Особенности проектирования предварительно напряженных железобетонных конструкций

Под предварительно напряженными понимают железобетонные конструкции, в которых в процессе изготовления создают значительные сжимающие напряжения в бетоне натяжением высокопрочной арматуры. Начальные сжимающие напряжения в бетоне создают в тех зонах, которые под воздействием нагрузок испытывают растяжение. При этом создаются условия для применения высокопрочной арматуры, экономии металла и снижения стоимости конструкций.

С повышением расчетного сопротивления арматуры снижается ее удельная стоимость, т.е. отношение цены Ц (руб/т) к расчетному сопротивлению Rs (МПа). Поэтому использовать высокопрочную арматуру выгодно. Применение высокопрочной арматуры без предварительного напряжения нецелесообразно, т.к. высокие растягивающие напряжения в арматуре и соответствующие деформации в растянутых зонах бетона приводят к появлению трещин значительного раскрытия, большим перемещениям, резкому снижению долговечности.

Бетон в растянутой зоне предварительно напряженных железобетонных изгибаемых конструкций испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений.

В предварительно напряженных железобетонных балках или плитах часто сила Fcrc, вызывающая образование трещин, превышает нагрузки, действующие при эксплуатации Fser. Такие конструкции более долговечны, поскольку работают без трещин. Суть использования предварительно напряженного железобетона – экономический эффект за счет применения высокопрочной арматуры, высокой трещиностойкости и, как результат, повышенной жесткости, коррозионной стойкости и долговечности.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции лучше сопротивляются динамическим нагрузкам. Предварительно напряженные изгибаемые железобетонные конструкции имеют меньшие прогибы, т.к., во-первых, в процессе создания предварительного напряжения конструкция испытывает выгиб и часть эксплуатационной нагрузки затрачивается на его погашение, во-вторых, предварительно напряженные железобетонные конструкции на стадии эксплуатации работают без трещин в растянутой зоне и,поэтому, имеют большую жесткость.

Предварительное напряжение оказывает благоприятное влияние на работу железобетонных конструкций по наклонным сечениям.

В сжатых элементах предварительное напряжение повышает жесткость железобетонных элементов, а следовательно, и критическую силу Ncr (продольную силу, при которой сжатый элемент теряет устойчивость), что, в свою очередь, сказывается на уменьшении продольного изгиба, учитываемого коэффициентом, и увеличении несущей способности.

Способы создания предварительного напряжения: НА УПОРЫ:При натяжении на упоры арматуру заводят в форму до бетонирования, один ее конец закрепляют на упоре, а другой – натягивают домкратом или другим приспособлением до заданного контролируемого напряжения. После набора необходимой прочности бетона (передаточной) Rbp (нормативная кубиковая прочность бетона в момент передачи усилий обжатия) арматуру отпускают с упоров. Происходит обжатие окружающего бетона. Способы натяжения арматуры на упоры могут быть различными: механический; электротермический; электротермомеханический. НА БЕТОН: При натяжении арматуры на бетон сначала изготавливают слабо армированный элемент, затем при достижении бетоном прочности Rbp создают в нем предварительные сжимающие напряжения. Напрягаемую арматуру заводят в пазы или каналы и натягивают на бетон. В этом случае напряжения в арматуре контролируют после обжатия бетона. Сцепление арматуры с бетоном создается после обжатия инъецированием – нагнетанием цементного теста или раствора под давлением. Создание предварительных напряжений с использованием бетонов на напрягающих цементах также относится к натяжению на бетон. Натяжение на упоры является основным способом заводского производства. Натяжение на бетон применяется главным образом для крупноразмерных конструкций и при соединении их на монтаже. Например, пролетные строения мостов.

eb,ult - относительная деформация сжатого бетона при напряжениях, равных Rb, принимаемая равной 0,0035.

НАПРЯГАЕМАЯ АРМАТУРА: При натяжении на бетон – арматуру периодического профиля и арматурные канаты применяют без специальных анкеров. Арматурные пучки (натяжение на упоры), гладкая высокопрочная проволочная арматура (на упоры) – со специальными анкерами.

Rbp - передаточная (кубиковая) прочность к моменту передачи усилия обжатия