11.Предварительно напряженные железобетонные конструкции.Способы создания предварительного напряжения.

Появление высокопрочных сталей и бетонов выдвинуло идею применения предварительно напряженных железобетонных конструкций, имеющих ряд преимуществ перед обычными железобетонными (повышенная трещиностойкость и жесткость, экономичность, меньшие габариты и вес и пр.).

До этого времени использование предварительного напряжения не дало положительных результатов из-за больших потерь напряжений в арматуре при невысоком ее натяжении.

Применение предварительно напряженных железобетонных конст­рукций, особенно с появлением высокопрочных сталей и бетонов, по­зволило перекрывать большие пролеты зданий и сооружений. Из пред­варительно напряженного железобетона сооружаются мосты, оболоч­ки, купола, резервуары и другие конструкции.

В предварительно напряженных железобетонных конструкциях ар­матура подвергается предварительному растяжению, а бетон — обжа­тию. Это достигается одним из двух основных способов.

Первый способ заключается в натяжении арматуры на упоры. После отвердения бетона арматура освобождается от натяжного устройства и, сокращаясь, производит обжатие бетона.

Второй способ характеризуется натяжением арматуры на затвердевший бетон. Для этого арматуру пропускают через оставлен­ные в затвердевшем бетоне каналы или пазы; подвергаясь натяжению, она одновременно обжимает бетон. Заполнением цементным раствором каналов или пазов обеспечивается сцепление арматуры с бетоном.

Кроме обычных железобетонных конструкций существуют также предварительно напряженные. Предварительное напряжение позволяет эффективно использовать более прочные арматурные стали и бетон высоких марок, что невозможно в обычном железобетоне.

Предварительное напряжение железобетонных конструкций значи­тельно повышает трещиностойкость и снижает деформации элементов конструкций, так как создает предварительное обжатие бетона в тех ча­стях, которые при эксплуатационной нагрузке работают на растяжение.

12.Арматура для железобетонных кострукций. Арматурные изделия.

Под арматурой традиционно понимают гибкие стальные стержни, размещаемые в массе бетона таким образом, чтобы они эффективно воспринимали растягивающие усилия, вызванные внешними нагрузками и воздействиями. Кроме того, в некоторых случаях арматура может быть установлена для усиления сжатой зоны бетона в изгибаемых и внецентренно нагруженных элементах, либо в условно центрально сжатых элементах.

К арматуре, применяемой в железобетонных и предварительно напряженных конструкциях, предъявляют следующие требования:

- максимально высокое нормативное сопротивление (физический или условный предел текучести);

- хорошие упругие свойства (высокие значения характеристики предела упругости и пропорциональности), что важно для снижения потерь предварительного напряжения от релаксации и ползучести стали;

- высокие пластические свойства, характеризующиеся величиной удлинения при разрыве, что гарантирует конструкцию от преждевременного хрупкого разрушения по растянутой арматуре;

- высокая вязкость, характеризуемая наибольшим практически необходимым числом безопасных перегибов, что позволяет избежать снижения прочностных характеристик арматуры в процессе изготовления конструкции;

- способность арматуры к наилучшему сцеплению с бетоном, для чего поверхности арматуры придают соответствующее очертание и поверхность

Рис.4.1. Геометрические параметры периодического профиля, наносимого на поверхность арматуры в процессе производства

Кроме того, арматурные стали должны обладать:

– свариваемостью, характеризуемой образованием надежных соединений без трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах;

– стойкостью против хладноломкости или склонностью к хрупкому разрушению под напряжением при отрицательных температурах;

– пределом выносливости, т.е. прочностью, при которой не наблюдается хрупкого разрушения стали при действии многократно повторяющейся нагрузки (при числе циклов n = 1×10⁵);

– реологическими свойствами, к которым относят ползучесть и релаксацию стали.

Под ползучестью арматурной стали понимают, как и для бетона, рост деформаций во времени при постоянном уровне напряжений. Ползучесть стали увеличивается с ростом уровня растягивающих напряжений и температуры.

Под релаксацией арматурной стали понимают снижение во времени начального уровня напряжений при постоянной величине деформации.

Ползучесть и релаксация связаны со структурными изменениями материала происходящими под действием напряжений и окружающей среды. В общем случае реологические явления зависят от прочности и химического состава стали, технологии изготовления, температуры, геометрии поверхности, уровня напряжений и условий применения. Явления релаксации и ползучести стали описывают с использованием эмпирических зависимостей, полученных на основании опытов.

Арматурные изделия

Ненапрягаемую арматуру железобетонных конструкций изготавливают на заводах, как правило, в виде арматурных сварных изделий – сварных сеток и каркасов. Продольные и поперечные стержни сеток и каркасов в местах пересечений соединяют контактной точечной электросваркой.

Сварные сетки изготавливают из арматурной проволоки диаметром 3-5мм и арматуры класса S400 диаметром 6 – 10мм. Сетки бывают рулонные и плоские. Рабочей арматурой могут служить продольные или поперечные стержни сетки; стержни, расположенные перпендикулярно рабочим, являются распределительными. В качестве рабочей арматуры можно также использовать стержни сеток обоих направлений.

Сварные каркасы изготавливают из одного или двух продольных рабочих стержней, монтажного стержня и привариваемых к ним поперечных стержней. Размер концевых выпусков продольных и поперечных стержней каркаса должен быть не менее 0,51+2 или 0,52+1 и не менее 20мм. Пространственные каркасы конструируют из плоских каркасов и с применением соединительных стержней.

В целях экономии металла широкое применение при изготовлении конструкций нашла неметаллическая арматура. Так стеклопластиковые арматурные стержни обладают хорошим сцеплением с бетоном, высокой прочностью на разрыв (до 1800МПа), но низким модулем упругости (45000МПа).