Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт, тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование

Экспертиза

Армирование железобетонных изделий

В заводском производстве на долю арматуры приходится около 20% себестоимости железобетонных изделий, поэтому вопросы организации арматурных работ на заводах сборного железобетона являются важнейшими и в техническом, и в экономическом отношениях.

Различают армирование железобетонных изделий ненапряженное (обыкновенное) и предварительно напряженное. Операции армирования и виды арматуры, применяемые при каждом из этих способов армирования, имеют ряд принципиальных отличий.

Ненапряженное армирование осуществляется с помощью плоских сеток и пространственных (объемных) каркасов, изготовленных из стальных стержней различного диаметра, сваренных между собой в местах пересечений. В железобетоне различают арматуру несущую (основную) и монтажную (вспомогательную). Несущая арматура располагается в местах изделия, в которых под нагрузкой возникают растягивающие напряжения; арматура воспринимает их. Монтажная арматура располагается в сжатых или ненапряженных участках изделия. Кроме этих видов арматуры применяют петли и крюки, необходимые при погрузочных работах, а также закладные части, крепления и связи сборных элементов между собой.

Наименьшие трудовые затраты на армирование изделий и конструкций будут при применении арматурных каркасов наибольшей степени готовности, т. е. состоящих не только из основной арматуры, но и из вспомогательной с приваренными петлями, крюками, закладными деталями. В этом случае операция по армированию сводится к установке готового арматурного каркаса в форму его и закреплению.

Арматурные сетки и каркасы изготовляют в арматурном цехе, оборудованном резательными, гибочными и сварочными аппаратами. Процесс производства строится по принципу единого технологического потока, от подготовки арматурной стали до получения готового изделия. Арматурные сетки и каркасы изготовляют в соответствии с рабочими чертежами, в которых указаны длина и диаметр стержней, их количество, расстояние между ними, места приварки закладных деталей и расположения монтажных петель. При установке и раскреплении каркасов в форме необходима высокая точность, так как от этого зависит величина защитного слоя бетона в изделии, иначе может возникнуть коррозия арматурной стали.

Стержневую арматурную сталь диаметром до 10 мм поставляют на завод в мотках (бухтах), а диаметром от 10мм и более — прутках длиной 6... 12 м или мерной длины, оговариваемой в заказах. Арматурную проволоку поставляют в мотках, причем каждый моток состоит из одного отрезка проволоки. Изготовление арматуры складывается из следующих операций: подготовки проволочной и прутковой стали — чистки, правки, резки, стыкования, гнутья; сборки стальных стержней в виде плоских сеток и каркасов; изготовления объемных арматурных каркасов, включая приварку монтажных петель, закладных частей, фиксаторов. Подготовка арматуры, поступающей на завод в мотках и бухтах, заключается в их размотке, выпрямлении (правке), очистке и разрезке на отдельные стержни заданной длины. Правку и резку арматурной стали осуществляют на правильно-отрезных станках-автоматах.

Прутковую арматурную сталь разрезают на стержни заданной длины, а также стыкуют сваркой в целях уменьшения отхо дов. Стыкуют стержни посредством контактной стыковкой элек тросварки и только в отдельных случаях при использовании стержней больших диаметров применяют дуговую сварку. Тактную стыковую сварку осуществляют методом оплавления электрическим током торцов стержней в местах их будущего стыка. При этом стержни сильно сжимают и сваривают между собой.

При изготовлении монтажных петель, хомутов и других фигурных элементов арматуры прутковую и проволочную арматурную сталь после разрезки подвергают гнутью. Сборку сеток и каркасов из стальных арматурных стержней производят посредством точечной контактной электросварки. Сущность ее заключается в следующем. При прохождении электрического тока через два пересекающихся стержня в местах их контакта электрическое сопротивление оказывается наибольшим, стержни в этом месте разогреваются и, достигнув пластического состояния металла, свариваются между собой. Прочной сварке способствует также сильное сжатие стержней между собой. Процесс точечной сварки может длиться доли секунды при применении тока в несколько десятков тысяч ампер.

Точечную сварку осуществляют с помощью специальных сварочных аппаратов. Они отличаются мощностью трансформатора, количеством одновременно свариваемых точек (одно- и многоточечные), характером используемых устройств для сжатия свариваемых стержней. Сварочные машины позволяют создавать в комплексе с другими машинами и установками поточные автоматические линии изготовления плоских сеток как готового арматурного элемента, так и полуфабрикатов для изготовления пространственных каркасов.

