ЕЛЕКТРОТЕРМІЧНИЙ СПОСІБ НАТЯГАННЯ АРМАТУРИ

Завдання. Визначити довжину напружуваного елемента, температуру,

а також параметри струму електронагрівання.

Електротермічний спосіб натягання арматури застосовують у промисловості збірного залізобетону з 60-х років. У наш час майже 80% попередньо-напружених конструкцій в Україні виготовляють з цим способом натягання арматури. При напруженні арматури електротермічним способом нагріті електричним струмом до зазначеного подовження арматурні елементи фіксують у жорстких упорах форм або піддонів, які перешкоджають скороченню арматури під час охолодження, внаслідок чого в них виникає задане напруження.

Схема установки для електротермичного натягу арматури показана на рис. 5.1. Основними вузлами установки є нерухома / і рухлива 2 контактні стійки, зварювальний трансформатор із дроселем і магнітною станцією. Електричний струм надходить у ланцюг зварювального трансформатора при включенні контактора КЛ кнопкою КП. При цьому стрижні арматур, нагріваючись, подовжуються й рухлива стійка пересувається. По досягненні розрахункової температури, що відповідає необхідному подовженню стрижня, важіль впливає на кінцевий вимикач KB, що розриває електричний ланцюг котушки контактора КЛ, і трансформатор відключається від мережі.

Рис. 5.1. Схема установки для електротермічного натягу стрижнів арматури

Одночасно загоряється сигнальна лампа ЛС, що вказує на готовність стрижнів. Потім стрижні знімаються зі стійок, укладаються у форму, рухлива стійка під дією пружини повертається у вихідне положення, і цикл повторюється.

При електротермічному натяганні аби уникнути зниження умовної границі текучості і тимчасового опору розриву напружуваної арматури температура нагрівання не повинна перевищувати значень, наведених у табл.5.1.

Таблиця 5.1. Розміри шайб для опресування

Тривалість нагрівання у межах 0,5-10 хвилин істотно не впливає на властивості як гарячекатаної, так і термічно зміцненої стержньової арматурної сталі. Проте для підвищення продуктивності праці і зменшення витрат електроенергії рекомендується приймати тривалість нагрівання 1-3 хв. В той же час, тривале нагрівання високоміцного дроту впливає на механічні характеристики цієї сталі. Тому час нагрівання високоміцної дротяної арматури не повинен перевищувати величин, наведених у табл.5.2.

Температура нагрівання контролюється за величиною подовження сталі, а також термопарами, термоолівцями та іншими приладами, що забезпечують вимір температури з максимальною похибкою не більш 20 і не перешкоджають здійсненню технологічних операцій нагрівання і натягу арматури. Аби запобігти місцевому перегріву, потрібно забезпечувати щільний контакт струмопроводних затискачів до арматури. Зусилля притискання повинно бути не менше 2 кН (для стержнів великого діаметра), 1 кН (для стержнів діаметром від 10 до 14 мм) і 0,2 кН (для дроту).

Таблиця 5.2 Температура і час електронагрівання арматурної сталі

При натяганні арматури електротермічним способом величина ₀+₀ не повинна прийматися більш як R_а^н (0,95_т), де R_а^н – нормативний опір сталі (_T – границя текучості), МПа; ₀ – допустиме граничне відхилення величини ₀ (МПа), значення якого залежать від довжини виробу L_в, м (табл.5.3).

При електротермічному способі натягання арматури з високоміцного дроту класу Вр-II величина ₀+₀ не повинна прийматися більше 0,7R_а^н.

Величина попереднього напруження, ₀, при електротермічному способі натягання досягається забезпеченням заданого подовження арматури l₀, яке визначається за формулою:

мм, (5.1),

де Е_поч – початковий модуль пружності арматурної сталі, МПа; L_y — відстань між зовнішніми гранями упорів на формі, піддоні або стенді, мм; L_y=l_в+2l_y (l_в – довжина виробу, мм; l_y=150…200 мм – (рис. 5.3, а); k — коефіцієнт, який враховує пружнопластичні властивості сталі; визначається відповідно до даних табл.5.4, ₀ – гранично допустиме відхилення попереднього напруження арматури, МПа.

Таблиця 5.3

*Примітка — при проміжних значеннях довжини виробу граничне відхилення попереднього напруження арматури ₀ визначають лінійною інтерполяцією.

Орієнтовне подовження стержньової арматури (l₀), мм, при електротермічному натяганні приймають по табл.5.5.

Повне подовження арматури при її електронагріванні визначають за формулою:

l_п=l₀+l_з+l_ф+l_н+С_t, мм, (5.2),

де l_з – величина зсуву губок інвентарних затискачів відносно корпусу, деформація шайб під висадженими головками, зминання висаджених головок, опресованих шайб, упорів і таке інше, мм — l_з=2m×₀, де m=0,02 і 0,03 мм³/кгс відповідно для анкерів типу “обтиснута обойма” і “висаджена голівка”; l_ф – поздовжня деформація форми, піддона або стенда, мм — l_ф=1…3 мм – для піддонів довжиною 6…12 м з жорсткими упорами; l_ф=3…4 мм для форм з поворотними упорами; С_t – додаткове подовження, що забезпечує вільне укладання арматурного стержня в упори з урахуванням охолодження при переносі (приймається не менше як 0,5 мм на 1 м довжини стержня); l_н – залишкова деформація, що виникає внаслідок нагрівання високоміцного дроту:

l_н=5×10^-6(t_р-300)l_y; t_p=350…400C – рекомендована температура нагрівання.

Температуру нагрівання арматури для забезпечення заданого напруження визначають за формулою:

,С (5.3)

де l_н – відстань між струмопровідними контактами (довжина ділянки арматури, що нагрівається), мм — l_н=L_з-1000 мм; t₀ – температура оточуючого середовища, С; — коефіцієнт лінійного розширення арматурної сталі (табл.5.6).

Таблиця 5.4

Примітка: 1. Значення коефіцієнта k для сталі класів Ат-IV і А-III допускається приймати такими ж, що і для арматури класу А-IV марок 20Г2Ц і 20ГСП;

2. Проміжні значення k визначаються лінійною інтерполяцією.

Таблиця 5.5

Довжина арматурної заготовки L_з – визначається за формулою:

L_з=L_y+2l_a-l_з-l_ф-l_н-l₀ (5.4),

де l_а – довжина кінця стержня, що використовується для утворення тимчасового кінцевого анкера, мм. Для “обтиснутих шайб” l_аН+5 мм, де Н — висота шайби після опресування (табл. 5.1). Для “висаджених головок” l_а=2,5d+5 мм, де d — діаметр арматури.

Таблиця 5.6

Для забезпечення потрібної точності попереднього напруження арматури необхідно, щоб граничні відхилення фактичного подовження натягнутої арматури від розрахункового не перевищували: 4 мм — при відстані між упорами 5…6,5 м; 6 мм – 9,5 м; 7 мм — 13 м; 8 мм — 16 м; 9 мм — 19 м; 10 мм — 25 м і більш.

Зусилля притискання на один контакт має бути не менше 1000 Н для сталі діаметром 10…14 мм, не менше 2000 Н — для стрижнів великих діаметрів і не менше 200 Н для дроту діаметром до 8 мм.

При виборі типів і кількості перетворювачів току в установках для електричного нагрівання арматури визначаються сила струму, напруга і потужність за формулами:

, (5.5)

де Q — повна кількість теплоти, що витрачається на нагрівання 1 м стержня до розрахункової температури, ккал; К— коефіцієнт, що залежить від схеми підключення стержнів в електричний ланцюг; К=1 при послідовному включенні і К=n при паралельному включенні (n — кількість стержнів, що нагріваються одночасно); R — активний опір 1 м стержня, Ом×10^-4, при розрахунковій температурі нагрівання, приймається по таблиці 5.7; — час нагрівання, хв.; Q=Q_н+Q_п×, ккал, де Q_н — кількість тепла, ккал, що витрачається на нагрівання 1 м стержня до розрахункової температури (без урахування втрат), приймається по зазначеній таблиці; Q_п — втрати тепла, ккал 1 м стержня тепловипромінюванням і конвекцією протягом 1 хв., приймається по зазначеній таблиці.

