Втрати попереднього напруження в напружуваній арматурі

Стискувальні напруження в бетоні, спричинені обтискуванням його арматурою, зменшуються в часі у зв’язку із втратами попереднього напруження в напружуваній арматурі. Ці втрати можуть досягати 100...300 МПа, тому для попередньо напружених конструкцій не застосовують арматуру з низьким опором розтягуванню (наприклад, А-І...А-ІІІ), оскільки втрати можуть повністю погасити попереднє напруження в стержнях.

Втрати попереднього напружування поділяють на перші втрати – _l1, що розвиваються до обтискування і в процесі обтискування бетону, і другі _l2–, які мають місце після обтискання бетону і розвиваються протягом кількох місяців або років.

Нижче наведені види втрат попереднього напруження зумовлені впливом різних фізико-механічних факторів. Значення втрат визначають за формулами норм.

Рис. 4.3. До визначення втрат у напружуваній арматурі: а – проявлення пластичних деформацій у дротяній арматурі при вільному подовженні; б – те саме, при постійному початковому навантаженні; в – релаксація напружень у дроті в часі; г – зминання висаджених головок під час закріплення арматури в упорах; д – занурення витка кільцевої або спіральної арматури в бетон; е – переріз труби; ж – додаткові деформації обтискування стиків між збірними блоками; 1– упор; 2 – головка; 3 – шайба; 4 – зони зминання; 5 – стінка труби; 6 – напружувана спіральна арматура

Втрати ₁ та ₇ від релаксації напружень арматури розвиваються на протязі 5–7 діб після її натягування.

Високоміцна арматура в результаті її навантажування пружно видовжується на величину _l, а потім в ній розвиваються непружні деформації _pl (рис. 4.3, а) без збільшення навантаження. При цьому напруження в арматурі залишаються сталими, але довжина збільшується.

Якщо арматура розтягується і закріплюється в нерухомих упорах, як це буває в разі її натягування, пластичні деформації спричиняють зниження напружень в ній, що називається релаксацією напружень (рис. 4.3, б та в).

Втрати ₂ від температурного перепаду залежать від різниці температур натягнутої арматури в зоні нагрівання і пристрою, який сприймає зусилля натягування під час прогрівання бетону. Різницю температур приймають за технологічними даними, а при відсутності їх в розрахунок вводять _t=65⁰С.

При натягуванні арматури на форму внаслідок одночасного нагрівання форми та арматури втрати від перепаду температур дорівнюють нулю.

Втрати ₃ від деформації анкерів, розташованих біля натягувальних пристроїв, залежать від конструкції анкерів і зумовлюються обтискуванням спресованих шайб, зминанням висаджених головок, зміцненням стержнів у затискачах, зминанням шайб і прокладок (рис. 4.3, г). Чим довший напружуваний стержень, тим менша сумарна відносна деформація вкорочення і менші втрати.

Втрати ₄ від тертя арматури об стінки каналів, поверхню бетону та обгинальні пристрої залежать від шорсткості поверхні бетону, кута перегину арматури або кривини осі каналу.

Втрати ₅ від деформації сталевої форми виникають при неодночасному натягуванні арматури на форму. Під час натягування першого стержня сталева форма пружно стискується на величину ₁. Натягування другого стержня спричиняє додаткове пружне стискування на величину ₂, що супроводжується скороченням першого стержня на цю саму величину, що й визначає втрати напруження. Чим більше стержнів або груп стержнів натягують одночасно, тим більші втрати в стержнях, що натягуються в першу чергу. Зменшити їх можна, збільшуючи натяг перших стержнів або застосувавши повторне натягування. Втрати ₅ визначають за формулою норм або приймають рівними 30 МПа, якщо на момент проектування немає даних про технологію виготовлення попередньо напруженої конструкції.

Втрати ₆ від швидкоплинної повзучості та ₉ від повзучості бетону спричиняються вкороченням залізобетонного елемента, а отже, і напружуваної арматури. Таке скорочення збільшується при високих напруженнях у бетоні і залежить від їх тривалості. Для точнішого обчислення втрат деформації повзучості поділено на швидкоплинні і на такі, що розвиваються в часі.

Обчислюючи втрати від повзучості, вважають, що конструкція завантажується зовнішнім навантаженням не раніш ніж через 100 діб після виготовлення. При ранішому завантажуванні деформації повзучості менші і втрати попереднього напружування в арматурі, розташованій у розтягнутій від зовнішнього навантаження зоні, знижуються. Це враховується за допомогою коефіцієнта _l<1, на який множать втрати, обчислені за нормами. В результаті теплової обробки бетону знижуються втрати попереднього напружування.

Втрати ₈ від усадки бетону мають місце у зв’язку з вкороченням бетону і напружуваної арматури. При цьому арматура не тільки не чинить опору розвиткові цих деформацій, а й сприяє розвиткові усадки. Втрати від усадки бетону наведені в нормах залежно від виду і класу бетону, умов його тужавлення, способу натягування арматури і дорівнюють 30...60 МПа.

Втрати ₁₁ від деформацій обтискування стиків між блоками виникають у великопролітних конструкціях, які складають з блоків заводського виготовлення. Ці блоки стикуються шляхом натягу арматури на бетон (рис. 4.3, е). У цьому випадку розвиваються додаткові деформації за рахунок обтискування стиків, що спричиняє втрати попереднього напружування ₁₁. Втрати залежать від кількості стиків, довжини напружуваної арматури та виду стику. Якщо стики заповнюються бетоном, то обтискування кожного стику приймають за 0,3 мм. У разі стикування насухо деформацію зминання приймають 0,5 мм.

У зв’язку із складністю точного врахування всіх численних факторів, від яких залежать втрати (оскільки не завжди відомі умови експлуатації проектної конструкції), для практичних розрахунків у нормах прийнято менш точні, але простіші способи врахування втрат напруження на стадії проектування.

Перші і другі втрати:

– у разі натягування на упори

_l1 = ₁ + ₂ + ₃ + ₅ + ₆; _l2 = ₈ + ₉; (4.13)

– у разі натягування на бетон

_l1 = ₃ + ₄; _l2 = ₇ + ₈ + ₉ + ₁₀ +  ₁₁, (4.14)

де ₁₀ – втрати від зминання бетону під витками спіральної арматури.

Повні втрати _l = _l1 + _l2, що їх приймають у розрахунках, мають становити не менш як 100 МПа.

Втрати напружень в попередньо напружуваній арматурі, що має працювати в стиснутій зоні під час експлуатації конструкції, визначають аналогічно за вище наведеними формулами.