Сущность предварительно напряженного железобетона. Преимущества предварительно напряженных конструкций.
Железобетонными предварительно-напряженными называют такие конструкции, в которых предварительно, т.е. в процессе изготовления или возведения, создаются собственные первичные усилия растяжения в арматуре и сжатия в бетоне всего сечения или части его.
Предполагалось, что эти начальные усилия создаются до приложения внешней нагрузки, и этим обосновывалось название предварительно-напряженные (более ранее название «напряженно-армированные»). В действительности же при существующих методах изготовления ПН конструкций часто возникают усилия как в процессе изготовления изделия, так и при приложении внешних нагрузок (в большинстве случаев от собственной массы конструкции). Последние, складываясь с предварительным напряжением, дают суммарные усилия, которые и нужно учитывать при оценке напряженного состояния конструкций.
В обычном железобетоне вся нагрузка в зоне растяжения элемента до появления в этой зоне трещин воспринимается в первую очередь бетоном и лишь в незначительной степени арматурой. В ПН железобетоне при эксплуатации конструкции вся нагрузка полностью воспринимается арматурой растянутой зоны.
В результате предварительного напряжения железобетонных конструкций достигаются:
снижение расхода стали на напрягаемую рабочую арматуру благодаря применению стали повышенной и высокой прочности;
увеличение сопротивления конструкции образованию трещин в бетоне, т.е. трещиностойкости, и ограничение раскрытия трещин;
увеличение жесткости конструкций, т.е. уменьшение деформативности, благодаря чему можно перекрывать большие пролеты, строить высокие сооружения и пр.
В обычном железобетоне вся нагрузка в зоне растяжения элемента до появления в этой зоне трещин воспринимается в первую очередь бетоном и лишь в незначительной степени арматурой. В ПН железобетоне при эксплуатации конструкции вся нагрузка полностью воспринимается арматурой растянутой зоны.
В результате предварительного напряжения железобетонных конструкций достигаются:
снижение расхода стали на напрягаемую рабочую арматуру благодаря применению стали повышенной и высокой прочности;
увеличение сопротивления конструкции образованию трещин в бетоне, т.е. трещиностойкости, и ограничение раскрытия трещин;
у
величение
жесткости конструкций,
т.е. уменьшение деформативности,
благодаря чему можно перекрывать
большие пролеты, строить высокие
сооружения и пр.
Способы создания предварительного напряжения, способы натяжения арматуры. Выбор вида напрягаемой арматуры.
Физическая сущность потерь предварительного напряжения в арматуре. Первые и вторые потери.
Физическая сущность. Предварительное напряжение арматуры растянутой зоны по возможности принимают наибольшим. Чем оно выше, тем значительнее будет предварительное обжатие бетона, а следовательно, вьпне трещиностойкость и жесткость конструкции. Однако чрезмерно большое предварительное напряжение арматуры опасно из-за ее обрыва при натяжении, значительных остаточных деформаций, раздавливания и раскалывания бетона при его обжатии, а также может привести конструкцию в предельное состояние за счет проскальзывания арматуры в торцах элемента. Недостаточное предварительное напряжение арматуры может привести конструкцию к предельному состоянию за счет образования недопустимых прогибов, преждевременного образования трещин, недопустимой ширины их раскрытия.
Первые и вторые потери. По СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» при натяжении арматуры на упоры следует учитывать:
первые потери - от релаксации ПН в арматуре (Δσsp1), температурного перепада при термической обработке конструкций (Δσsp2), деформации формы (упоров) (Δσsp3) и деформации анкеров (Δσsp4);
вторые потери - от усадки (Δσsp5) и ползучести бетона (Δσsp6).
При натяжении арматуры на бетон следует учитывать:
первые потери - от деформации анкеров (Δσsp4), трения арматуры о стенки каналов или поверхность конструкции (Δσsp7);
вторые потери - от релаксации предварительных напряжений в арматуре (Δσsp1), усадки (Δσsp5) и ползучести (Δσsp6) бетона.
Полные
значения первых
потерь предварительного
напряжения арматуры определяют по
формуле:
Усилие
предварительного обжатия бетона с
учетом первых потерь равно:
Полные
значения первых
и вторых потерь предварительного
напряжения арматуры определяют по
формуле:
Усилие
в напрягаемой арматуре с учетом полных
потерь равно:
