Арматурные изделия. Соединения арматуры.

С целью индустриализации арматурных работ и сокращение их трудоемкости отдельные стержни объединяются при помощи специальных сварочных машин в сетки, каркасы и армоблоки.

Сетки. Различают сетки рулонные и плоские.

а) рулонные б) плоская

Арматурные сетки: а) рулонные; б) плоские

Рулонные сетки имеют ограниченные массой (100-500кг) размеры: ширина не более 3,5м, длина зависит от веса. Рабочая арматура имеет диаметр до 8мм. Используют в качестве арматуры проволоку ВI,BрI d=3-5мм, возможно использование класса А до 8мм.

Плоские сетки имеют максимальную ширину 2,5м, длину до 9м. В качестве рабочей арматуры, как правило, используют АIII d=6-10мм, располагая в продольном или поперечном направлении, или в обоих сразу. В качестве распределительной арматуры используют BI, арматуру AI.

Каркасы. Сварные каркасы состоят из продольных и монтажных стержней, объединенные поперечными стержнями. Рабочие стержни могут располагаться в 1 или 2 ряда. В отдельных случаях допускается приварка сверху дополнительного рабочего стержня.

Плоские каркасы объединяют пространственные каркасы или арматурные блоки. Качество точечной электросварки каркасов зависит от соотношения диаметров свариваемых продольных и поперечных стержней и должно не превышать 1/3, 1/4

 

Стыки. Стыки соединения сварной арматуры выполняют, как правило, при помощи электросварки.

 

 

Для соединения арматуры АI- AVI применяют контактную сварку, при этом соотношение d₁ и d₂ должно быть не менее 0,85.(рис а и б). Если диаметр стержней меньше 20мм, то применяют дуговую сварку с накладками (рис в), выполняя ее 4 или 2-х фланговыми швами. Допускается в отдельных случаях применять нахлесточное соединение стержней арматуры (рис г). Соединение внахлестку арматурных стержней d=8-40мм с пластинкой выполняют дуговой сваркой фланговыми швами (рис д). Соединение стержней арматуры в тавр выполняют автоматической дуговой сваркой под слоем флюса (рис е).

На стройплощадках при монтаже соединяют арматурные стержни, применяя дуговую и ванную сварку в инвентарных формах. Стыки сеток в нерабочем состоянии выполняют внахлестку с перепуском между крайними рабочими стержнями не менее 50мм, при диаметре распределенной арматуры до 4мм и при большем диаметре не менее 100мм. Плоские сетки при диаметре рабочей стержней не менее 16мм могут в нерабочем направлении укладываться впритык друг к другу, а их стык сверху перекрывается дополнительной сеткой не менее 100мм в каждую сторону от стыка. Стыки сеток и каркасов следует располагать в конструкциях вразбежку.

По способу производства арматура может быть горячекатаной, термомеханически упрочненной, холоднодеформированной. Ненапрягаемая арматура S240 (AI), S500 (AII-AVI). Для преднапряженных конструкций S800, S1200, S1400.

 

СУЩНОСТЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЁННОГО ЖБ И СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ ПРЕДНАПРЯЖЕНИЯ. ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЙ В АРМАТУРЕ. СЦЕПЛЕНИЕ АРМ-РЫ С БЕТОНОМ. АНКЕРОВКА АРМ-РЫ В БЕТОНЕ.

Совместная работа арм-ры и бетона в ЖБК обеспечивается их сцеплением и различными конструктивными закреплениями арм-ры в бетоне. Сцепление – сопротивление забетонированного стержня выдёргиванию или продавливанию. Сцепление является основным свойством ЖБК и зависит от ряда физ.-механ. факторов:

1 – зацепления за бетон выступов на поверхности арм-ры периодич. профиля (70%);

2 – сил трения, возникающих в результате обжатия арм-ры в процессе усадки бетона;

3 – склеивания арм-ры с бетоном благодаря клеящей способности цементного геля.

При круглой и гладкой арм-ре сопротивление скольжению уменьшается, а с повышением класса и возраста бетона и уменьшением В/Ц – увеличивается.

Экспериментально установлено, что напряжения сцепления по длине армат. стержня распределены неравномерно и их максимальная величина не зависит от длины заделки стержня в бетоне (l_an), в расчёт вводят средние напряжения сцепления.

а) стержень периодического профиля б) гладкий стержень

Рис. – Сцепление арм-ры с бетоном

Среднее значение напряжений:

d – диаметр стержня; l_an – длина анкеровки.

Как правило, для гладких стержней при средних марках бетона величина τ_bd,m находится в пределах 2,5…4,0 МПа, для стержней периодического профиля – до 7,0 МПа.

Закрепление концов арм-ры в бетоне обеспечивают с запуском арм-ры за рассматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арм-ры на бетон, т.е. рассчитывается длина анкеровки (l_an). Помимо этого, сцепление арм-ры с бетоном обеспечивается с помощью анкерных устройств.

Непреднапрягаемая арм-ра из гладких стержней анкеруется в виде полукруглых крюков диаметром 2,5d. В сетках и каркасах из гладкой арм-ры привариваются стержни поперечного направления. Для непреднапряжённой конструкции для стержней периодического профиля рассчитывается l_an:

l_an = [w_an·(R_s/R_b) + Δλ_an]·d ≥ (15…20)d

w_an, Δλ_an – коэфф-ты условий работы и запаса прочности, определяются по СНиП

l_an,min = (20…25) см

В изгибаемых элементах растянутые стержни должны быть заведены за грань свободной опоры на величину не менее 10d. Если на приопорных участках отсутствуют трещины, l_an может быть уменьшена до 5d. Длина анкеровки в растянутом бетоне ≥ 25 см, в сжатом – 20 см.

Преднапряжённые ЖБК в процессе изготовления получают искусственно созданные значительные сжимающие напряжения в бетоне натяжением высокопрочной арм-ры. При использовании преднапряжения учитывают деформационные свойства бетона и арм-ры. Для преднапряжения используется, как правило, высокопрочная сталь, способная воспринимать напряжение σ_s > 340 МПа. К такой арм-ре относят AIV – AVI, AIIIв, AтIV – AтVI, проволоку В-II, канаты К-7, К-19. Применение преднапряжённого ЖБ позволяет: 1)существенно уменьшить расход стали засчёт использования арм-ры высокой прочности; 2) повысить трещиностойкость конструкции и прогибы, увеличить жёсткость; 3) повысить выносливость конструкции; 4) увеличить долговечность конструкции при эксплуатации их в агрессивных средах; 5) снизить массу конструкций, уменьшив расход бетона; 6) преднапряж. ЖБК могут служить заменой конструкций из стали и дерева.

Преднапряжённые конструкции работают по следующей схеме:

Для создания предварит. напряжения существует 2 схемы натяжения арм-ры:

1 – натяжение на упоры; применяется, в основном, в конструкциях малых и средних пролётов;

2 – натяжение на бетон; используют обычно в большепролётных конструкциях (фермы, мосты).

Рис. – Натяжение на упоры

Рис. – Натяжение на бетон

При натяжении на упоры арматурный стержень закрепляют с одной стороны на спец. упор, а с другой натягивают домкратом, который также закреплён на упоре. После натяжения стержня в форму укладывают бетонную смесь, которая, затвердевая, сцепляется с арм-рой. Если освободить арм-ру от упоров, то она, сокращаясь, обжимает бетон.

При натяжении на бетон сначала изготавливается конструкция, как правило, слабоармированная, или с расположенным в ней каналом. После приобретения бетоном необходимой прочности арматурный стержень закладывают в канал, закрепляя его с одной стороны анкером, а с другой - в домкрате. Стержень натягивают домкратом, а после натяжения его закрепляют вторым анкером (со стороны домкрата), который упирается в бетон. Когда домкрат убирают, в канал под давлением нагнетают цементный раствор или песчаный бетон, обеспечивающий сцепление арм-ры с бетоном.

Натяжение на упоры производится 1) механическим, 2) электротермическим и 3) электротермомеханическим способом. Для 1) используют гидравлические винтовые домкраты, намоточные машины, лебёдки. При 2) стержневую или проволочную арм-ру, снабжённую на концах ограничителями, предварительно нагревают до t = 300-350°С, в результате чего арм-ра удлиняется. Нагретые стержни укладывают в форму таким образом, чтобы ограничители оказывались за упорами формы. При остывании стержни укорачиваются, упоры этому препятствуют, в арм-ре возникают заданные растягивающие напряжения. После укладки и твердения бетона арм-ру отпускают с упоров и она обжимает бетон. Способ 3) – совмещение способов 1) и 2).

