- •В с т у п
- •1. Суть залізобетону
- •2. Галузі застосування залізобетонних конструкцій
- •3. Короткий історичний огляд про розвиток залізобетону
- •4. Основні літерні позначення
- •Контрольні запитання
- •Ч а с т и н а п е р ш а Матеріали для залізобетонних конструкцій
- •Основні фізико-механічні властивості бетонів
- •1.1. Бетон як матеріал для залізобетонних конструкцій
- •1.2. Структура бетону
- •1.3. Усадка бетону
- •1.4. Основи міцності бетону
- •1.5 Класи та марки бетону
- •1.6. Вплив часу та умов тужавлення на міцність бетону
- •1.7. Кубикова та призмова міцності бетону
- •1.8. Міцність бетону на розтяг, зріз та сколювання
- •1.9. Міцність бетону при тривалій дії навантаження
- •1.10. Міцність бетону при багаторазових повторних навантаженнях
- •1.11. Динамічна міцність бетону
- •1.12. Види деформацій в бетоні. Об’ємні деформації
- •1.13. Деформації в бетоні при одноразовому завантаженні короткочасним навантаженням
- •1.14. Деформації в бетоні при тривалій дії навантаження. Повзучість бетону
- •1.15. Граничні деформації в бетоні
- •1.16. Модуль деформацій та міра повзучості бетону
- •Контрольні запитання
- •Основні фізико-механічні властивості арматури
- •2.1. Призначення та види арматури
- •2.2. Механічні властивості арматурних сталей
- •2.3. Класифікація арматурних сталей і застосування їх
- •2.4. Арматурні зварні та дротяні вироби і способи армування
- •2.5 Стикування арматури
- •Контрольні запитання
- •Залізобетон
- •3.1. Технологія виготовлення збірних залізобетонних конструкцій
- •3.2. Суть попередньо напруженого залізобетону та способи виготовлення попередньо напружених збк
- •3.3. Спільна робота сталевої арматури з бетоном
- •3.4. Анкерування арматури в бетоні
- •3.4.1. Анкерування ненапружуваної арматури
- •3.4.2. Анкерування напружуваної арматури
- •3.5. Захисний шар бетону
- •3.6. Корозія бетону і залізобетону
- •Контрольні запитання
- •Ч а с т и н а д р у г а
- •4.2. Стадії напружено-деформованого стану перерізу залізобетонного елемента
- •4.3. Утворення і розкриття тріщин в збк
- •4.4. Методи розрахунку залізобетонних конструкцій
- •4.5. Три категорії вимог до тріщиностійкості залізобетонних конструкцій
- •4.6. Попереднє напруження арматури та рівень обтискання бетону
- •4.7. Втрати попереднього напруження в напружуваній арматурі
- •4.8. Зусилля попереднього обтискування бетону
- •4.9. Зведений переріз
- •4.10. Напруження в бетоні при обтискуванні
- •4.11. Гранична висота стиснутої зони. Залежність напружень в арматурі від висоти стиснутої зони на стадії руйнування
- •Контрольні запитання
- •Розрахунок на міцність нормальних перерізів елементів, що працюють на згинання
- •5.1. Конструктивні особливості елементів, що працюють на згинання
- •5.1.1. Конструктивні особливості плит
- •5.1.2. Конструктивні особливості балок
- •5.1.3. Конструктивні особливості попередньо напружених конструкцій
- •5.2. Розрахунок елементів будь-якого симетричного профілю
- •5.3. Розрахунок елементів прямокутного профілю
- •5.4. Розрахунок елементів таврового профілю
- •5.5. Розрахунок елементів двотаврового та коробчатого профілів
- •Контрольні запитання
- •Елементи, що працюють на згинання. Розрахунок на міцність похилих перерізів
- •6.1. Основні розрахункові формули
- •6.2. Розрахунок хомутів
- •Контрольні запитання
- •Стиснуті елементи
- •7.1. Конструктивні особливості
- •7.2. Розрахунок елементів, що працюють з випадковими ексцентриситетами
- •7.3. Розрахунок позацентрово стиснутих елементів
- •7.4. Стиснуті елементи, підсилені непрямим армуванням
- •Контрольні запитання
- •Розтягнуті елементи
- •8.1. Конструктивні особливості
- •8.2. Розрахунок на міцність за нормальними перерізами
- •8.3. Розрахунок на міцність за похилими перерізами
- •Контрольні запитання
- •Ч а с т и н а ч е т в е р т а Проектування залізобетонних конструкцій
- •Загальні принципи проектування залізобетонних конструкцій
- •9.2. Уніфікація і типізація збірних конструкцій і вимоги до конструктивних схем
- •9.3. Технологічність збірних конструкцій
- •9.4. Проектування збірних конструкцій з урахуванням зусиль, що виникають у процесі виготовлення, транспортування і монтажу
- •9.5. Спряження і стики збірних елементів
- •9.6. Деформаційні шви
- •Перекриття багатоповерхових будівель
- •10.1. Основні відомості
- •10.2. Монолітні ребристі перекриття з балковими плитами
- •10.3. Монолітні ребристі перекриття з плитами, опертими по контуру
- •10.4. Збірні балкові перекриття
- •10.5. Збірно-монолітні балкові перекриття
- •10.6. Безбалкові перекриття
- •Колони багатоповерхових будівель
- •Стінові елементи багатоповерхових будівель
- •12.1. Панелі зовнішніх і внутрішніх стін
- •12.2. Об’ємні блоки
- •Фундаменти
- •13.1. Окремі фундаменти під колони
- •13.2. Стрічкові та суцільні фундаменти
- •13.3. Фундаментні балки
4.7. Втрати попереднього напруження в напружуваній арматурі
Стискувальні напруження в бетоні, спричинені обтискуванням його арматурою, зменшуються в часі у зв’язку із втратами попереднього напруження в напружуваній арматурі. Ці втрати можуть досягати 100...300 МПа, тому для попередньо напружених конструкцій не застосовують арматуру з низьким опором розтягуванню (наприклад, А-І...А-ІІІ), оскільки втрати можуть повністю погасити попереднє напруження в стержнях.
Втрати попереднього напружування поділяють на перші втрати – l1, що розвиваються до обтискування і в процесі обтискування бетону, і другі l2–, які мають місце після обтискання бетону і розвиваються протягом кількох місяців або років.
Нижче наведені види втрат попереднього напруження зумовлені впливом різних фізико-механічних факторів. Значення втрат визначають за формулами норм.
Рис. 4.3. До визначення втрат у напружуваній арматурі: а– проявлення пластичних деформацій у дротяній арматурі при вільному подовженні;б– те саме, при постійному початковому навантаженні;в– релаксація напружень у дроті в часі;г– зминання висаджених головок під час закріплення арматури в упорах;д– занурення витка кільцевої або спіральної арматури в бетон;е– переріз труби;ж– додаткові деформації обтискування стиків між збірними блоками; 1– упор; 2 – головка; 3 – шайба; 4 – зони зминання; 5 – стінка труби; 6 – напружувана спіральна арматура
Втрати 1 та 7 від релаксації напружень арматури розвиваються на протязі 5–7 діб після її натягування.
Високоміцна арматура в результаті її навантажування пружно видовжується на величину l, а потім в ній розвиваються непружні деформації pl (рис. 4.3, а) без збільшення навантаження. При цьому напруження в арматурі залишаються сталими, але довжина збільшується.
Якщо арматура розтягується і закріплюється в нерухомих упорах, як це буває в разі її натягування, пластичні деформації спричиняють зниження напружень в ній, що називається релаксацією напружень (рис. 4.3, б та в).
Втрати 2 від температурного перепаду залежать від різниці температур натягнутої арматури в зоні нагрівання і пристрою, який сприймає зусилля натягування під час прогрівання бетону. Різницю температур приймають за технологічними даними, а у разі відсутності їх в розрахунок вводять t=650С.
При натягуванні арматури на форму внаслідок одночасного нагрівання форми та арматури втрати від перепаду температур дорівнюють нулю.
Втрати 3 від деформації анкерів, розташованих біля натягувальних пристроїв, залежать від конструкції анкерів і зумовлюються обтискуванням спресованих шайб, зминанням висаджених головок, зміцненням стержнів у затискачах, зминанням шайб і прокладок (рис. 4.3, г). Чим довший напружуваний стержень, тим менша сумарна відносна деформація вкорочення і менші втрати.
Втрати 4 від тертя арматури об стінки каналів, поверхню бетону та обгинальні пристрої залежать від шорсткості поверхні бетону, кута перегину арматури або кривини осі каналу.
Втрати 5 від деформації сталевої форми виникають при неодночасному натягуванні арматури на форму. Під час натягування першого стержня сталева форма пружно стискується на величину 1. Натягування другого стержня спричиняє додаткове пружне стискування на величину 2, що супроводжується скороченням першого стержня на цю саму величину, що й визначає втрати напруження. Чим більше стержнів або груп стержнів натягують одночасно, тим більші втрати в стержнях, що натягуються в першу чергу. Зменшити їх можна, збільшуючи натяг перших стержнів або застосувавши повторне натягування. Втрати 5 визначають за формулою норм або приймають рівними 30 МПа, якщо на момент проектування немає даних про технологію виготовлення попередньо напруженої конструкції.
Втрати 6 від швидкоплинної повзучості та 9 від повзучості бетону спричиняються вкороченням залізобетонного елемента, а отже, і напружуваної арматури. Таке скорочення збільшується при високих напруженнях у бетоні і залежить від їх тривалості. Для точнішого обчислення втрат деформації повзучості поділено на швидкоплинні і на такі, що розвиваються в часі.
Обчислюючи втрати від повзучості, вважають, що конструкція завантажується зовнішнім навантаженням не раніш ніж через 100 діб після виготовлення. При ранішому завантажуванні деформації повзучості менші і втрати попереднього напружування в арматурі, розташованій у розтягнутій від зовнішнього навантаження зоні, знижуються. Це враховується за допомогою коефіцієнта l<1, на який множать втрати, обчислені за нормами. В результаті теплової обробки бетону знижуються втрати попереднього напружування.
Втрати 8 від усадки бетону мають місце у зв’язку з вкороченням бетону і напружуваної арматури. При цьому арматура не тільки не чинить опору розвиткові цих деформацій, а й сприяє розвиткові усадки. Втрати від усадки бетону наведені в нормах залежно від виду і класу бетону, умов його тужавлення, способу натягування арматури і дорівнюють 30...60 МПа.
Втрати 11 від деформацій обтискування стиків між блоками виникають у великопролітних конструкціях, які складають з блоків заводського виготовлення. Ці блоки стикуються шляхом натягу арматури на бетон (рис. 4.3, е). У цьому випадку розвиваються додаткові деформації за рахунок обтискування стиків, що спричиняє втрати попереднього напружування 11. Втрати залежать від кількості стиків, довжини напружуваної арматури та виду стику. Якщо стики заповнюються бетоном, то обтискування кожного стику приймають за 0,3 мм. У разі стикування насухо деформацію зминання приймають 0,5 мм.
У зв’язку із складністю точного врахування всіх численних факторів, від яких залежать втрати (оскільки не завжди відомі умови експлуатації проектної конструкції), для практичних розрахунків у нормах прийнято менш точні, але простіші способи врахування втрат напруження на стадії проектування.
Перші і другі втрати:
– у разі натягування на упори
l1 = 1 + 2 + 3 + 5 + 6; l2 = 8 + 9; (4.13)
– у разі натягування на бетон
l1 = 3 + 4; l2 = 7 + 8 + 9 + 10 + 11, (4.14)
де 10 – втрати від зминання бетону під витками спіральної арматури.
Повні втрати l = l1 + l2, що їх приймають у розрахунках, мають становити не менш як 100 МПа.
Втрати напружень в попередньо напружуваній арматурі, що має працювати в стиснутій зоні під час експлуатації конструкції, визначають аналогічно за вище наведеними формулами.