В состав линии для сварки широких сеток входят групповые бухтодержатели продольной и поперечной подачи, правильные устройства, сварочная машина МТМС с отрезным устройством. В линии предусмотрена электромагнитная система программирования подачи поперечных и дополнительных продольных стержней, пневматические ножницы для поперечной резки сетки, посты для приварки закладных деталей и устройства для фиксаторов. Поточное выполнение всех операций по изготовлению арматурных сеток на одной технологической линии значительно снижает трудоемкость процесса по сравнению с доработкой сеток на кондукторах, выполняемой обычно вручную.

Изготовление пространственных арматурных каркасов производят в основном из плоских сеток, соединяемых между собой на специальных сварочных машинах. Сборка каркасов может производиться в горизонтальном и вертикальном положениях. Для удобства соединения узлов клещами для точечной сварки применяют вертикальный кондуктор. Плоские элементы арматуры укладывают между штырями кондуктора, которыми они удерживаются на поворотной консоли, и кондуктор с aрматурой можно перемещать вверх и вниз с помощью лебедки. Некоторые узлы кондуктора соединены между собой болтами. Это позволяет применять один и тот же кондуктор для сборки различных арматурных каркасов, закрепляя его элементы в соответствии с размером собираемого каркаса.

При необходимости (например, для ребристых плит) плоские сетки и каркасы можно гнуть на специальных гибочных станках. Напряженное армирование — создание в бетоне по всему сечению или только в зоне растягивающих напряжений предварительного обжатия, величина которого превышает напряжение растяжения, возникающее в бетоне при эксплуатации. Обычно предварительное обжатие бетона 5...6 МПа, а при изготовлении железобетонных напорных труб 10... 12 МПа. Обжатие бетона, как отмечалось выше, осуществляют силами упругого последействия натянутой арматуры. Это достигается силами сцепления арматуры с бетоном или с помощью анкерных устройств.

Для обеспечения обжатия бетона применяемая арматурная сталь должна находиться в пределах упругих деформаций и не превышать 85...90% от предела текучести стали, а для углеродистых сталей, не имеющих четко выраженного предела текучести, — 65...70% от предела прочности на разрыв.

В качестве основной напрягаемой арматуры применяют проволочную и прутковую арматурные стали, а в качестве вспомогательной ненапрягаемой арматуры, если она имеет место в напряженных изделиях, — сварные сетки и каркасы.

При изготовлении предварительно напряженных изделий пользуются одноосным обжатием бетона отдельными стержнями или пучками проволок, располагаемых в изделии вдоль его продольной оси, и объемным обжатием путем навивки напряженной проволоки в двух или нескольких направлениях. Можно навивать проволоку и на готовое изделие с последующей защитой арматуры слоем бетона.

Арматурные элементы, применяемые в конструкциях, состоят из собственно арматуры, устройств для закрепления арматуры при натяжении и приспособлений для обеспечения проектного расположения отдельных стержней и проволок, из которых комплектуется арматурный элемент. Конструкция устройств для закрепления арматуры связана с технологией изготовления арматурного элемента, типом натяжения машин и приспособлений. Применяют два вида этих устройств: зажимы и анкеры. В свою очередь, зажимы и анкеры подразделяют по способу закрепления арматуры на клиновые, плоские, конические, волновые, петлевые, резьбовые, шпоночные и глухие анкеры, в которых концы арматурных пучков опрессовываются в обойме из мягкой стали. Все приведенные устройства, за исключением резьбовых, применяют для закрепления как круглых стержней, так и стержней периодического профиля.

Для захвата и закрепления стержневой арматуры применяют наконечники с винтовой нарезкой или различные клиновые суари с профилем, обратным профилю натягиваемой арматуры, прогрессивной конструкцией зажимных устройств являются упповые зажимы, применяемые при предварительной механизированной сборке проволочных пакетов. Зажимы применяют для закрепления каждого стержня, нити проволоки или группы их. Анкеры для проволочных пучков различают по способу натяжения и закрепления концов. Для закрепления пучков применяют два типа анкеров: конический с натяжением арматуры домкратом двойного действия и гильзовый с натяжением арматуры стержневым домкратом.

Передачу предварительного напряжения арматуры на бетон осуществляют тремя способами: 1) посредством сцепления арматуры диаметром 2,5...3 мм с бетоном; при большем диаметре арматуры сцепление обеспечивается путем устройства вмятин на поверхности проволоки или свивкой прядей из 2...3 проволок либо применением арматуры периодического профиля; 2) посредством сцепления арматуры с бетоном, усиленного анкерными устройствами; 3) посредством передачи усилий натяжения на бетон через анкерные устройства на концах арматурного элемента без учета сцепления арматуры и бетона.

