5. 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 III стадии НДС: стадия I – до появления трещин в бетоне, стадия II – после появления трещин, стадия III – стадия разрушения.

При испытании предварительно напряженных элементов трещины наблюдаются незадолго перед разрушением, и интервал между в стадии II и в стадии III во много раз меньше, чем в обычном железобетонном элементе.

Стадии деформирования при натяжении арматуры на упоры

Рис. 6.16. Последовательность изменения напряжений в предварительно напряженном центрально-растянутом элементе при натяжении 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 II НДС) 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 III НДС).

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 .

Рис. 6.17. Последовательность изменения напряжений в предварительно напряженном центрально-растянутом элементе при натяжении на бетон