Лекция № 6 Особенности расчета предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Необходимость применения предварительно напряженных железобетонных конструкций возникла при решении задач увеличения трещиностойкости, уменьшения ширины раскрытия трещин и прогибов железобетонных конструкций.

Предварительно напряженными называются конструкции, бетон которых предварительно (до приложения внешних нагрузок) подвергается обжатию с помощью предварительного натяжения арматуры.

Усилие предварительного обжатия Р учитывается при расчетах железобетонных конструкций по второй группе предельных состояний. К расчетам по второй группе предельных состояний относятся расчеты по образованию, раскрытию трещин и прогибу. Усилие предварительного обжатиея Р увеличивает момент трещинообразования трещин М_crc изгибаемых элементов и усилие при трещинообразовании N_crc центрально растянутых элементов, уменьшает ширину раскрытия трещин a_crc и прогиб конструкций f от действия внешних нагрузок.

Алгоритм расчета момента трещинообразования железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры приведен в лекции №4: M_crc = *W*R_bt,ser. Трещины не образуются, если Mⁿ < M_crc.

Момент трещинообразования предварительно напряженных железобетонных конструкций определяется по формуле: M_crc = *W*R_bt,ser + Р*е_яр, где е_яр – расстояние от центра приложения усилия предварительного обжатия Р до ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны, трещинообразование которой проверяется. Из рисунка 6.1 следует, что е_яр = е_ор + r, где е_ор – расстояние от центра приложения усилия предварительного обжатия Р до центра тяжести приведенного сечения, r – расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки.

Рис. 6.1. Схема усилий и эпюра напряжений в поперечном сечении элемента с предварительно напряженной арматурой при расчете момента трещинообразования М_crc

При расчетах по второй группе предельных состояний в расчетные формулы входят геометрические характеристики приведенного сечения. Приведенное сечение – это бетонное сечение, в котором арматура заменена эквивалентным количеством бетона. На рисунке 6.2 показано определение геометрических характеристик приведенного сечения.

Рис. 6.2. К определению геометрических характеристик приведенного сечения.

Для вычисления усилия предварительного обжатия Р, необходимо предварительно задать:

- способ натяжения арматуры;

- классы бетона и арматуры;

- начальный уровень предварительного натяжения арматуры;

- передаточную прочность бетона.

Способы натяжения арматур.

Предварительное обжатие конструкций выполняется двумя способами:

- натяжением арматуры на упоры (до бетонирования) – заводские условия применения предварительного натяжения арматуры;

- натяжением арматуры на бетон (после бетонирования и затвердения бетона); арматура натягивается в каналах (пазах и выемках) с последующим заполнением их цементным раствором или мелкозернистым бетоном – построечные условия применения предварительного напряжения арматуры.

При выполнении предварительно напряженных конструкций имеют место следующие способы натяжения арматуры:

- электротермический (необходимое удлинение арматуры получают электрическим нагревом);

- механический (необходимое удлинение получают вытяжкой арматуры натяжными механизмами;

- электротермомеханический (комбинированный метод).