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

Діаметр, мм Висота шайби для опресування, в залежності від класу арматури, мм
арматури шайби внутрішній шайби зовнішній А600 А800 А1000
10 13 30 8 10 11
12 15 32 8 11 14
14 17 32 10 13 17
16 20 36 11 15 19
18 22 36 13 17 21
20 24 40 14 19 23
22 26 42 16 21 25

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

Арматурна сталь Температура нагрівання, С Час нагрівання, хвилин
клас марка або діаметр, мм рекомендована максимально допустима
A800 23X2Г2Т 400 500 0,5-10
A600 80С 400 600 0,5-10
20ХГ2Ц 400 500 0,5-10
Aт-VI 20ГС, 20ГС2 400 450 0,5-10
Aт-V 20ГС, 20ГС2 400 450 0,5-10
Aт-IV 20ГС, 20ГС2 400 450 0,5-10
А-IIIв 35ГС, 25ГС2 350 450 0,5-10
Вр-II 4 350 0,1-0,5
5 400 0,15-0,8
6 450 0,2-1,0

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

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

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

мм, (5.1),

де Епоч початковий модуль пружності арматурної сталі, МПа; Lyвідстань між зовнішніми гранями упорів на формі, піддоні або стенді, мм; Ly=lв+2ly (lв – довжина виробу, мм; ly=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
Довжина виробу, м Граничні відхилення 0, МПа
5* +100
6,5 +80
9,5 +70
13 +60
16 +55
19 +50
25 і більш +45

*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:

lп=l0+lз+lф+lн+Сt, мм, (5.2),

де lз – величина зсуву губок інвентарних затискачів відносно корпусу, деформація шайб під висадженими головками, зминання висаджених головок, опресованих шайб, упорів і таке інше, мм — lз=2m×0, де m=0,02 і 0,03 мм3/кгс відповідно для анкерів типу “обтиснута обойма” і “висаджена голівка”; lф – поздовжня деформація форми, піддона або стенда, мм — lф=1…3 мм – для піддонів довжиною 6…12 м з жорсткими упорами; lф=3…4 мм для форм з поворотними упорами; Сt – 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); lн – залишкова деформація, що виникає внаслідок нагрівання високоміцного дроту:

lн=5×10-6(tр-300)ly; tp=350…400C – рекомендована температура нагрівання.

Температуру нагрівання арматури для забезпечення заданого напруження визначають за формулою:

,С (5.3)

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

Таблиця 5.4
0, МПа k для арматури класу
А600, марок A-V і Aт-V Aт-VI Bp-II 5 мм
80C 20Г2Ц, 20ГСП
300 1 1 1 1 1
400 1 0,5 1 1 1
500 1,05 1,1 1,05 1 1
600 1,15 1,2 1,05 1,05 1
700 1,1 1,05 1
800 1,15 1,1 1,05
900 1,2 1,1

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
0, МПа Розрахункове подовження, мм, сталі класів
А600 марки 80С

і А800, Ат-V

A600 марки 20ГЦ2

і А400 (35ГС)

Відстань між упорами, м
6 12 18 24 6 12 18 24
390 14 27 40 53 15 29 44 58
400 15 29 43 57 16 31 46 61
440 16 31 46 62 18 35 52 69
480 17 34 50 66 20 39 59 78
500 18 35 52 69 21 42 62 83
540 19 38 56 75
580 20 40 60 80
600 21 42 62 82

Довжина арматурної заготовки Lз – визначається за формулою:

Lз=Ly+2la-lз-lф-lн-l0 (5.4),

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

Таблиця 5.6
Температурний Коефіцієнт лінійного розширення арматури, ×106, 1/C
інтервал, С гарячекатаної класів А600, А800

і А500в

термічно зміцненої класів Ат600, Ат800

і Ат100

дроту класу А240
20-300 13,2 12,5 13
20-350 13,5 13 13,4
20-400 13,8 13,5 13,8
20-450 14,2 14 14,1
20-500 14,5 14,5

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=Qн+Qп×, ккал, де Qн — кількість тепла, ккал, що витрачається на нагрівання 1 м стержня до розрахункової температури (без урахування втрат), приймається по зазначеній таблиці; Qп — 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; Rср — 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.

