17. 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.

18. Способы создания предварительного напряжения, способы натяжения арматуры. Выбор вида напрягаемой арматуры

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.

Натяжение арматуры может быть выполнено 4 способами:

1. механическим - необходимое относительное удлинение арматуры получают вытяжкой арматуры натяжными механизмами (гидравлическими и винтовыми домкратами, лебедками, и т.д.).

2. электротермическим - определенной длины стержни разогревают электрическим током до 300 – 400 °С, в результате чего они удлиняются. После того, как бетон затвердеет, арматуру отпускают с упора - происходит обжатие бетона.

3. электротермомеханическим - совокупностью механического и электротермического методов.

4. физико-химическим – смысл которого заключается в самонапряжении конструкции вследствие использования энергии расширяющегося цемента. Бетон на напрягающем цементе при твердении увеличивается в объеме и вследствие сцепления с арматурой растягивает ее. Так как арматура препятствует свободному расширению бетона, в нем возникают сжимающие напряжения.

Для предварительно напряженных железобетонных конструкций следует предусматривать бетон следующих классов и марок:

а) классов по прочности на сжатие:

В15 ÷ В60.

б) марок по морозостойкости:

F50 ÷ F500.

в) марок по водонепроницаемости:

W2 ÷ W12.

Передаточную прочность бетона R_bp (прочность бетона к моменту его обжатия, контролируемая аналогично классу бетона по прочности на сжатие) следует назначать не менее 15 МПа и не менее 50% принятого класса бетона.

Для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций следует применять арматуру следующих видов:

- горячекатаную гладкую и периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профили) диаметром 6-40 мм;

- термомеханически упрочненную периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профили) диаметром 6-40 мм;

- холоднодеформированную периодического профиля диаметром 3-12 мм;

- арматурные канаты диаметром 6-15 мм.

Для железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями СП, следует предусматривать в качестве напрягаемой арматуры:

- горячекатаную и термомеханически упрочненную периодического профиля классов А600 (A-IV), A800 (A-V) и А1000 (A-VI);

- холоднодеформированную периодического профиля классов от Вр1200 до Вр1500 (Вр-II);

• канатную 7- и 19-проволочную классов К1400, К1500 (К-7, К-19).

В конструкциях, эксплуатируемых при статической нагрузке в отапливаемых зданиях, а также на открытом воздухе и в неотапливаемых зданиях при расчетной температуре минус 40 °С и выше, может быть применена арматура всех вышеуказанных классов, за исключением арматуры класса А600 марки стали 80С (диаметром 10-18 мм).