Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




13.08.2018


13.08.2018


10.08.2018


09.08.2018


08.08.2018


08.08.2018


07.08.2018


07.08.2018


07.08.2018


04.08.2018





Яндекс.Метрика
         » » Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

15.07.2014

Создание предварительного напряжения с помощью затяжек является наиболее распространенным способом для многих видов конструкций (балок, ферм, рам и т. п.). В этом случае затяжка является весьма ответственным конструктивным элементом, определяющим надежность работы конструкции, соответствие действительной работы условиям расчета и способ производства работ по предварительному напряжению.
Существенной конструктивной частью затяжки является анкерное крепление ее к напрягаемой конструкции. Для металлических конструкций анкеровка затяжек еще не вполне отработана.
Конструкция затяжек должна быть согласована со способом их натяжения и закрепления.
При натяжении с помощью гидравлических домкратов (двойного действия или других) и закреплении на торцовых упорах конструкции затяжки изготовляются в виде прямолинейных гибких стержней.
При натяжении затяжек методом непрерывной навивки, домкратами с подвижными упорами, оттягивающими приспособлениями или забивкой клиньев затяжки изготовляются в виде непрерывной петли.
Затяжки для предварительно напряженных стальных конструкций могут выполняться из стальных канатов, арматурных пучков и прядей из высокопрочной проволоки и круглых стержней из высокопрочной стали.
Стальные канаты спирального типа (рис. I.1) являются заводским изделием, и поэтому весьма удобны, надежны и не требуют специальных устройств для их изготовления. Стальные канаты изготовляются из высокопрочной проволоки диаметром oт 0,4 до 3 мм с временным сопротивлением до 190 кг/мм2.
Диаметр отдельных канатов достигает 65 мм. Наибольшее разрывное усилие каната примерно 400 г.
Расчетные сопротивления витых светлых стальных канатов принимаются в размере 65% от среднего разрывного напряжения (разрывное усилие, деленное на площадь поперечного сечения каната); расчетные сопротивления оцинкованных канатов — в размере 60% от среднего разрывного напряжения.
В открытых конструкциях, подверженных атмосферным воздействиям, особенно рациональны канаты закрытого типа (рис. I.1,в), как более стойкие против коррозии.
В зависимости от величины расчетного усилия в канатах затяжки могут состоять из одной или нескольких ветвей.
Недостатками канатов являются их высокая стоимость, дефицитность и сравнительно низкий модуль упругости. Модуль упругости каната, поступившего с завода, составляет всего (0,9—1,2)*10в6 кг/см2. Для повышения модуля упругости стальные канаты перед постановкой в конструкцию необходимо вытягивать усилием, на 10—15% превышающим расчетное усилие каната в конструкции. Вытяжкой можно повысить модуль упругости каната до (1,6/1,8)*10в6 кг/см2 (рис. I.2,а).
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Модуль упругости каната стабилизируется уже после первого загружения и при последующих загружениях практически не меняется (рис. I.2,б). Перерыв в несколько дней между вытяжкой и нагружением каната также не оказывает существенного влияния на величину его модуля упругости. Необходимо производить вытяжку целиком изготовленной затяжки совместно с анкерными стаканами, чтобы получить обмятие и уплотнение заделки каната в стакан.
Затяжки из канатов, как правило, проектируются прямолинейными с устройством на концах анкерных креплений стаканного типа (рис. I.3). Возможны также гильзо-клиновые анкеры. При работе затяжки в конструкции давление от стакана передается непосредственно на упорную часть конструкции.
Стаканы изготовляются из стали 3 и могут быть различной конструкции. Конец каната в стакане расплетается на отдельные проволоки, которые отгибаются внутри стакана на 180° или изгибаются змейкой (рис. I.4, а) и заливаются баббитом или другим легкоплавким сплавом. Изготовление анкеров стаканного типа достаточно сложно, связано с применением дорогих сплавов и горячего процесса, что является их основными недостатками.
Проверенные на практике размеры стаканов при заливке цинковым сплавом (ЦАМ) показаны на рис. I.4.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Испытания затяжек из стальных канатов показали их надежную работу (ЦНИИ строительных конструкций и НИИ промышленных сооружений, Уральский политехнический институт и др.). Если вытяжка затяжек производится совместно с анкерными стаканами, то при повторных нагружениях обмятия сплава и проскальзывания проволок не происходит.
При повторном загружении до величины усилия предварительной вытяжки затяжка работает упруго. При дальнейшем росте усилия удлинение затяжки интенсивно нарастает, и при нагрузке порядка 85—90% от разрывного усилия затяжка начинает "течь". При относительных удлинениях порядка 4—5% затяжка разрушается.
При правильно выполненном анкерном креплении (достаточные размеры стакана, отсутствие перегрева проволок каната при заливке стакана сплавом и т. п.) разрушение затяжек происходит на открытом ее участке между стаканами в результате постепенного разрыва отдельных проволок. При перегреве сплава возможны разрушение каната у входа его в стакан и преждевременный внезапный обрыв в этом месте.
Длительность процесса разрушения затяжки из стального каната обеспечивает ее надежную работу, обусловленную возможностью перераспределения усилий в конструкции в процессе деформации затяжки.
Затяжки из высокопрочной проволоки изготовляются в виде пучков, в которых проволоки расположены или по периметру окружности, или образуют сплошной пучок. При устройстве затяжки методом непрерывной навивки на поворотном столе она может иметь круглое или прямоугольное сечение, состоящее из одного или нескольких рядов проволоки.
Существенным недостатком затяжек, выполненных методом непрерывной навивки, является полная потеря несущей способности затяжки при обрыве одной проволоки.
Проволока применяется высокопрочная гладкая арматурная диаметром от 2,5 до 8 мм с расчетным сопротивлением от 7800 (для диаметра 8 мм) до 11 200 кг/см2 для диаметра 2,5 мм:
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Наиболее употребительна проволока диаметром 3—5 мм. Проволока меньших диам более подвержена коррозии и случайным механическим воздействиям; большие диаметры имеют меньшие расчетные сопротивления и труднее в обработке.
При расположении пучков по периметру окружности (трубчатое сечение) пучки натягиваются домкратами двойного действия, а количество прозолок в пучке принимается равным в соответствии с конструкцией домкрата 12—18 или 24 шт.
Наибольшее расчетное усилие для пучка из 24 проволок при диаметре проволоки 5 мм равно около 45 г. Следовательно, для восприятия больших усилий затяжка должна конструироваться из нескольких пучков сплошного сечения. Для металлических конструкций пучки трубчатого сечения мало рациональны, так как они имеют небольшую мощность и их трудно защищать от коррозии.
Пучки сплошного сечения могут иметь практически неограниченное количество проволок. Поэтому из таких пучков выполняются наиболее мощные затяжки.
В предварительно напряженном металлическом мосту через р. Томь применялись пучки из 125 проволок диаметром 3 мм.
Так же практически не ограничена мощность затяжек, выполняемых методом непрерывной навивки на поворотном столе.
Затяжки из прямолинейных пучков высокопрочной проволоки могут иметь различные анкерные крепления. Для затяжек трубчатого сечения из проволок диаметром 4—8 мм наиболее распространенными являются крепления с помощью анкерных колодок с пробками. Конны проволок заводятся в конусное отверстие колодки (рис. I.5, а) и после натяжения затяжки запрессовываются пробкой (рис. I.5, б). Натяжение и запрессовка производятся гидравлическими домкратами двойного действия. Внутренние размеры колодки и наружные размеры пробки зависят от сечения пучка.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Наружное очертание колодки может быть круглое или квадратное, а ее размеры должны быть достаточными, чтобы обеспечить жесткость и прочность крепления.
Колодка и пробка (рис. I.5, в) изготовляются из качественной конструкционной углеродистой стали. Пробка может изготовляться из конструкционной легированной стали марки 40Х.
Боковая поверхность пробки имеет нарезку треугольного или трапециевидного профиля и подвергается закалке.
При передаче домкратом продольного усилия па пробку (запрессовке) она плотно входит между концами проволок, выступы нарезки пробки сминаются, проволока вдавливается в более мягкую сталь колодки и происходит плотное заклинивание проволок между колодкой и пробкой. Усилие, передаваемое на пробку при ее запрессовке, должно быть близким к усилию предварительного напряжения в затяжке во избежание проскальзывания проволок в колодке под нагрузкой.
Испытание прямолинейных затяжек трубчатого сечения с анкерным креплением «колодка с пробкой» показало их надежную работу. Модуль упругости такой затяжки близок после предварительной вытяжки к 2*10в6 кг/см2.
Предварительная вытяжка пучков, хотя и не имеет такого значения, как для канатов, но все же рекомендуется для более равномерного распределения усилия между проволоками и повышения модуля упругости. Производить ее можно в процессе натяжения перед запрессовкой пробки путем создания в натяжном приспособлении домкрата усилия, превышающего усилие предварительного натяжения на 10—15%, с последующим снижением его до заданной величины. При хорошей запрессовке пробок проскальзывания проволок не происходит.
Как показали исследования (ЦНИИСК, МИСИ имени В. В. Куйбышева, ВНИИ транспортного строительства и др.), усилие между отдельными проволоками в затяжке при хорошем качестве ее выполнения практически распределяется равномерно. Затяжка разрушается постепенно путем последовательного разрыва проволок. Наиболее часто проволоки разрываются и месте зажима их пробкой, где происходит концентрация напряжений. Разрывное усилие близко к сумме разрывных усилий отдельных проволок. Удлинение в момент разрыва — порядка 5-6%.
Применение анкеров «колодка с пробкой» для затяжек сплошного сечения несколько ухудшает их качество.
При изготовлении затяжек сплошного сечения проволоки располагаются в пучке по винтовой линии (рис. I.6). Модуль упругости пучка при первом загружении равен (1,4—1,5)*10в6 кг/см2, при последующих — около 2*10в6 кг/см2. Несущая способность пучка снижается на 5—6%. Однако вследствие простоты изготовления и большей компактности сечения таких затяжек применение их целесообразно.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Работа анкерных креплений «колодка с пробкой» хорошо теоретически и экспериментально изучена. Эти анкеры широко применяются в железобетонных конструкциях. Достоинством их являются простота изготовления и небольшое количество деталей, возможность стандартизации, небольшой расход металла и свободный доступ для осмотра и контроля работы анкера.
Мягкая сталь колодки обеспечивает надежную анкеровку всех проволок пучка, так как различные неточности в размерах деталей анкера и отклонения в профиле проволоки компенсируются при запрессовке пробки различной величиной площади вдавливания по поверхности конического отверстии колодки (рис. I.5, а).
Работа затяжки из высокопрочной проволоки с анкерами «колодка с пробкой» исследована в первом приближении на пульсационную нагрузку. Испытания показали, что при величине импульса от 10—17,5 кг/мм2 затяжка выдерживала соответственно от 1 млн. до 1 млн. 700 тыс. циклов, после чего происходили обрывы проволок в местах анкеровки. На выносливость затяжки сказывают влияние концентрация напряжении и проволоке под нарезкой на пробке и явление контактного трения в этих местах, возникающего при циклическом нагружении. Замечено, что в коротких затяжках выносливость снижается, очевидно, из-за большей общей жесткости и неравномерности распределения усилия между проволоками. Выносливость увеличивается, если у конусных пробок сделать округленные торны и тем самым предотвратить подрезку проволоки острыми краями.
Анкеровка пучка гильзо-стержневыми анкерами (НИИ по строительству Минстроя России) с опрессовкой (рис. 1.7) может применяться для пучков как сплошного, так и трубчатого сечений. Конец пучка вставляется в гильзу (сталь 3) и запрессовывается между гильзой и стержнем, подверженным закалке (сталь 45), вставляемым по длине гильзы между концами проволок.
Закалка стержня повышает его хрупкость. При неточном центрировании анкера в нем помимо растяжения возникает изгиб, что может привести к преждевременному хрупкому разрушению стержня. Запрессовка может производиться на передвижной гидравлической установке.
Как показали испытания (ЦНИИСК), такая анкеровка обеспечивает использование несущей способности пучка лишь на 75—85%. Положительными качествами ее являются технологичность и быстрота изготовления.
М. К. Бородич предложил гильзовый анкер со стержнем из обычной углеродистой стали без термической обработки, но с надетой на него спиралью из высокопрочной проволоки (рис. I.8). Стержень 1 имеет на конце резьбу, на которую навинчиваются гильза 2 и натяжная гайка 3. На другой конец стержня 1 — меньшего диаметра — надевается спираль 4, изготовленная из высокопрочной проволоки, вокруг которой размещаются проволоки затяжки 5.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Сечение стержня определяется расчетом. Гильза изготовляется из мягкой стали. При опрессовании гильзы 2 анкер претерпевает значительные пластические деформации, в результате которых проволоки 5 изгибаются на участках между витками спирали 4.
В свою очередь, спираль 4 вдавливается в поверхность стержня 1. В результате этих деформаций исключается проскальзывание проволок 5 в анкере.
Хорошие результаты дали испытания стаканных анкеров и без опрессовки, с плотной забивкой клиньев (рис. I.9) между концами проволоки. Анкер стаканного типа выполнен из стали Ст. 3 с внутренней полостью, расточенной на конус, и с винтовой нарезкой на цилиндрической наружной поверхности. На стакан навинчивается гильза из стали Ст. 45, которая обеспечивает упор анкера в конструкцию.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Анкер подобного типа предложен Гипромезом для мощных затяжек сплошного сечения (расчетное усилие до 600 т) с большим количеством проволок.
Концы проволок заводятся в стакан и закрепляются в нем забивкой нескольких десятков клиньев из мягкой стали. Клинья плотно заполняют промежутки между проволоками (рис. I.10). Торцы проволок и клиньев можно обваривать в сплошную монолитную массу.
Испытание анкеров с забивкой клиньями (Западно-Сибирский филиал ACиA России) показало надежную их работу.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Испытывались затяжки из 72 проволок диаметром 5 мм, длиной 300—380 см с теоретическим разрывным усилием ~ 260 т. Фактическое разрывное усилие составляло от 92,2 до 100% от теоретического (равного разрывному усилию одной проволоки, умноженному на количество проволок). При первых загружениях проволоки вытягиваются из анкеров на 60-90 мм, при повторных загружениях до усилия первоначальной величины вытягивания не происходит. Рекомендуется затяжки после их сборки предварительно 3-4 раза вытягивать усилием, превышающим расчетное на 20-25%.
Длина вытяжки проволок из анкеров резко уменьшается при заполнении стакана перед забивкой клиньев цементным раствором. Разрушение затяжек происходит в результате постепенного обрыва проволок в месте выхода их в стакан и сопровождается деформацией анкерных стаканов.
Для затяжек в виде круглых пучков сплошного сечения могут применяться анкерные стаканы, заливаемые баббитом или бетоном на высокопрочном цементе.
Затяжки из 71 проволоки диаметром 3,8 мм с анкерными стаканами, залитыми баббитом, испытывали на статическую нагрузку. При нагрузке, равной 60-70% от разрушающей, зафиксировано вытягивание пучка из анкера на 2-3 мм. Модуль упругости при первом загружении составил (0,85-1,24)*10в6 кг/см2, при повторных загружениях величина модуля упругости повышалась до 1,6*10в6. Усилия в отдельных проволоках отклонялись от среднего значения до 20%.
Равномерность работы проволок в сильной степени зависит от качества изготовления затяжки. Довести затяжки до разрушения не удалось из-за недостаточной мощности испытательной установки.
При испытании анкера со стаканом, залитым цинком, для мощной затяжки из 100 проволок диаметром 3 мм разрывное усилие было получено в размере 87,6% от расчетного. Первоначальный модуль упругости затяжки составил 1,21*10в6 кг/см2.
Также вполне надежным оказались анкеры для мощных затяжек со стаканами, залитыми бетоном с металлической стружкой (Западно-Сибирский филиал б. АСиА России). Три опытные затяжки длиной 300—320 см из 72 проволок диаметром 5 мм имели фактическое разрывное усилие, равное теоретическому. Вытяжка пучков из анкеров при первом загружении составила 13—40 мм. Начальный модуль упругости (1,51—1,7)*10в6 кг/см2.
Опыты, проведенные в ЦНИИС Гострансстроя с затяжками, имеющими анкерные стаканы, залитые бетоном, при 42 проволоках диаметром 5 мм в затяжке показали, что при надлежащем качестве бетона анкеры такого типа работают надежно. Неупругие деформации в анкерах при первом загружении достигают 6—7 мм. При вторичных загружениях затяжки с анкерами работают практически упруго.
