Предварительные напряжения в арматуре и бетоне
1. Значения предварительных напряжений
Создаваемое искусственно предварительное напряжение в арматуре и бетоне имеет весьма существенное значение для последующей работы элементов под нагрузкой. При малых предварительных напряжениях в арматуре и малом обжатии бетона эффект предварительного напряжения с течением времени будет утрачен вследствие релаксации напряжений в арматуре, усадки и ползучести бетона и других технологических и конструктивных факторов. При высоких напряжениях в арматуре, близких к нормативному сопротивлению, в проволочной арматуре возникает опасность разрыва при натяжении, а в горячекатаной — опасность развития значительных остаточных деформаций. На основании исследований, опыта изготовления и эксплуатации предварительно напряженных элементов значения предварительного напряжения σpиσp` соответственно в арматуре, расположенной в зонах, растянутой и сжатой от действия внешней нагрузки, установлено нормами с учетом предельных отклонений так, чтобы выполнялось условие
Предварительные напряжения в арматуре следует назначать с учетом допустимых отклонений р:
σsp+p≤Rs, ser σsp--p≥0,3Rs, ser
Значения рпри механическом способе натяжения арматуры принимается равным0,05 σsp,а при электротермическом и электротермомеханическом способах определяется по формуле:
p=30+360/l
Rs, ser – расчетные сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы (нормативные сопротивления растяжению)
При натяжении арматуры электротермическим способом во избежание потери упрочнения температура нагрева не должна превышать 300 — 350 °С.
Возможные производственные отклонения от заданного значения предварительного напряжения арматуры учитываются в расчетах коэффициентом точности натяжения арматуры
γsp=l±Δγsp, (П. 24)
где Δγsp, — предельное отклонение предварительного напряжения в арматуре; знак плюс принимается при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения, например в расчетах на прочность для арматуры, расположенной в зоне, сжатой при действии нагрузки, а также в расчетах для стадии изготовления и монтажа элемента; знак минус — при благоприятном;
Δγsp,=0,5Δσsp,/σsp
+ (1+1/
)
пр — число напрягаемых стержней в сечении элемента.
Передаточная прочность бетона, или кубиковая прочность бетона к моменту обжатия Rbp предусматривается так, чтобы не создавался слишком высокий уровень напряжения σbp/Rbp, который сопровождается значительными деформациями ползучести и потерей предварительного натяжения арматуры. В связи с этим величину передаточной прочности бетона в момент обжатия принимают по расчету но не менее 50% от прочности класса бетона.
Для предварительно напряженных элементов в зависимости от класса напрягаемой арматуры, ее диаметра и наличия анкеров класс бетона устанавливается по СНиП. С увеличением диаметра и расчетного сопротивления арматуры увеличиваются и принимаемые классы бетона.
2. Потери предварительных напряжений в арматуре.
Начальные предварительные потери в арматуре не остаются постоянными, с течением времени они уменьшаются. Различают первые потери предварительных напряжений в арматуре, происходящие при изготовлении элемента и обжатии бетона, и вторые потери, происходящие после обжатия бетона.
|
Факторы ,вызывающие потери предварительного напряжения арматуры |
Значение потерь предварительного напряжения ,МПа, при натяжении арматуры
| |
|
На упоры |
На бетон | |
|
1.Релаксация напряжений в арматуре: при механическом способе натяжения арматуры: а) проволочной
б) стержневой
при электрометрическом и электромеханическом способах натяжения арматуры: в) проволочной
г) стержневой
|
А.Первые потери
(0.22sp /Rs,ser-0.1)sp
0.1sp-20
0.05sp
0.03sp Здесь sp принимается без учёта потерь, МПа. Если вычисленные значения потерь окажутся отрицательными , их следует принимать равными нулю.
|
|
|
2.Температурный перепад (разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия напряжения при прогреве бетона) |
Для бетона классов В15-В40 1,25t Для бетона классов В45 и выше 1,0t Где t-разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров(вне зоны нагрева) воспринимающих усилия натяжения ,С. При отсутствии точных данных принимается t=65С. При подтягивании напрягаемой арматуры в процессе термообработки на величину, компенсирующую потери от температурного перепада , последний принимается равным нулю. |
|
|
3.Деформация анкеров расположенных у натяжных устройств. |
(l/l)*Es где l-обжатие опрессованных шайб, смятие высаженных головок и т.п., принимаемого равным 2мм; смещение стержней в инвентарных зажимах определяемое по формуле l=1,25+0,15d d-диаметр стержня в , мм; l-длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров формы или стенда),мм. При электротермическом способе натяжения потери от деформаций анкеров в расчете не учитываются , так как они , учтены при определении значения полного удлинения арматуры
|
((l1+l2)/ l)*Еs где l1-обжатие шайб или прокладок, расположенных между анкерами и бетоном элемента, принимаемое равной 1мм; l2-деформация анкеров стаканного типа , колодок с пробками ,анкерных гаек и захватов, принимаемое равной 1мм; l-длина натягиваемого стержня (элемента),мм.
|
|
4.Трение арматуры: а) о стенки каналов или о поверхность бетона конструкций
б) об огибающее приспособление
|
sp(1-1/ e^()), где e-основание натуральных логарифмов; -коэффициент, принимаемый равным 0.25; -суммарный угол поворота оси арматуры, рад; sp-принимается без учета потерь
|
sp(1-1/e^(х+)) где e-основание натуральных логарифмов; ,-коэффициенты, определяемые по табл.6; х-длина участка от натяжного устройства до расчетного сечения, м ; -суммарный угол поворота оси арматуры, рад; sp-принимается без учета потерь |
|
5.Дефформация стальной формы при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций |
*(l/l)*Es где - коэффициент, определяемый по формулам: при натяжении арматуры домкратом =(n-1)/2*n при натяжении арматуры намоточной машиной электротермомеханическим способом (50 усилия создается грузом) =(n-1)/4*n, n-число групп стержней, натягиваемых неодновременно l-сближение упоров по линии действия усилияР, определяемое из расчета деформации формы; l- Расстояние между наружными гранями упоров. При отсутствии данных о технологии изготовления и конструкции формы потери от ее деформации принимаются равными 30 МПа. При электротермическом способе натяжение потери от деформации формы в расчете не учитывается ,так как они учтены при определении полного удлинения арматуры
|
|
|
6.Быстронатекающая ползучесть для бетона: а) естественного твердения
б) подвергнутого тепловой обработке
|
40*(bp / Rbp) приbp / Rbp; (40+85)*(bp / Rbp-) приbp / Rbp; где и-коэффициенты , принимаемые : =0.25+0,025*Rbp , но не более 0,8 =5,25-0,185 Rbp,но не более 2,5 и не менее 1,1; bp- определяются на уровне центров тяжести продольной арматурыSиSс учётом потерь по поз.1-5 настоящей таблицы. Для лёгкого бетона при передаточной прочности 11МПа и ниже вместо множителя 40 принимается множитель 60 Потери вычисляются по формулам поз. 6а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 0,85.
|
|
|
7. Релаксация напряжений в арматуре: а) проволочной
б) стержневой
|
Б. Вторые потери |
(0.22sp / Rs,ser-0.1)sp
0.1sp-20 (см.пояснения к поз. 1 настоящей таблицы) |
|
8.Усадка бетона (см. п. 1.26):
тяжелого классов: а) В35 и ниже б) В40 в) В45 и выше мелкозернистого групп г) А
д) Б
е) В
Легкого при мелком заполнителе :
ж) плотном з) пористом
|
Бетон естественного твердения |
Бетон, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении |
Независимо от условий твердения бетона | ||
|
40 50 60
|
35 40 50
|
30 35 40
40
50
40
40 50
| |||
|
Потери определяются по поз.8а, б настоящей таблицы с умножением на коэффициент , равный 1.3 Потери определяются по поз.8а настоящей таблицы с умножением на коэффициент , равный 1.5 Потери определяются по поз.8а настоящей таблицы как для тяжелого бетона естественного твердения
| |||||
|
50 70 |
45 60 | ||||
|
9.Ползучесть бетона ( см. п. 1.26): а) тяжелого и легкого при плотном мелком заполнителе |
150**bp / Rbp приbp / Rbp0,75 300**(bp / Rbp-0.375) приbp / Rbp0,75 где bp- тоже , что в поз.6,но с учетом потерь по поз.1-6 -коэффициент , принимаемый равным для бетона: естественного твердения -1,00; подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении -0,85
| ||||
|
б) мелкозернистого групп: А
Б
В в) легкого при пористом мелком заполнителе
|
Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 1,3 Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 1,5 Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы при =0,85 Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 1,2
| ||||
|
10. Смятие бетона под витком спиральной и кольцевой арматуры (при диаметре конструкций до 3м) |
|
70-0.22dext где dext – наружный диаметр конструкции, см. | |||
|
11.Деформация обжатия стыков между блоками (для конструкций , состоящих из блоков) |
|
(n*l/l)*Es, где n – число швов конструкции и оснастки по длине натягиваемой арматуры; l-обжатие стыка, принимаемое равным для стыков заполненных бетоном, -0,3мм; при стыковании насухо-0,5мм; l-длина натягиваемой арматуры ,мм
| |||
Примечания: 1.Потери предварительного напряжения в напрягаемой арматуре Sопределяется так же, как в арматуреS.
2.Для самонапряжённых конструкций потери от усадки и ползучести бетона определяется по опытным данным.