Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

__________________________

 

 От Автора:

«Книга инженера – строителя (для начинающих инженеров)» была создана мною при помощи «Конструктора сайтов Hostland.RU.»,  использовав при этом лишь небольшую часть возможностей конструктора:   Заказать хостинг

_____________________

 

7.3  Понятие о предварительно напряженном железобетоне

 

        Основная идея предварительно напряженного железобетона состоит в создании в процессе изготовления элемента начальных предварительных напряжений сжатия бетона в зонах, в которых впоследствии под влиянием расчетной нагрузки возникают растягивающие напряжения.

       Предварительно напряженный железобетон применяется в следующих целях:

  • Снижение расхода стали за счет использования арматуры высокой прочности;
  • Уменьшение веса конструкции за счет применения бетона высоких марок;
  • Создание конструкций, в которых под влиянием эксплуатационной нагрузки не появляются трещины в растянутой зоне бетона, или для ограничения ширины раскрытия трещин.
  • Повышение жесткости элементов конструкций  (уменьшение прогиба, зыбкости).

       В обычном железобетоне при относительно небольших нагрузках на балку, соответствующих напряжениям в растянутой арматуре  σа = 200 – 300 кг/см2,  напряжения в растянутой зоне бетона достигают величин расчетных сопротивлений  Rр.  При дальнейшем увеличении нагрузки в растянутой зоне бетона начинают появляться трещины  (рис. 7.3.1).  Это происходит вследствие малой растяжимости (малого относительного удлинения) бетона и сравнительно большой растяжимости стали.

       Как известно, первые трещины в бетоне появляются при удлинении  0,1 – 0,15  мм/м  (в зависимости от марки бетона),  между тем как растянутая арматура при напряжениях,  равных расчетным сопротивлениям  (Rа = 2100 – 2700 кг/см2),  получает удлинение в 4 – 6 раз больше.

       При таких удлинениях в растянутой зоне бетона появляются трещины, не допустимые при эксплуатации многих конструкций.  При достижении же напряжений в растянутой арматуре   σа = 10 000 – 12 000 кг/см2  и более (высокопрочные стали),  эти удлинения возрастают настолько, что в бетоне появляются зияющие трещины.  Кроме того, при больших удлинениях арматуры изгибаемые элементы получают большие прогибы.

 

  Рис 7.3.1

Работа железобетонной балки.

а) – при продольном обжатии силами  N, приложенными в торцах;   б) – при расчетной нагрузке.

 

       Если бы с целью экономии металла применять для изгибаемого элемента из обычного железобетона высокопрочную сталь,  то вследствие ее большого относительного удлинения в растянутой зоне бетона возникали бы трещины,  после  появления  которых арматура оказалась бы не защищенной от коррозии.  При этом прогибы элементов превышали бы допустимые даже при обычных в гражданском строительстве пролетах  5,5 – 6,5 м и толщинах перекрытий  20 – 30 см.

    Чтобы уяснить сущность предварительно напряженного железобетона, рассмотрим однопролетную балку.  К балке приложены усилия предварительного обжатия   N  (рис. 7.3.1, а)  и  эксплуатационная нагрузка  q  (рис. 7.3.1,  б).

     Под влиянием продольных сил  N  происходит предварительное  обжатие балки и в нижней зоне возникают сжимающие напряжения.  Под влиянием эксплуатационной нагрузки в той же нижней зоне балки появляются растягивающие напряжения, которые уравновешиваются напряжениями от предварительного обжатия балки. Необходимо, чтобы суммарные растягивающие напряжения не превышали по величине расчетного сопротивления бетона на растяжение  Rр .

      Основное преимущество предварительно напряженного железобетона заключается в том, что он позволяет лучше использовать свойства стали и бетона высоких марок.

     В поперечных сечениях элементов (изгибаемых,  центрально  и  внецентренно растянутых,  внецентренно сжатых),  в которых  под влиянием расчетной нагрузки возникают растягивающие усилия, трещины не раскрываются,  т.к. благодаря предварительному обжатию растянутой зоны бетона все сечение работает на сжатие,  а напряжения растяжения в бетоне не превышают  Rр .   Жесткость такого сечения значительно больше жесткости сечения таких же размеров из обычного железобетона, в растянутой зоне которого имеются трещины.  Это позволяет при одинаковых усилиях уменьшить размеры поперечного сечения элемента из предварительного напряженного железобетона и тем самым уменьшить расход бетона, снизить собственный вес конструкции.

      Так как сечение элементов из предварительно напряженного железобетона обладает большей жестокостью, при одинаковых сечениях можно увеличить размеры пролетов перекрываемых помещений и таким образом расширить область эффективного применения железобетона.

      В конструкциях,  в которых по условиям эксплуатации не  допускается наличие трещин в бетоне и вследствие этого слабо используются стали высокой прочности,  можно путем предварительного напряжения создать такое обжатие растянутой зоны,  при котором в элементе не образуются трещины даже при полном использовании прочности стали высоких марок.

      Эффективность применения предварительно напряженного железобетона возрастает по мере повышения марок стали и бетона.

Существуют два основных способа создания предварительного натяжения рабочей арматуры:

     1)  натяжение арматуры на упоры до бетонирования элемента (в т.ч. такая разновидность данного способа как электротермический метод натяжения арматуры);

        2)   натяжение арматуры непосредственно на бетон после бетонирования элемента и отвердения бетона.

       Первый способ,  может быть рекомендован при изготовлении элементов конструкций, требующих для обжатия бетона относительно небольшого по величине усилия  ,  которое на время твердения может быть передано на упоры небольшой мощности или на торцы опалубки.  К таким конструкциям могут быть отнесены элементы перекрытий гражданских зданий  (плиты, балки, панели обычных пролетов),  железнодорожные шпалы и др.

     Второй способ  (натяжение арматуры на бетон) производится после бетонирования и отвердения бетона.  В этом случае в качестве упоров используются торцы изготовляемого железобетонного элемента.  Напрягаемую арматуру обычно пропускают через продольные каналы, оставляемые в элементе при его бетонировании, или размещают снаружи элемента.  По мере натяжения арматуры реактивная сила передается на торцы элемента, вызывая в его сечениях напряжения сжатия бетона.  Для создания связи (сцепления) между бетоном и арматурой и для защиты последней от коррозии зазоры между арматурой и стенками канала заполняют под давлением цементным раствором.  Данный метод следует применять при изготовлении элементов, требующих для обжатия бетона относительно больших усилий.  Такими элементами являются  перекрытия и покрытия больших пролетов, фермы, пролетные строения мостов и др.

 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------