При нагріванні дротяної арматури силу струму визначають за формулою:

, (5.6)

де m — маса 1 м дроту або сталки, кг; n — кількість дротинок або сталок що нагріваються одночасно; с — питома теплоємність сталі – 0,5×10³ Дж/(кг×с); t — розрахункова температура нагрівання, С; R_ср — середнє значення електричного опору 1 м арматури при нагріванні, що визначається за формулою:

, Ом (5.7)

де — питомий електричний опір арматури – 12×10^-8 Ом×м; ₀ — температурний коефіцієнт опору арматури 0,0048 К^-1.

Напруга струму:

, В (5.8)

де z — повний опір 1 м стержня, Ом×10^-4 при нагріванні до розрахункової температури, прийнятий по таблиці 5.7; l — довжина ділянки стержня, що нагрівається, м; m — коефіцієнт, що залежить від схеми включення; при послідовному включенні m=n і при паралельному m=1.

При електронагріванні дротяної арматури напругу струму обчисляють за формулою:

, В (5.9)

Потрібну потужність трансформатора N при електронагріванні стержнів арматури обчисляють за формулою (5.10), а при нагріванні дротяної – за формулою (5.11):

, кВА (5.10)

, кВА (5.11)

За отриманими значеннями I, U і N підбирають відповідні трансформатори.

Вибір обладнання, що використовується при електротермічному способі напруження арматури.

Установка для зварювання стержньових батогів СМЖ-524 – для заготовлення стержньових батогів довжиною 7,2…12,5 м і 19,2…24,5 м з анкерними головками на кінцях.

При заготовленні напружуваної арматури на установці СМЖ-524 стержні з її живильника подаються на зварювальну машину механізмом подавання. На передній кінець першого стержня надівається шайба і проводиться гаряче висадження анкерної головки. Стержень подається таким чином, що його кінець закріплюється в затискних губках зварювальної машини. Потім подається другий стержень і проводиться їх стикове зварювання. По досягненні переднім анкером отриманого батога упора з кінцевим вимикачем подача арматури припиняється і проводиться різання кінця батога, надівається друга шайба і висаджується на ньому анкер. Готовий арматурний батіг скидається в стелаж або передається на машину СМЖ-525 для зміцнення стержнів.

Машина СМЖ-525 – призначена для механічного зміцнення стержньової напружуваної арматури класу А-IIIв за допомогою її витягування. Стержньовий батіг укладають у затисклювачі, виконують його розрахунковий розтяг гідравлічним домкратом, витримують у розтягнутому стані не менше 2 хвилин і відпускають натяг.

Установка СМЖ-129В – призначена для подовження арматурних стержнів електронагріванням. Дві заготовки з анкерними головками на кінцях укладають у струмопроводні затискачі рухомої і нерухомої опор.

Нагрівання стержнів триває доти, поки рухома опора не доторкнеться до кінцевого вимикача, розміщеного на відстані, що забезпечує задане подовження. Розігріті подовжені стержні вручну переміщують і укладають в упори форми.

Установка СМЖ-128В – призначена для висадження анкерних головок з попереднім нагріванням кінців арматурних стержнів, що осаджуються. Стержні з стелажа підйомним механізмом подаються в затискні губки. Потім проводиться нагрівання кінців стержнів, висадження головок і скидання заготовлених стрижнів у контейнер.

Автоматизована установка ДМ-2 (СМЖ-484) здійснює повний комплекс операцій, включаючи мірне нарізання стержнів; висадження анкерних головок; переміщення до електроконтактів, нагрівання стержнів; переміщення й укладання нагрітих стержнів в упори форми.

Загальний час на виконання усіх операцій при заготовленні і натяганні одного стержня діаметром 12 мм, довжиною 6 м становить 50-60 с. Робота установки розпочинається з укладання пакета стержнів краном у живильник, звідки спеціальним механізмом відбирається й подається в зону різання один стержень.

Після вимірювання відстані між кожною наступною парою упорів за командою ЕОМ стержень відрізається відповідно до розрахунку за програмою. Далі в автоматичному режимі стержні подаються послідовно на висаджування анкерних головок і нагрівання. Після нагрівання кінцеві захвати опускають стержні в упори форми.

Технічні характеристики перелічених машин подано в табл.5.8.

Таблиця 5.8. Технічна характеристика установок, що використовуються при електротермічному способі напруження арматури

Рис. 5.2. Установка для електротермічного нагрівання стержньової арматури:

1 – рухома опора; 2 – пневмоциліндри; 3 – штанги; 4 – шпала; 5 – кінцевий вимикач; 6 – нерухома опора; 7 – пружини повертання; 8 – проміжна опора; 9 – стержні; 10 – притискні губки; 11 – контактні губки; 12 – шини.

Приклад. Виробництво багатопустотних залізобетонних плит перекриттів марки ПК 8-60-15 розміром 5980×1490×220 мм виконується за агрегатно-потоковою технологією.

Вироби формуються на силових піддонах з негайним розпалублюванням. Натяг арматури класу А-IV 10 мм (5 шт.) проводиться електротермічним способом.

Величина проектного напруження арматури становить 420 МПа. Потрібно визначити довжину напружуваного елемента, температуру електронагрівання, а також параметри струму для електронагрівання.

1). Обчислюємо величину подовження арматури l₀ (5.1), попередньо визначивши:

• початковий модуль пружності арматурної сталі класу A600 — Е_поч=2×10⁵ МПа (табл.2.1);
• відстань між зовнішніми гранями упорів на піддоні (див. рис. 6.2а): L_y=l_в+2l_y=5980+2×200=6380 мм;
• коефіцієнт k=1 (табл.5.4);
• гранично допустиме відхилення попереднього напруження арматури ₀=90 МПа (табл.5.3);
• виконання умови ₀+₀ R_а^н 0,95×_т : 420+90=5100,95×600=570 – умова виконується.

;

2). Визначаємо повне подовження арматури при її електронагріванні за формулою (5.2): l_п=l₀+l_з+l_ф+lн+С_t, мм

l₀=16,3 мм;

l_з=2m×₀=2×0,03 мм³/кгс ×27кгс/мм²=1,62 мм (приймаємо тип анкера – «висаджена голівка»);

l_ф=2 мм (багатопустотні плити перекриття формуються на піддонах довжиною 6…12 м з жорсткими упорами);

l_н=0 (тому що як напружуваний елемент використовується не дротяна, а стержньова арматура);

Сt=6,38×0,5=3,19 мм

l_п=16,3+1,62+2,0+3,19=23,08 мм

3). Температура, яка потрібна для нагрівання і подовження арматури для забезпечення заданого напруження, визначається за формулою 5.3:

,С,

l_к=L_з-1000 мм; l_к=6391,7-1000=5391,7 мм,

де довжина заготовки: L_з=L_y+2l_a-l_c-l_ф-l_н-l₀=6380+2(2,5×10+5)-18,31=6391,7 мм;

=13,8×10^-6 (табл.5.6) – ця величина вибирається, виходячи із застосовуваного класу напружуваної арматури (А-IV), а також температурного інтервалу (20-400С), визначеного з табл.5.2;

t₀=20С

.

4). Визначаємо потрібну силу струму для нагрівання арматурної сталі до розрахункової температури (5.5):

,

Q=Q_н+Q_п×; Q_н=24,84 ккал; Q_п=3,89 ккал (при =1 хв.) – табл.5.7

Q=24,84+3,89=28,73 ккал;

К=1 (при послідовному включенні стержнів, що нагріваються);

R=55,66×10^-4 Ом (табл.5.7)

;

5). Напруга струму при електронагріванні стержньової арматури

, В,

Z=61,36×10^-4 Ом (табл.5.7);

m=n=3 (при послідовному включенні стержнів, що нагріваються) – в установці СМЖ-129В можна одночасно нагрівати 3 стержня.

В

6). Потужність трансформатора при електронагріванні стержнів арматури (5.10):

;

7). Вибираємо тип установки для електронагрівання стержнів – СМЖ-129В (установлена потужність 40 ква – табл.5.8).

ВАРІАНТ ЗАВДАНЬ