

Недостаток струнобетонных балок – большая трудоемкость арматурных работ, в особенности работ по установке и натяжению струн, а также необходимость в развитии растянутой зоны бетона для размещения большого числа арматурных элементов с обеспечением прохода между ними бетона при изготовлении конструкции.

Применение в качестве арматуры высокопрочной проволоки диаметром до 5 мм. вызвано в основном высокой стоимостью стержней большего диаметра, обладающих высокой прочностью. Упрочнение углеродистой проволоки достигается протяжкой ее в холодном состоянии через отверстия небольшого диаметра с последующей термической обработкой. Высокопрочные стержни большего диаметра изготовляют только с применением легированных сталей. Использование стержневой арматуры позволяет уменьшить трудоемкость арматурных работ и поэтому весьма желательно.

Концевые анкеры стержней для закрепления в упорах выполняют в виде парных коротышей или шайб из стали Ст. 3, приваренных к стержням. Иногда применяют закрепление концов стержней на упорах и захват их домкратами при помощи гаек, навинчиваемых на резьбу, предусматриваемую на самих стержнях. Такая анкеровка очень удобна, однако нарезка ослабляет сечение стержней, а высадка их концов на больший диаметр для исключения ослабления требует кузнечных работ, выполнение которых при большой длине стержней затруднительно. Стержневую арматуру натягивают специальными домкратами. Можно применить электронагрев стержней и натяжение за счет сокращения длины стержней при остывании. Стержневую арматуру можно успешно использовать для устройства предварительно напряженных хомутов. Вертикальный или наклонный стержень перед установкой в опалубку покрывают слоем битума с обмоткой бумажной лентой или помещают в полихлорвиниловую трубку для предохранения от сцепления с бетоном. На одном конце стержня предусматривают анкер в виде приваренной шайбы или двух коротышей, а на другом конце устраивают нарезку (рис. 6.27). Натяжение производят на бетон при помощи небольшого домкрата, который упирают в шайбу, установленную под гайкой. Натяжение хомута фиксируют навинчиванием гайки.

Конструкция предварительно напряженного хомута

Рис. 6.27 – Конструкция предварительно напряженного хомута

После выбора типа предварительно напряженной арматуры проектировщик определяет расположение ее в бетоне балки.

Наиболее просты балки с одиночной прямолинейной арматурой, размещенной в нижнем поясе (рис. 6.28, a). Такая преднапряженная арматура выполняет основную задачу: воспринимает растягивающее усилие, возникающее при действии изгибающего момента, и обеспечивает прочность балки. Кроме того, воздействуя на сечения балки эксцентричным сжимающим усилием, арматура создает в сечениях сжимающие предварительные напряжения у нижнего волокна, достаточные для требуемой трещиностойкости балки.

Однако одиночная преднапряженная арматура не вполне отвечает требованиям, предъявляемым к мостовым конструкциям, и в большинстве случаев ее недостаточно, так как появляются растягивающие предварительные напряжения в верхнем волокне сечения, которые могут привести к образованию трещин в верхнем поясе балки. Несмотря на закрытие этих трещин при дальнейшем загружении балки постоянной и временной нагрузками, их все же следует считать нежелательными.

Схемы армирования преднапряженных балок

Рис. 6.28 – Схемы армирования преднапряженных балок

Кроме того, при перевозке и установке блоков на опоры, как правило, приходится опирать или подвешивать балки не за концы, а в точках, расположенных ближе к середине. В сечениях у этих точек возникают изгибающие моменты противоположного знака, вызывающие появление в верхнем поясе дополнительных растягивающих напряжений.

Поэтому наряду с основной преднапряженной арматурой, расположенной в нижнем поясе, часто оказывается целесообразным поставить и небольшое количество верхней предварительно напряженной арматуры (рис. 6.28, б). Эта арматура несколько уменьшает сопротивление сечений балки основным изгибающим моментам, так как создает сжимающие напряжения в верхнем поясе балки, которые складываются с напряжениями от полезной нагрузки.

При размещении напрягаемой арматуры из мощных пучков в сечении балки для обеспечения качественного бетонирования необходимо оставлять между пучками в свету расстояния не менее 6 см. в горизонтальном и не менее 5 см. в вертикальном направлении. Защитный слой бетона со стороны растянутой и боковых поверхностей должен быть минимум 4 см, а со стороны сжатой поверхности при наличии гидроизоляции – 3 см. Увеличение защитного слоя по сравнению с ненапрягаемой арматурой объясняется большей опасностью коррозии для пучков, состоящих из тонких проволок.

При создании преднапряжения в нижнем поясе балки возникают большие сжимающие напряжения, а в верхних волокнах бетона – растягивающие напряжения. В сечениях у середины пролета эти напряжения уменьшают изгибающий момент от собственного веса балки. У опор изгибающий момент невелик, поэтому целесообразно выключение части основной преднапряженной арматуры из работы в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Для этого можно освободить концевые участки пучков рабочей арматуры от сцепления с бетоном обмазкой битумом и обмоткой бумагой. Анкеры для закрепления концов этой арматуры в бетоне должны ставиться не у торцов балки, а в местах, где выключаемые пучки становятся ненужными по расчету (рис. 6.28, а, б).

