2020-04-07
195
12.2.1 Общие положения
Индукционный нагрев применяют для термообработки бетона монолитных железобетонных каркасных конструкций, протяженных по одной из осей (колонн, ригелей, балок и пр.), замоноличивания стыков каркасных конструкций, а также конструкций, возводимых в скользящих, подъемно-переставных и катучих опалубках (стволов труб, силосов, ядер жесткости и др.).
В зависимости от вида и конструктивных особенностей железобетонных конструкций термообработку их индукционным способом осуществляют по одной из двух схем: по схеме индуктивной катушки с железом и по схеме трансформатора с сердечником.
Схему индуктивной катушки с железом применяют в случае, когда элемент железобетонной конструкции в процессе термообработки находится в полости индукционной обмотки.
Схема трансформатора с сердечником имеет место в том случае, когда в полости железобетонного изделия или сооружения расположен магнитопровод (или группа магнитопроводов) с индукционной обмоткой.
12.2.2 Расчет параметров индукционного нагрева по схеме индуктивной катушки с железом
12.2.2.1 Определяют требуемую прочность бетона к окончанию термообработки и максимальную температуру его прогрева.
12.2.2.2 Определяют скорость подъема температуры бетона, исходя из конкретных условий производства работ и данных таблицы 26 с учетом ограничений таблицы 2.
Таблица 26
| Вид армирования | Скорость разогрева бетона, °С/ч, | ||
| 5–6 | 7–9 | 10–12 | |
| Стержневая арматура | 3/5 | 5/8 | 8/10 |
| Жесткий каркас | 5/8 | 8/10 | 10/15 |
| Стержневая арматура и жесткий каркас | 8/8 | 10/10 | 15/15 |
| Примечание — Над чертой приведены значения скорости для конструкций, возводимых в неметаллической опалубке, под чертой — в металлической опалубке. | |||
12.2.2.3 Активную электрическую мощность P max, кВт, необходимую для разогрева бетона с принятой скоростью, определяют по формуле
(124)
где 
— требуемая удельная мощность на подъеме температуры, кВт/м3, определяемая по формуле (61);
V б — объем разогреваемого бетона, м3.
12.2.2.4 Определяют активную поверхность металла F а, м2, с учетом поверхности арматуры и металлической опалубки, по формуле
, (125)
где n а— количество арматурных стержней, расположенных вдоль продольной оси конструкции (под острым или прямым углом к плоскости витков индуктора), шт.;
d — диаметр арматурных стержней, м;
— длина арматурных стержней, м;
F оп — площадь металлической опалубки или плоских арматурных элементов (например, наружного бандажа из углового профиля), м2.
12.2.2.5 Определяют удельную активную поверхностную мощность индукционного нагрева D Р, кВт/м2, по формуле
D Р = 
. (126)
12.2.2.6 Определяют напряженность магнитного поля Нм, А/м, и удельное поверхностное электрическое сопротивление R н, Ом, соответствующие найденному значению удельной активной мощности 
по графику на рисунке 11.
В качестве примера на графике показана последовательность действий штриховыми линиями. Вначале найденное по формуле (126) значение D Р проецируют на кривую 
, затем — на горизонтальную ось Х, определяя значение Нм (А/м × 10–3). Затем полученное значение Нм проецируют на кривую R н и затем — на правую вертикальную ось Y, определяя значение R н (Ом × 105).
12.2.2.7 Определяют глубину проникновения тока 
, м, по формуле
, (127)
где 
— удельное электрическое сопротивление бетона, Ом × м. При неизвестном значении допускается принимать 20 × 10–8 Ом × м, используя, в соответствии с этим, данные рисунка 11.
1, 2, 3 — соответственно, для стали с удельным электрическим сопротивлением (ρ s),
равным 10×10–8, 20×10–8 и 30×10–8 Ом × м
Рисунок 11 — Зависимость удельного поверхностного электрического сопротивления R н
и удельной активной мощности D Р от напряженности магнитного поля Нм
12.2.2.8 Определяют коэффициенты сопротивления Fs и Qs, доли ед.:
— для металлической опалубки, арматуры из профилированной стали или бандажей усиления, если они имеются и принимаются в расчет, — по графикам на рисунке 12 в зависимости от значения относительной толщины листа, определяемой выражением
, (128)
где 
— средняя толщина сечения листа стали или профиля, м.
При 
³ 5 
— для стержневой арматуры по графикам на рисунке 13, в зависимости от соотношения
, (129)
где d — диаметр арматуры, м.
При 
³ 10 
12.2.2.9 По графику на рисунке 14 определяют коэффициент формы индуктора ms в зависимости от отношения высоты индуктора к его радиусу, доли ед.:
, (130)
где 
— длина или высота индуктора по продольной оси, м;
— радиус индуктора, м.
При 
³ 6 ms» 1.
Рисунок 12 — График зависимости коэффициентов сопротивления Fs и Qs
для металлической плиты (листа) от относительной толщины плиты (листа) 2 D / D I
Рисунок 13 — График зависимости коэффициентов сопротивления Fs и Qs
для металлического стержня от соотношения 
Рисунок 14 — График зависимости коэффициента формы индуктора ms
от отношения высоты индуктора h и к его радиусу R и
12.2.2.10 Определяют сумму периметров сечения металла в поперечном сечении конструкции 
м, например, по формуле
(131)
где 
— количество стержней арматуры, шт.;
d — диаметр стержневой арматуры, м;
и 
— соответственно, высота и толщина металлической обивки стенок опалубки и других металлических элементов, м.
12.2.2.11 Определяют площадь сечения индуктора F и, м2, по формуле
, (132)
где 
— площадь сечения конструкции с учетом площади сечения опалубки и укрытия поверхности, м2;
— увеличение площади сечения за счет прокладок для проводов обмотки индуктора, м2.
12.2.2.12 Определяют условное активное сопротивление системы 
, Ом, по формуле
. (133)
12.2.2.13 Определяют условное индуктивное сопротивление системы 
, Ом, по формуле
. (134)
12.2.2.14 Определяют полное условное сопротивление системы 
, Ом, по формуле
. (135)
12.2.2.15 Определяют число витков индуктора N, задавшись напряжением U, В, по формуле
, (136)
где 
— напряженность магнитного поля индуктора, А/м, определяется в соответствии с 12.2.2.6.
12.2.2.16 Определяют ожидаемую силу тока индуктора I, А, по формуле
. (137)
12.2.2.17 Определяют коэффициент мощности системы 
по формуле
. (138)
12.2.2.18 Подбирают провод по допускаемой токовой нагрузке 
, А, для данного провода и ожидаемой силе тока I.
При необходимости корректируют число витков индуктора N' по формуле
(139)
и напряжение прогрева U', В, по формуле
. (140)
12.2.2.19 Расчет параметров для стадии изотермического прогрева производят в следующей последовательности:
— определяют требуемую активную мощность 
кВт, при изотермическом прогреве бетона объемом 
, по формуле
, (141)
где b — поправочный коэффициент, принимаемый равным 1,2;
— определяют удельную активную мощность D P по формуле (126), напряженность магнитного поля и удельное поверхностное сопротивление 
по 12.2.2.6 и рисунку 14;
— определяют полное условное сопротивление системы по формуле (135);
— определяют напряжение U ′ и силу тока I для изотермического прогрева по формулам (140) и (137).
12.2.3 Расчет параметров индукционного нагрева по схеме трансформатора с сердечником осуществляют в следующей последовательности
12.2.3.1 Определяют активную электрическую мощность 
необходимую для разогрева бетона, по формулам (61) и (124).
12.2.3.2 Определяют активную поверхность металла 
включая арматурные элементы кольцевого, прямоугольного и пр. сечений, расположенные в плоскости витков индукционной катушки длиной (высотой) h и, а также площадь металлической опалубки.
Например, для возводимой в металлической опалубке конструкции круглого сечения, внешний диаметр которой — d к, длина — 
, армированной шт. кольцевой арматуры (в плоскости витков индуктора) с диаметром стержня (проволоки) d а, при внешнем диаметре «кольца» d н, приблизительно площадь активной поверхности F a, м2, можно вычислить по формуле
. (142)
12.2.3.3 Определяют удельную активную мощность D P по формуле (126) и соответствующую ей напряженность магнитного поля Нм по рисунку 14.
12.2.3.4 Определяют площадь зазора между индуктором на магнитопроводе и нагреваемой конструкцией F з.м, м2, как разность площадей сечения прогреваемой конструкции (по внешней ее стороне) и индуктора (по внешней стороне магнитопровода, расположенного внутри нагреваемой конструкции) по формуле
, (143)
где R к, R и — соответственно, внешний радиус нагреваемой конструкции и внешний радиус индуктора на магнитопроводе, м.
12.2.3.5 Определяют полную мощность P c, кВ·А, системы по формуле
, (144)
где f — частота тока (f» 50 Гц).
12.2.3.6 Определяют число витков индуктора (намагничивающей обмотки) N, предварительно приняв напряжение U, по формуле
. (145)
12.2.3.7 Определяют силу тока в индукторе I, А, по формуле
(146)
12.2.3.8 Определяют коэффициент мощности установки по формуле
. (147)
Расчет параметров изотермического прогрева бетона осуществляют по методике, приведенной для индуктивной катушки в 12.2.2.19.
12.2.4 Пример расчета параметров индукционного нагрева бетона по принципу индуктивной катушки приведен в приложении К.
