NO165122B - Forspent streng for betongkonstruksjoner. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en forspent streng ifølge krav-innledningen.

Slike strenger benyttes ofte som forspente forsterk-ningselementer i forspente betongkonstruksjoner hvor de eksempelvis kan innsettes i kurveformede føringer i betongkonstruksjonen og er kjent fra eksempelvis GB 1 194 758. Føringene er eksempelvis utformet av rør av stål eller annet nateriale som er innstøpt i betongkonstruksjonen.

Strengen ifølge oppfinnelsen er definert med de i kravene anførte trekk.

En vanlig benyttet type forspente strenger omfatter

seks ytre wirer med ens tykkelse og en enkelt midtwire med en diameter som er mellom 2 og 5% større enn diameteren på de ytre wirer. Denne større midtwiren er av stor viktighet for å oppnå en streng som har en god sammenbinding og hvor de ytre wirer ligger tett an mot midtwiren. Selv om denne strengform er den mest populære for bruk til forspenning, er oppfinnelsen ikke begrenset til denne spesielle strengkonstruksjon, men angår også andre strengkonstruksjoner omtalt i første avsnitt ovenfor.

En forspenningsstreng vist på figur 1 og 2 på tegningen, har en enkel midtwire b og seks ytre wirer a og er her vist henholdsvis i lengderiss og tverrsnitt. Figur 1 viser også stigningen av skruelinjene hvor de ytre wirer ligger.

For hele strengen er denne helling S betegnet ved uttrykket

"lengde av skruelinjedeling". Figur 2 viser det største tverrsnitt som her kalles strengens maksimale diameter. Det er vanlig å uttrykke skruelinjeformens delingslengde som et multippel av strengens diameter. For forspente strenger ligger denne

lengde S vanligvis mellom 12 og 18 ganger diameteren, selv om en verdi av S i dette område ikke er vesentlig for den foreliggende oppfinnelse.

Behovet for den foreliggende oppfinnelse er fremkommet ved at undersøkelser ikke synes å ha resultert i den mest egnede praktiske strengkonstruksjon for bruk ved forspenning.

Ved forspenning av en forspenningsstreng benyttes vanligvis forlengelsesegenskapene av en streng under strekk i uhindret rett stilling. Her er det funnet at forholdet mellom hovedspenningen over strengens tverrsnitt og dens deformasjon adskiller seg lite fra wirematerialets elastisitetsmodul E (Young's modul). Små avvik kan oppstå avhengig av strengens fremstillingsmåte og oppbygning.

Ved bruk av forspenningsstrenger i kurveformede ledere gjennom betongkonstruksjoner, oppstår i ulike tilfeller for-skjellige strekkrefter i strengens ender etter oppspenning. Ved beregninger er det mulig å finne et forhold mellom strengens totale forlengelse i den kurveformede kanal og disse strekkrefter ved endene, hvorved det således er mulig å lære om strekkreftenes oppførsel i strengen over dennes lengde ved påføring av en fastlagt forlengelse av strengen.

Det er nå funnet at variasjoner i fremstillingsmetodene for kabelen og mulige andre faktorer i slike tilfeller oppstår som en konsekvens av variasjoner i friksjonsegenskapene i strengen slik at det kan finnes store avvik mellom beregnede forlengelser og de virkelig forlengelser som oppstår ved inn-spenningen av den forspente streng. Dersom kvotienten mellom hovedspenningen over strengens tverrsnitt og den målte forlengelse av strengen pr lengdeenhet betegnes ved uttrykket "deformasjonsmodul", er det funnet at denne deformasjonsmodul ved innspenning av strenger i kurveformede føringer, som en regel avviker betydelig og ikke beregnbart fra wirematerialets elastisitetsmodul E. Især er det funnet at deformasjonsmodulen i tilfeller med vesentlige variasjoner i regelen er mindre enn elastisitetsmodulen. Dette er alvorligere fordi det ved bruken av en beregnet forlengelse av forspenningsstrengen foreligger en usikkerhet om den beregnede spenning foreligger i strengen over hele lengden og om betongkonstruksjonen oppnår den øns-kede forspenningstilstand.

Spenningsforholdet og deformasjonsforholdet i en forspent streng i en kurveformet konstruksjon hvor strengen ut-settes for tverrgående krefter og friksjonskrefter, er meget komplisert og er avhengig av et stort antall faktorer som har sammenheng med materialets egenskaper og strengens produksjons-metoder.

En fullstendig forståelse av dette er ennå ikke oppnådd. Ved en empirisk fremgangmsåte har imidlertid oppfinnerne funnet systematiske variasjoner. Fremgangsmåten for å under-

søke strenger er beskrevet nedenfor.

Det er derfor et mål for den foreliggende oppfinnelse

å gjøre det mulig å styre og minimere variasjoner i strekk i forspente strenger i kurveformede ledere.

Oppfinnerne har innsett at det kan oppnås en betydelig bedre sammenheng mellom deformasjonsmodulen og elastisitetsmodulen når kjernewiren mer ensartet kan strekkes over hele sin lengde og bedre kan samvirke som et belastningsbærende element. Også den forespente streng må i tilstrekkelig grad forbli integrert for å hindre glidning mellom kjernewiren og de ytre wirer da en slik glidning resulterer i lokalt at kjernewiren ikke lenger har full belastning.

Det er funnet at slike forbedrede forspente strenger av den ovenfor nevnte type kan oppnås dersom i det minste kjernewiren eller hver kjernewire har en modifisert overflate som resulterer i en mindre tendens til bevegelse (dvs. øket frik-sjonskoeffisient) mellom kjernen og de ytre wirer.

De ytre wirer kan også ha en modifisert overflate som resulterer i en redusert tendens til bevegelse. Således -har kjernewiren og eventuelt også de ytre wirer fått en behandling for å modifisere wireoverflaten slik at motstand mot relativ langsgående bevegelse av kjernewiren og den ytre wire er større enn tilfellet ville ha vært dersom denne behandling ikke hadde vært foretatt.

En behandlingsmetode for kjernewiren og eventuelt de ytre wirer er å utforme mekaniske hakk i wireoverflaten.

En annen behandlingsmetode er å modifisere wirens over-flatebeskaffenhet for å øke friksjonskoeffisienten mellom kjernewiren og de ytre wirer. Istedenfor således å akseptere uønskede variasjoner i friksjonsegenskapene i strengen, utnyt-tes disse friksjonsegenskaper ved å øke denne friksjon for på denne måte å redusere eller til og med å hindre enhver bevegelse mellom kjernewiren og de ytre wirer i lengderetningen.

Ulike alternative fremgangsmåter er tilgjengelige for

å modifisere kjernewirens og de ytre wirers overflatebeskaff-enhet for således å øke friksjonskoeffisienten. En mulighet er at wirens overflate gis et tynt oksydlag som et resultat av oppvarming av wiren i en oksyderende atmosfære. Det er tydelig at til og med et meget tynt oksydlag drastisk kan på-

virke wirenes friksjonsegenskaper uten å påvirke styrken og levetiden for wiren og for den forspente streng som en helhet. Enhver fagmann vil vite hvorledes et slikt tynt oksydlag kan oppnås for hver type kjernewire ved valg av oksyderende atmosfære, behandlingstemperatur og behandlingsperiode for wirene, uten å påvirke de relevante fysiske egenskaper i wiremateri-alet, som eksempelvis (men ikke bare) de mekaniske egenskaper og levetiden.

Det er også funnet at wirens overflateforhold på egnet måte kan modifiseres ved å utsette den for en kjemisk etse-behandling. Kjemiske etsebehandlinger av stålprodukter er velkjent slik at det ikke vil være behov for ytterligere for-klaringer for utførelse av slik etsing, for således å oppnå

en noe ru overflate uten urimelig påvirkning av materialets fysiske egenskaper.

Det er også funnet at den foreliggende oppfinnelses mål kan oppnås uten å modifisere wiren dersom et harpiksovertrekk med et slipepulver, eksempelvis et slipepulver som karborundum, påføres wiren. I forspente strenger oppbygget med en wire med et slikt overtrekk, vil slipepulverets partikler hindre eller i det minste redusere bevegelsen mellom de ulike wirer. En ytterligere mulighet for wirebehandling. består i å avsette en friksjonsøkende substans på wiren ved hjelp av en elektromeka-nisk eller en elektrostatisk prosess. Innenfor dette område foreligger mange tilgjengelige valg. for eksperten for å oppnå en egnet avsetning.

Selv om flere ulike alternativer er omtalt for å modifisere wirens overflate, kan kombinasjoner av to eller flere slike overflatemodifiserende prosesser benyttes i den foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen angår også fremstillingsprosessen av forspente strenger og en betongkonstruksjon med en eller flere forspente strenger i henhold til oppfinnelsen, som beskrevet ovenfor. Ved en slik produksjonsprosess antas at produksjons-trinnene starter med wireoverflateforhold som hittil har vært vanlig innenfor dette området, dvs. tilsvarende wirer som leve-res av produsenter.

Utførelser av oppfinnelsen beskrives eksempelvis på grunnlag av tegningen hvor figur 1 og 2 viser en forspent streng som ovenfor beskrevet, figur 3 viser en testinnretning for en forspent streng i grunnriss og figur 4 viser et front-riss av innretningen på figur 3.

Figur 3 og 4 viser en betongplate 1 med en tykkelse på 22 cm. Gjennom denne plate 1 strekker en leder 3 seg som over en vinkel på 5,07 radialer har en kurve med en radius r lik 100 cm. Lengden L2 av den kurveformede føringsbane er således 507 cm. På hver ende av føringen 3 er anordnet en støttestang 2 med på venstre side en kileforankring 5 for en forspent streng og på høyre side en tilsvarende kileforankring 5 bak en hydraulisk presse 4 (vist skjematisk).

Etter at en streng er innsatt gjennom føringen 3, festes strengen med kileforankringene 5 hvoretter den settes under strekk ved hjelp av den hydrauliske presse 4. Den forspente streng består deretter av et rett parti L^ lik 175 cm, et kurvet parti med lengde L2 lik 507 cm og et ytterligere rett parti med lengde L3 lik 210 cm.

Tester ble utført med bruk av den vanligst benyttede forspente'streng med tykkelse D lik 12,5 cm og med en kjernewire og seks ytre wirer. Først ble strengen satt under nomi-nelt strekk for å strekke den ut tilstrekkelig, hvoretter strekkraften ble øket opp til en verdi nær vanlig full belastning som benyttes innenfor slik teknologi. Ved økningen av strekkraften ble forlengelsen og stekkrafteh i strengen målt kontinuerlig.

Ved bruk av "elementmetoden" ble strengen betraktet opp-delt i elementer og for hvert element ble spenningen og defor-masjonen beregnet med påføringen av en friksjonskraft mellom kanalens vegg og den forspente streng. Ved hjelp av separate tester med små omviklingsvinkler ble friksjonskoeffisienter mellom strengen og kanalveggen bestemt ved ulike strekkrefter i strengen. For hvert element ble disse friksjonskoeffisienter innført i beregningen slik at det var mulig å bestemme ved beregning hvilke strekkrefter som skulle foreligge i strengen på basis av den totalt målte utvidelse av strengen mellom for-ankringene 5. Denne verdi ble sammenlignet med de virkelig

oppnådde strekkrefter hvor en verdi kunne oppnås for deforma-

sjonsmodulen i hver utførte test.

Denne test ble gjentatt med strenger med en modifisert kjernewire i henhold til oppfinnelsen, men ellers med de samme dimensjoner. I hvert tilfelle ble på tilsvarende måte en verdi for deformasjonsmodulen bestemt.

De verdier som således ble funnet ved måling og beregning av deformasjonsmodulen viste at det ved alle tilfeller med bruk av modifiserte kjernewirer (og eventuelt modifiserte ytre wirer) i henhold til oppfinnelsen ble oppnådd en vesentlig økning av deformasjonsmodulen mens forskjellen mellom deformasjonsmodulen og elastisitetsmodulen ble uvesentlig.

Claims (3)

1. Forspent streng for betongkonstruksjoner, med minst en midtre kjernevaier og ytre vaiere som skruelinjeformet omslutter kjernevaieren, KARAKTERISERT VED at slagningslengden er mellom 20 og 150 ganger strengens største diameter.

2. Streng ifølge krav 1, av den type som omfatter seks like tykke ytre vaiere og en enkelt kjernevaier med en diameter som er 2 til 5% større enn de ytre vaiere, KARAKTERISERT VED at slagningslengden er mellom 20 og 100 ganger strengens diameter.

3. Streng ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at skruelinjelengden er 22 til 50 ganger diameteren.