14. Сущность предварительно напряженного железобетона и способы создания предварительного напряжения

Предварительно напряженными называют такие железобетонные конструкции, в которых до приложений нагрузок в процессе изготовления искусственно создаются значительные сжимающие напряжения в бетоне пу-1 тем натяжения высокопрочной арматуры. Начальный сжимающие напряжения создаются в тех зонах бетона{ которые впоследствии под воздействием нагрузок испытывают растяжение. При этом повышается трещиностой-кость конструкции и создаются условия для применения высокопрочной арматуры, что приводит к экономии металла и снижению стоимости конструкции.

Удельная стоимость арматуры я, равная отношению ее цены Ц (руб/т) к расчетному сопротивлению Rs, снщ жается с увеличением прочности арматуры ( 1.26, а). Поэтому высокопрочная арматура значительно выгоднее горячекатаной. Однако применять высокопрочную арматуру в конструкциях без предварительного напряжения нельзя, так как при высоких растягивающих напряжениях в арматуре и соответствующих деформациях удлинения в растянутых зонах бетона появляются трещины значительного раскрытия, лишающие конструкцию необходимых эксплуатационных качеств.

Сущность предварительно напряженного железобетона в экономическом эффекте, достигаемом благодаря применению высокопрочной арматуры. Кроме того, высокая трещиностойкость предварительно напряженного железобетона повышает его жесткость, сопротивление динамическим нагрузкам, коррозионную стойкость, долговечность.

В предварительно напряженной балке под нагрузкой ( 1.26,6) бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила FCrc, вызывающая образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие, превышает нагрузку, действующую при эксплуатации Fser. С увеличением нагрузки на балку до предельного разрушающего значения Fu напряжения в арматуре и бетоне достигают предельных значений.

Таким образом, железобетонные предварительно напряженные элементы работают под нагрузкой без тре-1 щин или с ограниченным по ширине их раскрытием (FSer<Fcrc<Fu), в то время как конструкции без предварительного напряжения эксплуатируются при наличии трещин (FCrc<FSer<Fu) и при больших значениях прогибов ( 1.26, г). В этом различие конструкций предварительно напряженных и без предварительного напряжения с вытекающими отсюда особенностями их расчета," конструирования и изготовления.

В производстве предварительно напряженных элементов возможны два способа создания предварительного напряжения: натяжение на упоры и натяжение на бетон. При натяжении на упоры до бетонирования элемента арматуру заводят в форму, один конец ее закрепляют в упоре, другой натягивают домкратом или другим приспособлением до заданного контролируемого напряжения ( 1.27, а). После приобретения бетоном необходимой кубиковой прочности перед обжатием Rbp арматуру отпускают с упоров. Арматура при восстановлении упругих деформаций в условиях сцепления с бетоном обжимает окружающий бетон ( 1.27, б). При так называемом непрерывном армировании форму укладывают на поддон, снабженный штырями, арматурную проволоку специальной навивочной машиной навивают на трубки, надетые на штыри поддона, с заданной величиной напряжения, и конец ее закрепляют плашечным зажимом ( 1.27, в). После того как бетон наберет необходимую прочность, изделие с трубками снимают со штырей поддона, при этом арматура обжимает бетон.

Стержневую арматуру можно натягивать на упоры электротермическим способом. Стержни с высаженными головками разогревают электрическим током до 300— 350°С, заводят в форму и закрепляют на концах в упорах форм. Арматура при восстановлении начальной длины в процессе остывания натягивается на упоры.

При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или слабоармированный элемент ( 1.27, г), затем при достижении бетоном прочности создают в нем предварительное сжимающее напряжение. Напрягаемую арматуру заводят в каналы или в пазы, оставляемые при бетонировании элемента, и натягивают на бетон ( 1.27, д). При этом способе напряжения в арматуре контролируются после окончания обжатия бетона. Каналы, превышающие диаметр арматуры на 5—15 мм, создают в бетоне укладкой извлекаемых пустотообразователей (стальных спиралей, резиновых шлангов и т. п.) или оставляемых гофрированных стальных трубок и др. Сцепление арматуры с бетоном создается после обжатия инъецированием — нагнетанием в каналы цементного теста или раствора под давлением. Инъецирование производится через заложенные при изготовлении элемента тройники — отводы. Если напрягаемая арматура располагается с внешней стороны элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров и т. п.), то навивка ее с одновременным обжатием бетона производится специальными навивочными машинами. В этом случае на поверхность элемента после натяжения арматуры наносят Торкретированием  (под давлением) защитный слой бетона.

Натяжение на упоры как более индустриальное является основным способом в заводском производстве. Напряжение на бетон применяется главным образом для крупноразмерных конструкций и при соединении их на Монтаже.