Материалы и конструкция затяжек и других высокопрочных растянутых элементов
|
Затяжки предварительно-напряженных конструкций выполняют обычно из высокопрочных материалов — стальных канатов, пучков из высокопрочной проволоки, семипроволочных прядей, стержневой высокопрочной арматуры. Витые стальные канаты заводского изготовления и стальные канаты в виде пучков параллельных проволок являются основным материалом также висячих и вантовых стальных конструкций и мостов, рассматриваемых далее. Витые стальные канаты изготовляют из проволок с 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 м, а в мостах — менее 2,5 мм. Для применяемых канатов временное сопротивление проволок составляет до 1800 МПа. Разрывное усилие витых канатов в целом достигает для отечественных канатов 4500 кН, а для канатов, выпускаемых в некоторых зарубежных странах, — 12 000 кН. Имеется несколько разновидностей конструкций витых канатов, отличающихся главным образом способом свивки и сечением проволок (рис. 2.2). По роду свивки проволок в прядях имеются канаты с точечным касанием — TK, с линейным касанием — ЛK (с одинаковым и разным диаметром), с точечным и линейным касанием разного диаметра ТЛК-РО. Требования, предъявляемые к витым канатам, и свойства канатов, регламентируются соответствующими ГОСТами или Техническими условиями. Согласно разработанным в ЦНИИпроектстальконструкции в 1981 г. «Рекомендациям по расчету прочности стальных канатов, применяемых в строительных металлических конструкциях», расчетное сопротивление стального каната определяется по формуле  Модуль упругости поступающих с заводов витых канатов (9—12)*10в4 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, повышают модуль упругости до величины (13—17)*10в4 МПА.  В табл. 2.4 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 1900—1400 МПа. Наиболее часто применяется 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 проектируются, как правило, стаканного типа (рис. 2.3), являющегося основным для канатных элементов висячих и вантовых конструкций и мостов, рассматриваемых далее. 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 твердости 52—55 ед. по Роквеллу. Имеются и другие виды анкерных устройств по концам затяжек из стальных канатов или пучков: гильзо-клиновые, гильзо-стержневые, стаканный анкер с забивкой клиньев и др.  Затяжки из круглых стержней термоупрочненной арматурной стали At-V и At-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 тянущими. 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 ее 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 стержнях или пучках проволоки затяжки с анкерными креплениями на концах и нагревом с помощью трансформатора 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 и таким образом натягиваются, передавая на конструкцию требуемое усилие. Этот способ натяжения и устройства анкеровки затяжек наиболее простой и дешевый.  Мощные затяжки большой длины можно выполнять непрерывной навивкой петлевидной формы круглого или прямоугольного сечения. Петля закрепляется на упорах, один из которых подвижной (рис. 2.7). Подвижной упор, перемещаясь с помощь толкающего домкрата, натягивает затяжку до заданного усилия. Затем подвижной упор прикрепляется к конструкции сваркой, болтами или заклепками, домкрат снимается и конструкция воспринимает усилие от затяжки. |
