ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 1999 года по МПК E04H7/20 E04C5/08 

Изобретение относится к области строительства и предназначено для использования при изготовлении или возведении предварительно напряженных железобетонных конструкций и сооружений с повышенными требованиями по трещинообразованию, особенно эксплуатируемых в агрессивных воздействиях внешней среды, а также с высокими параметрами усилий в напрягаемой арматуре балок, пролетных строений мостов, тоннелей, резервуаров, силосов, корпусов, защитных оболочек атомных станций и т.п., в которых в качестве напрягаемой арматуры используется высокопрочная канатная арматура, укладываемая в виде пучков прямолинейной или криволинейной траектории в каналы с последующим их заполнением цементным раствором.

Известен способ предварительного напряжения железобетонных конструкций с помощью канатной или гладкой проволочной высокопрочной арматуры, без защитной оболочки укладываемой в виде пучков в каналы, образуемые каналообразователями из стали или термопластического материала /трубы или рукава/, с последующим их заполнением /после преднапряжения/ антикоррозионной смазкой или цементным раствором /1/.

Канатная или гладкая высокопрочная арматура для преднапряженных железобетонных конструкций без защитной антиикоррозионной оболочки подвержена коррозии начиная с этапа изготовления и в дальнейшем на этапах транспортировки, хранения, формирования пучков, что требует постоянного контроля целостности защитного покрытия арматуры.

Антикоррозионная защита арматуры пучка после его монтажа осуществляется в условиях строительной площадки, что полностью не гарантирует, что арматура пучка не подвержена коррозии на протяжении всего срока службы строительной конструкции.

При натяжении пучков в каналообразователях средней и большой мощности при криволинейной их траектории возникает эффект защемления некоторых слоев элементов пучка /в плоскости изгиба/ вышележащими слоями, что ведет к неравномерности натяжения между отдельными элементами канатной или проволочной арматуры и пучка в целом.

Данный нежелательный эффект исключает возможность напряжения или подтяжки отдельных элементов пучка напрягаемой арматуры и требует натяжения пучка тяжным оборудованием на усилие в целом пучке.

К неравномерности напряженного состояния пучка с криволинейной траекторией приводит фактор разнодлинности нижних и верхних слоев прядей пучка, лежащих в плоскости его изгиба.

Известен способ укладки канатной высокопрочной арматуры при строительстве силосных башен из сборных криволинейных железобетонных панелей, в которых устроены каналы с ортогональной системой разводки, которые проходят по всей их длине и ширине.

На строительной площадке, при сборке сооружения, панели устанавливают с некоторым зазором, а каналы протягивают арматуру, которая связывает между собой все панели как по высоте, так и по окружности силоса.

После соединения панелей производится укладка бетона в стыки между сборными элементами, одновременно бетон нагнетается в каналы, в которых уложена арматура /2/.

Представленное конструктивное решение имеет следующие недостатки:
- Арматура, укладываемая в каналы, должна быть защищена от коррозии по всей длине, поэтому каналы должны быть полностью заполнены бетоном, что требует сложной системы контроля их заполнения.

- Заполнение каналов бетоном требуется также для обеспечения совместной работы арматуры с железобетонной конструкцией сооружения.

Совместная работа арматуры и бетона будет обеспечена только в случае, если арматура будет иметь связь по всему периметру сечения с бетоном, нагнетаемым в каналы, что трудно выполнимо по всей ее длине.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является предварительно напряженный железобетонный корпус ядерного реактора, содержащий расположенные в каналах арматурные канаты с буксировочными тросами и механизмы натяжения тросов и канатов /3/.

В рассматриваемой конструкции механизмы натяжения тросов обеспечивают протаскивание канатов в каналах и напряжение канатов механизмами натяжения. Однако в процессе напряжения канатов на криволинейных участках напрягаемой конструкции происходит защемление более изогнутых прядей каната менее изогнутыми, неравномерное натяжение прядей в канате, и не достаточно эффективно использование сечения каната.

Задачей изобретения является: обеспечить высокую агрегатную прочность арматурного каната путем равномерного натяжения его составных частей - прядей по всему сечению в криволинейных каналообразователях, а также иметь возможность натяжения или при необходимости подтяжку отдельных прядей с целью исключения мощных тяжных устройств /домкратов/ с тяговым усилием на полное усилие в пучке, применяя тяжные устройства с величиной тяжного усилия, равного усилию натяжения отдельной пряди пучка, а также обеспечить коррозионную стойкость напрягаемой арматуры путем расположения пучков высокопрочной арматуры в полимерной оболочке со смазкой.

Поставленная задача достигается за счет того, что в предварительно напряженном железобетонном сооружении, содержащем расположенный в канале арматурный канат с буксировочным тросом и механизмы натяжения троса и каната, новым является то, что оно снабжено аксиально закрепленными на буксировочном тросе перфорированными дисками с опорными катками на боковой поверхности, а пряди арматурного каната свободно расположены в отверстиях дисков.

Снабжение железобетонного сооружения перфорированными дисками, закрепленными на буксировочном тросе, обеспечивает равномерное распределение по сечению канала прядей каната, а дистанционное расположение дисков предотвращает касание между собой прядей каната и о стенки канала в процессе напряжения сооружения механизмом натяжения каната.

Опорные катки на дисках, контактируя со стенками канала, помогают избежать перекоса дисков при протаскивании каната.

Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показана прядь канатной арматуры в полимерной оболочке с антифрикционной защитной смазкой;
на фиг. 2 - дистанционирующий диск в канале;
на фиг. 3 - поперечный вид канала с дистанционирующим диском;
на фиг. 4 - установка прядей из канатной арматуры в полимерной оболочке с дистанционирующими дисками в канале преднапряженного сооружения.

Предварительно напряженное железобетонное сооружение включает напрягаемую арматуру в виде канатов, уложенных в каналы 1, выполненные в теле конструкции 2. Количество канатов, а также отдельных элементов прядей 3 каната, их расположение определяется напряженно-деформированным состоянием и компоновочным решением конструкции.

Прядь выполнена из высокопрочной стальной плетеной проволоки 4, расположенной в полимерной защитной оболочке 5. Между стальной проволокой 4 и оболочкой 5 находится антифрикционная защитная смазка 6.

Каналы 1 для пропуска напрягаемой арматуры, как правило, выполняют в виде труб из металла или полимерного материала. Канатная напрягаемая арматура в виде прядей 3 уложена в каналы 1 таким образом, чтобы пряди 3 были распределены равномерно по всей площади поперечного сечения канала 1, а зазоры между прядями 3, прядями и стенкой канала 1 были, по возможности, одинаковы. Это достигается путем установки по всей длине каната дистанционирующих элементов, выполненных в данном техническом решении в виде дисков 7 с отверстиями 8 для пропуска арматурных прядей 3.

Расстояние между перфорированными дисками 7 определяется жесткостью пряди 3, т.е. зависит от диаметра канатной арматуры. Диски 7 в каждом канале 1 железобетонного сооружения аксиально закреплены на буксировочном тросе 9 с таким расчетом, чтобы исключить в рабочем положении касания прядей 3 как между собой, так и со стенкой канала 1. Буксировочный трос 9 присоединен к механизму 10 его натяжения, а пряди 3 каната присоединены к механизму 11 натяжения каната и на них у торцевой поверхности перфорированного диска 7 со стороны механизма натяжения каната закреплены зажимы 12.

Для облегчения протаскивания по каналу 1 прядей 3 каната на боковой поверхности дисков 7 дистанционирующих элементов смонтированы опорные катки 13 с возможностью податливости.

По длине канала 1 предусмотрены штуцера 14 как для его заполнения цементным раствором, так и для выхода воздуха по мере заполнения, а также контроля заполнения канала по всей его длине. Количество штуцеров 14 зависит от угла расположения каналов 1 к горизонту, его изгиба, количества дистанционирующих элементов по длине канала.

Для возможности протекания цементного раствора сквозь дистанционирующие элементы в дисках 7 выполнены дополнительные отверстия 15 помимо тех, в которые установлены пряди 3 каната.

Предварительное напряжение железобетонного сооружения осуществляют следующим образом, в теле конструкции 2 выполняют каналы 1, которые изготавливают, как правило, с помощью каналообразователей различного типа из металла, полимера и др.

Укладку или протягивание прядей 3 каната с дистанционирующими элементами можно производить как в канал 1, выполненный в теле забетонированной конструкции, так и в каналообразователе устанавливаемой в теле до бетонирования конструкции. В качестве основного элемента с целью преднапряжения железобетонной конструкции применена канатная проволочная 4 арматура, имеющая защитное покрытие в виде полимерной оболочки 5. Между полимерной оболочкой 5 и канатной проволочкой 4 арматурой предусмотрена антифрикционная защитная смазка 6, которая позволяет канату свободно перемещаться относительно полимерной оболочки 5.

