|
Внимание! Предложения по снабжению отправлять на skshans@gmail.com
|
Предварительно напряженный железобетон
В обычной железобетонной балке арматура, расположенная в нижней зоне, воспринимает растягивающие усилия и таким образом вместе с верхней зоной бетона, воспринимающей сжимающие усилия, оказывает сопротивление изгибу балки, вызываемому приложенной нагрузкой. Когда арматура испытывает растяжение, вместе с ней его испытывают и связанные с ней слои бетона. А так как бетон обладает малой прочностью на растяжение, то в нижней части балки, еще до достижения предельной нагрузки, возникают тонкие трещины. После снятия нагрузки происходит лишь частичное восстановление первоначального состояния бетона; можно сказать, что раз появившиеся трещины не исчезают. Эти трещины не только портят внешний вид бетона, но и нарушают его наружный слой, защищающий арматуру от коррозии. При превышении рабочей нагрузки, но до такой степени, что напряжения в арматуре еще не достигают предела текучести, остаточная деформация бетона и постепенное расширение трещин станут все более заметными, хотя конструкция все еще будет в состоянии выдерживать рабочие нагрузки.
Если арматурный стержень предварительно напряжен (т. е. напряжен до того, как будет приложена рабочая нагрузка), то в общем случае весь элемент будет в состоянии сжатия. В одной из наиболее ранних конструкций бетонных предварительно напряженных балок предварительное сжатие балки осуществлялось путем подпирания домкратами обоих ее концов с использованием прочных анкеров, расположенных у обоих торцовых концов балки. В настоящее время, хотя принцип предварительного напряжения не изменился, практически сжатие бетона осуществляется при помощи натянутых проволок, сцепленных с бетоном по всей длине балки или же закрепленных между упорными плитами, заделанными в противоположные ее концы. Когда к такой предварительно напряженной железобетонной балке приложена нагрузка, силы, которые раньше вызывали растяжение и растрескивание бетона в нижней части балки, теперь только уменьшают сжатие, созданное напряженной арматурой. В то же время сжатие верхней части балки под нагрузкой складывается со сжатием, созданным предварительным напряжением. Эффективность этого принципа заключается в том, что потенциальную прочность на сжатие высококачественного бетона можно использовать полностью, а его низкая прочность на растяжение не имеет никакого Значения. Кроме того, сильно увеличивается сопротивляемость бетона перерезывающим силам, поэтому необходимость установки хомутов, воспринимающих усилия сдвига, в предварительно напряженных железобетонных конструкциях почти исключается. 'Принцип предварительного напряжения позволяет применять более легкие конструкции, что имеет особое значение при сооружении мостов, перекрытий с большим пролетом и подобных конструкций, в которых собственный вес сооружения составляет значительную часть от общей нагрузки, на которую оно рассчитано.
Обычно предварительно напряженный железобетонный элемент проектируется таким образом, чтобы при полной рабочей нагрузке в бетоне не возникало растягивающих напряжений. Однако если этот элемент будет перегружен, то при условии, что напряжения в арматуре не достигли предела текучести, он имеет способность к почти полному восстановлению после снятия нагрузки. Возникшие при перегрузке трещины в бетоне практически полностью исчезают.
Арматура
Стальная арматура для предварительно напряженного железобетона должна обладать способностью выдерживать высокие растягивающие напряжения без явления ползучести, т. е. без вытягивания под длительно приложенной нагрузкой. Любое ощутимое вытягивание стали под нагрузкой уменьшит величину предварительного напряжения, и в результате этого балка будет вести себя, как балка с обычной арматурой. В таком состоянии она будет значительно слабее и не сможет выдерживать нагрузок, на которые была первоначально рассчитана. Обычная мягкая сталь не отвечает требованиям предварительно напряженного железобетона, поэтому для него используется специальная высокопрочная проволока, которая в противоположность мягкой стали имеет незначительную текучесть. При постоянном напряжении ползучесть ее близка к ползучести бетона. Потеря напряжения вследствие ползучести стали относительно невелика. Иногда для предварительно напряженного железобетона применяются арматурные стержни из специальной стали, сходные по размерам с арматурой для обычного железобетона.
Стоимость подготовки комплекта арматуры, установки ее и натяжения на месте приблизительно в 3—4 раза превышает стоимость материала (арматуры), поступившего на площадку.
Качество бетона
Для того чтобы максимально использовать 'преимущества предварительного напряжения, необходимо применять высокопрочный бетон прочностью в возрасте 28 дней порядка 420 кг/см2 и более. Приготовление такого бетона требует особого контроля, с тем чтобы снизить до минимума отклонения в его прочности.
Из сведений о проектировании смесей следует, что для получения достаточной прочности необходимо применять жирные жесткие бетонные смеси. Укладка обычно производится с применением вибраторов.
В случае применения методов предварительного напряжения следует иметь в виду два свойства бетона, описанные в главе 2, а именно: усадку при потере влаги, которая может продолжаться довольно долго, и ползучесть под нагрузкой. Эти свойства обусловливают сокращение бетонной конструкции, в результате чего со временем ослабевает эффект предварительного напряжения арматурных проволок или стержней. Для того чтобы компенсировать эту потерю предварительного напряжения, необходимо создать напряжение в арматуре несколько выше величины, предусмотренной проектом.
Потеря предварительного напряжения особенно велика в раннем возрасте бетона, со временем темп падения напряжения постепенно уменьшается, По результатам испытаний, проводившихся в течение более двух лет, установлено, что общая потеря напряжения арматуры составляет около 16%.
Предварительное натяжение
Метод предварительного натяжения состоит в том, что сначала производится натяжение установленной на месте арматуры, обычно из специальной высокопрочной проволоки, а затем вокруг нее укладывается бетон. Натяжение проволоки поддерживается до тех пор, пока бетон не наберет достаточную прочность. После этого проволока отрезается от анкерных устройств, а ее натяжение благодаря сцеплению с бетоном передается последнему. В результате этого бетон подвергается сжимающим напряжениям.
Предварительное натяжение редко применимо при изготовлении монолитных конструкций на строительной площадке, оно пригодно в основном при производстве элементов сборного железобетона заводским способом (от небольших балок перекрытий и бетонных железнодорожных шпал до полых свай длиной до 30 м и выше). В заводских условиях наиболее пригодным является метод предварительного натяжения, известный под названием системы длинных линий. По этому методу проволока арматуры натягивается между двумя анкерными плитами, расположенными на противоположных концах стенда. По всей длине стенда, устанавливаются формы для бетонируемых деталей. Поперечные стенки ставятся на таких расстояниях, которые соответствуют необходимой длине отдельных балок. Проволока пропускается через эти поперечные стенки, причем между стенками двух смежных балок оставляют небольшие промежутки.
Часто стенд изготовляется из стали, в нем устраиваются трубопроводы горячего воздуха, предназначенные для подогрева бетона и ускорения его твердения с тем, чтобы как можно раньше обрезать проволоку и установить новую партию деталей.
При изготовлении отдельных деталей методом предварительного натяжения усилие от растянутых арматурных проволок воспринимается самой опалубкой.
Применение индивидуальных форм для изготовления отдельных деталей имеет два преимущества. Во-первых, есть большая возможность изменения размеров изготовляемых деталей. Во-вторых, в результате потери напряжения арматурой при штучном изготовлении может испортиться только одна деталь, тогда как при стендовом изготовлении партии деталей нарушение натяжения арматуры приводит к порче всей партии. Может случиться ослабление одной или нескольких проволок и неодинаковое напряжение, причем это трудно обнаружить в предварительно напряженных элементах. В таких случаях приходится делать выборочную проверку изготовленных деталей.
Последующее натяжение
В отличие от способа предварительного, до бетонирования, натяжения арматуры, при способе последующего натяжения 9на ограждается от сцепления с бетоном с помощью оболочек той, или иной формы или же вставляется в бетон после его приготовления в специально оставленные отверстия. Проволока или стержни арматуры натягиваются непосредственно на упоры, установленные в концах конструкции, сразу же после того, как бетон достаточно затвердеет. Для анкеровки (закрепления) арматуры после ее натяжения с помощью гидравлического домкрата применяют различные патентованные способы, каждый из которых основан на закреплении арматуры тем или иным клинообразным устройством. Следует заметить, что предварительное напряжение бетона в значительной степени зависит от эффективности таких анкерных устройств, несмотря на то, что сразу же после полного натяжения арматуры производится заливка цементным раствором отверстий, через которые она проходит. С одного конца этого отверстия раствор нагнетается до тех пор, пока не начнет выходить из противоположного. Однако были случаи, когда внезапное ослабление закрепленной проволоки приводило к нарушению сцепления между бетоном и арматурой, созданного цементным раствором, и, следовательно, к повреждению деталей.
При последующем натяжении арматуры приложенная сила постепенно увеличивается до проектной нагрузки, а затем снижается почти до нуля. После этого проволоки маркируются, и натяжение снова увеличивается, пока не будет достигнуто требуемое удлинение, для чего может потребоваться усилие, большее проектного. Натяжение проволок до определенного удлинения, а не до определенного напряжения на домкрате, производится в связи с тем, что внутри конструкции всегда имеется потеря напряжения вследствие трения проволоки.
Преимущество последующего натяжения арматуры по сравнению с предварительным состоит в том, что при этом методе реакция от натяжения проволок воспринимается бетоном и поэтому нет потерь напряжения, обусловленных упругими деформациями, как это имеет место при предварительном натяжении. Кроме того, поскольку бетон затвердел, в нем произошла некоторая усадка, хотя потери напряжения от ползучести бетона и стали еще остаются.
О заливке арматуры цементным раствором при методе последующего натяжения уже говорилось. После заливки раствора необходимо заделать впадины на торцах конструкции в местах крепления арматуры. Эти места могут быть причиной ослабления напряжения в том случае, если влага найдет доступ к концам проволок. Для предотвращения такой возможности следует принять особые меры, так как обычная заплата из цементного раствора в этом случае мало пригодна; при коррозии проволоки она легко отделяется.
Размещено: 25.03.2010
|
