Методы натяжения арматуры в предварительно-напряженных конструкциях
В конструкциях, работающих на изгиб (плитах, балках, прогонах, ригелях), под действием нагрузки появляются растягивающие напряжения. Для их восприятия в растянутой зоне приходится размещать большое количество арматуры. Кроме этого недостаточно используется прочность стали на растяжение, так как в бетоне появляются трещины в зоне растяжения, хотя напряжение в арматуре еще не превышает предела текучести, а эксплуатировать такую железобетонную конструкцию с шириной раскрытия трещин больше допустимой не разрешается.
Эти недостатки в значительной степени устраняются в предварительно-напряженных конструкциях. В таких конструкциях, еще до установки ее в сооружение и передачи на нее эксплуатационных нагрузок, предполагаемая растянутая зона уже подвержена сжатию. И прежде чем бетон в конструкции воспринимая эксплуатационную нагрузку, начнет работать на растяжение, в нем необходимо сначала погасить предварительно созданное сжатие.
Предварительное напряжение позволяет увеличивать нагрузку на конструкцию или при прежней нагрузки уменьшить габариты конструкции.
Достоинства предварительно-напряженных конструкций:
применение арматуры меньших диаметров из высокопрочной стали позволяет уменьшать размеры конструкции, а следовательно, и объем сборных элементов на 20…30%, что приводит к экономии материалов, в частности цемента;
благодаря лучшему использованию свойств арматурной стали, по сравнению с обычными железобетонными конструкциями, и при применении сталей с высоким пределом прочности достигается экономия металла до 40%;
конструкции с предварительно-напряженной арматурой отличаются высокой трещиностойкостью, что предохраняет арматуру от коррозии; это важно для сооружений, находящихся под постоянным давлением воды, других жидкостей и газов (трубы, плотины, резервуары).
Предварительное напряжение арматуры осуществляется в основном двумя способами:
натяжением арматуры до укладки бетонной смеси в конструкцию;
укладкой и натяжением арматуры вслед за укладкой бетона и приобретения им прочности не менее 70% проектной.
Первый метод заводской, он называется натяжением на формы и упоры, второй применяют в построечных условиях на площадках укрупнительной сборки и называют натяжением на бетон.
Натяжение на формы и упоры. При армировании по этому способу арматурные стержни натягивают перед укладкой бетонной смеси. Усилия натяжения, достигающие нескольких десятков и сотен тонн, воспринимаются конструкцией стальной формы, в которой изготавливают (формуют) изделие, или специальными упорами стенда. Бетонируют изделие при натянутой арматуре. Когда после затвердения бетона и набора им необходимой прочности натяжные приспособления снимают, сжатие бетона достигается за счет сцепления между стремящимися сжаться арматурными стержнями или прядями и окружающим их затвердевшим бетоном. При этом способе натяжение арматуры контролируют до обжатия бетона.
Стендовый способ натяжения применяют при изготовлении длинномерных (длиной 12 м и более) крупных и тяжелых конструкций – стропильных и подстропильных ферм, кровельных и подкрановых балок. Конструкцию армируют, осуществляют ее натяжение, производят бетонирование, бетон приобретает необходимую прочность в стационарном положении на стенде. Упоры воспринимают усилия натяжения и передают их на массивный фундамент стенда.
При натяжении на формы упоры отсутствуют, и усилия воспринимает сама форма, которая является силовой. В таких формах бетонируют плиты и панели перекрытий и покрытий. Достоинство форм в том, что они имеют модульные размеры, поэтому при смене бетонируемой конструкции ее легко переналадить на изготовление новых изделий.
Натяжение арматуры на бетон. Предварительное напряжение в монолитных и сборно-монолитных конструкциях можно создавать по методу натяжения арматуры на затвердевший бетон. При таком методе усилие натяжения воспринимается не формой и не упорами, а уже затвердевшим и набравшим необходимую прочность бетоном. Этот способ используется главным образом для армирования конструкций, собираемых из отдельных блоков.
