Предварительной напряжение арматуры на упорах

Главная страница→Новости→Преднапряжение арматуры — уникальная технология в строительстве

03.06.2020

Оборудование для натяжения арматурного каната от компании «Мостмеханика» активно применяется в строительcтве объектов гражданского и промышленного назначения.

Предварительное напряжение железобетонных конструкций увеличивает их жесткость и сопротивление к образованию трещин, повышает выносливость при работе под воздействием многократно повторяющихся нагрузок. Преднапряженные конструкции и здания возводятся в сейсмоопасных зонах, а технология преднапряжения используется при строительстве объектов с повышенными коэффициентами безопасности и надежности.

Инновационные методы возведения зданий, используемые в каркасном строительстве, базируются на технологии предварительного напряжения железобетонных конструкций в процессе строительства. Под предварительно напряженными понимают железобетонные конструкции, напряжение в которых создаётся искусственно во время изготовления путём натяжения части или всей рабочей арматуры на заданную величину.

Строительство включает установку колонн, их фиксацию и соединение с напрягаемой канатной арматурой.

Фиксацию колонн осуществляют в нагруженном состоянии натяжением канатов с последующим бетонированием и отпуском канатов с образованием предварительно-напряженных ячеек каркаса здания.

Применение такой технологии обеспечивает повышенную несущую способность здания с минимальными затратами арматуры и бетона, в среднем экономия до 50%.

Преимущества технологии преднапряжения

• Повышение трещиностойкости, жесткости и несущей способности ж/б конструкций;
• Увеличение водонепроницаемости бетона, высокая коррозийная стойкость;
• Повышение выносливости и долговечности конструкции, сопротивления динамическим нагрузкам;
• Повышение сейсмостойкости железобетонной конструкции;
• Сокращение толщины перекрытий или балок – увеличение полезной площади помещения;
• Сокращение количества деформационных швов и увеличение размера сетки колонн;
• Снижение расхода бетона и арматуры;
• Возможность натяжения канатной арматуры сложной формы, возможность реализации сложных архитектурных проектов.

Для предварительного напряжения железобетонных конструкций компанией «Мостмеханика» предлагает полный комплекс оборудования:

• Домкраты-натяжители арматурного каната одно-и многопрядевые;
• Распрессовщики напряженного арматурного каната;
• Установки проталкивания каната в каналообразователь
• Инъекционные установки и пр.

При выполнении преднапряжения арматуры со сцеплением с бетоном с оборудованием «Мостмеханика» используется инъекционная установка MP 4000-2 компании DYWIDAG-Systems International (сокр. DSI).

В каналообразователь, выполняемый из гофрированной стали или пластмассы, после натяжения находящихся в нем канатов, заполняется безусадочным цементным раствором.

Это обеспечивает в дальнейшем защиту и передачу усилия с канатов на бетон конструкции по всей длине каната.

Максимальное давление инъектироования 1,5 МПа; Производительность 1500 л/ч; Масса 580 кг; Габариты 2040х1040х1750 мм.

Свою эффективность технология преднапряженного железобетона со сцеплением бетона с арматурой доказала при возведении массивных балочных конструкций и мостовых пролетов.

Технология преднапряжения со сцеплением с бетоном применяется для дополнительной защиты металлических тросов, на случай возникновения взрывов, пожаров и других аварийных ситуаций.

Даже если трос на концах будет обрезан, при сцеплении арматуры с бетоном степень натяжения не будет зависеть от анкерных креплений.

Сцепленный с бетоном трос способен выдержать усилия даже в случае разрыва по длине. 

Подробная информация о технологии и оборудовании «Мостмеханика» в разделе

« вернуться

Способы натяжения арматуры.Арматурные канаты и пучки.Сцепление напряжений арматуры с бетоном

• Методов изготовления предварительно напряженного ж/бетона много, но все они по своей принципиальной схеме могут быть классифицированны, какнатяжение на упоры и на натяжения на бетон.
• Конструкции, в которых арматура натягивается до твердения бетона, называются «конструкциями с натяжением арматуры на упоры или на форму».
• При натяжении арматуры после твердения бетона конструкции называются «конструкциями с натяжением арматуры на бетон.»

А) 1. Натяжение на упоры.

