книги из ГПНТБ / Ашрабов, А. Б

Глава VII

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯГАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

§ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Предварительно-напряженными называют железо­ бетонные элементы, в которых искусственным пу­ тем до приложения внешних нагрузок создаются вну­ тренние напряжения; последние в сочетании с внеш­ ними нагрузками могут оставаться бесконечно долго в пределах, допустимых в стадии эксплуатации.

Чаще всего предварительное напряжение арматуры принимается в растянутых зонах элементов, нагружен­ ных внешней силой. К таким конструкциям отно­ сятся элементы, испытывающие изгиб, внецентренное сжатие или внецентренное растяжение. Однако иногда целесообразно предварительно-напрягаемую арматуру устанавливать и в сжатой зоне.

монтажа и действия знакопеременных нагрузок; сле­ довательно, применение предварительно-напряженной арматуры значительно повышает трещиностойкость железобетонных конструкций.

Наиболее широкое применение предварительно-на­ прягаемых элементов оказалось возможным при исполь­ зовании высокопрочной арматуры.

Так, при армировании горячекатаными сталями клас­ са A - I , А-Н, А-Ш от действия нормативных нагрузок в

220

При таком соотношении трещины в растянутой зоне окажутся недопустимыми. Стремясь сократиться пос­ ле снятия с упоров, предварительно-напряженная ар­ матура сжимает бетон растянутой зоны, что ведет к повышению трещиностойкости и к существенному по­ вышению жесткости железобетонного элемента. Эко­ номику применения высокопрочной арматуры можно оценивать отношением цены единицы веса стали Ц к его расчетному сопротивлению /?а, т. е.

Обладая повышенной выносливостью к действию многократно повторяющихся нагрузок, предварительно-

ционных нагрузок обычная и предварительно-напря­ женная балки работают совершенно по-разному.

221

В обычной железобетонной балке арматура является как бы приведенным бетоном, обладающим значитель­ ной прочностью на растяжение, и заменяет растянутый бетон. При загружении конструкции нагрузкой, сжа­ тый и растянутый бетон деформируются совместно с арматурой за счет сцепления с бетоном. Во второй и третьей стадиях, когда бетон уже не может оказывать сопротивление возрастающим растягивающим усилиям, в работу полностью включается стальная арматура, -ко­ торая воспринимает приращения возрастающего усилия.

В предварительно-напрягаемых элементах усилие в стальной арматуре является постоянно действующим.

Арматурные пучки, помещенные в балках, являются элементом, воспринимающим реакции бетона, возни­

вызывает силы, которые противодействуют разруше­

и напряжения среза; в случае предварительного натя­ жения хомутов напряжения уменьшаются до 0;

4) уменьшается высота изгибаемых балок наполо­ вину по сравнению с балками из обычного бетона;

5) экономится бетон до 20—50 %, а следовательно, уменьшается собственный вес элемента, что улучшает его работу в условиях действия сейсмических нагру­ зок. В случае применения высокопрочной арматуры экономия металла достигает 90%;

222

§ 2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Рассматривая работу балки на двух опорах, загру­ женной равномерно распределенной нагрузкой с пред­ варительно напрягаемой арматурой, можно заметить, что момент внешних сил в период обжатия уравнове­ шивается моментом равнодействующих внутренних усилий. При центральном положении пучка предвари­

тельного натяжения. Если же равнодействующую от усилий предварительного натяжения расположить на нижней грани ядра сечения, положение арматуры в балке принимает криволинейный характер, и эпюра

В случае действия внешней нагрузки усилие обжа­ тия накладывается на реактивное усилие балки от действия внешних сил. Картина напряженного состоя­ ния резко меняется, т. е. под нагрузкой максимальное напряжение в бетоне переходит с нижней грани на верхнюю, что обусловливает перемещение нейтральной оси с нижней точки ядра сечения на верхнюю.

Ненапрягаемая балка на двух опорах, загруженная равномерно распределенной нагрузкой, имеет парабо­ лическую эпюру моментов с максимумом в середине пролета. В этом случае, располагая напрягаемую арма­ туру с переменным эксцентриситетом относительно оси элемента, изменяющимся по параболе, можно компен-

223

сировать момент, возникающий от действия внешнего усилия.

