§ 5. Самонапряженный железобетон.
Это третий из названных выше способов создания преднапряжения в железобетоне.
Отличается от первых двух способов, рассмотренных в §2 и 3, тем, что в нем не требуется использовать напрягаемую арматуру, натягиваемую до бетонирования на упоры либо на затвердевший бетон (то есть после бетонирования).
При изготовлении самонапряженного железобетона используют так называемые напрягающие (расширяющиеся) цементы. Принципиальной особенностью бетонов, приготовленных с использованием этих цементов, является то, что при твердении на воздухе они увеличивают свой объем (расширяются), а не усаживаются, как обычные бетоны. Эта особенность названных цементов и используется для создания предварительного напряжения в железобетонных конструкциях при их изготовлении в заводских условиях.
Схематически создание самонапряженной железобетонной конструкции показано в табл.2.5. Таблица 2.5.
Схема производства работ на этапе |
Пояснения работ на этапе |
1 |
2 |
1
|
Арматура свободно (то есть без натяжения) уложена в форму (опалубку) и конструкция забетонирована с использованием бетона на напрягающем цементе. |
2
|
В процессе твердения бетона он стремится увеличиться в объеме (состояние объема конструкции при возможности свободного его увеличения показано пунктиром). Здесь: +V - приращение объема при твердении бетона. |
.
.
Окончание табл. 2.5.
1 |
2 |
3
bp
Р
|
В процессе твердения бетона кроме увеличения объема формируется его сцепление с арматурой, которое препятствует свободному расширению бетона. Поэтому арматуру можно рассматривать как внутреннюю связь, препятствующую свободной деформации расширения бетона. Как известно из сопромата, несвободные деформации приводят к возникновению напряжений в материале. Вследствие сцепления с арматурой бетон, находящийся вблизи ее, не может удлиниться (расшириться), а бетон неармированной зоны практически свободно расширяется. В результате в бетоне, окружающем арматуру, возникают сжимающие напряжения, а сама арматура оказывается растянутой усилием Р расширяющимся бетоном. Окончательное напряженное состояние в сечении рассматриваемой конструкции имеет вид, показанный на схеме и обозначенный bp. Как видно из сопоставления с напряженным состоянием, создаваемым двумя другими способами (см. п. 3 табл.2.1 и п.3 табл. 2.3), они идентичны. Т.о. цель достигнута: получено существенное обжатие бетона той зоны, которая при действии внешних нагрузок будет испытывать растяжение. Для этого потребовалось лишь установить в эту зону арматуру и применить бетон на расширяющемся цементе. При этом величина создаваемых в бетоне напряжений bp зависит от количества арматуры: чем больше арматуры, тем больше напряжения bp. Здесь: 1.bp - эпюра напряжения в бетоне от обжатия напрягаемой арматурой. 2. Пунктиром показана конструкция до создания преднапряжения в конструкции и ее выгиба; fо.в обратный выгиб конструкции под действием предварительного обжатия напрягаемой арматурой. |
