23. Сущность предварительного напряжения. Каковы преимущества предварительно напряжен­ных конструкций?

Предварительно-напряженной называется конструкция в которой создаются сжимающие напряжения в растянутой зоне бетона. Таким образом частично компенсируется недостаток бетона плохо работать на растяжение. Предварительно напряженные конструкции создаются путем напряжения арматуры. Первая попытка создать предварительно-напряженную конструкцию принадлежит Джексону (США) в 1886 году окончилась неудачей, т.к. уровень напряжений был невысок и полностью «съедался» усадкой и ползучестью бетона. Фрейсине (1928 г.) впервые создал методику расчета предварительно-напряженных конструкций.

При предварительном напряжении растянутой под нагрузкой арматуры возникает предварительно напряженное состояние. Растягивающие напряжения в сжатой от внешней нагрузки зоне достаточно велики. В нижней зоне возникают сжимающие напряжения большой величины, поэтому эпюра носит нелинейный характер.

В процессе приложения нагрузки, сжимающие напряжения гасятся растягивающими, от внешней нагрузки.

После того, как растягивающие напряжения от внешней нагрузки превысят сжимающие от предварительного напряжения элемент работает по 2-й стадии, как обычный, но с большей несущей способностью. Третья стадия аналогична обычному железобетонному элементу.(СМ РИС)

24. Какие технологические способы существуют для создания предварительного напряжения? в чем отличие схем натяжения напрягаемой арматуры на упоры и на бетон?

Существуют два основных способа создания предварительного напряжения: на упоры и на бетон. Для создания предварительного натяжения используют механический, электротермический и электротермомеханический способы. (СМ РИС)

Фактически усилие предварительного напряжения не соответствует исходному натяжению. Это объясняется возникающими потерями предварительного напряжения, которые обязательно должны учитываться при расчетах.

Потери предварительного напряжения в арматуре _losсостоят из потерь, происходящих при изготовлении конструкции до ее обжатия и в процессе обжатия – это первые потери_{los 1}и потерь, происходящих после обжатия и проявляющихся в течении длительного времени – это вторые потери_{los 2}.

Первые потери: От релаксации напряжений ₁арматуры; От температурного перепада₂; От деформации анкеров₃, расположенных у натяжных устройств; Потери от трения о возможные точки касания₄; От деформаций стальной формы₅; От быстро натекающей ползучести₆.

Обычно, чем выше предварительное натяжение арматуры, тем больше его положительное влияние на работу конструкции. Однако при этом должна быть исключена возможность развития микротрещин и разрушения бетона усилием обжатия.

25. Как устанавливается начальное предварительное напряжение в арматуре? как осуществляет­ся анкеровка напрягаемой арматуры?

При высоких напряжениях в арматуре, близких к нормативному сопротивлению, в ней возникает опасность разрыва при натяжении (проволочная арматура) и опасность развития значительных остаточных деформаций (горячекатаная). На основании исследований, опыта изготовления и эксплуатации предварительно напряженных элементов значения предварительного напряжения s_sp и s_sp' в арматуре, расположенной соответственно в растянутой и сжатой зонах, от действия внешней нагрузки установлены нормали с учетом предельных отклонений так, чтобы для стержневой и проволочной арматуры выполнялись условия: s_sp + р £ R_sn ; s_sp – р ³ 0,3R_sn ,

где p=0.05s_sp – при механическом способе натяжения, МПа;

30 + 360 / l, — при электротермическом и электротермомеханическом способе натяжения (l — длина натягиваемого стержня, принимаемая как расстояние между наружными гранями упоров, м). При натяжении арматуры электротермическим способом во избежание потери упрочнения температура нагрева не должна превышать 300...350 °С.

Начальное контролируемое напряжение в арматуре при натяжении на упоры с учетом потерь от деформации анкеров s₃ и трения об огибающие приспособления s₄ равно: s_con=s_sp- s₃ -s₄; s_con'=s_sp'- s₃ '-s₄';

Начальное контролируемое напряжение при натяжении на бетон (с учетом того, что часть усилия тратится на обжатие бетона): s_con=s_sp- αs_bp; s_con'=s_sp'- αs_bp'; где s_bp, s_bp' —напряжение в бетоне при обжатии (с учетом первых потерь).

