3. Предварительное напряжение арматуры

3.1. Преимущества предварительно напряженных ЖБК.

3.2. Способы армирования предварительно напряженных ЖБК.

3.3. Потери предварительного напряжения.

Железобетон имеет существенный конструктивный недостаток – невысокую трещиностойкость, так как бетон имеет слабые сопротивления растягивающим усилиям (не более 12 % его прочности при сжатии).

Предельная растяжимость бетона любых марок не превышает 0,2 мм/м; в то же время напряжения в растянутой арматуре при таких деформациях бетона невелики и составляют примерно 20 – 25 % ее расчетной прочности.

Превышение марки бетона незначительно увеличивает прочность бетона при растяжении.

Применение высокопрочной арматуры в обычном железобетоне нерационально, так как повышение напряжений в арматуре приводит к увеличению раскрытия трещин в растянутой зоне бетона.

Принцип предварительного напряжения арматуры – создание в растянутой зоне бетона сжимающих усилий (напряжений) за счет предварительного натяжения арматуры.

Рис. 18. Характер поведения железобетонного элемента под нагрузкой:

а) без предварительного напряжения; б) с предварительным напряжением железобетонной конструкции

3.1. Преимущества предварительно напряженных ЖБК.

1)      большая жесткость конструкции и меньший вес;

2)      большая долговечность в результате повышенной трещиностойкости;

3)      при тех же нагрузках снижается расход арматурной стали до 40 %.

3.2. Способы армирования ПН ЖБК.

1)      В зависимости от времени натяжения арматуры

  1. Натяжение арматуры до бетонирования изделия.

Рис. 19. Натяжение арматуры до бетонирования изделия:

а) натяжение арматуры на упоры формы; б) бетонирование изделия; в) передача натяжения арматуры на бетон (за счет обрезки анкеров арматуры) 

2. Натяжение арматуры после бетонирования и твердения бетона.

Рис. 20. Натяжение арматуры после бетонирования и твердения бетона:

а) изготовление изделия с каналами; б) натяжение арматуры внутри каналов конструкции; в) заполнение канала Ц:П раствором (инъецирование)

3. Напряжение арматуры во время твердения бетона.

Основано на расширении цемента не в первый период твердения, а при наборе бетоном прочности 10 – 20 МПа. В этот период арматура имеет достаточное сцепление с бетоном, обжимает его и обеспечивает эффект самонапряжения.

Наиболее распространен 1-ый способ.

2)      Способ образования преднапряженного арматурного каркаса.

Имеет существенное значение в организации технологического процесса, так как от этого зависит выбор основного оборудования и натяжных устройств.

 1. Линейное напряженное армирование.

Осуществляется одиночными проволоками и стержнями необходимой длины, а также группами стержней и проволок, соединенных в определенном порядке.

  2. Непрерывное напряженное армирование.

Заключается в том, что арматурный каркас получают наматыванием непрерывной проволочной нити с необходимой силой натяжения.

3)      Способы натяжения арматуры.

Определяют технологию напряженного армирования.

Применяют 4 способа натяжения арматуры:

1)      Механическое натяжение арматуры.

Осуществляется натяжными машинами и гидродомкратами, а также различными винтовыми и рычажными устройствами.

2)      Электротермическое натяжение арматуры.

Основано на использовании линейного расширения арматуры при ее нагреве электрическим током. Концы удлиняющейся арматуры закрепляют в захватах (упорах), которые препятствуют сжатию арматуры при охлаждении. Таким образом в арматуре возникают растягивающие напряжения.

3)      Электромеханическое натяжение арматуры.

 Применяется при непрерывном армировании намоточными машинами.

Рис. 21. Электромеханическое напряжение арматуры:

L_з – длина заготовки; L_t – длина стержня после нагрева; L_у – расстояние между упорами формы; DL – удлинение стержня при нагреве

Сущность способа:

- проволока натягивается грузом или тормозным устройством на 30 –50 % заданного напряжения, одновременно в процессе намотки нагревается электрическим током.

Проволока, намотанная в горячем состоянии на штыри или упоры стендов с неполным натяжением, при остывании напрягается до заданного значения.

1)      Химическое натяжение арматуры.

Осуществляется за счет использования расширяющегося цемента.

При расширении бетона в процессе твердения происходит удлинение связанной с ним арматуры. Этот способ применяется при изготовлении напорных труб, резервуаров, покрытий дорог, аэродромов и т. д.

3.3. Потери предварительного напряжения.

1)      Потери напряжения от релаксации арматуры.

2)      Потери напряжения от разности температур Dt натянутой арматуры и устройства воспринимающего усилия натяжения при ТВО бетона.

3)      Потери напряжения от деформаций анкеров, расположенных у натяжных устройств.

4)      Потери напряжений от трения арматуры о канал или поверхность бетона.

5)      Потери напряжений от деформации стальной формы при натяжении арматуры на упоры формы.

6)      Потери от быстронатекающей ползучести бетона.

7)      Потери от усадки бетона.