Простой и напряженный железобетон заводского изготовления

Колонны изготовляют  с обыкновенным и предварительно напряженным армированием, цельными на всю длину или составными из отдельных элементов, собираемых на месте строительства.

   Балки: таврового и двутаврового сечений.

Изготовляют их с обыкновенным или предварительно напряженным армированием. По форме различают балки трапецеидальные и сегментные. Для облегчения в вертикальной стенке балки устраивают отверстия.  
    Фермы и арки. В качестве несущих элементов покрытий пролетом свыше 18 м применяют предварительно напряженные железобетонные фермы и арки. Фермы  имеют трапецеидальную, треугольную или криволинейную сегментную форму. Изготовляют их цельными и составными, состоящими из отдельных элементов.

    Плиты покрытий автомобильных дорог и аэродромов, изготавливаемые армированные и предварительно напряженные. Плиты могут быть сплошной и решетчатой конструкции. 

      Понятие о предварительно напряжённых железобетонных конструкциях.

    Железобетонные конструкции, применяемые в современном строительстве, отличаются некоторыми недостатками. Одним из них является большой собственный вес железобетон. Особенно серьезно это отражается на горизонтальных конструкциях, работающих на изгиб, — плитах, балках, ригелях и др. Под действием нагрузки здесь появляется напряжение на растяжение. Поэтому в растянутой зоне сечения железобетонной конструкции приходится размещать большое количество арматуры, что увеличивает площадь сечения и вес конструкции.

    Другим недостатком железобетонных конструкций является неполное использование свойств арматурной стали, в частности ее прочности на растяжение. При полном использовании прочности арматурных стержней бетон дает трещины в зоне растяжения конструкций, хотя напряжение в арматуре не превышает предела текучести. Это недопустимо при эксплуатации сооружений.

    Упомянутые недостатки в значительной степени устраняются в предварительно напряженных железобетонных конструкциях. Сущность предварительного напряжения заключается в следующем. Рабочую арматуру конструкции перед бетонированием натягивают и в натянутом состоянии производят бетонирование. После того как бетон схватится, затвердеет и приобретет необходимую прочность, натягивающее усилие снимают. При этом арматурная сталь стремится опять сжаться (сократиться по длине) и часть сжимающих усилий передает окружающему бетону.

     Таким образом, бетон в изготовленной предварительно напряженной конструкции еще до установки ее в сооружение и передачи на нее различных эксплуатационных нагрузок уже подвергнут напряжению на сжатие, или, как говорят, в конструкции искусственно создано внутреннее напряженное состояние, характеризующееся сжатием бетона и растяжением арматуры. Прежде чем бетон в предварительно напряженной конструкции, воспринимая расчетную (эксплуатационную) нагрузку, начнет работать на растяжение, в нем должно быть сначала погашено предварительно созданное сжатие.

    Наличие предварительного напряжения позволяет увеличивать нагрузку на конструкцию по сравнению с конструкцией, армированной обычным способом, или при прежней величине нагрузки уменьшать размеры конструкции, т. е. экономить бетон и сталь.

    Впервые идея предварительного напряжения (обжатия) элементов, работающих на растяжение, была предложена в 1861 г. русским ученым, академиком А. В. Гадолиным для стволов пушек.

   Преимущества предварительно напряженных железобетонных конструкций перед обычными заключаются в следующем.

• способность бетона хорошо работать на сжатие полностью используется во всем сечении, это позволяет уменьшить сечения, а следовательно, объем и вес предварительно напряженных элементов на 20—30% и сократить расход материалов, в частности цемента,
• благодаря лучшему использованию свойств арматурной стали в предварительно напряженных конструкциях по сравнению с обычными сокращается расход арматуры, экономия арматуры, особенно эффективная и нужная при применении сталей с высоким пределом прочности, достигает 40%,
• конструкции с предварительно напряженной арматурой отличаются высокой трещиностойкостью, что предохраняет арматуру от ржавления. Это имеет большое значение для сооружений, находящихся под постоянным давлением воды или каких-либо других жидкостей и газа (трубы, плотины резервуары и т. п.).
• вследствие уменьшения объема и веса напряженно-армированных железобетонных элементов облегчается применение сборных конструкций.