Діаметр арматури, мм Електричний опір, R, 10-4 Ом Кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання 1 м стержня, ккал Опір 1 м стержня, 10-4 Ом

Таблица 5.7

Qн Qп при =1 хв. Qн Qп при =1 хв. Qн Qп при =1 хв. Qн Qп при =1 хв. активний R повний Z
при температурі, С
300 350 400 450 300 350 400 450 300 350 400 450
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
10 16,7 21,9 3,33 26,8 4,26 30,8 5,33 35,8 5,52 51,4 58,5 61,2 65,7 58,0 63,6 68,8 74,2
12 11,5 31,4 3,98 37,7 5,09 44,2 6,37 51,5 7,78 40,0 49,8 47,6 51,2 47,0 51,3 54,8 60,2
14 8,45 42,7 4,77 51,3 6,02 60,0 7,54 70,0 9,22 33,2 36,7 39,5 42,5 38,4 41,8 45,6 49,2
16 6,45 55,8 5,28 67,0 6,75 78,5 8,45 91,1 10,33 28,5 31,2 34,0 36,5 33,2 36,2 39,4 42,5
18 5,12 70,6 5,92 84,8 7,58 99,4 9,5 115,6 11,61 25,2 27,6 30,0 32,3 29,4 32,1 34,9 37,6
20 4,15 87,2 6,66 104,7 8,52 122,8 10,66 143,0 13,05 22,6 24,8 26,9 29,0 26,4 28,8 31,3 33,8
22 3,42 104,3 7,47 126,3 9,56 148,0 11,95 172,0 14,65 20,7 22,7 24,6 26,5 24,4 26,6 29,0 31,2
25 2,65 136,0 8,37 163,0 10,7 191,2 13,4 225,5 16,4 18,0 19,7 21,4 23,1 21,2 23,1 25,2 27,1
28 2,11 170,5 9,25 204,2 11,8 240,0 14,82 279,0 18,75 16,2 17,7 19,3 20,7 18,9 27,0 22,5 24,3
32 1,62 223,0 10,6 268,0 13,6 314,0 17,05 365,0 20,8 14,2 15,5 16,8 18,2 16,7 18,2 19,8 21,3
36 1,28 282,0 11,8 332,0 15,25 397,0 19,1 462,0 28,4 12,6 13,8 15,1 16,2 14,9 16,2 17,7 19,1

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

Показник СМЖ-524 СМЖ-525 СМЖ-128В СМЖ-129В ДМ-2
Діаметр арматурних стержнів, мм 12…40 22…36 10…25 10…25 10…18
Довжина стержнів або стержньових батогів, мм 7200…

24600

6000…

24000

5590…

7500

3000…

7500

6100…

6500

Клас сталі стержнів A400; A600; A800 A400 A600-1000; Aт500-1000 A400; A600-1000 A600; Aт600-1000
Установлена потужність трансформаторів, кВА 150 140 40 176
Габарити, мм:

довжина

22610…

36960

9635…

27635

9190 6600 10360
ширина 1525 1750 1800 1250 9900
висота 1630 1035 1130 1450 1780
Маса, кг 5280 5100 2500 820 8500

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 — Епоч=2×105 МПа (табл.2.1);
  • відстань між зовнішніми гранями упорів на піддоні (див. рис. 6.2а): Ly=lв+2ly=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 Rан 0,95×т : 420+90=5100,95×600=570 – умова виконується.

;

2). Визначаємо повне подовження арматури при її електронагріванні за формулою (5.2): lп=l0+lз+lф++Сt, мм

l0=16,3 мм;

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

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

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

Сt=6,38×0,5=3,19 мм

lп=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,

lк=Lз-1000 мм; lк=6391,7-1000=5391,7 мм,

де довжина заготовки: Lз=Ly+2la-lc-lф-lн-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=Qн+Qп×; Qн=24,84 ккал; Qп=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

марки Розмір, см n проектне напруження, МПа
L B H
1 ПК 84-10-8 838 99 22 10А-IV 5 450
2 ПК 77-10-8 768 99 22 12Ат-IV 4 500
3 ПК 87-12-8 868 119 22 14Ат-IV 6 480
4 ПК 89-10-8 888 99 22 8А-IV 7 475
5 ПК 64-15-8 638 149 22 10Ат-VI 4 700
6 ПК 90-15-8 898 149 22 16Ат-V 5 650
7 ПК 81-10-8 808 99 22 14А-V 6 600
8 ПК 68-10-8 678 99 22 10А-VI 5 750
9 ПК 120-10-8 1198 99 30 18Ат-VI 6 700
0 ПК 68-10-8 678 99 22 12А-V 4 630

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *