РАСЧЕТ И ИССЛЕДОВАНИЕ АНКЕРОВКИ ЗАКЛАДНЫХ ЧАСТЕЙ

Наиболее распростраиеиным и рациональным видом анкеровки металлических закладных частей в бетоне являются анкеры из горячекатаной арматурной стали периодического профиля класса А-II и А-III. В анкерах закладных частей возникают напряжения сжаЙ1я, растяжения и среза.

Наибольшую опасность в смысле прочности и жесткости пред-ставляютэсевые растягивающие напряжения, вызванные внешней ""v нагрузкой.

Напряжения сдвига и нормальные напряжения в арматуре распределяются по длине заделки стержня неравномерно (рис. 9). С увеличением длины заделки среднее расчетное иа-N

пряжение t ср - -гт уменьшается

Jniopa Ten

f4.max ДЛЯ данного образца

СЦ- ср 1

при постоянном наибольшем напряжении [21].

Из опытов для высокопрочных бетонов, применяемых в машиностроении, т,=2,94.10«н-4,905-10« м/л (3050 кГ/см) для гладкой круглой арматуры и т=8,8Ы0«14,715 х X 10« н/м (100150 кГ/сж) для горячекатаной арматурной стали периодического профиля класса А-II, A-III.

Наименьшую необходимую длину заделки круглых стержней можно определить из условия равнопрочности, т. е. надежного закрепления стержня в бетоне вплоть до достижения арматурой предела текучести:

Рис. 9. Напряженно-деформированное состояние анкера при выдергивании его из бетона

1>

ЧГсцУ

(43)

где - нормативное сопротивление арматуры;

Хсц- k = [тц] - допустимое напряжение сцепления;

k - коэффициент запаса прочности. На основании проведенных авторами опытов построены графики (рис. 10), показывающие зависимость напряжений в стержнях при начале их сдвига относительно бетона призм от длины заделки в бетоие. Эта зависимость выражается прямыми наклонными линиями, которые становятся параллельными оси абсцисс при достижении в стержнях напряжений, соответствующих пределу прочности сталей. Участок графика, параллельный оси абсцисс, означает, что дальнейшее увеличение длины заделки не 34

увеличивает напряжений в стержнях и поэтому ие рационально. Периодический профиль повышает прочность аикеровки стержней в бетоие. и обеспечивает возможность довести стержень до разрыва при заделке в высокопрочном бетоне (марки 400-700) иа длину 15cf.

Результаты испытания образцов показали, что налич.ие косвенной арматуры значительно повышает напряжения в стержне при начале сдвига и при выдергивании в 1,5-2 раза.

Косвенную арматуру необходимо располагать вблизи загруженного конца стержня, где возникают наибольшие растягивающие усилия.

ба кГ/СМ

5000

3000 2000

1000.

10 15 20 25 30 35 l/d

Рис. 10. Зависимость прочности анкеровки от длины заделки стержней

100 200 300 Ш R кГ/смг КубикаВая прочность бетона

Рис. 11. Зависимость прочности анкеровки от марки бетона при оптимальных параметрах состава бетона:

В результате исследования - "Р" "**"рудии ~ НИИЖБ анкеровки арматурных стержней, заделанных в бетонах с оптимальным составом, получены графики зависимостей прочности аикеровки от прочности бетона. График, представленный на рис. 11, изображает зависимость величины напряжения в стержне при начале сдвига и при разрушении от кубиковой прочности бетона для заделки длиной ISd.

Жесткость узлов сопряжения металлических закладных деталей с бетоном определяется жесткостью заделки анкеров в бетоне. Установлено, что иа жесткость заделки анкеров влияют марки и состав бетона, профиль и диаметр анкеров, а также длина заделки [1].

По данным опытов построены кривые зависимостей смещений от прочности бетона (рис. 12). С повышением кубиковой прочности бетона величина смещения загруженного сечения анкера уменьшается. При напряжениях в стержне до 98,1-10" «/ж* (1000 кГ/см) прочность бетона иа смещение влияет незначительно. Так, в интервале прочности от 19,62-10« до 68,67-10" н1м (200 до 700 кГ/сж) при = 98,Ы0« н1м (1000 кПсм) величины смещений уменьшаются почти по линейному закону с небольшим 3* 35

уклоном, при более высоких напряжениях в анкерах, порядка 196,2-10-686,7-10« н1м (2000-7000 кГ/см), влияние прочности бетона на величину смещения увеличивается. Исследование влияния длины заделки арматурных стержней периодического профиля на жесткость анкеровки в высокопрочном бетоне показало, что при напряжениях в анкерах до 196,2 X X 10« н/ж (2000 кГ/сж) увеличение длины заделки сверх (10-15) d т. влечет за собой уменьшения величины смещения загруженного сечения анкера. При напряжениях в анкерах выше 196,2х X 10« н1м (2000 кПсм) смещения б уменьшаются незначительно, при увеличении длины заделки свыше (10-15)d.

Если необходимо повысить жесткость анкеровки стержней при неизменных напряжениях, увеличение длины заделки стержней свыше \Ъй нецелесообразно. В этом случае необходимо повышать прочность бетона.

(Г 900 800 700 BOO 500 Ш 300 200 100

too 200 300 Ш 500 R кГ/см Кубиковая прочность бетона

Рис. 12. Зависимость смещений загруженного сечения стержня от прочности бетона (сталь 30ХГ2С, диаметр d= 14-16 мм, длина заделкн /= lOd).

РАСЧЕТ СТАНИНЫ ГЛУБОКОСВЕРЛИЛЬНОГО СТАНКА (пример)

Рассмотрим расчет железобетонной станины глубокосверлнльного станка (рис. 13) при кольцевом сверлении отверстий диаметром до 180 мм в деталях из стали 38ХФА. Усилие подачи при максимальных режимах резания (s= 0,96 мм/об; f = 20 мм; п = 625 об/мин) равно 8000 кГ. При работе станка стебель испытывает сжатие, а Станина, выполненная в виде железобетонной конструкции с чугунными направляющими (рис. 14), работает на внецентренное растяжение.

Расчет на прочность. Расчетная схема станины может быть представлена в виде внецентренно растянутого элемента (см. рис. 13), нагруженного расчетной продольной силой (усилие подачи) N = 8000 кГ с эксцентриситетом е„ = = (Я-(/o-f-67) см. Расчетный изгибающий момент ?И = iVej- При выборе расчетной схемы собственный вес станины и вес узлов станка не учитывается. Материал железобетонной станины: бетон М600, горячекатаная арматура класса А-П, направляющие из чугуна марки СЧ 15-32. Определим допускаемые напряжения для материалов станины.

Допускаемое напряжение для сжатого бетона при изгибе

К.„1=- "

где R = 520 кГ/см - нормативное сопротивление бетона на сжатие при изгибе;

коэффициент запаса прочности.

ад to

Рис. 13. Общий вид и расчетная схема глубокосверлильного станка;

/-стеблевая бабка; 2-стебель; 5-головка с резцом; 4-маслосборник; 5 - изделие; 6 - зажим; 7 - упор; 8 - призмы; 9 - станина

-то-

Рис. 14. Сечение железобетонной станины

На основании формул [5, 17] принимаем

1

Ф- с .

= 1,7;

Km = 1.1;

km.p 1.1; kn = 1,3;

тогда

кб.с= 1,7-1,1-1,Ы,3 = 2,66; 520

2,66

Для растянутого бетона допускаемые напряжения равны [Об. р. и] = 1.7 = 1,7 = 16,2 кГ/см.

*б. р = *зЧт*т. = 2-1.1 -1,1-1,3 = 3,15. Допускаемые напряжения для арматуры равны

*а = *2Am*m. = 1.2-1,Ы,Ы.З = 1,89. Для чугуна принимаем

[а,] = = = 750 кГ/смК

При расчете на прочность динамический коэффициент не учитывается, так как данный станок относится к машинам малой динамичности.

Расчет на прочность железобетонной станины проводится как для сплошного упругого тела с сечением, приведенным к бетону (рис. 14).

При этом

0,4-10 2,1-10»

" £б 0,4-10»

= 5.25;

Пст =

2,1-10»

= 5,25.

Еб 0,4-10»

Определим положение центра тяжести сечения:

Кр 1/0= -р--

Sp= 2-20-47-23,5+ 2-9,5-14-51,75 4 53-16-35-f

+ 5,25-7-1,54-35-f 5,25-4-3,14-3,52-3,25-1.5-9-55,5 + 2-3,25-2,5-9-55,5+ 2-3,25-3-13-52,5+ 2.3,25-4-13-52,5 + + 2-3,25-14-3,5-58,25 + 5,25-0,2-53-42 = 155 470 смР; Fnp = 2-20-47+ 2-9,5-14+ 53-16+ 5,25-7-1,54 +

+ 5,25-4-3,14+ 3,25-2-1,5-9+ 2-3,25-2,5-9+ 2-3,25-3-13 + + 2-3,25-4-13 + 2-3,25-14-3,5 + 5,25-0,2-53 = 4321 см. 155470

4321

- = 36 см.

Момент Инерции приведенного сечения

2.20.47 9 см 1 л.

Jnp = -=fi5-+ 2-20-47-12,52 + ,„ + 2.14-9,5-15,752 +

53-163

+ - - + 53-16-12 + 7-5,25-1,54-1» + 5,25-4-3,14-32,52 + + 2-3.25-J.5-9s +23,25-l,59-19,52+•;g•V 2-3,25-2.5.9.19.52 + + 2-3.25-3-13-17.5 + 2-3,254-13» 2-3,25-4-13-17,5 +

2-3.25.3-13» 12

+ + 2-3,25-14.3.5.22.252 + i:25

+ 5.25.0.2.53-72 = 1 174891 сл*.

Изгибаюш,ий момент

М = iVeo = 8000 (60-36+67) = 728 ООО кГсм.

Нормальные напряжения в сечении железобетонной станины при внецентренном растяжении определяются по формуле

a = JL±ilL.

«Р JnP

Растягивающие напряжения в крайних волокнах чугунных направляющих

Растягивающие напряжения в крайних волокнах бетона 8000 , 728000-20,5

Об. р -

4321

1174891

= 14,6 л:Г/сж2< 16,2 /сГ/сж2,

Сжимающие напряжения в крайних волокнах бетона

Сжимающие напряжения в арматуре 8000 5,25-728000-32.5

4321

1174891

= 104,1 кГ1см < 1600 кПсм.

Таким образом, сечение железобетонной станины по условиям прочности запроектировано с большим запасом.

Расчет жесткости. Из-за отсутствия нормативных данных по выбору жесткости станины данного типа (допустимых общих деформаций системы, а также доли деформаций станины в балансе упругих перемещений системы) можно провести сравнительный расчет жестко<;тн железобетонной станины с аналогичной по типу чугунной станиной, зарекомендовавшей себя в работе. Для этого воспользуемся сравнением условной величины жесткости железобетонной и чугунной станин, которая принята в станкостроении,

j = -j- кГ/мм.