2. Усилие предварительного обжатия бетона. Напряжения в бетоне при обжатии.

Усилие предварительного обжатия бетона принимают равным равнодействующей усилий в напрягаемой и ненапрягаемой арматуре:

Эксцентриситет усилия относительно центра тяжести приведенного сечения определяют из условия равенства моментов равнодействующей и составляющей:

Чтобы определить напряжения в сечениях предварительно напряженных железобетонных элементов в стадии Iдо образования трещин, рассматривают приведенное бетонное сечение, в котором площадь сечения арматуры заменяют эквивалентной площадью сечения бетона. Исходя из равенства деформаций арматуры и бетона, приведение выполняют с использованием модулей упругости двух материалов. Площадь приведенного сечения элемента составит:

,

где А – площадь за вычетом площади сечения каналов и пазов.

При обжатиии в бетоне развиваются неупругие деформации, эпюра нормальных напряжений приобретает криволинейное очертание. В упрощенной постановке напряжения в бетоне при обжатии определяют в предположении упругой работы сечения и линейной эпюры напряжений:

3. Стадии деформирования предварительно напряженного элемента при центральном растяжении

В условиях центрального растяжения находятся такие элементы, как нижний пояс фермы, напорные трубопроводы, стенки цилиндрических резервуаров и др.

В центрально растянутых элементах используется натяжение как на бетон, так и на упоры и применяются все виды армирования: непрерывное, проволочное, прядями, пучками, стержнями.

Как и обычные железобетонные элементы, предварительно напряженные центрально растянутые элементы при растяжении испытывают IIIстадии НДС: стадияI– до появления трещин в бетоне, стадияII– после появления трещин, стадияIII– стадия разрушения.

При испытании предварительно напряженных элементов трещины наблюдаются незадолго перед разрушением, и интервал между в стадииIIив стадииIIIво много раз меньше, чем в обычном железобетонном элементе.

Стадии деформирования при натяжении арматуры на упоры.

Сначала арматуру укладывают в форму (состояние 1) и натягивают на величину начального контролируемого напряжения (состояние 2). Затем элемент бетонируют и выдерживают в форме до приобретения бетоном необходимой прочности; в это время вследствие релаксации стали и податливости зажимов начальное напряжение в арматуре падает (состояние 3).

При освобождении с упоров арматура стремится восстановить свою первоначальную длину и благодаря сцеплению с бетоном, сокращаясь, обжимает бетон; при этом происходит падение напряжения в арматуре (состояние 4).

Вследствие усадки и ползучести бетона происходят последующие потери напряжений арматуры и соответствующие им потери напряжений в бетоне (состояние 5). Установившееся напряжение в арматуре до загружения элемента с учетом полных потерь равно:

После загружения постепенно возрастающей нагрузкой предварительное обжатие бетона погашается (состояние 6), и при напряжении бетона, равном нулю, напряжение арматуры равно. Последняя составляющая получилась из условия совместности арматуры и бетона, т.е.

Для состояния Iа НДС, т.е.

Напряжение в напрягаемой арматуре перед образованием трещин равно (состояние 7).

Следовательно, по сравнению с обычным железобетоном напряжение в арматуре увеличилось на . Этим и обуславливается значительно более высокая трещиностойкость.

После образования трещин в бетоне (стадия IIНДС) в сечении с трещиной все усилие воспринимается арматурой, и по мере увеличения нагрузки трещины раскрываются.

При дальнейшем увеличении нагрузки напряжение арматуры доходит до предельного (состояние 8), наступают разрыв арматуры и разрушение (стадия IIIНДС). Следовательно, преднапряжение повышает жесткость и трещиностойкость, а на несущую способность влияния не оказывает.

Стадии деформирования при натяжении арматуры на бетон.

Последовательность напряженных состояний аналогичная. Отличие заключается только в период изготовления – до загружения элемента нагрузкой; оно заключается в том, что, согласно нормам, величина контролируемого напряжения арматуры для сечения, по которому назначено , определяется с учетом обжатия, т.е..

Тогда с учетом первичных потерь в конце обжатия бетона напряжение в арматуре равно .