5. Стадии напряженного состояния в сечениях жб балки
напряженное состояние балки в нормальном сечении при увеличении нагрузки проходит через несколько характерных стадий
На первой стадии, напряжения в бетоне невелики и деформации бетона носят упругий характер. Зависимость между деформациями и напряжениями выражается практически прямой линией и эпюры напряжений в сжатой и растянутой зонах можно считать треугольными. При дальнейшем увеличении нагрузки эпюра напряжений в растянутой зоне приобретает криволинейный характер и напряжения приближаются к напряжениям образования трещин.
На второй стадии происходит появление и раскрытие трещины в растянутой зоне бетона. Вследствие появления трещины, растягивающие напряжения начинает воспринимать арматура. Напряжения в бетоне сжатой зоны не превышают временного сопротивления бетона сжатию. При дальнейшем увеличении нагрузки в сжатом бетоне возникают неупругие деформации и эпюра сжимающих напряжений приобретает криволинейный характер. Конец второй стадии характеризуется появлением неупругих деформаций в арматуре.
Третья стадия характеризуется предельным состоянием сечения по прочности. При увеличении нагрузки напряжения в арматуре достигают предела текучести и, следовательно, деформации арматуры происходят при постоянной величине нагрузки. При этом, трещина развивается в направлении верхней грани сечения, высота сжатой зоны уменьшается, а напряжения в сжатом бетоне растут и достигают временного сопротивления бетона при сжатии. Это напряженное состояние называется пластическим шарниром и разрушение элемента происходит с пластическими деформациями и не является хрупким. Такое разрушение принято называть исчерпанием несущей способности по первому случаю. Возможен, однако, и другой сценарий разрушения. Если увеличить площадь поперечного сечения растянутой рабочей арматуры, то ее несущая способность может оказаться выше несущей способности сжатой зоны бетона. В этом случае сжатая зона бетона разрушится раньше, чем напряжения в арматуре достигнут предела текучести, такое разрушение будет хрупким и называется разрушением по второму случаю. Наиболее рациональным способом проектирования железобетонных сечений считается тот при котором одновременно достигается прочность как по арматуре, так и по сжатому бетону, т.е. разрушение происходит по пограничной зоне между первым и вторым случаем.
6. Преимущества предварительно напряженных конструкций
снижение расхода стали путем использования арматуры высокой прочности;
увеличение сопротивления конструкций образованию трещин в бетоне и ограничение их раскрытия;
повышение жесткости и уменьшения деформаций конструкций;
обжатие стыков элементов сборных конструкций;
повышение выносливости конструкций, работающих под воздействием многократно повторяющейся нагрузки;
уменьшение расхода бетона и снижения веса конструкций за счет применения бетона высоких классов.
7. Способы изготовления предварительно напряженных конструкций
Предварительное напряжение создается двумя основными способами:
натяжением арматуры на упоры формы или стенда;
натяжением арматуры на затвердевший бетон.
Натяжение арматуры на упоры производится механическим, электротермическим или электротермомеханическим способом, а натяжение арматуры на бетон, — как правило, механическим способом.
При натяжении на упоры применяются стержневая арматура, высокопрочная проволока в виде пакетов и арматурные канаты. При натяжении на бетон применяются высокопрочная проволока в виде пучков и арматурные канаты. Кроме того, проволока и арматурные канаты небольших диаметров могут натягиваться на упоры форм или бетон путем непрерывной намотки.
8. Суммарная величина потерь предварительно напряженной арматуры
При натяжении арматуры на упоры следует учитывать потери:
а) первые - от деформации анкеров, трения арматуры об огибающие приспособления, от релаксации напряжений в арматуре, температурного перепада, деформации форм (при натяжении арматуры на формы), от быстронатекающей ползучести бетона;
б) вторые - от усадки и ползучести бетона.
При натяжении арматуры на бетон следует учитывать потери:
а) первые - от деформации анкеров, трения арматуры о стенки каналов или поверхность бетона конструкции;
б) вторые - от релаксации напряжений в арматуре, усадки и ползучести бетона, смятия бетона под витками арматуры, деформации стыков между блоками (для конструкций, состоящих из блоков).
Потери предварительного напряжения арматуры следует определять по табл. 4 (ПОСОБИЕ к СНиП 2.03.01-84), при этом суммарную величину потерь при проектировании конструкций необходимо принимать не менее 100 МПа.