По способу укладки напрягаемой арматуры имеются две разновидности – линейная и непрерывная. При линейном способе в напрягаемых конструкциях при их бетонировании оставляют открытые или закрытые каналы. При приобретении бетоном заданной прочности в каналы укладывают арматуру и производят ее натяжение с передачей усилия на напрягаемую конструкцию. Линейный способ применяют для создания напряжения в балках, колоннах, рамах, трубах, силосах и многих других линейных конструкциях. Непрерывный способ заключается в навивке с заданным натяжением бесконечной арматурной проволоки по контуру забетонированной конструкции. Этот способ применяют для предварительного напряжения стенок цилиндрических резервуаров, предварительно напряженных труб.
При линейном армировании напрягаемые элементы применяют в виде отдельных стержней, прядей, канатов и проволочных пучков. Линейное армирование включает в себя: заготовку напрягаемых арматурных элементов; образование каналов для укладки напрягаемых арматурных элементов; установку арматурных элементов с анкерными устройствами в каналы; напряжение арматуры с последующим инъецированием закрытых каналов или бетонированием открытых каналов.
Для стержневой арматуры используют горячекатаную сталь периодического профиля и высокопрочную проволоку. Заготовка стержневых элементов состоит из правки, чистки, резки, стыковой сварки и устройства анкеров, путем приварки стальных коротышей к концам стержней. Коротыши имеют резьбу, на которую навинчивают гайки, передающие через шайбы на бетон нагрузки натяжения.
Арматурные нераскручивающиеся пряди и канаты изготовляют из высокопрочной проволоки диаметром 1,5…5 мм. Из проволоки производят пряди, образуемые из трех, семи или девятнадцати совместно свитых проволок. При необходимости готовые пряди далее навивают в канаты. Пряди и канаты поступают с заводов намотанными на катушки. Их сматывают с катушек, пропускают через правильные устройства, одновременно очищают от грязи масла, режут на отрезки необходимой длины. Для анкеровки прядей и канатов применяют гильзовые наконечники. Гильзу надевают на заготовленный конец пряди или каната, запрессовывают прессом или домкратом, а затем на ее поверхности нарезают или накатывают резьбу, необходимую для передачи через шайбы усилий натяжения бетона на гайки крепления.
Проволочные пучки изготовляют из высокопрочной проволоки. Проволоку в пучке располагают или с заполнением ею всего сечения, или по окружности арматурного стержня. В первом случае пучок оборудуют гильзовым, а во втором – гильзостержневым анкером.
Способ натяжения на бетон позволяет собирать крупноразмерные конструкции длиной до 30 м и более у места их установки из отдельных, легкоперевозимых частей меньшего размера. При армировании конструкций, собираемых из отдельных блоков, в сборных железобетонных элементах при заводском изготовлении заранее оставляют каналы или борозды для размещения в них напрягаемой арматуры. Напрягаемую арматуру укладывают (протягивают) в эти заранее оставленные каналы,, диаметр которых обычно делают на 10…15 мм больше диаметра арматурного пучка или стержня.
Источник
Способы создания предварительного напряжения
Существуют две принципиальные схемы создания предварительного напряжения в железобетонных конструкциях; путем предварительного натяжения арматуры на упоры формы или стенда и натяжения ее на затвердевший бетон (забетонированную конструкцию).
• Натяжение на упоры применяют в конструкциях малых и средних пролетов, изготовляемых в заводских условиях. Арматуру укладывают в форму до бетонирования и после натяжения до заданного значения напряжения закрепляют на упорах.. Затем элемент бетонируют. Когда бетон достигает необходимой передаточной прочности, арматуру освобождают с упоров. Стремясь восстановить свою первоначальную длину, арматура обжимает бетон, поскольку имеет с ним надежное сцепление.
• Натяжение на бетон применяют главным образом для бо-чьшепролетных конструкций (ферм, мостов и т. п.). В этом случае изготовляют бетонный или малоармированный элемент, в котором устраивают каналы или пазы для размещения напрягаемой арматуры. Каналы имеют размеры на 5-15 мм больше диаметра арматуры и создаются путем укладки гофрированных стальных тонкостенных трубок, оставляемых в теле конструкции» иди с помощью каналообразователсй, извлекаемых из свежеуложснного бетона. Затем арматуру натягивают до заданного напряжения и закрепляют на торцах конструкции. В процессе натяжения арматуры происходит обжатие бетона. После этого канал заполняют цементным или цементно-песчаным раствором под давлением (инъецируют). Арматура может располагаться и с внешней стороны элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров). В этом случае после натяжения арматуры поверх ее наносят слой бетона под давлением (торкретбетона).
Натяжение арматуры на упоры производится механическим, электротермическим и электротермомеханическим способами, а на бетон, как правило, механическим способом.
Для натяжения механическим способом применяют гидравлические и винтовые домкраты, намоточные машины и др.
Сущность электротермического способа натяжения арматуры заключается в том, что стержневую или проволочную арматуру, снабженную по концам ограничителями. установленными на определенном расстоянии друг от друга, разогревают током до 300-350 °С, в результате чего она удлиняется. Нагретые стержни укладывают в форму таким образом, чтобы ограничители оказались заведенными за упоры формы. Упоры препятствуют укорочению стержней при остывании, благодаря чему в стержнях возникают заданные растягивающие напряжения. После укладки и твердения бетона арматуру отпускают с упоров и вследствие ее укорочения происходит обжатие бетона конструкции.
Электротермомеханический способ натяжения представляет сочетание электротермического и механического способов.
В последние годы для создания предварительного натяжения в конструкциях начинают успешно применять бетоны на специальных напрягающих цементах (НЦ). Бетон на таком цементе при твердении увеличивается в объеме и вследствие сцепления с арматурой растягивает ее. Так как арматура препятствует свободному расширению бетона, в нем возникают сжимающие напряжения. Такие конструкции называют самонапряженпыми. Применение напрягающего цемента позволяет отказаться от приспособлений для натяжения арматуры.
Напрягаемую арматуру можно располагать в элементе в двух и даже в трех направлениях, тогда создается соответственно двухосное или трехосное предварительное напряжение.
Источник
Способы создания предварительного напряжения
Тема 3.ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Сущность предварительного напряжения
Метод расчета по предельным состояниям является общим и применяется как для обычных, так и для предварительно напряженных железобетонных конструкций. Однако последние обладают рядом особенностей, которые необходимо учитывать в расчетах.
Ранее указывалось, что низкая прочность бетона на растяжение и малая растяжимость являются его существенным недостатком, снижающим строительные качества железобетона. Поскольку предельная растяжимость бетона равна в среднем εbtu= 15·10 -5 , трещины в бетоне могут возникнуть уже при напряжениях в арматуре σs = εsEs=l5·10 -5 ·2·10 5 =30 МПа. С увеличением нагрузки трещины будут увеличиваться. В элементах, армированных сталями классов А-II, A-III, при эксплуатационных нагрузках σs = 270. 340 МПа ширина раскрытия трещин не превышает допустимой (acrc,u ≤ 0,3. 0,4 мм). При применении же высокопрочной арматуры (σs,ser ≥ 500 МПа) ширина раскрытия трещин будет существенно превышать допустимую.
Применение растянутой высокопрочной арматуры оказывается возможным лишь в предварительно напряженных конструкциях, в которых трещины образуются при значительно более высоких нагрузках, а ширина их раскрытия, как правило, не превышает допустимых пределов. При этом полностью используются прочностные свойства этой арматуры.
Впервые высокопрочная арматура была успешно применена в предварительно напряженных железобетонных конструкциях во Франции инж. Фрейссинэ в 1928 г., а в СССР — проф. В.В. Михайловым в 1932 г.
В последние годы применение предварительного напряжения стало одним из основных направлений совершенствования железобетонных конструкций. Оно позволяет:
· существенно уменьшить расход стали за счет использования арматуры высокой прочности;
· повысить трещиностойкость конструкций; увеличить жесткость, уменьшить прогибы;
· повысить выносливость конструкций, работающих под воздействием многократно повторяющихся нагрузок (от кранов, автотранспорта и т.п.);
· увеличить срок службы конструкций при эксплуатации в агрессивных средах;
· уменьшить расход бетона и снизить массу конструкций;
· расширить область применения железобетона, заменив им дефицитные сталь и дерево в таких конструкциях, как напорные трубопроводы, резервуары, шпалы и т. п.
