Способи створення попереднього напруження.

Попереднє напруження в конструкціях створюють двома способами: шляхом попереднього натягання арматури на упори і натягання її на бетон.

Натягання на упори застосовують в конструкціях з малими і середніми прольотами в заводських умовах. Арматуру встановлюють у форму до бетонування і після її натягання до заданого напруження закріплюють на упорах(рис 1,а)., потім конструкцію бетонують. Коли бетон досягає необхідної передаточної міцності, арматуру знімають з упорів. Намагаючись повернутися в попереднє положення, арматура обтискує бетон, бо зчеплення бетону з арматурою досягнуто в процесі його твердіння.

Натягання на бетон застосовують рідко, переважно при великих прольотах, виготовляючи бетонний або мало армований елемент, в якому влаштовують канал для розміщення напруженої арматури (рис 1,б), канали, що мають розміри на 5…15мм більше від діаметра арматури, роблять, укладаючи при бетонування сталеві тонкостінні трубки, які залишають у конструкції, або за допомогою каналоутворювачів, які виймають із незатверділого бетону. Потім арматуру натягують до заданого напруження і закріплюють анкерами. В процесі натягання арматури бетон обтискується. Після цього канали під тиском заповнюють цементно-піщаним розчином.

Натягання арматури може виконуватись механічним, електротермічним, електротермомеханічним способами.

Останнім часом попереднє напруження створюють, застосовуючи бетони на спеціальних напружувальних цементах. Бетон на такому цементі при твердінні збільшується в об’ємі і внаслідок зчеплення з арматурою розтягує її. Оскільки арматура перешкоджає вільному розширенню бетону, то в ньому виникають стискувальні напруження. Такі конструкції називають самонапруженими.

Рисунок 1- Способи створення попереднього напруження. а – натягання на упори, б- натягання на бетон:1- форма, 2-арматура, 3-упор, 4-домкрат, 5-анкер, 6-канал.

3. Матеріали для попередньо напружених конструкцій

Для попереднього напружених конструкцій клас бетону приймають переважно вищим, ніж для звичайних. Це пояснюється необхідністю підвищити міцність і тріщиностійкість, поліпшити зчеплення арматури з бетоном.

Напружену арматуру застосовують таких класів:

· стержньову класів А500С, А600С, А600, А800С, А800, А1000, А1000С.

· високоміцний арматурний дріт класів В-11, Вр-11 і арматурні канати К-7, К-19.

4. Розрахунок міцності попередньо напружених вигнутих елементів прямокутного профілю по нормальних перерізах.

При розрахунку міцності попередньо напружених елементів по нормальних перерізів використовуються ті є самі рівняння міцності та ж сама послідовність розрахунку, що й для ненапружених залізобетонних елементів, але при цьому розрахунковий опір арматури вводять у розрахунок з коефіцієнтом умов роботи γ_sб

γ_sб=η-(η-1)(η-1)≤η

коефіцієнт приймають для арматури класів:

А600С………………………………………………….1.2

А800, А800С, В-11, Вр-11, К-7, К-19…………….1,15

А1000, А1000С………………………………………1,1

Напруження в напруженій арматурі стиснутої зони визначають за формулою: σ_sc=400- γ_sб*σ_sp

Перевірка міцності М≤R_scA_s(h₀-a)+ σ_spA_sp(hh₀-a_p)+R_bbx(h₀-0,5х)

Рисунок 2- Розрахункова схема вигнутого попередньо напруженого елемента прямокутного перерізу.

5. Зчеплення напруженої арматури з бетоном і її анкерування.

У попередньо напружених конструкціях повинно бути забезпечене надійне зчеплення напруженої арматури з бетоном.

У конструкціях з напруженою натяганням на упори арматурою періодичного профілю проходить самозаанкерування арматури в бетоні і забезпечується надійне зчеплення її з бетоном без анкерів; гладенький високоміцний дріт класу В-11 повинен мати анкери.

У конструкціях з напруженою натяганням на бетон арматурою анкери обов’язкові , бо напружена арматура всіх класів розміщена в каналах і не має зчеплення з бетоном на стадії виготовлення , через те що бетон у каналі ще не встиг затверднути.

При влаштуванні анкерів для високоміцного дроту класу В11 і Вр-11 зварювання не допускається і тому застосовують анкери у вигляді кілець із стержнями ( рис.3, а) .в конструкціях , які виготовляють методом безперервного бетонування , анкерами є трубки , насаджувані на стержні, приварені до форми; ці трубки залишають у конструкції ( рис. 3,б)

Стержневу арматуру анкетують за допомогою приварених коротунів ( рис. 3,в) , шайб ( рис. 3,г) ,гайок , накручених на арматуру з різьбою ( рис.3, д) , а також головок ,випресованих на кінцях розігрітого стержня ( рис. 3, е)

Рисунок 3 - Види анкерів для напруженої арматури : а-кільця і стержні, б-трубки,в-коротуни, г-шайби, д- гайки, е-видавлені головки

6. Конструювання попередньо напружених елементів.

Загальні принципи конструювання попередньо напружених елементів такі ж самі, як і для елементів без попереднього напруження.

Повздовжню арматуру необхідно розміщувати ближче до зовнішньої поверхні конструкції , ніж напружену , і при цьому напружену арматуру треба розміщувати всередині контуру поперечної арматури (рис.4)

В елементах з напруженою арматурою , розміщеною у каналах ,товщину захисного шару бетону (від поверхні конструкції до поверхні каналу ) обирають :

- якщо в каналі один стержень ( рис. 5,а) , то с ≥20 мм і с≥ 0,5;

- якщо в каналі група стержнів ( рис. 5,б ) , то с ≥60 мм і с≥ 0,5, а с₁

Рисунок 4 - Розміщення арматури в поперечному перерізі конструкції

Рисунок 5 - Захисний шар бетону для напружуваної арматури,розміщеної в каналах

а- для одного стержня, б-для груп стержнів.

Відстань між окремими стержнями ,які займають при бетонування горизонтальне або нахилене положення ,повинні бути не меншими 25 мм і не меншими діаметра арматури.

Для забезпечення надійного передавання обтискувального зусилля на бетон на кінцях попередньо напруженого елемента встановлюють додаткову арматуру у вигляді арматурних сіток або замкнутих хомутів, які охоплюють ненапружену арматуру .

Рисунок 6- Додаткове армування кінців попередньо напружених елементів . 1-упор, 2-сітки, 3-каркаси.

Останнім часом застосовують збірно-монолітні і збірні конструкції,армовані завчасно виготовленими напруженими елементами у вигляді брусків , плит (рис.7)

Рисунок 7- Армування конструкції попередньо напруженими елементами.

Для забезпечення сумісної роботи таких елементів з бетоном у поздовжньому напрямі передбачають випуски арматури або розширення на кінцях цих елементів. У поперечному напрямі сумісна робота забезпечується поперечною арматурою.