FI72370B - Foerspaenningslina foer betongkonstruktioner foerfarande foer att tillverka linan och saodan lina innehaollande betongkonstruktioner - Google Patents

Description

1 72370

Esijännitysköysi betonirakenteita varten, menetelmä köyden valmistamiseksi ja betonirakenteet, joissa on sellainen köysi

Keksintö koskee betonirakenteiden jännittämiseen käytettäväksi tarkoitettua esijännitysköyttä, joka on sijoitettu sinänsä tunnetulla tavalla suojaputkeen betonirakennetta jännitettäessä ja joka sisältää ainakin yhden keskussydänlangan ja useampia ulompia metallilankoja, jotka on pingotettu kierteisesti sydänlangan ympärille sitä verhoamaan. Sellaisia köysiä käytetään usein jännitettyinä raudoituselementteinä esijännitetyissä betonirakenteissa, jolloin ne voidaan sijoittaa esim. kaarevissa putkissa betonirakenteeseen. Putket on muodostettu esim. putkista, jotka ovat terästä tai muuta materiaalia ja jotka on esivalettu betonirakenteeseen. Keksintö koskee myös sellaisen köyden valmistusprosessia sekä betonirakennetta, jossa on sellainen köysi.

Yleisesti käytetty malli esijännitysköydestä, esim. DE-kuulu-tusjulkaisussa 1 659 265 esitetty, sisältää kuusi yhtä paksua ulompaa metallilankaa ja yhden sydänlangan, jonka halkaisija on 2-5 prosenttia suurempi kuin ulompien metallilankojen halkaisija. Sydänlangan suurempi koko on tärkeätä, jotta saavutettaisiin hyvä koossapysyvyys ja jotta ulommat metallilan-gat sopisivat tiiviisti vasten sydänlankaa. Vaikka tämän mallinen köysi on yleisin, jota käytetään esijännittämiseen, keksintö ei rajoitu tähän erityiseen köysikonstruktioon vaan koskee myös muita köysikonstruktioita, jotka ovat ensimmäisessä kappaleessa osoitettua yleistä mallia.

Liitteenä olevien piirustusten kuvista 1 ja 2 näkyy esijänni-tysköysi, jossa on yksinkertainen sydänlanka b ja kuusi ulompaa metallilankaa a sekä pitkittäiskuvana että poikkileikkauksena mainitussa järjestyksessä. Kuva 1 osoittaa myös sen kierteen nousun, jossa jokainen ulommista metallilangoista on. Koko köyttä varten tämä nousu S mainitaan tässä yhteydessä "kierteen nousupituutena". Kuva 2 osoittaa 2 72370 poikkileikkauksen suurimman mittasuhteen, jota kutsutaan tässä yhteydessä köyden suurimmaksi halkaisijaksi. On tavallista, että kierteen nousupituus ilmaistaan köyden halkaisijan kerrannaisena. Esijännitysköysiä varten tämä pituus S on yleensä 12-18 kertaa halkaisija, vaikka S:n arvo tässä vaihteluvälissä ei ole olennainen esillä olevalle keksinnölle.

Esillä oleva keksintö saa alkunsa siitä, että esijännitys-köyttä koskevat tutkimukset eivät näytä saaneen aikaan sopivinta käytännöllistä esijännittämiseen käytettäväksi sopivaa köysikonstruktiota.

Esijännitysköyden venyvyysominaisuudet hyödynnetään yleensä jännittämällä köyttä rajoittamattomissa suorissa olosuhteissa. Tässä on havaittu, että köyden poikkileikkauksen pääjännityksen suhde köyden rasitukseen poikkeaa vähän metalli-lankamateriaalin kimmokertoimesta E (Youngin kerroin) . Pieniä poikkeamia saattaa esiintyä riippuen köyden valmistusmenetelmästä ja sen konstruktiosta.

Käytettäessä esijännitysköysiä kaarevissa putkissa läpi betonirakenteiden köyden päissä esiintyy jännittämisen jälkeen eri tapauksissa erilaisia jännitysvoimia. Laskemalla on mahdollista löytää suhde kaarevassa putkessa olevan köyden kokonaisvenymän sekä näiden päissä esiintyvien jännitysvoimien välille. Tästä on mahdollista oppia jännitys-voimien käyttäytyminen köydessä pitkin köyden pituutta, kun köydelle aiheutetaan ennalta päätetty venymä.

Nyt on havaittu, että sellaisissa tapauksissa jännitettäessä esijännitysköyttä voidaan, riippuen kitkaominaisuuksien vaihteluista köyden sisällä, kaapelin valmistusmenetelmien vaihteluista sekä ehkä muista tekijöistä, havaita suuria poikkeamia lasketun venymän ja todellisen venymän välillä. Jos köyden poikkileikkauksen yli olevan pääjännityksen sekä köyden pituusyksikköä kohti mitatun venymän osamäärä maini- 72370 3 taan ilmauksella "muodonmuutoskerroin" havaitaan, että jännitettäessä köyttä kaarevissa putkissa tämä muodonmuutos-kerroin säännöllisesti poikkeaa huomattavasti ja ennustamat-tomasti metallilankamatariaalin kimmokertoimesta E. Määri-tellymmin on havaittu, että muodonmuutoskerroin olennaisen vaihtelun tapauksissa on ikään kuin sääntönä pienempi kuin kimmokerroin. Tämä on vaarallisempaa, koska käytettäessä laskettua venymää esijännitysköydelle ei voida olla varmoja siitä, onko haluttu jännitys olemassa pitkin köyden koko pituutta ja tuleeko betonirakenne haluttuun esijännitys-tilaan .

Esijännitysköyden jännitys- sekä muodonmuutostila kaarevassa ulkomuodossa, jossa köyteen kohdistuu poikittais- sekä kitkavoimia, on erittäin monimutkainen ja riippuu monista tekijöistä, jotka liittyvät materiaalin ominaisuuksiin ja köyden valmistusmenetelmiin.

Täydellistä käsitystä tästä ei ole vielä saavutettu, vaikka kokemusperäisellä menetelmällä esillä olevan patenttihakemuksen keksijät voivat esittää järjestelmälliset vaihtelut. Köysien testausmenetelmä on kuvattu jäljempänä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on sen vuoksi mahdollistaa jännityksen vaihtelujen kontrollointi sekä minimoida esijännitysköyden jännityksen vaihtelut kaarevissa putkissa.

Keksijät ovat oivaltaneet, että saavutetaan huomattavasti parempi johdonmukaisuus muodonmuutoskertoimen ja kimmoker-toimen välille, kun sydänlankaa kyetään jännittämään tasaisemmin koko pituudeltaan ja se kykenee paremmin toimimaan kuormitusta kantavana elementtinä. Myös esijännitysköyden täytyy tehokkaasti pysyä yhtenäisenä, jotta estetään sydän-langan ja ulompien metallilankojen välinen luistaminen, koska tämä luistaminen aikaansaa sen, että paikallisesti sydän-lanka ei enää ole täyden kuormituksen alainen.

4 72370

On havaittu, että yllämainittua mallia olevat parannetut esi-jännitysköydet aikaansaadaan, jos ainakin sydänlanka tai kaikki sydänlangat omaavat modifioidun pinnan, mikä vähentää taipumusta sydänlangan ja ulompien metallilankojen väliseen suhteelliseen liikkeeseen (esim. kasvanut kitkakerroin).

Tarkemmin määriteltynä keksinnön mukaiselle esijännitysköydelle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Ulompien metallilankojen pinta voi myös olla modifioitu, mikä vähentää taipumusta sellaiseen liikkeeseen. Täten sydänlanka ja valinnaisesti myös ulommat metallilangat on alistettu käsittelyyn lankojen pintojen modifioimiseksi niin, että vastus sydänlangan ja ulompien metallilankojen väliselle suhteelliselle pitkittäisliikkeelle on suurempi kuin jos käsittelyä ei olisi suoritettu.

Yksi käsittelymetodi sydänlangalle ja valinnaisesti ulommille metallilangoille on muovata mekaanisesti loveusta metallilan-gan pintaan.

Toinen käsittelymetodi on modifioida langan pinnan tilaa sydänlangan ja ulompien metallilankojen välisen kitkakertoimen suurentamiseksi. Täten sen sijaan, että hyväksyttäisiin ei-toivotut kitkaominaisuuksien vaihtelut köyden sisällä, näitä kitkaominaisuuksia hyödynnetään lisäämällä kitkaa, jotta vähennetään tai jopa estetään kaikki sydänlangan ja ulompien metallilankojen välinen pitkittäissuuntainen liike.

Useita vaihtoehtoisia menetelmiä on käytettävissä sydänlangan ja ulompien metallilankojen pintojen modifioimiseksi tarkoituksena suurentaa kitkakerrointa. Yksi mahdollisuus on, että me-tallilangan pintaan aikaansaadaan oksidikerros lämmittämällä sitä hapettavassa kaasukehässä. Lienee selvää, että jo erittäin ohut oksidikerros kykenee tehokkaasti vaikuttamaan metallilankojen kitkaominaisuuksiin vaikuttamatta metalli-lankojen vahvuuteen ja kestävyyteen tai vaikuttamatta esi-jännitysköyteen kokonaisuutena. Jokainen joka tuntee alaa, tietää, kuinka kunkin tyyppiselle sydänlangalle kyetään aikaansaamaan sellainen ohut oksidikerros valitsemalla hapettava kaasukehä, prosessin lämpötila ja metallilankojen käsittely- (I.

5 72370 aika siten, että ei vaikuteta metallilankamateriaalin asiaankuuluviin fysikaalisiin ominaisuuksiin. Sellaisia ominaisuuksia ovat esim. (mutta eivät yksinomaan) mekaaniset ominaisuudet ja kestävyys.

On myös havaittu, että metallilangan pinnan tilaa voidaan riittävästi modifioida alistamalla se kemialliseen etsaus-käsittelyyn. Terästuotteiden kemialliset etsauskäsittelyt ovat yleisesti tunnettuja. Näin ollen ei tarvita mitään jatkoselvityksiä siitä, kuinka sellainen etsauskäsittely tulee suorittaa siten, että pinta tulee lievästi rosoiseksi vahingoittamatta kohtuuttomasti materiaalin fysikaalisia ominaisuuksia.

On myös havaittu, että esillä olevan keksinnön tarkoitus voidaan saavuttaa modifioimatta itse metallilankaa, jos me-tallilankaan käytetään hartsipäällystettä, johon on lisätty hiovaa jauhetta, tahkousjauhetta kuten karborundumia. Esijän-nitysköydessä, joka on konstruoitu sellaisesta päällystetystä metalliköydestä, tahkousjauheen hiukkaset estävät tai vähentävät eri metallilankojen välistä liikettä.

Vielä yksi mahdollisuus metallilangan käsittelemiseksi on metallilangan kerrostaminen kitkaa lisäävällä aineella elektro-kemiallisella tai elektrostaattisella prosessilla. Tämän alan eksperteillä on paljon valinnanvaraa sopivan kerrostuman aikaansaamiseksi .

Vaikka on käsitelty useita erilaisia vaihtoehtoja metallilangan pinnan modifioimiseksi, voidaan esillä olevassa keksinnössä käyttää yhdistelmiä kahdesta tai useammasta pinnan modifi-ointiprosessista.

Keksintö koskee myös esijännitysköyden ja betonirakenteen, jossa on yksi tai useampia jännitettyjä köysiä keksinnön mukaisesti, valmistusmenetelmää, kuten yllä on kuvattu. Menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksessa 8, ja betonirakenteelle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksessa 6.

6 72370

Sellaisessa valmistusprosessissa otaksutaan, että valmistusvaiheet alkavat metallilangasta, jonka pinnan tila on tähän asti alalla tavanomainen, esim. sellainen kuin se on toimitettuna metallilangan valmistajalta.

Keksinnön suoritusmuodot kuvataan alapuolella rajoittamattoman esimerkin avulla viitaten liitteenä oleviin piirustuksiin, joissa kuvio 1 ja 2 näyttävät esijännitysköyden ja ne on kuvattu edellä kuvio 3 näyttää esijännitysköyden testilaitteen kuvio 4 on kuvan 3 laite edestäpäin.

Kuviot 3 ja 4 näyttävät betonilaatan 1, jonka paksuus on 22 cm. Läpi tämän laatan kulkee putki 3, joka on käyristet-ty kaarevuussäteelle R=100 cm yli kulman 5,07 radiaania. Putken kaarevan osan pituus L2 on niin muodoin 507 cm.

Putken 3 jokaista päätä vasten on sijoitettu tukipalkki 2, johon liittyy vasemman käden puolella kiila-ankkuri 5 esi-jännitysköyttä varten ja oikean käden puolella samanlainen kiila-ankkuri 5 hydraulisen puristimen 4 (kaaviomaisesti esitetty) takana.

Sen jälkeen kun köysi on asetettu putken 3 läpi, köysi kiinnitetään kiila-ankkureilla 5, jonka jälkeen sitä jännitetään hydraulisella puristimella 4. Jännitetty köysi koostuu silloin suorasta osasta, jonka pituus =175 cm, kaarevasta osasta, jonka pituus L2 = 507 cm ja toisesta suorasta osasta, jonka pituus = 210 cm.

Testit suoritettiin käyttäen yleisintä esijännitysköyttä paksuudeltaan D = 1,27 cm, johon kuului sydänlanka sekä kuusi ulompaa metallHankaa. Aluksi köysi saatettiin nimellisen jännityksen alaiseksi, jotta se venyisi riittävästi, jonka jälkeen jännitysvoima lisättiin lähelle jännitysteknologi-assa käytettyä täyttä kuormitusarvoa. Jännitysvoiman lisäyksen aikana köyden venymä ja siinä vallitseva jännitys-voima mitattiin jatkuvasti.

il 7 72370 Käyttäen elementtimenetelmää köysi ajeltiin jaetuksi elementteihin ja jokaisen elementin jännitys- ja rasitustilat laskettiin käyttäen hyväksi kanavan seinämän ja esijännitysköy-den välistä kitkavoimaa. Erillisin pienillä kääriytysmis-kulmilla tehdyin kokein määrättiin kitkakerroin kanavan seinämän ja köyden välillä monille köyden jännitysvoimien arvoille. Elementtiä kohden nämä kitkakertoimet otettiin mukaan laskelmaan, niin että oli mahdollista määrittää laskemalla ne jännitysvoimat, joiden tulisi vallita köydessä perustuen köyden mitattuun kokonaisvenymään ankkurien 5 välillä. Tätä arvoa verrattiin todellisiin käytännössä vallitseviin jännitysvoimiin, joista voitiin saada selville arvo muodonmuu-toskertoimelle jokaisessa suoritetussa testissä.

Tämä testi toistettiin köysillä, joissa oli keksinnön mukainen modifioitu sydänlanka, mutta muuten samat arvot. Jokaisessa tapauksessa määrättiin muodonmuutoskertoimelle arvo vastaavalla tavalla.

Täten mittaamalla ja laskemalla saadut arvot muodonmuutoskertoimelle osoittivat, että kaikissa tapauksissa käyttämällä modifioitua sydänlankaa (ja valinnaisesti modifioituja ulompia metaliilankoja) keksinnön mukaisesti, havaittiin muodonmuutoskertoimen olennainen suurentuminen, jolloin myös muodonmuutoskertoimen ja kimmokertoimen välinen ero tuli merkityksettömäksi.

Claims (12)

