Обжимное устройство

 

Изобретение относится к области строительства железобетонных корпусов высокого давления и может быть использовано при армировании цилиндрической части корпуса в процессе создания предварительно напряженной конструкции. Целью изобретения является обеспечение более равномерного обжатия конструкции по всей наружной поверхности. Существенные признаки состоят в том, что обжимное устройство снабжено поворотной секторной пластиной, дугообразная поверхность которой в рабочем состоянии опирается на обжимаемую конструкцию, обеспечивая тем самым обжимаемому устройству смещение и выравнивание напряжений в напрягаемых концах и арматуры. Положительный эффект - уменьшение материалоемкости конструкции за счет замены пилястры обжимными устройствами. 5 ил.

Изобретение относится к устройствам по обеспечению предварительного натяжения кольцевых арматурных элементов в строительных конструкциях, преимущественно из железобетона, при армировании цилиндрических резервуаров или оболочек, в частности при создании предварительно напряженных железобетонных защитных оболочек атомных электростанций, кроме того, позволяет производить преднапряжение в кольцевом направлении существенных ненапряженных и напряженных оболочек и резервуаров при их реконструкции или усилении.

Аналогом изобретения, осуществляющего функции предварительного обжатия цилиндрических оболочек в кольцевых сечениях, являются вертикальные пилястры, применяемые в сооружении железобетонных предварительных напряженных защитных оболочек на АЭС [1] Пилястры являются единой, жестко соединенной с защитной оболочкой частью ее конструкции. Выступая из общей геометрии оболочки, пилястры является неподвижным упором для натяжения кольцевых арматурных элементов. При такой конструкции при обжатии оболочки в местах перехода от пилястры к гладкой оболочке в кольцевом направлении возникает изгибающие моменты, которые вызывают резкое возрастание кольцевых напряжений, что ухудшает работу оболочки в целом. В сечении между пилястрами влияние кольцевых напряжений снижается, оставаясь все же существенным. Жесткая пилястра требует мощного армирования, процент армирования составляет приблизительно 3% со значительными геометрическими размерами, которые раз в 5 превышают размеры по сравнению с предложенной пилястрой. Железобетонная пилястра устраивается всегда в одном сечении на всю высоту, что не всегда удобно с точки зрения компоновки технологического оборудования.

Наиболее близким аналогом к предложенному изобретению является изобретение корпуса высокого давления [2] Многокамерный корпус высокого давления выполнен с наружной и внутренней предварительно напряженной арматурой. Повышенная надежность работы корпуса обеспечивается за счет эффективности механизма равномерного осевого и радиального обжатия. Обжатие происходит с помощью брусков, перемещающихся в желобах, выполненных на наружной поверхности корпуса.

Однако наличие внутри корпуса кольцевых сплошных стен, перегородок между камерами определяет неэффективное использование внутреннего объема сосуда. Кроме того внутренние пучки предварительного натяжения имеют малые радиусы гиба (несколько больше радиуса камеры), что повлечет большие потери от трения при натяжении пучка.

В конструкции корпуса требуется устройство вертикальных желобов, что приведет к концентрации напряжений в местах резкого изменения сечения корпуса. Также при принятой конструкции требуется выполнять на монтаже стык наружного кольцевого пучка, что будет являться сложной технологической операцией.

Задача изобретения состоит в максимальном снижении концентрации напряжений на оболочке при ее обжатии и в обеспечении обжима более равномерным по всей наружной поверхности.

Поставленная задача решается тем, что обжимное устройство включает секторную пластину установленную на оси и расположенную в прорези треугольной призмы. Пластина имеет в дугообразной поверхности желоб для распределения напрягаемой арматуры, а на половине дуги на бортах желоба зубчатую нарезку. Опорная поверхность призмы также имеет два желоба для размещения встречных концов пучка напрягаемой арматуры. В корпусе напрягающего механизма и в секторной пластине выполнено отверстие для размещения контрольного штифта. Концы напрягаемой арматуры, один из которых раздвоен посредством натяжного элемента и анкера, закреплены соответственно на равносторонних гранях корпуса призмы напрягающего механизма. В плоскости секторной пластины устанавливается клиновая вставка с одной стороны, имеющая желоб под пучок, с другой стороны дугообразную поверхность с зубчатой нарезкой.

В связи с тем, что обжимное устройство, выполненное по форме равнобедренной треугольной призмы, имеет две плоские грани, расположенные под одинаковым углом к вертикали, которые предназначены для размещения на одной грани анкерных плит раздвоенного конца напрягаемой арматуры и на второй грани анкерной плиты цельного ("натяжного") пучка с гидравлическим домкратом натяжения, а также ввиду отсутствия жесткой связи устройства с оболочкой, обеспечивается при натяжении арматуры перемещение обжимного устройства по поверхности оболочки, что приводит к выравниванию усилий в цельном и раздвоенном пучках и соответственно к снижению концентрации напряжения в оболочке. Имеющаяся секторная пластина опирается в рабочем положении, со стороны центра вращения, на неподвижную ось и на размещенный в желобе, выполненном на дугообразной поверхности пластины, напрягаемый пучок. При натяжении пучка и его перемещении секторная пластина может поворачиваться на определенный угол, постепенно входя в зацепление с клиновой подпружиненной вставкой.

Установленный штифт, проходящий через пластину и боковые грани треугольной призмы, блокирует перемещение секторной пластины, и в первый момент натяжения пучка позволяет выбрать слабину и первичные деформации напрягаемого пучка без поворота секторной пластины.

Выполненные желоба в секторной пластине и на плоской грани призмы, примыкающей к конструкции цилиндрической оболочки, обеспечивают фиксированное положение напрягаемой арматуры как в процессе натяжения, так и в рабочем состоянии.

Ниже приводится описание одного из многочисленных вариантов конструкции обжимного устройства, которые подчинены единому изобретательскому замыслу, описанному в формуле изобретения.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено обжимное устройство в рабочем положении на цилиндрической железобетонной конструкции.

На фиг.2 вид устройства с фасада с изображением желоба под пучки напрягаемой арматуры.

На фиг. 3 схема действующих сил на треугольную призму и оболочку в процессе натяжения гибкого пучка с разложением сил на горизонтальные и вертикальные составляющие.

На фиг. 4 диаграмма сил с построением равнодействующей всех сил (через параллелограмм сил), действующих на обжимное устройство и на предварительно напрягаемую оболочку.

На фиг.5 общее положение устройства на оболочке и опоры потерь натяжения по длине пучка для случая применения предлагаемого обжимного устройства и аналога железобетонной пилястры.

Обжимное устройство, предназначенное для натяжения гибких кольцевых элементов в строительных конструкциях оболочечного типа состоит из напрягающего механизма, имеющего жесткий корпус 1, представляющий собой по форме усеченную равнобедренную треугольную призму (основной элемент устройства). В корпусе 1 на грани, примыкающей к напрягаемой конструкции, выполнены желоб, переходящий в канал 2 для прохода "тяжного" цельного конца гибкого пучка напрягаемой арматуры, и два желоба, переходящих в каналы 3 для прохода "глухих" раздвоенных концов пучка. При этом центры выхода каналов 2 и 3 в точках "b" и "c" расположены на одинаковом расстоянии по вертикали и горизонтали от точки "a" начала обратного гиба концов натягиваемого пучка арматуры.

Корпус 1 устройства имеет опорную грань 4 для размещения двух "глухих" анкерных шайб 5 и грань 6 для размещения "тяжного" анкера 7 и натяжного элемента 8.

В средней части корпуса 1 симметрично основаниям призмы выполнена прорезь 9, в которую сверху устанавливается секторная пластина 10, имеющая гнездо для оси 11.

Секторная пластина 10 имеет возможность поворачиваться вокруг неподвижной оси 11 на угол, равный длине дуги удлинения "тяжного" конца пучка.

В секторной пластине 10 со стороны дугообразной поверхности выполнен желоб для размещения в нем цельного "тяжного" конца пучка.

В секторной пластине 10 и в других параллельных стенках, образованных прорезью 9, выполнены отверстия, совпадающие при расположении пластины 10 в крайнем правом положении. В этом положении пластины 10 устанавливается стопорный штифт 12.

В каналах корпуса монтируются "тяжной" конец 13 пучка и два "глухих" конца 14 пучка.

Обжимное устройство работает следующим образом.

В проектном месте оболочки 15 на временных подмостках устанавливают в сборе обжимное устройство, охватывают арматурой оболочку и заправляют в каналы 2 и 3 корпуса 1 концы 13 и 14 пучка напрягаемой арматуры. При этом раздвоенный конец 14 "глухого" пучка закрепляют в анкерной шайбе 5, а конец 13 "тяжного" пучка в анкерной шайбе 7 на натяжном элементе 8.

При использовании в качестве натяжного элемента 8 гидравлического домкрата, перед его установкой на грань 6 и прорезь 9 между пластиной 10 и концом 13 пучка арматуры устанавливают клиновую вставку 16 с желобом на одной стороне и зубчатой насечкой на другой стороне, входящей в зацепление в аналогичной зубчатой насечкой, выполненной на краях бортов желоба пластины 10.

Особенностью обжимного устройства является то, что каналы 2 и 3 для пучков выполнены так, что точки пересечения траектории обратного гиба пучка "a" фиг.1 совпадают и находятся на радиусе гиба пучка вокруг оболочки 15 R_п. Сам пучок со стороны "глухого" анкера раздваивается на две равные части и закреплен на двух анкерных шайбах.

Такой пучок, охватывая оболочку, обеспечивает равновесие обжимного устройства, будучи не связанным с оболочкой жестко. При начальном натяжении пучка в данном случае гидравлическим домкратом происходит его вытяжка и он проскальзывает по дугообразной поверхности секторной пластины 10, так как последняя застопорена штифтом 12. По мере увеличения усилия натяжения конца 13 пучка растет усилие q_п (фиг.3) прижатия пучка к пластине 10, увеличивается и сила трения (соответственно потери в пункте). Однако при усилии натяжения N=0,1-0,3 P, стопорный штифт достаточно плавно срезается (ввиду плавного нарастания нагрузки на штифт). Диаметр штифта подбирается таким, чтобы происходил его срез при усилии натяжения пучка равным 0.1-0,3 от расчетного.

В этот же момент происходит перемещение обжимного устройства и выравнивание усилия натяжения в концах 13 и 14 пучка.

Также в момент среза штифта 12 произойдет и поворот секторной пластины 10 с находом зубчатой нарезки на такую же нарезку на клиновой вставке 16, которая поджимается к пластине 10 напрягаемой арматурой. При дальнейшем повороте секторной пластины 10 происходит все большее по длине зацепление. При этом, при каждом зацеплении зуба будет происходить перемещение клина вдоль пучка и несколько вниз на пучок.

Реально же усилия натяжения в пучках будут разные на величину силы трения пластины 10 с шарниром оси 11, величина которой будет незначительной и ей в данном случае можно пренебречь.

За счет того что дугообразная поверхность секторной пластины 10 постоянно контактируют с обжимаемой оболочкой 15, при дальнейшем натяжении пучка (после среза штифта) вплоть до P расчетное, будет происходить обкатывание обжимного устройства по поверхности оболочки, обеспечивая тем самым постепенное перемещение обжимного устройства, и усилия в концах 13 и 14 пучках будут выравниваться. Это возможно и в том случае, если не будет усилий прижатия обжимного устройства к напрягаемой оболочке, то есть согласно фиг.4 силы R₀ и R_a будут равны, где R₀ равнодействующая сил, прижимающих устройство к оболочке, а R_a равнодействующая сил q_п, возникающая в результате обратного гиба пучков на участках ac и ab.

Исходя из того, что точка "a" фиг.3 является общей точкой начала обратного гиба концов 13 и 14 пучка и она находится на радиусе оси пучка R_п, а также принимая угол "α" действия силы натяжения пучка P1, рассмотрим в общем виде диаграмму действующих сил на обжимное устройство и оболочку.

Используем известную зависимость, что где q_об. равномерно-распределенное усилие обжатия оболочки по длине пучка, P1 усилие натяжения в пучке в данной точке, R_п радиус оси пучка.

Рассматривая фиг.3, найдем усилия в общем виде, которые действуют на обжимное устройство.

Так как усилия в пучках "тяжкого" и "глухого" анкеров равны, и имея угол α наклона силы натяжения P1, получим: горизонтальные составляющие: PI^г=PI·cosα эти силы действуют на одной прямой и уравновешивают друг друга; вертикальная составляющая: PI^в=PI·sinα
усилие 2·P1^в действует на устройство в сторону оболочки.

Однако за счет обратного гиба пучка возникают усилия

или P1=q_п·ч.

Равнодействующая усилий q_п будет равна

что равно 2·PI^в=2PIsinα.
Таким образом, обжимное устройство под действием сил натяжения пучка находится в равновесии и не действует на оболочку.

После натяжения пучка до расчетной величины и снятия давления с домкратов происходит обратное перемещение секторной пластины 10 совместно с клином 16 и автоматическое защемление пучка.

Обжимное устройство может быть широко примерно в промышленном строительстве предварительно напряженных цилиндрических оболочечных сооружений, и что особенно важно при реконструкции существенных сооружений.

Изобретение позволяет:
упростить конструкцию и технологию возведения оболочек (не требуется устройство пилястр);
обеспечивает равномерное напряженное состояние оболочки от воздействия кольцевых пучков в зоне установок обжимного устройства;
дает возможность установить обжимное устройство в любом месте траектории пучка, сообразуясь с размещением технологического оборудования;
позволяет уменьшить в два раза потери в пучке от трения при натяжении арматуры (при том же количестве пилястр);
значительно уменьшаются геометрические размеры обжимного устройства (по сравнению с пилястрой) и вес;
позволяет производить преднапряжение в кольцевом направлении существующих не напряженных или напряженных оболочек и резервуаров при реконструкции или усилении.

Формула изобретения

Обжимное устройство преимущественно для оболочек реакторного отделения, содержащее корпус напрягающего механизма, выполненный по форме равнобедренной треугольной призмы, и напрягаемую арматуру с натяжным элементом на конце, отличающееся тем, что оно снабжено установленной на оси секторной пластиной, в дугообразной поверхности которой выполнен желоб для напрягаемой арматуры, секторная пластина расположена в образованной симметрично основаниям призмы прорези так, что дугообразная поверхность в рабочем положении контактирует с поверхностью обжимаемой конструкции, а в корпусе напрягающего механизма и секторной пластине выполнено отверстие для размещения контрольного штифта, при этом натяжной элемент для одного конца напрягаемой арматуры установлен на одной равнобедренной грани призмы корпуса напрягающего механизма, а свободный конец напрягаемой арматуры раздвоен и закреплен на другой равнобедренной грани призмы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5