Сущность предварительно напряженного железобетона и способы создания предварительного напряжения

Предварительно напряженными называют такие железобетонные конструкции, в которых до приложений нагрузок в процессе изготовления искусственно создаются значительные сжимающие напряжения в бетоне пу-1 тем натяжения высокопрочной арматуры. Начальный сжимающие напряжения создаются в тех зонах бетона{ которые впоследствии под воздействием нагрузок испытывают растяжение. При этом повышается трещиностой-кость конструкции и создаются условия для применения высокопрочной арматуры, что приводит к экономии металла и снижению стоимости конструкции.

Удельная стоимость арматуры я, равная отношению ее цены Ц (руб/т) к расчетному сопротивлению Rs, снщ жается с увеличением прочности арматуры (1.26, а). Поэтому высокопрочная арматура значительно выгоднее горячекатаной. Однако применять высокопрочную арматуру в конструкциях без предварительного напряжения нельзя, так как при высоких растягивающих напряжениях в арматуре и соответствующих деформациях удлинения в растянутых зонах бетона появляются трещины значительного раскрытия, лишающие конструкцию необходимых эксплуатационных качеств.

Сущность предварительно напряженного железобетона в экономическом эффекте, достигаемом благодаря применению высокопрочной арматуры. Кроме того, высокая трещиностойкость предварительно напряженного железобетона повышает его жесткость, сопротивление динамическим нагрузкам, коррозионную стойкость, долговечность.

В предварительно напряженной балке под нагрузкой (1.26, 6) бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила FCrc, вызывающая образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие, превышает нагрузку, действующую при эксплуатации Fser. С увеличением нагрузки на балку до предельного разрушающего значения Fu напряжения в арматуре и бетоне достигают предельных значений.

Таким образом, железобетонные предварительно напряженные элементы работают под нагрузкой без тре-1 щин или с ограниченным по ширине их раскрытием (FSer< Fcrc< Fu), в то время как конструкции без предварительного напряжения эксплуатируются при наличии трещин (FCrc< FSer< Fu) и при больших значениях прогибов (1.26, г). В этом различие конструкций предварительно напряженных и без предварительного напряжения с вытекающими отсюда особенностями их расчета, " конструирования и изготовления.

В производстве предварительно напряженных элементов возможны два способа создания предварительного напряжения: натяжение на упоры и натяжение на бетон. При натяжении на упоры до бетонирования элемента арматуру заводят в форму, один конец ее закрепляют в упоре, другой натягивают домкратом или другим приспособлением до заданного контролируемого напряжения (1.27, а). После приобретения бетоном необходимой кубиковой прочности перед обжатием Rbp арматуру отпускают с упоров. Арматура при восстановлении упругих деформаций в условиях сцепления с бетоном обжимает окружающий бетон (1.27, б). При так называемом непрерывном армировании форму укладывают на поддон, снабженный штырями, арматурную проволоку специальной навивочной машиной навивают на трубки, надетые на штыри поддона, с заданной величиной напряжения, и конец ее закрепляют плашечным зажимом (1.27, в). После того как бетон наберет необходимую прочность, изделие с трубками снимают со штырей поддона, при этом арматура обжимает бетон.

Стержневую арматуру можно натягивать на упоры электротермическим способом. Стержни с высаженными головками разогревают электрическим током до 300— 350°С, заводят в форму и закрепляют на концах в упорах форм. Арматура при восстановлении начальной длины в процессе остывания натягивается на упоры.

При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или слабоармированный элемент (1.27, г), затем при достижении бетоном прочности создают в нем предварительное сжимающее напряжение. Напрягаемую арматуру заводят в каналы или в пазы, оставляемые при бетонировании элемента, и натягивают на бетон (1.27, д). При этом способе напряжения в арматуре контролируются после окончания обжатия бетона. Каналы, превышающие диаметр арматуры на 5—15 мм, создают в бетоне укладкой извлекаемых пустотообразователей (стальных спиралей, резиновых шлангов и т. п.) или оставляемых гофрированных стальных трубок и др. Сцепление арматуры с бетоном создается после обжатия инъецированием — нагнетанием в каналы цементного теста или раствора под давлением. Инъецирование производится через заложенные при изготовлении элемента тройники — отводы. Если напрягаемая арматура располагается с внешней стороны элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров и т. п.), то навивка ее с одновременным обжатием бетона производится специальными навивочными машинами. В этом случае на поверхность элемента после натяжения арматуры наносят Торкретированием (под давлением) защитный слой бетона.

Натяжение на упоры как более индустриальное является основным способом в заводском производстве. Напряжение на бетон применяется главным образом для крупноразмерных конструкций и при соединении их на Монтаже.