Проектирование технологии производства железобетонных мостовых балок и формовочного цеха

3 Проектирование технологии производства железобетонных мостовых балок и формовочного цеха

  3.1 Обоснование проектных решений конструкции балки пролётного строения длиной 24 м

Железобетонные балки пролётных строений должны изготавливаться в соответствии со СНиП 2.05.03-84 по рабочим чертежам серии 3.503-81 выпуск 5-5-ТТ.

Для изготовления балок пролётных строений применяется тяжёлый бетон по ГОСТ 25192 ГОСТ 26633, класса по прочности на сжатие С^28/35. Допускается применение бетона класса С^32/40 для ускорения набора передаточной прочности. Марка бетона по морозостойкости в зависимости от температурной зоны строительства:

- для температурных зон 1,2,3,6 и 7 – F200;

- для температурных зон 4,5 и 8 – F300.

Таблица 4. Характеристика температурных зон

Средняя температура наиболее холодного месяца		- 20°С и выше			Ниже -20°С
Средняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспечённостью 0,92		-30°С и выше	Ниже -30°С до -40°С включительно	Ниже -40°С	Ниже -30°С до -40°С включительно	Ниже -40°С
Номер температурной зоны при влажности воздуха	≥40%	1	2	3	4	5
	≤40%	6	7	-	8	-

Балки пролётных строений длиной 24м изготавливаю на линейных стендах.

Цемент, щебень, песок, вода

Цемент должен соответствовать ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия». Применение ЦЕМ 11/А-Ш с активными минеральными добавками по массе свыше 5% допускается при экономическом обосновании и положительных результатах заданных показателей качества при испытании контрольных кубов-образцов подборов составов бетонов по ГОСТ 9818.0-81 .

Щебень должен соответствовать ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия».

Щебень с зернами крупностью свыше 15 мм не допускается применять при приготовлении бетонной смеси.

Песок должен соответствовать ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия». Модуль крупности песка Мк = 2,2..3,0.

Вода должна соответствовать СТБ 1114-98 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия».

При применении технической воды испытания проводят один раз в год на содержание растворимых солей, сульфатов, хлоридов и взвешенных частиц, а также на соответствие другим техническим требованиям.

Армирование напрягаемой арматурой

Напрягаемая арматура – прямолинейные горизонтальные пучки из 24 проволок класса В-ІІ диаметром 5мм с двумя каркасно-стержневыми анкерами.

Часть пучков «обрывается» в пролёте. «Обрыв» пучков осуществляется изоляцией концевых участков пучков промасленной плотной бумагой по битумной мастике, паклей (мешковиной) пропитанной битумом или другими материалами при условии исключения сцепления пучков с бетоном.

При передаче усилия с напрягаемой арматуры на бетон необходимо контролировать проскальзывание изолированной части пучков. Величину ухода пучка через два дня после натяжения определять по формуле:

 

Δlизол – длина изолированной части пучка;

 

Ep -

Контролируемое усилие, передаточная прочность бетона(прочность бетона в момент передачи усилия обжатия на бетон) и прочие характеристики балки даны в даны в таблице 3.

Температурная зона (влажность воздуха)	Натяжение напрягаемой арматуры			Контролируемое напряжение в арматуре после её натяжения		Передаточная прочность бетона	Выгиб балки после передачи усилия обжатия на бето(в середине пролёта
	Начальное натяжение в арматуре	Усилие в пучке (пряди)	Вытяжка при натяжении с двух сторон
				После заанкеривания	Через два дня
	МПа	кН	мм	МПа	МПа	-	мм
1,2,3,4,5 (≥40%)	941,5	443,5	64×2	913,4	887,3	75% 70%	28
6,7,8( ≤40%)	970,9	457,3	66×2	942,8	913,7	78% 70%	30

При назначении начального напряжения в арматуре в проекте учтены следующие потери предварительного напряжения арматуры:

1.  Релаксация напряжения арматуры – σ1 ( 50% на стадии натяжения, 50% на стадии эксплуатации );

2.  Деформация анкеров, расположенных у натяжных устройств, - σ2;

3.  Быстронатекающая ползучесть – σ3;

4.  Усадка и ползучесть бетона – σу, σп.

При натяжении арматуры, в зависимости от конкретных условий производства учесть дополнительные следующие потери:

1.  Потери от температурного перепада при натяжении на упоры:

Где Δl – разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров, расположенных вне зоны нагрева, воспринимающих усилие натяжения,

2.  Потери от деформации стальной формы – σс:

Где n – число групп арматурных элементов,

натягиваемых неодновременно;

Δl – сближение упоров на линии действия усилия предварительного обжатия, определённое из расчёта деформации формы;

l – расстояния между наружными гранями упоров;

Es – модуль упругости стали формы, МПа.

Начальное напряжение в арматуре на заводе будет равно:

При этом должно соблюдаться условие

При не выполнении этого условия необходимо обращаться в проектную организацию.

Для конструкции с естественным твердением бетона необходимо дополнительное согласование с проектной организацией, т.к. потери σs, σу, σ2 учтены в проекте с учётом тепловой обработки бетона.

При назначении рабочего давления в домкрате необходимо учитывать потери в напрягаемой арматуре, вызванные трением в самом домкрате.

В период освоения конструкции необходимо провести контрольные проверки натяжения в напрягаемой арматуре. Сразу после окончания натяжения и заанкеривания напряжение в проволоки должно быть σсов1, а через два дня после окончания натяжения, перебетонирования, - σсов2.

Электродуговая резка арматурной проволоки, производство сварочных работ вблизи от напрягаемой арматуры без защиты ее от воздействия повышенной температуры и искр, и использование её для заземления электроустановок запрещается.

Передача усилий предварительного обжатия на бетон должна осуществляться плавно, одновременно или поочерёдно.

Поочерёдный отпуск натяжения пучков должен, производится с помощью специальных разгружающих домкратов или гидродомкратов. При поочерёдно отпуске путём перерезания пучков автогеном необходимо участки пучков между торцом балки и упорами разогреть до «красна».

Поочерёдный отпуск натяжения следует производить симметрично относительно вертикальной оси балки, начиная с верхних и нижних пучков.

После окончания отпуска необходимо:

- измерить величину «ухода» пучка;

- измерить величину упругого подъёма балки;

- произвести тщательное обследование конструкции.

Результаты измерения и освидетельствования конструкции заносятся в технический паспорт балки.

Концы обрезанных пучков не должны выступать более чем на 10мм и должны быть заделаны цементным раствором с добавлением поливинилацетатной эмульсии, для чего предусмотрены ниши на торце балки.

Армирование ненапрягаемой арматурой

Балки полётных строений рекомендуется армировать сварными сетками и каркасами, предусмотрен вариант армирования вязанными сетками и каркасами.

Сетки и каркасы изготавливаются из стали класса А300 или класса А400, сварными или вязаными в зависимости от средней температуры воздуха наиболее холодной пятидневки.

Сетки рёбер СР120-ТАІ-6 изготавливаются только сварными. Для варианта армирования вязанными сетками и каркасами сетки СР120-ТАІ-6 заменить на сетки СР120-ТАІІ-6 или СР120-ТАІІІ-6.

В соответствии с ТП101-81 в балках пролётных строений, эксплуатируемых в районных с расчётной температурой воздуха наиболее холодной пятидневки -40°С и выше следует применять только сталь класса А400, применение класса А300 допускается в исключительных случаях, при полной невозможности получения стали класса А400. В районах с расчётной температурой воздуха ниже -40°С при изготовлении сварных сеток и каркасов применять сталь класса АС300.

При отсутствии необходимого сортамента арматурной стали, предусмотренного настоящим проектом, разрешается замена стержней по эквивалентной площади с шагом не более 200мм.

Для фиксации сеток предусмотрены фиксаторы. При необходимости, для удобства технологии, разрешается изменять конструкцию фиксации сеток без перерасхода стали и при соблюдении защитного слоя и жёсткости каркаса.

В балках предусмотрены закладные изделия для приварки верхних подушек опорных частей и для соединения с элементами мостового плотна. Количество и положения закладных изделий МН-ТАІІ (А400)-6 уточняется при привязки деформационного шва.

Для балок, эксплуатируемых в районах с сейсмичностью 7-9 баллов, для приварки подушек опорных частей вместо закладного изделия марки МН-2 установить закладное изделие МН-4.

Все закладные изделия должны иметь антикоррозийное покрытие в соответствии со СНиП 2.03.11-85.

Для обеспечения сцепления бетона омоноличивание с бетоном плиты балок необходимо смазать опалубку боковых граней плиты 50% раствором сульфатно-спиртовой барды и сразу же после распалубки бетон этих гране следует обрабатывать проволочными щётками.

По требованию заказчика необходимо выполнить необходимые мероприятия, предусмотренные СНиП 2.03.11-85, а также окраску в белый цвет полимерцементной краской открытых наружных поверхностей всех балок, предназначенных для эксплуатации в районах с расчётной температурой воздуха ниже -40°С, и только крайних балок для защиты от солнечной радиации, предназначенных для эксплуатации в климатическом подрайоне ІVА согласно СНиП 2.01.01-82.

Окраска должна производится после передачи усилия предварительного напряжения на бетон и освидетельствования балок инспекцией при положительной температуре воздуха и бетона конструкции. Краска наносится в два слоя. Для придания краски светлого цвета в её состав вводится мел или известь в количестве 20-30% от веса цемента.

Рисунок 2. Арматурно-опалубочный чертёж изделия

3.2 Выбор вида бетона и материалов

 

Для изготовления пролётных балок длиной 24м применяется тяжёлый бетон класса С^32/40.

Для изготовления бетона следует применять портландцементы, соответствующие требованиям ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические ус­ловия» и ГОСТ 22266-94 «Цементы сульфатостойкие. Технические условия».

В соответствии с классом бетона принимаем класс цемента М 52,5

Применение цемента пониженных классов увеличивает его расход.

При применении цемента высокой активности для бетонов низких классов следует вводить минеральные добавки тонкомолотых шлаков, золы ТЭЦ, активных минеральных добавок естественного происхождения.

Расход цемента не должен превышать типовую норму по СНиП 5.01.23-83.

Вид цемента для различных условий работы необходимо выбирать с учетом требо­ваний ГОСТ 23464-79 «Цементы. Классификация».

В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона применяется речной песок, в качестве крупного за­полнителя — щебень из плотных горных пород.

Вода для затворения бетонной смеси должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия».

Рекомендуется применять питьевую воду. Можно использовать технические оборот­ные и природные минерализованные воды с допустимым содержанием примесей.

Водородный показатель рН воды должен быть не менее 4 и не более 12,5.

Допускается не более 10 мг/л органических поверхностно-активных веществ, сахаров, фенолов.

Для улучшения свойств бетонной смеси, затвердевшего бетона, ускорения твердения бетона, замедления или ускорения сроков схватывания вводятся химические добавки, применение которых регламентируется.

Проектирование состава бетона

Исходные данные для проектирования состава бетона: класс по прочности при сжатии С^32/40, ОК=2-4 см, влажность заполнителей:

портландцемент активностью R_ц=52,5МПа:

- истинная плотность r_и.ц=3100 кг/м^3;

- насыпная плотность r_н.ц=1200 кг/м^3;

песок:

- истинная плотность r_и.п=2500 кг/м³ ;

- насыпная плотность r_н.п=1450 кг/м³ ;

- модуль крупности М_к=2,7;

щебень гранитный фракций 3-10 мм:

- средняя плотность зерен r_с.щ=2700 кг/м³ ;

- насыпная плотность r_н.щ=1500 кг/м³ .

1.  Определение водоцементного отношения:

;

где А₁ – коэффициент учитывающий качество материалов, равный 0,6;

R_б - предел прочности бетона на сжатие.

2.  Определение расхода воды:

Расход воды назначаем в зависимости от подвижности бетонной смеси (ОК) и от наибольшей крупности щебня:

В=200 л/м³.

3.  Определение расхода цемента:

4. 

 

4. Определяем расход щебня:

где  — пустотность щебня в рыхлонасыпанном состоянии;

 — насыпная плотность щебня, ;

— истинная плотность щебня, ;

— коэффициент раздвижки зерен щебня.

5. Определение расхода песка:

В результате проведенных расчетов получен следующий номинальный состав бетона:

Цемент = 400кг/м³;

Вода = 200 кг/м³;

Песок = 474кг/м³;

Щебень = 1341 кг/м³;

Плотность бетона = 2415 кг/м³.

Корректирование состава бетона с учетом влажности заполнителей.

Определяем количество воды в заполнителях:

Количество воды в заполнителях:

Следовательно, необходимый расход воды:

Состав бетона с учётом влажности заполнителей:

Цемент = 400кг/м³;

Вода = 154,63 кг/м³;

Песок = 485,85кг/м³;

Щебень = 1386,37 кг/м³;

Плотность бетона = 2415 кг/м³.

Так как рассматриваемое изделие будет эксплуатироваться на открытом воздухе в условиях периодического замораживания и оттаивания, от неё требуется как можно большая марка по морозостойкости. Поэтому используем химическую добавку воздухововлекающего действия СНВ (смола нейтрализованная воздухововлекающая) в количестве 0,02% от массы цемента.

Расход раствора добавки будет равен:

Где Х – дозировка добавки от массы цемента,

Сρ – концентрация рабочего состава раствора.

Химическая добавка СНВ вводится в бетонную смесь в виде водного раствора 5% концентрации, поэтому скорректированный состав бетона будет выглядеть следующим образом:

Цемент = 400кг/м³;

Вода = 198,4 кг/м³;

Песок = 474кг/м³;

Щебень = 1341 кг/м³;

Химическая добавка СНВ = 1,6 кг (раствор 5% концентрации).

3.3 Проектирование технологической линии и циклограммы (графика) работы оборудования

Изготовление балок пролётных строений осуществляется на двух линейных стендах диной 123 м и шириной 3,5 м каждый, с 11-ю упорами воспринимающими усилие натяжения арматуры.

На стендах можно выпускать изделия высотой до 2 м с проволочной, стержневой и прядевой арматурой. Изготовление конструкций ведётся в металлических формах с «паровой рубашкой», прикреплённых к стенду специальными пружинами.

Очищенные формы смазывают с помощью специальных пистолетов распылителей, подсоединённых к магистральному трубопроводу централизованной системы подачи смазки.

При изготовлении изделий с проволочной арматурой бунтодержатель с двенадцатью бунтами высокопрочной проволоки перемещается к нужным упорам. Набирается струнопакет из необходимого количества проволок, для чего конец проволоки из каждого бунта после прохода через направляющие ролики передвижного бунтодержателя пропускается через хвостовой зажим с направляющими диафрагмами и закрепляется в головном анкерном зажиме. Головной анкерный зажим с закреплённой в нём проволокой и направляющая диафрагма соединяются со специальной лыжей, связанной со стальными канатами тяговыми лебёдками, с помощью которых она перемещается вдоль стенда. Когда лыжа подходит к противоположному от бунтодержателя концу стенду, анкерный зажим отсоединяется от лыжи, прикрепляется к крюку мостового крана, заводится за упоры стенда и прикрепляется за них. После этого проволока заклинивается в хвостовом зажиме и обрезается, а процесс сборки и протягивания струнопакета повторяется. Если во время протягивания на одном из бунт кончилась проволока, на бунтодержатель мостовым краном устанавливаю новый моток проволоки и при помощи специального приспособления производят сращивание проволоки. По мере протягивания пакета на концах устанавливаю распределительные диафрагмы, которые обеспечивают проектное положение арматуры по сечению изделия. По окончании протягивания струнопакетов производится предварительное натяжение арматуры гидродомкратом.

Чтобы облегчить запасовку проволоки в гидродомкрат, перед окончательным натяжением втянутые концы проволоки обрезаю. После этого укладывают арматурные каркасы, закладные детали, производят сборку форм и тем же гидродомкратом натягивают арматуру.

Для заготовки плетей в производстве со стержневой арматурой в цехе размещают установку для сварки плетей и упрочнения стержней.

Бетонная смесь нужного класса подаётся в зону действия мостового крана самоходной бадьёй. Бадья мостовым краном снимается с тележки, транспортируется к бетонораздатчику типа СМЖ-71А и перегружается в его бункер.

Бетонораздатчик, пути которого расположены параллельно полосам стенда, консольным ленточным питателем выдаёт бетонную смесь в формы. Уплотнение бетонной смеси производится вибраторами, укреплёнными на бортах форм, и переносным ручным виброинструментом. По окончании уплотнения смеси производят пропаривание изделий в формах. Для предотвращения испарения влаги во время тепловлажностной обработки изделия сверху накрывают брезентом.

По достижении бетоном заданной прочности производится передача усилия натяжения на бетон с помощью песочных муфт или винтов, имеющихся на анкерных зажимах. После снятия натяжения арматура разрезается специальной машиной или керосинорезом. Изделия с помощью траверсы мостовым краном переносят на свободную площадку, где производя контроль качества и мелкий ремонт, а также заделку необрезанных концов арматуры цементно-песчаным раствором и доводку. Готовые изделия грузят на тележку и вывозят на слад готовой продукции.

Таблица 4.

Расчёт операций цикла формования балок пролётных строений.

Операции	Расчётные параметры								Длительность операции, мин
	Дина хода машины, м		Скорость машины		Чистое машинное время, мин		Объём работ операции,
Перемещение бунтодержателя к нужным упорам	3,5		10 м/мин		-		-		0,35
Соединение головного анкерного зажима с закреплённой в нём проволокой и направляющей диафрагмы со специальной лыжей	-		-		5		-		5
Протягивание лыжей пучка проволок из одного конца стенда в другой		121		11 м/мин		-		-		11
Предварительное натяжение арматуры гидродомкратом		-		-		3		-		3
Укладка арматурных каркасов, закладных деталей, сборка форм		-		-		30		-		30
Окончательное натяжение арматуры		-		-		3		-		3
Загрузка бетонной смеси в самоходную тележку		-		1,8		-		1,8		1
Перемещение бадьи в зону действия крана		15		15 м/мин		-		-		1
Съём бадьи с самоходной тележки мостовым краном		-		-		1		-		1
Доставка бадьи к бетонораздатчику		7		60 м/мин		-		-		0.12
Выгрузка смеси из бадьи в бетонораздатчик		-		1,8		1		-		1
Укладка смеси бетонораздатчиком в форму		12		4 м/мин		-		1,8		3
Возврат бадьи на самоходную тележку		7		60 м/мин		-		-		0,12
Перемещение тележки с бадьёй к месту загрузки смеси		15		10 м/мин		-		-		1,5

3.4 Определение количества основного и вспомогательного оборудования

Определяем коэффициент оборачиваемости стенда в сутки:

То – время оборота стенда:

Тп – распалубка, отпуск натяжения, очистка и смазка;

Тн – армирование 50%;

Та – армирование 100%;

Тф – укладка и уплотнение бетонной смеси;

Ту – термообработка и выдержка;

Производительность определяется по формуле:

Р – производительность;

F – площадь стендовой полосы;

В – объём бетона на одно изделие;

n – число стендовых полос;

q – объём бетона на 1 м² стендовой полосы;

ки – коэффициент использования стенда (ки=0,8÷0,88);

Однако нет надобности определять производительность рассматриваемого производства так как она задана изначально - 65000 м³ . Необходимо определить только количество стендовых полос и число форм.

Отсюда выносим следующее проектное решение: принимаем два цеха со стендовым способом производства для выпуска железобетонных мостовых балок. Каждый цех должен состоять из двух стендовых линий длиной 123 м, на каждом стенде располагается по пять форм.

Ведомость оборудования и оснастки

 

Кран мостовой

- грузоподъёмность – 40 т;

- высота подъёма – 7 м;

Бетонораздатчик СМЖ-71А

- ширина колеи – 1000 мм;

- число бункеров – 1;

- вместимость бункеров – 1,8 м³ ;

- ширина ленты питателя – 0,7 м;

- скорость – 4 м/мин;

- производительность – 8 м³ ;

Гидродомкрат малогабаритный СМЖ-84

 - максимальное тяговое усилие – 1000 (125 с перехватом) кН;

- габаритные размеры - 1200×755×1320;

- масса – 625 кг;

Бадья для бетона на самоходной тележке СМЖ-219

- вместимость бункера – 1,8 м³ ;

Бунтодержатель передвижной СМЖ- 323А

- номинальный диаметр проволоки – 3-6 мм;

- число одновременно размещаемых мотков проволоки – 12

- диаметр мотка:

внутренний – 400-950 мм;

внешний – до 1500;

- масса мотка – до 1500 кг;

- высота – 2010 мм;

- диаметр - 395 мм;

- масса – 1685 кг;

Машина для упрочнения стержней СЛЩ-31(286)

Установка для сварки стержневых плетей СМЖ-32(285)

Машина СЛЩ-31 (286) предназначена для упрочнения стержней путем вытяжки стержневых плетей с анкерными головками, поступаемых в машину из установки СМЖ-32(285) (монтируемой рядом). Машина состоит из станины в сборе, гидродомкрата, предохранительного щита и пневмоэлектрической разводки.

Станина представляет собой раму, состоящую из секций сварной- конструкции, соединенных между собой болтами. На одной стороне верхней части рамы расположены склизы. Вместе со склизами приемного рольганга установки СМЖ-32 для сварки стержневых плетен они образуют накопитель, вмещающий 10—12 плетей.

Самоходная тележка для вывоза готовой продукции ГП-50 т