Предварительно напряженные железобетонные конструкции

Предварительно напряженные железобетонные конструкции

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.

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.

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.

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.

Читать еще:  Производство газобетона (газобетонных блоков)

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.

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.

Преднапряженные железобетонные конструкции

Железобетонные конструкции — основа современного строительства. Однако они имеют существенные изъяны, связанные, в первую очередь, с недостаточной нагрузочной способностью и образованием трещин в камне при эксплуатационных нагрузках. Усовершенствование технологии изготовления изделий из бетона и стальной арматуры привело к созданию преднапряженного железобетона, который обладает рядом преимуществ.

Определение

Предварительно напряженные железобетонные конструкции — строительные изделия, бетон которых на этапе создания принудительно получает начальную расчетную напряженность сжатия. Она создается за счет предварительного формирования напряжения растяжения в рабочей высокопрочной арматуре и обжатия ею бетона на тех участках, которым предстоит испытывать растяжение (прогиб) при эксплуатации. Сжимаясь, арматура не проскальзывает, так как сцеплена с материалом или удерживается анкерным закреплением арматуры на торцах изделий. Таким образом, напряжение растяжения, которое приобретает железобетонный состав с помощью армирования, уравновешивает напряженность заблаговременного обжатия камня.

Преимущества

Предварительно напряженный железобетон долгосрочно отодвигает время начала формирования расколов в изделиях, работающих на прогиб, сокращает глубину их раскрывания. Вместе с тем изделия приобретают повышенную жесткость, не снижая прочности.

Предварительно напряженным железобетонным балкам свойственно хорошо работать на сжатие и прогиб, имея одинаковую прочность по длине, что позволяет увеличивать ширину перекрываемых пролетов. В таких конструкциях уменьшаются размеры поперечного сечения, следовательно, сокращаются объем и вес комплектующих элементов (на 20 – 30%), а также расход цемента. Более рациональное использование свойств стали позволяет сокращать расход арматуры (стержневой и проволочной) до 50%, особенно из высокопрочных марок (A-IV и выше), имеющих значительный предел прочности. Химическая нейтральность бетона к стали способствует предохранению арматуры от коррозии. Вместе с тем повышенная трещиностойкость предохраняет напряженную арматуру от ржавления в сооружениях, которые находятся под постоянным давлением воды, иных жидкостей, газов.

Методы возведения зданий, используемые в строительстве каркаса, базируются на технологии предварительного напряжения конструкций из железобетона в процессе строительства.

Напряженная арматура, обжимающая бетон сборочных единиц, обеспечивает практичную их стыковку путем значительного сокращения расходования металла на стыках. Сборные и сборно-монолитные изделия из железобетонных напряженных конструкций могут состоять из стыкуемых частей с одинаковым поперечным сечением, которые по краям выполняются из ненапряженных облегченных (тяжелых) бетонов, а нагружаемый фрагмент — преднапряженный железобетон. Такая продукция имеет повышенную выносливость, компенсируя повторяющиеся динамические воздействия.

Данное свойство позволяет демпфировать изменения напряжений в бетоне и арматуре, вызываемые колебаниями внешних нагрузок. Повышенная сейсмическая стойкость зданий повышается за счет большой конструкционной устойчивости напряженного железобетона, обжимающего отдельные их фрагменты. Конструкция в предварительно напряженном виде обеспечивает большую безопасность, так как ее разрушению предшествует запредельный прогиб, сигнализирующий об исчерпании конструкцией прочности.

Недостатки

Состояние предварительного напряжения в материале достигается спецоборудованием, точными расчетами, трудоемким конструированием и затратным производством. Продукция требует бережного хранения, транспортировки и монтажа, которые не вызывают ее аварийного состояния еще до начала использования.

Сосредоточенные нагрузки могут способствовать возникновению продольных трещин, которые снижают несущую способность. Просчеты в проектировании и технологии производства могут вызывать полное разрушение создаваемого железобетонного изделия на стапеле. Предварительно напряженные конструкции требуют металлоемкой опалубки повышенной прочности, увеличенного расхода стали на закладные и арматуру.

