ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ДЕТАЛИ МАШИН

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И ТРАНСПОРТИРОВКА

В процессе изготовления железобетонных деталей машин не­избежна механическая обработка металлических поверхностей, которая производится на том же оборудовании, что и обработка металлических деталей. Для них приемлемы все методы и виды технологии механообработки. Однако имеются и некоторые ха­рактерные для железобетонных деталей особенности.

В НИИПТМАШе авторами проведе­ны экспериментальные исследования прочности и жесткости анкеровки за­кладных деталей в бетоне от воздействия динамических нагрузок, возникающих при строгании, сверлении и фрезеро­вании, как основных видов механиче­ской обработки металлических поверх­ностей.

Работа строгального резца имеет характер прерывистого резания. Вреза­ние резца в заготовку в начале рабо­чего хода сопровождается ударом. Си­стематические удары неблагоприятно влияют на анкеровку их в бетоне.

В процессе строгания на закладные части действуют силы, указанные на рис. 93, которые могут быть приведены к одной равнодействующей R. Равно­действующую можно разложить на силы Рг, Ру и Рх. Сила Рг стремится сдви­нуть металлическую закладную часть относительно бетона в плоскости главного (рабочего) движения или опрокинуть закладную часть, если она имеет небольшие раз­меры в плане и относительно большую высоту (при условии надежного крепления детали к столу). Сила Ру прижимает за­кладную часть к бетону детали. Сила Рх стремится сдвинуть закладную часть относительно бетона в плоскости движения подачи.

Соотношение между силами Рг, Рх и Ру не остается постоян­ным и зависит от геометрических элементов режущей части резца, элементов режима резания (скорости, глубины и подачи), износа резца, физико-механических свойств обрабатываемого металла и условий резания. При обработке стали острым резцом с перед­ним углом у = 15°, главным углом в плане ср = 45° и углом на­клона главной режущей кромки к = 0 соотношение составляю­щих силы резания в среднем может быть принято

Рг : Ру : Рх = 1 : 0,45 : 0,35.

І 55

Исследование прочности и жесткости анкеровки длинномер­ных, типа направляющих, металлических закладных частей в бе­тоне производилось на железобетонных деталях с расположен­ными в верхней части стальными пластинами 1200x300x30 мм, с различным типом анкеровки их в бетоне.

Первый тип анкеровки представлял собой приваренные впри­тык к стальной пластине анкеры из горячекатаной арматуры пе­риодического профиля диаметром 10 мм и длиной заделки 15 диа­метров. Второй тип анкеровки отличался наличием, кроме анкер­ных стержней, поперечных ребер, приваренных к стальным пла­стинам в тавр. В обоих случаях анкерные стержни расположены по ширине балки в два ряда, а по длине — с постоянным шагом, равным 200 мм. Бетон применялся марки 500.

Образцы строгали на продольно-строгальном станке от гидро­привода с применением резцов из быстрорежущей стали. Режимы резания выбирали из технологических возможностей станка, мощ­ности привода и самого неблагоприятного воздействия на анке - ровку образцов.

Режимы резания: глубина ^=12 мм; подача 5 = 2,5 мм/дв. ход\ скорость v — 10 м/мин. Силы резания, возникающие при строга­нии: Рг = 4400 кГ; Ру= 1950 кГ\ Рх = 2500 кГ.

Экспериментальные исследования показали, что анкеры длин­номерных закладных частей в процессе строгания подвергаются сжатию от вертикальной составляющей усилия резания Ру и имеют максимальные по величине напряжения под режущим инструментом. ВеличиньГмаксимальных сжимающих напряжений в анкерах (пики на осциллограмме) составляют 50—100 кГ/см2.

Кроме того, при строгании возникают горизонтальные силы Рх и Pz, сдвигающие за кладные части относительно бетона; при этом анкеры работают на срез.

Вертикальных смещений закладных частей относительно бе­тона с анкеровкой первого и второго типов не наблюдалось в пре­делах точности приборов.

Зафиксированы горизонтальные смещения закладных частей относительно бетона в направлении строгания с анкеровкой пер­вого типа (без поперечных ребер). Величина этих смещений со­ставляет 0,03 мм и имеет упругий характер.

У образцов с поперечными ребрами смещений в горизонтальной плоскости в направлении строгания не наблюдалось, поэтому при конструировании анкеров длинномерных закладных частей не­обходимо предусматривать устройство поперечных ребер для вос­приятия сдвигающих усилий от резания.

Видимых разрушений, трещин и отслоений не обнаружено.

Данные испытаний, полученные для анкеровки длинномер­ных закладных частей, в полной мере можно перенести на анке - ровку закладных частей в виде плит со значительными размерами в плане. 156

Следовательно, возникающие при механической обработке (строгании) длинномерных закладных частей и плит железобетон­ных деталей машин усилия резания не представляют опасности для прочности и жесткости их анкеровки в бетоне и строгание можно производить на любых режимах. При этом анкеры заклад­ных частей работают на сжатие и срез, а отрывающие и опроки­дывающие усилия, вызывающие в анкерах растяжение, отсут-

Ствуют. Некоторые предосторожности следует предпринимать при строгании малоразмерных закладных частей в железобетонных деталях.

Анкеры малоразмерных закладных частей по характеру своей работы в процессе механической обработки строганием отличаются от анкеров направляющих и плит. Для выяснения характера ра­боты анкеров малоразмерных платиков, заанкеренных в бетоне, были проведены экспериментальные исследования на железо­бетонных деталях с заделанными в них платиками (рис. 94) при отношении высоты последних к наибольшему размеру в плане 1 : 2,5. Малоразмерные закладные части типа «а», «б», «в» и «г» отличаются различной конструкцией анкеровки их в бетоне. Платик типа «г» для сравнения выполнен с преднамеренно ослаб­ленной анкеровкой.

Испытание проводилось аналогично на том же продольно - строгальном станке теми же резцами и с такими же режимами

Резания, как и при испытании образцов с длинномерными заклад­ными частями. Поэтому и усилия резания остались прежними.

Опыты показали, что на малоразмерные закладные части при отношении их высоты к размеру в плане 1 : 4 и меньше в общем случае в процессе строгания действуют опрокидывающие и сдвигающие силы, величины которых зависят от величин уси­лий резания и геометрических размеров платиков. Таким обра­зом, платик находится в сложном напряженно-деформирован­ном состоянии, что сказывается на работе анкеров. Часть анке­ров в процессе строгания растянута, другая часть сжата.

При строгании образцов Ст. 3 (см. рис. 94) с площадью срезае­мого слоя до 30 мм2 напряжения в анкерах зафиксированы на осцил­лограммах (рис. 94) соответственно типам анкеровки. Разность значе­ний растягивающих напряжений в анкерах / и 2, а сжимающих — 3 и 4 объясняется наличием попе­речной составляющей силы реза­ния Рх, действующей в горизон­тальной плоскости перпендикуляр­но к продольной оси балки.

В начале каждого хода момент врезания резца в металл сопровож­дается ударами, вызывающими резкое нарастание напряжений в анкерах. В анкерах закладной детали типа «а» нарастание нап­ряжений относительно плавное, здесь работу удара восприни­мают поперечные ребра.

Кроме растягивающих и сжимающих напряжений, в анкерах имеет место срез.

От действия опрокидывающего момента (от составляющей Рг) платики смещаются относительно бетона (рис. 95).

Ниже приведены величины смещений аг и ау для различных типов анкеровки платиков:

Тип «а» — аг = 0,05 мм/0; ау = 0,05 мм/0; » «б» — аг = 0,1 лш/0,01 мм; ау = 0,05 лш/0,01 мм; » «в» — аг = 0,1 мм/0,03 мм; ау — 0,15 мм/0,05 мм; » «г» — аг = 0,3 лш/0,1 мм; ау = 0,20 лш/0,1 мм.

В знаменателе указаны величины остаточных деформаций за­кладных частей.

Как видно из приведенных данных, наиболее прочной и жест­кой является анкеровка малоразмерных закладных частей в бе­тоне при воздействии усилий строгания по типу «а».

Механическую обработку малоразмерных закладных частей в железобетонных деталях следует производить строганием при легких и средних режимах или фрезерованием. 158

На рис. 96 показана обработка железобетонной станины тяже­лого токарного станка мод. 1660 на продольно-строгальном станке.

При обработке отверстий в металлических закладных частях железобетонных деталей машин могут нарушиться соединения

Между металлическими частями и бетоном от воздействия сил подачи и моментов, возникающих в процессе сверления. Это в боль­шей мере относится к коротким отдельным платикам, заанкерен - ным в бетоне.

При работе в сплошном материале на сверло действуют силы, схема которых показана на рис. 97. Действующая вдоль оси сверла равнодействующая сила Р0, вы­зываемая силой подачи, равна сумме проек­ций сил, действующих вдоль оси х, т. е.

Р = 9Р 4- Р -1-9Р

Г0 х п. к л*

ГДС Рп. к—сила, создаваемая при внедре­нии в материал поперечной кромки сверла;

Рл — сила трения сверла об обрабо­танную поверхность.

Суммарный крутящий момент сопротив­ления Мс, действующий на сверло, складывается из момента М от сил Pz, момента Мп_ к, создаваемого силами, действующими на поперечной кромке, и момента Мл от сил трения на цилиндриче­ских ленточных сверлах, т. е.

Мс = м + мп. к + мл.

Чтобы выяснить возможность смещения платиков в бетоне и величину этого смещения, был проведен ряд опытов [10].

Были испытаны бетонные образцы размером 20x20x20 см с заделанными в них платиками, различных типов анкеровки, которые подвергались обработке сверлением. При сверлении от­верстий в опытных образцах выбирали самые тяжелые режимы ре­зания. Диаметр спирального сверла — 48 мм, число оборотов сверла в минуту — 54, подача — 0,1 мм/об.

В процессе сверления на образцы действовали усилие подачи Р0 = 540 кГ и крутящий момент Мс = 560 кГсм.

В результате испытаний было установлено, что металлические закладные части образцов всех вышеуказанных серий не полу­чили предполагаемого смещения (в пределах чувствительности приборов). Даже платик, лишенный анкеровки, не сместился. Силам резания в этом случае противостояли силы склеивания ме­талла с бетоном.

Таким образом, сверление как один из видов механической обработки при изготовлении железобетонных деталей машин не представляет опасности для прочности и жесткости анкеровки металлических закладных частей в бетоне и может производиться на любых режимах.

Закаленные с применением нагрева токами высокой частоты чугунные направляющие железобетонных станин шлифуют при черновых проходах (в количестве 12—15) со скоростью продоль­ной подачи стола 9—10 м/мин и глубиной шлифования 0,02— 0,03 мм/дв. ход", при чистовых проходах (в количестве 4—5) ско­рость продольной подачи 2—3 м/мин и глубина 0,01 мм/дв. ход. При­пуск под шлифование закаленных направляющих 0,10—0,15 мм.

Наиболее важной технологической особенностью является то, что механическая обработка железобетонных деталей машин мо­жет производиться только после нанесения на бетонные поверхно­сти защитных покрытий (лакокрасочных или других) для предо­хранения бетонных поверхностей от масел и эмульсий. Чаще всего производится огрунтовка поверхностей.

Транспортируют железобетонные детали так же, как и метал­лические. В их конструкциях предусматривают транспортиро­вочные отверстия или окна. В некоторых железобетонных дета­лях, преимущественно небольших размеров (подмоторные, под- моторно-подредукторные плиты и др.), для строповки предусмат­риваются рымные пуговицы. Выбор способа транспортирования обусловливается в значительной мере местными условиями и на­личием кранового оборудования и транспорта. Для строповки применяют канаты и стандартные стальные валики, которыми пользуются при транспортировании чугунных станин станков того же типа.

В крупногабаритных, тяжеловесных и в особенности длинно­мерных железобетонных деталях, типа станин тяжелых станков, 160
число и взаимное расположение точек подвески выбирают из усло­вия их расчета на транспортирование. Размеры транспортиро­вочных валиков и штырей, а также диаметры канатов должны со­ответствовать характеру изделия и его весу.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Предварительно напряженные конструкции различают по виду арматуры, типу ее анкеровки и способу соединения с бетоном, а также при применяемым способам и устройствам для натяжения арматуры и передачи сил предварительного натяжения на бетон.

По способам и устройствам для натяжения арматуры разли­чают: системы с арматурой, натянутой на бетон после его твер­дения (случай анкеровки на концах элемента) (рис. 98, б); системы с арматурой, натянутой на упоры до бетонирования (стержни со сцеплением) (рис. 98, а); другие системы предварительного напряжения (применение расширяющего цемента, системы с са­мообжатием) .

Изготовление напряженных конструкций, выполняемых с на­тяжением арматуры на бетон, рекомендуется при производстве крупноразмерных базовых деталей машин. Процесс изготовления напряженных элементов с арматурой, натянутой после твердения бетона, состоит из: бетонирования конструкции с образова­нием каналов для арматурных элементов; установки арматурних элементов; крепления анкерных устройств к арматуре; натяжения арматуры и защемления натянутой арматуры в анкерных устрой­ствах; заполнения каналов цементным раствором.

Каналы для размещения арматурных элементов получают либо путем установки металлических трубок или кожухов, остающихся в конструкции, либо с помощью формовочных приспособлений — каналообразователей. Применяемые для каналов металлические трубки монтируют на арматурный элемент и устанавливают вместе с ним в опалубку или форму до бетонирования изделия.

Трубка соединяется с анкерной обоймой при помощи патрубка и место стыка герметически заделывается, что предотвращает проникновение раствора.

Существует способ образования каналов в теле бетона при помощи формующих приспособлений. Однако в таких каналах потери на трение стержней о бетон выше, чем в каналах, облицо­ванных металлом. Применяют также каналообразователи в виде толстостенных резиновых трубок с металлическим сердечником или без него. Сердечник (стержень или пучок проволок), смазан­ный жидким мылом, вводят в трубку до ее установки в опа­лубку. После затвердения бетона извлекают сердечник, а затем трубку.

Наиболее простым и удобным является каналообразователь из стальных труб. Трубы, уложенные и забетонированные в кон­струкции, извлекают лебедкой вскоре после бетонирования.

Для фиксации проектного положения арматурных элементов и каналообразователей, устанавливаемых в опалубку до бетони­рования, в составе арматурного каркаса должны быть преду­смотрены фиксирующие детали в виде рамок, сеток штырей, скоб, которые надежно связаны с жесткой конструкцией опалубки или с жестким арматурным каркасом.

Арматура, натягиваемая на бетон, применяется в виде пучков проволок и отдельных стержней. Арматурные пучки изготавливают из стальной круглой углеродистой проволоки. Для закрепления пучков высокопрочной проволоки следует применять анкеры в виде стальных цилиндрических колодок и конусных пробок, запрессованных в колодки домкратами двойного действия после натяжения арматуры, и гильзовые анкеры, закрепляемые на бе­тоне гайками после натяжения пучка.

Для закрепления напрягаемой стержневой арматуры приме­няют анкеры в виде концевых элементов с винтовой резьбой и гайкой (см. рис. 31 и 32).

Натягивать арматуру по этому способу можно не раньше чем бетон достигнет прочности, указанной в проекте конструкции. Натяжение производится в два этапа: первый этап — выпрямление арматуры в канале (свободная вытяжка), второй этап — натяжение арматуры. Арматуру необходимо натягивать одновременно двумя домкратами с двух концов железобетонной конструкции. Допу - 162 скается натяжение прямых пучков и стержней с одной стороны при длине канала не более 18 м.

Заключительной операцией является заполнение каналов це­ментным тестом или раствором под давлением. Цементное тесто или раствор защищают арматурные пучки и стержни от ржавле­ния и обеспечивают сцепление их с бетоном конструкции. Приго­товленный раствор нагнетается в каналы механическим или руч­ным растворонасосом через наконечник резинового шланга.

Кроме линейного натяжения, при изготовлении железобетон­ных деталей машин получил распространение способ непрерывной намотки напряженной проволоки на затвердевший бетон детали. Этот способ успешно применен НИИЖБом при изготовлении железобетонных станин прессов различной мощности.

Изготовление предварительно напряженных конструкций с на­тяжением арматуры на упоры до бетонирования разделяется на три вида.

Первый — это армирование высокопрочной проволокой диа­метром от 2,5 до 6 мм периодического профиля. Совместная работа проволочной арматуры с бетоном обеспечивается за счет надеж­ного сцепления проволоки с бетоном по всей длине изделия. Вы­сокопрочную проволоку натягивают на упоры форм или поддонов с помощью гидродомкратов или электронагрева.

Второй вид — армирование непрерывной обмоткой. Непре­рывная обмотка выполняется машинами путем обмотки натяну­той проволоки по штырям или упорам поддонов, формы контуров и стендов. При этом места перегиба напрягаемой проволоки могут располагаться в теле конструкции или за ее пределами.

Третий — армирование стержневой горячекатаной арматурой, натягиваемой до бетонирования на упоры стенда, формы или мат­рицы и работающей совместно с бетоном за счет надежного сцеп­ления с ним по всей длине изделия. Стержневую арматуру натя­гивают на упоры с помощью гидравлических домкратов или элек­тронагрева.

Выбор оборудования для натяжения арматуры (по способам натяжения арматуры на упоры и на бетон) производится в соответ­ствии с проектами предварительно напряженных деталей. Натяги­вать арматуру можно механическим способом с помощью натяж­ных машин или гидравлических и винтовых домкратов, системы блоков, рычагов и подвешиваемого к ним груза, приводных гайко­вертов или динамометрических тарированных гаечных ключей при навинчивании гаек на резьбу захватного устройства или ар­матуры.

Гидравлические домкраты двойного действия применяют для натяжения пучковой арматуры и закрепления ее в напряженном состоянии при помощи конической стальной пробки.

Однопоршневыми домкратами натягивают стержневую арма­туру и пучки проволоки с гильзовыми анкерами.

Термическое натяжение арматуры основано ні линейном рас­ширении стали при нагреве арматуры электрическим током. Су­ществует несколько вариантов термического натяжения арма­туры.

Например, концы удлинившейся при нагреве арматуры закреп­ляют в захватах упоров (при натяжении на упоры) или в анкерах (при натяжении на затвердевший бетон). С охлаждением арматура натягивается. После этого конструкцию бетонируют (при натяже­нии на упоры). Нагревают арматуру с помощью специальных уста­новок.

Можно покрывать арматуру слоем термопластического мате­риала, после чего бетонировать деталь. С нагревбм арматуры тер­мопластик размягчается. Он не препятствует перемещению удли­няющийся арматуры, концы которой закрепляются в захватах, опирающихся на бетон, и в таком положении арматура остывает. При охлаждении арматуры термопластическое покрытие твер­деет, в результате чего создается сцепление между арматурой и бетоном.

Кроме натяжения арматуры на бетон и на упоры, существуют другие способы предварительного напряжения.

Химическое предварительное напряжение производится по­средством применения бетона на расширяющемся цементе.

В процессе твердения бетон расширяется и происходит удли­нение связанной с ним арматуры.

Растягивающие усилия, возникающие в арматуре, передаются на бетон, обжимая его. Расширяющийся цемент дает возможность без применения дополнительного оборудования получить задан­ное натяжение арматуры за счет энергии расширяющегося бетона.

Для измерения усилий, действующих в напрягаемой арматуре, используют ряд приемов и соответствующих измерительных при­боров и приспособлений.

Наиболее распространенным приемом является измерение кон­цевого усилия. Для этого используют гидравлический натяжной домкрат. Величину силы натяжения контролируют по показа­телям гидравлического манометра, присоединенного к гидравли­ческому цилиндру домкрата.

При измерении концевого усилия необходимо учитывать и исключать потери натяжения, возникающие после окончания операции натяжения из-за обмятия шайб и гаек анкерного уст­ройства и проскальзывания проволоки в анкере при заталкива­нии клина.

Величину натяжения также определяют, измеряя общее удли­нение арматурного элемента путем замера перемещения подвиж­ного захвата натяжной машины, домкрата или перемещением меток, нанесенных на концах стержней арматурного элемента относительно торца конструкции. Этот прием в основном исполь­зуют при электротермическом натяжении арматуры. 164

При натяжении арматуры на форму удобно пользоваться обыч­ным индикатором часового типа с ценой делений 0,01 мм, снаб­женным удлинительной штангой и устройством для закрепления прибора к проволоке.