Улучшение работы балки на поперечную силу может быть обеспечено приданием основной рабочей арматуре криволинейного или полигонального очертания (рис. 6.28, в). В этом случае на опорных участках усилие предварительного напряжения действует наклонно к оси балки, а вертикальная составляющая его вызывает появление в сечениях балки поперечной силы, направленной противоположно поперечной силе от внешней нагрузки. Суммарная поперечная сила становится меньше, что позволяет несколько уменьшить толщину стенки балок у опор при тех же значениях главных растягивающих напряжений и сократить расход металла на хомуты.

Кроме того, наклонная арматура позволяет рассредоточенно разместить анкеры на торце балки. Отвод арматуры в верхнюю зону у опор уменьшает плечо силы предварительного напряжения и, следовательно, величину предварительных напряжений на опорных участках, поэтому концевые участки рабочей арматуры можно не выключать из работы. Применение полигональной арматуры усложняет и утяжеляет конструкцию упоров, которые должны воспринимать усилие преднапряжения, передающееся на них с большим эксцентриситетом. В местах перелома осей полигональной арматуры требуется установка оттяжек, работающих на восприятие равнодействующей усилий в арматуре до и после перелома. При тонких стенках возможно зависание бетона на наклонных пучках и образование раковин при бетонировании балок.

Главные растягивающие напряжения целесообразно погашать силами, направление которых близко к направлению главных растягивающих напряжений. Этому требованию удовлетворяют конструкции с предварительно напряженными хомутами, устанавливаемыми под углом 60–70° к оси балки (рис. 6.28, г). Применение вертикальных хомутов уменьшает их эффективность, но упрощает изготовление балок.

Преднапряженные хомуты, обжимая стенку балки в вертикальном направлении, исключают появление трещин в бетоне от действия эксцентричной нагрузки на плиту Т–образного блока и позволяют в ряде случаев уменьшить толщину стенки. Для повышения прочности стенки при действии на плиту эксцентричной нагрузки хомуты смещают относительно середины стенки, что увеличивает плечо внутренней пары в сечении стенки.

Значительные местные растягивающие напряжения, возникающие у торцов балок в результате сосредоточенной передачи усилий предварительного напряжения основной рабочей арматуры на бетон, могут быть погашены с помощью поперечного обжатия стенки преднапряженными хомутами, которые обычно ставят более концентрированно у опор.

Для снижения трудоемкости арматурных работ можно применять способ непрерывного армирования, основная идея которого состоит в том, что с помощью специальной машины арматуру по одной–две проволоки с проектным натяжением наматывают на анкеры, закрепленные на упорах. После бетонирования и твердения бетона анкеры освобождают и усилие натяжения обжимает бетон. При непрерывном армировании можно легко получить экономию арматуры, обрывая часть ее в пролете (рис. 6.28, д). Анкеры могут быть горизонтальными трубчатыми, внутри которых находятся закрепляемые на упорах балки, или вертикальными, надеваемыми на консольные выступы в упорах.

Непрерывное армирование позволяет объединить работы по изготовлению, укладке и натяжению рабочей преднапряженной арматуры в одну операцию, выполняемую полуавтоматической установкой.

При натяжении арматуры на бетон пучки размещают в каналах по всей длине или на концах, где их закрепляют. Диаметр канала должен быть достаточным для свободного натяжения пучков без больших потерь на трение пучка о стенки канала, а также для прохода цементного раствора при инъектировании канала после натяжения. Для однорядного пустотелого пучка при инъектировании через отверстие в анкере с подачей раствора в полость пучка допускается превышение внутреннего диаметра канала над наружным диаметром пучка на 5 мм. В других случаях диаметр канала должен быть больше диаметра пучка не менее чем на 15 мм.

В настоящее время, как правило, применяют каналы с бетонными стенками, устраиваемые при изготовлении конструкции с помощью специальных каналообразователей, извлекаемых после приобретения бетоном достаточной прочности. В качестве каналообразователей применяют металлические и полиэтиленовые трубы, резиновые шланги.

Радиус отгиба пучков в каналах должен быть не менее 4 м. для исключения смятия бетона стенок канала и дополнительных напряжений в проволоках пучка в местах перегиба, а также уменьшения сил трения, возникающих здесь при натяжении пучков и вызывающих большие потери предварительного напряжения в средней части пучка даже при натяжении его одновременно двумя домкратами с обоих концов.

Концы арматурных пучков должны иметь отверстия для инъектирования в канал цементного раствора; возможно также устройство боковых отверстий с трубками.

При открытом расположении арматуры, например на дне корытообразного сечения, инъектирование заменяют заполнением каналов или устройством защитного слоя бетона после натяжения арматуры. Эти операции проще инъектирования и легче поддаются контролю. Недостатком размещения арматуры в открытых каналах является отсутствие предварительного напряжения в защитном слое бетона, укладываемом после натяжения арматуры. При действии на пролетное строение нагрузок в защитном слое возникают растягивающие напряжения.

В настоящее время балки, изготовляемые целиком, как правило, делают с натяжением арматуры на упоры. При этом исключаются мелкие трудоемкие операции по образованию каналов, вводу в них арматурных элементов и инъектированию цементного раствора, контроль качества которого затруднителен.

Арматура связана с бетоном непосредственно. Натяжение на бетон для пролетных строений с простыми балками применяют в основном в поперечно члененных конструкциях.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика