Попередньо-напружені конструкції– це конструкції чи його елементи, у яких попередньо, тобто. в процесі виготовлення, штучно створені відповідно до розрахунку початкові напруження розтягування в арматурі та обтискання в бетоні.
Обтискання бетону на величину σ bpздійснюється попередньо натягнутою арматурою, яка після відпустки натяжних пристроїв прагне повернутись у початковий стан. Прослизання арматури в бетоні виключається їх взаємним зчепленням або спеціальним анкеруванням торців арматури в бетоні.
Початкова стискаюча напруга створює в тих зонах бетону, які згодом відчувають розтяг.
Залізобетонні елементи без попередньої напруги працюють за наявності тріщин: ,
де 
- Експлуатаційне навантаження,
- навантаження, при якому утворюються тріщини;
- руйнівне навантаження.
Залізобетонні заздалегідь напружені елементи працюють під навантаженням без тріщин або з обмеженим по ширині їх розкриттям: 
.
Таким чином, попередня напруга не підвищує міцність конструкції, а збільшує її жорсткість та тріщиностійкість!
Переваги попередньо-напружених конструкцій:
підвищена жорсткість та тріщиностійкість конструкції;
можливість використання високоміцної арматури (A-IV та вище);
попередня напруга призводить до зменшення перерізу елемента
можливість виконання ефективних стиків збірних елементів;
попередня напруга дозволяє виготовляти комбіновані конструкції(наприклад, стискну зону виконувати з важкого бетону, а решту – з легкого);
підвищена витривалість при багаторазово повторюваних, динамічних навантаженнях;
Переднапружені конструкції безпечніші, т.к. перед руйнуванням мають великий прогин і цим сигналізують, що міцність конструкції майже вичерпана;
підвищена сейсмостійкість;
підвищена довговічність.
Недоліки попередньо-напружених конструкцій:
підвищена трудомісткість та необхідність спеціального обладнання та класифікованих працівників;
велика маса;
велика тепло- та звукопровідність;
посилення переднапружених конструкцій завжди складніше, ніж без напруги;
менша вогнестійкість;
при корозії високоміцна арматура швидше втрачає пластичні властивості, виникає небезпека тендітного руйнування.
10.1.1. Способи та методи натягу арматури
Способи натягу арматури:
На упори(До бетонування). Арматуру заводять у форму до бетонування елемента, один кінець закріплюють в упорі, інший – натягують домкратом до заданої напруги. σ sp . Потім у форму заливають бетон. Після досягнення бетоном передавальної міцності R bpарматуру відпускають з упорів, при цьому вона стискає навколишній бетон. Щоб уникнути руйнування бетону в торцях елементів, відпустку натягу арматури роблять поступово, знижуючи спочатку на 50%, а потім до 0.
На бетон. Спочатку виготовляють бетонний елемент, в якому передбачають канали чи пази. Після придбання бетоном передавальної міцності Rbp, канали пропускають робочу арматуру і натягують її на бетон. Після натягу кінці арматури закріплюють анкерами. Для забезпечення зчеплення арматури з бетоном канали та пази заповнюють під тиском цементним розчином.
Методи натягу арматури:
Електротермічний- необхідне відносне подовження арматури еsp отримують електричним нагріванням арматури до відповідної температури.
Механічний– необхідне відносне подовження арматури отримують витяжкою арматури натяжними механізмами (гідравлічні та гвинтові домкрати, лебідки, тарірувальні ключі, намотувальні машини тощо).
Електротермомеханічний- Сукупність механічного та електротермічного методів.
Фізико-хімічний- полягає в самонапрузі конструкції внаслідок використання енергії цементу, що розширюється.
Попередньо напруженими називають такі залізобетонні конструкції, в яких до застосування навантажень у процесі виготовлення штучно створюються здавальні стискаючі напруги в бетоні. Початкова стискаюча напруга створюється в тих зонах бетону, які згодом під впливом навантажень відчувають розтяг. При цьому підвищується тріщиностійкість конструкції та створюються умови для застосування високоміцної арматури, що призводить до економії металу та зниження вартості конструкції.
Питома вартість арматури, що дорівнює відношенню її ціни (руб/т) до розрахункового опору Rs, знижується зі збільшенням міцності арматури. Тому високоміцна арматура значно вигідніша за гарячекатану. Однак застосовувати високоміцну арматуру в конструкціях без попередньої напруги не можна, так як при високих напругах, що розтягують, в арматурі і відповідних деформаціях подовження в розтягнутих зонах бетону з'являються тріщини значного розкриття, що позбавляють конструкцію необхідних експлуатаційних якостей.
Сутність попередньо напруженого залізобетону в економічному ефекті досягається завдяки застосуванню високоміцної арматури. Крім того, висока тріщиностійкість попередньо напруженого залізобетону підвищує його жорсткість, опір динамічним навантаженням, корозійну стійкість, довговічність.
У попередньо напруженій балці під навантаженням бетон відчуває напруги, що розтягує, тільки після погашення початкових стискаючих напруг. При цьому сила, що викликає утворення тріщин або обмежене їх розкриття, перевищує навантаження, що діє при експлуатації. Зі збільшенням навантаження на балку до граничного руйнівного значення напруги в арматурі та бетоні досягають граничних значень.
Таким чином, залізобетонні попередньо напружені елементи працюють під навантаженням без тріщин або з обмеженим по ширині їх розкриттям, у той час як конструкції без попередньої напруги експлуатуються за наявності тріщин і великих значеннях прогинів. У цьому відмінність конструкцій попередньо напружених і без попередньої напруги з особливостями їх розрахунку, конструювання і виготовлення.
У виробництві попередньо напружених елементів можливі два способи створення попередньої напруги: натяг на упори та натяг на бетон. При натягу на упори до бетонування елемента арматуру заводять у форму, один кінець її закріплюють в упорі, інший натягують домкратом або іншим пристосуванням до контрольованої напруги. Після придбання бетоном необхідної кубікової міцності перед обтисканням арматуру відпускають із упорів. Арматура при відновленні пружних деформацій за умов зчеплення з бетоном обтискає навколишній бетон. При так званому безперервному армуванні форму укладають на піддон, з штирями, арматурний дріт спеціальною навивочною машиною навивають на трубки, надіті на штирі піддону, із заданою величиною напруги, і кінець її закріплюють плашковим затиском. Після того як бетон набере необхідну міцність, виріб із трубками знімають зі штирів піддону, при цьому арматура обтискає бетон.
Стрижневу арматуру можна натягувати на упори електротермічним способом. Стрижні з висадженими головками розігрівають електричним струмомдо 300-350 ° С, заводять у форму і закріплюють на кінцях в упорах форм. Арматура при відновленні початкової довжини у процесі остигання натягується на упори.
При натягу на бетон спочатку виготовляють бетонний або слабоармований елемент, потім при досягненні бетоном міцності створюють у ньому попередню напругу, що стискає. Напружену арматуру заводять у канали або пази, що залишаються при бетонуванні елемента, і натягують на бетон. При цьому способі напруги в арматурі контролюються після закінчення обтиснення бетону. Канали, що перевищують діаметр арматури на 5-15 мм, створюють в бетоні укладанням пустотоутворювачів (сталевих спіралей, гумових шлангів тощо) або залишаються гофрованих сталевих трубок та ін. тіста чи розчину під тиском. Ін'єктування проводиться через закладені під час виготовлення елемента трійники - відводи. Якщо напружена арматура розташовується з зовнішньої сторониелемента (кільцева арматура трубопроводів, резервуарів тощо), то навивка її з одночасним обтисканням бетону проводиться спеціальними навивочними машинами. У цьому випадку поверхню елемента після натягу арматури наносять торкретуванням (під тиском) захисний шарбетону.
Натяг на упори як індустріальне є основним способом у заводському виробництві.
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 сталевий арматурипризвело 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. Більше раціональне використаннявластивостей 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 обтискає бетон складальних одиницьзабезпечує 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 несучу здатність. Прорахунки у 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 критичної температуринагріву переднапруженого арматурної сталі) Порівняно зі звичайним залізобетоном. На переднапружену бетонну конструкціюкритично впливають вилуговування, розчини кислот і сульфатів, солей, що призводять до корозії цементного каменю, розкриття тріщин та корозії арматури. Це може призводити до різкому зниженнюнесучої здатності сталі і раптовому тендітному руйнуванню. Також до мінусів варто віднести значну вагу виробів.
Матеріали для конструкцій
Залізобетон - багатокомпонентний матеріал, основними складовими якого є бетон та сталева арматура. Параметри їхньої якості визначаються особливими вимогамипри 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 має набрати вік не менше 28 діб до отримання матеріалу попередніх напруг. На ранніх стадіяхексплуатації бетонний каміньздатний частково втратити напружене якість з допомогою загального зниження напруженості сталі (до 16%). Коефіцієнт надійності матеріалу на розтяг та стиснення в граничних станах встановлено для експлуатаційної придатності не нижче 1,0.
Попередньо напружений залізобетон (залізобетон) - це будівельний матеріал, призначений для подолання нездатності бетону чинити опір значним розтягуючим напругам . Конструкції з переднапруженого залізобетону в порівнянні з ненапруженим мають значно менші прогини та підвищену тріщиностійкість, володіючи однаковою міцністю, що дозволяє перекривати. великі прольотипри рівному перерізі елемента.
При виготовленні залізобетону прокладається арматура із сталі з високою міцністю на розтяг, потім сталь натягується спеціальним пристроєм та укладається бетонна суміш. 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 ботанічному саду, Oregon, USA
За видом технології пристрою поділяється на:
- натяг на упори (до укладання бетону в опалубку);
- натяг на бетон (після укладання та набору міцності бетону).
Найчастіше другий 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 конструкціїтрос (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.
Біля витоків створення попередньо напруженого залізобетону стояли Ежен Фрейсіне (Франція) та Віктор Васильович Михайлов (Росія)
Wikimedia Foundation. 2010 .
Дивитись що таке "Попередньо напружений залізобетон" в інших словниках:
попередньо напружений залізобетон- - [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006 р.] Тематики енергетика загалом EN prestressed concrete …
попередньо напружений залізобетон зі сталевою оболонкою- (напр. виготовлення захисних оболонок на АЕС) [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006 р.] Тематики енергетика загалом EN steel lined prestressed concrete … Довідник технічного перекладача
залізобетон попередньо напружений- Збірні або монолітні залізобетонні конструкції, арматуру яких напружують до заданого розрахункового значення. Довідник технічного перекладача
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
Збірні або монолітні залізобетонні конструкції, арматуру яких напружують до заданого розрахункового значення ( Болгарська мова; Български) попередньо наздогнати стоманобетон ( Чеська мова; Slovenština) predpjatý щоlezobeton ( Німецька мова;… … Будівельний словник
Попередньо напружений залізобетон (переднапружений залізобетон) це будівельний матеріал, призначений для подолання нездатності бетону чинити опір значним розтягуючим напругам. При… … Вікіпедія
Попередньо напружений залізобетон (переднапружений залізобетон) це будівельний матеріал, призначений для подолання нездатності бетону чинити опір значним розтягуючим напругам. При… … Вікіпедія
Арматура для залізобетонних конструкцій… Вікіпедія
Поєднання бетону та сталевої арматури, монолітно з'єднаних та спільно працюють у конструкції. Термін «Ж.» нерідко використовується як збірна назва залізобетонних конструкцій та виробів. Велика Радянська Енциклопедія
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(Рис. нижче) з укладеною внизу арматурою в 10-20 разів більше, ніж несуча здатність бетонної балки таких же розмірів. При цьому міцність бетону у стислій зоні балки використовується повністю.
Схеми роботи елементів під навантаженням
Як арматуру застосовують сталеві стрижні, проволоки, 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 має 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 обтиску 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 обтисненим. Для створення зчеплення арматури з бетоном у канали ін'єктують цементний або цементно-піщаний розчин. Якщо напружена арматура розташовується на зовнішньої поверхніелемента (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 механічні способинатягу 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 комбінованими способами, а на бетон — тільки механічним способом.
Основна перевага попередньо напружених конструкцій - висока тріщиностійкість. При завантаженні попередньо напруженого елемента зовнішнім навантаженнямв 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...