книги из ГПНТБ / Ашрабов, А. Б

Согласно

СН

и

П

И-А. 10-71,

глава

„Строитель­

ные конструкции

и основания.

Основные

положения

проектирования" предварительно-напряженные железо­

бетонные элементы должны удовлетворять

требованиям

расчета

по

несущей

способности

(первая

группа пре­

дельных

состояний)

и

по

пригодности к

нормальным

условиям

эксплуатации

(вторая

группа

предельных

состояний).

Расчет

по

первой

группе

предельных

состояний

либо любого другого разрушения;

потери устойчиво­

сти

формы

конструкции

(расчет

на

устойчивость тон­

костенных

конструкций)

или

ее

положения;

усталост­

ного

разрушения

(расчет на

выносливость

конструк­

ций,

находящихся

под действием многократно

повторя­

тимальных значений

предварительных напряжений в

бетоне и арматуре имеет первостепенное

значение.

За последние годы

исследованиями,

проведенными

мечены

границы

оптимальных

величин

предваритель­

но-сжимающих

напряжений

в

бетоне

(зб ) — от

0,4

до 0,8 R0,

(где

R0 — кубиковая

прочность

бетона

к

моменту его обжатия). Для сечений

элементов,

рабо­

тающих

на

сжатие,

рекомендуется

предел

обжатия

(0,4 — 0,5)

R0. Для сечений

элементов,

работающих

на растяжение, можно принять более высокий

предел—

(0,7—0,8)

R0. Проявление ползучести

в

этом

случае

не представляет

опасности, но

необходимо

проверить

прочность

и

трещиностойкость

проектируемой

кон­

струкции

на

усилия

обжатия.

За основную

характе­

матуры принимается

контролируемое

напряжение,

ко­

торое

действует

в

ней до обжатия

бетона (в

случае

натяжения арматуры на

упоры) или

непосредственно

после

обжатия (в

случае

натяжения

арматуры

на

бе­

тон).

В различных

случаях

натяжения

арматуры

при­

напряжения. В случае натяжения

на

упоры

в армату­

ре,

расположенной в растянутой зоне, контролируемое

напряжение

обозначают

а0 ,

а

в

сжатой

зоне —

V

В случае арматуры, натягиваемой

на

бетон,

контроли­

руемые напряжения обозначают соответственно ан и

аа.

Величины

контролируемых

напряжений установлены

нормами проектирования

в зависимости от вида и клас­

са

арматуры.

ния

вследствие

потерь

напряжений в арматуре от

усадки и ползучести бетона.

В

арматуре

сжатой

зоны для повышения трещи-

личина

предварительного

напряжения в случае

необ­

ходимости

может быть

увеличена:

для проволочной арматуры до 0,8 Rl

для

стержневой

арматуры до

Rl.

В тех

случаях,

когда

точность предварительного

напряжения арматуры

оказывает

существенное

влия­

ние на

работу предварительно-напряженных элементов

ния арматуры от 0,9 до 1,1, учитывающий

возможные

отклонения

начального контролируемого

напряжения

от расчетного.

Величина предварительного напряжения в арматуре

действует

в течение длительного времени,

и не оста­

сматриваемому

моменту времени.

Сумма потерь от

каждого

вида в отдельности соз­

дает полные потери,

которые

складываются из

пер­

вичных

<зп1 и последующих потерь

а п 2 ,

т. е. а„ = а л 1

-f- ал 2 .

При

натяжении

арматуры

на упоры

до

окончания

обжатия

бетона

к

первичным

потерям

относятся:

где а3

— потери

от

релаксации

арматуры;

а4

— потери

от деформации анкеров;

а7

— потери

от

разности температурных

удлинений

натянутой арматуры

и устройств,

воспринимающих

усилия

напряжения.

Для

высокопрочной

проволоки и

прядей:

о3 = л ( 0 , 2 7 ^ - 0 , 1 Ц ,

(VII. 1 )

° 8 t

= 0,0013 ( * а

- * 0

)

°о.

(VII. 2)

где

ta — наибольшая температура

нагрева арматуры при

эксплуатации

конструкции;

t0 — температура

арматуры

после

ее натяжения,

ко­

торую

принимают равной

20°С.

а4 =

(Х4 +

Х2) Ff,

(VII. 3)

>ч

деформация

шайб

или прокладок под анкерны­

устройствами;

ми

>.2 —— деформация

анкеров;

/ — длина

напрягаемой

арматуры.

кер

При

расчетах

принимают Х4 = Ха =

1 на

каждый

ан­

или захват.

Потери

а, =

20А^,

(VII. 4)

(здесь

At —- разница

между

температурой

арматуры и

устройств, воспринимающих

усилия

натяжения

в

гра­

дусах).