Большие значения звуко– и теплопроводности требуют закладывания в тело камня компенсирующих материалов. Подобными железобетонными конструкциями обеспечивается более низкий порог огнестойкости (ввиду меньшей критической температуры нагрева преднапряженной арматурной стали) по сравнению с обычным железобетоном. На преднапряженную бетонную конструкцию критично воздействуют выщелачивание, растворы кислот и сульфатов, солей, приводящие к коррозии цементного камня, раскрытию трещин и коррозии арматуры. Это может приводить к резкому снижению несущей способности стали и внезапному хрупкому разрушению. Также к минусам стоит отнести значительный вес изделий.

Материалы для конструкций

Железобетон — многокомпонентный материал, основными составляющими которого являются бетон и стальная арматура. Параметры их качества определяются особыми требованиями при проектировании к элементам конструкций на месте применения.

Предварительное напряжение в железобетоне обеспечивается применением тяжелых составов средней плотности от 2200 до 2500 кг/м3, которые имеют классы по прочности на осевое растяжение выше Bt0,8, по прочности от В20 и больше, марки по водонепроницаемости от W2 и выше, по морозостойкости от F50. Требования к продукции гарантируют бетону нормативную прочность не ниже установленной с вероятностью 0,95 (в 95% случаев). Смесь должна набрать возраст не меньше 28 суток до получения материалом предварительных напряжений. На ранних стадиях эксплуатации бетонный камень способен частично утерять напряженное качество за счет общего снижения напряженности стали (до 16%). Коэффициент надежности материала на растяжение и сжатие в предельных состояниях установлен для эксплуатационной пригодности не ниже 1,0.

Стальная начинка должна оставаться напряженной в железобетонном изделии на всем интервале эксплуатации, выдерживая без вытяжения длительно приложенные нагрузки. В преднапряженных изделиях из железобетона используется высокопрочная сталь с незначительной текучестью, соответствующей параметрам ползучести бетона.

С целью компенсирования эксплуатационной потери некоторой величины преднапряжения при изготовлении ее значение устанавливают чуть выше, чем предусмотрено строительными требованиями для конструкционного элемента. В продукции применяют горячекатаную упрочненную, холоднодеформированную арматуру, арматурную проволоку (пучки, пакеты, пряди), канаты, сварные каркасы и пр. Поперечное сечение арматуры может быть гладким, периодическим, а укладка проволоки и канатов серповидной и кольцевой.

Сталь должна гарантированно соответствовать установленному классу относительно прочности по преднапряженному растяжению (текучесть металла должна находиться в пределах 0,2% относительного удлинения) с вероятностью от 0,95 и выше. Арматуре необходимо быть пластичной, хладостойкой, свариваемой и пр. Надежное сцепление с бетонной смесью обеспечивается формированием арматурой сложных пространственных поверхностей.

Области использования конструкций

Преднапряженные изделия используются, когда применение обычного железобетона нецелесообразно (перерасход материалов, рост веса и стоимости, невозможность обеспечить несущую прочность и пр.). Сферами их использования являются гражданское, промышленное, специальное и гидротехническое строительство. Объекты — каркасы и мосты с широкими пролетами, напорные трубопроводы, плотины, водонепроницаемые емкости и пр.

А также из них создают подпорные стены, ограждающие панели, лестничные марши, подкрановые балки, фундаменты, колонны, столбы ЛЭП, каркасы тоннелей, междуэтажные перекрытия и пр. Такая продукция незаменима и при возведении построек в условиях взрыво- и сейсмоопасности. Особенно эффективна она при формировании сборно-монолитных конструкций, когда отдельные преднапряженные сборные элементы соединяются в проектном положении арматурой так, что работают как одно целое.

Преднапряженные изделия из железобетона имеют много достоинств. Их недостатки могут быть нивелированы качеством проектирования, производства и монтирования, способствующим длительной эксплуатации.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции

Преднапряжение бетона для повышения его прочности — это современный способ повышения прочности бетонных конструкций. В этой статье мы перечислим преимущества и недостатки предварительно напряженного железобетона.

Бетон используется в различных видах строительства. Имя ‘предварительно’ не означает, что данный вид бетона был поставлен под напряжение, прежде чем строится этаж над ним. Однако, вместо выпучивания под давлением, ему удается стать сильнее, и он приобретает способность выдерживать гораздо большие напряжения, чем обычный бетон.

Но как это сделать. Каковы преимущества и недостатки предварительно напряженного железобетона? Давайте узнаем ответы на эти вопросы, которые помогут лучше это понять.

Читать еще:  Фибробетон: что это такое, где применяется

Что такое предварительно напряженный железобетон?

Бетон в своем обычном состоянии имеет чрезвычайно высокий уровень прочности на сжатие. Это дает возможность использовать его для создания структур, которые должны нести сжимающие нагрузки. Например, он используется для создания колонн и опор для поддержки различных сооружений в больших зданиях.

Однако, по сравнению с его прочностью на сжатие, бетон почти не имеет целостной прочности. Поэтому, если обычный бетон используется для строительства перекрытий, он будет прогибаться под давлением при сжатии на нее, и в конце концов трескается и осыпается. Для устранения этого недостатка, применяется метод преднапряжение. В своей самой основной форме, преднапряжение осуществляется следующим образом.

Ряд стальных тросов приводят в напряжение путем применения оттягивающей силы на их концах, и располагают в бетонный блок. Затем, жидкий бетон заливается в формы и твердеет, что вызывает склеивание между ним и стальными тросами внутри. После этого, кабели пытаются восстановить свою первоначальную форму, они тянут с ними и бетон, создавая компрессию. Это вызывает стресс во внутренних частицах бетона, укрепляя его и делая его отличным материалом для использования в конструкциях. Поскольку напряжения бетона производится до его использования, это называется предварительно напряженный бетон.

Преднапряженный бетон имеет большой объем прочности, как на сжатие, так и на растяжение. Он используется для построения длинных мостов, строительных плит и др.

Преимущества и недостатки предварительно напряженного железобетона

Преимущества

1) высокая прочность на растяжение и трещиностойкость

Обычная бетонная плита, если положить под напряжение, проседает вниз под давлением веса. В таком положении, верхняя часть плиты сжимается, а ее дно находится под напряжением. Поскольку бетон может выдерживать большие объемы сжатия верхняя части плиты способна выдерживать такую нагрузку. Однако, бетон слаб в отношении силы на растяжение. В нижней части плита начинает трескаться, пока вся плита не рухнет вниз.

Преднапряженный бетон имеет высокий запас прочности на растяжение, и поэтому способен нести большие нагрузки без образования трещин или провалов.

2) Ниже глубины

Благодаря своей высокой прочности, предварительно напряженных железобетонных можно использовать, чтобы построить структуры, имеющие значительно меньшую глубину, по сравнению с железобетонными конструкциями. Это имеет два основных преимущества. Если его используют для строительных плит, он не занимает много места, и становятся доступными дополнительное полезное пространство, особенно в многоэтажных зданиях. Второе преимущество более низких глубин структур является то, что они имеют меньший вес, и несущих колонн в зданиях тоже можно сделать меньше, что позволяет сэкономить на строительных затратах и усилиях.

3) Продолжительности

Преднапряженный бетон может быть использован для построения структур, имеющих более длительный срок по сравнению с железобетонными. При строительстве зданий, это означает, что меньшее количество столбцов будут необходимы для поддержки плит, а также расстояние между ними может быть значительно больше. Для мостов, использование преднапряженного бетона может позволить инженерам, построить длинный мост, который не провалится под нагрузкой.

4) быстрое и надежное строительство

Преднапряженные бетонные блоки изготавливаются в промышленности в нескольких стандартных формах и размерах. Они известны как сборные блоки. Поскольку они профессионально изготовлены, они имеют очень хорошее качество сборки, и в то же время они предоставляют всю силу преимущества сборного железобетона. Они могут напрямую доставляется на строительную площадку и использоваться для быстрого завершения строительных работ. Сооружения, построенные с помощью этих блоков, как известно, имеют лучшее качество, и более длительную эксплуатацию.

Недостатки

1) Большая сложность здания

Преднапряжение бетона на строительной площадке — это трудоемкий и сложный процесс. Нужно иметь глубокие знания о каждом шаге, который участвует вместе с полным знанием использованием различного оборудования. Сборные железобетонные конструкции производятся один раз, их трудно изменить, и, следовательно, сложность первоначального планирования тоже увеличивается. Кроме того, поскольку вероятность ошибки очень низка, большое внимание должно быть принято при построении.

