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.

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

 

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			0,5-10
A600	80С			0,5-10
	20ХГ2Ц			0,5-10
Aт-VI	20ГС, 20ГС2			0,5-10
Aт-V	20ГС, 20ГС2			0,5-10
Aт-IV	20ГС, 20ГС2			0,5-10
А-IIIв	35ГС, 25ГС2			0,5-10
Вр-II	Æ 4	-		0,1-0,5
	Æ 5	-		0,15-0,8
	Æ 6	-		0,2-1,0

 

При натяганні арматури електротермічним способом величина s₀+Ds₀ не повинна прийматися більш як R_а^н (0,95 s_т),де R_а^н – нормативний опір сталі (s_T – границя текучості), МПа; Ds₀ – допустиме граничне відхилення величини s₀ (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 s₀+Ds₀не повинна прийматися більше 0,7R_а^н.

Величина попереднього напруження, s₀, при електротермічному способі натягання досягається забезпеченням заданого подовження арматури Dl₀, 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, Ds₀– гранично допустиме відхилення попереднього напруження арматури, МПа.

Таблиця 5.3

Довжина виробу, м	Граничні відхилення Ds0, МПа
5*	+100
6,5	+80
9,5	+70
	+60
	+55
	+50
25 і більш	+45

*Примітка - при проміжних значеннях довжини виробу граничне відхилення попереднього напруження арматури Ds₀ визначають лінійною інтерполяцією.

 

Орієнтовне подовження стержньової арматури (Dl₀), мм, при електротермічному натяганні приймають по табл.5.5.

Повне подовження арматури при її електронагріванні визначають за формулою:

D l_п =D l₀ +D l_з +D l_ф +D l_н + С_t, мм, (5.2),

де D l_з – величина зсуву губок інвентарних затискачів відносно корпусу, деформація шайб під висадженими головками, зминання висаджених головок, опресованих шайб, упорів і таке інше, мм - D l_з=2m×s₀, де m =0,02 і 0,03 мм³/кгс відповідно для анкерів типу “обтиснута обойма” і “висаджена голівка”; D l_ф – поздовжня деформація форми, піддона або стенда, мм - D l_ф =1...3 мм – для піддонів довжиною 6...12 м з жорсткими упорами; D 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); D l_н – залишкова деформація, що виникає внаслідок нагрівання високоміцного дроту:

D l_н =5×10^-6(t_р -300) l_y; t_p =350...400°C – 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; a - коефіцієнт лінійного розширення арматурної сталі (табл.5.6).

Таблиця 5.4

s0, МПа	k для арматури класу
	А600, марок	A-V і Aт-V	Aт-VI	Bp-II Æ5 мм
	80C	20Г2Ц, 20ГСП
		0,5
	1,05	1,1	1,05
	1,15	1,2	1,05	1,05
	-	-	1,1	1,05
	-	-	1,15	1,1	1,05
	-	-	-	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

s0, МПа	Розрахункове подовження, мм, сталі класів
	А600 марки 80С і А800, Ат-V	A600 марки 20ГЦ2 і А400 (35ГС)
	Відстань між упорами, м
					-	-	-	-
					-	-	-	-
					-	-	-	-

 

Довжина арматурної заготовки L_з – визначається за формулою:

L_з=L_y+2l_a- D l_з- D l_ф- D l_н- D l₀ (5.4),

де l_а – довжина кінця стержня, що використовується для утворення тимчасового кінцевого анкера, мм. Для “обтиснутих шайб” l_а³Н+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

Температурний	Коефіцієнт лінійного розширення арматури, a×10^6, 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
20-350	13,5		13,4
20-400	13,8	13,5	13,8
20-450	14,2		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; t - час нагрівання, хв.; Q=Q_н+Q_п×t, 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 r - питомий електричний опір арматури – 12×10^-8 Ом×м; a₀ - 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.