1. 1-форма
2. 2-арматура
3. 3-упор
4. 4-домкрат
5. 5-затвердевший бетон

Изготовление элементов с натяжением на упоры производится следующим образом. Арматуру укладывают в форму до бетонирования элемента. Один ее конец закрепляется в упоре, а другой в натяжном приспособлении (домкрате). После натяжения арматуры до заданных напряжений (в пределах упругих деформаций) закрепляют ее второй конец. Затем элемент бетонируют.

Когда бетон наберет необходимую прочность (Ro>0,7R), арматуру отпускают с упоров. Стремясь восстановить свою первоначальную длину, арматура обжимает окружающий ее бетон, благодаря сцеплению с ним. При этом арматура теряет часть предварительного напряжения.

Если в конструкции была уложена не подвергаемая предварительному натяжению арматура, то и она при обжатии бетона получает сжимающие напряжения.

Укладку арматуры в форму и ее натяжение совмещается в одной операции. Имеем поддон, снабженный штырями, расположенными в соответственными проектным положением арматуры.

6) поддон;                             7) штыри поддона;

трубки;                              9) зажим;

На штыри надевают стальные трубки. Специальной навивочной машиной проволочную арматуру навивают на трубки с заданной величиной напряжений, и конец ее закрепляют пластичным зажимом. Штырями поддона проволока удерживается в натянутом состоянии. Когда бетон наберет достаточную прочность, изделие с поддона снимают, и арматура обжимает бетон. Трубки остаются в теле бетона и играют роль анкеров.

Натяжение арматуры может быть создано также электротермическим способом.

Заготовленные стержни разогревают электрическим током до t=300-400 градусов, вследствие что они удлиняются. Нагретые стержни укладывают в форму, и концы их закрепляют на упорах, расположенных на форме, или вне ее.

Остывая, арматура стремится восстановить свою первоначальную длину, но поскольку она удерживается упорами, в ней возникают растягивающие напряжения.

После бетонирования и отвердения бетона арматуру отпускают с упоров и происходит обжатие бетона.

Б)Натяжение на бетон.  

При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или мало армированный элемент; затем при достижении бетоном прочности не менее 0,7 R, создают предварительное напряжение.

Напрягаемая арматура располагается в каналах и при натяжении не имеет сцепления с бетоном. Обжатие бетона происходит в процессе натяжения арматуры. Напряжения в бетоне контролирует после обжатия бетона.

Каналы элемента имеют диаметр на 5-15мм больше диаметра арматуры и выполняются при бетонировании элемента путем укладки гофрированных стальных трубок (оболочек) или пустотообразователей, извлекаемых из бетона. Арматуру пропускают сквозь канал.

Один ее конец, снабженный соответствующим анкером, закрепляют в торце элемента, а другой захватывают домкратом на противоположном торце. Домкрат, упираясь в торец бетонного элемента производит натяжение арматуры и одновременно обжимает бетон.

После натяжения арматуры до заданного напряжения, ее анкеруют со стороны расположения домкрата. Натяжение арматуры может производиться с 2х сторон.

Для повышения прочности бетона на местное сжатие у торцов элемента устанавливают поперечные сетки.

Сцепление арматуры с бетоном создается в результате последующего заполнения канала цементным тестом или раствором, нагнетаемым под давлением через отверстия в концевых анкерах или через специальные отводы, расположенные по длине канала через 6м. Такое заполнение каналов называется инъецированием.

В последние годы для создания предварительного натяжения в конструкциях начинают усилено применять бетоны, приготовляемые на специальных напрягаемых цементах. Бетоны на таком цементе при твердении увеличиваются в объеме, и вследствие сцепления с арматурой растягивают ее. Так как арматура препятствует свободному расширению бетона, в нем возникают сжимающие напряжения.

Арматуру можно располагать в элементе в двух и даже трех направлениях, тогда создается соответственные двухосное или трехосное предварительное напряжение.

МАТЕРИАЛЫ.

В качестве напрягаемой арматуры используют преимущественно сталь классов Ат-VI; Aт-V длинной до 12м, допускается сталь классов А-Vl, A-V, A-IV, а при большей длине- сталь классов B-II, Bp-II, K-7, K-19.

Для конструкций, работающих в агрессивных средах, используют арматуру классов А-IV, термически упрочненную арматуру всех классов (кроме Aт-IVc) и высокопрочную проволоку.

Сваривать или приваривать к ней закладные детали запрещается.

Экономичность напряженной арматуры возрастает по мере увеличения ее прочности, так как требуемое по расчету количество арматуры уменьшается пропорционально увеличению ее расчетного сопротивления

( прочности); например, в растянутых элементах: As=N/Rs, чем больше Rs, тем меньше требуется арматуры, а стоимость возрастает незначительно. Удельной стоимостью арматуры «К» называется отношение ее цены «Ц» к расчетному сопротивлению арматуры Rs.

• K=Ц/Rs – отсюда видно, что с увеличением прочности арматуры
• (с увеличением Rs), снижается ее удельная стоимость и, следовательно, растет ее эффективность.
• Арматурные канаты и пучки.

Армирование конструкций отдельными высокопрочными проволоками вследствие их большого числа трудоемко и часто приводит к излишнему сечению элементов. В связи с этим проволоку укрупняют в канаты или пучки.

Канаты обычно изготовляют из 7 или 19 проволок одного диаметра (обозначение К-7 или К-19), навивая на центральную прямолинейную проволоку остальные в один или несколько слоев. Диаметр проволок канатов К-7 от 2….5 мм.

В тяжело нагруженных элементах конструкции применяют спирально-витые многопрядевые канаты: двухпрядевые класса К2х7, трехпрядевые класса К3-м, многопрядевые Kн *m, где:

«м»- число проволок в пряди.

«n»- число прядей в канате.

Пучки состоят из параллельных высокопрочных проволок (14,18,24) или канатов. Пучки могут иметь по концам анкеры, а по длине обматываются мягкой проволокой.

Бетон для предварительного напряжения конструкций применяют обычной или повышенной марки.

Сцепление напряжений арматуры с бетоном. Самозаанкеривание арматуры. Анкерные устройства.

В предварительно напряженных конструкциях должно быть обеспечено надежное сцепление напрягаемой арматуры с бетоном. Если на какой-либо стадии изготовления предварительного напряжения конструкции надежное сцепление не может быть обеспечено, на концах напрягаемой арматуры необходимо устанавливать анкеры.

Так, например, в конструкциях с натяжением на бетон установка анкеров обязательна во всех случаях, так как напрягаемая арматура, расположенная в каналах, не имеет сцепления с бетоном, пока не затвердеет раствор, инъецированный в каналы или заполняющий пазы.

В конструкциях с натяжением на упоры при напрягаемой арматуре периодического профиля имеет место самозаанкеривание арматуры, обеспечивающее надежное сцепление арматуры с бетоном без применения анкеров.

Напрягаемая арматура из гладкой высокопрочной проволоки должна быть всегда снабжена анкером.

Типы анкеров разнообразные:

Это могут быть трубки, надетые на штыри и остающиеся в теле бетона. Стрежневая арматура анкеруется с помощью коротышей, приваренных шайб, гаек.

Вопрос 26 Сущность предварительного напряжения арматуры, способы и методы создания предварильного напряжения в железобетонных конструкциях

Малая прочность бетона на растяжение, составляющая 1/10-1/15 его прочности на сжатие, является причиной образования трещин в бе­тоне растянутых зон элементов железобетонных конструкций при экс­плуатационных нагрузках.

Значительное раскрытие трещин, нередко достигающее 0,2—0,3 мм и более, во многих случаях опасно с точки зрения коррозии арматуры. Придание арматуре периодического профиля несколько уменьшает рас­крытие трещин, однако этого свойства железобетона полностью не устраняет.

С развитием техники широкое применение нашли бетоны повышен­ной прочности марок 400—600 и выше, а также высококачественные арматурные стали с временным сопротивлением до 20 тыс. кгс/см2 и бо­лее, что экономически оправдано, поскольку отношение стоимости к прочности высокопрочных материалов, применяемых для железобетона, значительно ниже, чем для материалов менее прочных.

Для повышения трещиностойкости железобетонных конструкций производится их предварительное напряжение (до приложения основных нагрузок), которое производят таким образом, чтобы образовывалось предварительное обжатие тех зон бетона, в которых при основных на­грузках ожидаются растягивающие напряжения.

Предварительно напряженный железобетон не является особым железобетоном; он образуется из тех же материалов, что и железобетон, не подвергаемый предварительному напряжению. Однако предваритель­ное напряжение придает железобетону дополнительные качества, кото­рые могут быть эффективно использованы.

Улучшая качество железобетона, предварительное напряжение позволяет широко использовать высокопрочные материалы, экономить сталь (в ряде случаев до 70%), способствовать снижению общего веса конструкций, получать конструкции, хорошо сопротивляющиеся много­кратно повторяющимся динамическим воздействиям.

Предварительное напряжение железобетонных элементов произво­дят посредством натяжения арматуры и передачи ее реактивного давле­ния на бетон с целью его обжатия.

Различают два метода натяжения арматуры:

1) «натяжение на упоры», т. е. натяжение арматуры на упоры стен­да, опалубку или формы и отпуск ее после бетонирования по достижении бетоном достаточной прочности, вследствие чего арматура, стремясь укоротиться, обжимает бетон, а сама остается растянутой (рис. а);

2) «натяжение» на бетон, т.е.

натяжение арматуры, размещенной в каналах или пазах элемента, при помощи приспособлений, опирающихся на готовый эле­мент по его концам (по дости­жении бетоном необходимой прочности).

Арматуру при по­мощи анкеров фиксируют в на­тянутом положении, и она об­жимает бетон, впоследствии каналы инъецируют цемент­ным раствором под давлением, а пазы заполняют бетоном (рис. б).

Натяжение на упоры более целесообразно для заводских условий изготовления железо­бетонных конструкций и изде­лий. Натяжение на бетон более трудоемко, его практикуют в тех случаях, когда затруднено или не мо­жет быть осуществлено натяжение на упоры, например при строитель­стве уникальных конструкций больших размеров или изготовлении мо­нолитных конструкций.

Для натяжения арматуры используют несколько способов: меха­нический, электротермический, термический, физико-химический (самонапряжение), электромеханический.

Механический способ заключается в растяжении арматуры при по­мощи гидравлических или механических домкратов, рычагов, гаечных ключей, грузов и т. п.

К механическому относится предложенный проф. В. В. Михайло­вым способ непрерывной навивки арматуры. По этому способу натяну­тую проволоку навивают на упоры поворотного стола.

В настоящее время разработаны навивочные машины, при помощи ко­торых натянутую проволоку наматывают на упоры неподвижного стен­да.

Способ непрерывного армирования дает возможность создавать предварительно напряженные конструкции с одноосным и двухосным обжатием для зданий промышленного и гражданского строительства. Непрерывное армирование используют также при натяжении арматуры резервуаров, силосов и т. д.

Электротермическим способом изготовляют около 80% всех предварительно напряженных конструкций. Стержни арматуры на­гревают до температуры 300-400°С при помощи электротока и в на­гретом состоянии устанавливают в упоры.

При остывании стержни, стремясь сократиться, натягиваются, что используется для обжатия бетона. Этот способ отличается простотой, малой трудоемкостью и срав­нительно низкой стоимостью.

Однако точность натяжения этим спосо­бом ниже, чем при других способах.

Электромеханический способ является комбинированным, он при­меняется при непрерывном армировании. Высокопрочную проволоку, нагретую электротоком до 300-400°С, навивают на упоры формы или стенда при помощи намоточной машины. При этом необходимая мощ­ность механических приспособлений для намотки значительно снижает­ся. После остывания проволока получает предварительное напряжение.

При термическом способе натяжения стержень до бетонирования покрывают составом, размягчающимся при нагревании.

После укладки в форму, бетонирования и набора бетоном прочности арматуру нагрева­ют до 90-110°С, в результате чего обмазка размягчается и арматура свободно удлиняется при дальнейшем нагревании.

При температуре 300-350°С обмазка необратимо затвердевает и конструкция становится предварительно напряженной.

При физико-химическом способе используется свойство бетонов, изготовленных с применением расширяющихся цементов. При расши­рении бетона в процессе твердения арматура также удлиняется, от­чего в ней создается предварительное напряжение. Принцип самонапряжения конструкций является весьма перспективным, так как дает возможность обойтись без сложных приспособлений для натяжения арматуры.

Вопрос 27 Расчет сжатых железобетонных элементов прямоугольного сечения.