Западно-Сибирским филиалом б. АСиА России испытаны три мощные затяжки, заключенные в стаканные анкеры мостового типа, применяемые в строительстве железобетонных мостов для внутренней анкеровки пучков (рис. I.11). Проволоки 1, входящие в стакан 2, проходят через прорези поперечной диафрагмы 3. Для улучшения условий работы проволоки при выходе из стакана там устанавливается конусная втулка 4. Стакан заливается бетоном. Испытывались затяжки из пучков 72∅5; 90∅5 и 225∅3 мм. Затяжки выдержали соответственно 92, 100 и 95% от разрывного усилия.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Испытания показали возможность применения анкеров мостового типа в стальных конструкциях.
Недостатками такого анкера являются сложность сборки и сравнительно большие размеры.
Затяжки из семипроволочных стальных прядей изготовляются на канатно-сталепроволочных заводах и имеют большую длину (не менее 200 м). Диаметры прядей колеблются от 4,5 до 15 мм при диаметре отдельных проволок от 1,5 до 5 мм (табл. I.1).
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Расчетное сопротивление пряди достигает 12 т. Затяжки из прядей собираются так же, как затяжки из отдельных проволок, — по периметру окружности на круглых вкладышах или в виде сплошного пучка. Для анкеровки прядей применяются те же анкерные устройства, что и для пучков.
Затяжки из сплошных стержней, например горячекатаной арматуры периодического профиля, наиболее удобны в конструктивном отношении, просты в изготовлении и мало подвержены коррозии. Однако они имеют сравнительно небольшое расчетное сопротивление (4000—6000 кг/см2) и ограниченную длину.
Если сталь хорошо сваривается без потери прочности, то изготовление затяжек необходимой длины упрощается. Применение для затяжек термически упрочненной стали с более высокими расчетными сопротивлениями находится еще в стадии освоения; термически упрочненная сталь при сварке частично теряет прочностные показатели, что будет ограничивать ее применение в сварных затяжках.
Анкеровка стержневых затяжек основана на винтовом закреплении. Так как расчет стержня ведется по внутреннему диаметру резьбы, то применение винтового закрепления без утолщения концов стержня сильно снижает экономичность конструкции.
При свариваемых сталях возможна приварка стыковой сваркой к концам затяжки стержней большого сечения с винтовой нарезкой для анкерного крепления (рис. I.12).
Натяжение затяжек из сплошных стержней производится с помощью гидравлических домкратов, тянущее устройство которых закрепляется винтовой нарезкой на конце затяжки.
Весьма эффективен электротермический способ натяжения.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Небольшое усилие предварительного напряжения может быть создано фаркопфом, включенным в затяжку, или даже натяжением закрепляющей затяжку торцовой гайки. При натяжении фаркопфом необходимо принимать меры против закручивания затяжки в процессе натяжения, что затрудняет этот процесс.
Сплошные петлевидные затяжки круглого сечения или прямоугольные, выполненные методом непрерывной навивки, закрепляются на упорах, имеющих плавное криволинейное (как правило, по окружности) очертание (рис. I.13). Наиболее распространенной схемой натяжения и анкеровки для затяжки, изготовляемой отдельно от конструкции, является укладка ее на один подвижный и другой неподвижный упоры с последующим натяжением затяжки и закреплением подвижного упора (рис. I.14). Подвижный упор с помощью домкрата и других вспомогательных приспособлений перемещается, натягивая затяжку; затем прикрепляется сваркой, заклепками или болтами к конструкции, после чего домкрат снимается. По этой схеме закреплялись и натягивались затяжки моста через р Томь.
Опыты показали, что при аккуратно уложенных на упор затяжках прямоугольного сечения (рис. I.15) диаметр закругления упора должен быть не меньше двадцати диам проволоки. При меньших диаметрах упора происходит обрыв проволоки.
При испытании петли из одной проволоки (А. А. Васильев) величина разрывного усилия находилась в прямой зависимости от диаметра закругления упора. При диаметре упора, равном разрывное усилие проволоки в петле было на 3—4% меньше усилия прямой проволоки. одной проволоке от диаметра упора получена в Западно-Сибирском филиале б. АСиА России (рис. I.16), где испытывались проволоки диаметром 3 мм.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