    Примерами наиболее распространенных сборных предварительно напряженных конструкций являются плиты для покрытий промышленных зданий, подкрановые балки, кровельные балки и др.

   В качестве напрягаемой арматуры для предварительно напряженных конструкций целесообразно применять арматурную сталь с более высокими механическими характеристиками; этим достигается наибольшая экономия арматуры, уменьшение сечения и веса конструкции. Поэтому преднапряженные конструкции армируют, как правило, высокопрочной арматурной сталью и изделиями из нее следующих видов:

• горячекатаная сталь периодического профиля класса А-IIIв, упрочненная вытяжкой,
• горячекатаная сталь периодического профиля классов At-V и At-VI, термически упрочненная,
• горячекатаная сталь периодического профиля классов A-IV и A-V,
• высокопрочная арматурная проволока, гладкая и периодического профиля классов B-II и Bp-II,
• проволочные пряди,
• проволочные канаты,
• пучки и пакеты из высокопрочной проволоки.

    Для предварительно напряженных конструкций очень важно обеспечение надежного сцепления поверхности арматуры с окружающим бетоном. Этим объясняется применение в качестве напрягаемой арматуры прядей и канатов со сложной формой поверхности.

    Натяжение арматуры при армировании предварительно напряженных конструкций выполняют двумя способами — до или после бетонирования.

Натяжение на формы или упоры.

    При армировании по этому способу арматурные стержни натягивают перед укладкой бетонной смеси. Усилия натяжения, достигающие по величине иногда нескольких десятков тонн, воспринимаются мощной конструкцией стальной формы, в которой изготовляют изделие, или специальными упорами стенда, поэтому этот способ называют стендовым. Бетонируют конструкцию при натянутой арматуре. Когда после отвердения бетона натяжные приспособления снимают, сжатие бетона достигается за счет сцепления между стремящимися сжаться арматурными стержнями и окружающим их затвердевшим бетоном. При данном способе контроль натяжения (следовательно, и напряжения) арматуры осуществляется до обжатия бетона.

Натяжение арматуры на бетон.

    В данном случае усилие натяжения арматуры воспринимается не формой, а затвердевшим бетоном. Этим способом пользуются главным образом для армирования конструкций, собираемых из отдельных блоков. Способ натяжения на бетон позволяет собирать крупноразмерные конструкции (длиной до 30 м и более) у места их установки из отдельных, легко перевозимых частей меньшего размера. Натяжение арматуры контролируют в процессе обжатия бетона. Обжатие можно производить только после накопления затвердевшим бетоном прочности, достаточной для восприятия усилий, создаваемых натяжными устройствами.

    Применяют различные способы натяжения арматуры:

• механический — с помощью специальных домкратов,
• электротермический, при котором используют свойство стального прутка удлиняться при нагревании,
• электротермомеханический, представляющий собой сочетание двух первых.

    Различают способы укладки напрягаемой арматуры:

• линейный, при котором укладывают отдельные стержни, проволочные пучки или пакеты точно отмеренной длины,
• способ непрерывной укладки (навивки) арматуры прямо из бухты на штыри вращающегося поддона или с помощью перемещающейся навивочной машины.

      Понятие о заводском производстве сборных железобетонных изделий и конструкций.

     Сборные железобетонные изделия  и конструкции изготавливают  на заводах, полигонах и специальных  предприятиях. Технология их изготовления  включает следующие основные  производственные операции: приготовление  бетонной смеси, изготовление  арматуры, подготовка и смазка формы, армирование, укладка бетонной смеси, уплотнение бетонной смеси, твердение. Отдельные виды строительных конструкций подвергают дополнительной обработке: облицовка лицевой поверхности, укладка тепло-водоизоляционных материалов.

    Для железобетонных изделий заводского  изготовления используют цементные  бетоны классов В15-В30, для предварительно  напряженных конструкции наиболее  целесообразны бетоны классов  В35 и выше.

    Армируют железобетонные изделия стальной арматурой в виде стержней, сеток, каркасов. Кроме этого устанавливают закладные детали, монтажные и разопалубочные петли.

    Формование изделий – один  из важнейших процессов и состоит  из сборки форм (очистки и смазки), установки арматуры, укладки бетонной смеси в форму и уплотнение ее.

     Качество железобетонных изделий  в значительной степени зависит  от  прочности и жесткости форм, которые должны обеспечить получение  изделий точно заданных размеров  с правильными очертаниями и  достаточно гладкой лицевой поверхностью. При массовом изготовлении изделий применяют только металлические формы.

    Уложенную в форму бетонную  смесь уплотняют на виброплощадках  или с помощью поверхностных  и глубинных вибраторов. До требуемой  категории поверхность доводят  заглаживающими валиками и дисками.

    Твердение железобетонных изделий  происходит в естественных условиях  или в специальных камерах  тепловлажностной обработки.

    После пропарки изделие освобождается от формы, если требуется, дополнительно отделывается поверхность, проверяется отделом технического контроля, маркируется и транспортируется на склад готовой продукции.

    На заводах-изготовителях применяют  несколько схем производства  железобетонных изделий:

• стендовая технология,
• поточно-агрегатный метод,
• конвейерный способ.

     При стендовом методе все операции (армирование, формование, тепловая обработка, распалубка, доводка категории поверхности до требуемой) в течение всего процесса изготовления изделий проводятся на стационарных стендах. Формы с изделием как в процессе изготовления, укладки и уплотнения бетонной смеси, так и в процессе затвердевания бетона остаются на месте, а производственные звенья и технологическое оборудование (формующие механизмы) последовательно перемещают от одной неподвижной формы, в которой формуется изделие, к другой. Само изделие передвигается только 1 раз — во время перевозки его на склад готовой продукции. Машины, выполняющие операции по подаче форм, арматуры и бетонной смеси, а также по укладке арматуры, бетонированию и распалубке, передвигаются от одной формы с изготовляемым изделием к другой.

Стендовый метод целесообразен при производстве крупных деталей, а также при  изготовлении безопалубочным методом предварительно напряженных конструкций.

     Поточно-агрегатный метод производства сборных железобетонных деталей характеризуется тем, что технологические операции изготовления изделия выполняются на разных рабочих постах. По этой схеме формы с изделиями с помощью подъемно-транспортных средств перемещаются от поста к посту с остановками, необходимыми для выполнения каждой операции. При этом затвердевание бетона происходит не на месте формовки, а в специальных пропарочных камерах. После тепловой обработки формы с изделием передвигаются на пост распалубки, откуда готовые изделия перевозятся на склад готовой продукции, а формы возвращаются на пост формования.

    Поточно-агрегатный метод весьма гибкий и позволяет наиболее просто организовать изготовление разнообразных изделий: плит, панелей, настилов, прогонов, ригелей, колон и других конструкций. Для перехода от производства одного типа изделия к другому требуется только замена форм. В силу своей экономичности, гибкости и простоты освоения этот метод широко применяется на заводах сборных железобетонных деталей любой мощности.

     При конвейерном методе производства сборных железобетонных деталей изделия и формы-вагонетки перемещаются от одного поста к другому по конвейеру с принудительным ритмом, определяемым наиболее длительной операцией; при этом машины, обрабатывающие эти изделия, и оборудование остаются на своих местах, а формы-вагонетки проходят сначала подготовительные посты, где их очищают и смазывают. Затем они поступают на основные посты, на которых в строго определенном порядке укладываются арматура и закладные части, а также укладывается и уплотняется бетонная смесь. Пройдя все посты, изделие направляется в камеры пропаривания непрерывного действия туннельного типа, где оно пропаривается, продолжая безостановочно двигаться. По выходе из камеры и последующем выпрессовании из формы изделие поступает на склад готовой продукции, а форма — на пост. Для каждого вида изделий на таком заводе устраивается специализированная конвейерная линия. На заводах, работающих по конвейерному методу, можно применять более совершенную технологию и автоматические линии (прокатные станы, вертикально-кассетные установки), что наиболее экономично.