21.06.2017
Гидроизоляция в комнате, где будет устанавливаться ванна или душ, должна быть качественной, ведь именно здесь возможны постоянные...


21.06.2017
Мрамор появляется в результате соединения известняка и доломита под воздействием перекристаллизации различных осадочных пород в...


21.06.2017
Трактор - это техника, без которой сложно представить выполнение дорожно-строительных, землеройных и других работ. Именно поэтому...


20.06.2017
При монтаже пластиковых окон немаловажным пунктом является оформление ее откосов. Для отделки проемов используется материал, из...


20.06.2017
Первые недели жизни малышу требуется на сон не менее 18 часов в сутки. Поэтому очень важно правильно организовать место для сна....


20.06.2017
Утепление или же преобразование лоджии собственными силами, как и при работе профессионалов, всегда начинается с робот по ее...


Сталь для напрягаемой арматуры

06.02.2017

Для арматуры, напрягаемой электротермическим методом, применяется сталь тех же марок, что и при других способах натяжения. Наибольшее распространение электротермический метод получил при натяжении стержневой арматуры классов A-IIIв, A-IV и Ат-IV. Однако известны случаи электротермического натяжения высокопрочной проволоки и опытные работы в производственных условиях по электротермическому натяжению прядевой (канатной) арматуры.
Виды напрягаемой арматуры для железобетонных конструкций описаны в разных работах и нормативных документах. Здесь мы ограничимся вопросами, представляющими особый интерес для электротермического натяжения. К ним относятся: влияние нагрева на свойства арматурной стали, коэффициенты линейного расширения разных видов арматурной стали при электронагреве до разных температур и сравнительная экономическая оценка разных видов напрягаемой арматуры.

В отличие от арматурной стали классов А-I, A-II, и A-III арматура класса A-IV, как правило, не обладает физическим пределом текучести, и поэтому для таких марок стали, что относится и к высокопрочной проволоке, введено понятие условного предела текучести ?0,2 и условного предела пропорциональности ?0,02 (рис. 2.1).
?0,2 — напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,2% длины участка измерения. Эта характеристика хорошо определяет границу между участком диаграммы с преимущественными упругими деформациями и участком с преимущественными пластическими деформациями.
?0,02 — напряжение, выше которого возникают остаточные деформации, поддающиеся точному замеру.
Выяснению влияния температуры нагрева при электротермическом натяжении на свойства арматуры посвящен ряд исследований.
Работы С.А. Мадатяна показали, что при нагреве стали класса A-IV марки 30ХГ2С до температуры 250—300° С c последующим охлаждением постепенно до 15—20° С ее свойства практически не меняются. Если же эту сталь нагреть до 350—400° С, то после остывания ее свойства существенно улучшатся. Условный предел текучести увеличивается на 18—20%, а предел пропорциональности— на 30—40%. Улучшаются также пластические свойства стали, относительное удлинение при разрыве возрастает на 15—20%. Временное сопротивление практически не меняется. При большем повышении температуры нагрева снижается временное сопротивление; это снижение становится существенным при температуре выше 550° С. В связи с этим рекомендуется не нагревать арматуру из стали марки 30ХГ2С больше чем до 500° С.
Практически, как показано ниже, сталь класса А-IV нужно нагревать до температуры 300—350° С, что обеспечивает получение необходимых предварительных напряжений, с учетом податливости форм, смещения анкеров и удобства укладки арматуры в упоры. В то же время, как было показано, для улучшения свойств стали ее следует нагреть до 400° С. Поэтому, наряду с наибольшей допустимой температурой, устанавливается понятие рекомендуемой температуры нагрева, которую для стали марки 30ХГ2С можно принять равной 400° С.
Опыт показал, что длительность нагрева в пределах от 2 до 10 мин (скорость нагрева 0,7—3 град/сек) практически не влияет на свойства стали. Более длительный нагрев (1 ч и более) приводит к заметному снижению прочностных показателей стали уже при температуре нагрева примерно 450° С. Это было показано в опытах Л.П. Эпштейн с нагревом стержней не сопротивлением электротоком, а в печах.
Вследствие недостаточного количества выпускаемой стали класса A-IV на заводах сборного железобетона применяют также стержневую арматуру из стали классов А-IIв и А-IIIв, получаемую путем холодной вытяжки стали классов A-II и A-III.