В комплект каната также входят дистационирующие элементы, выполненные в виде перфорированных дисков 7, устанавливаемые по всей длине каната на буксировочном тросе 9 и с расстоянием между собой в зависимости от жесткости прядей 3 каната.

Запасовку каната в канал 1 осуществляют механизмом 10 натяжения троса, например лебедкой, за конец буксировочного троса 9, находящегося в голове каната.

Дистанционирующие элементы связаны между собой буксировочным тросом 9 в непрерывную "гирлянду" по всей длине каната.

Таким образом, протаскивание каната осуществляют с помощью указанной гирлянды из дистанционирующих элементов, в которой пряди 3 закреплены с помощью зажимов 12. Для уменьшения сопротивления при протаскивании каната в канале 1 дистанционирующие элементы снабжены опорными катками 13, взаимодействующими со стенкой канала 1.

После установки прядей 3 каната в проектное положение, т.е. по всей длине канала 1, осуществляют его заполнение цементным раствором, обладающим повышенными прочностными и пластификационными свойствами и, при необходимости, замедленным сроком схватывания.

Подачу и контроль плотности заполнения канала 1 цементным раствором осуществляют с помощью штуцеров 14, выведенных при монтаже каналообразователя на наружную поверхность конструкции 2. После набора прочности бетона сооружения, а также цементного раствора, заполняющего канал 1, производят натяжение канатной арматуры. Натяжение производят механизмом 11 натяжения каната например домкратом, последовательно каждой его пряди 3. В период эксплуатации сооружения 2 возможна, в случае необходимости, подтяжка каждой пряди в отдельности или каната в целом.

Применение данного предложения в качестве элемента или составной части системы преднапряжения строительной конструкции позволяет:
- избежать эффекта защемления прядей в криволинейных пучках с канатной /или проволочной/ арматурой без полимерной оболочки;
- избежать эффекта неравмномерности напряженного состояния для криволинейных пучков за счет разноподлинности внутренних и наружных плоскости изгиба элементов - прядей пучка канатов;
- повысить коэффициент агрегатной прочности канатов напряженной арматуры;
- производить подтяжку, в случае необходимости, прядей каната поэлементно на величину усилия в зависимости от релаксационных свойств арматурной стали;
- исключить применение тягового оборудования /домкратов/ большой мощности с усилием на штоке, равным расчетному в целом канате, применяя тяговое оборудование с величиной усилия на штоке, равного расчетному в отдельной пряди каната;
- повысить коррозионную стойкость пучков канатов напрягаемой арматуры за счет применения канатной арматуры в полиэтиленовой оболочке заводского изготовления;
- производить, в случае необходимости, замену отдельной пряди, а не всего пучка.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 684116, кл. E 04 H 7/00, 27.05.77.

2. Патент Франции N 2161298, кл. E 04 H 7/00, 15.11.71.

3. Авторское свидетельство СССР N 1236800, кл. E 04 H 7/00, 08.02.84.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении или возведении предварительно напряженных железобетонных конструкций с повышенными требованиями по трещинообразованию, особенно эксплуатируемых в агрессивных воздействиях внешней среды, с высокими параметрами усилий в напрягаемой арматуре балок, пролетных строений мостов, тоннелей, резервуаров, корпусов реакторов, защитных оболочек атомных станций и т.п. обеспечивается равномерное натяжение прядей каната по всему сечению в криволинейных каналах и предотвращение защемления более изогнутых прядей каната менее изогнутыми. При протаскивании по каналу сооружения прядей каната используют перфорированные дистанционные диски, которые предварительно аксиально закрепляют на буксировочном тросе. В отверстия дисков пропускают пряди каната. На боковой поверхности дисков смонтированы опорные катки. 4 ил.

Предварительно напряженное железобетонное сооружение, содержащее расположенный в канале арматурный канат с буксировочным тросом и механизмы натяжения троса и каната, отличающееся тем, что оно снабжено аксиально закрепленными на буксировочном тросе перфорированными дисками и опорными катками на боковой поверхности, а пряди арматурного каната свободно расположены в отверстиях дисков.