178. Настоящее Руководство содержит положения по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона, выполняемых без предварительного напряжения арматуры.

В Руководстве приведены требования главы СНиП II-21-75 «Бетонные и железобетонные конструкции», относящиеся к проектированию указанных конструкций, и положения, детализирующие эти требования, а также дополнительные рекомендации по проектированию и приближенные способы расчета конструкций.

В скобках указаны соответствующие номера пунктов и таблиц главы СНиП II-21-75. При этом формулы, в которых коэффициенты при расчете элементов конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры имеют однозначную величину (в том числе при величине, равной 1), приведены с заменой буквенных обозначений коэффициентов конкретной их величиной.

Каждый раздел Руководства сопровождается примерами расчета конструкций, охватывающими наиболее типичные случаи, встречающиеся в практике проектирования.

В Руководство не включены данные по проектированию конструкций без предварительного напряжения арматуры, которые редко встречаются на практике (например, данные для арматуры, упрочненной вытяжкой, расчет элементов с арматурой, имеющей условный предел текучести, - классов А-IV, Ат-IV, А-V и Ат-V; расчет элементов на выносливость). Эти данные приведены в «Руководство по проектированию предварительно-напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона».

179. Предварительно напряжённые конструкции, строительные конструкции, в которых предварительно (в процессе изготовления, укрупнительной сборки или монтажа) создаются напряжения, оптимальным образом распределённые в элементах конструкции. В современном строительстве предварительное напряжение наиболее широко применяется в железобетонных конструкциях и изделиях различного назначения; оно получает распространение также и в металлических конструкциях. П. н. к. весьма эффективны благодаря применению высокопрочных материалов и более полному использованию их физико-механических свойств.

В железобетонных П. н. к., как правило, предварительно создаются напряжения сжатия в бетоне и растяжения в арматуре. В них достигается значительная экономия (до 70%) арматурной стали (в виде канатов, проволоки или стержней периодического профиля) за счёт использования её высокопрочных марок; обеспечивается высокое сопротивление П. н. к. образованию и раскрытию трещин (трещиностойкость); существенно повышается жёсткость конструкций (по сравнению с обычными, выполняемыми без предварительного напряжения); увеличивается выносливость конструкций, испытывающих воздействия многократно повторяющихся нагрузок. Железобетонные П. н. к. наиболее рациональны для зданий и инженерных сооружений (например, мостов) с такими пролётами, нагрузками и условиями работы, при которых использование конструкций с ненапрягаемой арматурой сопряжено со значительными техническими трудностями или с большим расходом бетона и стали. Целесообразно также применение железобетонных П. н. к. для изготовления напорных трубопроводов, резервуаров, силосов и др. ёмкостей, где требуется обеспечение непроницаемости.

Металлические П. н. к. применяют в пролётных строениях мостов, подкрановых балках, мачтах, башнях, опорах линий электропередачи и др.

Расчёт П. н. к. ведётся по методу предельных состояний с учётом реальных физико-механических свойств бетона и стали. При этом исходят из того, что создаваемые напряжения не сохраняются постоянными до приложения эксплуатационных нагрузок. Потери предварительного напряжения могут быть обусловлены технологическими факторами (например, термообработкой изделий и конструкций), физико-механическими свойствами бетона и стали (усадкой и ползучестью бетона, релаксацией напряжений в стали), особенностями конструктивных решений П. н. к. и оборудования для натяжения арматуры (деформацией анкеров, трением арматуры о поверхность бетона в каналах или пазах и др.).

Предварительное напряжение в арматуре железобетонных П. н. к. может быть создано до отвердения бетона (с натяжением арматуры на форму или на упоры стенда), после отвердения (с натяжением арматуры на затвердевший бетон, причём арматура располагается в каналах, пронизывающих конструкцию, или во внешних пазах), в процессе твердения бетона (с помощью напрягающего цемента). Для натяжения арматуры используют механические (с помощью специальных домкратов или др. устройств), электротермические и др. способы. Для создания предварительного напряжения в металлических П. н. к. используют упругий выгиб отдельных элементов, свариваемых в целую балку, обжатие отдельных стержней и стержневых систем затяжками из высокопрочных сталей, принудительное смещение опор неразрезных балок, арок, рам и др. способы.

179. Способы создания предварительного напряжения в предварительно напряженных железобетонных конструкциях. Существует два способа создания предварительных напряжений в арматуре: натяжение на упоры и растяжение на бетон. Натяжение на упоры является более индустриальным способом.

При натяжении на упоры арматуру устанавливают в форме до бетонирования, причем один из ее концов закрепляют, а другой конец домкратом (или иным приспособлением) натягивают до заданных напряжений (механическое натяжение).

После того как уложенный бетон наберет определенную передаточную прочность Ro (по проекту нового СНиПа — Rbp), арматуру отпускают с упоров, вследствие чего напряжения с арматуры передаются на бетон, стремясь обжать его. Вместо механического натяжения можно воспользоваться электронагревом (до 300-400°С). Нагреву подвергаются арматурные стержни с заранее высаженными головками.

При таком электротермическом натяжении сразу после нагрева стержни свободно укладывают в упоры, препятствующие их укорочению при остывании. В результате этого в остывших стержнях возникают предварительные растягивающие напряжения.

Натяжение на бетон — менее индустриальный способ, применяется в основном на строительных площадках для изготовления крупноразмерных конструкций или же для укрупнительной сборки конструкций, состоящих из элементов заводского изготовления. При этом вначале изготовляют чисто бетонный или слабо армированный элемент; после набора бетоном определенной прочности (передаточная прочность Ro) в каналы, образованные еще при бетонировании с помощью специальных шлангов или труб, вводят арматуру.

Затем ее напрягают домкратами, используя в качестве упоров сам бетонный элемент. В целях улучшения сцепления между арматурой и бетоном необходимо после окончания процесса напряжения арматуры заполнить каналы под давлением 5-6 ат мелкозернистым бетоном проектной марки МЗОО или выше.

Для преднапряженных конструкций по возможности следует применять арматуру с более высокими прочностными характеристиками.

При длине элементов более 12 м нужно применять преимущественно проволочную арматуру и арматурные канаты.

При низком значении предварительного напряжения эффект его со временем утрачивается вследствие неизбежных потерь этого напряжения.