ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА МАШИНОСТРОЕНИИ

Испытание клети

Для проверки основных положений расчета в НИИЖБ была изготовлена и испытана модель клети прокатного стана «Кварто».

Описание конструкции клети дано в начале данной статьи. Габариты клети были назначены применительно к существующему пульсаторному оборудованию. Ввиду малой мощности пульса­тора, коэффициент запаса прочности клети был выбран равным 4. 27 Сборник 1835 417

Из этих же соображений обжатие архитрава было осуществлено всего одним слоем высокопрочной проволоки.

Основные размеры клети даны на фиг. 2. При поверочном ра­счете клети было принято: Ъ = Ъх = 20 см; г = 30 см; = 10 см; г % = 37 см; I = 2г = 60 см; Еа = 1,8-106 кгісм2, Еб = 4,0 X х Ю5 кГ/см2; бетон марки «600»; F6 = 400 см2; напрягаемая ар­матура — холоднотянутая проволока диаметром 3 мм; RHa = ■-=19 000 кГ/см2; Р = 11 000 кГ; высота стойки —80 см; FH = 2,68 см2; Fa = 3,9 см2.

Элементы клети бетонировались в деревянной опалубке; рас­палубка произведена через семь дней. Состав бетона 1 : 0,58 : 1,69; В/Ц = 0,37.

Расход напрягаемой арматуры высокопрочной проволоки — на клеть составляет 40 кг. Полный расход металла с учетом заклад­ных деталей и конструктивной арматуры 100 кг; объем бетона 0,37 ж3; вес клети 0,9 т. На такое же усилие клеть из стального листа весит 1,4 т.

Предварительное обжатие клети осуществлено обмоткой высоко­прочной стальной холоднотянутой круглой проволокой диамет­ром 3 мм (ГОСТ 7348-55). Усилие натяжения проволоки при об­мотке 870 кг. Вертикальная обмотка клети, которой обжимаются стойки, состоит из двух поясов по 42 витка проволоки в каждом. Расчетными являются 38 витков. Контролируемое усилие в одном поясе 38 X 0,87 = 33 т; установившееся усилие 26 т. Сначала были намотаны оба вертикальных пояса, причем после намотки второго пояса напряжения в арматуре первого пояса увеличились на 54 кГ/см2, что составляет около 0,45% от контролируемого напряжения. Напряжения в бетоне и арматуре измерялись с по­мощью тензодатчиков сопротивления и индикаторами часового типа с ценой деления 2 мк, причем на бетон датчики были наклеены до начала обжатия, а на напрягаемую арматуру наклеивались сразу же по окончании навивки очередного пояса.

Расчетная площадь сечения напрягаемой арматуры одного вертикального пояса равна 0,0706-38 = 2,68 см2. Контроли­руемое напряжение 12 350 кГ/см2; установившееся напряжение 9700 кГ/см2. После обжатия каждого ригеля горизонтальной об­моткой напряжения в арматуре вертикальных поясов уменьши­лись на 16 кГ/см2, что составляет около 0,13% контролируемого напряжения. Как видно, потери предварительного напряжения в арматуре вертикальных поясов, происходящие от обжатия ри­гелей горизонтальной обмоткой, весьма незначительны и поэтому в расчетах их можно не учитывать.

При обжатии первой станины клети намоткой вертикального пояса средняя деформация сжатия стоек этой станины составила 0,171 мм (0,177 и 0,165 мм); при этом стойки второй станины испы­тывали растяжение, средняя величина которого составила 0,036мм. При обжатии второй станины деформация сжатия стоек этой ста - 418 нинЫ составила 0,196 мм, а деформация растяжения стоек первой станины 0,037 мм. Средняя деформация сжатия всех четырех стоек клети от намотки обоих вертикальных поясов составила 0,147 мм. Следовательно, при фактическом модуле упругости бетона в период обжатия Еб = 4,0-105 кГ/см2 среднее напряжение сжатия в стойке равно 0,147-4,0-105 : 800 = 73 кГ/см2, что близко совпадает с ра­счетом (по расчету 82 кГ/см2).

Испытания клети на статическую и многократно повторную нагрузку проводились через 8 месяцев после предварительного ее обжатия. Если принять во внимание, что за это время все по -

Тери предварительного напряжения в арматуре в основном уже проявились, то среднее напряжение в стойках от обжатия к этому времени должно составлять 65 кГ/см2.

Эксплуатационная нагрузка на одну стойку. составляет 5500 кг. Среднее напряжение растяжения в стойке от этой нагрузки равно 13,8 кГ/см2, а среднее напряжение сжатия в эксплуатационной стадии, следовательно, будет 65—13,8 = 51,2. Фактическое сред­нее напряжение сжатия в стойке в эксплуатационной стадии, вычисленное по показаниям датчиков, равно 50 кГ/см2, т. е. прак­тически полностью совпадает с расчетом (фиг. 6, а и б)

Среднее экспериментальное напряжение растяжения бетона в стойке от эксплуатационной нагрузки составляет 14,5 кПсм2, а по расчету оно равно 13,8 кГ/см2.

По расчету напряжение в арматуре вертикальной обмотки от эксплуатационной нагрузки без учета сцепления с бетоном соста­вляет 60 кГ/см2.

На действие многократно повторных нагрузок клеть испыты - валась в пульсаторе «Шоппер» (фиг. 7) при Pmsx = 22 т и Pmjn = --- 10 т. Напряжения растяжения от сил Р в стойках составляли 27* 419

14 и 16 кПсм1. Установившееся напряжение сжатия в стойках от предварительного обжатия равно 65 кГ/см2. Следовательно, клеть испытывалась при характеристике цикла повторных напря­жений

51

- 0,86.

В соответствии со СНиП П-В. 1-62 [5] при q > 0,6 про­верка выносливости бетона сжатой зоны не требуется, но основной

Целью испытания железобе - !? тонной клети являлось опре - f5 деление деформаций при j* многократно ' повторных на - грузках. Кривые изменения упругих и остаточных дефор­маций в зависимости от коли­чества циклов повторения напряжений показаны на фиг. 8.

Как видно, даже при не­высоком максимальном на­пряжении в цикле и неболь­шом перепаде повторных напряжений (всего только 8 кГ/см2) упругая деформация между опорными подушками станин непрерывно росла вплоть до 106 циклов повто­рения напряжений. Правда, прирост упругой деформации при этом незначительный и за 5 • 106 циклов он составляет всего лишь 12 мк (начальная деформация 73 мк, после 5-10в циклов — 85 мк). Уп­ругая деформация растяже­ния одних только стоек равна соответственно 22 и 29 мк. Осталь­ная деформация — начальная 51 мк и конечная 56 мк — склады­вается из деформации изгиба ригелей станин и деформации смятия бетона под опорными подушками. Упругая деформация после 5-Ю6 циклов практически стабилизировалась.

Остаточная деформация после 5-Ю6 циклов составила 47 мк. Рост ее более интенсивный, чем упругой деформации. Тенденцию к стабилизации трудно отметить даже после 5- 10е циклов повторе­ния напряжений.

Следует заметить, что рост остаточной деформации будет благо­приятно сказываться на работе стоек, уменьшая в значительной ■120
мере потери в напрягаемой арматуре от действия многократно по­вторной нагрузки. Отрицательное действие такой деформации на точность прокатки может быть легко устранено регулированием нажимных устройств.

Как и на стадии предварительного обжатия, деформации клети измерялись индикаторами часового типа и тензодатчиками сопро­тивлений.

Кроме испытанной конструкции клети, могут быть предложены и другие. Вариант конструкции клети, показанной па фиг. 9. а,

Отличается лишь формой сечения стоек. Клеть состоит из четырех стоек круглого сечения и двух толстых круглых плит (ригелей). Стойки и ригели изготовляются отдельно, а затем соединяются в пространственную конструкцию клети на сварке. Предваритель­ное обжатие клети создается путем обмотки высокопрочной прово­локой в двух направлениях. В круглых стойках, которые пред­полагается изготовлять из трубобетона, для расположения арма­туры пазы не делаются. Напрягаемая арматура в этом случае располагается снаружи стойки в специально приваренном к ней коробе. В пределах стоек проволока в пазах должна защищаться от коррозии специальными покрытиями. Для этого можно реко­мендовать покрытия на основе эпоксидных смол. Такие покрытия наносятся слоем 3—5 мм. Для защиты покрытия от механических повреждений пазы в пределах стоек закрываются стальным листом.

Конструкция клети, показанная на фиг. 9, б, состоит из двух рам с ригелями криволинейного очертания и четырех междурам - ных ригелей. Каждая рама представляет собой станину клети.

Предварительное обжатие рам создается намоткой напрягаемой проволоки. Междурамные ригели в клети обжимаются напрягае­мой стержневой арматурой. Ригели рам могут очерчиваться по окружности, эллипсу, параболе или по другой более сложной

Фиг. 9. Эскизные варианты железобетонной клети прокатного стана:

И — со стойками из трубобетона и круглыми ригелями; б — из двух силовых рам с полу­круглыми ригелями; в — со стойками из трубобетона и архитравами эллиптического очер­тания в плане; г — с прямоугольными стойками и ригелем-полудиском; J — вертикальная навивка проволоки; 2 — горизонтальная навивка проволоки; ;) — стержневая предвари­тельно напряженная арматура-
кривой. Рациональная форма очертания ригеля зависит от геомет­рических размеров станин.

Наиболее выгодными в технико-экономическом отношении являются такие конструкции клети, в которых предварительное обжатие бетона осуществляется обмоткой высокопрочной проволо­кой (фиг. 1 и 9). Такие конструкции значительно проще в изгото­влении (отсутствуют внутренние каналы для установки стержне­вой арматуры) и требуют меньшего расхода металла, так как при­меняется высокопрочная проволока. Намотка проволоки произ­водится на поворотном столе (небольшая клеть) или же специаль­ной намоточной машиной на месте изготовления клети.

На основании опыта, полученного при проектировании и испы­тании клети прокатного стана с предварительным напряжением навивкой проволоки, были проработаны в эскизном исполнении два варианта железобетонной клети листопрокатного стана «4200». По первому варианту (фиг. 9, в) клеть состоит из четырех трубо - бетонных стоек (диаметром 2,1 мм), соединенных вверху и внизу в пространственную конструкцию толстыми ригелями (архитра­вами) эллиптического очертания. Предварительное обжатие клети осуществляется обмоткой высокопрочной проволокой, при этом стойки обжимаются вертикальной обмоткой, а ригели горизонталь­ной. Намотка предварительно напряженной проволоки произ­водится специальной намоточной машиной. По второму варианту (фиг. 9, г) клеть состоит из четырех стоек прямоугольного попе­речного сечения (2 X 1,8 м), соединенных вверху и внизу ригелями полукруглого поперечного сечения. Предварительное обжатие ста­нин выполняется путем намотки четырех поясов из высокопрочной проволоки. Ригели между станинами обжимаются стержневой арматурой. По предварительным подсчетам на железобетонную клеть стана «4200» требуется 40—45 т арматурной стали и 30—40 т стального листа для облицовки. Экономия стали составляет около 80%, т. е. на железобетонную клеть расходуется металла в 5 раз меньше, чем на стальную. Общий вес железобетонной клети со­ставляет 1000 т.

Выводы

Проведенная работа показала:

1. Вполне надежную работу железобетона в конструкции клеги на многократно повторную нагрузку по деформативности. Упругие деформации практически оставались постоянными после 5-106 цик­лов нагрузки.

2. Хорошее совпадение расчетных данных с эксперименталь­ными — расхождение между ними не превышало 12%.

3. Применение железобетона в конструкциях клетей прокат­ных станов даст значительный экономический эффект (экономия стали до 80%) и уменьшение затрат труда на изготовле­ние их.

В дальнейшей работе по применению сборного железобетона для изготовления клетей прокатных станов необходимо обратить внимание на обеспечение точности сборки при монтаже клети или предусмотреть возможность обработки направляющих после ее сборки