Страница 23: ВСН 98-74. /Минтрансстрой СССР Технические указания по проектированию, изготовлению и монтажу составных по длине конструкций железобетонных мостов. (41620)

Примечание. К числу легкопроницаемых утеплителей относят: вату, паклю, войлок, опилки, шлак, а к числу труднопроницаемых - хорошо выполненную опалубку, брезент, толь, фанеру.

8. Количество тепла, подводимое к конструкции для подъема температуры с заданной скоростью, должно увеличиваться с повышением температуры конструкции и увеличением теплопотерь в окружающую среду. Такой режим разогрева требует сложных способов регулировки, поэтому конструкцию, как правило, разогревают, сообщая ей такое постоянное во времени количество тепла, чтобы скорость подъема температуры конструкции в среднем была равна заданной. С достаточной для практических целей точностью количества тепла, подводимого к конструкции на 1-м этапе, можно определять по формуле

Qн = V(Q'н + 0,75Q'п) ккал/ч, (4)

где V-объем прогреваемой части конструкции, м3.

Время разогрева конструкции определяют по формула

(5)

(обозначения прежние).

9. 2-й этап - поддержание в конструкции в течение необходимого времени расчетной температуры (прогрев). Количество тепла, подводимого к конструкции при прогреве, равно

Qн =V?? Q'п ккал/ч,(6)

Время прогрева инъекционного раствора определяют заранее испытанием контрольных образцов на прочность и морозостойкость. К концу прогрева инъекционный раствор должен иметь прочность не ниже 200 кгс/см2 и быть морозостойким.

Время прогрева клееных стыков выбирают в соответствии с указаниями, приведенными в главе VI настоящих «Технических указаний», и отсчитывают с момента приобретения стыком выбранной температуры прогрева.

10. 3-й этап - остывание конструкции. Инъектируемые и клееные конструкции являются, как правило, тонкостенными и остывают быстро, в особенности, если конструкция не отепляется. Время остывания конструкции с клееными стыками, прогреваемыми сетками, в расчетах не учитывают. В отепленных конструкциях с инъектируемыми каналами при определении времени прогрева можно учитывать и время остывания.

11. Расчет времени остывания обогреваемой конструкции до 0°С начинают с определения средней температуры конструкций tб.ср в процессе остывания по формуле

(7)

Время остывания конструкции определяют по формуле

(8)

(обозначения прежние).

12. Определив время прогрева и количество необходимого тепла, приступают к конструированию и расчету нагревательных приборов.

13. Мощность понизительных трансформаторов Р при прогреве инъекционного раствора током, пропускаемым непосредственно через пучки, определяют по формуле

(9)

Конструирование и расчет нагревательной системы начинают с определения сопротивления пучковой арматуры R, а затем вычисляют напряжение, позволяющее получить необходимое количество тепла при имеющемся сопротивлении.

14. Удельное сопротивление высокопрочной проволоки определяют по формуле

ρ = 0,20 + 0.001tпр ом·мм2/м. (10)

Температура пучка для подсчета удельного сопротивления проволоки принимается равной 35??40°С.

Сопротивление пучка из 18-24 проволок с достаточной для практических целей точностью можно определить по формуле

(11)

где 1,2 - коэффициент учитывающий эффект взаимодействия и вытеснения переменного тока при его движении по пучку проволок.

15. Необходимое для получения требуемом мощности напряжение U подсчитывают но формуле

(12)

и по найденному напряжению, силе тока и мощности подбирают трансформатор.

Если данные трансформаторов (напряжение, мощность) отличаются от требуемых по расчету, определяют тот режим прогрева, который они могут обеспечить.

16. Сопротивление проводников, соединяющих трансформатор с нагревательными элементами (сетками, спиралями, пучками), подбирают так, чтобы потери напряжения при электропрогреве не превышали 20%. Эти потери учитывают при конструировании и расчете.

18. При электропрогреве клееных стыков сетками поперечное сечение блока (стыка) разбивают на характерные участки: верхняя плита, стенки, нижняя плита и т.д.

Для каждого участка в отдельности по формулам (4) и (6) подсчитывают количество тепла, необходимое для подъема и поддержания температуры в стыке. Затем для каждого участка в отдельности по формуле (9) подсчитывают мощность тока, необходимую для прогрела и поддержания температуры в стыке. Общую мощность, потребную для прогрева стыка, определяют как сумму мощностей отдельных участков блока.

Пример 1. Электропрогрев инъекционного раствора в балке lo = 30 м, утепленной брезентовой рубашкой, пропуском тока через пучки (рис. 3). Температура наружного воздуха минус 10°С. Объем прогреваемого бетона

Модуль поверхности (определяем как отношение периметра тепляка АБВГДЕ к площади поперечного сечения прогреваемой балки)

Расход тепла при нагреве со скоростью 5 град/ч на 1 м3 бетона

Qн = 600??5 = 3000 ккал/м3·ч.

Рис. 3. Конструкция балки и местного брезентового тепляка:1-рамки-хомуты из стержней диаметром 14-16 мм: 2-бруски, заклиненные между диафрагмами; 3-брезент; 4-средний пучок

При прогреве балки через пучки роль теплоизолятора играет не только тепляк, но и наружный слон бетона балки толщиной 5 см. Учитываем это при определении коэффициента теплоотдачи

Температуру прогрева бетона принимают равной 35°С.

Q'н = 5,2??9,2(32 + 10) = 2150 ккал/м3·ч

Q'н= 7,6(3000 + 2150) =35000 ккал/ч;

Qп = 7,6??2150 = 16350 ккал/ч.

Время разогрева балки

Средняя температура балки при остывании

По данным испытания контрольных кубов для достижения бетоном прочности в 200 кгс/см2 необходим прогрев в течение 50 ч. Время остывания составляет менее 40% потребного времени прогрева и не учитывается.

Пучки, расположенные в бетонных каналах, имеют длину 33,5 м и состоят из 20 проволок диаметром 5 мм. Контакт пучковой арматуры с арматурным каркасом балки отсутствует. Соединяем все пучки, за исключением пучка 4 (см. рис. 3), последовательно стержнями из арматурной стали диаметром 25-30 мм, приваренными к углам обойм анкеров. Соединение выполняем до обетонирования анкерных закреплений. Пучок 4 на протяжении всей длины балки окружен другими пучками, и его можно не включать в цепь

При нагреве конструкции до 35°С температуру пучка примем ??40°С ; определим удельное сопротивление высокопрочной проволоки

ρ = 0,20 + 0,001??40 = 0,240 ом·мм2/м.

Сопротивление пучков определяем по формуле (11):

Для обеспечения заданного режима необходим трансформатор со следующими характеристиками:

Для прогрева балки можно использовать сварочные трансформаторы, имеющие характеристики, близкие к требуемым.

Пример 2. Электропрогрев стыка сетками (спиралями).

Поперечное сечение составной конструкции показано на рис. 4. Температура наружного воздуха -20°С, температура прогрева 40°С.

Разбиваем поперечное сечение стыка на 3 участка - верхняя плита, стенки и нижняя плита - и подсчитываем количество тепла, необходимого для разогрева и прогрева стыка.

Рис. 4. Схемы сеток (а) и спиралей (б) для обогрева стыка

Верхняя плита

Объем разогреваемого бетона

где 0,34 - глубина распространения тепла вдоль плиты.

Периметр обветривания плиты

Модуль поверхности плиты

Скорость подъема температуры в стыке - 10°С в час.

Количество тепла, необходимого для разогрева стыка с выбранной скоростью,

Q'н = 600??10 = 6000 ккал/м3·ч на 1 м3 бетона.

Коэффициент теплоотдачи К:

где β - поправочный коэффициент (принят равным 2,6 - см. табл. 2);

Rн - сопротивление теплоотдаче наружной поверхности бетона стыка, принято равным 0,05 м2·ч·град/ккал.

Величина теплопотерь при разогреве стыка

Q'н = 52??3,0(26 + 20) = 7200 ккал/м3·ч,

где 26 - средняя температура бетона при разогреве (tб = 0,65tст).

Количество тепла, которое необходимо подвести при разогреве:

Qн = 0,36(6000+0,75??7200) = 4100 ккал/ч.

Количество тепла, которое необходимо подвести при прогреве:

Qп = 0,36??7200 = 2600 ккал/ч.

Стенка

Vст = 0,42(0,28??4,5) = 0,53 м3;

Fст = 0,42??2??4,5 = 3,8 м2;

Мп = 3,8:0,53 = 7,2 1/м;

Q'н = 6000 ккал/м3·ч;

Q'п = 52??7,2??46 = 17200 ккал/м3·ч;

Qн = 0,53(6000+0,75??17200) = 10000 ккал/ч;

Qп = 0,53??17200 = 9150 ккал/ч.

Нижняя плита

Vпл = 0,70??0,47??1,34 = 0,44 м3;

Fпл = 0,70??2??1,34 = 1,89 м2;

Мп = 1,89/0,44 = 4,3 1/м;

Q'н = 6000 ккал/м3·ч;

Q'п = 52??4,3??46 = 10300 ккал/м3·ч;

Qн = 0,44??(6000+0,75??10300) = 6000 ккал/ч;

Qп = 0,44??10300 = 4550 ккал/ч.

Общее количество тепла для прогрева стыка:

Qн = 2(4100 + 2??10000 + 6000) = 60200 ккал/ч;

Qп = 2(2600 + 2??9150 + 4550) = 25450 ккал/ч.

Потребная мощность трансформатора:

1-й случай. Электропрогрев клея в стыке сетками.

Трансформатор выбираем по табл. 1 приложения 17. Принимаем с некоторым запасом печной трансформатор ТПО-503, который обеспечивает необходимую для разогрева стыка мощность при напряжении 17,25 в. Величину потерь напряжения в подводящих кабелях принимаем равной 20%.

ΔU = 0,2??17,25 = 3,5 в.

Сетки в блоках при прогреве и разогреве стыка соединяем последовательно. Рабочее напряжение на одной сетке блока (с учетом потерь в подводящих кабелях) равно

Сила тока в цепи при разогреве и прогреве стыков

Схема соединений отдельных сеток элементов (верхней плиты, стенки, нижней плиты) в общую сетку блока показана на рис. 4. Площадь поперечного сечения проволок сетки:

Верхняя плита

Сила тока в сетке верхней плиты блока

Мощность для разогрева верхней плиты

Сопротивление сетки плиты

Площадь поперечного сечения арматуры сетки

Удельное сопротивление проволоки ρ подсчитываем, принимая температуру проволоки на 20°С выше выбранной температуры прогрева стыка:

ρ = 0,165 + 0,0009??60 = 0,21 ом·мм2/м.

Принимаем две проволоки диаметром 8 мм, F1 = 100 мм2 и 4 проволоки диаметром 6 мм, Fпр = 114 мм2.

Стенка

Сила тока в сетке стенки

Iст=2 Iпл = 2080 а.

Мощность, необходимая для разогрева,

Сопротивление сетки

Площадь поперечного сечения сетки

Принимаем три проволоки диаметром 12 мм, Fпр = 342 мм2.

Нижняя плита

Сила тока в сетке нижней плиты равна:

Iн.пл = Iст = 2080 а.

Мощность для разогрева

Сопротивление сетки

Площадь сетки

Принимаем пять проволок диаметром 8 мм, Fпр = 230 мм2.

2-й случай. Электропрогрев клея в стыке спиралями.

Количество тепла, необходимое для прогрева стыка, подсчитано выше.

Прогрев верхней плиты осуществляем трансформаторам ТСД-500.

Прогрев стенок - двумя трансформаторами ТСД-1000.

Прогрев нижней плиты - трансформатором ТСД-50О.

Верхняя плита

Мощность, необходимая для разогрева верхней плиты одного блока, равна Р = 4,75 квт.

Принимаем напряжение на выходе трансформатора с учетом потерь и подводящих кабелях 33 в. Спирали нижней плиты в обоих блоках соединяем последовательно.

Сила тока в цепи

Длина проволоки в спирали

Диаметр проволоки в спирали принят равным 6 мм, F = 28 мм2. Длина проволоки спирали в верхней плите одного блока равна 7,5 м.

Стенка

Спирали стенки при разогреве и прогреве стыка соединяем параллельно.

Длина спирали

Диаметр проволоки в спирали равен 6 мм, длина - 14,5 м.

Нижняя плита

Спирали нижней плиты блоков при разогреве и прогреве стыка соединяем последовательно:

Принимаем диаметр проволоки в спирали равным 8 мм, а длину проволоки в спирали нижней плиты одного блока - 9,25 м.

Расчет сечения подводящих кабелей.

Допустимые потери напряжения в цепи: при прогреве стыка сетками

ΔI = 0,2??17,25 ?? 3,5 в;

при прогреве стыка сварочными трансформаторами

ΔU = 0,2??43 = 8,6 в.

Сопротивление цепи:

при прогреве стыка сетками

при прогреве стыка спиралями

Площадь поперечного сечения подводящих кабелей:

при прогреве стыка сетками (длина цепи l = 10 м; ρ = 0,017 - подводящая цепь из меди)

Принимаем кабель диаметром равным 18 мм.

При прогреве стыка спиралями (длина цепи 20 м; ρ = 0,017- подводящая цепь из меди):

Принимаем диаметр кабеля равным 5 мм.

Приложение 17

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРОГРЕВА КОНСТРУКЦИЙ

1. Клееные стыки н инъекционный раствор рекомендуется прогревать трансформаторами с низким напряжением и большой силой тока во вторичной обмотке. Желательно, чтобы трансформаторы допускали регулировку напряжения во вторичной обмотке (па выходе трансформатора).

2. Характеристики некоторых печных трансформаторов, которые можно использовать для электропрогрева стыков сетками (спиралями) или инъекционного раствора при параллельном соединении пучков, приведены в табл. 1.

3. В блоках и балках с каналами, образованными извлечением стальных или полиэтиленовых труб, которые не соприкасаются с арматурным каркасом, пучки можно соединять последовательно. Это позволяет набрать достаточно большое сопротивление и использовать для прогрева инъекционного раствора широко распространенные в строительных организациях сварочные трансформаторы с напряжением на низовой стороне 30-70 в (табл. 2). Параллельное соединение спирали также позволяет использовать для прогрева клея в стыке сварочные трансформаторы.

Таблица 1

Характеристика печных трансформаторов