Бетон напружуючий
Бетон напружуючий - бетон на основі цементу, що напружує. Від звичайного бетону на портландцементі його відрізняє здатність розширюватися на поч. період твердіння і розтягувати арматуру, що знаходиться в зчепленні з ним, набуваючи при цьому напруги власного обтиснення, т.зв. самонапруження. Отримувані т.ч. попередньо напряж. конструкції зв. самонапруженими ж.-бет. конструкціями.
Основу напружуючого цементу становить портландцементний клінкер (близько 2/3 складу), до якого при помелі додають підвищення. в порівнянні з портландцементом у гіпсу, а також додатково високоалюмінатні шлаки, що є, як правило, відходами металургія, пром-сті. Об'ємне розширення цементного каменю обумовлено утворенням у процесі його гідратації гідросульфоалюмінату кальцію (т.зв. "цементної бацили"), що має обсяг більший, ніж сума обсягів вихідних компонентів.
Розрізняють т.зв. вільне розширення, коли цементному каменю, що напружує цементу і бетону на його основі не перешкоджають зовніш. обмеження у вигляді змішаних елементів конструкцій (в стику, шві), пов'язаної з ним зчепленням або анкерами арматури, або протидіють зовніш. сил. За наявності таких обмежень чи впливів має місце пов'язане розширення. У цьому випадку цементний камінь або бетон розвиває тиск на перешкоду, що виявляється у вигляді розпору в швах і стиках або розтягування арматури незалежно від напряму в бетоні.
Вільне розширення контролюють, як правило, тільки при виробництві напружуючого цементу якнайбільше відчуває. показник, він становить 0,2-2,5%. Пов'язане розширення контролюють при виробництві цементу (в цементно-піщаному розчині 1:1), фіксуючи його у вигляді марки по самонапрузі - НЦ-10, НЦ-20, НЦ-30 і НЦ-40 (відповідно самонапруження не менше 0 ,7, 2, 3 та 4 МПа), а також для визначення фактич. марки бетону по самонапрузі, коли вона передбачена у проекті конструкції.
Пов'язане розширення, крім енер-гетич. св-в цементу та бетону залежить від ступеня обмеження розширення, тому випробування Б.М. проводять на стандартних зразках-призмах розмірами від 4х4х 16 см для цементу до 1 Ох 10x40 см для бетону, використовуючи стандартні динамометричні. кондуктори відповідного типорозміру, що у відформованих у яких зразках пружний опір розширенню, еквівалентне наявності у зразках поздовжнього армування 1 %.
Підбір складу Б.М. за міцністю на стиск не відрізняється від підбору складу звичайного бетону на портландцементі, проте витрата в'яжучого може бути знижений практично на 10%. Можуть бути отримані бетони класів В15-В40 та вище. При однаковій міцності бетону на стиск Б.Н. має міцність при розтягуванні на 20% вище ніж бетон на портландцементі. Існує ряд марок самонапруження від Sp0,6 до Sp4 (в МПа).
Для отримання заданої проектної марки по самонапрузі необхідно враховувати не тільки активність напружувального цементу по самонапрузі, але і витрата в'яжучого, водоцементне відношення і в деяких випадках вологі умови твердіння.
Бетон напружуючий характеризується маркою по водонепроникності не нижче W12, у зв'язку з чим у конструкціях, що виконуються з нього, не потрібно пристрою гідроізоляції і багато в чому. випадках антикороз. захисту.
Існує різновид Б.М. - бетон з компенсованою усадкою, який відрізняється тим, що при збереженні решти всіх св-в у ньому не нормується марка по самонапрузі. Для виготовлення такого бетону застосовують, як правило, цемент марок НЦ-10 або НЦ-20. Бетон з компенсації. усадкою доцільно застосовувати замість звичайного бетону на портландцементі практично для всіх конструкцій, що забезпечує компенсацію усадки та її заперечень. наслідків як на етапі виготовлення конструкцій (від утворення технологічних тріщин), так і при експлуатації.
Технологіч. св-ва Б.М. подібні до св-вами бетону на портландцементі, але при підвищення. темп-рах (30 ° С і вище) спостерігається тенденція до помітнішого прискорення твердіння (набору міцності) і, частково, схоплювання суміші. Це дозволяє скоротити тривалість і знизити температуру тепловлажностной обробки виробів заводського виготовлення. Терміни схоплювання бетонів і розчинів на цементі регулюються в широких межах: від прискорення схоплювання до 1-2 хв, що застосовується для зупинки протікань при ремонті конструкцій під гідростатич. напором, до подовження схоплювання до 2-3 год (при необхідності довжини, транспортування суміші). Для цього додають прискорювачі та пластифікатори, а також використовують метод т.зв. передує, частковій гідратації, що полягає в перед, перемішуванні (до замішування) напружуючого цементу з частково зволоженим заповнювачем або двостадійному перемішуванні суміші. Враховуючи особливості Б.н., його застосування особливо ефективно в конструкціях, до яких пред'являються вимоги підвищення. водонепроникності та тріщино-стійкості (в т.ч. при використанні рухомих сумішей), спец. гідроізоляції в цьому випадку не потрібне. Це збірні та монолітні ємнісні, підземні конструкції разл. призначення та стики в них, труби напірні та безнапірні, транспортні та комунікаційні. тунелі, безрулонні покрівлі, покриття підлог, доріг, аеродромів та автодорожніх мостів, а також підстави мистецтв, ковзанярних доріжок та льодових полів без швів або збільш. відстанню між ними, елементи об'ємного житлового будівництва. Застосовують Б.М. для герметизації та захисту від джерел радіац. випромінювань, а також для виготовлення попередньо напряж. конструкцій з метою компенсації втрат напруг від усадки та інших видів конструкцій та споруд, в т.ч. ж.-бет. конструкцій масового произ-ва, замість звичайного бетону як важкого, і легкого.
Напружений бетон
Діаграма напруги
Попередньо напружений залізобетон (залізобетон) - це будівельний матеріал, призначений для подолання нездатності бетону чинити опір значним розтягуючим напругам.
При виготовленні залізобетону прокладається арматура із сталі з високою міцністю на розтяг, потім сталь натягується спеціальним пристроєм та заливається бетонною сумішшю. Після схоплювання сила попереднього натягу звільненого сталевого дроту або троса передається навколишньому бетону, так що він виявляється стислим. Таке створення напруг стиснення дозволяє частково або повністю усунути напруги, що розтягують, від навантаження.
Способи натягу арматури:
Grants Pass, напружений залізобетонний міст у ботанічному саду, Oregon, USA
Попередня напруга може виконуватися не тільки до, але і після схоплювання бетонної суміші. Найчастіше цей метод застосовується при будівництві мостів із великими прольотами, де один проліт виготовляється у кілька етапів (захваток). Матеріал зі сталі (трос або арматура) укладається у форму для бетонування в чохлі (гофрована тонкостінна металева або пластикова труба). Після виготовлення монолітної конструкції трос (арматуру) спеціальними механізмами (домкратами) натягують до певної міри. Після чого в чохол із тросом (арматурою) закачується рідкий цементний (бетонний) розчин. Таким чином, забезпечується міцне з'єднання сегментів прольоту моста.
Примітки
Див. також
Wikimedia Foundation. 2010 .
Дивитись що таке "Напружений бетон" в інших словниках:
Попередньо напружений бетон- бетон зі штучно створеною напругою, що підвищує жорсткість конструкції. (Архітектура: ілюстрований довідник, 2005). Архітектурний словник
БЕТОН, твердий та міцний будівельний матеріал, що одержується із суміші портланд ЦЕМЕНТУ, піску, гравію та води. Має дуже важливе значення як при будівництві великих будівель, так і для виготовлення окремих елементів, наприклад, плит і труб. Бетону … Науково-технічний енциклопедичний словник
Попередньо напружений залізобетон (переднапружений залізобетон) це будівельний матеріал, призначений для подолання нездатності бетону чинити опір значним розтягуючим напругам. При… … Вікіпедія
Поняття конструкційних та будівельних матеріалів охоплює безліч різноманітних матеріалів, що застосовуються для виготовлення деталей конструкцій, будівель, мостів, доріг, транспортних засобів, а також незліченних інших споруд, машин та … Енциклопедія Кольєра
Діаграма переднапруження Попередньо напружений залізобетон (переднапружений залізобетон) це будівельний матеріал, призначений для подолання нездатності до … Вікіпедія
Залізобетон- Штучний будівельний матеріал, що складається зі сталевого арматурного каркаса залитого бетоном і конструктивно поєднує робочі властивості сталі та бетону. При цьому арматура працює на розтяг, а бетон – на стиск. [Словник архітектурно… …
Залізобетон попередньо напружений- Залізобетон попередньо напружений – збірні або монолітні залізобетонні конструкції, арматуру яких напружують до заданого розрахункового значення. Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів
Проектування та будівництво військових об'єктів, комунікацій, укріплень та мостів, забезпечення військ водою, енергією та допоміжними засобами, застосування або знешкодження звичайних вибухових засобів, у тому числі мін, з метою полегшення… Енциклопедія Кольєра
Ця стаття містить глосарій російськомовних гравців у букмекерських конторах і поєднує в собі спеціалізовані терміни спортивного беттинга, а також слова та висловлювання, що використовуються для експресивного забарвлення того чи іншого явища.
Сучасні методи карксного будівництва використовують технологію попередньої напруги залізобетонних конструкцій. Переднапружені конструкції- залізобетонні конструкції, напруга в яких штучно створюється під час виготовлення, шляхом натягу частини або всієї робочої арматури (обтискання частини або всього бетону).
Обтискання бетону в переднапружених конструкціях на задану величину здійснюється за допомогою натягу арматурних елементів, що прагнуть після їх фіксації та відпуску натяжних пристроїв повернутися в початковий стан. При цьому прослизання арматури в бетоні виключається їх взаємним природним зчепленням або без зчеплення арматури з бетоном - спеціальним штучним анкеруванням торців арматури в бетоні.
Тріщиностійкість переднапружених конструкцій у 2 – 3 рази більша за тріщиностійкість залізобетонних конструкцій без попередньої напруги. Це пов'язано з тим, що попереднє обтиснення арматурою бетону, значно перевищує граничну деформацію натягу бетону.
Переднапружений бетон дозволяє в середньому до 50% скорочувати витрати дефіцитної сталі у будівництві. Попереднє обтиснення розтягнутих зон бетону значно віддаляє момент утворення тріщин у розтягнутих зонах елементів, обмежує ширину їх розкриття та підвищує жорсткість елементів, практично не впливаючи на їхню міцність.
Переваги технології переднапруги залізобетону
Переднапружені конструкції виявляються економічними для будівель і споруд з такими прольотами, навантаженнями та умовами роботи, за яких застосування залізобетонних конструкцій без попередньої напруги технічно неможливо, або викликає надмірно великий перевитрату бетону та сталі для забезпечення необхідної жорсткості та несучої здатності конструкцій.
Попередня напруга, що збільшує жорсткість і опір конструкцій утворенню тріщин, підвищує їх витривалість при роботі на вплив навантаження, що багаторазово повторюється. Це пояснюється зменшенням перепаду напруг в арматурі та бетоні, що викликається зміною величини зовнішнього навантаження. Правильно запроектовані переднапружені конструкції та будівлі безпечні в експлуатації та більш надійні, особливо у сейсмічних зонах. Зі зростанням відсотка армування сейсмостійкість попередньо напружених конструкцій у багатьох випадках підвищується. Це пояснюється тим, що завдяки застосуванню більш міцних і легких матеріалів перерізу переднапружених конструкцій здебільшого виявляються меншими порівняно із залізобетонними конструкціями без попередньої напруги тієї ж несучої здатності, а отже, більш гнучкими та легкими.
У більшості розвинених зарубіжних країн із попередньо напруженого залізобетону у все зростаючих обсягах виготовляють конструкції перекриттів та покриттів будівель різного призначення, значну частину виробів, що використовуються в інженерних спорудах та у транспортному будівництві; виникли виробництва елементів зовнішнього архітектурного оформлення будинків.
Світовий досвід використання технології переднапруги
У світі монолітний залізобетон здебільшого є заздалегідь напруженим. В першу чергу, таким способом зводяться пролітні споруди, житлові будівлі, греблі, енергетичні комплекси, телевежі та багато іншого. Телевежі з монолітного переднапруженого залізобетону виглядають особливо ефектно, ставши пам'ятками багатьох країн та міст. Телевежа в Торонто є найвищою у світі окремою залізобетонною спорудою. Її висота 555 м-коду.
Поперечний переріз вежі у вигляді трилистника виявилося дуже вдалим для розміщення арматури, що напружується, і бетонування в ковзній опалубці. Вітровий перекидальний момент, на який розрахована ця вежа, становить майже півмільйона тоннометрів за власної ваги наземної частини вежі трохи більше 60 тис. т.
У Німеччині та Японії з монолітного переднапруженого залізобетону широко будуються резервуари яйцевидної форми для очисних споруд. На цей час такі резервуари зведені сумарною ємністю понад 1,2 млн.куб.м. Окремі споруди цього мають ємність від 1 до 12 тыс.куб.м.
За кордоном дедалі ширше застосування знаходять монолітні перекриття збільшеного прольоту з натягом арматури на бетон. Тільки США таких конструкцій щорічно зводиться понад 10 млн.куб.м. Значний обсяг таких перекриттів споруджується у Канаді.
Останнім часом напружена арматура в монолітних конструкціях дедалі частіше застосовується без зчеплення з бетоном, тобто. не проводиться ін'єкція каналів, а арматуру від корозії або захищають спеціальними захисними оболонками, або обробляють антикорозійними складами. Таким чином зводяться мости, багатопролітні будівлі, висотні споруди та інші подібні об'єкти.
 |
Крім традиційних будівельних цілей, монолітний попередньо-напружений залізобетон знайшов широке застосування для корпусів реакторів і захисних оболонок атомних електростанцій. Сумарна потужність АЕС у світі перевищує 150 млн. кВт, із них потужність станцій, корпуси реакторів та захисні оболонки яких побудовані з монолітного переднапруженого залізобетону, становить майже 40 млн. кВт. Захисні оболонки для реакторів АЕС стали обов'язковими. Саме відсутність такої оболонки стала причиною чорнобильської катастрофи.
Яскравим прикладом будівельних можливостей переднапруженого залізобетону є морські платформи видобутку нафти. У світі таких грандіозних споруд зведено понад два десятки.
Побудована в 1995 р. в Норвегії платформа "Трол" має повну висоту 472 м, що в півтора рази вище за Ейфелеву вежу. Платформа встановлена на ділянці моря з глибиною понад 300 м та розрахована на вплив ураганного шторму з висотою хвилі 31,5 м. На її виготовлення було витрачено 250 тис.куб.м. високоміцного бетону, 100 тис. т звичайної сталі та 11 тис. т напруженої арматурної сталі. Розрахунковий термін служби платформи – 70 років.
Зазвичай великою областю застосування попередньо напруженого залізобетону є мостобудування. У США, наприклад, споруджено понад 500 тисяч залізобетонних мостів із різними прольотами. Останнім часом там збудовано понад два десятки вантових мостів завдовжки 600-700 м із центральними прольотами від 192 до 400 м. З попередньо-напруженого залізобетону споруджуються позакласні мости, що будуються за індивідуальними проектами. Мости прольотом до 50 м зводяться у збірному варіанті із залізобетонних переднапружених балок.
 |
| Міст "Нормандія" |
Досягнення мостобудуванні з переднапруженого залізобетону є й інших країнах. В Австралії, у м. Брісбен, побудований балковий міст із центральним прольотом 260 м, найбільшим серед мостів цього типу. Вантовий міст "Баррнос де Луна" в Іспанії має проліт 440 м, "Анасіс" у Канаді - 465 м, міст у Гонконгу - 475 м. Арковий міст у Південній Африці має найбільший проліт - 272 м. Світовий рекорд для вантових мостів належить мосту "Нормандія" , Де проліт 864 м. Ненабагато поступається йому міст "Васко де Гама" в Лісабоні, побудований до Всесвітньої виставки ЕКСПО-98. Загальна довжина цього мостового переходу перевищує 18 км. Основні його несучі конструкції – пілони та прогонові будови – виконані з бетону з міцністю при стисканні понад 60 МПа. Гарантований термін служби мосту 120 років за критерієм довговічності бетону (у Росії ж останнім часом більш прогонові мости частіше будуються зі сталі).
Технологія переднапруги монолітного залізобетону
У Росії частку цих виробів припадає понад третину загального виробництва збірних елементів. За кордоном значне поширення має безопалубне формування плитних конструкцій на довгих стендах. Там звичайною практикою є виробництво плит прольотом до 17 м-коду, висотою перерізу 40 см під навантаження до 500 кгс/м2. У Фінляндії залізобетонні багатопустотні плити під таке навантаження випускаються висотою перерізу навіть 50 см з прольотом до 21 м, тобто застосування попередньої напруги дозволяє випускати збірні елементи якісно іншого рівня. Натяг канатної арматури на таких стендах, як правило, груповий при потужності домкратів 300-600 т. Сьогодні розроблені різні системи безопалубного формування на довгих стендах "Спайрол", "Спенкріт", "Спандек", "Макс Рот", "Партек" та інших, що відрізняються високою продуктивністю, застосовуваною арматурою, технологічними вимогами до бетону, формою поперечного перерізу панелей та іншими параметрами. На стендах довжиною до 250 м виготовляють плиту зі швидкістю до 4 м/хв, за висотою у пакеті можна бетонувати 6 плит. Ширина плит досягає 2,4 м, при максимальному прольоті 21 м. Тільки плит "Спенкріт" застосовують у США понад 15 млн. м2 щорічно.
Свого часу довгі стенди для безопалубного формування за технологією "Макс Рот" з'явилися і в Росії. Однак ця технологія не набула подальшого поширення. У конструктивних системах будівель, що широко використовуються у нас, з'єднання елементів здійснюється через заставні деталі. У плитах, що виготовляються на довгих стендах, зазвичай методом екструзії, можливості розміщення заставних деталей обмежені. Однак для збірно-монолітних будівель плити без заставних деталей можуть знайти найширше поширення, що має місце за кордоном, особливо в Скандинавських країнах і в США.
Пізніше у Росії з'явилися лінії "Партек" (на заводі ЖБК-17 у Москві, Санкт-Петербурзі, Барнаулі), що свідчить про появу попиту на такі плити. Удосконалення конструктивних систем будівель, безумовно, дасть поштовх розвитку технології виробництва плитних виробів.
Затягнений російський застій у сфері застосування переднапруженого залізобетону частково пов'язаний ще й з тим, що ми не отримали належного вивчення та застосування попередньо-напружених конструкцій з натягом арматури на бетон, у тому числі в будівельних умовах.
«Енерпром» починає розвивати цей напрямок та пропонує ряд обладнання власної розробки для реалізації такої технології.
Залізобетонні конструкції – основа сучасного будівництва. Однак вони мають суттєві вади, пов'язані, в першу чергу, з недостатньою здатністю навантаження і утворенням тріщин в камені при експлуатаційних навантаженнях. Удосконалення технології виготовлення виробів з бетону та сталевої арматури призвело до створення переднапруженого залізобетону, який має низку переваг.
Визначення
Попередньо напружені залізобетонні конструкції – будівельні вироби, бетон яких на етапі створення примусово отримує початкову розрахункову напруженість стиснення. Вона створюється за рахунок попереднього формування напруги розтягування в робочій високоміцній арматурі та обтиснення нею бетону на тих ділянках, які мають випробовувати розтяг (прогин) при експлуатації. Стискаючись, арматура не прослизає, тому що зчеплена з матеріалом або утримується анкерним закріпленням арматури на торцях виробів. Таким чином, напруга розтягування, яке набуває залізобетонного складу за допомогою армування, врівноважує напруженість завчасного обтиснення каменю.
Переваги
Попередньо напружений залізобетон довгостроково відсуває час початку формування розколів у виробах, що працюють на прогин, скорочує глибину їхнього розкриття. Разом з тим вироби набувають підвищеної жорсткості, не знижуючи міцності.
Попередньо напруженим залізобетонним балкам властиво добре працювати на стиск і прогин, маючи однакову міцність по довжині, що дозволяє збільшувати ширину прольотів, що перекриваються. У таких конструкціях зменшуються розміри поперечного перерізу, отже, скорочуються об'єм та вага комплектуючих елементів (на 20 – 30%), а також витрата цементу. Більш раціональне використання властивостей сталі дозволяє скорочувати (стрижневий та дротяний) до 50%, особливо з високоміцних марок (A-IV і вище), що мають значну межу міцності. Хімічна нейтральність бетону до сталі сприяє запобіганню арматурі від корозії. Водночас підвищена тріщиностійкість оберігає напружену арматуру від іржавіння в спорудах, що знаходяться під постійним тиском води, інших рідин, газів.
Методи зведення будівель, що використовуються в будівництві каркасу, базуються на технології попередньої напруги конструкцій із залізобетону у процесі будівництва. Напружена арматура, що стискає бетон складальних одиниць, забезпечує практичне їх стикування шляхом значного скорочення витрати металу на стиках. Збірні та збірно-монолітні вироби із залізобетонних напружених конструкцій можуть складатися з частин, що стикуються, з однаковим поперечним перетином, які по краях виконуються з ненапружених полегшених (важких) бетонів, а навантажуваний фрагмент - переднапружений залізобетон. Така продукція має підвищену витривалість, компенсуючи динамічні дії, що повторюються.
Дана властивість дозволяє демпфувати зміни напруг у бетоні та арматурі, що викликаються коливаннями зовнішніх навантажень. Підвищена сейсмічна стійкість будівель підвищується за рахунок великої конструкційної стійкості напруженого залізобетону, що обтискає їх окремі фрагменти. Конструкція в попередньо напруженому вигляді забезпечує велику безпеку, так як її руйнування передує помірний прогин, що сигналізує про вичерпання конструкцією міцності.
Недоліки
Стан попередньої напруги у матеріалі досягається спецобладнанням, точними розрахунками, трудомістким конструюванням та витратним виробництвом. Продукція вимагає дбайливого зберігання, транспортування та монтажу, які не викликають її аварійного стану ще до початку використання.
Зосереджені навантаження можуть сприяти виникненню поздовжніх тріщин, які знижують здатність, що несе. Прорахунки в проектуванні та технології виробництва можуть викликати повну руйнацію створюваного залізобетонного виробу на стапелі. Попередньо напружені конструкції вимагають металомісткої опалубки підвищеної міцності, збільшеної витрати сталі на заставні та арматуру.
Великі значення звуко та теплопровідності вимагають закладання в тіло каменю компенсуючих матеріалів. Подібними залізобетонними конструкціями забезпечується нижчий поріг вогнестійкості (через меншу критичну температуру нагрівання переднапруженої арматурної сталі) в порівнянні зі звичайним залізобетоном. На переднапружену бетонну конструкцію критично впливають вилуговування, розчини кислот і сульфатів, солей, що призводять до корозії цементного каменю, розкриття тріщин та корозії арматури. Це може призводити до різкого зниження несучої здатності сталі та раптового тендітного руйнування. Також до мінусів варто віднести значну вагу виробів.