Натяжение арматуры производят различными способами: механическим, электротермическим, а также химическим при применении напрягающегося цемента. При механическом способе натяжения арматура растягивается осевой нагрузкой, создаваемой домкратами. Сначала арматуру натягивают до усилия, равного 50% проектного напряжения, при этом производят осмотр зажимных устройств и расположения арматуры. Затем натяжение арматуры доводят до величины, превышающей на 10% проектное натяжение, но не более 85% предела прочности проволоки при растяжении, и в таком состоянии выдерживают в течение 5 мин, после чего натяжение снижают до проектной величины. Отпуск напряженной арматуры (обжатие бетона) производят после достижения бетоном изделия необходимой прочности и проверки заанкеривания концов проволоки в бетоне. Фактическую прочность бетона определяют испытанием контрольных образцов. Прочность бетона во время отпуска арматуры составляет обычно 70% проектной прочности. Отпуск натяжения на стендах осуществляют постепенно, в 2...3 этапа. Разгрузку натянутых проволок при невозможности постепенного отпуска натяжения производят симметрично относительно оси поперечного сечения с числом одновременно разрезаемых проволок не более 10... 15% от общего числа проволок.

Сущность электротермического способа натяжения заключается в том, что удлинение арматуры достигается электрическим нагревом до определенной температуры, после чего нагретый стержень заанкеривается с двух сторон в упорах формы или стенда, которые препятствуют укорочению стержня при его охлаждении. После бетонирования конструкции и отвердения бетона арматура освобождается от упоров и усилия натяжени арматуры передаются на бетон. Этот способ натяжения арматуры по сравнению с силовыми имеет преимущества как по простоте оборудования, так и по трудоемкости. Электротермический способ применяют для натяжения стержневой арматурной стали.

Для натяжения арматуры электротермическим способом при меняют установки с последовательным и одновременным натяжением нескольких стержней. Кроме того, установки могут быть с нагревом стержней вне формы или непосредственно в ней. На установке вне формы можно производить нагрев 3...4 арматурных стержней диаметром 12... 14 мм, что соответствует числу стержней в изделии. Установка состоит из двух контактных опор (неподвижной и подвижной) и средней поддерживающей. Каждый контакт имеет две губки: токопроводящую и прижимную. Нагрев стержней контролируется по их удлинению автоматически. Нагретые стержни с установки снимаются и укладываются в упоры форм, которые препятствуют укорочению стержня при его охлаждении. После бетонирования конструкции и отвердения бетона арматуру освобождают от упоров и усилие натяжения арматуры передается на бетон.

Непрерывное механическое и электромеханическое натяжение арматуры сводится к тому, что проволока, предварительно напряженная до заданной величины, укладывается на поддон формы в соответствии с принятой схемой армирования. Фиксация натянутой проволоки производится навивкой ее вокруг штырей, расставленных по периметру поддона или стенда. Усилие от натяжения арматуры передается через штыри на стенд или форму до отвердения бетона в изделии. После достижения бетоном необходимой прочности проволока обрезается и усилие натяжения передается с арматуры на бетон. Арматура может располагаться в продольном или поперечном направлении по отношению к оси изделия, перекрестно или по диагонали. Бетон в изделии получает двух-трехслойное и даже объемное предварительное обжатие.

Преимуществом непрерывного армирования является возможность комплексной механизации и автоматизации технологического процесса. Непрерывная навивка и натяжение проволоки производятся на нескольких типах машин: с поворотным столом-платформой, с поворотной траверсой, с продольно-поперечным перемещением каретки и неподвижным поддоном (контуром), с возвратно-поступательным движением каретки и вращающимся сердечником или контуром. Основными узлами каждой из этих машин являются: узел для размотки бухт и подачи проволоки с заданным натяжением; узел для перемещения поддона или подающего ролика; узел укладки проволоки на штыри или на сердечник по заданной схеме.

Навивка арматуры производится при возвратно-поступательном движении навивочной машины ДН-7, перемещающейся по рельсовым путям стенда вдоль линии формования со скоростью 30...40 м/мин, и возвратно-поступательном перемещении в поперечном направлении к оси стенда примерно с такой же скоростью каретки со шпинделем. Шпиндель заканчивается пинолью, через которую проволока выдается на стенд. Анкеровка натянутой проволоки производится на штырях, установленных по периметру стенда (вне зоны бетонирования), в н вивочных машинах от усилий натяжения имеют место часты обрывы проволоки. Для предупреждения этого на определенном участке прохождения проволока нагревается электрическим током, для чего машина снабжается трансформатором. При этом не только предупреждается обрыв проволоки, но и уменьшается работа по натяжению арматуры.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики