Лекция 1. 1
 Скачать 3.52 Mb.
|
|
Рис. 1.2.5. Зависимость удельной стоимости арматурной стали от ее прочности; А300-А500- классы армртуры. Рис. 1.2.6.Диаграмма нагрузки F- прогиб f; I- предварительно напряженная балка; II- балка без предварительного напряжения. 4 Рис. 1.2.7.Способы создания предварительного натяжения; а- натяжение арматуры на упоры (принципиальная схема); б- готовый элемент; в- натяжение арматуры на упоры при непрерывном армировании; г- натяжение арматуры на бетон (принципиальная схема);д- готовый элемент; 1- форма; 2- арматура; 3- упор; 4- домкрат; 5-затвердевший бетон; 6- подпор; 7- штыри поддона, 8- трубки; 9- зажим; 10= канал; 11- анкер; 12- заинъекцированный канал. В предварительно наряженной балке под нагрузкой (рис. 1.2.6, а) бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила F crc , вызывающая образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие, превышает нагрузку, действующую при эксплуатации F ser С увеличением нагрузки на балку до предельного разрушающего значения F u напряжения в арматуре и бетоне достигают предельных значений. В аналогичной балке без предварительного напряжения (рис. 1.2.6,б} нагрузка F crc , но разрушающая нагрузка F u для обеих балок близка по значению, поскольку предельные напряжения в арматуре и бетоне этих балок одинаковы. Таким образом, железобетонные предварительно напряженные элементы работают под нагрузкой без трещин или с ограниченным по ширине их раскрытием F ser , а конструкции без предварительного напряжения— при наличии трещин (F crc ) и при больших значениях прогибов (рис. 1.2.6, в). В этом раз- личие конструкций предварительно напряженных и без предварительного 5 напряжения с вытекающими отсюда особенностями их расчета, конструирования и изготовления. В производстве предварительно напряженных элементов возможны два способа создания предварительного напряжения: натяжение арматуры на упор и натяжение ее на бетон. При натяжении на упор арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец ее закрепляют в упоре, другой — натягивают домкратом или другим приспособлением до заданного контролируемого напряжения (рис. 1.2.7, а). После приобретения бетоном необходимой кубиковой прочности перед обжатием R bp арматуру отпускают с упоров. Арматура при восстановлении упругих деформаций в условиях сцепления с бетоном обжимает окружающий бетон (рис. 1.2.7,б). При так называемом непрерывном армировании форму укладывают на поддон, снабженный штырями, арматурную проволоку специальной навивочной машиной с заданным усилием навивают на трубки, надетые на штыри поддона, и конец ее закрепляют плашечным зажимом (рис. 1.2.7, в). После того как бетон наберет необходимую прочность, изделие с трубками снимают со штырей поддона, при этом арматура обжимает бетон. Стержневую арматуру можно натягивать на упоры электротермическим способом. Стержни с высаженными головками разогревают электрическим током до 300... 350 °С, заводят в форму и закрепляют концами в упорах форм. При восстановлении начальной длины в процессе остывания арматура натягивается на упоры. Арматуру можно натягивать также электротермомеханическим способом. При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или слабоармированный элемент (рис. 1.2.7, г), затем при достижении бетоном прочности R bp создают в нем предварительное сжимающее напряжение. Напря- гаемую арматуру заводят в каналы или в пазы, оставляемые при бетонировании элемента, и натягивают на бетон (рис. 1.2.7, д). При этом способе напряжения в ар- матуре контролируют после окончания обжатия бетона. Каналы в бетоне, превышающие диаметр арматуры на 5...15 мм, создают укладкой извлекаемых впоследствии пустообразователей (стальных спиралей, резиновых трубок и т. п.) - или оставляемых в бетоне гофрированных стальных трубок и др. Сцепление арматуры с бетоном создается после обжатия инъецированием — нагнетанием в каналы цементного теста или раствора под давлением через заложенные при изготовлении элемента тройники — отводы. Если напрягаемую арматуру располагают с внешней стороны элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров и т. п.), то навивку ее с одновременным обжатием бетона выполняют специальными навивочными машинами. В этом случае на поверхность элемента после натяжения арматуры наносят торкретированием (под давлением) защитный слой бетона. Натяжение на упоры как более индустриальное является основным способом в заводском производстве. Натяжение на бетон применяется главным образом для крупноразмерных конструкций и при соединении их на монтаже. 6 1.2.11. Предварительные напряжения в арматуре и бетоне Предварительные напряжения арматуры σ sp принимают не более: - для арматуры классов А540, А600, А800, А1000 - 0,9R s,n ; - для арматуры классов Вр1200 - Вр1500, К1400, К1500 - 0,8R s,n . Кроме того, для любых классов арматуры значение σ sp принимают не менее 0,3R s , n . При расчете предварительно напряженных конструкций следует учитывать снижение предварительных напряжений вследствие потерь предварительного напряжения - до передачи усилий натяжения на бетон (первые потери) и после передачи усилия на бетон (вторые потери). Первые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации предварительных напряжений в арматуре, потери от температурного перепада при термической обработке конструкций, потери от деформации анкеров и деформации формы. Вторые потери предварительного напряжения включают потери от усадки и ползучести бетона. 1. Потери от релаксации напряжений арматуры определяют по формулам: - для арматуры классов А600, А800 и А1000 при способе натяжения: - механическом Δσ sp1 = 0,1 σ sp – 20 (2.21) - электротермическом Δσ sp1 = 0,03 σ sp (2.22) Для арматуры классов Вр1200 - Вр1500, К1400, К1500 при способе натяжения: - механическом ; 1 , 0 22 , 0 , 1 sp n s sp sp σ R σ σ − = ∆ (2.23) - электротермическом Δσ sp1 = 0,05 σ sp (2.24) Для арматуры класса А540 Δσ sp1 = 0,0 (2.25) Здесь σ sp принимается без потерь в МПа. При отрицательных значениях Δσ sp , их следует принимать равными нулю. При наличии более точных данных о релаксации напряжений арматуры допускается принимать иные значения потерь от релаксации. 2.Потери от температурного перепада Δ t, определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения, °С, принимаются равными: Δσ sp2 При отсутствии точных данных допускается принимать Δt = 65°. =1,25Δt (МПа) (2.26) (пос. фор.2.3.) 7 При наличии более точных данных о температурной обработке конструкций допускается принимать иные значения потерь от температурного перепада. 3. Потери от деформации стальной формы (упоров) при неодновременном натяжении арматуры на форму определяются по формуле , 2 1 3 s sp E l l n n σ ∆ ⋅ − = ∆ где n - число стержней (групп стержней), натягиваемых не одновременно; Δl - сближение упоров по линии действия усилия Р, определяемое из расчета деформации формы; l - расстояние между наружными гранями упоров. (2.27) (пос. фор.2.4.) При отсутствии данных о конструкции формы и технологии изготовления допускается принимать Δσ sp3 =30 МПа. При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформации формы не учитываются. 4. Потери от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств, определяются по формуле , 4 s sp E l l σ ∆ = ∆ где Δ l - обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров; l - расстояние между наружными гранями упоров. (2.28) ( пос. фор.2.5.) При отсутствии данных допускается принимать Δl = 2 мм. При электротермическом способе натяжения потери от деформации анкеров не учитываются, так как они должны быть учтены при определении значений полного удлинения арматуры. 5. Потери от усадки бетона определяют по формуле: Δσ sp4 = ε b,sh E s где ε b,sh - деформация усадки бетона, принимаемая равной: 0,0002 - для бетона классов В35 и ниже; 0,00025 - для бетона класса В40; 0,0003 - для бетона классов В45 и выше. , (2.29) (пос. фор.2.6.) Допускается потери от усадки определять более точными методами. 6. Потери напряжений в рассматриваемой напрягаемой арматуре (S или S') от ползучести бетона определяют по формуле ( ) cr b red red s p sp bp cr b sp φ I A y e αμ ασ φ σ , 1 0 , 6 8 , 0 1 1 1 8 , 0 + ± + = ∆ где φ b,сr - коэффициент ползучести бетона, определяемый согласно (пос. (2.30) (пос. фор.2.7.) табл.2.6); α - коэффициент приведения арматуры к бетону, равный α = E s /E b ; μ sp - коэффициент армирования, равный А spj /А, где А и А spj - площади поперечного сечения соответственно элемента и рассматриваемой напрягаемой арматуры (A sp 8 или A' sp ); σ bp - напряжение в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой напрягаемой арматуры, определяемое как для упругих материалов по приведенному сечению согласно формуле ( ) ( ) red s red s p red bp I My I y e P A P σ ± ± = 1 0 1 1 (2.31) (пос. фор.2.8.) -P(1) - усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь, равное: P (1) = (A sp + A' sp )(σ sp - Δσ sp(1) ) (2.32) (пос. фор.2.9.) здесь Δσ sp(1) - сумма первых потерь напряжения; e 0p1 - эксцентриситет усилия P (1) относительно центра тяжести приведенного сечения элемента, равный sp sp sp sp sp sp p A A y A y A e ' ' ' 1 0 + − = (2.33) (пос. фор.2.10.) здесь y sp , y' sp - см. рис. 1.2.8. Рис. 1.2.8.Схема усилий предварительного напряжения арматуры в поперечном сечении железобетонного элемента. y s - расстояние между центрами тяжести рассматриваемой напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента (т.е. y sp или y' sp ); М- изгибающий момент от собственного веса элемента, действующий в стадии обжатия в рассматриваемом сечении; A red и I red - площадь приведенного сечения и ее момент инерции относительно центра тяжести приведенного сечения, определяемые согласно (фор. 2.34, 2.36) В формуле (2.31) сжимающие напряжения учитываются со знаком "плюс", а растягивающие - со знаком "минус". Тот же знак принимается и в формуле (2.30). Если σ bp < 0,0, то потери от ползучести и усадки бетона принимаются равными нулю. 9 Если передаточная прочность бетона R bp меньше 70% класса бетона В, то при определении Δσ bp6 значения φ b,сr и E b принимаются по ( пос.табл.2.6) и 2.28 при B=R bp Приведенное сечение включает в себя площадь сечения бетона и площадь сечения всей продольной арматуры (напрягаемой и ненапрягаемой) с коэффициентом приведения арматуры к бетону a=E s /E b Геометрические характеристики приведенного сечения определяются по формулам: - площадь приведенного сечения A red =A + aA sp + aA' sp + aA s + aA' s (2.34)( пос. фор.2.11.) - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до растянутой в стадии эксплуатации грани ( ) ( ) red s s s s p sp p sp A a h A α a A α a h A α a A α S y ' ' ' ' − + + − + + = (2.35)( пос. фор.2.12.) где S-статический момент сечения бетона относительно растянутой грани; - момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести , ' ' ' ' 2 2 2 2 sp s sp s sp sp sp sp red y A α y A α y A α y A α I I + + + + = (2.36)( пос. фор.2.13.) где y sp = y - а р ; y' sp = h - a' p – у; y s = y - a s ; y' s = h - a' s - у (см. рис. 1.2.8.). Допускается не уменьшать площадь всего сечения элемента А за счет площади сечения всей арматуры ΣA s , если ΣA s < 0,03А. В противном случае в формулах (2.34)-(2.36) вместо а используется a-1. Предварительные напряжения в бетоне σ bp при передаче усилия предварительного обжатия P (1) не должны превышать: - если напряжения уменьшаются или не изменяются при действии внешних нагрузок - 0,9R bp ; - если напряжения увеличиваются при действии внешних нагрузок - 0,7R bp Напряжение в бетоне σ bp определяется по формуле (2.31), при этом за значение y s принимается расстояние от центра тяжести приведенного сечения до наиболее сжатой грани в стадии обжатия (т.е. значение у, см. формулу 2.35), а значение момента М определяется для сечения, где разгружающее влияние этого момента минимально (например, в сечении, проходящем через конец зоны передачи предварительного напряжения длиной l p ). Длину зоны передачи предварительного напряжения на бетон для арматуры без дополнительных анкерующих устройств определяют по формуле , 4 s bond sp p d R σ l = (2.37)( пос. фор.2.14.) 10 И принимают не менее 10ds и 200 мм, а для арматурных канатов не менее 300 мм. В формуле (3.37): σ sp - предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом первых потерь; R bond - сопротивление сцепления напрягаемой арматуры с бетоном, равное: R bond = ηR bt (2.38)( пос. фор.2.15.) здесь R bt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, отвечающее передаточной прочности бетона R bp ; η - коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры, принимаемый равным: 1,7 - холоднодеформированной арматуры класса Вр диаметром 3 мм и арматурных канатов класса К диаметром 6 мм; 1,8 - для холоднодеформированной арматуры класса Вр диаметром 4 мм и более; 2,2 - для арматурных канатов класса К диаметром 9 мм и более; 2,5 - для горячекатаной и термомеханически упроченной арматуры класса А. Для сечений элемента, пересекающих зону передачи предварительного напряжения, значение σ sp следует умножать на коэффициент: , / 3 p x s l l γ = (2.39)( пос. фор.2.16.) где l x - расстояние от начала зоны передачи напряжений в торце элемента до рассматриваемого сечения. При мгновенной передачи усилия обжатия на бетон для арматуры класса А значение l p увеличивается в 1,25 раза. При диаметре стержней более 18 мм мгновенная передача усилий не допускается. Начало зоны передачи напряжений при мгновенной передачи усилий обжатия на бетон для арматуры классов Вр и К принимается на расстоянии 0,25l p от торца элемента. Усилие предварительного обжатия бетона с учетом полных потерь напряжений Р и эксцентриситет его приложения е0р относительно центра тяжести приведенного сечения определяются по формулам: ; ' ' ' ' 2 2 s s s s sp sp sp sp A σ A σ A σ A σ P − − + = (2.40)( пос. фор.2.17.) , ' ' ' ' ' ' 2 2 0 P y A σ y A σ y A σ y A σ e s s s sp sp sp s s s sp sp sp p − − + = (2.41)( пос. фор.2.18.) где σ s и σ' s - сжимающие напряжения в ненапрягаемой арматуре соответственно S и S', вызванные усадкой и ползучестью бетона и численно равные сумме потерь напряжений от усадки и ползучести бетона Δσ sp5 + Δσ sp6 определенных согласно (2.29.) и(2.30); при этом напряжение σ bp определяется на 11 уровне центра тяжести соответствующей ненапрягаемой арматуры; если σ bp < 0,0, напряжение σ' s принимается равным нулю; σ sp2 и σ' sp2 - предварительные напряжения арматуры соответственно S и S' с учетом всех потерь; Полные суммарные потери напряжений для арматуры S следует принимать не менее 100 МПа |