Матеріали для конструкцій
Залізобетон - багатокомпонентний матеріал, основними складовими якого є бетон та сталева арматура. Параметри якості визначаються особливими вимогами при проектуванні до елементів конструкцій дома застосування.
Бетон
Форми для заливки бетону з лозинами для передачі попередньої напруги. Попередня напруга в залізобетоні забезпечується застосуванням важких складів середньої щільності від 2200 до 2500 кг/м3, які мають класи за міцністю на осьове розтягнення вище Bt0,8, за міцністю від В20 і більше, марки водонепроникності від W2 і вище, по морозостійкості від F5 . Вимоги до продукції гарантують бетону нормативну міцність не нижче встановленої з ймовірністю 0,95 (95% випадків). Суміш повинна набрати вік не менше 28 діб до одержання матеріалом попередньої напруги. На ранніх стадіях експлуатації бетонний камінь здатний частково втратити напружену якість завдяки загальному зниженню напруженості сталі (до 16%). Коефіцієнт надійності матеріалу на розтяг та стиснення в граничних станах встановлено для експлуатаційної придатності не нижче 1,0.
Основними перевагами залізобетону є: висока міцність, вогнестійкість, довговічність, простота формоутворення. Бетонна балка (мал. нижче), що відчуває при згині розтяг нижче нейтральної осі і стиснення вище неї, має низьку несучу здатність внаслідок слабкого опору бетону розтягу. При цьому міцність бетону в стислій зоні використовується не повністю. У зв'язку з цим неармований бетон не рекомендується застосовувати в конструкціях, призначених для роботи на вигин або розтяг, оскільки розміри таких елементів були б непомірно більшими.
Бетонні конструкції застосовують переважно при їх роботі на стиск (стіни, фундаменти, підпірні споруди, ус-той та ін) і тільки іноді при роботі на вигин при малих розтягують напругах, що не перевищують межі міцності бетону при розтягуванні.
Залізобетонні конструкції, посилені в розтягнутій зоні арматурою, мають значно більш високу несучу здатність. Так, несуча здатність залізобетонної балки (мал. нижче) з укладеною внизу арматурою в 10-20 разів більша, ніж несуча здатність бетонної балки таких самих розмірів. При цьому міцність бетону у стислій зоні балки використовується повністю.
Схеми роботи елементів під навантаженням
Як арматуру застосовують сталеві стрижні, дроти, прокатні профілі, а також скловолокно, синтетичні матеріали, дерев'яні бруски, бамбукові стовбури.
Конструкції армують не тільки при їх роботі на розтяг та вигин, а й на стиск (рис. вище). Оскільки сталь має високий опір розтягуванню і стиску, включення її в стислі елементи значно підвищує їх несучу здатність. Спільна робота таких різних за властивостями матеріалів, як бетон і сталь, забезпечується такими факторами:
- зчепленням арматури з бетоном, що виникає при твердінні бетонної суміші; завдяки зчепленню обидва матеріали деформуються спільно;
- близькими за значенням коефіцієнтами лінійних температурних деформацій (для бетону 7·10 -6 -10·10 -6 1/град, для сталі 12·10 -6 1/град), що виключає появу початкових напружень у матеріалах та прослизання арматури в бетоні за змін температури до 100 °С;
- надійним захистом сталі, укладеної в щільний бетон, від корозії, безпосередньої дії вогню і механічних пошкоджень.
Особливістю залізобетонних конструкцій є можливість утворення тріщин у розтягнутій зоні при дії зовнішніх навантажень. Розкриття цих тріщин у багатьох конструкціях у стадії експлуатації невелике (0,1-0,4 мм) і не викликає корозії арматури або порушення нормальної роботи конструкції. Однак є конструкції та споруди, в яких за експлуатаційними умовами утворення тріщин неприпустимо (наприклад, напірні трубопроводи, лотки, резервуари тощо) або ширина розкриття повинна бути зменшена. У цьому випадку ті зони елемента, в яких під дією експлуатаційних навантажень з'являються розтягуючі зусилля, заздалегідь (до докладання зовнішніх навантажень) піддають інтенсивному обжатию шляхом попереднього натягу арматури. Такі конструкції називають попередньо напруженими. Попереднє обтиснення конструкцій виконують переважно двома способами: натягом арматури на упори (до бетонування) і на бетон (після бетонування).
У першому випадку перед бетонуванням конструкції арматуру натягують та закріплюють на упорах або торцях форми (мал. нижче). Потім бетонують елемент. Після придбання бетоном необхідної міцності для сприйняття сил попереднього обтиснення (передавальна міцність) арматуру звільняють від упорів і вона, прагнучи укоротитися, стискає бетон. Передача зусилля на бетон відбувається завдяки зчепленню між арматурою і бетоном, а також за допомогою спеціальних анкерних пристроїв, що знаходяться в бетоні конструкції, якщо зчеплення недостатньо.
У другому випадку спочатку виготовляють бетонний або слабоармований елемент із каналами або пазами (мал. нижче). При досягненні бетоном необхідної передавальної міцності в канали (пази) заводять арматуру, натягують її з упором натяжного пристосування на торець елемента і заанкериваюг. Таким чином, бетон виявляється обтиснутим. Для створення зчеплення арматури з бетоном канали ін'єктують цементний або цементно-піщаний розчин. Якщо арматура, що напружується, розташовується на зовнішній поверхні елемента (кільцева арматура трубопроводів, резервуарів тощо), то навивка її з одночасним обтисканням бетону проводиться спеціальними навивочними машинами. Після натягу арматури на поверхню елемента наносять торкретуванням захисний шар бетону. Натяг арматури може вироблятися механічним, електротермічним, комбінованим та фізико-хімічним способами.
Способи створення попередньої напруги
а - натяг на упори; б - натяг на бетон; I - натяг арматури та бетонування елемента; II, IV - готовий елемент; III – елемент під час натягу арматури; 1 - упор; 2 - домкрат; 3 - анкер
При механічному способі арматуру натягують гідравлічними або гвинтовими домкратами, намотувальних машин і іншими механізмами. При електротермічному способі арматуру нагрівають електричним струмом до 300-350 ° С, заводять у форму та закріплюють на упорах. У процесі остигання арматура вкорочується і отримує попередні розтягувальні напруги. Комбінований спосіб натягу поєднує електротермічний і механічний способи натягу арматури, що здійснюються одночасно. При фізико-хімічному способі натяг арматури досягається в результаті розширення бетону, приготованого на спеціальному напруженні цементі (НЦ), в процесі його гідротермічної обробки.
Арматура, закладена в бетоні, перешкоджає збільшенню його обсягу і розтягується, а в бетоні виникають стискаючі напруги. Натяг арматури на упори проводиться механічним, електротермічним або комбінованим способами, а на бетон - тільки механічним способом.
Основна перевага попередньо напружених конструкцій - висока тріщиностійкість. При завантаженні попередньо напруженого елемента зовнішнім навантаженням в бетоні розтягнутої зони погашаються попередньо створені стискаючі напруги і тільки після цього виникають напруги, що розтягують. Чим вище міцність бетону і сталі, тим більший попередній обтиск можна створити в елементі.
Застосування високоміцних матеріалів дозволяє скоротити витрату арматури на 30-70% порівняно з ненапруженим залізобетоном. Витрата бетону та маса конструкції при цьому також знижуються. Крім того, висока тріщиностійкість попередньо напружених конструкцій підвищує їх жорсткість, водонепроникність, морозостійкість, опір динамічним навантаженням, довговічність.
До недоліків попередньо напруженого залізобетону слід віднести те, що процес становить значну трудомісткість виготовлення конструкцій. Крім цього створюється необхідність у використанні спеціального обладнання та робітників високої кваліфікації.
Напружено-деформовані стани попередньо напружених елементів після утворення тріщин у бетоні розтягнутої зони подібні з елементами без попередньої напруги.
Завантаження...