Способы создания предварительного напряжения
Существуют две принципиальные схемы создания предварительного напряжения в железобетонных конструкциях: путем предварительного натяжения арматуры на упоры формы или стенда и натяжения ее на затвердевший бетон (забетонированную конструкцию).
· Натяжение на упоры применяют в конструкциях малых и средних пролетов, изготовляемых в заводских условиях. Арматуру укладывают в форму до бетонирования и после натяжения до заданного значения напряжения закрепляют на упорах (рис. 3.1, а). Затем элемент бетонируют. Когда бетон достигает необходимой передаточной прочности Rbp, арматуру освобождают с упоров. Стремясь восстановить свою первоначальную длину, арматура обжимает бетон, поскольку имеет с ним надежное сцепление (рис. 3.1, б).
Натяжение на бетон применяют главным образом для большепролетных конструкций (ферм, мостов и т. п.). В этом случае изготовляют бетонный или малоармированный элемент, в котором устраивают каналы или пазы для размещения напрягаемой арматуры (рис. 3.1, в). Каналы имеют размеры на 5. 15 мм больше диаметра арматуры и создаются путем укладки гофрированных стальных тонкостенных трубок, оставляемых в теле конструкции, или с помощью каналообразователей, извлекаемых из свежеуложенного бетона. Затем арматуру натягивают до заданного напряжения (рис. 3.1, г) и закрепляют на торцах конструкции. В процессе натяжения арматуры происходит обжатие бетона. После этого канал заполняют цементным или цементно-песчаным раствором под давлением (инъецируют). Арматура может располагаться и с внешней стороны элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров). В этом случае после натяжения арматуры поверх ее наносят слой бетона под давлением (торкрет-бетона).
Рис. 3.1. Схемы создания предварительного напряжения:
1 — форма; 2 — арматура; 3 — упор; 4 — домкрат; 5 — анкер; 6 — канал
Натяжение арматуры на упоры производится механическим, электротермическим и электротермомеханическим способами, а на бетон, как правило, механическим способом.
· Для натяжения механическим способом применяют гидравлические и винтовые домкраты, намоточные машины и др.
· Сущность электротермического способа натяжения арматуры заключается в том, что стержневую или проволочную арматуру, снабженную по концам ограничителями, установленными на определенном расстоянии друг от друга, разогревают током до 300. 350°С, в результате чего она удлиняется. Нагретые стержни укладывают в форму таким образом, чтобы ограничители оказались заведенными за упоры формы. Упоры препятствуют укорочению стержней при остывании, благодаря чему в стержнях возникают заданные растягивающие напряжения. После укладки и твердения бетона арматуру отпускают с упоров и вследствие ее укорочения происходит обжатие бетона конструкции.
· Электротермомеханический способ натяжения представляет сочетание электротермического и механического способов.
· В последние годы для создания предварительного натяжения в конструкциях начинают успешно применять бетоны на специальных напрягающих цементах (НЦ). Бетон на таком цементе при твердении увеличивается в объеме и вследствие сцепления с арматурой растягивает ее. Так как арматура препятствует свободному расширению бетона, в нем возникают сжимающие напряжения. Такие конструкции называют самонапряженными. Применение напрягающего цемента позволяет отказаться от приспособлений для натяжения арматуры.
Напрягаемую арматуру можно располагать в элементе в двух и даже в трех направлениях, тогда создается соответственно двухосное или трехосное предварительное напряжение.
При назначении передаточной прочности Rbp должны быть приняты во внимание два обстоятельства: с одной стороны, желательна более ранняя передача усилия с арматуры на бетон в целях повышения производительности заводов ЖБИ и улучшения использования производственных площадей; с другой стороны, высокий уровень обжатия при низкой передаточной прочности приведет к значительным деформациям ползучести и потерям предварительного напряжения в арматуре. Учитывая эти обстоятельства, нормы рекомендуют назначать передаточную прочность не ниже 11 МПа, а при арматуре классов А-VI, К-7, К-19, В-II, Вр-II — не менее 15,5 МПа. Кроме того, величина Rbp должна быть не менее 50 % от принятого класса бетона.
Источник
