Предварительно напряженные железобетонные конструкции: использование

Что такое предварительно напряженные железобетонные конструкции: преимущества и недостатки

Преднапряженный бетон относится к категории строительных материалов, для производства которого применяется стальная арматура высокой прочности и бетонная смесь. Благодаря особой технологии производства он сопротивляется значительному растягивающему напряжению. Преднапряженный железобетон характеризуется прочностью и повышенной трещиностойкостью.

Определение

Предварительно напряженными железобетонными конструкциями называют стройматериал, во время производства которого бетон поддается начальной расчетной напряженностью сжатия. Во время изготовления материала предварительно формируется напряжение растяжения в стальной арматуре, которая характеризуется высоким уровнем прочности. Она используется для обжатия бетона на участках, которые будут поддаваться напряжению во время эксплуатации.

При сжатии не наблюдается проскальзывания арматуры, так как она скрепляется с материалом и в торце имеет анкерное закрепление. Железобетонный состав армируется, что позволяет уравновесить напряженность. Если в процессе эксплуатации на стройматериал воздействуют полезные нагрузки, то это не приводит к образованию трещин, что продляет срок его службы.

Преимущества

  • Железобетонные балки хорошо работают на сжатие и прогиб относительно центра тяжести. Они характеризуются высоким уровнем прочности по всей длине, что предоставляет возможность увеличения длины перекрываемых пролетов. Это обеспечивает уменьшение размеров поперечного сечения, а также сокращение веса и размеров комплектующих.
  • Бетон является химически нейтральным материалом, что исключает возможность коррозии и деформаций арматуры.
  • Арматура обжимает бетон сборочных единиц, что исключает сопротивление сцепления и позволяет сократить расход металла на стыке.
  • Железобетонные конструкции могут состоять из стыкуемых частей и иметь одинаковое поперечное сечение, что обеспечивает стойкость к внешней нагрузке. Конструкции характеризуются повышенной выносливостью, что обеспечивается компенсацией повторяющихся динамических воздействий.
  • Призменная прочность дает возможность демпфирирования изменений в арматуре и бетоне, которые появляются при колебаниях внешней нагрузке.
  • При использовании стройматериала исключается возможность деформаций бетона и арматуры, что гарантирует повышенную сейсмическую стойкость здания.

Недостатки

Для того чтобы обеспечить предварительное напряжение железобетонных конструкций, нужно использовать специальное оборудование. Продукция нуждается в бережном хранении, правильной транспортировке и профессиональном монтаже. Это не приведет к аварийному состоянию строительного материала еще до его эксплуатации.

Продольное растягивающее усилие приведет к появлению трещин, которые снизят несущую способность.

Для обеспечения прочности на осевое растяжение нужно использовать металлоемкую опалубку. Это увеличивает расход стали.

Для того чтобы обеспечить тепло- и звукопроводность, нужно использовать компенсирующие материалы. Такие конструкции характеризуются более низким порогом огнестойкости.

В соответствии с сущностью предварительно напряженного железобетона можно сделать выводы, что он не переносит воздействие щелочей, солей, кислот и т.д. При этом наблюдается снижение несущей способности изделий, а также их разрушение. Недостатком конструкции является их внушительный вес.

Материалы для конструкций

Железобетон относится к категории многокомпонентных строительных материалов. Он состоит из бетона и стальной арматуры. Во время проектирования железобетона определяются параметры качества материалов в соответствии со стандартами ГОСТ.

Бетон

Смесь настаивается не менее 28 дней, что позволит получить предварительное напряжение материала. На начальном этапе эксплуатации может наблюдаться частичная утрата напряженного качества бетоном, что объясняется снижением напряженности стальных элементов. Определение нормального сечения железобетонного элемента осуществляется в соответствии с проектом и требованиями дальнейшей эксплуатации.

Арматура

Стальная арматура должна быть напряженной и стойкой к растяжению в процессе всего срока эксплуатации. Она способна выдерживать нагрузки длительное время, что исключит возможность раскрытия трещин на бетоне. Для производства стройматериала применяют высокопрочную сталь, которая имеет незначительную текучесть. Расчетные характеристики стали должны полностью соответствовать ползучести бетона.

Изготовление железобетонных конструкций проводится с использованием арматурной проволоки:

Железобетонные конструкции изготавливаются с использованием холоднодеформированной, горячекатаной упрочненной арматуры, сварных каркасов, канатов. Площадь сечения арматуры напрямую зависит от размеров готового железобетонного изделия. Проволока и канаты имеют серповидное и кольцевое сечение, а арматура – гладкое и периодическое. Сталь должна иметь соответствующую поперечную силу. Текучесть металла по отношению к удлинению должна составлять 0,2 процента.

В соответствии с параметрами растянутого волокна класс прочности арматуры должен быть 0,95 и больше. Она должна характеризоваться холодостойкостью и пластичностью. Оптимальное усилие в напрягаемой арматуре обеспечивается благодаря формированию сложной пространственной поверхности. Именно поэтому материал должен поддаваться свариванию.

Напряжение арматуры во время производства обеспечивается механическими или электротермическими способами. В первом случае это достигается с применением грузов, домкратов и рычагов. Электротермический способ требует заготовить стержни нужной длины, на концах которых располагаются анкера. Их нагревают до 400 градусов, что приводит к их удлинению. В таком состоянии проводится закрепление арматуры на опорах. При охлаждении стержни укорачиваются, но анкера не дают это сделать, что приводит к появлению напряжения.

Области использования конструкций

Применение преднапряженных конструкций рекомендуется при нецелесообразности использования обычного железобетона. Они являются идеальным вариантом при необходимости обеспечения несущей прочности. Применение напряженных железобетонных конструкций осуществляется в различных сферах строительства – промышленной, гражданской, специальной, гидротехнической.

Железобетонные конструкции применяются для сооружения мостов, которые имеют широкие пролеты. Их рекомендовано использовать для строительства напорных трубопроводов и плотин. С помощью ЖБИ проводится монтаж водонепроницаемых емкостей.

Конструкции широко применяются для создания подпорных стен и ограждающих панелей. Если возникает необходимость в возведении фундамента или лестничного марша, то применяются железобетонные конструкции. Их используют для строительства помещений в сейсмо- и взрывоопасных районах. С помощью ЖБИ формируются сборно-монолитные конструкции. Они заключаются в соединении арматурой отдельных преднапряженных сборных элементов. С применением железобетонных конструкций возводятся колонны, а также столбы линий электропередач. С их применением создаются каркасы тоннелей.

Вывод

Преднапряженные ЖБИ характеризуются наличием большого количества преимуществ, поэтому их широко применяют в строительстве. Наличие недостатков объясняется недостаточным качеством проектирования, изготовления и монтажа. Благодаря положительным характеристикам конструкций они широко применяются в возведении разнообразных сооружений.

Что такое преднапряженный железобетон и как его производят?

Конструкции из сборного железобетона и предварительно напряженные железобетонные конструкции получили массовое применение в строительной сфере. Это позволяет расширять архитектурно-планировочные характеристики и функциональность. Преднапряжение препятствует трещиностойкости, снижает показатели деформаций.

Что из себя представляет преднапряженное ЖБИ?

В целях борьбы с низкой прочностью при растяжении искусственного бетонного камня создают напряжение на этапе производства в бетоне противоположной к эксплуатационным характеристикам, что позволяет эффективно применять свойства бетона при его сжатии. Арматурную сталь в железобетонном изделии растягивают, а по полному затвердевании залитого бетонного раствора ее избавляют от натяжения. Стальные прутья сжимаются и оказывают непосредственное влияние на слой бетона. Предварительное напряжение увеличивает предел растяжимости бетона за счет суммирования 2-х деформаций: растяжения и предсжатия.

Сжатие и растяжение материала делает его более устойчивым к нагрузкам.

Преднапряженный железобетон не подвержен растрескиванию бетонного слоя зоне конструкции с растяжением, а также при его применении сокращается количество используемой арматуры. Если при этом применять высокопрочный металл и бетон, можно добиться снижения весовых показателей железобетонных конструкций, увеличить их срок эксплуатации. Основные характеристики для этого вида ЖБИ установлены ГОСТом 26633–91, а значения и размеры арматуры установлены СП 52—101—2003.

Преимущества и недостатки

Среди основных преимуществ выделяют следующие:

  • Высокие показатели растяжения и трещиностойкости, предохранение металла от образования коррозии. Это свойство необходимо для конструкции находящихся в постоянном контакте с водой, например, плотин, труб.
  • Уменьшение сечений и веса таких элементов до 30%, как следствие, меньший расход материала.
  • Лучшее сопротивление динамическим нагрузкам. Задействуют для строений, в которых типичные ЖБИ применять не рационально, например, за счет облегченной массы и объема, упрощения в сборке (подкрановые балки, плиты).
  • Сборно-монолитные блоки конструкции. С помощью таких блоков достигается более длительная эксплуатация. При возведении таких конструкций все отдельные части соединяют так, что в процессе эксплуатации они объединяются в целое и выполняют свои функции в одном направлении.
  • Уменьшение расхода арматуры до 40% вследствие более качественному применению свойств металла, помещенного в напряженное состояние.

Производство позволяет тратить гораздо меньше арматуры на данный материал.

Предварительно напряженный железобетон имеет и свои минусы:

  • Трудоемкость процесса изготовления.
  • Трудно проводимый контроль по проверке армирования изготовленного элемента.
  • Значительный вес ЖБИ. Только применяя легкие заполнители или пустотные конструкции с тонкими стенами достигают значительного уменьшения массы.
  • Необходимость привлечения высококвалифицированных специалистов.

Процесс производства

Существует несколько способов натяжения арматуры:

Производство материала может выполняться по электротермической методике.

  • механический (домкраты винтового или гидравлического типа);
  • электротермический (стального пруток удлиняется до нужных значений с применением электротока;
  • электротермомеханический (комбинация первого и второго метода).

Напряженный бетон изготавливается с помощью прокладки металлических составляющих с высокой прочностью на растяжение, растягивая ее специальным аппаратом и сверху производят заливку бетона. Когда смесь затвердевает напряженность стальной проволоки переходит к бетону вокруг арматуры, что частично или целиком позволяет убрать напряжение от эксплуатационной нагрузки конструкции.

Инструменты и материалы

К материалам ЖБИ с преднапряжением применяют требования согласно существующим нормативным документам:

Армируют ЖБИ конструкции преднапряженного типа следующими материалами:

  • арматура периодического профиля класса А-Шв горячекатаная с вытяжкой в ее холодном состоянии;
  • листовая сталь горячего катания класса Ат-V;
  • арматурные проволочные пряди из свитых проволок.

Для осуществления процесса необходимо подготовить следующие материалы и инструменты:

Для такой работы понадобятся монтажные прутки.

  • прутки (монтажные, распределительные);
  • вязальная проволока;
  • инструмент для нарезания прутков;
  • щиты для опалубки при заливки бетонной смесью.

Преднапряжение и этапы работ

Обжатие может происходить 2 методами: с натяжением стали на упоры и на бетон. При первом методе арматура растягивается на торцах и бетонируется, после освобождая элемент. Второй метод заключается в изготовлении формы с пазами. После заливки и набирания прочности вводится арматура в подготовленные пазы натягивая и заанкеривая ее. Далее заполняют каналы смесью. Этот процесс могут проводить специальные навивочные строительные аппараты.

При данном способе производства подготовленную арматуру нужно растянуть на торцах.

Арматурное напряжение производится механически, электротермически, комбинированно и физико-химически.

Применение бетона в предварительно напряженном состоянии

Преднапряженный бетон используется в разных отраслях строительства для сооружения:

Из материала можно возводить телебашни.

  • высотных башен (в т. ч. телевизионных);
  • большепролетных перекрытия без существенного увеличения расхода бетона и арматуры периодического профиля и жилые здания;
  • резервуаров в форме яйца для очистных городских сооружений (применяется техника за рубежом с использованием монолитного преднапряженного железобетона);
  • водных плотин;
  • корпусов атомных реакторов 1-го поколения и герметичного ограждения атомных электростанций;
  • мостов.

Из такого бетона создают стены, панели ограждения, лестничные марши, основу фундаментов, колонны, столбы линий электропередач, каркасы подземных тоннелей и прочее. Напрягающий цемент для производства изделий из железобетона обеспечит дополнительную водонепроницаемость и прочность конструкции.

Преднапряженный железобетон: история, применение, перспективы развития

Статья посвящена истории разработки, внедрения, практике применения и перспективам развития технологии предварительного напряжения железобетона в России.

Под преднапряженными понимают железобетонные конструкции, напряжение в которых искусственно создаётся в процессе изготовления путём натяжения части или всей рабочей арматуры (обжатия части или всего бетона).

Со времен создания основного строительного материала современности железобетона, едва ли не главным его недостатком являлась низкая прочность при растяжении. Армирование конструкций позволило преодолеть разрушение бетона, однако трещиностойкость оставляла желать лучшего.

Преднапряжение железобетона на стадии изготовления или строительства конструкций, когда направление напряжения в бетоне противоположно направлению напряжения от эксплуатационной нагрузки, позволило преодолеть этот недостаток. Высокий уровень трещиностойкости, полученный в результате предварительного напряжения, исключительно положительно отражается на эксплуатационных свойствах железобетонных конструкций.

В СССР 60-е и 70-е годы ХХ столетия ознаменованы бурным развитием промышленности сборного железобетона, в том числе преднапряженного. В этот период ученые и специалисты отрасли разработали значительный объем нормативно-технической литературы по расчету, проектированию и технологии изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций. В то время был широко распространён электротермический способ натяжения стержневой арматуры. Годовой выпуск преднапряженных железобетонных конструкций составлял порядка 30 млн куб. м.

Читайте также:  Бетонные трубы: виды, состав и маркировка

Прогресс в области технологии высокопрочных бетонов во многом достигнут благодаря применению предварительного напряжения, так как появилась возможность максимально эффективно использовать повышенную прочность бетона при сжатии.

Параллельно с развалом СССР был прерван процесс интенсивного использования преднапряженного железобетона. Выпуск таких конструкций упал более чем в 10 раз. Этому способствовал ряд причин, в том числе и сильно подорожавшая электроэнергия, что сделало электротермический способ натяжения арматуры экономически невыгодным.

Разработка и внедрение механического способа предварительного натяжения железобетонных конструкций позволяет преодолеть этот недостаток. Причём применение данного метода возможно как в производстве сборного железобетона, так и в построечных условиях.

Обжатие бетона на заданную величину осуществляется посредством предварительного натяжения арматурных элементов, стремящихся после их фиксации и отпуска натяжных устройств возвратиться в первоначальное состояние.

В предварительно напряженных конструкциях можно использовать высокоэкономичную стержневую арматуру повышенной прочности и высокопрочную проволочную арматуру, позволяющую сокращать расход дефицитной стали в строительстве в среднем до 50%. Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в этих местах, ограничивает ширину их раскрытия и повышает жесткость элементов, практически не влияя на их прочность.

Предварительное напряжение, увеличивающее жесткость и сопротивление конструкций образованию трещин, повышает их выносливость при работе на воздействие многократно повторяющейся нагрузки. Это объясняется уменьшением перепада напряжений в арматуре и бетоне, вызываемого изменением величины внешней нагрузки. Правильно спроектированные конструкции и здания в целом безопасны в эксплуатации и более надежны, особенно в сейсмических зонах.

В результате применения преднапряженного железобетона в некоторых случаях удаётся снизить общий вес зданий до 40%, что свидетельствует о существенном снижении материалоёмкости строительства (в первую очередь расхода арматуры и бетона) при одновременном сохранении высокого уровня показателей надёжности конструкций. Как следствие, себестоимость строительства зданий сокращается до 30%.

Наряду с экономическим эффектом строительство зданий и сооружений с использованием технологии предварительного напряжения арматурных элементов при возведении зданий из монолитного железобетона позволяет существенно расширить архитектурно-планировочные возможности проектируемых зданий.

В первую очередь, это обусловлено получением практически неограниченных возможностей планирования внутреннего пространства в связи с увеличением пролётов между несущими колоннами до 18 м, получением плоских безбалочных перекрытий, соответственно открывающимися широкими возможностями расстановки внутренних стен и перегородок. Появляется возможность проектирования и возведения зданий с разнообразным архитектурным обликом за счёт достаточно широких пределов варьирования формой контуров здания в горизонтальном разрезе.

Несмотря на то, что в развитых зарубежных странах технология предварительного напряжения монолитных железобетонных конструкций в построечных условиях успешно практикуется на протяжении последних десятилетий, в России этот метод строительства на практике получил импульс к развитию и активному применению только в наши дни.

Благодаря многолетним совместным усилиям специалистов ГУП «НИИЖБ» и АО «СТЭФС», к настоящему времени удалось успешно внедрить в строительство технологию преднапряжения железобетона в построечных условиях.

На сегодняшний день технология применяется в строительстве зданий и сооружений различного назначения: жилых, офисных, производственных, складских и торговых. География применения преднапряженного железобетона также широка. Наряду со столицей подобным образом активно застраиваются города Подмосковья, Санкт-Петербург, Великий Новгород, Ярославль, Воронеж, Саратов.

За последние два года на территории России с применением технологии предварительного напряжения монолитного железобетона АО «СТЭФС» построено около 375 000 кв.м зданий и сооружений различного назначения. Из них новое строительство – 367 000 кв.м, реконструкция – 8 000 кв.м.

Обобщение результатов системной оценки показателей строительства с применением преднапряженного железобетона позволяют количественно оценить (в процентном соотношении) изменения того или иного показателя относительно значений тех же показателей, получаемых при применении традиционных методов строительства без предварительного напряжения железобетона (см. таблицу).

Сравнительная эффективность строительства с применением преднапряженного железобетона (обобщенные данные по 7 объектам)
Наименование показателяЭффект* (%)
Шаг колонн (пролёты), м+ (30 / 100)%
Толщина перекрытий, см– (5 / 20)%
Трудоёмкость, чел/ч– (5 / 25)%
Энергоёмкость, кВт/ч– (15 / 35)%
Затраты на эксплутацию машин и оборудования, руб.– (20 / 30)%
Заработная плата, руб.– (5 / 15)%
Расход арматуры, т.– (35 / 75)%
Расход бетона, куб/м– (5 / 25)%
Себестоимость, руб.– (10 / 30)%

Важное значение имеет расширение области применения технологии преднапряжения. Как показывает практика за рубежом, она широко применяется в дорожном строительстве. Высокий уровень жёсткости и трещиностойкости предварительно напряженного железобетона определяет эффективность его использования при возведении автомагистралей и взлётно-посадочных полос.

На базе этой технологии может быть сделан существенный шаг вперед в области высотного строительства, где основная проблема связана с тем, что верхние этажи чрезвычайно нагружают нижние. В предлагаемом варианте этажность здания может быть увеличена вдвое без повышения нагрузки на нижний этаж и основание.

Зарубежный опыт показывает высокую эффективность применения высокую эффективность применения предварительного напряжения в монолитных плитных фундаментах большой протяженности, в монолитных безбалочных перекрытиях, в опорных устройствах и постаментах под тяжелое оборудование, в несущих монолитных конструкциях подземных сооружений, в том числе многоэтажных. Имеются примеры предварительного напряжения при реставрации исторических памятников.

Как показывает практика, предварительное напряжение железобетона демонстрирует новые возможности и определяет перспективу развития железобетона в качестве материала для возведения современных зданий и сооружений.

Обычный и предварительно напряженный железобетон. Положительные и отрицательные свойства железобетона.

Сущность железобетона. Его достоинства и недостатки

Железобетон – это комплексный строительный материал, состоящий из бетона и стальной арматуры, деформирующихся совместно вплоть до разрушения конструкции.

В приведенном определении выделены ключевые слова, отражающие сущность материала. Для выявления роли каждого из выделенных понятий рассмотрим более подробно суть каждого из них.

Бетон – это искусственный камень, который, как и любой каменный материал, имеет достаточно высокое сопротивление сжатию, а сопротивление растяжению у него в 10¸20 раз меньше.

Стальная арматура имеет достаточно высокое сопротивление как при сжатии, так и при растяжении.

Объединение этих двух материалов в одном позволяет рационально использовать достоинства каждого из них.

На примере бетонной балки рассмотрим, как используется прочность бетона в изгибаемом элементе (рис. 1а). При изгибе балки выше нейтрального слоя возникают сжимающие напряжения, а нижняя зона растянута. Максимальные напряжения в сечениях будут в крайних верхних и нижних волокнах сечения Как только при загружении балки напряжения в растянутой зоне достигнут предела прочности бетона при растяжении Rbt, произойдет разрыв крайнего волокна, т.е. появится первая трещина. За этим последует хрупкое разрушение, т.е. излом балки. Напряжения в сжатой зоне бетона sbc в момент разрушения составят всего 1/10 ¸ 1/15 часть от предела прочности бетона при сжатии Rb, т.е. прочность бетона в сжатой зоне будет использована на 10% и меньше.

На примере железобетонной балки с арматурой рассмотрим, как здесь используется прочность бетона и арматуры. Первые трещины в растянутой зоне бетона появятся практически при той же нагрузке, что и в бетонной балке. Но, в отличие от бетонной балки, появление трещины не приводит к разрушению железобетонной балки. После появления трещин растягивающее усилие в сечении с трещиной будет восприниматься арматурой, и балка будет способна воспринимать возрастающую нагрузку. Разрушение железобетонной балки произойдет только тогда, когда напряжения в арматуре достигнут предела текучести, а напряжения в сжатой зоне – предела прочности бетона при сжатии. При этом, вначале, когда в арматуре достигается предел текучести sтек, балка начинает интенсивно прогибаться за счет развития в арматуре пластических деформаций. Этот процесс продолжается до тех пор , пока раздавится бетон сжатой зоны при достижении в нем предела прочности при сжатии Rb. Так как уровень напряжений в бетоне и арматуре в этом состоянии гораздо выше, чем величина Rbt, то это означает, что оно должно быть вызвано большей нагрузкой (N на рис. 1-б). Вывод– целесообразность железобетона состоит в том, что растягивающие усилия воспринимает арматура, а сжимающие – бетон. Следовательно, основное назначение арматуры в железобетоне состоит в том, что именно она должна воспринимать растяжение ввиду незначительной прочности бетона растяжению. Путем армирования несущая способность изгибаемого элемента, по сравнению с бетонным, можно повысить более чем в 20 раз.

Совместное деформирование бетона и арматуры, установленной в нем, обеспечивается за счет сил сцепления, которые возникают при твердении бетонной смеси. При этом сцепление формируется за счет нескольких факторов, а именно: во-первых, благодаря адгезии (приклеивания) цементного теста к арматуре (очевидно, что доля этой составляющей сцепления невелика); во-вторых, за счет обжатия арматуры бетоном вследствие усадки его при твердении; в-третьих, за счет механического зацепления бетона о периодическую (рифленую) поверхность арматуры. Естественно, что для арматуры периодического профиля эта составляющая сцепления наиболее существенна, поэтому сцепление арматуры периодического профиля с бетоном в несколько раз превышает таковую для арматуры с гладкой поверхностью.

Само существование железобетона и его хорошая долговечность оказались возможными благодаря выгодному сочетанию некоторых важных физико – механических свойств бетона и стальной арматуры, а именно:

1) бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и под нагрузкой оба этих материала деформируются совместно;

2) бетон и сталь имеют близкие значения коэффициентов линейного температурного расширения. Именно поэтому при изменениях температуры окружающей среды в пределах +50 о С ¸ -70 о С не происходит нарушения сцепления между ними, так как они деформируются на одинаковую величину;

3) бетон защищает арматуру от коррозии и непосредственного действия огня. Первое из этих обстоятельств обеспечивает долговечность железобетона, а второе – огнестойкость его при возникновении пожара. Толщина защитного слоя бетона и назначается именно из условий обеспечения необходимой долговечности и огнестойкости железобетона.

При использовании железобетона в качестве материала для строительных конструкций очень важно понимать достоинства и недостатки материала, что позволит применять его рационально, уменьшая неблагоприятное влияние его недостатков на эксплуатационные качества конструкции.

К достоинствам (положительным свойствам) железобетона относят:

1. Долговечность – при правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить неопределенно долгое время без снижения несущей способности.

2. Хорошая сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам.

4. Малые эксплуатационные расходы.

5. Дешевизна и хорошие эксплуатационные качества.

К основным недостаткам железобетона относятся:

1. Значительный собственный вес. Этот недостаток в некоторой степени устраняется при использовании легких заполнителей, а также при применении прогрессивных пустотных и тонкостенных конструкций (то есть за счет выбора рациональной формы сечений и очертания конструкций).

2. Низкая трещиностойкость железобетона (из рассмотренного выше примера следует, что в растянутом бетоне должны быть трещины при эксплуатации конструкции, что не снижает несущей способности конструкции). Указанный недостаток может быть снижен с применением преднапряженного железобетона, которое служит радикальным средством повышения его трещиностойкости (сущность преднапряженного железобетона рассмотрена в теме 1.3 ниже.

3. Повышенная звуко- и теплопроводность бетона в отдельных случаях требуют дополнительных затрат на тепло- или звукоизоляцию зданий.

4. Невозможность простого контроля по проверке армирования изготовленного элемента.

5. Трудности усиления существующих железобетонных конструкций при реконструкции зданий, когда увеличиваются нагрузки на них.

Преднапряженный железобетон: его сущность и способы создания предварительного напряжения

Иногда образование трещин в конструкциях, в которых недопустимо по условиям эксплуатации (например, в резервуарах; трубах; конструкциях, экспуатирующихся при воздействии агрессивных сред). Чтобы исключить этот недостаток железобетона, применяют предварительно напряженные конструкции. Таким образом, можно избежать появления трещин в бетоне и уменьшить деформации конструкции в стадии эксплуатации.

Рассмотрим краткое определение предварительно напряженного железобетона.

Предварительно напряженной называют такую железобетонную конструкцию, в которой в процессе изготовления создают значительные сжимающие напряжения в бетоне той зоны сечения конструкции, которая при эксплуатации испытывает растяжение (рис.2).

Читайте также:  Железобетонные плиты: виды, маркировка, технология производства и монтаж

Как правило, начальные сжимающие напряжения в бетоне создают с использованием предварительно растягиваемой высокопрочной арматуры

За счет этого повышается трещиностойкость и жесткость конструкции, а также создаются условия для применения высокопрочной арматуры, что приводит к экономии металла и снижению стоимости конструкции.

Удельная стоимость арматуры снижается с увеличением прочности арматуры. Поэтому высокопрочная арматура значительно выгоднее обычной. Однако применять высокопрочную арматуру в конструкциях без преднапряжения не рекомендуется, т. к. при высоких растягивающих напряжениях в арматуре трещины в растянутых зонах бетона будут значительно раскрыты, снижая при этом необходимые эксплуатационные качества конструкции.

Преимущества преднапряженного железобетона перед обычным – это, прежде всего, его высокая трещиностойкость; повышенная жесткость конструкции (за счет обратного выгиба, получаемого при обжатии конструкции); лучшее сопротивление динамическим нагрузкам; коррозионная стойкость; долговечность; а также определенный экономический эффект, достигаемый применением высокопрочной арматуры.

В предварительно напряженной балке под нагрузкой (рис. 2) бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. На примере двух балок видно, что трещины в преднапряженной балке образуются при более высокой нагрузке, но разрушающая нагрузка для обеих балок близка по значению, поскольку предельные напряжения в арматуре и бетоне этих балок одинаковы. Гораздо меньше также и прогиб преднапряженной балки.

При производстве преднапряженных железобетонных конструкций в заводских условиях возможны две принципиальные схемы создания преднапряжения в железобетоне :

преднапряжение с натяжением арматуры на упоры и на бетон.

При натяжении на упоры арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец ее закрепляют на упоре, другой натягивают домкратом или иным приспособлением до контролируемого напряжения. Затем изделие бетонируется, пропаривается и после приобретения бетоном необходимой кубиковой прочности для восприятия обжатия Rbp арматуру отпускают с упоров. Арматура, стремясь укоротиться в пределах упругих деформаций, при наличии сцепления с бетоном увлекает его за собой и обжимает его (рис. 3-а).

При натяжении арматуры на бетон(рис. 3-б) сначала изготавливают бетонный или слабоармированный элемент, затем по достижении бетоном прочности Rbp создают в нем предварительное сжимающее напряжение. Это осуществляется следующим образом: напрягаемую арматуру заводят в каналы или пазы, оставляемые при бетонировании элемента, и натягивают с помощью домкрата, упираясь прямо в торец изделия. При этом обжатие бетона происходит уже в процессе натяжения арматуры. При этом способе напряжения в арматуре контролируют после окончания обжатия бетона. Каналы в бетоне, превышающие диаметр арматуры на (5¸15)мм создают укладкой извлекаемых впоследствии пустотообразователей (стальных спиралей, резиновых трубок и т.д.). Сцепление арматуры с бетоном достигается за счет того, что после обжатия инъецируют (нагнетают в каналы цементное тесто или раствора под давлением через заложенные при изготовлении элемента тройники – отводы). Если напрягаемую арматуру располагают с внешней стороны элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров и т.п.), то навивку ее с одновременным обжатием бетона выполняют специальными навивочными машинами. В этом случае на поверхность элемента после натяжения арматуры наносят торкретированием защитный слой бетона.

Натяжение на упоры является более индустриальным способом в заводском производстве. Натяжение на бетон применяется главным образом для крупноразмерных конструкций, создаваемых непосредственно на месте их возведения.

Натяжение арматуры на упоры можно осуществлять не только с помощью домкрата, но и электротермическим способом. Для этого стержни с высаженными головками разогревают электротоком до 300 – 350°С, заводят в форму и закрепляют в упорах форм. При восстановлении начальной длины в процессе остывания арматура оказывается растянутой. Арматуру можно также натягивать электротермомеханическим способом (представляет собой комбинацию первых двух способов).

Железобетон находит применение практически во всех областях промышленного и гражданского строительства:

– В промышленных и гражданских зданиях из железобетона выполняют: фундаменты, колонны, плиты покрытий и перекрытий, стеновые панели, балки и фермы, подкрановые балки, т.е. практически все элементы каркасов одно- и многоэтажных зданий.

– Специальные сооружения при строительстве промышленных и гражданских комплексов – подпорные стены, бункеры, силосы, резервуары, трубопроводы, опоры линий электропередач и т.д.

– В гидротехническом и дорожном строительстве из железобетона выполняют плотины, набережные, мосты, дороги, взлетные полосы и т.д

Предварительно напряженные железобетонные конструкции: использование

Сущность.

Под предварительно напряженными понимают железобетонные конструкции, элементы, изделия, в которых предварительно, т. е. в процессе изготовления, искусственно созданы в соответствии с расчетом начальные напряжения растяжения в части или во всей рабочей арматуре и обжатие всего или части бетона.

Обжатие бетона в предварительно напряженных конструкциях на заданную величину осуществляется предварительно натянутой арматурой, стремящейся после отпуска натяжных устройств возвратиться в первоначальное состояние (рис. 14). При этом проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным естественным сцеплением, а при недостаточности естественного сцепления – специальной искусственной анкеровкой торцов арматуры в бетоне. Начальное предварительное напряжение арматуры, создаваемое в результате искусственного натяжения арматуры, после отпуска натяжных устройств снижается за счет относительного упругого обжатия бетона.

С течением длительного времени потери предварительного напряжения арматуры существенно увеличиваются за счет усадки и ползучести бетона и арматуры, релаксации напряжений арматуры и многих других факторов.

Сущность предварительно напряженных железобетонных конструкций нетрудно проследить, например, посредством сопоставления диаграмм, центральнорастянутых элементов соответственно с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой (рис. 15). Арматура, стараясь возвратиться в первоначальное положение, обжимает бетон с напряжением (рис, 15, б).

При этом образец (рис. 15, в) сожмется на величину упругого обжатия бетона (для большей наглядности принимаем, что потери предварительного напряжения арматуры от усадки и ползучести бетона, ползучести арматуры, релаксации напряжений стали еще не успели проявиться).

Установившееся предварительное напряжение растяжения в арматуре, (рис. 15, а, точка 2), будет уравновешиваться напряжением предварительного обжатия бетона (рис. 15, б и в).

С этими предварительными напряжениями в арматуре и в бетоне железобетонный элемент (см. рис. 15, в) поступает на строительную площадку.

Рассмотрим принципиальное отличие предварительно напряженных конструкций от конструкций без предварительного напряжения.

Еще до приложения внешней нагрузки в арматуре предварительно напряженных конструкций действуют значительные предварительные напряжения растяжения (см. рис. 15, а, точка 2), обжимающие бетон элементов (см. рис. 15, б и в).

Внешняя растягивающая сила N (рис. 15, г) вызывает относительное удлинение предварительно напряженного элемента. Вследствие этого предварительное обжатие бетона погасится.

С возрастанием внешней нагрузки N будет возрастать е вплоть до величины упругого обжатия бетона.

При величине внешней силы N, равной силе предварительного напряженияарматуры (рис. 15, д), происходит полное погашение предварительного обжатия бетона. С дальнейшим возрастанием внешней нагрузки в бетоне появятся растягивающие напряжения, которые будут возрастать вплоть до расчетного сопротивления (предела прочности бетона на растяжение) (рис 15, е), точно так же, как и в железобетонных элементах (см. рис. 15, а, кривая III), без предварительного напряжения. Как только относительное удлинение бетона достигнет предельной величины, в предварительно напряженном элементе, как и в железобетонном элементе без предварительного напряжения, появится трещина.

Следовательно, трещиностойкость предварительно напряженных конструкций в 2…3 раза больше трещиностойкости железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Это обусловлено тем, что предварительное обжатие арматурой бетона, значительно превосходит предельную деформацию натяжения бетона. Точка 9 характеризует образование трещин в железобетонных конструкциях, а точка 11 — в предварительно напряженных конструкциях.

Чем выше натяжение арматуры и сильнее обжатие бетона, тем меньше участок 12. 13, на котором происходит образование и раскрытие трещин. При совпадении точек 12 и 13 трещины в предварительно напряженном элементе не образуются вплоть до разрыва арматуры. При растяжении железобетонного элемента бетон может деформироваться совместно с арматурой только в пределах участка 0. 9 (см. рис. 15, а), а на протяжении участка 9. 13 и далее в нем происходит образование новых трещин и раскрытие старых.

Прочность предварительно напряженных конструкций не зависит от величин предварительного напряжения арматуры. Вот почему расчет на прочность любых предварительно напряженных конструкций ничем не отличается от расчета на прочность железобетонных конструкций без предварительного напряжения.

Все сказанное позволяет заключить, что природа предварительно напряженных конструкций та же, что и железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Создание предварительных напряжений растяжения в арматуре и обжатия бетона до приложения эксплуатационных нагрузок не оказывает значительного влияния на основные физико-механические свойства железобетона.

Предварительно напряженные конструкции являются общим видом железобетонных конструкций, а железобетонные конструкции без предварительного напряжения являются всего лишь их частным случаем. При этом необходимо иметь в виду, что предварительное обжатие бетона существенно повышает трещиностойкость наклонных сечений и границу переармирования и заметно может понизить прочность сжатой зоны сечения.

Преимущества.

В предварительно напряженных конструкциях представляется возможность использовать высокоэкономичную стержневую арматуру повышенной прочности и высокопрочную проволочную арматуру, позволяющих в среднем до 50% сокращать расход дефицитной стали в строительстве. Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в растянутых зонах элементов, ограничивает ширину их раскрытия и повышает жесткость элементов, практически не влияя на их прочность.

Предварительно напряженные конструкции часто оказываются экономичными для зданий и сооружений с такими пролетами, нагрузками и условиями работы, при которых применение железобетонных конструкций без предварительного напряжения технически невозможно или вызывает чрезмерно большой перерасход бетона и стали для обеспечения требуемой жесткости и несущей способности конструкций. Применение предварительного напряжения позволяет наиболее рационально выполнять стыки сборных элементов конструкций, обжимая их напрягаемой арматурой. При этом существенно сокращается расход дополнительного металла в стыках или совсем отпадает необходимость в его применении.

Предварительное напряжение позволяет расширить использование сборных и сборно-монолитных конструкций составного течения, в которых бетон повышенной прочности применяется только в заранее изготовленных предварительно напряженных элементах, а основная или значительная часть конструкций выполняется из тяжелого или легкого бетона, не подвергаемого предварительному напряжению.

Предварительное напряжение, увеличивающее сопротивление конструкций образованию трещин, повышает их выносливость при работе на воздействие многократно повторяющейся нагрузки. Это объясняется уменьшением перепада напряжений в арматуре и бетоне, вызываемого изменением величины внешней нагрузки. Правильно запроектированные предварительно напряженные конструкции безопасны в эксплуатации, так как показывают перед разрушением значительные прогибы, предупреждающие об аварийном состоянии конструкций.

С возрастанием процента армирования сейсмостойкость предварительно напряженных конструкций во многих случаях повышается (особенно при тавровых сечениях с полкой в сжатой зоне и легких бетонах). Это объясняется тем, что благодаря применению более прочных и легких материалов сечения предварительно напряженных конструкций в большинстве случаев оказываются меньшими по сравнению с железобетонными конструкциями без предварительного напряжения той же несущей способности, а следовательно, более гибкими и легкими. Повышению сейсмостойкости способствует также пространственная работа зданий и сооружений в целом, получаемая обжатием их отдельных частей предварительно напряженной арматурой. Наиболее сейсмостойкими являются напряженные конструкции, обладающие существенным превышением несущей способности над пределом трещиностойкости.

Недостатки.

Железобетонным конструкциям с предварительно напряженной арматурой присущи следующие основные недостатки.

Предварительно напряженные конструкции характеризуются повышенной трудоемкостью проектирования и изготовления. Они требуют большей тщательности в расчете и конструировании, при изготовлении, хранении, транспортировании и монтаже, так как еще до приложения внешних нагрузок в сечениях их элементов могут возникнуть недопустимые сжимающие или растягивающие напряжения, способные привести в аварийное состояние. Например, в торцах предварительно напряженных конструкций при сосредоточенном и неравномерном приложении усилий обжатия могут возникнуть продольные трещины, существенно снижающие их несущую способность. Если не учитывать специфические особенности создания предварительного напряжения, то условия работы под нагрузкой всей конструкции или отдельных ее частей могут ухудшаться.

Читайте также:  Полистиролбетонные перемычки: особенности, виды и преимущества

Большие усилия, передаваемые напрягаемой арматурой на бетон конструкции в момент отпуска натяжных устройств, могут привести к полному разрушению ее в процессе обжатия или местному повреждению, к проскальзыванию напрягаемой арматуры вследствие нарушения ее сцепления с бетоном. Поэтому нормы требуют в обязательном порядке тщательно проверять прочность предварительно напряженных конструкций в стадии обжатия, при хранении, транспортировке и монтаже и выполнять предусмотренные конструктивные требования. Предварительно напряженные конструкции требуют усложнения и повышения металлоемкости опалубки, трудоемкости армирования, увеличения расхода металла на закладные детали и на монтажную арматуру.

За счет применения материалов повышенной прочности масса предварительно напряженных конструкций оказывается значительно меньше массы железобетонных конструкций без предварительного напряжения, однако она остается выше массы металлических и особенно деревянных конструкций. Широкое внедрение в практику строительства конструкций из легких и ячеистых бетонов, армоцемента, ажурных тонкостенных пространственных, сетчатых и висячих конструкций позволяет значительно приблизить массу предварительно напряженных конструкций к массе металлических конструкций.

Большая тепло- и звукопроводность железобетона требует усложнения конструкции и дополнительного применения прокладок из тепло- и звукоизолирующих материалов.

Усиление предварительно напряженных конструкций не сложнее усиления железобетонных конструкций, но значительно сложнее усиления стальных и особенно деревянных конструкций. Производство работ по усилению предварительно напряженных конструкций отличается большой сложностью, трудоемкостью и стоимостью.

Предварительно напряженные конструкции несгораемы, но их огнестойкость ниже огнестойкости железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Это связано с тем, что критические температуры, до которых возможно безопасное нагревание предварительно напряженной арматуры, ниже по сравнению с ненапрягаемой арматурой. Например, прочность высокопрочной проволоки, подвергнутой холодной обработке (имеющей наклеп), начиная с температуры 200°С, заметно понижается и при 600°С составляет около 2/3 первоначальной прочности. Стержневая арматура периодического профиля, упрочненная вытяжкой, теряет наклеп при температуре свыше 400 °С. Таким образом, при пожаре огнестойкость предварительно напряженных конструкций окажется обеспеченной, если не будет превышена критическая температура для данного типа арматуры. Достичь этого возможно только при увеличении защитного слоя бетона.

Нормы допускают применение предварительно напряженных конструкцийизтяжелого и легкого бетона на цементном вяжущем при систематическом периодическом воздействии повышенных (температура нагрева не должна изменяться более одного раза в сутки на 30°С и одного раза в неделю — на 100°) и стационарном воздействии технологических температур до 200°С. При больших температурах рекомендуется применение жаростойкого железобетона.

Предварительно напряженные конструкции отличаются недостаточной коррозийной стойкостью.

Коррозия цементного камня в бетоне может происходить за счет:

1) выщелачивания из него извести мягкими водами, обусловливающего образование на поверхности бетона белых подтеков («белая смерть» бетона);

2) образования растворимых и уносимых водой продуктов, связанных с обменными реакциями при действии на бетон растворов кислот и некоторых солей;

3) образования кристаллизующихся солей в порах и капиллярах бетонных элементов, например при действии растворов сульфатов, приводящих к растрескиванию элементов (цементная бацилла). Все три вида коррозии цементного камня снижают защитные свойства бетона по отношению к арматуре и могут вызвать опасную коррозию арматуры.

Коррозия арматуры может вознинуть также вследствие недостаточного содержания цемента в бетоне, наличия в нем вредных добавок (например, поваренной соли), раскрытия трещин более 0,4 мм, недостаточной толщины защитного слоя, малой плотности бетона. Коррозийные поражения резко снижают несущую способность и пластические свойства высокопрочной арматуры, вызывают растрескивание термически упрочненной арматуры, что вызывает внезапное хрупкое разрушение предварительно напряженных конструкций.

Основные мероприятия по защите железобетона от коррозии сводятся к следующему:

– предупреждение образования трещин или ограничение их раскрытия;

– ограничение степени агрессивности окружающей среды;

– применение плотных и водонепроницаемых бетонов на специальных сульфатостойких цементах;

– защита поверхностей разнообразными полимерными материалами, кислотоупорной штукатуркой, керамической облицовкой, оклеечной и обмазочной изоляцией;

– перерасход арматуры до 10. 20%; увеличение защитного слоя бетона до 25 мм.

Нефть и ее погоны уменьшают сопротивление бетона растяжению, сжатию и сцепление с арматурой, вследствие чего бетон становится проницаемым для жидкостей.

Растительные и животные масла и жиры, особенно прогорклые, содержат жирную кислоту, которая омыляет известь бетона и образует разрушающее бетон известковое мыло.

Сахар, сиропы, патока образуют с известью растворимые соли — сахараты, которые быстро разрушают свежий бетон.

Спирты сами по себе не вредны, но извлекая из бетона воду, высушивают его и прекращают процесс твердения. Перечисленные основные недостатки железобетонных конструкций незначительны по сравнению с их многочисленными крупными достоинствами. Отрицательное влияние многих недостатков может быть существенно снижено высококачественными проектированием, изготовлением, монтажом и эксплуатацией железобетонных конструкций.

Вот почему, несмотря на короткую историю развития (

135 лет), они получили массовое распространение при строительстве самых ответственных и уникальных зданий и сооружений. Нет ни одной области капитального строительства, в которой с успехом не могли бы быть использованы современные железобетонные конструкции и особенно предварительно напряженные. При правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить длительное время без снижения несущей способности, потому что прочность бетона возрастает с течением времени и он надежно защищает арматуру от коррозии.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции: использование

КАЧЕСТВЕННО

БЫСТРО

SEO оптимизация

адаптивная верстка

Ремонт в регионах

  1. Главная
  2. Строительство
  3. Перекрытия зданий
  4. Виды предварительно напряженных элементов

Арматура высокой прочности не может быть полностью использована в обычных железобетонных конструкциях вследствие чрезмерного развития трещин в бетоне при больших напряжениях в арматуре.

Этот недостаток исключается в предварительно напряжённых конструкциях. В таких конструкциях железобетон имеет предварительные (до действия эксплуатационной нагрузки) напряжения — растягиваюпще в арматуре и сжимающие в бетоне. Предварительно напряжённое состояние достигается в процессе изготовления конструкций, обычно искусственным натяжением арматуры до или после бетонирования.

Предварительно напряжённый железобетон

Применение высокопрочной арматуры в сочетании с предварительным, напряжением сокращает расход стали до 40—50% и бетона до 10—20%.

Предварительное напряжение не только повышает трещиноустойчивость железобетона при полном использовании высокой прочности стали, но и улучшает упругие свойства конструкций, увеличивает жёсткость и водонепроницаемость их.

В жилищно-гражданском строительстве имеют широкое применение предварительно напряженные железобетонные конструкции (балки и элементы настила перекрытий, прогоны, стеновые панели и панели перекрытий и др.).
Ниже указаны некоторые виды предварительно напряженных элементов для жилищно-гражданского строительства, применяемых в настоящее время.

  • Сплошные двухслойные панели пролетом 4—6 м, высотой поперечного сечения 160 мм и шириной 395, 590, 790, 990, 1190 и 1595 мм.Нижний слой 35—45 мм. в котором располагается предварительно напряженная арматура, выполняется из бетона марки не ниже 400. Верхний слой выполняется из легкого бетона марки не менее 150 на шлаковых заполнителях В качестве предварительно напряженной арматуры применяется проволока диаметром 3 мм (гладкая) и 5 мм (периодического профиля) с пределом прочности, соответственно, 17 000 и 14 500 кг/см2.
  • Настилы, фундаментные блоки, лестничные марши и площадки, армированные струнобетонными брусками.

Материалы для предварительно напряженных железобетонных конструкций

Для предварительно напряженных железобетонных конструкций применяются бетоны преимущественно высокомарочные, начиная от марка 200 до 600 и выше. Кубиковая прочность бетона к моменту предварительного напряжения должна составлять не менее 70% от его проектной марки.

Наиболее целесообразной арматурой является высокопрочной из твердой углеродистой стали. Специально для предварительно напряженных железобетонных конструкций выпуск каются высокопрочная гладкая проволока и высокопрочная проволока периодического профиля.

Нормативные сопротивления высокопрочной арматуры находятся в пределах от 12 000 до 20 000 кг/см2.
Высокопрочную проволоку применяют в изделиях массового назначения, изготовляемых непрерывным армированием (плиты и линейные конструкции, напорные трубы) в большепролетных покрытиях (фермы, балки, затяжки арок и др.), в пространственных конструкциях (оболочки, складки, купола и др.), в специальных конструкциях (мачты и опоры электропередачи, аэродромные покрытия и др.).

Горячекатаную повышенной прочности арматуру применяют в конструкциях настилов, панелях перекрытий, плитах и балках покрытий, при повышенных требованиях огнестойкости и при стендовом изготовлении подкрановых балок. Использование горячекатаной арматуры также целесообразно в железобетонных конструкциях, в которых допускается образование трещин.

Характеристика предварительно напряженных конструкций

Идея предварительно напряженных конструкций вызвана к жизни главным образом стремлением получить конструкции, безопасные в отношении: образования трещин.

Причина образования трещин в обычном железобетоне

кроется в малой растяжимости бетона. Первые трещины в бетоне появляются уже при удлинении 0,1—0,15 мм/м, тогда как растянутая арматура при эксплуатационной нагрузке (например, при qa = 1250 кг/см2) получает удлинение в 4—6 раз большее, т. е. при эксплуатационной нагрузке всегда в растянутой зоне бетона имеются волосные трещины (невидимые).
Вследствие малой растяжимости бетона нерационально применять высокопрочную сталь в обычных железобетонных конструкциях, работающих на изгиб; при почти одинаковой величине модуля упругости для разных
сталей из условия eа =ga/Ea, что если при обычной мягкой стали в бетоне наблюдаются волосные трещины, то при арматуре из высокопрочной (твердой) стали (Ra — 15 000 – 20 000 кг/см2) получаются недопустимые трещины.

Выгиб балки от предварительного напряжения и прогиб в стадии эксплуатации

В то же время применение материалов высокой прочности для железобетонных конструкций выгодно, так как стоимость бетона и стали с повышением их марок возрастает медленнее, чем их прочность. Использование высокопрочных материалов и создание конструкций, безопасных в отношении преждевременного образования трещин, стало возможным при условии предварительного обжатия бетона.

Все предварительно напряженные железобетонные конструкции в зависимости от порядка создания этого напряжения разделяются на два основных вида:

  1. конструкции, характеризуемые натяжением арматуры на упоры (до бетонирования); реактивная сила от натяжения арматуры первоначально передается на специальные упоры, а после укладки и отвердения бетона натяжные приспособления освобождаются, и арматура, сокращаясь, передает сжимающие усилия на бетон;
  2. конструкции, характеризуемые натяжением арматуры на бетон; здесь после отвердения бетона производится при помощи домкрата одновременное растяжение арматуры, уложенной в каналах, и обжатие бетона; такое уравновешенное состояние сохраняется закреплением арматуры по концам элемента особыми анкерными устройствами; путем последующей инъекции цементного раствора в канал элемента достигается сцепление арматуры с бетоном, а также и защита ее от коррозии.

Предварительно напряженные конструкции могут быть сборными, сборно-монолитными и монолитными

Сборно-монолитные конструкции обычно состоят из сборных предварительно напряженных элементов (бруски и доски) и из относительно большого объема бетона, укладываемого в конструкцию на месте (в построечных условиях).
Предварительно напряженные конструкции могут быть блочными, составленными из отдельных заранее изготовленных частей; при этом натяжение арматуры используется одновременно как средство для соединения отдельных частей. Применяется несколько методов натяжения арматуры — механический, электротермический и электротермомеханический.

Следует еще сказать о перспективных самонапряженных конструкциях, которых вся арматура подвергается предварительному растяжению за использования энергии особого расширяющегося цемента.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции характеризуют следующие преимущества перед обычными железобетонными

  1. гарантированная (расчетом) безопасность против преждевременного образования трещин; трещиностойкость предварительно напряженных конcтрукций – это главнейшее преимущество их перед обычными железобетонными конструкциями;
  2. возможность рационального использования высокой прочности стали и бетона и, как следствие, экономия металла (до 40—50%) и облегчение конструкций; уменьшение веса элементов (до 30%) существенно смягчает еще один недостаток обычного железобетона его большой собственный вес
  3. возможность целесообразного и выгодного применения конструкций больших пролетов, что ведет к расширению области применения железобетона;
  4. повышенная жесткость меньшие npoгибы из-за отсутствия волосных трещин и создания в элементах при их изготовлении обратных выгибов; это позволяет выполнять конструкции с меньшей высотой поперечного сечения;
  5. большая долговечность конструкций (опять-таки благодаря трещиностойкости при эксплуатационных нагрузках); 6)более высокий предел выносливости, обусловленный незначительными колебаниями напряжений в растянутой арматуре при многократно повторяющейся нагрузке.

Изготовление предварительно напряженных конструкций требует особой тщательности. Например, некачественное заполнение канала цементным раствором при инъецировании может привести к коррозии арматуры, снижению прочности и долговечности конструкции.

Добавить комментарий