2. Расчетные подходы

При расчете предварительно напряженных элементов в расчетные формулы вводят предварительно растягивающие напряжения напрягаемой арматуры , действующие до обжатия элемента либо при снижении до нуля напряжений в бетоне. Такое снижение напряжений (во всем сечении или только на уровне растянутой арматуры) может вызываться воздействием на элемент внешних фактических или условных сил. При указанных напряжениях напрягаемой арматуры и нулевом напряжении бетона всего поперечного сечения состояние этого сечения принимают за исходное.

Значения предварительного напряжения принимают с учетом механических свойств арматурной стали, при этом они не должны быть выше вполне определенных регламентируемых нормами значений, т.к. появление пластических деформаций сопровождается необратимыми потерями напряжений, соответствующими остаточным деформациям арматуры.

Значения предварительного напряжения напрягаемой арматуры , создаваемые в ней, или способные возникнуть в процессе ее натяжения, назначают таким образом, чтобы выполнялись условия:

где растягивающее напряжение напрягаемой арматуры

допустимые отклонения предварительного напряжения, МПа

При механическом способе натяжения арматуры , а при электротермическом или электротермомеханическом способах определяется по формуле:

где длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров).

Максимальные предварительные напряжения арматуры ограничены в связи с опасностью обрыва при натяжении или развития недопустимых неупругих деформаций. Минимальные напряжения приняты из условия обеспечения проектного положения натягиваемой арматуры и ограничения чрезмерного раскрытия трещин в бетоне (в случае их образования).

При расчете предварительно напряженных элементов следует учитывать потери предварительного напряжения арматуры.

По СП 52-102-2004 «Предварительно напряженные железобетонные конструкции» передаточную прочность бетона (прочность бетона к моменту его обжатия) следует назначать не менее 15 МПа и не менее 50% принятого класса бетона по прочности на сжатие.

Предварительные напряжения арматуры принимают следующие значения:

- для горячекатанной и термомеханически упрочненной арматуры ;

- для холоднодеформированной арматуры и арматурных канатов

3. Потери предварительного напряжения

При расчете предварительно напряженных конструкций следует учитывать снижение предварительных напряжений вследствие потерь предварительного напряжения до передачи усилий натяжения на бетон (первые потери) и после передачи усилия натяжения на бетон (вторые потери).

По СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» следует учитывать следующие потери:

При натяжении арматуры на упоры

а) первые потери — от деформации анкеров, тре­ния арматуры об огибающие приспособления, от релаксации напряжений в арматуре, температурного перепада, деформации форм (при натяжении арма­туры на формы), от быстронатекающей ползучести бетона;

б) вторые потери — от усадки и ползучести бе­тона.

При натяжении арматуры на бетон:

в) первые потери — от деформации анкеров, трения арматуры о стенки каналов или поверхность бетона конструкции;

г) вторые потери — от релаксации напряжений в арматуре, усадки и ползучести бетона, смятия бето­на под витками арматуры, деформации стыков между блоками (для конструкций, состоящих из бло­ков).

Потери предварительного напряжения арматуры следует определять по табл. 6.1, при этом суммарную величину потерь при проектировании конструкций необходимо принимать не менее 100 МПа.

При расчете самонапряженных элементов учиты­ваются только потери предварительного напряжения от усадки и ползучести бетона в зависимости от марки бетона по самонапряжению и влажности среды. Для самонапряженных конструкций, эксплуатируемых в условиях избытка влаги, потери от усадки не учитываются.

Таблица 6.1

№	Факторы, вызывающие потери предварительного напряжения	При натяжении арматуры на упоры	При натяжении арматуры на бетон
1	2	3	4
Первые потери (до обжатия бетона)
1	Релаксация напряжений арматуры ( меняется в зависимости от способа натяжения): при механическом способе натяжения арматуры: а) проволочной б) стержневой при электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения арматуры: а) проволочной б) стержневой	принимается без учета 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 натяжения при прогреве бетона)	При отсутствии точных данных принимается = 65 °С.	–
3	Деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств * При электротермическом способе натяжения потери от деформаций анкеров в расчете не учитываются, т.к. они учтены при опреде­лении значения полного удлинения арматуры	где — обжатие опрессованных шайб, смятие высаженных головок и т. п.; смещение стержней в инвентарных зажимах определяемое по формуле d - диаметр стержня, мм; — длина натягиваемого стержня (расстояние между наружны­ми гранями упоров формы или стенда), мм.	+
1	2	3	4
4	Трение арматуры	об огибающие устройства	о стенки каналов
5	Деформации стальной формы при изготовлении преднапряженных железобетонных конструкций * При электротермическом способе натяжения потери от деформаций анкеров в расчете не учитываются, т.к. они учтены при опреде­лении значения полного удлинения арматуры		–
6	Быстронатекающая ползучесть (при снятии упоров, арматура стремится вернуться в исходное положение – в этом момент происходит быстронатекающая ползучесть)		–
Вторые потери (после обжатия бетона)
7	Релаксация арматуры	–
8	Усадка бетона
9	Ползучесть бетона для тяжелого и легкого бетона при плотном мелком заполнителе	при при принимается с учетом 1  6 потерь, МПа – для бетона естественного твердения; – для бетона, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении
10	Смятие бетона под витками спиральной или кольцевой арматуры (при диаметре конструкции до 3 м)	–
11	Деформация обжатия стыков между блоками (для конструкций, состоящих из блоков)	–

Все расчетные значения для находятся в табл. 5 СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»

Первые потери необходимы для проведения расчета на стадии обжатия бетона. Во всех остальных стадиях учитывают первые и вторые потери.

Стадия обжатия Стадия эксплуатации

, ,

где где ,

По СП 52-102-2004 «Предварительно напряженные железобетонные конструкции» следует учитывать следующие потери при натяжении на упоры:

а) первые потери — от деформации анкеров, от релаксации напряжений в арматуре, температурного перепада при термической обработке конструкций, деформации формы (упоров);

б) вторые потери — от усадки и ползучести бе­тона.

Потери предварительного напряжения арматуры указаны в табл. 6.2 (п.2.2.3.3 ÷ 2.2.3.8).

Таблица 6.2

№	Факторы, вызывающие потери предварительного напряжения		При натяжении арматуры на упоры
1	2		3
Первые потери (до обжатия бетона)
1	Релаксация напряжений арматуры: для арматуры классов А600 ÷ А1000 при механическом способе натяжения при электротермическом способе натяжения для арматуры классов Вр1200 ÷Вр1500, К1400, К1500 при механическом способе натяжения при электротермическом способе натяжения		принимается без учета 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 натяжения при нагреве бетона)
3	Деформации стальной формы (упоров) при неодновременном натяжении арматуры на форму * При электротермическом способе натяжения потери от деформаций анкеров в расчете не учитываются, т.к. они учтены при опреде­лении значения полного удлинения арматуры
4	Деформации анкеров натяжных устройств * При электротермическом способе натяжения потери от деформаций анкеров в расчете не учитываются, т.к. они учтены при опреде­лении значения полного удлинения арматуры		где — обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров (при отсутствии данных допускается принимать ); — расстояние между наружны­ми гранями упоров формы или стенда
1	2		3
Вторые потери (после обжатия бетона)
5	Усадка бетона
6	Ползучесть бетона	где – коэффициент ползучести бетона, определяемый согласно п. 2.1.2.7; – напряжения в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры; – расстояние между центрами тяжести сечения рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента; – площадь приведенного сечения элемента и ее момент инерции относительно центра тяжести приведенного сечения; – коэффициент армирования

Полные значения первых потерь предварительного напряжения арматуры определяют по формуле:

, где – номер потерь предварительного напряжения.

Полные значения первых и вторых потерь предварительного напряжения арматуры определяют по формуле:

При проектировании конструкций полные суммарные потери для арматуры, расположенной в растянутой при эксплуатации зоне сечения элемента, следует принимать не менее 100 МПа.