1.3 Властивості та галузі застосування залізобетонних конструкцій
До основних позитивних властивостей залізобетону відносять: практично невичерпні запаси сировини для виробництва в’яжучих і заповнювачів; екологічну доцільність використання відходів промисловості як сировини для компонентів бетону; високу надійність і довговічність ЗБК, стійкість їх до дії високих температур й агресивного середовища, опір динамічному навантаженню; можливість задовольняти різні вимоги будівництва, включаючи створення підземних і підводних споруд; низьку енергоємність технологічного процесу виготовлення ЗБК; порівняно просту технологію виготовлення, можливість створення будь-якої форми; конструктивну сумісність бетону з багатьма будівельними й оздоблювальними матеріалами; малі експлуатаційні витрати на утримання будівель.
Поряд
із цим ЗБК мають і недоліки,
а саме: поява тріщин унаслідок усадки
та силових впливів (навантаження в
момент утворення тріщин, як правило,
становить 15 – 25 % від руйнівного), що не
завжди допустимо для нормальної
експлуатації; підвищена деформативність
(активний процес розвитку тріщин швидко
зменшує висоту зони стиснення, що різко
(до 5 разів) знижує момент інерції
зведеного перерізу й спричиняє різке
зростання прогину f);
неможливість раціонального використання
арматури з межею текучості понад 500 МПа
(експериментально встановлено, що в
момент, коли ширина розкриття тріщин і
прогини конструкції досягають гранично
допустимих величин, напруження в
гладенькій арматурі не перевищує
300 МПа, а в арматурі періодичного
профілю – 500 МПа); недоцільність
використання сучасних бетонів високої
міцності через низьку міцність арматури,
котра застосовується, малу тріщиностійкість
та жорсткість ЗБК без попереднього
напруження; велика щільність, що зумовлює
надлишкову вагу, тому маса ЗБК виявляється
значною, що обмежує величини прольотів,
які перекриваються (при прольотах 12 м
залізобетонна балка без попереднього
напруження починає в основному «нести
сама себе» та стає економічно не вигідною
через велику власну вагу); висока тепло-
та звукопровідність; трудомісткість
переробок і підсилення; необхідність
витримки до набуття необхідної міцності;
невисока витривалість (опір динамічному
навантаженню).
ЗБК є базою сучасної будівельної індустрії, вони широко розповсюджені практично в усіх галузях господарства (рис. 2), а саме:
– промисловому та цивільному будівництві (елементи перекриття та покриття, колони, підкранові балки, фундаменти, стінові панелі);
– сільськогосподарському будівництві;
– транспортному будівництві (мости, тунелі, метрополітен, злітно-посадкові смуги аеродромів);
– енергетичному будівництві (греблі, шлюзи, споруди ГРЕС й атомних реакторів);
– гідромеліоративному будівництві (іригаційні системи);
– суднобудуванні (плавучі доки, понтони);
− гірництві (закріплення гірських порід, надшахтні споруди);
– при видобуванні корисних копалин (плавучі платформи з видобування нафти);
– спортивних і культових спорудах.
1.4 Поняття про попередньо напружені конструкції
Попередньо напруженими називають ЗБК, в яких попередньо (в процесі виготовлення) штучно створено відповідно до розрахунку початкові напруження розтягу в частині (або всій) робочій арматурі й обтиснення всього (чи частини) бетону.
Обтиснення бетону (як правило, зони, розтягнутої під дією зовнішнього навантаження) на відповідну величину здійснюється попередньо натягнутою арматурою (рис. 1, в), котра після відпускання намагається повернутися в свій початковий стан. При цьому балка набуває вигину. При прикладанні зовнішнього навантаження в конструкції спочатку гаситься попереднє обтиснення бетону і лише потім у ньому виникають напруження розтягу (рис. 1, г), котрі будуть поступово збільшуватися до граничного опору бетону розтягові, далі розвиток НДС проходить аналогічно залізобетонним конструкціям без попереднього напруження.
Таким чином, попереднє напруження дає можливість:
– підвищити тріщиностійкість бетону в 2 – 3 рази порівняно із конструкціями без попереднього напруження (віддаляється момент утворення тріщин у розтягнутій зоні й обмежується ширина їх розкриття);
– збільшити жорсткість елементів і зменшити кінцеві прогини;
– використати високоміцну стрижневу арматуру та високоміцний дріт, що дозволяє до 50 % зменшити витрати сталі;
– підвищити витривалість конструкцій;
– збільшити прольоти, що перекриваються.
На міцність ЗБК попереднє напруження практично не впливає.
Перша пропозиція застосування попередньо напруженого бетону належить американцеві П. Джексону, який у 1886 р. запатентував «Конструкцію мостів із штучного каменю та бетону» з напруженими анкерами. В 1910 р. у Германії Бах здійснив серію випробувань попередньо напружених балок. У 1928 р. француз Е. Фрейсине отримав патент на застосування сталі високої міцності, котра попередньо розтягується до напружень вище ніж 400 МПа. Незалежно від Е. Фрейсине в колишньому СРСР дослідженнями попередньо напружених ЗБК займався В. Михайлов.
Рисунок 2 Приклади застосування залізобетонних конструкцій