Принципиальное решение проблемы проскальзывания арматурных канатов

Принципиальное решение проблемы проскальзывания арматурных канатов, Конструкция арматурного каната, обеспечивающая сверхвысокое сцепление с бетоном
Цитата
Николай Болховитин пишет:
... Армирование – исключительно тросами, риск проскальзывания которых, при передачи нагрузки на бетон, повышает требования: - к классу применяемого бетона - к качеству применяемых инертных заполнителей - к снижению трещеностойкости изделия - к повышенному износу режущего инструмента.
Что касается последней из указанных проблем, то от нее вряд ли можно уйти.
А вот все предшествующие - пожалуйста:

image

Повышаем сцепление - и жить станет веселее))
Изменено: Лев Зарецкий - 31.01.13 15:50
Была ли полезна информация?
В целом ряде тем форума фигурирует такое явление, как проскальзывание арматурных канатов в бетоне.
С разрешения администрации форума я постараюсь описать решение, значительно снижающее остроту данной проблемы, не слишком увлекаясь саморекламой.
Решение заключается в изменении конструкции каната. В качестве заменителя подверженного эффекту ввинчивания в бетон по собственному оттиску каната К7 классической конфигурации 1+6 (прямолинейная проволока в центре и шесть опирающихся на нее спирально закрученных проволок чуть меньшего диаметра) разработан канат, имеющий в данный момент обозначение ТК10.
Конфигурация 1+6+3: прямолинейная проволока в центре, шесть опирающихся на нее спирально закрученных проволок аналогичного диаметра и три дополнительных проволоки, уложенных в пазы между проволоками первого слоя с промежутком в один паз; в сечении проволоки расположены треугольником, вся конструкция пластически обжата, при этом на наружную поверхность всех или части проволок может наноситься периодический профиль.


image


Такая конфигурация дает следующие результаты:

  1. Сверхразвитая поверхность, не только имеющая формально большую относительную площадь смятия, но и реализующая ее, так как в проекции выступов арматурного элемента формируются гребни бетона на порядок более протяженные, чем между проволоками каната К7 (не говоря о К19) - соответственно, прочность их выше.


    image
  2. Примерно на 20% больший, чем у равнопрочного каната К7, контур обволакивания. В совокупности с п.1 это не только обеспечивает более высокое сцепление с бетоном каната ТК10 по сравнению с канатом К7 при прочих равных условиях, но и дает потенциальную возможность эти условия изменять, обеспечивая надежную фиксацию каната при менее высокой прочности бетона (или на более ранней стадии набора прочности) и/или при более крупной фракции инертных материалов.
  3. Как правило, из-за дефицита сцепления канаты К7 для армирования на упоры выпускают с минимальным шагом свивки, что влечет посредственную релаксационную стойкость. Отсутствие дефицита сцепления у каната ТК10 позволяет увеличивать шаг свивки до пределов, обусловленных технологией производства - в совокупности с пластическим обжатием каната это обеспечивает повышенную релаксационную стойкость.
  4. Обеспечение агрегатной прочности продукта суммой прочностных характеристик 10, а не 7 проволок позволяет уменьшить диаметр этих проволок. В свою очередь, уменьшение диаметра проволок позволяет повысить их удельные прочностные характеристики без потери пластичности, что дает возможность компенсировать, даже с некоторым запасом, небольшое удорожание проволоки уменьшением ее количества.