По-видимому, результаты для важной партии проволоки могут быть различными.
Несущая способность петлевидной затяжки в значительной степени зависит от характера укладки проволок петли на упорах.
Петлевидные затяжки прямоугольного сечения, аккуратно уложенные на упорах (рис. I.15), работают лучше, чем петлевидные затяжки круглого сечения. В отдельных проволоках петлевидных пучков круглого сечения отклонение усилия от среднего значения достигает 35%.
В затяжках, примененных на мосту через р. Томь, отдельные проволоки вообще были не натянуты и не участвовали в работе затяжки.
В затяжках, выполняемых методом непрерывной навивки, проволоку приходится стыковать. Как показали специальные исследования, стыки, равнопрочные с цельной проволокой, можно получить пайкой или обмоткой концов проволоки внахлестку, а также с помощью болтовых сжимов. Пайка производится чистым оловом или припоем марки ПОС-30. Длина спайки принимается около 50 диам стыкуемой проволоки. Пайка может выполняться ванным способом.
При устройстве стыка обмоткой длина стыка принимается равной 60—70 диаметрам проволоки. Обмотка производится вязальной проволокой диаметром 0,8 мм с натяжением ее усилием 2—2,5 кг. Сжимы имеют болт с прорезью, две шайбы и две гайки. Концы проволоки вставляются в прорезь и зажимаются между шайбами закручиванием до отказа гаек. Необходимое количество сжимов должно определяться опытом.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа

Результаты испытаний петлевидных затяжек круглого сечения на упорах различных диам приведены в табл. I.2. Из таблицы видно, что разрывное усилие зависит от количества проволок в затяжке и от диаметра упора. Разрывное усилие, близкое к теоретическому, получалось при отношениях диаметра упора к диаметру проволоки 80—100.
При первом загружении затяжки проволоки в пучке уплотняются, и затяжка вытягивается. При вторичном загружении затяжки деформативность ее уменьшается (рис. I.17).
На пульсационную нагрузку петлевидные затяжки не испытывались, но можно предполагать, что их выносливость больше, чем у пучков с заклинивающими креплениями из-за отсутствия в местах анкеровки подрезов и местных напряжений.
Затяжки. Конструкция, материалы, анкеровка, работа