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:
Lз – длина заготовки; Lt – длина стержня после нагрева; Lу – 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.