П.С. Если рассматривать только сцепление с бетоном, то не меньшего, а то и большего эффекта можно было бы добиться применением канатов двойной свивки, именовавшейся в советской литературе "кордовой", - например, 3х3 (3 свитых между собой пряди по три проволоки в каждой). Ввинчивание их в бетон невозможно в принципе из-за непостоянной формы сечения, а контур обволакивания еще больше, чем у ТК10. Но эти конструкции имеют пониженную стойкость к релаксации напряжений из-за точечного контакта между проволоками и длинных подвешенных криволинейных участков проволок между точками контакта, повышенную стоимость и сниженный запас пластичности из-за двух операций свивки, им крайне сложно обеспечить нераскручиваемость, что создает некоторые неудобства в использовании.
Изменено: Лев Зарецкий - 31.01.13 14:10 (Прошу прощения за некорректный юмор в исходном названии темы)
Была ли полезна информация?
По мотивам некоторых вопросов...
1. Это реклама, а если говорить строго - попытка объективной подачи информации о своей продукции, которая может представлять для части посетителей профессиональный интерес.
2. Зарубежный опыт о таких канатах ничего не говорит, т.к. в тех странах, которые являются наиболее передовыми в строительных технологиях, такое решение неизвестно. Об этом говорят как эксперты строительной и канатной отрасли, так и патентный поиск при подаче заявок в другие страны. Что интересно - изготовить подобную конструкцию пытались в СССР в начале 60-х, но по ряду причин не довели идею до реализации. Основной причиной, насколько я могу судить, была неустойчивость конфигурации каната, у меня эта проблема решена.
3. Нормативная база: стандарт организации СТО 61330674-001-2012, в ближайшей перспективе Сертификационным центром ОАО "НИЦ "Строительство" будут проведены испытания и по их итогам даны официальные рекомендации по применению.
4. Серийная продукция будет через 14-18 месяцев по ценам, эквивалентным ценам на равнопрочный канат К7.
Была ли полезна информация?
А можно СТО 61330674-001-2012 выложить в открытый доступ?
Была ли полезна информация?
Как-то видел изготовление мостовых балок таврового сечения с преднапряжённой тросовой арматурой, пролёт 25, а может и все 40м.
Но трос был круглый... Проволока 6-миллиметровая, диаметр троса на глаз 50 - 60мм... Давно, в начале 80-х.
Была ли полезна информация?
Если канат был из проволок диаметром порядка 6 мм, то он мог быть, скорее всего, двойной свивки, что-нибудь типа 7х7, так как спиральный, т.е. однократной свивки, должен был бы иметь сумасшедшее количество проволок - вряд ли даже 1+6+12+18 или 1+7+7/7+14 дали бы диаметр за 50 мм.
Канаты двойной свивки, если речь о них, имели довольно приличное сцепление, но очень посредственную релаксационную стойкость (способность сохранять натяжение) - даже по меркам нестабилизированной арматуры. А об их стабилизации не могло быть и речи.
Что-то вот такого плана:
внешний вид:


image

сечение:

image

Впрочем, спиральный канат аналогичного размера тоже гарантированно не мог быть стабилизированным.
Изменено: Лев Зарецкий - 12.02.13 14:04 (уточнение)
Была ли полезна информация?
Цитата
Николай Болховитин пишет:
Думаю что не очень просто будет работать на тросах+известковом щебне.
Лучше бы посмотреть те производства, где это делают.
возможно придется применять тросы большего диаметра, для увеличения поверхности контакта.
Больше диаметр (при одинаковой конфигурации каната) = больше удельная нагрузка на контур обволакивания = хуже сцепление.
Была ли полезна информация?
Цитата
Лев Зарецкий пишет:
Цитата
Николай Болховитин пишет:
... Армирование – исключительно тросами, риск проскальзывания которых, при передачи нагрузки на бетон, повышает требования: - к классу применяемого бетона - к качеству применяемых инертных заполнителей - к снижению трещеностойкости изделия - к повышенному износу режущего инструмента.
Что касается последней из указанных проблем, то от нее вряд ли можно уйти.
Прошу прощения, поначалу не вник в вопрос о причине повышенного износа режущего инструмента. На самом деле, поскольку сцепление каната с бетоном значительно увеличивается, давая возможность производить резку изделий на более ранней стадии, то и износ режущего инструмента, соответственно, может быть снижен.
Была ли полезна информация?
Недавно произвел опытную партию трехгранного каната, избавленную от недоработок и дефектов предшествующих предсерийных образцов.

image

image


Думаю, что уже в самой близкой перспективе - испытания и внесение в стандарты.
Изменено: Лев Зарецкий - 23.10.14 14:48
Была ли полезна информация?
Лев, а как на счёт работы без преднапряжения, например в пространственном арматурном каркасе (свая, балка, колонна)?
Интересно получать каркасы произвольной длины без отходов, без привязки к стандартной длине хлыста арматуры.
Как понимаю, для получения "арматурного стержня" любого сечения достаточно иметь бухту проволоки 6 мм?
Была ли полезна информация?
Цитата
Лев, а как на счёт работы без преднапряжения, например в пространственном арматурном каркасе (свая, балка, колонна)?
Интересно получать каркасы произвольной длины без отходов, без привязки к стандартной длине хлыста арматуры.
Именно с этого сегмента я и начинал разработку данной темы :oops: Меня привлекала именно возможность бесстыкового армирования конструкций произвольной длины, включая сколь угодно большие монолиты, в т.ч. возводимые в стесненных условиях.
Но постепенно я убедился, что для ненапряженного армирования данный продукт не то чтобы неприменимый, но - нишевый. Потому что на сжатие работает так себе, как и положено витому канату. Даже несмотря на то, что по фактическому сцеплению превосходит стандартную стержневую арматуру (при условии, что канат сделан в ненапряженном исполнении - с маленьким шагом свивки). Т.е. как раз в сваях и колоннах ненапряженным он будет работать менее эффективно, чем стержень того же сечения, не говоря об эквиваленте по несущей способности. Плюс он малопригоден для изогнутых пространственных конструкций (большая упругая составляющая деформации заставит гнуть наугад, в несколько итераций), непригоден для соединений сваркой.
А вот в балках и плитах, нагруженных на изгиб или/и растяжение, он работать может. Считаем, что мы заменяем моим канатом стержень той же АIII эквивалентного диаметра с уменьшением сечения в 2,0-2,3 раза (без экономии на металлоемкости смысла городить огород нет, т.к. лишние операции волочения и свивки, естественно, делают канат дороже стержня при расчете по тоннажу), при этом абсолютные прочностные характеристики каната выше, но из-за меньшего сечения пропорционально хуже сопротивление упругому удлинению.
Тогда в пределах номинальной для исходного изделия нагрузки армокаркас из каната будет удлиняться значительно больше, но это удлинение будет находиться в диапазоне до 0,5-0,6% - т.к. для стержня даже марки А500 упругое удлинение при его номинальном пределе текучести составит 0,25%. Т.е. удлинение для бетона еще не критически опасно. А вот при превышении номинальной нагрузки окажется, что армокаркас из стержня уже потек, а эквивалентный армокаркас из каната еще работает в упругой зоне, поэтому где-то на нагрузке, приводящей к удлинению на 0,6-0,7%, их диаграммы растяжения, построенные в абсолютных координатах, пересекутся - далее у стержня будет площадка текучести с очень незначительным ростом усилия, а у каната - все еще зона упругой деформации. В итоге при разрушающей для армокаркаса из г/к стержня нагрузке - эквивалентный каркас из каната все еще будет деформироваться упруго.

image

Цитата
Как понимаю, для получения "арматурного стержня" любого сечения достаточно иметь бухту проволоки 6 мм?
Угу, и машинку стоимостью примерно 150 миллионов наших родных денюх, чтобы свить эти проволоки в единое целое(((
Кстати, размер такого каната варьируется диаметром проволок, а не их количеством. По сути, кроме 1+6+3, нет других конфигураций, пригодных для устойчивого технологического процесса, - ну, еще есть всемирно распространенная прядь 1х3, но она по целому ряду причин имеет более ограниченную сферу применения.

Поэтому получается, что в преднапряженном армировании ситуация проще и однозначнее: новинка просто скучно намного лучше общепринятого каната 1+6 по сцеплению с бетоном - и, скорее всего, не выявит каких-либо проблем, ограничений и сужений области применения по сравнению с основным аналогом. Кроме, понятно, одного из двух вариантов постнатяжения - того, где одинарные канаты в оболочках - мой канат, в принципе, тоже можно так использовать, но это нерационально.
Изменено: Лев Зарецкий - 23.10.14 22:01
Была ли полезна информация?
Коротко ли сказка сказывается, долго ли дело делается - а начали мы понемножку делать опытные партии, пока что по обходной технологии. И в связи с этим обострился вопрос инфраструктуры для применения каната новой конструкции, в частности - цанговых зажимов.
Потому что стандартный зажим, предназначенный для круглого каната, с трехгранным взаимодействует плохо - угловые проволоки защемляются между клиньями, мешая им сходиться в коническом стакане и зажимать канат. А канат без инфраструктуры применения, или даже с новой инфраструктурой, требующей переоснащения заводов ЖБИ, - мягко говоря, здорово ограничен в рыночных перспективах, при любых преимуществах над стандартным аналогом.
Изначально предполагалось, что анкерные клинья будут выполнены, как обычно, в виде конуса, разрезанного на сегменты вдоль продольной оси зажима, - только с внутренней фасонной поверхностью, примерно повторяющей поверхность каната.

image

Однако проверка показала неэффективность данного технического решения - получается, что на большей части длины своей рабочей зоны каждый клин окружает угол каната, но не сжимает его, а поворачивает. Соответственно, фиксация не обеспечивалась.
Кроме того, изделие получилось абсолютно не технологичным в изготовлении, хотя на фоне невыполнения им своей основной функции эта мелкая подробность уже не имела значения.
После этого попробовали изготовить зажимы с фасками на внутренних гранях смыкающихся поверхностей.

image

Однако после проверки сочли данное решение не очень удачным - эффективность зажима посредственная, но при этом его форма предполагает несколько лишних операций при изготовлении, уменьшение основной рабочей поверхности при увеличении неравномерности ее нагружения заставляет пессимистически оценивать ресурс зажима, а портить канат, подрывая экономику его применения дорогими и недолговечными зажимами, совершенно не хотелось.

В качестве промежуточного итога остановились на решении сделать зажим все-таки с фасонной внутренней поверхностью - но для эффективного прижатия рабочих поверхностей к канату и обеспечения приемлемой технологичности производства сами анкерные клинья зажима сделать спиральными.

image

Несмотря на кажущуюся сложность, такое исполнение технологичнее первого варианта в изготовлении, а главное - такие клинья зажимают канат, а не треплют его из стороны в сторону.
Изменено: Лев Зарецкий - 17.02.15 18:54
Была ли полезна информация?
Провели небольшую проверку каната в натурных условиях:
image
Получили предсказуемо позитивные результаты))
Была ли полезна информация?
Лев, а если честно, то какой практический смысл в применении тросов подобной конфигурации?
Мне, например, это видится так:
Сначала мы учиняем дополнительный передел по скручиванию проволок в такой канат.
А потом мы этот канат натягиваем.

А если нам проволоку не скручивать, а использовать в качестве арматуры, то это не лучше ли будет?
Ну просто армировать проволокой и все дела.
отчего такой вопрос, могу пояснить
В производстве важно уметь считать затраты. При массовом производстве, даже копеечная разница в затратах может сыграть решающую роль.
Конструкторская идея и технология всегда находятся в конфликте. А побеждает в их споре экономичесая целесообразность, а вовсе не техническая идея.
Будет ли такой трос дешевле в эксплуатации чем просто проволочные пряди, ведь балке все одно как мы создали напряжение.
Что мы сэкономим заменив обычный трос на новый, мне понятно, а где выигрыш по сравнению с проволокой?

С уважением, Николай Болховитин
Была ли полезна информация?
Смысл вполне очевиден с точки зрения металлургической подоплеки технологии. Проволока диаметром 5 мм (меньше при армировании отдельными проволоками не очень-то выгодно с точки зрения количества арматуры), да еще с трех- или четырехсторонним периодическим профилем - это временное сопротивление разрыву 1770 МПа. Иногда 1860 - при очень хорошем качестве стали, но в наших условиях это, скорее, "при неоправданно сниженном запасе пластичности". А скорее и вовсе 1670. С условным пределом текучести на пару сотен МПа ниже.
В то время как канат с диаметром проволок 2,5-4 мм, с периодическим профилем, нанесенным на одну сторону (да еще и при сжатии, а не растяжении) на 6 проволок из 10, 1860 МПа проблемой не являются, а можно и подняться выше. Окупив лишний передел большей прочностью и, соответственно, натяжением.
Далее в пользу большего натяжения играет такой интересный фактор, как иной физический механизм сцепления: выкалывание против смятия/среза и адгезии.
А в конечном итоге разница в сцеплении даже при экономии на прочности бетона резко повысит качество плит, уменьшив длину зоны передачи напряжений до величины меньше опорного блока.
Изменено: Лев Зарецкий - 21.06.15 8:01
Была ли полезна информация?
Технически предполагаемые резоны понятны,
Но к минусам можно отнести тот же недостаток что и у обычных тросов.
Проволоку можно "размазать" по концентрации напряжения, что хорошо отразится на трещеностойкости.

А вот иные преимущества новых тросов пока непонятны.
То есть они понятны конструктивно, но не понятны практически.
Получается так, что для реализации этих преимуществ необходимо будет разрабатывать новые альбомы чертежей для плит перекрытия (и других изделий)
да еще и заново писать правила применения.
А это такие затраты, от которых у любого отпадет желание что то менять в технологии.
А если работать по существующим альбомам, то преимущества только в понижении класса прочности бетона.
и то только по сравнению с тросами. С проволокой такого преимущества нет.
С уважением, Николай Болховитин
Была ли полезна информация?
Цитата
Технически предполагаемые резоны понятны,
Но к минусам можно отнести тот же недостаток что и у обычных тросов.
Проволоку можно "размазать" по концентрации напряжения, что хорошо отразится на трещеностойкости.
Хорошо, и в чем же преимущества для трещиностойкости нескольких проволок, разбросанных по разным зонам гребня для относительной равномерности натяжения, но все равно нагружающих на сдвиг тонкий слой, примыкающий к контуру обволакивания, над изделием, которое нагружает нормальными напряжениями весь гребень до границ? В конечном счете мы все равно сравниваем энергии, которые необходимо приложить для разрушения. В одном случае нужно сдвинуть арматурный элемент вдоль бетона по контуру обволакивания, в другом - разрушить бетон изделия от арматурного элемента до двух более или менее противоположных границ. Какой вариант требует приложения большей энергии для разрушения - вопрос, на мой взгляд, риторический.
Цитата

А вот иные преимущества новых тросов пока непонятны.
То есть они понятны конструктивно, но не понятны практически.
Получается так, что для реализации этих преимуществ необходимо будет разрабатывать новые альбомы чертежей для плит перекрытия (и других изделий) да еще и заново писать правила применения.
А это такие затраты, от которых у любого отпадет желание что то менять в технологии.
Пожуем - увидим, как говорит каннибальская народная мудрость. Снижение стоимости смеси, повышение оборачиваемости дорожек, устранение брака по проскальзыванию - это все имеет некоторую ценность и при сохранении существующих схем армирования.
Цитата
А если работать по существующим альбомам, то преимущества только в понижении класса прочности бетона.
и то только по сравнению с тросами. С проволокой такого преимущества нет.
А вот это не факт. Сцепление-то и в сравнении с проволокой выше значительно.
Была ли полезна информация?
Цитата
А вот это не факт. Сцепление-то и в сравнении с проволокой выше значительно.
Это аргумент но не факт.
У проволоки сцепление с бетоном выше чем у обычного троса. Это понятно, потому что площадь контакта с бетоном у нее выше. Отсюда и В30 вместо В40.
То есть сцепление выше пропорционально площади.
ну плюс рифление.
А здесь за счет чего (интуитивно понятно, что вектор нагрузки на передачу напряжения будет направлен не вдоль натяжения, а под углом) но насколько это эффективно?
И на каких составах? Может быть для песчаных бетонов это подойдет. Тогда действительно экономический эффект для некоторых регионов применения может быть колоссальным.
Но вряд ли Вы сможете сделать бетон ниже чем В30

