Материалы и конструкции затяжек

Затяжки предварительно напряженных конструкций выполняют обычно из высокопрочных материалов в виде стальных канатов, пучков из высокопрочной проволоки, семипроволочных прядей, стержневой высокопрочной арматуры. Витые стальные канаты заводского изготовления и невитые стальные канаты (пучки и пряди из параллельных проволок) являются также основным материалом висячих и вантовых стальных конструкций и мостов, рассматриваемых в разделах III и V.

Витые стальные канаты изготовляют из проволок размером поперечного сечения 0,4 – 6 мм. Проволоки минимального диаметра (0,4 мм) имеют временное сопротивление до 2600 МПа, однако по соображениям антикоррозионной стойкости в промышленном и гражданском строительстве не применяют канаты из проволок диаметром менее 1,5 мм, а в мостах – менее 2,5 мм с временным сопротивлением проволок до 1800 МПа. Разрывное усилие витых отечественных канатов в целом достигает 4500 кН, зарубежных – 12000 кН.

Имеется несколько разновидностей конструкций витых канатов, отличающихся главным образом способом свивки и сечением проволок (рис. 2.2). Требования, предъявляемые к витым канатам, и свойства канатов регламентируются соответствующими ГОСТами или Техническими условиями.

Согласно разработанным в ЦНИИ проектстальконструкции рекомендациям [4] (авторы М. М. Кравцов, Н. Н. Стрелецкий, В. М. Фридкин) расчётное сопротивление стального каната определяется по формуле

, (2.1)

Рис. 2.2. Виды стальных канатов

а – спиральный из круглых проволок; б, в – двойной свивки (семипрядный); г – спиральный из круглых и фасонных проволок (закрытый несущий)

где – нормативное сопротивление каната, причем если в ГОСТе или ТУ имеется разрывное усилие каната в целом, то ( – суммарная номинальная площадь сечения всех проволок каната), а если в ГОСТе или ТУ имеется только суммарное разрывное усилие всех проволок каната, то ( – принимаемый по табл. 2.1 [1, стр.16] коэффициент агрегатной прочности каната, учитывающий уменьшение прочности каната в целом вследствие изгибных и местных напряжений и неравномерность работы проволок [3]; – коэффициент надежности для элементов конструкций, рассчитываемых по временному сопротивлению разрыву ; – коэффициент надежности по материалу, учитывающий статистические разбросы прочности проволок и каната в целом, допуски на размеры сечений проволок, а также влияние масштабного фактора – большой длины проволок; – коэффициент надежности по назначению, учитывающий степень ответственности и капитальности сооружения, принимаемый по табл. 2.2 [1, стр.16]; – коэффициент условий работы канатного элемента, учитывающий возможность перераспределения усилий в предельном состоянии конструкции, а также опасность усталостных разрушений канатов, не рассчитываемых на выносливость и принимаемый по табл. 2.3 [1, стр.16]; – коэффициент условий работы, учитывающий влияние на прочность каната местных концентраторов напряжений (анкерных закреплений, поперечных обжатий, перегибов) и принимаемый по табл. 2.4 [1, стр.16]. При более интенсивных поперечных обжатиях и меньших радиусах перегиба, чем это указано в табл. 2,4, должен быть уменьшен на основе специальных исследований.

Модуль упругости поступающих с заводов витых канатов МПа, что значительно ниже, чем у прокатной стали. Низкий модуль упругости объясняется неплотностью структуры каната. Предварительной вытяжкой канатов усилием, на 15 – 20 % превышающим расчетное усилие в канатном элементе, увеличивают модуль упругости до МПа. В табл. 2.5 приведены модули упругости витых стальных канатов (после вытяжки) и других высокопрочных растянутых элементов.

Для пучков высокопрочной проволоки применяется гладкая арматурная проволока диаметром 2,5 – 8 мм с временным сопротивлением 1400 – 1100 МПа. Наиболее часто используется проволока диаметром 3 – 5 мм. Проволока в пучке располагается прямолинейно, сплошным пучком или по периметру окружности, образуя трубчатое сечение.

При трубчатом сечении число проволок в пучке принимается кратным шести (12, 18, 24, 36 шт) в зависимости от конструкции домкрата, натягивающего пучок, и расчетного усилия затяжки. Пучки сплошного сечения могут иметь неограниченное число проволок и, следовательно, из них выполняются наиболее мощные высокопрочные растянутые канатные элементы.

Для витых стальных канатов и пучков с большим количеством проволок анкерные крепления проектируют, как правило, стаканного типа (рис. 2.3), являющегося основным для канатных элементов висячих и вантовых конструкций и мостов, рассматриваемых в разделах III и V. Стаканы изготовляют в виде полого цилиндра с внутренней конической или цилиндрической поверхностью, в которую вставляется расплетенный конец витого каната или пучка. Затем стакан заливается легкоплавким сплавом (ЦАМ и др.), сплав, остывая, твердеет и закрепляет канат в стакане. На наружной поверхности стакана имеется резьба для завинчивания захватных приспособлений тянущего домкрата.

В предварительно напряженных конструкциях для затяжек из пучков проволоки с числом проволок в пучке не более 36 шт. и диаметром проволок 4 – 8 мм применяются анкерные крепления «колодка с пробкой» (рис. 2.4). Концы пучка проволок заводятся в конусное отверстие колодки и после натяжения проволок домкратом двойного действия проволоки запрессовываются в колодке пробкой. Пробка изготовляется из конструкционной легированной стали марок 20Х или 40Х. На боковой поверхности пробки для повышения трения имеется нарезка, и она закаливается с последующим отпуском до твёрдости 52 – 55 ед. по Роквеллу. Имеются и другие виды анкерных устройств по концам затяжек из стальных канатов или пучков: гильзоклиновые, гильзостержневые, стаканный анкер с забивкой клиньев и др.

Рис. 2.3. Анкер стаканного типа для стальных канатов

а – размеры стакана; б – канатная втулка с заливкой цинковым сплавом; 1 – стакан; 2 – упорная гайка; 3 – канат; 4 – расплетённые и отогнутые проволоки каната; 5 – сварной стакан; 6 - цинковый сплав; 7 – сварной шов стакана; 8 – оплетка мягкой проволокой

Затяжки из круглых стержней арматурной стали классов A-V и A-VI имеют простую конструкцию и менее подвержены коррозии и случайным повреждениям. На концах затяжек делается резьба, и затяжки закрепляются на конструкции гайками. Так как резьба ослабляет сечение затяжки, то можно к концам затяжек приваривать стыковой сваркой короткие стержни большего диаметра, на которые наносится резьба (рис. 2.5). Натягиваются затяжки из сплошных стержней домкратами, тянущее устройство которых навинчивается на нарезку. Для арматурных стержней периодического профиля диаметром 16 мм и семипроволочных прядей диаметром 15 мм разработаны анкерные устройства из опрессованных стальных гильз (рис. 2.6). Гильзы длиной и наружным диаметром в 40 мм опрессовываются на концах сплошного стержня усилием 400 – 420 кН на 1 см её длины. Для семипроволочных прядей гильза принимается длиной 60 мм с наружным диаметром 40 мм.

Прямолинейные затяжки натягиваются с помощью гидравлических домкратов или электротермическим способом. При электротермическом способе натяжения в затяжке при нагреве электрическим током до 300 – 350 получают заданное удлинение. В нагретом состоянии затяжки устанавливаются в упорные закрепления конструкции. При остывании затяжка укорачивается, ее концевые анкерные устройства упираются в упорные закрепления конструкции, передавая на конструкцию требуемое усилие. Этот способ натяжения и устройства анкеровки затяжек наиболее простой и дешевый.

Рис. 2.6. Анкеры из опрессованных гильз

а – на стержне; б – на прядях

Мощные затяжки большой длины можно выполнять непрерывной навивкой петлевидной формы круглого или прямоугольного сечения. Петля закрепляется на упорах, один из которых подвижный (рис. 2.7). Подвижный упор, перемещаясь с помощью толкающего домкрата, натягивает затяжку до заданного усилия. Затем подвижный упор прикрепляется к конструкции сваркой, болтами или заклепками, домкрат снимается и конструкция воспринимает усилие от затяжки.

Рис. 2.7. Петлевидная затяжка с подвижным упором

а – закрепление затяжки на подвижном упоре; б – натяжение затяжки; 1 – неподвижный упор; 2 – затяжка; 3 – упор для домкрата; 4 – домкрат; 5 – подвижный упор

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: