Способы натяжения арматуры на бетон

Обновлено: 03.05.2024

Методов изготовления предварительно напряженного ж/бетона много, но все они по своей принципиальной схеме могут быть классифицированны, какнатяжение на упоры и на натяжения на бетон.

Конструкции, в которых арматура натягивается до твердения бетона, называются «конструкциями с натяжением арматуры на упоры или на форму».

При натяжении арматуры после твердения бетона конструкции называются «конструкциями с натяжением арматуры на бетон.»

А) 1. Натяжение на упоры.

Изготовление элементов с натяжением на упоры производится следующим образом. Арматуру укладывают в форму до бетонирования элемента. Один ее конец закрепляется в упоре, а другой в натяжном приспособлении (домкрате). После натяжения арматуры до заданных напряжений (в пределах упругих деформаций) закрепляют ее второй конец. Затем элемент бетонируют. Когда бетон наберет необходимую прочность (Ro>0,7R), арматуру отпускают с упоров. Стремясь восстановить свою первоначальную длину, арматура обжимает окружающий ее бетон, благодаря сцеплению с ним. При этом арматура теряет часть предварительного напряжения. Если в конструкции была уложена не подвергаемая предварительному натяжению арматура, то и она при обжатии бетона получает сжимающие напряжения.

Укладку арматуры в форму и ее натяжение совмещается в одной операции. Имеем поддон, снабженный штырями, расположенными в соответственными проектным положением арматуры.

6) поддон; 7) штыри поддона;

8) трубки; 9) зажим;

На штыри надевают стальные трубки. Специальной навивочной машиной проволочную арматуру навивают на трубки с заданной величиной напряжений, и конец ее закрепляют пластичным зажимом. Штырями поддона проволока удерживается в натянутом состоянии. Когда бетон наберет достаточную прочность, изделие с поддона снимают, и арматура обжимает бетон. Трубки остаются в теле бетона и играют роль анкеров.

Натяжение арматуры может быть создано также электротермическим способом.

Заготовленные стержни разогревают электрическим током до t=300-400 градусов, вследствие что они удлиняются. Нагретые стержни укладывают в форму, и концы их закрепляют на упорах, расположенных на форме, или вне ее. Остывая, арматура стремится восстановить свою первоначальную длину, но поскольку она удерживается упорами, в ней возникают растягивающие напряжения. После бетонирования и отвердения бетона арматуру отпускают с упоров и происходит обжатие бетона.

Б)Натяжение на бетон.

При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или мало армированный элемент; затем при достижении бетоном прочности не менее 0,7 R, создают предварительное напряжение.

Напрягаемая арматура располагается в каналах и при натяжении не имеет сцепления с бетоном. Обжатие бетона происходит в процессе натяжения арматуры. Напряжения в бетоне контролирует после обжатия бетона. Каналы элемента имеют диаметр на 5-15мм больше диаметра арматуры и выполняются при бетонировании элемента путем укладки гофрированных стальных трубок (оболочек) или пустотообразователей, извлекаемых из бетона. Арматуру пропускают сквозь канал. Один ее конец, снабженный соответствующим анкером, закрепляют в торце элемента, а другой захватывают домкратом на противоположном торце. Домкрат, упираясь в торец бетонного элемента производит натяжение арматуры и одновременно обжимает бетон. После натяжения арматуры до заданного напряжения, ее анкеруют со стороны расположения домкрата. Натяжение арматуры может производиться с 2х сторон.

Для повышения прочности бетона на местное сжатие у торцов элемента устанавливают поперечные сетки. Сцепление арматуры с бетоном создается в результате последующего заполнения канала цементным тестом или раствором, нагнетаемым под давлением через отверстия в концевых анкерах или через специальные отводы, расположенные по длине канала через 6м. Такое заполнение каналов называется инъецированием.

В последние годы для создания предварительного натяжения в конструкциях начинают усилено применять бетоны, приготовляемые на специальных напрягаемых цементах. Бетоны на таком цементе при твердении увеличиваются в объеме, и вследствие сцепления с арматурой растягивают ее. Так как арматура препятствует свободному расширению бетона, в нем возникают сжимающие напряжения.

Арматуру можно располагать в элементе в двух и даже трех направлениях, тогда создается соответственные двухосное или трехосное предварительное напряжение.

МАТЕРИАЛЫ.

В качестве напрягаемой арматуры используют преимущественно сталь классов Ат-VI; Aт-V длинной до 12м, допускается сталь классов А-Vl, A-V, A-IV, а при большей длине- сталь классов B-II, Bp-II, K-7, K-19. Для конструкций, работающих в агрессивных средах, используют арматуру классов А-IV, термически упрочненную арматуру всех классов (кроме Aт-IVc) и высокопрочную проволоку. Сваривать или приваривать к ней закладные детали запрещается.

Экономичность напряженной арматуры возрастает по мере увеличения ее прочности, так как требуемое по расчету количество арматуры уменьшается пропорционально увеличению ее расчетного сопротивления

( прочности); например, в растянутых элементах: As=N/Rs, чем больше Rs, тем меньше требуется арматуры, а стоимость возрастает незначительно. Удельной стоимостью арматуры «К» называется отношение ее цены «Ц» к расчетному сопротивлению арматуры Rs.

K=Ц/Rs – отсюда видно, что с увеличением прочности арматуры

(с увеличением Rs), снижается ее удельная стоимость и, следовательно, растет ее эффективность.

Арматурные канаты и пучки.

Армирование конструкций отдельными высокопрочными проволоками вследствие их большого числа трудоемко и часто приводит к излишнему сечению элементов. В связи с этим проволоку укрупняют в канаты или пучки. Канаты обычно изготовляют из 7 или 19 проволок одного диаметра (обозначение К-7 или К-19), навивая на центральную прямолинейную проволоку остальные в один или несколько слоев. Диаметр проволок канатов К-7 от 2….5 мм. В тяжело нагруженных элементах конструкции применяют спирально-витые многопрядевые канаты: двухпрядевые класса К2х7, трехпрядевые класса К3-м, многопрядевые Kн *m, где:

«м»- число проволок в пряди.

«n»- число прядей в канате.

Пучки состоят из параллельных высокопрочных проволок (14,18,24) или канатов. Пучки могут иметь по концам анкеры, а по длине обматываются мягкой проволокой.

Бетон для предварительного напряжения конструкций применяют обычной или повышенной марки.

Сцепление напряжений арматуры с бетоном. Самозаанкеривание арматуры. Анкерные устройства.

В предварительно напряженных конструкциях должно быть обеспечено надежное сцепление напрягаемой арматуры с бетоном. Если на какой-либо стадии изготовления предварительного напряжения конструкции надежное сцепление не может быть обеспечено, на концах напрягаемой арматуры необходимо устанавливать анкеры. Так, например, в конструкциях с натяжением на бетон установка анкеров обязательна во всех случаях, так как напрягаемая арматура, расположенная в каналах, не имеет сцепления с бетоном, пока не затвердеет раствор, инъецированный в каналы или заполняющий пазы. В конструкциях с натяжением на упоры при напрягаемой арматуре периодического профиля имеет место самозаанкеривание арматуры, обеспечивающее надежное сцепление арматуры с бетоном без применения анкеров.

Напрягаемая арматура из гладкой высокопрочной проволоки должна быть всегда снабжена анкером.

Типы анкеров разнообразные:

Это могут быть трубки, надетые на штыри и остающиеся в теле бетона. Стрежневая арматура анкеруется с помощью коротышей, приваренных шайб, гаек.

Предварительно – напряженный железобетон.Сущность предварительного натяжения

Конструирование и расчет элементов предварительно напряженных конструкций.

В конструкциях, работающих на изгиб (плитах, балках, прогонах, ригелях), под действием нагрузки появляются растягивающие напряжения. Для их восприятия в растянутой зоне приходится размещать большое количество арматуры. Кроме этого недостаточно используется прочность стали на растяжение, так как в бетоне появляются трещины в зоне растяжения, хотя напряжение в арматуре еще не превышает предела текучести, а эксплуатировать такую железобетонную конструкцию с шириной раскрытия трещин больше допустимой не разрешается.

Эти недостатки в значительной степени устраняются в предварительно-напряженных конструкциях. В таких конструкциях, еще до установки ее в сооружение и передачи на нее эксплуатационных нагрузок, предполагаемая растянутая зона уже подвержена сжатию. И прежде чем бетон в конструкции воспринимая эксплуатационную нагрузку, начнет работать на растяжение, в нем необходимо сначала погасить предварительно созданное сжатие.

Предварительное напряжение позволяет увеличивать нагрузку на конструкцию или при прежней нагрузки уменьшить габариты конструкции.

Достоинства предварительно-напряженных конструкций:

применение арматуры меньших диаметров из высокопрочной стали позволяет уменьшать размеры конструкции, а следовательно, и объем сборных элементов на 20…30%, что приводит к экономии материалов, в частности цемента;

благодаря лучшему использованию свойств арматурной стали, по сравнению с обычными железобетонными конструкциями, и при применении сталей с высоким пределом прочности достигается экономия металла до 40%;

конструкции с предварительно-напряженной арматурой отличаются высокой трещиностойкостью, что предохраняет арматуру от коррозии; это важно для сооружений, находящихся под постоянным давлением воды, других жидкостей и газов (трубы, плотины, резервуары).

Предварительное напряжение арматуры осуществляется в основном двумя способами:

натяжением арматуры до укладки бетонной смеси в конструкцию;

укладкой и натяжением арматуры вслед за укладкой бетона и приобретения им прочности не менее 70% проектной.

Первый метод заводской, он называется натяжением на формы и упоры, второй применяют в построечных условиях на площадках укрупнительной сборки и называют натяжением на бетон.

Натяжение на формы и упоры. При армировании по этому способу арматурные стержни натягивают перед укладкой бетонной смеси. Усилия натяжения, достигающие нескольких десятков и сотен тонн, воспринимаются конструкцией стальной формы, в которой изготавливают (формуют) изделие, или специальными упорами стенда. Бетонируют изделие при натянутой арматуре. Когда после затвердения бетона и набора им необходимой прочности натяжные приспособления снимают, сжатие бетона достигается за счет сцепления между стремящимися сжаться арматурными стержнями или прядями и окружающим их затвердевшим бетоном. При этом способе натяжение арматуры контролируют до обжатия бетона.

Стендовый способ натяжения применяют при изготовлении длинномерных (длиной 12 м и более) крупных и тяжелых конструкций – стропильных и подстропильных ферм, кровельных и подкрановых балок. Конструкцию армируют, осуществляют ее натяжение, производят бетонирование, бетон приобретает необходимую прочность в стационарном положении на стенде. Упоры воспринимают усилия натяжения и передают их на массивный фундамент стенда.

При натяжении на формы упоры отсутствуют, и усилия воспринимает сама форма, которая является силовой. В таких формах бетонируют плиты и панели перекрытий и покрытий. Достоинство форм в том, что они имеют модульные размеры, поэтому при смене бетонируемой конструкции ее легко переналадить на изготовление новых изделий.

Натяжение арматуры на бетон. Предварительное напряжение в монолитных и сборно-монолитных конструкциях можно создавать по методу натяжения арматуры на затвердевший бетон. При таком методе усилие натяжения воспринимается не формой и не упорами, а уже затвердевшим и набравшим необходимую прочность бетоном. Этот способ используется главным образом для армирования конструкций, собираемых из отдельных блоков.

По способу укладки напрягаемой арматуры имеются две разновидности – линейная и непрерывная. При линейном способе в напрягаемых конструкциях при их бетонировании оставляют открытые или закрытые каналы. При приобретении бетоном заданной прочности в каналы укладывают арматуру и производят ее натяжение с передачей усилия на напрягаемую конструкцию. Линейный способ применяют для создания напряжения в балках, колоннах, рамах, трубах, силосах и многих других линейных конструкциях. Непрерывный способ заключается в навивке с заданным натяжением бесконечной арматурной проволоки по контуру забетонированной конструкции. Этот способ применяют для предварительного напряжения стенок цилиндрических резервуаров, предварительно напряженных труб.

При линейном армировании напрягаемые элементы применяют в виде отдельных стержней, прядей, канатов и проволочных пучков. Линейное армирование включает в себя: заготовку напрягаемых арматурных элементов; образование каналов для укладки напрягаемых арматурных элементов; установку арматурных элементов с анкерными устройствами в каналы; напряжение арматуры с последующим инъецированием закрытых каналов или бетонированием открытых каналов.

Для стержневой арматуры используют горячекатаную сталь периодического профиля и высокопрочную проволоку. Заготовка стержневых элементов состоит из правки, чистки, резки, стыковой сварки и устройства анкеров, путем приварки стальных коротышей к концам стержней. Коротыши имеют резьбу, на которую навинчивают гайки, передающие через шайбы на бетон нагрузки натяжения.

Арматурные нераскручивающиеся пряди и канаты изготовляют из высокопрочной проволоки диаметром 1,5…5 мм. Из проволоки производят пряди, образуемые из трех, семи или девятнадцати совместно свитых проволок. При необходимости готовые пряди далее навивают в канаты. Пряди и канаты поступают с заводов намотанными на катушки. Их сматывают с катушек, пропускают через правильные устройства, одновременно очищают от грязи масла, режут на отрезки необходимой длины. Для анкеровки прядей и канатов применяют гильзовые наконечники. Гильзу надевают на заготовленный конец пряди или каната, запрессовывают прессом или домкратом, а затем на ее поверхности нарезают или накатывают резьбу, необходимую для передачи через шайбы усилий натяжения бетона на гайки крепления.

Проволочные пучки изготовляют из высокопрочной проволоки. Проволоку в пучке располагают или с заполнением ею всего сечения, или по окружности арматурного стержня. В первом случае пучок оборудуют гильзовым, а во втором – гильзостержневым анкером.

Способ натяжения на бетон позволяет собирать крупноразмерные конструкции длиной до 30 м и более у места их установки из отдельных, легкоперевозимых частей меньшего размера. При армировании конструкций, собираемых из отдельных блоков, в сборных железобетонных элементах при заводском изготовлении заранее оставляют каналы или борозды для размещения в них напрягаемой арматуры. Напрягаемую арматуру укладывают (протягивают) в эти заранее оставленные каналы,, диаметр которых обычно делают на 10…15 мм больше диаметра арматурного пучка или стержня.

Малая прочность бетона на растяжение, составляющая 1 /₁₀- 1/ ₁₅ его прочности на сжатие, является причиной образования трещин в бетоне растянутых зон элементов железобетонных конструкций при эксплуатационных нагрузках.

Значительное раскрытие трещин, нередко достигающее 0,2—0,3 мм и более, во многих случаях опасно с точки зрения коррозии арматуры. Придание арматуре периодического профиля несколько уменьшает раскрытие трещин, однако этого свойства железобетона полностью не устраняет.

С развитием техники широкое применение нашли бетоны повышенной прочности марок 400—600 и выше, а также высококачественные арматурные стали с временным сопротивлением до 20 тыс. кгс/см 2 и более, что экономически оправдано, поскольку отношение стоимости к прочности высокопрочных материалов, применяемых для железобетона, значительно ниже, чем для материалов менее прочных.

Для повышения трещиностойкости железобетонных конструкций производится их предварительное напряжение (до приложения основных нагрузок), которое производят таким образом, чтобы образовывалось предварительное обжатие тех зон бетона, в которых при основных нагрузках ожидаются растягивающие напряжения.

Предварительно напряженный железобетон не является особым железобетоном; он образуется из тех же материалов, что и железобетон, не подвергаемый предварительному напряжению. Однако предварительное напряжение придает железобетону дополнительные качества, которые могут быть эффективно использованы.

Многочисленные экспериментальные исследования показали, что предварительное напряжение практически не влияет на величину разрушающей нагрузки, но существенно (в несколько раз) повышает трещиностойкость и жесткость железобетонных элементов.

Улучшая качество железобетона, предварительное напряжение позволяет широко использовать высокопрочные материалы, экономить сталь (в ряде случаев до 70%), способствовать снижению общего веса конструкций, получать конструкции, хорошо сопротивляющиеся многократно повторяющимся динамическим воздействиям.

Предварительное напряжение железобетонных элементов производят посредством натяжения арматуры и передачи ее реактивного давления на бетон с целью его обжатия.

Различают два метода натяжения арматуры:

1) «натяжение на упоры», т. е. натяжение арматуры на упоры стенда, опалубку или формы и отпуск ее после бетонирования по достижении бетоном достаточной прочности, вследствие чего арматура, стремясь укоротиться, обжимает бетон, а сама остается растянутой (рис. а);

2) «натяжение» на бетон, т.е. натяжение арматуры, размещенной в каналах или пазах элемента, при помощи приспособлений, опирающихся на готовый элемент по его концам (по достижении бетоном необходимой прочности). Арматуру при помощи анкеров фиксируют в натянутом положении, и она обжимает бетон, впоследствии каналы инъецируют цементным раствором под давлением, а пазы заполняют бетоном (рис. б).

Натяжение на упоры более целесообразно для заводских условий изготовления железобетонных конструкций и изделий. Натяжение на бетон более трудоемко, его практикуют в тех случаях, когда затруднено или не может быть осуществлено натяжение на упоры, например при строительстве уникальных конструкций больших размеров или изготовлении монолитных конструкций.

Для натяжения арматуры используют несколько способов: механический, электротермический, термический, физико-химический (самонапряжение), электромеханический.

Механический способ заключается в растяжении арматуры при помощи гидравлических или механических домкратов, рычагов, гаечных ключей, грузов и т. п.

К механическому относится предложенный проф. В. В. Михайловым способ непрерывной навивки арматуры. По этому способу натянутую проволоку навивают на упоры поворотного стола. В настоящее время разработаны навивочные машины, при помощи которых натянутую проволоку наматывают на упоры неподвижного стенда. Способ непрерывного армирования дает возможность создавать предварительно напряженные конструкции с одноосным и двухосным обжатием для зданий промышленного и гражданского строительства. Непрерывное армирование используют также при натяжении арматуры резервуаров, силосов и т. д.

Электротермическим способом изготовляют около 80% всех предварительно напряженных конструкций. Стержни арматуры нагревают до температуры 300-400°С при помощи электротока и в нагретом состоянии устанавливают в упоры. При остывании стержни, стремясь сократиться, натягиваются, что используется для обжатия бетона. Этот способ отличается простотой, малой трудоемкостью и сравнительно низкой стоимостью. Однако точность натяжения этим способом ниже, чем при других способах.

Электромеханический способ является комбинированным, он применяется при непрерывном армировании. Высокопрочную проволоку, нагретую электротоком до 300-400°С, навивают на упоры формы или стенда при помощи намоточной машины. При этом необходимая мощность механических приспособлений для намотки значительно снижается. После остывания проволока получает предварительное напряжение.

При термическом способе натяжения стержень до бетонирования покрывают составом, размягчающимся при нагревании. После укладки в форму, бетонирования и набора бетоном прочности арматуру нагревают до 90-110°С, в результате чего обмазка размягчается и арматура свободно удлиняется при дальнейшем нагревании. При температуре 300-350°С обмазка необратимо затвердевает и конструкция становится предварительно напряженной.

При физико-химическом способе используется свойство бетонов, изготовленных с применением расширяющихся цементов. При расширении бетона в процессе твердения арматура также удлиняется, отчего в ней создается предварительное напряжение. Принцип самонапряжения конструкций является весьма перспективным, так как дает возможность обойтись без сложных приспособлений для натяжения арматуры.

Вопрос 27 Расчет сжатых железобетонных элементов прямоугольного сечения.

Приведем решение для наиболее часто встречающихся в практике условий применения сжатых элементов (изготовленных из бетона марки не выше 400 с арматурой классов А-I, А-II, А-III, имеющих площадку текучести).

Условие прочности принимает вид

Положение нейтральной оси при x=x/h_o>x_R определяют из формулы (s_a=R_a)

Если ха.с=0, если это приводит к повышению прочности элемента в сравнении с расчетом по формуле (15).

Наименьшая суммарная площадь арматуры (F_а=F’_a) получается в случае, когда положение нейтральной оси соответствует x_R=x_Rh_o. При этом статический момент сжатой зоны бетона bx_R(h_o-0.5x_R)=A_Rbh 2 _o (19) где A_R=x_R(1-0.5x_R) (20). Площадь сжатой арматуры в соответствии с формулой (15) (21)

Площадь сечения растянутой арматуры определяют из уравнения (16) при замене х на х_R=x_Rh_o: (22)

Если формула (21) дает отрицательный результат, то сжатая арматура по расчету не требуется. Однако по конструктивным соображениям сжатую зону армируют минимальным количеством арматуры F’_a.

При заданном сечении арматуры F’_a на основании формулы (15) вычисляют

В правой части этого выражения все величины известны. Учитывая обозначения x=x/h_o; А_о=x(1-0,5x)

Величина А_о может быть вычислена по формуле , а затем определено x=1-Ö1-2А_о

На конец из равенства (16), учитывая, что х=xh_o, может быть найдена площадь арматуры (26)

В элементах, подверженных действию одинаковых или близких по величине, но противоположных по знаку изгибающих моментов (например, в стойках эстакад, средних подкрановых колоннах, арках и т. п.), рационально применять симметричное армирование, т.е. F_a =F’_a_. В этом случае при R_а=R_а.с согласно формуле (16) высота сжатой зоны бетона (27)

Учитывая, что при симметричном армировании е=е_оh+0.5(h_о-а), из формулы (15) находим (28)

Симметричная арматура менее экономична, чем несимметричная; ее следует применять, если получается перерасход арматуры не более чем на 5% по сравнению с несимметричной арматурой.

При x=x/h_o>x_R высоту условной сжатой зоны определяют из формулы

Сечение арматуры подбирают методом последовательного приближения в следующем порядке. Ориентировочно задаются коэффициентом армирования m элемента, определяют значение N_пр и затем вычисляют количество арматуры F_a и F’_a. Если найденные площади сечения арматуры F_a и F’_a соответствуют первоначально принятому коэффициенту армирования m, подбор арматуры считают выполненным. Если этого соответствия нет, производят повторные вычисления.

Суммарный процент армирования окончательно подобранного сечения арматуры

Расчет сжатых бетонных и железобетонных элементов прямоугольного сечения с симметричным армированием (рис.10) сталью классов А-I-А-III для случая, когда расчетный эксцентриситет продольной силы во равен нулю, при l_o£20h допускается производить по условию N=mj(R_прF+R_acF_a)

где m - коэффициент, принимаемый равным: m=1 при h>20; m=0,9 при h£20 см; h - размер сечения в рассматриваемой плоскости; j - коэффициент, определяемый по формуле j=j_б+2(j_ж-j_б)а, принимаемый не более j_ж; j_б и j_ж - коэффициенты, принимаемые по табл.; F_a - площадь сечения всей продольной арматуры;

2) Электротермическим способом, он включает нагрев арматуры до определенной температуры (300-3600) с помощью электротока, закрепления ее в нагретом состоянии, после остывания арматуры она становится напряженной, заливка бетона, отпуск преднапряжения;

3) Электромеханический способ – одновременно электронагрев и механическое растяжение.

Таким образом, независимо от способа натяжения арматуры в бетоне предварительно напряженной конструкции искусственно создается напряжение.

Напряжение в арматуре контролируется на всех стадиях изготовления и эксплуатации конструкции, оно должно быть оптимальным, чтобы обеспечить необходимое обжатие бетона, достаточное для обеспечения требуемой трещиностойкости и в то же время исключить разрыв арматуры или разрушение бетона от чрезмерного сжатия.

Самонапряжение бетона. Этот способ состоит в использовании бетонов, изготовленных на расширяющихся цементах. При расширении бетона в процессе твердения арматура так же удлиняется, в ней создается предварительное напряжение, которое передается бетону. Этот способ позволяет обойтись без сложных приспособлений для натяжения арматуры.

Предварительно напряженный железобетон не является особым железобетоном; он изготовляется из тех же материалов, что и обычный железобетон. Однако преднапряжение придает железобетону дополнительные качества, которые могут быть эффективно использованы. Многочисленные экспериментальные исследования показали, что предварительное напряжение практически не влияет на величину разрушающей нагрузки, но существенно повышает трещиностойкость и жесткость железобетонных элементов.

Предварительное напряжение позволяет широко использовать высокопрочные материалы, экономить сталь (до 50-70%), способствовать, снижению общей массы конструкций, изготовлять большепролетные конструкции, что расширяет область применения железобетона.

Однако, предварительно напряженные конструкции более трудоемки в изготовлении, нуждаются в более сложном оборудовании, и требуют специальных мер по техники безопасности при натяжении арматуры.

Что касается стоимости конструкции, то, например, высокопрочная арматура по удельной стоимости (отношение цены к расчетному сопротивлению) оказывается более выгодной, чем горячекатаная стержневая.

В настоящее время в строительстве расширяется область применения предварительно напряженных конструкций. Однако, на ряду с ними применяются и обычные железобетонные конструкции.

13.6.3. Особенности расчета и конструирования
предварительно напряженных железобетонных
конструкций.

При расчете железобетонных конструкций кроме расчета на эксплуатационные нагрузки необходимо проводить:

- для сборных железобетонных конструкций расчет на усилия при транспортировании и монтаже;

- для преднапряженных железобетонных конструкций кроме этого расчет на усилия, действующие в стадии изготовления.

При эксплуатации обычные железобетонных конструкций испытывают воздействия внешних нагрузок, а преднапряженные – воздействие внешних сил и усилий обжатия.

Таким образом, предварительно напряженные железобетонных конструкций в период от изготовления до разрушения рассматривается в различных напряженных состояниях и при расчете по прочности проверяются на:

- прочность при изготовлении;

- прочность при эксплуатации;

- прочность при транспортировании и монтаже.

Защитный слой бетона до напрягаемой арматуры должен быть больше, чем до ненапрягаемой арматуры (≥40мм).

Кроме напряженной арматуры обязательно ставится арматура обычная, которая не соединяется с преднапрягаемой и назначается чаще всего конструктивно.

Традиционные железобетонные элементы иногда заменяются в строительстве более прочными аналогами, тоже выполненными из железобетона, но предварительно напряжёнными. Результатом становится улучшение характеристик и расширение функциональности материала. Благодаря особой технологии производства, преднапряженная арматура в бетоне лучше защищает материал от деформаций, дольше служит и может применяться для конструкций большого размера.

Особенности изготовления

Прочность бетона повышают с помощью арматуры, которая может быть ненапрягаемой и напрягаемой. Однако первый вариант представляет собой пассивное армирование бетона, не защищающие конструкции от изгибающих и особенно динамических нагрузок. Обеспечить более эффективную защиту позволяет растягивание арматурной стали в железобетонном изделии и её избавление от натяжения в процессе застывания бетонного раствора. Сжимаясь, арматура влияет на железобетон, увеличивая предел его растяжимости, благодаря суммированию двух деформаций – предсжатия и растяжения.

Существует 3 способа натяжения арматуры.

Механический – напряжение арматуры с помощью винтовых или гидравлических домкратов.
Электротермический – применяется электроток, с его помощью стальные пруты разогреваются и удлиняются.
Электротермомеханический – это одновременное применение механического и электротермического способа.

Требования к арматуре

В роли преднапряженной необходимо использовать классы арматуры с высокой прочностью и незначительной текучестью. С учётом небольших потерь преднапряжения при изготовлении железобетонных конструкций значение этого показателя устанавливается выше. Распространённые виды арматуры – холоднодеформированная и горячекатаная упрочнённая, арматурная проволока, сварные каркасы и канаты. Профиль арматурных элементов может быть периодическим и гладким. Какую арматуру использовать для армирования, зависит от того какую роль она играет в железобетонной конструкции.

Напряженная арматура. Располагается в продольном направлении. Применяют горячекатаную и термомеханически упрочнённую арматуру класса А800, А600 и А1000 периодического профиля, холоднодеформированную сталь класса Вр1200 до Вр1500, а так же канатную К1400, К1500 (К-7, К-19).
Ненапрягаемая. Она укладывается поперек продольной. Используют арматуру класса А500С, В500С, А1 (А240), А400, А300 и арматурную проволоку Вр-1.

Напрягаемая арматура должна быть в виде цельных стержней.

Преимущества и недостатки материала

Причинами использования предварительно напряжённого железобетона могут стать такие преимущества армированных конструкций:

высокий уровень защиты материала от образования трещин и коррозии – важный параметр для сооружений, постоянно находящихся в контакте с водой;
уменьшение сечения и веса железобетона в пределах 30%;
снижение расхода стальной арматуры на 40%;
повышение сопротивления динамическим нагрузкам;
увеличение огнестойкости построек;
повышение эксплуатационного срока конструкций – особенно, при использовании сборно-монолитных блоков.

Кроме плюсов, у конструкций с применением предварительного напряжения есть и несколько серьёзных минусов. В том числе – сложность контроля армирования готовых элементов, трудоёмкий процесс изготовления и необходимость привлечения квалифицированных мастеров. Вес конструкций увеличивается по сравнению с железобетоном, изготовленным по традиционной технологии, но этот недостаток устраняется использованием пустотных конструкций и лёгких заполнителей.

Применение в строительстве

Предварительно напряжённый железобетон применяют в разных сферах строительства, изготавливая из него такие объекты:

высотные башни, в том числе телевизионные;
перекрытия с большим пролётом производственных и жилых зданий;
резервуары для очистных сооружений;
гидротехнические сооружения, в том числе, плотины, каналы и шлюзы;
мосты с широкими пролётами;
колонны и столбы электропередач;
корпуса атомных реакторов и ограждения атомных электростанций.

Из этого же материала изготавливают подпорные стены и ограждающие панели. Подходит он и при необходимости усиления фундаментов зданий и лестничных маршей, построек и помещений, расположенных в сейсмоопасных и взрывоопасных районах. А для дополнительного повышения прочности каркасов зданий и тоннелей пользуются сборно-монолитными конструкциями, собранными из отдельных железобетонных элементов.

Изделия из преднапряжённого железобетона характеризуются большим количеством плюсов, что позволяет широко применять их в строительстве. А недостатки в основном связаны с недостаточным качеством изготовления, и могут компенсироваться ответственным отношением к производству. Чтобы избежать проблем и получить не только повышенную прочность, но и длительный срок эксплуатации, стоит доверять создание таких железобетонных конструкций профессионалам.

Читайте также:

Способы натяжения арматуры на бетон

Особенности изготовления

Требования к арматуре

Рекомендации по бетону

Преимущества и недостатки материала

Применение в строительстве