Возможные производственные отклонения от заданного значения предварительного напряжения арматуры учитывают в расчетах коэффициентом точности натяжения арматуры: γ_sp=1±Δγ_sp; Δγ_sp=0.5*(p/γ_sp)*(1+1/√n_p)≥0.1, где Δγ_sp — предельное отклонение предварительного напряжения в арматуре; знак плюс принимают при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения, например в расчетах на прочность для арматуры, расположенной в зоне, сжатой при действии нагрузки, а также в расчетах для стадии изготовления и монтажа элемента; знак минус — при благоприятном; п_р — число напрягаемых стержней в сечении элемента.

Нормами допускается принимать р=0 при расчете потерь предварительного напряжения арматуры и при расчете по раскрытию трещин и по перемещениям. Передаточную (или кубиковую) прочность бетона к моменту обжатия R_bp устанавливают так, чтобы при обжатии не создавался слишком высокий уровень напряжения s_bp/R_bp, сопровождающийся значительными деформациями ползучести и потерей предварительного напряжения в арматуре. Рекомендуется принимать R_bp по расчету, но не менее 11 МПа (при стержневой арматуре класса Ат-VI и арматурных канатах — не менее 15,5 МПа), а также не менее 50 % прочности бетона.

Анкеровка напрягаемой арматуры в бетоне во многих случаях осуществляется за счёт сцепления арматуры с бетоном. При применении в качестве напрягаемой арматуры высокопрочной проволоки периодического профиля, арматурных канатов, стержневой арматуры периодического профиля, натягиваемой на упоры, установка постоянных анкеров не требуется. Установка анкеров обязательна для арматуры, натягиваемой на бетон, а также для арматуры, натягиваемой на упоры, при недостаточном сцеплении. Длину зоны передачи напряжений l_p для напрягаемой арматуры без анкеров следует опреде­лять по формуле : l_p = (w_p*s_sp/R_bp+λ_p)*d, где w_p и l_p принимаются по табл. 28. К значению R_bp при необходимости вводятся ко­эффициенты условий работы бетона, кроме g_s2. Величина s_sp в формуле принимается равной:

- при расчете элементов по прочности — большему из значений R_s и s_sp;

- при расчете элементов по трещиностойкости ¾ значению s_sp. Здесь s_sp принимается с учётом первых потерь по поз. 1—5 табл. 5 СНиП 2.03.01-84 . Тип анкера выбирают, исходя из производственных возможностей и вида арматуры.

Ненапрягаем армиз гладких стержнейА-I(А240) – на концах устраивают анкеры в виде полукруглых крючков.

В сварн сетках и каркасах для гладких ст. анкеры – ст. поперечн направл-я. Ненапряг. арм периодич. профилязаводят за норм к продольн оси эл-та сч-е, в кот. она учит-ся с полным расчетн сопротивл-м на длину не <lan, опред-я по СП. На крайних свободн опорах изг-х эл-в продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутр. грань опоры на длину не <10d, а если наклон. трещ. в растянут зоне не образ-ся – то на длину не <5d.

Напрягаем. арм– при натяж. на упоры и достаточн. проатяж. на упоры и достаточн. прчности бет прим-т в констр-х без анкеров. При натяжении на бет/на упоры в усл-х недостат. сцепления с бет – со спец. анкерами. Длину зоны анкеровки напрягаем. армlanприн-т в соотв со СП.

Предварит. напряж-е в арм изм-ся линейно от 0 у края эл-та до полн. знач-я в сеч-ии, располож. на расст-ии l_Fот края эл-та. Чтобы бет не раскалывался при передаче на него усилий с напрягаем арм, концы эл-в усиливают закладн. деталями с анкерн. стержнями. Для захвата, натяжения и закрепления на упорах для канатов и стержнев. арм периодич профиля прим-тцанговые захваты. Для стержнев. арм исп-т приварен коротыши / шайбы, нарезку накатом без ослабления сеч-я. При натяжении арм на бет анкеры д. обеспечить надежную передачу усилий. В местах их расположения у концов эл-в бет усиливают дополнит. хомутами, сварн. сетками, спиралями, а для равномерной передачи усилий под анкерами размещ-т ст. плиты.