В последнее время для создания предварительного напряжения в конструкциях применяют бетоны на напрягающемся цементе. Увеличиваясь в объёме и имея хорошее сцепление с арм-рой, бетон создаёт растягивающие напряжения в ней. Такие конструкции – самонапряжённые, метод – физико-химический.

В зависимости от способа изготовления и вида напрягаемой арм-ры, она может применяться с анкерами на концах или без них. Длина зоны анкеровки в напрягаемой арм-ре без анкеров принимается равной длине зоны передачи напряжения с арм-ры на бетон (l_p): l_p = (w_p·σ_sp/R_bp + λ_p)·d

σ_sp – преднапряжение в арм-ре с учётом потерь;

R_bp – передаточная прочность бетона.

В элементах из бетона на пористых заполнителях длина анкеровки увеличивается на 20%. Для преднапряж. арм-ры периодического профиля: l_p ≥ 15d.

Анкеры являются обязательными при натяжении арм-ры на бетон, а также на упоры, если сцепление арм-ры с бетоном оказывается недостаточным. Зона анкеровки при недостаточной её величине может иметь продольные трещины, местное смятие бетона в торцах или проскальзывание арматурных стержней. Для предотвращения этих дефектов продольные участки элемента усиливают путём увеличения поперечного сечения арм-ры, устройства поперечной и косвенной арм-ры, охватывающей все продольные стержни, и повышением класса бетона.

В зонах передачи напряжений устраиваются также анкерные устройства на стержнях: гайки, навинчиваемые на нарезные концы стержня; высаженные на одном из концов головки; цанговые зажимы и коротыши, привариваемые к стержню.

Потери предварит. напряжения. Экспериментально доказано, что начальное преднапряжение арм-ры не остаётся постоянным, а уменьшается с течением времени из-за потерь. Эти потери обусловлены физико-механич. свойствами материалов, технологией изготовления и конструкцией элементов.

Различают потери первые (σ_losI) и вторые (σ_losII). Каждые из этих потерь характеризуются определёнными значениями и в состав первых входят потери σ₁ – σ₆, в состав вторых – σ₇ – σ₁₁. Каждая величина потерь рассчитывается или назначается в соответствии с требованиями СНиП, видом арм-ры и методом создания преднапряжения.

Первые потери возникают до обжатия бетона и в основном учитывают реалогические свойства стали (технологические потери):

1) потери от релаксации напряжений в арм-ре при механическом способе натяжения – σ₁;

2) потери от температурного перепада (разность температур натянутой арм-ры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения при прогреве бетона) – σ₂; 3) потери от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств – σ₃;

4) потери от трения арматуры при натяжении на бетон вследствие трения о стенки каналов или поверхность конструкций – σ₄;

5) потери от деформации стальной формы при изготовлении преднапряжённых ЖБК – σ₅;

6) потери от быстро натекающей ползучести бетона – σ₆.

Вторые потери возникают в уже изготовленном изделии в результате обжатия бетона (эксплуатационные потери):

1) потери от релаксации напряжений при натяжении на бетон – σ₇;

2) потери от усадки бетона и соответствующего укорочения элемента – σ₈, зависят от вида бетона, способа натяжения и условий твердения;

3) потери от ползучести бетона – σ₉;

4) потери от смятия бетона под витками стержневой или кольцевой арматуры – σ₁₀;

5) потери от деформаций обжатия стыков между блоками сборных конструкций – σ₁₁.

 

При натяжении на упоры:

 

σ_losI = σ₁ + σ₂ + σ₃ + σ₄ + σ₅ + σ₆

 

σ_losII = σ₈ + σ₉

 

При натяжении на бетон:

 

σ_losI = σ₃ + σ₄

 

σ_losII = σ₇ + σ₈ + σ₉ + σ₁₀ + σ₁₁

 

Сумма потерь первых и вторых может составлять в пределах 30% от назначаемого преднапряжения.

σ_los = σ_losI + σ_losII ≥ 100 МПа

 

В расчётах принимают сумму потерь не менее 100 МПа