ЖБК. Курс лекций. Курс лекций по дисциплине Железобетонные конструкции для специальностей Архитектура иПромышленное и гражданское строительство

• Название: Курс лекций по дисциплине Железобетонные конструкции для специальностей Архитектура иПромышленное и гражданское строительство
• Анкор: ЖБК. Курс лекций.doc
• Дата: 18.07.2018
• Размер: 1.89 Mb.
• Имя файла: ЖБК. Курс лекций.doc
• Тип: Курс лекций; #21660
• страница: 9 из 9

Приложение 2


Литература

1. 
   СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции/Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2001. – 76с.
   
2. 
   СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2003, с измен.
   
3. 
   Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 767с.
   
4. 
   Бондаренко В.М., Суворкин Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для вузов. - М., Высшая школа, 1987.
   

10. Предварительное напряжение в железобетонных конструкциях

10.1. Сущность предварительного напряжения

Предварительно-напряженные конструкции – это конструкции или их элементы, в которых предварительно, т.е. в процессе изготовления, искусственно созданы в соответствии с расчетом начальные напряжения растяжения в арматуре и обжатия в бетоне.

Обжатие бетона на величину σ_bp осуществляется предварительно натянутой арматурой, которая после отпуска натяжных устройств стремится возвратится в первоначальное состояние. Проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным сцеплением или специальной анкеровкой торцов арматуры в бетоне.

Начальные сжимающие напряжения создают в тех зонах бетона, которые впоследствии испытывают растяжение.

Железобетонные элементы без предварительного напряжения работают при наличии трещин: ,

где - эксплуатационная нагрузка,

- нагрузка, при которой образуются трещины;

- разрушающая нагрузка.

Железобетонные предварительно-напряженные элементы работают под нагрузкой без трещин или с ограниченным по ширине их раскрытием: .

Таким образом, предварительное напряжение не повышает прочность конструкции, а увеличивает ее жесткость и трещиностойкость!

Преимущества предварительно-напряженных конструкций:

• 
  повышенная жесткость и трещиностойкость конструкции;
  
• 
  возможность использования высокопрочной арматуры (A-IV и выше);
  
• 
  предварительное напряжение приводит к уменьшению сечения элемента
  
• 
  возможность выполнения эффективных стыков сборных элементов;
  
• 
  предварительное напряжение позволяет изготавливать комбинированные конструкции (например, обжимаемую зону выполнять из тяжелого бетона, а остальную – из легкого);
  
• 
  повышенная выносливость при многократно повторяемых, динамических нагрузках;
  
• 
  преднапряженные конструкции более безопасны, т.к. перед разрушением имеют большой прогиб и тем самым сигнализируют, что прочность конструкции почти исчерпана;
  
• 
  повышенная сейсмостойкость;
  
• 
  повышенная долговечность.
  

Недостатки предварительно-напряженных конструкций:

• 
  повышенная трудоемкость и необходимость специального оборудования и классифицированных работников;
  
• 
  большая масса;
  
• 
  большая тепло- и звукопроводность;
  
• 
  усиление преднапряженных конструкций всегда сложнее, чем без преднапряжения;
  
• 
  меньшая огнестойкость;
  
• 
  при коррозии высокопрочная арматура быстрее теряет пластические свойства, возникает опасность хрупкого разрушения.
  

10.1.1. Способы и методы натяжения арматуры

Способы натяжения арматуры:

1. 
   На упоры (до бетонирования). Арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец закрепляют в упоре, другой – натягивают домкратом до заданного напряжения σ_sp. Затем в форму заливают бетон. После достижения бетоном передаточной прочности R_bp арматуру отпускают с упоров, при этом она обжимает окружающий бетон. Чтобы избежать разрушения бетона в торцах элементов, отпуск натяжения арматуры производят постепенно, снижая сначала на 50%, а затем до 0.
   
2. 
   На бетон. Сначала изготавливают бетонный элемент, в котором предусматривают каналы или пазы. После приобретения бетоном передаточной прочности Rbp, в каналы пропускают рабочую арматуру и натягивают ее на бетон. После натяжения концы арматуры закрепляют анкерами. Для обеспечения сцепления арматуры с бетоном каналы и пазы заполняют под давлением цементным раствором.
   

Методы натяжения арматуры:

1. 
   Электротермический – необходимое относительное удлинение арматуры еsp получают электрическим нагревом арматуры до соответствующей температуры.
   
2. 
   Механический – необходимое относительное удлинение арматуры получают вытяжкой арматуры натяжными механизмами (гидравлические и винтовые домкраты, лебедки, тарировочные ключи, намоточные машины и т.д.).
   
3. 
   Электротермомеханический – совокупность механического и электротермического методов.
   
4. 
   Физико-химический – заключается в самонапряжении конструкции вследствие использования энергии расширяющегося цемента.
   

10.1.2. Виды обжатия

1. 
   Одноосное обжатие.
   
2. 
   Двуосное обжатие.
   
3. 
   Трехосное обжатие.
   

10.1.3. Виды анкеров

1. 
   Высаженная головка.
   
2. 
   Анкеровка с помощью коротких стержней.
   
3. 
   Винтовой анкер.
   

10.2. Значения предварительных напряжений

Значения предварительных напряжений имеют существенное значение. При малых значениях эффект преднапряжения может быть утрачен вследствие потерь предварительного напряжения. При высоких значениях возникает опасность разрыва арматуры при натяжении.

Предварительные напряжения σ_sp и σ’_sp в арматуреS и S’ следует назначать с учетом допустимых отклонений р таким образом, чтобы выполнялись условия:

; ,

где - при механическом способе натяжения арматуры;

- при электротермическом способе натяжения арматуры, где l – длина натягиваемого стержня, p – в МПа.

Начальные контролируемые напряжения в арматуреS и S’ при натяжении на упоры с учетом потерь от деформации анкеров и трения об огибающие приспособления:

; .

Начальные контролируемые напряжения в арматуре S и S’ при натяжении на бетон (с учетом того, что часть усилия тратится на обжатие бетона):

;

,

где σ_sp, σ’_sp - определяются без учета потерь предварительного напряжения;

σ_bp, σ’_bp - определяются с учетом потерь предварительного напряжения;

- коэффициент приведения (соотношение модулей упругости бетона и арматуры).

Возможные производственные отклонения от заданного значения предварительного напряжения арматуры учитывают в расчетах коэффициентом точности натяжения арматуры:

.

Знак «+» принимается при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения (т.е. на данной стадии работы конструкции предварительное напряжение снижает ее несущую способность или способствует образованию трещин), знак «-» - при благоприятном.

- при механическом способе натяжения арматуры;

- при электротермическом и электромеханическом способах натяжения арматуры; n_p – число стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента.

При определении потерь предварительного напряжения арматуры, а также при расчете по раскрытию трещин и по деформациям значение допускается принимать равным нулю.

Передаточную прочность бетона к моменту обжатия R_bp устанавливают так, чтобы не создавался слишком высокий уровень напряжения , сопровождающийся значительными деформациями ползучести и потерей предварительного напряжения в арматуре. Рекомендуется R_bp принимать по расчету, но не менее 50% от нормативного сопротивления бетона сжатию R_bn.

С этой же целью ограничивают напряжения в бетоне σ_bp при обжатии, они не должны превышать предельных значений (предельные значения приведены в табл. 7 СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»).

10.3. Потери предварительных напряжений

Начальные предварительные напряжения в арматуре не остаются постоянными, с течением времени они уменьшаются. Различают первые потери предварительного напряжения в арматуре, происходящие до начала эксплуатации конструкции, и вторые потери – за период эксплуатации.

Первые потери:

1. Потери от релаксации напряжений в арматуре при натяжении на упоры; зависят от способа натяжения и вида арматуры;

При механическом способе натяжения арматуры:

- проволочной ;

- стержневой ;

При электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения арматуры:

- проволочной ;

- стержневой ;

Здесь принимается без учета потерь, МПа.

2. Потери от температурного перепада, т.е. от разности температур в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилие натяжения при прогреве бетона.

При натяжении на упоры: - для бетонов классов В15 - В40;

- для бетонов классов В45 и выше;

где - разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров (вне зоны нагрева), воспринимающих усилие натяжения, ⁰С. При отсутствии точных данных принимается .

При натяжении на бетон потерь от температурного перепада нет, т.к. форма нагревается вместе с изделием.

3. Потери от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств, вследствие обжатия шайб, смятия высаженных головок. смещения стержней в инвентарных зажимах и т.п.

- при механическом способе натяжения на упоры: ,

где мм при обжатии шайб, смятии высаженных головок и т.п.;

- при смещении стержней в инвентарных зажимах, где d – диаметр стержня, мм,

l – длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными граниями упоров формы), мм.

- при электротермическом способе натяжения на упоры: ,

- при натяжении на бетон: ,

где мм – обжатие шайб или прокладок, расположенных между анкерами и бетоном элемента;

мм – деформация анкеров стаканного типа, колодок с пробками, анкерных гаек и захватов;

l – длина натягиваемого стержня, мм.

4. Потери от трения арматуры:

а) о стенки каналов или о поверхность бетона конструкций при натяжении на бетон: