Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования 10
1.1 Современные типы опалубочных систем и тенденции их развития 10
1.2 Опалубочные системы для вертикальных конструкций 11
1.3 Опалубочные системы для горизонтальных конструкций 27
1.4 Выводы по главе 37
Глава 2. Совершенствование конструктивных элементов крупнощитовой опалубки 39
2.1 Показатели технологичности применяемой опалубки 39
2.2 Влияние на технологичность конструктивных особенностей крупнощитовой опалубки 41
2.3 Влияние отклонений от проектных геометрических параметров на качество бетонной поверхности 45
2.4 Определение оптимальных параметров используемого опалубочного профиля 46
2.5 Повышение надежности защитного покрытия элементов каркаса крупнощитовой опалубки 55
2.6 Совершенствование конструкции овально - конической втулки 59
2.7 Оптимизация конструктивных параметров опалубки круглых колонн 62
2.8 Технико-экономические показатели результато внедрения новых конструктивных элементов 65
2.9 Выводы по главе 68
Глава 3. Совершенствование конструкции опалубочных замков 69
3.1.Конструктивные особенности универсальных клиновых замков и их влияние на технологические параметры 69
3.2. Определение оптимальных параметров клина опалубочного замка 71
3.3. Определение оптимальных параметров рейки базовой скобы опалубочного замка 74
3.4. Выводы по главе з
Глава 4. Совершенствование конструкции рамных лесов дл разборно переставной опалубки перекрытий 77
4.1 Испытания опытных образцов сборных рам 77
4.2 Испытания винтовых домкратов
4.3 Подбор оптимальной конструкции втулки для соединения рамок по высоте 95
4.4 Технико-экономические показатели внедрения новых конструктивных элементов 95
4.5 Выводы по главе 98
Общие выводы 99
Библиографический список
- Опалубочные системы для вертикальных конструкций
- Влияние отклонений от проектных геометрических параметров на качество бетонной поверхности
- Определение оптимальных параметров клина опалубочного замка
- Подбор оптимальной конструкции втулки для соединения рамок по высоте
Опалубочные системы для вертикальных конструкций
Как правило, пробки удаляют с помощью перфоратора или специального конуса, который под динамическим воздействием (удары молотком или специальным инструментом) удаляет пробку. Из–за не совершенства конструкции втулка разрушается, и через нее происходит вытекание бетона. На готовых конструкциях начинает проявляться гравеление, раковины, в некоторых случаях образуются пустоты. Устранение данных дефектов влечет за собой высокие материальные и трудовые затраты. Разрушенная стяжная втулка во многих случаях приводит к смещению пластиковых фиксаторов при заливке бетона, вследствие его происходит «омоноличивание» стяжного анкера. Трудозатраты по распалубливанию такого элемента опалубки могут увеличиться до 20% в расчете на уложенный кубометр бетона, а в некоторых случаях приходится механически срезать элемент опалубки с применением газовых горелок или УШМ.
Классификация по типу защитного покрытия. Важную составляющую во влиянии качества опалубочных систем на технологические параметры играет тип используемого покрытия для защиты от коррозии элементов каркаса опалубочных щитов и степень адгезии покрытия с бетоном. Степень адгезии определяет сложность очистки элементов от бетона, после проведения монолитных работ [48,51] Классификация по типам покрытия металлических элементов крупнощитовой опалубки (защитное покрытие) представлена в таблице 1.2. Таблица1.2. - Классификация по типу защитного покрытия Степень адгезии бетона к типу покрытия Тип покрытия низкая Порошковое напыление;Цинкование с последующим нанесениемантиадгезионных составов высокая Жидкая покраска; Горячее цинкование
При повреждениях покрытия возникают д ополнительные затраты по очистке готовых монолитных конструкций от следов ржавчины, а также по очистке от бетона опалубочного каркаса на участке соединения щитов. Уменьшение фактической толщины профиля из -за коррозии приводит к увеличению деформаций щитов при укладке бетонной смеси. Поэтому к покрытию, защищающему опалубочный каркас от коррозии, предъявляются повышенные требования. Одним из наиболее надежных способов защиты стальных поверхностей от коррозии является горячее цинкование. Но цинковое покрытие в 3 - 3,5 раза дороже лакокрасочного. При этом оно увеличивает адгезию с бетоном и поэтому при использовании для опалубочных элементов требует последующего нанесения лака. Основным типом покрытия для элементов крупнощитовой опалубки являются порошковые краски (ПК), наносимые методом напыления. ПК содержат в качестве пленкообразователей твердые частицы сшитого полимера. Для улучшения сцепления краски с металлом напыление производят под действием постоянного электрического ока. Получение сплошной пленки достигается полимеризацией («сплавлением») частиц при высокой температуре (до 200С). Такой механизм формирования исключает сквозные поры обеспечивает длительный срок службы покрытия.
Перед нанесением ПК поверхность металла необходимо очистить от продуктов коррозии и обезжирить. Для этого используют дробеструйную или более дешевую химическую подготовку.
Основные нарушения, снижающие адгезию с металлом и приводящие к преждевременному отслоению покрытия, происходят, как правило, ри подготовке поверхности перед нанесением краски.
В процессе эксплуатации опалубочных щитов после 20 - 25 циклов бетонирования, как правило, начинается скалывание и отслоение покрытия (рисунок 1.8 и 1.9), вследствие чего развивается коррозия на значительных участках опалубочного каркаса. Рисунок. 1.8. - Скалывание краски на Рисунок 1.9. - Локальное скалывание краски новых элементах на «носике» профиля щита опалубки Классификация по типу используемой палубы.
Тип используемой палубы (материал и покрытие) оказывает существенное влияние на фактуру и качество поверхности бетона. К палубе крупнощитовых элементов предъявляются следующие требования: 1. Изготовление из материалов, не мешающих протеканию химических реакций при твердении бетонной смеси, и не подвергающихся разрушающему воздействию от контакта со свежеуложенным бетоном. 2. Герметичность. 3. Незначительные деформации под нагрузкой; 4. Незначительное сцепление с бетонной смесью для облегчения демонтажа опалубки;
Палубу изготавливают из различных материалов (древесина, металл, пластик и др.) [4,5]. При использовании стальной опалубки поверхность бетона получается более гладкой, но, как и при всех водопаронепроницаемых опалубках, имеет большое количество воздушных пор . Прочность поверхностного слоя бетона при этом ниже, чем при использовании в лагопоглощающих опалубок. Теплоизоляционная способность стали значительно ниже, чем у древесины, поэтому при использовании стальной опалубки холодную погоду могут возникнуть затруднения с укладкой бетонной смеси з-за е быстрого охлаждения, и появляется необходимость предварительного подогрева бетона. При этом опалубка, выполненная со стальной палубой, наиболее тяжелая. Однако высокая прочность стали снижает деформируемость увеличивает износостойкость.
Для изготовления палуб широко используют ламинированную фанеру толщиной 15-21 мм (исходя из расчетного давления бетонной смеси конструкции опалубочного профиля). В отечественных опалубках устанавливается фанера толщиной 18 мм (13 слоев березового шпона). Как правило, это высококачественная березовая фанера ФСФ, пропитанная фенольными смолами. Ламинированная поверхность фанеры, препятствует проникновению влаги, имеет высокую устойчивость к истиранию, химикатам, гниению. Торцы фанеры защищаются акриловой влагостойкой краской [5,11,14,28].
Основные отечественные производители фанеры - Демидовский и Чудовский комбинаты. Немецкие производители опалубочных систем устанавливают фанеру производства Финляндии Латвии, которая не характеризуется высокой гигроскопичностью коэффициентом линейного расширения. Некоторые производители вместо фанеры устанавливают современные высокотехнологичные пластиковые покрытия. Пластиковые панели - отличаются особой долговечностью износостойкостью, представляют собой многослойную структуру из полипропилена, усиленного алюминием или стекловолокном. Панели, усиленные алюминием, в связи с лучшей прочностью на изгиб чаще сего применяются ля палубки олонн специальных несущих строительных элементов. Для опалубки перекрытий, радиусной опалубки и специальных строительных элементов ачестве облицовочного лоя используются панели, усиленные стекловолокном [37,38].
Влияние отклонений от проектных геометрических параметров на качество бетонной поверхности
Исследование проводилось на опалубочных щитах 300(330) х 120 см (наиболее распространенный используемый типоразмер), которые прошли 180 – 230 циклов бетонирования. Изучались следующие параметры: толщины используемого металла в обвязочном профиле щитов опалубки (в начале исследования фиксировалась толщина профиля, заявленная производителем в паспорте на поставленную продукцию, для фактической проверки делались механические надрезы для определения толщины); тип (конструкция) втулки под стяжной анкер; геометрические характеристики изделий (прогиб, разница по диагоналям); визуально оценивались характеристики разрушений (в первую очередь наличие размеры местного смятия на элементах); проводился визуально-измерительный контроль сварочных швов; готовые монолитные конструкции обледовлись на предмет появления гравелистой поверхности (щебенения конструкции) на месте отпечатка стыка опалубочных элементов; определялись другие возможные изменения в ходе эксплуатационных циклов Параллельно с инструментальными измерениями проводились фактические измерения трудоемкости проводимых работ, cоставлялась фотография рабочего дня с учетом подготовительных операций. Фиксация трудоемкости проводилась для комплектов опалубки, используемых для участков прямых стен.
Во время наблюдений за процессом эксплуатации элементов бетонирование конструкции велось с полным соблюдением технологии процесса укладки и уплотнения бетонной смеси: соблюдались требования по подвижности; укладка бетонной смеси производилась «на себя»; толщина укладываемого слоя не превышала нормативную глубину, установленную для применяемого вибратора; продолжительность перерыва бетонирования выполнялась соответствии с требованиями лаборатории; соблюдалась нормативная высота свободного сбрасывания смеси. В таблице 2.1 приведены данные обследования о эксплуатационным характеристикам.
Обследования щитов опалубки по эксплуатационным характеристикам КоличествообследованныхэлементовКв.м./кол-во щитов Кол – во цикловбетонировани я наисследуемых образцах Хар-ки используемогоПрофиля Толщина(S=мм) Геометрич. характерстики Характерстики разрушений на элементах
Элемент опалубкиевропескогопроизводства тип 1Вваренная овальнаявтулка 800/350 S боковых стоек= 3ммS нижних стоек= 2,5мм 1 – прогиб – до1.5 мм;2 – разница подиагоналям –до 1,5мм. Местное смятие,присутствует навертикальных игоризонтальных стойкахНа 30 образцахРазрушение втулки
Элемент опалубки европейского 600/320 S боковых стоек = 3мм 1 – прогиб – до 1.5мм; Местное смятие, присутствует на производства тип 2Запрессованная овальнаявтулка S нижних стоек = 3 мм 2 – разница подиагоналям –до 1.5мм. вертикальных игоризонтальных стойкахНа 20 образцах разрушениевтулки
Элемент опалубки отеч. Производства тип 3 Вваренная круглая 2000/500 S боковых стоек= 3ммS нижних стоек= 2,5мм 40 % – прогиб– до 4-5 мм;30 % – разницапо диагоналям– до 4мм. Повсеместное местноесмятие, разрушение посварочным швам,На 70% щитах присутствуетразрушение 1-2 – х втулок
Элемент опалубки отеч.Производства тип 4 Вваренная коническая 2000/500 S боковых стоек = 2,5 ммS нижних стоек = 2,5мм 20 % – прогиб – до 2-3 мм;30 % щитов – разница подиагоналям – до 3мм. Повсеместное местноесмятие, разрушение посварочным швам,50% щитов имеютразрушенные по 1 – 2разрушенных втулок
В результате проведенного исследования установлено, что лучшими эксплуатационными характеристиками обладают элементы европейского производства с заявленной толщиной профиля 3,0 мм, но при этом практически на всех элементах крайние стойки (верхние и нижние) сильно деформированы, практически везде присутствует локальное местное смятие. Так же установлено, что в 20% случаев после демонтажа опалубки на готовых монолитных конструкциях на месте стыка элементов остается локальное гравеление бетона.
Фотография рабочего дня проводилась на трех объектах, применяемых различные типы опалубки. Рассматривалась сборка стен из щитов 1,2 х 3,0 м c доборными элементами по высоте. Общая площадь опалубки 50 кв .м. Соединение по высоте с помощью двух замков. Доборные элементы также соединяются с помощью двух замков [54]. Дважды п роведен хронометраж демонтажа элемента опалубки с омоноличенным анкерным тяжем. В таблице 2.2 приведены среднестатистические значения по результатам 10 измерений для каждого типа
По результатам фотографии рабочего дня установлено: трудозатраты на элементы, которые прошли 180 – 230 циклов бетонирования в среднем возрастают на 15 – 18% в сравнении с работой с новыми комплектами опалубки. Большое влияние на скорость распалубливания оказывает наличие бетонных пробок в отверстиях и скорость их удаления, которая обуславливается конструкцией втулки . Установлено, что достаточно много времени тратится на демонтаж опалубки в случае омоноличивания анкерного болта , вызванного смещением пластиковых закладных из–за невозможности их фиксации в разрушенных втулках. В случае возникновения гравелистой поверхности монолитных конструкций, ее з ачищают металлическими щетками, промывают водой (в некоторых случаях проводят дробеструйную подготовку) с последующим шпатлеванием цементно–песчаным раствором [67]. При возникновении высокой степени гравелистости после расчистки удаляется уплотненный бетон, промывается водой, и подготовленные участки бетонируются. При необходимости после проведения ремонтных работ по устранению дефектов оценивается несущая способность железобетонных элементов.
Определение оптимальных параметров клина опалубочного замка
Схема работы универсально замка: а - начальное положение Щиты находятся не в одной плоскости и не стянуты между собой. Клин замка в верхнем положении; б - промежуточное положение. При забивании клина щиты выравниваются в плоскость, но еще не соединены между собой; в -окончательное положение. Клин забит. Щиты выровнены и стянуты между собой. Технологические критерии, предъявляемые к параметрам работы замков: 1. Скорость выполнения операции соединения щитов. 2. Способность воспринимать как растягивающие, так и сжимающие усилия. 3. Получение плотных стыков щитовой опалубки, обеспечивающих ровную бетонную поверхность. 4. Сопротивление вибрации, возникающей в процессе уплотнения бетонной смеси. 5. Отсутствие постепенного «соскальзывания» при действии динамических нагрузок (например, удары монтажным молотком).
В первой главе отмечено, что клиновые замки имеют ряд конструктивных недостатков, которые приводят к их преждевременным повреждениям и влияют на параметры технологических операций. С целью совершенствования конструкции замков проведено более 80 операционных замеров трудоемкости соединения щитов замками с различными сроками их эксплуатации (до 160-180 рабочих циклов) и имеющими различные повреждения (таблице 3.1).
Технологическаяоперация. Характерповреждений. Подготовительное время + машинное время Примечание Установка новогозамка (безповреждений). 18 c Установка замка cповрежденнойшляпкой клина. 75 с Возможен сквозной выход из окна подвижной скобы, в этом случаевозникает необходимость повторения операции по сборке Установка замка с прогибом клина. 38 c Установка замка сотсоединенной подвижной скобой 110 с В некоторых случаях данноеповреждение приводит кневозможности работы замка вцелом Установка замка сизношенной рейкой(выработка зубьевна рейке) 55 с Возникает необходимость вперестановке базовой скобы дляиспользования не изношенныхучастков рейки
Основными повреждениями являются: разрушение клина, отсоединение базовой скобы от подвижной, деформация рейки и базовой скобы. Указанные дефекты требуют выполнения следующих дополнительных операций: 1. Дополнительное простукивание замков при переносе собранных карт щитов. 2. Контроль замков от раскрытия при укладке бетонной смеси и ее уплотнении вибраторами. 3. Установка дополнительных замков на стыке щитов по высоте. 4. Невозможность соединения элементов через доборную вставку. 5. Установка дополнительных выравнивающих элементов на собранные карты. Трудоемкость указанных дополнительных операций зависит от наличия вспомогательного оборудования, инструмента и квалификации монтажников.
На строительных объектах было визуально обследовано коло 1500 клиньев, прошедших 160 - 180 циклов бетонирования. Установлено, что замки комплектуется литыми клиньями (признаки - наличие «литника», поры и каверны в труднодоступных местах). Для определения причин возникающих повреждений в замках при сборке щитов на 15-ти клиньях были проведены выборочные инструментальные замеры и определена марка стали используемых литых клиньев (3 шт.). Результаты обследования приведены Приложении . Исследования выполнены рентгеноспектральным методом на электронно-зондовом микроанализаторе с энергодисперсионной системой.
По результатам анализа установлено, что для клина используется материал, химический состав которого соответствует марке ст.30 (ГОСТ 1050 – 88). Для улучшения эксплуатационных характеристик клина предложена технология его изготовления методом объемной ковки (горячая штамповка), которая имеет ряд преимуществ по сравнению с литьем: - однородность качества; - деформационное упрочнение; - улучшение микрогеометрии поверхности; - снижение текучести металла; - увеличение пластичности; - уменьшение химической неоднородности металла; - отсутствие хрупкости при минусовых температурах. Материалом для изготовления клина выбрана Ст. 09Г2С, которая имеет ряд преимуществ по сравнению со Ст. 30 (таблица 3.3) Таблица 3.3. - Механические свойства легированных конструкционных сталей Свойства Ст 30 09Г2С Временное сопротивление в 500 500 Предел текучести ! 300 350 Предел выносливости при изгибе!! 135 240 Допускаемые напряжения при изгибе из 200/140/110 200/150/120 Допускаемые напряжения при смятии см 240/175 250/180 Выбор материала был обусловлен возможностью поставки заготовок в кругах (обусловлено технологией штамповки) и стоимостью.
В ходе инструментальных измерений литого клина (рисунок 3.2), был произведен ряд корректировок геометрических размеров (таблице 3.4). Рисунок. 3.2. Чертеж литого клина
Ключевым изменением в геометрии стало расположение вершин зубьев клина: в литом клине вершины располагаются в одной плоскости, а в штампованном - по окружности. Тем самым между клином и рейкой создается эффект червячной передачи, которая отлично сопротивляется вибрации.
По результатам разработок была изготовлена опытная партия штампованных клиньев с измененными геометрическими параметрами.
Следующим этапом в совершенствовании опалубочного замка стало повышение эксплуатационных свойств базовой скобы. Марка стали для замков с литым клином определена рентгеноспектральным методом (таблица 3.5). Таблица 3.5. - Результаты определения химического состава рейки
Подбор оптимальной конструкции втулки для соединения рамок по высоте
Из эксперимента, представленного на графике (рис. 4.10) можно установить, что уменьшение высоты стойки при нагрузке 6 тс составило от 2 до 3 мм (у разных стоек пространственной рамы).
Таким образом, cтойки при сжатии их одинаковой нагрузкой в составе пространственных рам вначале работали в упругой стадии: до 7 тс у рам высотой 1.8 м и толщине стенки стойки 3 мм; до 6 тс у рам высотой 1.8 м и толщине стенки стойки 2.5 мм; до 11 тс у рам высотой 1.8 м и толщине стенки стойки 3 мм.
При увеличении нагрузки до 10 тс стойки рамы высотой 1.8 м и толщиной стенки 3 мм прогибались в середине до 1.6 мм (в данном ксперименте измерялись прогибы двух стоек из четырех), а стойки рам высотой 1.8 м и толщиной 2.5 мм - до 2.6 мм. При нагрузке 10 тс стойки рамы высотой 1.2 м и толщиной стенки 3 мм имели максимальный горизонтальный прогиб (в упругой стадии) до 1.6 мм.
Исходя их проведенного исследования за основу был выбран профиль, используемый в системе Doka Staxo (рисунок 4.12) Рисунок 4.12. - Сечение профиля стойки
Исходя из установленных преимуществ профилей, получаемых технологией проката из трубы, был разработан специальный прокатный стан для получения требуемого профиля. Исходя из длины развертки, определен диаметр трубы для получения заданного профиля. Для получения профиля производилась подборка по марке используемой стали. В эксперименте использовались трубы 76 х 2,5 c марками стали Ст3, Cт10, 09Г2С. Результаты экспериментов представлены в таблице 4.8.
Карта замеров профиля при использовании различных марок сталей Контролируемый параметр / марка стали. Ст3 09Г2С Ст10 Прогиб в вертикальной плоскости «горб» 45 мм 60 мм 5 – 6 мм Прогиб в горизонтальнойплоскости«серп» 20 мм 20мм 5 – 6 мм Скручивание профиля 6! на 6 метров 6! на 6 метров 2! на 6 метров Трещины по сварному шву Равномерно длиной от10 до 100мм по длинепроката 8 участков Равномерно длиной от 50 до 200 мм по длинепроката 12 участков нет В ходе экспериментов было определено оптимальное использование для прокатываемого профиля Ст10 и получен профиль с толщиной стенки 2,5 мм, рисунок 4.13
В целях оптимизации параметров домкратов, используемых для систем объемных стоек, проведены исследования по определению несущей способности винтовых домкратов с различными шпинделями при их загружении нарастающей вертикальной нагрузкой.
Испытания проводили на 500-тонном прессе П -500. Винтовые домкраты попеременно устанавливались вертикально между силовыми плитами пресса (рисунок.4.14).
Нагрузка на домкрат подавалась по схеме: 5-10-15-16-17-18-19-20-21-22-23-24-25 тс. После каждого этапа нагружения проверялось положение домкрата по вертикально стоящей рейке - эталону.
Для фиксации возможного горизонтального выгиба трубы домкрата при нагружении использовали два прогибомера 6ПАО с ценой деления 0,01мм, которые устанавливали в среднем сечении трубы.
В ходе первых испытаний было установлено, что нижние торцы шпинделей (стоек) испытываемых домкратов не перпендикулярны к оси стоек (срезаны под углом). Этот дефект обусловлен применяемой технологией резки. Он приводит к тому, то стержни опираются не всей торцевой поверхностью, лишь заостренным углом ее. Такое опирание приводит к резкому уменьшению опорной поверхности, которая при увеличении сжимающих нагрузок сминается. При этом создается опорный изгибающий момент. При работе домкратов в системе рамных лесов это приводит к изгибу и смещению стоек, под которыми находятся домкраты, и снижает несущую способность всей системы в целом.
Предложения по обеспечению перпендикулярности торцов были приняты заводом изготовителем. Для проведения последующих испытаний были подготовлены домкраты с фрезерованными торцами.
Испытания домкратов со шпинделями из бесшовной трубы 48 х 6 мм, которые используют при нагрузках свыше 8 т, показали их высокую надежность. Домкраты нагружали до 25 т. Гайки на домкратах размещались на высоте 450 мм от низа подпятников, в которые вставлялись нижние части домкратных стоек. На стойки домкратов надевали стальную трубу с внутренним диаметром 50 мм, которая опиралась на гайки домкратов. Через эту промежуточную трубу усилие от испытательной машины передавалось на домкрат.
При выдерживании под нагрузкой 16 - 18 тс проявлялась текучесть стали (падение нагрузки). При нагрузке 21 - 22 тс начинался горизонтальный выгиб середины стойки домкрата. При нагрузке 25 тс выгиб у разных домкратов достигал 8 - 10 мм. На этом испытания прекращались. Последующее обследование домкратов показало, что они не имеют недопустимых остаточных деформаций, гайки и рзьба не получили повреждений. Таким образом, установлен 2-х кратный запас прочности исследуемых домкратов.
При испытаниях домкратов с шовной трубой диаметром 48мм с толщиной стенки 3,5мм из Ст.3 и глубиной резьбы в 1,5мм, которые наиболее часто используют при нагрузках до 8т, зафиксированы повреждения (изгибы, смятие резьбы) при нагрузках 6-7 т.
Для повышения надежности наиболее дешевых и легких домкратов с шовной трубой были изготовлены домкраты с заменой марки стали (Ст. 10 вместо Ст.3) и с увеличением глубины резьбы до 1,8 мм.
Усовершенствованные домкраты так же испытывали на прессе П - 500, гайка домкрата устанавливалась на высоте 450 мм (верхний край) от плиты пресса, на стальную трубу домкрата одевалась опорная труба (внутренний диаметр 53 мм) с опорной площадкой сверху. Нагружение до 16т проводили этапами (рис. 4.15 - 4.16). На графиках видно, в какую сторону, насколько и от какой нагрузки перемещались средние поперечные сечения трубы каждого домкрата. Для всех испытаний характерно то, что на первом этапе нагружения (до 5 тс) труба в подпятнике принимает наиболее устойчивое положение, и в этот момент протекают наибольшие подвижки среднего сечения труб. При достижении сжимающей нагрузки 16 тс происходит стремительное нарастание выгиба руб. Таким образом, можно сделать вывод о том, что домкраты выдержали продольное сжатие до величины 16 тс, после чего началась потеря устойчивости труб домкратов.