Влияние электронагрева на сталь марок Ст.5, 25Г2С и 35ГС, упрочненную вытяжкой, аналогично влиянию на сталь 30ХГ2С. Здесь также при определенных температурах нагрева происходит снятие внутренних напряжений и улучшение свойств стали. По опытам Б.Я. Рискинда, проведенным в 1956—1959 гг., было установлено, что при нагреве до 300—350° С и последующем остывании до 15—20°С предел текучести возрастает на 10—15%. После нагрева до 400—450° С предел текучести начинает снижаться по сравнению с наибольшим его значением, получаемым после нагрева до 300—350° С.
При упрочнении стали вытяжкой модуль ее упругости снижается с 2-2,2*10в6 кГ/см2 до 1,5-1,7*10в6 кГ/см2. В результате электронагрева и последующего охлаждения модуль упругости упрочненной стали возрастает до 1,9—2,1*10в6 кГ/см2 при напряжениях 3000—4000 кГ/см2.
Примерно такие же данные были получены С.А. Мадатяном в 1961 г. при определении влияния электронагрева на сталь марки 35ГС, упрочненную вытяжкой. Длительность нагрева составляла 4—5 мин. Нагрев до 300—400° С приводил к увеличению предела текучести на 10%. При нагреве выше 500° С наблюдалось снижение предела текучести. Характер влияния электронагрева на свойства стали показан на рис. 2.2.
Опыты показывают, что некоторые марки стержневой арматуры, применяемой в качестве напрягаемой, имеют относительно низкие значения пределов пропорциональности и упругости. При напряжениях, превышающих эти пределы, диаграмма напряжение — удлинение довольно существенно отклоняется от прямой линии. Это обстоятельство представляет практический интерес, так как влияет на величину удлинения арматуры, обеспечивающую необходимое начальное предварительное напряжение.
Такое отклонение от прямой линии обнаружено в арматуре класса A-IIIв из марок стали 25Г2С и 35ГС, упрочненной вытяжкой, а также в стали класса A-IV марки 30ХГ2С и 20ХГ2Ц (рис. 2.3). Для стали марки 80С и термически упрочненной зависимость напряжение — деформация остается практически линейной в пределах назначаемых предварительных напряжений.

Для электротермического натяжения важно знать величины коэффициентов линейного расширения арматурной стали. В настоящее время еще нет достаточно достоверных значений этих коэффициентов для всех видов арматуры.
В табл. 2.1 приведены значения коэффициента линейного расширения стержневой и проволочной арматуры, необходимые для расчетов нагрева арматуры при электротермическом натяжении. Табл. 2.1 составлена по разным источникам, и ее данные характеризуют наши современные знания в этой области.

В табл. 2.2 приведены основные характеристики различных видов арматурной стали. Данные по арматуре классов A-I, AII и A-III, которая, как правило, не используется для напрягаемой арматуры, даны для сравнения.


Для суждения о сравнительной экономичности разных видов напрягаемой арматуры необходимо учитывать цену металла, относительный расход арматуры и стоимость ее переработки (заготовка, укладка и натяжение). В отдельных случаях может оказаться необходимым учесть также влияние вида напрягаемой арматуры на другие технологические операции.
В качестве одного из основных показателей экономичности арматуры обычно принимают относительную стоимость стали, равную отношению ее цены к расчетному сопротивлению, т. е. цена (условная) единицы сопротивления. Естественно, что здесь следует учитывать не временное сопротивление и не предел текучести, так как они не характеризуют расхода арматуры.
Относительная стоимость была предложена в качестве характеристики экономичности в 1940 г., т. е. в то время, когда не было высокопрочной стержневой арматуры класса A-IV, появление которой внесло существенные коррективы. Дело в том, что в соответствии с действующими нормами большинство предварительно напряженных железобетонных конструкций относится ко второй категории трещиностойкости (при нормативной нагрузке трещины не допускаются), если арматура проволочная, или к третьей категории (при нормативной нагрузке допускаются трещины ограниченного раскрытия), если арматура стержневая.
Для обеспечения трещиностойкости при нормативной нагрузке приходится принимать больше проволочной арматуры, чем требуется но условиям прочности. Поэтому ее расчетное сопротивление используется намного меньше, чем стержневой, количество которой, определенное по условиям прочности, обычно достаточно для ограничения раскрытия трещин.
ВНИИЖелезобетоном был проведен анализ типовых проектов предварительно напряженных железобетонных конструкций для промышленных зданий. В этих проектах имеются варианты напрягаемой арматуры в виде стержней из классов А-IIIв или A-IV и в виде проволоки или прядей (канатов).
По показателям типовых проектов определялся коэффициент относительного использования расчетного сопротивления арматуры

Если расчетные сопротивления проволочной и стержневой арматуры использований одинаковой степени, то Vп(Fп)Rа.п = Vс(Fс)Rа.с, т. е. К=1. Неравенство VпRа.п>VcRa.c означает, что расчетное сопротивление прядевой арматуры использовано в меньшей степени, чем расчетное сопротивление стержневой арматуры, так как Fп > Rа.с/Rа.п Fc.
Типовые конструкции делятся на две неравные группы. Первая, основная, группа содержит большинство изделий: в них при проектировании принята вторая категория трещиностойкости при проволочной или прядевой арматуре и третья при стержневой.
Для кровельных плит 3x12 м (серии ПК-01-99 и ПК-01-100) всех типоразмеров К>1 и в среднем из девяти полученных результатов К=1,22.
В проектах стропильных балок односкатных (ПК-01-116) и для плоских кровель (ПК-01-01/64) среднее из 32 результатов К=1,38. Для подстропильных балок (ПП-09-63/64, вып. 1) К=1,57, а для подстропильных ферм и стропильных под плоскую кровлю (ПК-01-02/62) получено в среднем из 47 значений К=1,15.
При экономической оценке разных видов арматуры можно использовать полученные значения К. Для общего сравнения, учитывая удельный вес расхода напрягаемой арматуры на каждую конструкцию в здании, можно принять с некоторым отклонением в сторону уменьшения K=1,2.
Вторая группа рассмотренных проектов относится к конструкциям, в которых принята вторая категория трещиностойкости как при проволочной, так и при стержневой арматуре. Эта группа малочисленна, и в нее по действующим нормам должны входить только подкрановые балки (КЭ-01-50). Без достаточных оснований так спроектированы также подстропильные и стропильные фермы для скатной кровли (серии ПК-01-110, ПК-01-140, ПК-01-129). Как и следовало ожидать, в таких конструкциях использование расчетного сопротивления проволочной, прядевой и стержневой арматуры находится примерно на одном, невысоком уровне. Для подкрановых балок по 11 полученным значениям в среднем К=1,06, а для подстропильных и стропильных ферм скатной кровли соответственно 1,05 и 1,09. Таким образом, при одинаковой категории трещиностойкости для сравнительной экономической оценки видов арматуры можно принимать одинаковое использование расчетного сопротивления разных видов напрягаемой арматуры, т. е. К=1.
Для правильной оценки влияния стоимости переработки напрягаемой арматуры на ее экономичность необходимо составить полные калькуляции себестоимости заготовки, укладки и натяжения арматуры, отражающие не только трудоемкость операций, но также амортизацию оборудования, его ремонт и содержание, цеховые расходы с амортизацией зданий и пр. Проводимые в ряде случаев сравнения по одному из этих показателей могут привести к неправильным выводам.
ВНИИЖелезобетоном в 1966 г. было обследовано производство предварительно напряженных железобетонных подкрановых балок на пяти заводах с составлением калькуляций себестоимости заготовки, укладки и натяжения арматуры разных видов. Калькуляции составлялись по принципу сравнимости, т. е. на разных заводах принималась одинаковая стоимость аналогичного оборудования, одинаковые проценты амортизационных отчислений с учетом сменности работ, одинаковые разряды рабочих на аналогичных операциях, одинаковая стоимость электроэнергии и пр.
Результаты анализа приведены в табл. 2.3.

Из данных табл. 2.3 можно сделать интересные выводы.
1. Трудоемкость укладки и натяжения стержневой арматуры на Московском заводе ЖБИ № 18 при силовых формах и электротермическом методе натяжения равна 4,2 чел.-часа на 1 т арматуры. При сравнении с проволочной или канатной арматурой следует учесть, что в подкрановых балках вместо 1 т проволоки или канатов применяется примерно 1,8 т стержней класса A-IV. Следовательно, сравнимая трудоемкость указанных двух операций 4,2х1,8 7,6 чел.-часа, что в 1,8 раза меньше самой низкой трудоемкости укладки и натяжения, имевшей место на Щекинском заводе при использовании канатов, натягиваемых домкратами. Полная сравнимая трудоемкость переработки стержневой арматуры 1,8*9,9=17,7 чел.-часа также наименьшая.
Сравнимая стоимость переработки стержневой арматуры 1,8 (4,34+4,7) = 7,81+8,46=16 р. 27 к. примерно равна самой дешевой переработке канатов (15 р. 97 к).
Для наиболее массовых предварительно напряженных конструкций вместо 1 т проволочной или канатной арматуры, как было показано выше, применяется примерно 96/1,2*51=1,57 т стержневой арматуры класса A-IV, и сравнимая стоимость ее переработки составит 1,57*9,04=14 р. 20 к., что на 11% ниже самой дешевой переработки 1 т канатной арматуры. Трудоемкость переработки в этом случае ниже на 23%.
2. Полученные данные не свидетельствуют о сколько-нибудь заметном повышении стоимости переработки короткой напрягаемой арматуры по сравнению с длинной. Переработка канатов на Щекинском заводе при стенде длиной 36 м оказалась дешевле, чем на Долгопрудненском заводе со стендом длиной 75 м.
Переработка проволоки на Ждановском заводе при силовых формах длиной по 12 м несколько дешевле, чем на Броварском заводе со стендом длиной 75 м. Самой дешевой является переработка стержневой арматуры также при силовых формах 12 м.
Объясняется это лучшим использованием оборудования и производственных площадей при заготовке более коротких напрягаемых арматурных элементов и меньшей трудоемкостью укладки, что компенсирует несколько большие затраты на технологические анкеры и натяжение.
3. Результаты проведенного обследования стоимости переработки разного вида напрягаемой арматуры можно использовать и для более общего сравнения, касающегося не только подкрановых балок, так как условия переработки напрягаемой арматуры для них принципиально не отличаются от переработки ее для других предварительно напряженных железобетонных конструкций.
Сравнение разных видов напрягаемой арматуры следует проводить по полной стоимости, включающей все расходы, начиная от приобретения металла и кончая натяжением и закреплением арматуры.
Обозначим стоимость 1 т металла для арматуры через Ц и стоимость переработки, включая дополнительные материалы, через П. При сравнении двух разных видов арматуры нужно учесть различный их расход для предварительно напряженной железобетонной конструкции одного назначения.
Расход напрягаемой арматуры зависит от ее расчетного сопротивления Rа и от степени его использования, характеризуемой коэффициентом 1/К. Поэтому при сравнении двух видов арматуры один из них принимается со своим нормируемым расчетным сопротивлением Rа1, а другой — вводится со своим расчетным сопротивлением Rа2, умноженным на коэффициент 1/k1,2.
Пользуясь принятыми обозначениями, перерасход (или экономию) средств ?С при применении 1 т напрягаемой арматуры A2, вместо арматуры A1, можно определить по формуле

или в другом виде

здесь О — количество отходов арматуры в т;

Результаты экономического сравнения для разных случаев приведены в табл. 2.4. Из этой таблицы видно, что стержневая арматура класса A-IV в подавляющем большинстве случаев экономичнее арматуры из семипроволочных прядей. Только при одинаковом использовании расчетных сопротивлений стержней и проволоки (K1,2=1) и при втором варианте цен разница в стоимости столь незначительна, что оба эти вида арматуры можно считать равноценными.