Последующие

(после

обжатия

бетона)

потери

а « 2

= а 1

+

°lt +

а 2

+

a 2 t

+

a 3 t

+ б 8 -

(VII. 5)

Потери от усадки а, =400

кГ/см2.

При

длительном

воздействии

температуры

свыше

40°С дополнительно

учитывается

температурная

усадка

в соответствии

с СНиП

II - В.7-67

„Бетонные и

же­

лезобетонные

конструкции,

предназначенные

для

ра­

бот в

условиях

воздействия

повышенных

и высоких

температур".

кГ/см*

Потери о п

=

600

«» =

ад»

Ш в

« + з М | - 0 , 5 ) j

( V 1 L 6 >

при

а б < 0 , 5 # 0

e . - ^ ^ e j

,

(VII. 7)

где

/?0 — кубиковая

прочность бетона в момент

обжа­

тия;

Kt — коэффициент,

учитывающий

способ

натяже­

Кг

ния арматуры на бетон, равен 0,75;

— коэффициент,

учитывающий

влияние

вида ар­

матуры

на ползучесть

бетона;

для высокопрочной

арматурной

проволоки и

горя­

чекатаной

термически

упрочненной

арматуры A T - V ,

Кг — 1; для других

видов

арматуры

К2 = 0,8;

аб — напряжение

в бетоне после

его обжатия,

опре­

деляемое на уровне центра тяжести продольной

арма­

туры.

При

подсчете величин потерь натяжений от

усадки

и ползучести

бетона

для стадий,

предшествующих

эксплуатации

(заводские

испытания),

значения

потерь

•от усадки

и ползучести

умножаются

на

коэффициент

а -

4

t — время

^ ~

100 + 3t '

где

в сутках

со дня окончания

бетонирова­

ния

до рассматриваемого

момента;

-

Р

коэффициент,

учитывающий

влияние продолжи­

тельности усадки с момента бетонирования до момента

загружения—

внешней нагрузкой

на величину потерь

При длительном воздействии

температур выше 40°

При

натяжении

арматуры

на бетон первичные по­

тери проявляются в процессе обжатия о П 1 => а 4 4- а 5

( а 5 —

потери

от трения

арматуры о стенки каналов). За счет

трения

арматуры

о

поверхность

бетона

во

время ее

натяжения происходит

падение

начального

натяжения

на

величину

где

х — длина

прямолинейного

участка

канала от на­

тяжного устройства до расчетного сечения,

М;

в — центральный

угол дуги,

образуемый

арматурой

на

криволинейном

участке в

радианах;

е — основание

натурального

логарифма.

Значения

коэффициентов

/( и

ц при

определении

потерь предварительного натяжения арматуры от

тре­

ния

о стенки

каналов

приведены

в табл. VII. 1.

Таблица

VII. I

Значение

коэффициента К и ч\

Канал с металлической

0,003

0,35

0,4

поверхностью

жестоким канало-

0

Канал с бетонной

образователем

0,55

0,65

поверхностью,

гибким каналооб-

образованный

0,0015

разователем

Последующие потери

проявляются

после

обжатия

бетона:

°п2 = а 1 + а Ц + а 2 + a 2 t +

а 3 + a 3 t + а 6 +

° 8 ,

(VII. 8)

здесь о6 —потери от сжатия

бетона под витками

спираль-

ной

или

кольцевой

арматуры.

Эти потери имеют

место

в конструкциях

труб малых

диаметров (менее

3 ж)

и

принимаются равным

о6

= 300

кГ/см2,

в

конструкциях

диаметром

более

3

м

ае

=

0.

Во

всех

случаях

полная

сумма потерь при проектировании конструкций

прини­

мается не

менее

1000

кГ/см2.

В

действительности по­

тери

достигают 3000—4000

кГ\см2.

Для

снижения

величин

потерь

предварительного

натяжения

осуществляется

ряд

мер. К ним относятся:

1)

перетяжка

арматуры,

которая производится для частич­

ного

погашения

потерь. Для

этой

цели

перетягивают

арматуру

до 5—10%

выше

расчетных

и

выдерживают

в течение

10 — 30 мин. За

этот

период

происходят

по­

тери

предварительного натяжения

(за

счет

обжатия

в

анкерах,

поперечных

швах сооружения

и трения

арма­

туры

о

стенки

каналов),

которые

восстанавливаются

после

снижения

предварительного натяжения

арматуры

до

уровня

расчетного

контролируемого. В связи

с этим

общие потери в арматуре уменьшаются;

2)

повторное

натяжение, которое производится с целью

компенсации

части

потерь предварительного

натяжения для

увели­

чения трешиностойкости

и долговечности

конструкции.