Однако в балках с арматурой, натянутой до за­ твердения бетона, придать ей криволинейное очертание значительно труднее, чем в балках, натянутых на за­ твердевший бетон. Поэтому в балках первого типа, как правило, арматура прямолинейна. В балках второго типа она имеет как прямолинейное, так и криволиней­

сеток или отдельных стержней для восприятия попереч­ ных растягивающих напряжений с общей площадью сечения не менее половины площади продольных напря­ гаемых стержней. При натяжении на упоры в формы устанавливают специальные каналообразователи (рези­

сти канала до наружной кромки железобетонного эле­

Продольная ненапрягаемая арматура, которая располагается ближе к поверхности элемента, должна обязательно охватываться поперечной. Ра­ диусы закругления напрягаемой арматуры из прово­ локи диаметром до 5 мм и прядей диаметром 4,5—8 мм принимаются более 4 м, при более крупных сечениях проволоки и прядей — более 6 м. В случае предвари­ тельно напрягаемой стержневой арматуры d < 25 мм

224

радиус закругления больше 15 м, при d > 25 мм — более 20 м. В местах перегиба бетон усиливается до­ бавочными сетками. Угол отклонения напрягаемой ар­

тельно-напряженных железобетонных элементов яв­ ляется применение высокопрочной арматуры, дающей наибольший экономический эффект, с использованием бетона высоких марок. В настоящее время применя­

Необходимо отметить, что пряди обладают высокой прочностью, надежным сцеплением с бетоном, повышен­

/72-/8 ПЗ-14

Рис. VII. 1. Арматурные пучки с заводскими гнкерами.

Стальные канаты относятся к классу „/С" с обоз­ начением двумя цифрами, первая из которых показы­

Большое применение в производстве предваритель­ но-напряженных элементов имеет в настоящее время стержневая высокопрочная горячекатаная арматура. Несмотря на меньшую прочность по сравнению с вы­ сокопрочной проволокой, стержневая арматура имеет то преимущество, что выпускается относительно боль­ ших диаметров, что несомненно важно при практиче­ ском ее применении.

Стыковое соединение элементов стержневой арма­ туры по длине осуществляется контактной сваркой

226

встык при заводском изготовлении или ванной и ду­ говой — в монтажных условиях на стройплощадке.

При заводской стыковке арматуры на многоэлек­ тродных машинах обеспечивается надлежащая надеж­ ность соединения с меньшей концентрацией напряже­ ний из-за нагрева. При монтажной сварке следует учитывать зазор между стыкуемыми стержнями, ко­ торый регулируется желобчатыми подкладками или двухсторонними накладками. Для арматурных стерж­ ней диаметром менее 40 мм допускается стыковка

тянутой и способствующих высокотемпературному от­

При предварительном натяжении арматуры на бетон большое значение имеет анкеровка арматуры, которая обеспечивает хорошую передачу усилий с напрягаемой арматуры на бетон. В местах расположения анкеров бетон усиливается введением дополнительной косвен­

227

собленные для захвата их натяжными приспособле­ ниями.

Независимо от вида анкеров должно соблюдаться требование к обеспечению надежного закрепления в них концов высокопрочной арматуры. Закрепление про­ волок и прядей в анкерных устройствах осуществляется

Широкое распространение получили анкеры, где арматурные проволоки закрепляются с помощью ко­ нических пробок, а так-ке гильзостержневые и гильзоклиновые анкеры, в которых обжатие арматуры вок­ руг сердечника осуществляется в первом случае гай­ кой, во втором — клином. При установке мощных ар­ матурных пучков применяются анкеры стаканного типа (рис. VII. 2), где закрепление проволок производится за счет сцепления с бетоном.

Характерными анкерами являются:

1)коническая пробка со стальной или железобе­ тонной колодкой (рис. VII. З а , б),устанавливаемая в про­ цессе натяжения пучковой арматуры. Концы проволок арматурного пучка выпускаются за колодку из канала, закрепляются в домкратах двойного действия и натяги­ ваются до заданного напряжения;

2)гильзостержневэй анкер, состоящий из сердечни­ ка надеваемой на него гильзы. Концы проволок пучка

3) анкер стаканного типа системы Коровкина пред­ ставляет собой стальной стакан с отверстием в дне для пропуска проволок пучка. Концы проволок загибаются в радиальном направлении, а в центре устанавливается конический сердечник, заклинивающий их в обжимном кольце (рис. VII. 2). Полость стакана заделывается бето­ ном.

В практике строительства транспортных, гидротех­ нических и других сооружений, кроме перечисленных, применяются и анкеры большей мощности.

228