Для прямоугольного сечения zб=hо-0,5х; Fб=bx. (14)

• Условие прочности принимает вид
• Ne£Rпрbx(ho-0.5x)+RасF’в(ho-a’a) (15)
• Положение нейтральной оси при x=x/ho>xR определяют из формулы (sa=Ra)
• N+RaFa-RacF’a=Rпрbx (16) или

Rпрbx(e-ho+0.5x)±RacF’ae’-RaFae=0 (17) где знак минус принимают при e20; m=0,9 при h£20 см; h — размер сечения в рассматриваемой плоскости; j — коэффициент, определяемый по формуле j=jб+2(jж-jб)а, принимае­мый не более jж; jб и jж — коэффициенты, принимаемые по табл.; Fa — площадь сечения всей продольной арматуры;

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.

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.

Технология натяжения арматуры на упоры

Современная методика строительства из напряженного бетона включает два варианта предварительного напряжения. Один из них предполагает натяжение изначальное, задаваемое арматуре до момента ее укладки в бетон. Второй – натяжение уже после формования опалубки и первичного отвердения бетона. Рассмотрим особенности натяжения арматуры первым способом, предусматривающим фиксацию на упорах.

Работы осуществляются в несколько этапов.

• Натяжение арматуры. Осуществляется механическим или электротермическим способом, предусматривающим закрепление концов армирующего полотна на стендах или предназначенной для этого форме. С помощью домкрата или путем разогрева и вытяжения армирующего конструктива достигают необходимого напряжения.
• Бетонирование. Осуществляют по стандартной технологии. Проводится заливка, распределение бетона, в течение установленного регламентом срока ожидается набор бетоном прочности.
• Спуск арматуры с упоров. Осуществляется по набору раствором нормированной прочности. На данном этапе предварительно напряженная арматура укорачивается, это приводит к обжиманию бетонного конструктива, максимально повышает интенсивность сцепления поверхностей армирующего каркаса и бетонной смеси.

Технология получила широкое распространение в строительной отрасли. Благодаря ее простоте и прогнозируемому результату она применяется в подавляющем большинстве техник производства мелкоштучного бетона, а при изготовлении сборных конструкций доля технологии напряжения на упоры достигает девяноста процентов.

Среди преимуществ технологии отмечают ее малую затратность, высокую скорость выполнения работ. По сути, технологический цикл не превышает длительности отвердения стандартного железобетона. Это позволяет адаптировать его требованиям различных поточных конструкций.

К недостаткам данного способа относят ограничения по форме конструкций, так как он позволяет изготавливать исключительно прямолинейные элементы.

Важно предусматривать наличие дополнительных креплений, в том числе анкерных.

При их отсутствии возможно укорачивание армирующего каркаса настолько, что концевые участки блока остаются вообще без него, соответственно, подвержены разрушению в большей мере.

Технология натяжения арматуры на упоры

Конструкторское бюро “Топинженер” — Предварительное натяжение арматуры на упоры и на бетон

Во многих конструкциях не сразу всю арматуру натягивают на бетон, а поочередно отдельными группами, состоящими из пучков, витков непрерывной проволоки, прядей и т. п.

При натяжении каждой последующей группы арматуры происходит деформация элемента и меняется напряженное состояние бетона и всей ранее натянутой арматуры.

Точный учет изменения напряженного состояния ранее натянутой арматуры, особенно в предельной стадии, непосредственно предшествующей разрушению элемента, становится сложным из-за неопределенности распределения напряжения и деформаций по сечению элемента.

В целях упрощения расчета прочности элементов при поочередном напряжении арматуры отдельными группами .величину снижения (потерь) предварительного напряжения в арматуре можно определить по приближенной формуле.

Уменьшение величины потерь при натяжении арматуры поочередно, группами или витками обусловлено тем, что исчерпание прочности конструкции может наступить при осуществлении натяжения последней группы или витка арматуры, когда неупругие деформации обжимаемой зоны бетона достигнут своего предельного значения и не окажут влияния на снижение предварительного напряжения в арматуре последней группы (витка) площадью.

Предварительное натяжение арматуры на упоры и на бетон

В практике производства предварительно напряженных железобетонных, конструкций и изделий находят применение два различных способа натяжения арматуры — на упоры (до бетонирования или — в — процессе бетонирования) и на бетон (после его отвердения).

При одинаковой величине создаваемого в арматуре усилия (напряжения) разный способ натяжения при прочих равных условиях вызывает различное по величине напряженное состояние конструкции.

Это обусловлено неодинаковой величиной и разными условиями проявления потерь предварительного напряжения, а также тем, что величина создаваемого в напрягаемой арматуре — усилия достигается в одном случае при отсутствии деформаций обжатия бетона (при натяжении на упоры), в другом — при наличии деформации обжатия (при натяжении на бетон).

• Это различие напряженного состояния конструкций при натяжении арматуры на упоры или на бетон должно обязательно учитываться при проектировании.
• На выбор способа натяжения арматуры влияют многие условия: назначение конструкции, особенности ее работы под нагрузкой, величина потерь предварительного напряжения, состав арматурных работ, вид оборудования, применяемого для изготовления конструкций и, в частности, для осуществления предварительного напряжения, трудоемкость и стоимость арматуры в деле и др.
• Из анализа и сопоставления технико-экономических показателей и практики изготовления и применения различных видов предварительно напряженных железобетонных конструкций вытекает следующее.

Создание предварительного напряжения

При проектировании сборных, монолитных и сборно-монолитных железобетонных конструкций большое значение имеет время создания предварительного напряжения: до затвердения бетона или после его затвердения.

Создание предварительного напряжения конструкций путем натяжения арматуры до затвердения бетона (т. е. до бетонирования) и с временной передачей усилия натяжения на упоры стенда, матрицы или бортовую оснастку формы сокращенно называется натяжением арматуры на упоры.

Создание предварительного напряжения конструкций путем натяжения арматуры после затвердения бетона (т. е. после бетонирования) и с передачей усилия натяжения непосредственно на затвердевший бетон конструкции, элемента, детали или изделия сокращенно называется натяжением арматуры на бетон.

В некоторых случаях при натяжении арматуры как на упоры, так и на бетон оказывается целесообразным повышать величину предварительного напряжения в пределах до 10% против заданной в проекте величины, т. е. производить «перетяжку» арматуры. Это делается с целью компенсации потерь предварительного напряжения, происходящих в арматуре за счет релаксации ее напряжений и других факторов.

При натяжении арматуры на бетон кроме «перетяжки» арматуры в ряде случаев производят повторное натяжение арматуры, предназначенное также для компенсации потерь предварительного напряжения. Эти потери интенсивно проявляются за период времени между первым и повторным натяжением арматуры.

Величина предварительного напряжения

Принятая малая величина предварительного напряжения арматуры в проводившихся опытах погашалась усадкой и ползучестью бетона, и опытные балки по своей работе мало отличались от таких же балок с ненапрягаемой арматурой. В результате неутешительных экспериментальных данных интерес к предварительному напряжению понизился.

Более широкое распространение и практическое применение предварительно напряженные железобетонные конструкции получили в конце 20-х и в начале 30-х годов текущего столетия после опубликования работ французского инженера Э.

Фрейсине, который исследовал условия проявления усадки и ползучести бетона и применил в своих опытах арматуру повышенной прочности с увеличенным ее натяжением.

При этом отмечалось, что предварительно напряженный железобетон представляет собой новый строительный материал, коренным образом отличающийся от обычного железобетона.

Наиболее заметное стремление считать предварительно напряженный железобетон каким-то новым строительным материалом с особыми свойствами проявилось после применения арматуры в виде высокопрочной неанкерованной проволоки малого диаметра порядка 1-2,5 мм, натягиваемой до 10 000 — 15 000 кг/см2. Железобетон с такой не анкерованной арматурой в виде отдельных струн, располагаемых рассредоточено в бетоне высокой прочности (400-600 кг/см2 и более), получил название струнобетон.

В последующие годы в отечественной и зарубежной строительной практике все более развивающиеся предварительно напряженные железобетонные конструкции завоевывают различные области применения. Для них используются новые виды арматуры и применяется усовершенствованная заводская технология изготовления при различной степени использования эффекта предварительного напряжения.

Расчёт и конструирование предварительно напряженной панели перекрытия

Бетон

Применяем тяжелый бетон класса В40 (по заданию), подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении.

Расчётное сопротивление сжатию Rb = 22,0 МПа (табл.13 СНиП [2]).

Бетон находится под воздействием длительной нагрузки, поэтому в расчетах умножаем его расчётное сопротивление на коэффициент условий работы гb2 = 0,9 (табл.15 СНиП [2]).