С уважением, Николай Болховитин
Была ли полезна информация?
Цитата
У проволоки сцепление с бетоном выше чем у обычного троса. Это понятно, потому что площадь контакта с бетоном у нее выше. Отсюда и В30 вместо В40.
То есть сцепление выше пропорционально площади.
Это однозначно справедливо лишь применительно к адгезионному и фрикционному сцеплению, а также к сравнению стержневых элементов с равным критерием Рема. У 7-проволочного каната действительно практически вдвое ниже удельный контур обволакивания по сравнению с проволокой, диаметр которой равен диаметру проволок каната (2/3 от 6 повивочных проволок вместо 7 проволок целиком), да еще и ввинчиваться по собственному оттиску в бетоне гладкий канат может относительно легко, не встречая механического сопротивления.
Но даже в случае наличия профиля на 7-проволочном канате ситуация уже меняется: если мы создаем дополнительное механическое сцепление в направлении ввинчивания, то канат уже не ввинчивается, а в направлении продольного перемещения у него имеется более-менее приличный рельеф, относительная площадь смятия которого заметно выше, чем у мягкого профиля проволоки, ограничиваемого необходимостью избежать формирования слишком выраженных концентраторов напряжений. Однако даже тот же мягкий профиль на проволоках, свиваемых в канат, несколько ухудшает механические свойства и коррозионную стойкость каната (открытые элементы профиля - будущие очаги язвенной коррозии), накладывает ограничения на возможные прочностные характеристики свиваемых проволок, затрудняет свивку и безжалостно пилит проводку канатовьющей машины линии стабилизации. Словом, производить канат из профилированных проволок (К7Т) несколько дороже и тяжелее, чем обычный, а выигрыш - только в устранении брака по проскальзыванию (сцепление выше, но не настолько, чтобы можно было что-то радикально менять в технологии, т.к. гребни бетона между проволоками каната не настолько мощные, чтобы их не могло срезать, да и натяжение некуда поднимать - прочность-то у проволок ограниченная из-за профилирования).
Теперь трехгранный канат. "Гребни" бетона под цилиндрической образующей продольной проекции фактически представляют собой сегменты круга в сечении, имеют продольную проекцию длиной в 1/3 шага свивки и представляют собой не отдельные дискретные выступы, которые можно срезать по одному, а три массивных элемента, цельных по всей длине бетонного изделия. Об их срезе уже не может быть и речи, смятие крайне проблематично даже при очень низкой прочности бетона. Остается только расклинивание, именуемое каноническим термином "выкалывание" в серьезной литературе (Мулин и специалисты сопоставимого уровня, в большинстве современных источников рассмотрение механического сцепления ограничивается смятием/срезом). Т.е. нужно порвать изделие от арматуры до границ, чтобы сдвинуть арматурный элемент. Причем на участке значительной длины, т.к. поверхности, на которые опирается арматурный элемент, непрерывны по всей длине.
Изменено: Лев Зарецкий - 21.06.15 21:22
Была ли полезна информация?
Цитата
И на каких составах? Может быть для песчаных бетонов это подойдет.
Честно говоря, не вижу большой разницы в этом аспекте. Может, чего-то и не вижу объективно важного (это я без иронии). Но по моему глубочайшему убеждению - при механическом сцеплении за счет нагружения на выкалывание состав бетона не принципиален. А те бетоны в УрФО, на которых делались лабораторные и промышленные эксперименты, уж никак не были песчаными - нормальные 0,75 куба гравия фракции 3-10...
Цитата
Но вряд ли Вы сможете сделать бетон ниже чем В30
С этим согласен. Попробовать, конечно, можно, но изделия из бетона более низкой прочности, да с одномерным армированием - могут оказаться слишком нежными в изготовлении, транспортировке и применении, а то и вовсе совершенно нежизнеспособными.
Была ли полезна информация?
Есть еще один интересный аспект применения таких тросов,
Попробовать работать на керамзитобетоне.
Принципиальная возможность напрягать керамзитобетон - существует.
Была ли полезна информация?
Цитата
Есть еще один интересный аспект применения таких тросов,
Попробовать работать на керамзитобетоне.
Принципиальная возможность напрягать керамзитобетон - существует.
В принципе, есть объективные предпосылки к тому, чтобы этот канат работал в бетоне с наполнителями очень невысокой прочности и/или сцепных качеств (по крайней мере, галечник вопросов не вызывает).
Но чтобы до такой степени - не знаю.
Если принципиально нужно напрягать именно керамзитобетон - не проще ли использовать постнатяжение монострендами?
П.С. А где можно было бы применить керамзитобетон с напряжением? И будет ли он долговечным, безотносительно способа армирования?
Была ли полезна информация?
Говорят, что в СССР е делали керамзитобетонные многопустотные плиты перекрытия.
Плиты из песчаного бетона точно делали, они до сих пор лежат не Лианозовском молочном комбинате.
Была ли полезна информация?
Да, Николай Валерьевич, на многопустотные плиты из керамзитобетона есть действующая серия чертежей 1.141.1-38, в.1 и в.2. Наш завод 30 лет назад, кстати первый в стране, освоил выпуск бетона на высокопрочном керамзите и производил на нем предварительно напряженные стропильные фермы дл. 24м., колонны, ригели, ПК и т.д.
Была ли полезна информация?
Ирина, Вы можете подсказать, какое армирование у этих плит?
Была ли полезна информация?
Читают тему (гостей: 1)