Для

этого

в изделиях

с

предварительным

натяжением

арматуры на бетон

предусматриваются

каналы, которые

не

заполняются раствором. Затем

конструкции

монти­

руются

в

здание

или

сооружение.

При

выдержке в

результате потерь

происходит

падение предваритель­

ного натяжения,

которое компенсируется повторным

натяжением.

Таким образом, восстанавливается значительная часть

(до 50% ) потерянных напряжений.

§ 4. ЦЕНТРАЛЬНО-РАСТЯНУТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Центральному

растяжению

подвергаются

нижние

пояса ферм, стенки резервуаров, трубопроводов

и т. д.

нагрузки

различают три стадии

напряженно деформи­

рованного

состояния:

стадия

I — до появления трещин в бетоне,

стадия

II — после появления

трещин,

стадия

III — разрушение.

Na

< Л т < Л/р,

причем

Л'т — усилие трещинообразования

в стадии I по

своему значению близко к Д/р в стадии III.

При

натяжении

на упоры центрально-растянутые

элементы от начала натяжения арматуры

до

разруше­

ния конструкции

от

действия внешней

нагрузки

про­

ходят все 3 стадии. После бетонирования

элемент

выдерживается в форме до приобретения

бетоном не­

обходимой прочности. В это время

в результате

релак­

сации

арматуры

и

деформации

анкеров,

начальное

контролирующее напряжение уменьшается

на величину

первичных потерь а н к

— оП [ . После освобождения

с упо­

ров арматура стремится

сократиться

до

своих

перво­

пает

момент, когда

аб = 0.

Тогда

усилие

в

предвари­

тельно-напряженной арматуре равно а н к — <зп.

Дальнейшее

увеличение

нагрузки

вызывает рост

растягивающих усилий в бетоне. Когда

усилия

растяже­

ния достигают предельных значений, равных Rp,

насту­

пает

конец стадии

I . Усилие

в

напрягаемой

арматуре

в стадии I будет складываться из усилий предваритель­

ного

напряжения с учетом всех

потерь

и усилий, кото­

рые

возникают

в

иенапрягаемой арматуре

в

стадии 1а

напряженно-деформированного

состояния:

сн.к -

а„ + 2nR« =

а 0 +

2л/?«

(VII. 9)

Из формулы

(VII. 9) видно,

что образование

трещин

в предварительно-напряженных

элементах,

по

сравне­

образуются трещины (стадия II) и разрушение

проис­

ходит

в случаях,

когда

усилие

в арматуре

достигает

своего

предельного значения R*

или

R*

(предел

теку­

чести

для мягких

сталей или временного сопротивле­

ния для твердых) — стадия III.

При натяжении арматуры на бетон картина изме­

нения

напряженного состояния остается такой же, как

и при

натяжении

арматуры на упоры;

за

незначитель­

ным исключением, ввиду того, что напрягаемая

арма­

тура изолирована

от бетона, усадка не вызывает

потерь

предварительных

напряжений в

арматуре

в

начальной

стадии

изготовления конструкции. Обжатие бетона про­

исходит лишь в процессе

натяжения

арматуры.

Конт­

сать,

что

а н к = о 0 — паб,

т. е. контролируемое

напряже­

ние

отличается от

а 0

на

величину потерь от

обжатия

бетона.

При погашении

предварительного обжатия, когда

нагрузка

возрастает

во

времени, в иенапрягаемой ар­

сумме потерь

предварительных

напряжений

от усадки

и ползучести

о а = <з4 -f- о5 . Как

было сказано

выше, на-

действия внешней

нагрузки

в стадии 1а принимает

зна­

чение

2nRp

~

300

кГ/см2.

Это

равенство

справедливо

в

том

случае,

когда в железобетонном элементе

еще

не

образовались трещины. Поэтому можно сказать, что

в

момент

образования трещин

суммарное

напряжение

в

ненапрягаемой

арматуре

становится

равным

аа

+ 300

кГ:см2.

N<RaHFH

+ RaFa,

(VII. 10)

где

vV

предельное

усилие

от

расчетных

нагрузок;

a — расчетное

сопротивление

каждого вида

арматуры.

R

При

—расчете

на прочность

в

стадии предваритель­

NH<?{R'nf6

+ (Rzc-^)Fa),

(VII. 11)

где F6 — площадь

сечения бетона

с учетом

ослаблений

(каналами

и т. п.);

расчетное

сопротивление

бетона

при

осевом

-^пр — сжатии;

<р — коэффициент продольного

изгиба.

В центрально-растянутых железобетонных

элемен­

сопротивлению бетона образованию трещин /?т

и

сопро­

тивлению арматуры перед образованием трещин

с уче­

том коэффициента

точности

натяжения:

N < А/т =

RTF6 +

(тта0 + 300) FH,

(VII. 12)