• Арматура
• Продольная рабочая арматура панели — предварительно напрягаемая, класса А-VI (А1000) — по заданию.
• Сопротивление растяжению:
• нормативное Rsn = 980 МПа (табл. 19* СНиП [2]),

расчётное Rs = 815 МПа (табл.22* СНиП [2]).

Полка панели армируется сеткой из проволочной арматуры класса Вр-I (В500).

Расчётное сопротивление растяжению Rs = 410 МПа (табл.23* СНиП [2]).

Предварительное напряжение арматуры

Предварительно напряженная арматура — это арматура, получающая начальные (предварительные) напряжения в процессе изготовления конструкций до приложения внешних нагрузок в стадии эксплуатации.

Методы натяжения арматуры

Существуют два метода натяжения арматуры: натяжение на упоры и натяжение на бетон. Натяжение на бетон применяется, как правило, только в монолитных конструкциях.

Используем метод натяжения арматуры на упоры, так как он наиболее целесообразен в условиях заводского изготовления железобетонных конструкций.

Арматура до бетонирования натягивается и затем фиксируется в натянутом состоянии на жестком стенде или форме. После укладки в форму бетона и набора им необходимой передаточной прочности арматура освобождается от натяжных приспособлений. Арматура, стремясь сократиться, обжимает бетон, а сама остается растянутой.

Способы натяжения арматуры

Существует 4 способа натяжения арматуры (из них получили распространение только первые два):

Механический (с помощью домкратов, рычагов, грузов).

Электротермический (с помощью эл. тока).

1. Электротермомеханический (комбинированный).
2. Физико-химический (самонапряжение).
3. Используем электротермический способ натяжения, так как он является наиболее распространённым благодаря своей простоте, малой трудоёмкости и сравнительно низкой стоимости оборудования.

Стержни арматуры нагревают до температуры 300…350єС с помощью электротока и в нагретом состоянии закрепляют в упорах формы.

При остывании стержни, стремясь сократиться, натягиваются, что используется для обжатия бетона. Точность этого метода по сравнению с остальными более низкая.

Кроме того, этот способ достаточно энергоёмкий и не может применяться для натяжения арматуры классов Aт-VII, B-II, Bр-II, К-7, К-19.

Величина предварительных напряжений в арматуре

Допустимое отклонение значения предварительного напряжения при электротермическом способе натяжения определяются по формуле (2) СНиП [2]:

• ,
• где l — длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров): l = 7,8 м.
• В соответствии с формулой (1) СНиП [2] установим пределы, в которых можно назначать величину предварительного напряжения в арматуре:
• sp 0,3 Rsn + p = 0,3980 + 76,15 = 370,15 МПа;
• sp Rsn — p = 980 — 76,15 = 903,85 МПа.
• Границы этого интервала установлены на основе следующих соображений:
• при высоких значениях предварительных напряжений существует опасность разрыва арматурной стали или её проскальзывания в захватах при натяжении; опасность разрушения бетона или образования в нём трещин вдоль напрягаемой арматуры.

низкие значения предварительных напряжений неэффективны, т.к. почти всё напряжение будет утрачено в результате потерь.

Величина предварительного напряжения назначается обычно близкой к верхнему пределу: уsp 0,9Rsn = 0,9980 = 882 МПа. Принимаем уsp = 800 МПа.

Передаточная прочность бетона Rbp — это прочность бетона к моменту его обжатия усилием натяжения арматуры.

Передаточная прочность бетона назначается не менее (п.2.6* СНиП [2]):

1. Rbp 0,5 B = 0,540 = 20 МПа, где В — класс бетона, В = 40 МПа.
2. Rbp 15,5 МПа.
3. Принимаем Rbp = 20 МПа.
4. Возможные производственные отклонения от заданного значения предварительного напряжения арматуры учитываются в расчётах коэффициентом точности натяжения арматуры гsp:
5. sp = 0,9 — при благоприятном влиянии предварительного напряжения;
6. sp = 1,1 — при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения.
7. Значение sp = 1,1 соответствует случаю, когда увеличение усилия обжатия сверх проектного неблагоприятно сказывается на работе конструкции, например, при расчёте прочности железобетонного элемента в стадии обжатия.