1. Esijännitysköysi, joka on tarkoitettu sijoitettavaksi sinänsä tunnetulla tavalla suojaputkeen betonirakennetta jännitettäessä ja jossa on vähintään yksi keskussydänlanka (b) ja useampia ulompia metallilankoja (a), jotka ovat kierteisesti keskussydänlangan (b) ympärillä sitä verhoamassa, tunnettu siitä, että ainakin sydänlanka (b) on käsitelty sen pinnan modifioimiseksi siten, että tuloksena käsittelystä sydänlangan (b) ja ulompien metallilankojen (a) välisen suhteellisen pitkittäisliikkeen vastus on suurempi kuin jos sanotunlaista käsittelyä ei olisi suoritettu.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen esijännitysköysi, tunnettu siitä, että ulommat metallilangat (a) on myös käsitelty niiden pintojen modifioimiseksi siten, että tuloksena käsittelystä sydänlangan (b) ja ulompien metalli-lankojen (a) välisen suhteellisen pitkittäisliikkeen vastus on suurempi kuin jos käsittelyä ulommille metallilangoille (a) ei olisi suoritettu.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen esijännitysköysi, tunnettu siitä, että sydänlangan (b) käsittely ja ulompien metallilankojen (a) käsittely, jos se on suoritettu, käsittävät mekaanisesti metallilangan pintaan muodostettavan loveuksen.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen esijännitysköysi, tunnettu siitä, että sydänlangan (b) käsittely ja ulompien metallilankojen (a) käsittely, jos se on suoritettu, käsittää metallilangan pinnan tilan modifioimisen sydänlangan (b) ja ulompien metallilankojen (a) välisen kitkakertoimen suurentamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen esijännitysköysi, tunnettu siitä, että käsittely on ainakin jokin seu-raavista: II 9 72370 a) ohuen oksidikerroksen luominen läirmittämällä metallilan-kaa hapettavassa kaasukehässä b) metallilangan kemiallinen etsaaminen c) metallilangan päällystäminen hartsilla, johon sisältyy hiovaa jauhetta d) metallilangan pinnan kerrostaminen kitkaa lisäävällä aineella .

6. Betonirakenne, tunnettu siitä, että se sisältää ainakin yhden patenttivaatimuksen 1 mukaisen jännitetyn esijännitysköyden.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen betonirakenne, tunnettu siitä, että jännitetty köysi kulkee pitkin kaarevaa putkea (3) betonirakenteen (l) sisällä.

8. Menetelmä betonirakenteen jännittämiseksi tarkoitetun esijännitysköyden valmistamiseksi, jolloin esijännitysköysi on tarkoitettu sijoitettavaksi sinänsä tunnetulla tavalla suojaputkeen betonirakennetta jännitettäessä ja esijännitys-köydessä on vähintään yksi keskussydänlanka (b) ja useampia ulompia metallilankoja (a), jotka on kääritty kierteisesti keskussydänlangan (b) ympärille, sitä verhoamaan, tunnettu siitä, että ainakin sydänlanka (b) käsitellään ennen käärimisvaihetta, sen pinnan modifioimiseksi siten, että käsittelyn tuloksena sydänlangan (b) ja ulompien metallilan-kojen (a) välisen suhteellisen pitkittäisliikkeen vastus on suurempi kuin jos käsittelyä ei olisi suoritettu.

8 72370

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että ulompia metallilankoja (a) käsitellään ennen käärimisvaihetta niiden pinnan modifioimiseksi siten, että käsittelyn tuloksena sydänlangan (b) ja ulompien metallilan^· kojen (a) välisen suhteellisen pitkittäisliikkeen vastus on suurempi kuin jos käsittelyä ei olisi suoritettu. XO 72370

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sydänlangan (b) käsittely ja ulompien metallilankojen (a) käsittely, jos se on suoritettu, käsittävät mekaanisesti metallilangan pintaan muodostettavan loveuksen .

11. Patenttivaatimuisen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sydänlangan (b) käsittely ja ulompien metallilankojen (a) käsittely, jos se on suoritettu, käsittävät metallilangan pinnan tilan modifioimisen sydänlankojen (b) ja ulompien metallilankojen (a) välisen kitkakertoimen suurentamiseksi .

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsittely kitkakertoimen suurentamiseksi sisältää ainakin yhden seuraavista vaiheista: a) ohuen oksidikerroksen muodostaminen lämmittämällä metal-lilankaa hapettavassa kaasukehässä b) metallilangan pinnan etsaaminen kemiallisesti c) metallilangan päällystäminen hartsilla, johon sisältyy hiovaa jauhetta d) metallilangan pinnan kerrostaminen kitkaa lisäävällä aineella . Il n 72370