2) Увеличение стоимости строительства

Преднапряженный бетон требует знаний и специального оборудования, которые могут быть дорогими. Даже стоимость железобетонных блоков существенно выше, чем усиленные блоки. В строительстве жилых зданий, в дополнительной прочности на растяжение, преднапряженный бетон может оказаться ненужным, так как простой железобетон значительно дешевле и достаточно прочный, чтобы выполнить все требования к нагрузке.

3) необходимость контроля качества и инспекции

Процедура, используемая для предварительного напряжения должна быть проверена и одобрена специалистами по контролю качества. Каждый поднапряженная конкретная структура должна проверяться, чтобы убедиться, что она была подвергнута соответствующему напряжению. Слишком много внимания тоже плохо, и это может привести к повреждению бетона, что делает его слабее.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции обеспечивают превосходную прочность на растяжение по сравнению с нормальными и даже железобетонными, но они сложны в конструкции и более дорогостоящие. Для приложений с низким напряжением, таких как перекрытия зданий, использовать преднапряженный бетон — это непрактично. Следовательно, решение об использовании предварительно напряженного железобетона должно быть принято только если этого требует спецификация проекта.

Понятие о предварительно напряженных железобетонных конструкциях

Основными достоинствами железобетона являются: высокая проч­ность, огнестойкость, долговечность, простота формообразования. Бетонная балка (рис. ниже), испытывающая при изгибе растяжение ниже нейтральной оси и сжатие выше нее, имеет низкую несущую способность вследствие слабого сопротивления бетона растяжению. При этом прочность бетона в сжатой зоне используется не полностью. В связи с этим неармированный бетон не рекомендуется применять в конструкциях, предназначенных для работы на изгиб или растяжение, так как размеры таких элементов были бы непомерно большими.

Бетонные конструкции применяют преимущественно при их работе на сжатие (стены, фундаменты, подпорные сооружения, ус­той и др.) и только иногда при работе на изгиб при малых растяги­вающих напряжениях, не превышающих предела прочности бето­на при растяжении.

Железобетонные конструкции, усиленные в растянутой зоне арматурой, обладают значительно более высокой несущей способ­ностью. Так, несущая способность железобетонной балки (рис. ниже) с уложенной внизу арматурой в 10-20 раз больше, чем несущая способность бетонной балки таких же размеров. При этом прочность бетона в сжатой зоне балки используется полностью.

Схемы работы элементов под нагрузкой

В качестве арматуры применяют стальные стержни, проволо­ки, прокатные профили, а также стекловолокно, синтетические ма­териалы, деревянные бруски, бамбуковые стволы.

Конструкции армируют не только при их работе на растяжение и изгиб, но и на сжатие (рис. выше). Поскольку сталь имеет высокое сопротивление растяжению и сжатию, включение ее в сжатые эле­менты значительно повышает их несущую способность. Совмест­ная работа таких различных по свойствам материалов, как бетон и сталь, обеспечивается следующими факторами:

  1. сцеплением арматуры с бетоном, возникающим при твердении бетонной смеси; благодаря сцеплению оба материала деформи­руются совместно;
  2. близкими по значению коэффициентами линейных температур­ных деформаций (для бетона 7·10 -6 -10·10 -6 1/град, для стали 12·10 -6 1/град), что исключает появление начальных напряже­ний в материалах и проскальзывание арматуры в бетоне при изменениях температуры до 100 °С;
  3. надежной защитой стали, заключенной в плотный бетон, от кор­розии, непосредственного действия огня и механических по­вреждений.

Особенностью железобетонных конструкций является возмож­ность образования трещин в растянутой зоне при действии внешних нагрузок. Раскрытие этих трещин во многих конструкциях в стадии эксплуатации невелико (0,1-0,4 мм) и не вызывает коррозии арма­туры или нарушения нормальной работы конструкции. Однако име­ются конструкции и сооружения, в которых по эксплуатационным условиям образование трещин недопустимо (например, напорные трубопроводы, лотки, резервуары и т. п.) или ширина раскрытия должна быть уменьшена. В этом случае те зоны элемента, в кото­рых под действием эксплуатационных нагрузок появляются растя­гивающие усилия, заранее (до приложения внешних нагрузок) под­вергают интенсивному обжатию путем предварительного натяже­ния арматуры. Такие конструкции называют предварительно напряженными. Предварительное обжатие конструкций выполня­ют в основном двумя способами: натяжением арматуры на упоры (до бетонирования) и на бетон (после бетонирования).

В первом случае перед бетонированием конструкции арматуру натягивают и закрепляют на упорах или торцах формы (рис. ниже). Затем бетонируют элемент. После приобретения бетоном необхо­димой прочности для восприятия сил предварительного обжатия (передаточная прочность) арматуру освобождают от упоров и она, стремясь укоротиться, сжимает бетон. Передача усилия на бетон происходит благодаря сцеплению между арматурой и бетоном, а также посредством специальных анкерных устройств, находящих­ся в бетоне конструкции, если сцепления недостаточно.

Во втором случае сначала изготовляют бетонный или слабоармированный элемент с каналами или пазами (рис. ниже). При дос­тижении бетоном требуемой передаточной прочности в каналы (пазы) заводят арматуру, натягивают ее с упором натяжного при­способления на торец элемента и заанкериваюг. Таким образом, бетон оказывается обжатым. Для создания сцепления арматуры с бетоном в каналы инъектируют цементный или цементно-песчаный раствор. Если напрягаемая арматура располагается на наружной поверхности элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резер­вуаров и т. п.), то навивка ее с одновременным обжатием бетона производится специальными навивочными машинами. После натя­жения арматуры на поверхность элемента наносят торкретирова­нием защитный слой бетона. Натяжение арматуры может произво­диться механическим, электротермическим, комбинированным и физико-химическим способами.

Читать еще:  Двухэтажный дом из газобетона - проекты домов в 2 этажа

Способы создания предварительного напряжения

а — натяжение на упоры; б — натяжение на бетон; I — натяжение арматуры и бетонирование элемента; II, IV — готовый элемент; III — элемент во время натяжения арматуры; 1 — упор; 2 — домкрат; 3 — анкер

При механическом способе арматуру натяг ивают гидравличес­кими или винтовыми домкратами, намоточными машинами и дру­гими механизмами. При электротермическом способе арматуру нагревают электрическим током до 300-350 °С, заводят в форму и закрепляют на упорах. В процессе остывания арматура укорачива­ется и получает предварительные растягивающие напряжения. Ком­бинированный способ натяжения сочетает электротермический и механический способы натяжения арматуры, осуществляемые од­новременно. При физико-химическом способе натяжение арматуры достигается в результате расширения бетона, приготовленного на специальном напрягающем цементе (НЦ), в процессе его гидро­термической обработки.

Арматура, заложенная в бетоне, препятствует увеличению его объема и растягивается, а в бетоне возникают сжимающие напря­жения. Натяжение арматуры на упоры производится механическим, электротермическим или комбинированным способами, а на бе­тон — только механическим способом.

Основное достоинство предварительно напряженных конструк­ций — высокая трещиностойкость. При загружении предварительно напряженного элемента внешней нагрузкой в бетоне растянутой зоны погашаются предварительно созданные сжимающие напряжения и только после этого возникают растягивающие напряжения. Чем выше прочность бетона и стали, тем большее предварительное обжатие можно создать в элементе.

Применение высокопрочных материалов позволяет сократить рас­ход арматуры на 30-70% по сравнению с ненапрягаемым железобето­ном. Расход бетона и масса конструкции при этом также снижаются. Кроме того, высокая трещиностойкость предварительно напряженных конструкций повышает их жесткость, водонепроницаемость, морозо­стойкость, сопротивление динамическим нагрузкам, долговечность.

К недостаткам предварительно напряженного железобетона следует отнести то, что процесс составляет значительную трудоем­кость изготовления конструкций. Помимо этого создается необхо­димость в использовании специального оборудования и рабочих высокой квалификации.

Напряженно-деформированные состояния предварительно на­пряженных элементов после образования трещин в бетоне растяну­той зоны сходны с элементами без предварительного напряжения.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector