Способы натяжения арматуры на бетон
Обновлено: 13.05.2024
Способы натяжения арматуры на бетон
Во многих конструкциях не сразу всю арматуру натягивают на бетон, а поочередно отдельными группами, состоящими из пучков, витков непрерывной проволоки, прядей и т. п. При натяжении каждой последующей группы арматуры происходит деформация элемента и меняется напряженное состояние бетона и всей ранее натянутой арматуры. Точный учет изменения напряженного состояния ранее натянутой арматуры, особенно в предельной стадии, непосредственно предшествующей разрушению элемента, становится сложным из-за неопределенности распределения напряжения и деформаций по сечению элемента.
В целях упрощения расчета прочности элементов при поочередном напряжении арматуры отдельными группами .величину снижения (потерь) предварительного напряжения в арматуре можно определить по приближенной формуле.
Уменьшение величины потерь при натяжении арматуры поочередно, группами или витками обусловлено тем, что исчерпание прочности конструкции может наступить при осуществлении натяжения последней группы или витка арматуры, когда неупругие деформации обжимаемой зоны бетона достигнут своего предельного значения и не окажут влияния на снижение предварительного напряжения в арматуре последней группы (витка) площадью.
Предварительное натяжение арматуры на упоры и на бетон.
В практике производства предварительно напряженных железобетонных, конструкций и изделий находят применение два различных способа натяжения арматуры - на упоры (до бетонирования или - в - процессе бетонирования) и на бетон (после его отвердения).
При одинаковой величине создаваемого в арматуре усилия (напряжения) разный способ натяжения при прочих равных условиях вызывает различное по величине напряженное состояние конструкции. Это обусловлено неодинаковой величиной и разными условиями проявления потерь предварительного напряжения, а также тем, что величина создаваемого в напрягаемой арматуре - усилия достигается в одном случае при отсутствии деформаций обжатия бетона (при натяжении на упоры), в другом - при наличии деформации обжатия (при натяжении на бетон).
Это различие напряженного состояния конструкций при натяжении арматуры на упоры или на бетон должно обязательно учитываться при проектировании.
На выбор способа натяжения арматуры влияют многие условия: назначение конструкции, особенности ее работы под нагрузкой, величина потерь предварительного напряжения, состав арматурных работ, вид оборудования, применяемого для изготовления конструкций и, в частности, для осуществления предварительного напряжения, трудоемкость и стоимость арматуры в деле и др.
Из анализа и сопоставления технико-экономических показателей и практики изготовления и применения различных видов предварительно напряженных железобетонных конструкций вытекает следующее.
Создание предварительного напряжения
При проектировании сборных, монолитных и сборно-монолитных железобетонных конструкций большое значение имеет время создания предварительного напряжения: до затвердения бетона или после его затвердения.
Создание предварительного напряжения конструкций путем натяжения арматуры до затвердения бетона (т. е. до бетонирования) и с временной передачей усилия натяжения на упоры стенда, матрицы или бортовую оснастку формы сокращенно называется натяжением арматуры на упоры.
Создание предварительного напряжения конструкций путем натяжения арматуры после затвердения бетона (т. е. после бетонирования) и с передачей усилия натяжения непосредственно на затвердевший бетон конструкции, элемента, детали или изделия сокращенно называется натяжением арматуры на бетон.
В некоторых случаях при натяжении арматуры как на упоры, так и на бетон оказывается целесообразным повышать величину предварительного напряжения в пределах до 10% против заданной в проекте величины, т. е. производить «перетяжку» арматуры. Это делается с целью компенсации потерь предварительного напряжения, происходящих в арматуре за счет релаксации ее напряжений и других факторов.
При натяжении арматуры на бетон кроме «перетяжки» арматуры в ряде случаев производят повторное натяжение арматуры, предназначенное также для компенсации потерь предварительного напряжения. Эти потери интенсивно проявляются за период времени между первым и повторным натяжением арматуры.
Величина предварительного напряжения
Принятая малая величина предварительного напряжения арматуры в проводившихся опытах погашалась усадкой и ползучестью бетона, и опытные балки по своей работе мало отличались от таких же балок с ненапрягаемой арматурой. В результате неутешительных экспериментальных данных интерес к предварительному напряжению понизился.
Более широкое распространение и практическое применение предварительно напряженные железобетонные конструкции получили в конце 20-х и в начале 30-х годов текущего столетия после опубликования работ французского инженера Э. Фрейсине, который исследовал условия проявления усадки и ползучести бетона и применил в своих опытах арматуру повышенной прочности с увеличенным ее натяжением. При этом отмечалось, что предварительно напряженный железобетон представляет собой новый строительный материал, коренным образом отличающийся от обычного железобетона.
Наиболее заметное стремление считать предварительно напряженный железобетон каким-то новым строительным материалом с особыми свойствами проявилось после применения арматуры в виде высокопрочной неанкерованной проволоки малого диаметра порядка 1-2,5 мм, натягиваемой до 10 000 - 15 000 кг/см2. Железобетон с такой не анкерованной арматурой в виде отдельных струн, располагаемых рассредоточено в бетоне высокой прочности (400-600 кг/см2 и более), получил название струнобетон.
В последующие годы в отечественной и зарубежной строительной практике все более развивающиеся предварительно напряженные железобетонные конструкции завоевывают различные области применения. Для них используются новые виды арматуры и применяется усовершенствованная заводская технология изготовления при различной степени использования эффекта предварительного напряжения.
Методы натяжения арматуры в предварительно-напряженных конструкциях
В конструкциях, работающих на изгиб (плитах, балках, прогонах, ригелях), под действием нагрузки появляются растягивающие напряжения. Для их восприятия в растянутой зоне приходится размещать большое количество арматуры. Кроме этого недостаточно используется прочность стали на растяжение, так как в бетоне появляются трещины в зоне растяжения, хотя напряжение в арматуре еще не превышает предела текучести, а эксплуатировать такую железобетонную конструкцию с шириной раскрытия трещин больше допустимой не разрешается.
Эти недостатки в значительной степени устраняются в предварительно-напряженных конструкциях. В таких конструкциях, еще до установки ее в сооружение и передачи на нее эксплуатационных нагрузок, предполагаемая растянутая зона уже подвержена сжатию. И прежде чем бетон в конструкции воспринимая эксплуатационную нагрузку, начнет работать на растяжение, в нем необходимо сначала погасить предварительно созданное сжатие.
Предварительное напряжение позволяет увеличивать нагрузку на конструкцию или при прежней нагрузки уменьшить габариты конструкции.
Достоинства предварительно-напряженных конструкций:
применение арматуры меньших диаметров из высокопрочной стали позволяет уменьшать размеры конструкции, а следовательно, и объем сборных элементов на 20…30%, что приводит к экономии материалов, в частности цемента;
благодаря лучшему использованию свойств арматурной стали, по сравнению с обычными железобетонными конструкциями, и при применении сталей с высоким пределом прочности достигается экономия металла до 40%;
конструкции с предварительно-напряженной арматурой отличаются высокой трещиностойкостью, что предохраняет арматуру от коррозии; это важно для сооружений, находящихся под постоянным давлением воды, других жидкостей и газов (трубы, плотины, резервуары).
Предварительное напряжение арматуры осуществляется в основном двумя способами:
натяжением арматуры до укладки бетонной смеси в конструкцию;
укладкой и натяжением арматуры вслед за укладкой бетона и приобретения им прочности не менее 70% проектной.
Первый метод заводской, он называется натяжением на формы и упоры, второй применяют в построечных условиях на площадках укрупнительной сборки и называют натяжением на бетон.
Натяжение на формы и упоры. При армировании по этому способу арматурные стержни натягивают перед укладкой бетонной смеси. Усилия натяжения, достигающие нескольких десятков и сотен тонн, воспринимаются конструкцией стальной формы, в которой изготавливают (формуют) изделие, или специальными упорами стенда. Бетонируют изделие при натянутой арматуре. Когда после затвердения бетона и набора им необходимой прочности натяжные приспособления снимают, сжатие бетона достигается за счет сцепления между стремящимися сжаться арматурными стержнями или прядями и окружающим их затвердевшим бетоном. При этом способе натяжение арматуры контролируют до обжатия бетона.
Стендовый способ натяжения применяют при изготовлении длинномерных (длиной 12 м и более) крупных и тяжелых конструкций – стропильных и подстропильных ферм, кровельных и подкрановых балок. Конструкцию армируют, осуществляют ее натяжение, производят бетонирование, бетон приобретает необходимую прочность в стационарном положении на стенде. Упоры воспринимают усилия натяжения и передают их на массивный фундамент стенда.
При натяжении на формы упоры отсутствуют, и усилия воспринимает сама форма, которая является силовой. В таких формах бетонируют плиты и панели перекрытий и покрытий. Достоинство форм в том, что они имеют модульные размеры, поэтому при смене бетонируемой конструкции ее легко переналадить на изготовление новых изделий.
Натяжение арматуры на бетон. Предварительное напряжение в монолитных и сборно-монолитных конструкциях можно создавать по методу натяжения арматуры на затвердевший бетон. При таком методе усилие натяжения воспринимается не формой и не упорами, а уже затвердевшим и набравшим необходимую прочность бетоном. Этот способ используется главным образом для армирования конструкций, собираемых из отдельных блоков.
По способу укладки напрягаемой арматуры имеются две разновидности – линейная и непрерывная. При линейном способе в напрягаемых конструкциях при их бетонировании оставляют открытые или закрытые каналы. При приобретении бетоном заданной прочности в каналы укладывают арматуру и производят ее натяжение с передачей усилия на напрягаемую конструкцию. Линейный способ применяют для создания напряжения в балках, колоннах, рамах, трубах, силосах и многих других линейных конструкциях. Непрерывный способ заключается в навивке с заданным натяжением бесконечной арматурной проволоки по контуру забетонированной конструкции. Этот способ применяют для предварительного напряжения стенок цилиндрических резервуаров, предварительно напряженных труб.
При линейном армировании напрягаемые элементы применяют в виде отдельных стержней, прядей, канатов и проволочных пучков. Линейное армирование включает в себя: заготовку напрягаемых арматурных элементов; образование каналов для укладки напрягаемых арматурных элементов; установку арматурных элементов с анкерными устройствами в каналы; напряжение арматуры с последующим инъецированием закрытых каналов или бетонированием открытых каналов.
Для стержневой арматуры используют горячекатаную сталь периодического профиля и высокопрочную проволоку. Заготовка стержневых элементов состоит из правки, чистки, резки, стыковой сварки и устройства анкеров, путем приварки стальных коротышей к концам стержней. Коротыши имеют резьбу, на которую навинчивают гайки, передающие через шайбы на бетон нагрузки натяжения.
Арматурные нераскручивающиеся пряди и канаты изготовляют из высокопрочной проволоки диаметром 1,5…5 мм. Из проволоки производят пряди, образуемые из трех, семи или девятнадцати совместно свитых проволок. При необходимости готовые пряди далее навивают в канаты. Пряди и канаты поступают с заводов намотанными на катушки. Их сматывают с катушек, пропускают через правильные устройства, одновременно очищают от грязи масла, режут на отрезки необходимой длины. Для анкеровки прядей и канатов применяют гильзовые наконечники. Гильзу надевают на заготовленный конец пряди или каната, запрессовывают прессом или домкратом, а затем на ее поверхности нарезают или накатывают резьбу, необходимую для передачи через шайбы усилий натяжения бетона на гайки крепления.
Проволочные пучки изготовляют из высокопрочной проволоки. Проволоку в пучке располагают или с заполнением ею всего сечения, или по окружности арматурного стержня. В первом случае пучок оборудуют гильзовым, а во втором – гильзостержневым анкером.
Способ натяжения на бетон позволяет собирать крупноразмерные конструкции длиной до 30 м и более у места их установки из отдельных, легкоперевозимых частей меньшего размера. При армировании конструкций, собираемых из отдельных блоков, в сборных железобетонных элементах при заводском изготовлении заранее оставляют каналы или борозды для размещения в них напрягаемой арматуры. Напрягаемую арматуру укладывают (протягивают) в эти заранее оставленные каналы,, диаметр которых обычно делают на 10…15 мм больше диаметра арматурного пучка или стержня.
Вопрос 26 Сущность предварительного напряжения арматуры, способы и методы создания предварильного напряжения в железобетонных конструкциях
Малая прочность бетона на растяжение, составляющая 1 /10- 1/ 15 его прочности на сжатие, является причиной образования трещин в бетоне растянутых зон элементов железобетонных конструкций при эксплуатационных нагрузках.
Значительное раскрытие трещин, нередко достигающее 0,2—0,3 мм и более, во многих случаях опасно с точки зрения коррозии арматуры. Придание арматуре периодического профиля несколько уменьшает раскрытие трещин, однако этого свойства железобетона полностью не устраняет.
С развитием техники широкое применение нашли бетоны повышенной прочности марок 400—600 и выше, а также высококачественные арматурные стали с временным сопротивлением до 20 тыс. кгс/см 2 и более, что экономически оправдано, поскольку отношение стоимости к прочности высокопрочных материалов, применяемых для железобетона, значительно ниже, чем для материалов менее прочных.
Для повышения трещиностойкости железобетонных конструкций производится их предварительное напряжение (до приложения основных нагрузок), которое производят таким образом, чтобы образовывалось предварительное обжатие тех зон бетона, в которых при основных нагрузках ожидаются растягивающие напряжения.
Предварительно напряженный железобетон не является особым железобетоном; он образуется из тех же материалов, что и железобетон, не подвергаемый предварительному напряжению. Однако предварительное напряжение придает железобетону дополнительные качества, которые могут быть эффективно использованы.
Многочисленные экспериментальные исследования показали, что предварительное напряжение практически не влияет на величину разрушающей нагрузки, но существенно (в несколько раз) повышает трещиностойкость и жесткость железобетонных элементов.
Улучшая качество железобетона, предварительное напряжение позволяет широко использовать высокопрочные материалы, экономить сталь (в ряде случаев до 70%), способствовать снижению общего веса конструкций, получать конструкции, хорошо сопротивляющиеся многократно повторяющимся динамическим воздействиям.
Предварительное напряжение железобетонных элементов производят посредством натяжения арматуры и передачи ее реактивного давления на бетон с целью его обжатия.
Различают два метода натяжения арматуры:
1) «натяжение на упоры», т. е. натяжение арматуры на упоры стенда, опалубку или формы и отпуск ее после бетонирования по достижении бетоном достаточной прочности, вследствие чего арматура, стремясь укоротиться, обжимает бетон, а сама остается растянутой (рис. а);
2) «натяжение» на бетон, т.е. натяжение арматуры, размещенной в каналах или пазах элемента, при помощи приспособлений, опирающихся на готовый элемент по его концам (по достижении бетоном необходимой прочности). Арматуру при помощи анкеров фиксируют в натянутом положении, и она обжимает бетон, впоследствии каналы инъецируют цементным раствором под давлением, а пазы заполняют бетоном (рис. б).
Натяжение на упоры более целесообразно для заводских условий изготовления железобетонных конструкций и изделий. Натяжение на бетон более трудоемко, его практикуют в тех случаях, когда затруднено или не может быть осуществлено натяжение на упоры, например при строительстве уникальных конструкций больших размеров или изготовлении монолитных конструкций.
Для натяжения арматуры используют несколько способов: механический, электротермический, термический, физико-химический (самонапряжение), электромеханический.
Механический способ заключается в растяжении арматуры при помощи гидравлических или механических домкратов, рычагов, гаечных ключей, грузов и т. п.
К механическому относится предложенный проф. В. В. Михайловым способ непрерывной навивки арматуры. По этому способу натянутую проволоку навивают на упоры поворотного стола. В настоящее время разработаны навивочные машины, при помощи которых натянутую проволоку наматывают на упоры неподвижного стенда. Способ непрерывного армирования дает возможность создавать предварительно напряженные конструкции с одноосным и двухосным обжатием для зданий промышленного и гражданского строительства. Непрерывное армирование используют также при натяжении арматуры резервуаров, силосов и т. д.
Электротермическим способом изготовляют около 80% всех предварительно напряженных конструкций. Стержни арматуры нагревают до температуры 300-400°С при помощи электротока и в нагретом состоянии устанавливают в упоры. При остывании стержни, стремясь сократиться, натягиваются, что используется для обжатия бетона. Этот способ отличается простотой, малой трудоемкостью и сравнительно низкой стоимостью. Однако точность натяжения этим способом ниже, чем при других способах.
Электромеханический способ является комбинированным, он применяется при непрерывном армировании. Высокопрочную проволоку, нагретую электротоком до 300-400°С, навивают на упоры формы или стенда при помощи намоточной машины. При этом необходимая мощность механических приспособлений для намотки значительно снижается. После остывания проволока получает предварительное напряжение.
При термическом способе натяжения стержень до бетонирования покрывают составом, размягчающимся при нагревании. После укладки в форму, бетонирования и набора бетоном прочности арматуру нагревают до 90-110°С, в результате чего обмазка размягчается и арматура свободно удлиняется при дальнейшем нагревании. При температуре 300-350°С обмазка необратимо затвердевает и конструкция становится предварительно напряженной.
При физико-химическом способе используется свойство бетонов, изготовленных с применением расширяющихся цементов. При расширении бетона в процессе твердения арматура также удлиняется, отчего в ней создается предварительное напряжение. Принцип самонапряжения конструкций является весьма перспективным, так как дает возможность обойтись без сложных приспособлений для натяжения арматуры.
Вопрос 27 Расчет сжатых железобетонных элементов прямоугольного сечения.
Приведем решение для наиболее часто встречающихся в практике условий применения сжатых элементов (изготовленных из бетона марки не выше 400 с арматурой классов А-I, А-II, А-III, имеющих площадку текучести).
Условие прочности принимает вид
Положение нейтральной оси при x=x/ho>xR определяют из формулы (sa=Ra)
Если х<2а', то прочность сечения проверяют при Rа.с=0, если это приводит к повышению прочности элемента в сравнении с расчетом по формуле (15).
Наименьшая суммарная площадь арматуры (Fа=F’a) получается в случае, когда положение нейтральной оси соответствует xR=xRho. При этом статический момент сжатой зоны бетона bxR(ho-0.5xR)=ARbh 2 o (19) где AR=xR(1-0.5xR) (20). Площадь сжатой арматуры в соответствии с формулой (15) (21)
Площадь сечения растянутой арматуры определяют из уравнения (16) при замене х на хR=xRho: (22)
Если формула (21) дает отрицательный результат, то сжатая арматура по расчету не требуется. Однако по конструктивным соображениям сжатую зону армируют минимальным количеством арматуры F’a.
При заданном сечении арматуры F’a на основании формулы (15) вычисляют
В правой части этого выражения все величины известны. Учитывая обозначения x=x/ho; Ао=x(1-0,5x)
Величина Ао может быть вычислена по формуле , а затем определено x=1-Ö1-2Ао
На конец из равенства (16), учитывая, что х=xho, может быть найдена площадь арматуры (26)
В элементах, подверженных действию одинаковых или близких по величине, но противоположных по знаку изгибающих моментов (например, в стойках эстакад, средних подкрановых колоннах, арках и т. п.), рационально применять симметричное армирование, т.е. Fa =F’a. В этом случае при Rа=Rа.с согласно формуле (16) высота сжатой зоны бетона (27)
Учитывая, что при симметричном армировании е=еоh+0.5(hо-а), из формулы (15) находим (28)
Симметричная арматура менее экономична, чем несимметричная; ее следует применять, если получается перерасход арматуры не более чем на 5% по сравнению с несимметричной арматурой.
При x=x/ho>xR высоту условной сжатой зоны определяют из формулы
Сечение арматуры подбирают методом последовательного приближения в следующем порядке. Ориентировочно задаются коэффициентом армирования m элемента, определяют значение Nпр и затем вычисляют количество арматуры Fa и F’a. Если найденные площади сечения арматуры Fa и F’a соответствуют первоначально принятому коэффициенту армирования m, подбор арматуры считают выполненным. Если этого соответствия нет, производят повторные вычисления.
Суммарный процент армирования окончательно подобранного сечения арматуры
Расчет сжатых бетонных и железобетонных элементов прямоугольного сечения с симметричным армированием (рис.10) сталью классов А-I-А-III для случая, когда расчетный эксцентриситет продольной силы во равен нулю, при lo£20h допускается производить по условию N=mj(RпрF+RacFa)
где m - коэффициент, принимаемый равным: m=1 при h>20; m=0,9 при h£20 см; h - размер сечения в рассматриваемой плоскости; j - коэффициент, определяемый по формуле j=jб+2(jж-jб)а, принимаемый не более jж; jб и jж - коэффициенты, принимаемые по табл.; Fa - площадь сечения всей продольной арматуры;
Технология натяжения арматуры на бетон
Применение технологии напряжения бетона не ограничивается производством мелкоштучных, сборных объектов. С ее помощью осуществляют строительство масштабных сооружений. По аналогии с древнеримским Колизеем сегодня осуществляется возведение мостов с большими пролетами, тоннелей. Применяется разновидность технологии, получившая название натяжения бетона, так как осуществляется посредством натяжения арматуры уже после укладки бетона и набора им прочности.
В качестве армирующего каркаса используют стальные тросы, армирующие прутки, пучки проволоки. Укладка осуществляется в специально подготовленную трубу из металла и пластика. Труба выполняет функцию чехла, поэтому используются тонкостенные виды продукции. Она укладывается в форму для бетонирования, в ней прокладывают армирующие элементы. После этого осуществляют заливку бетона и оставляют его до набора прочности.
Основной перечень работ по натяжению производят уже после отвердения конструктива. Арматуру растягивают стандартными средствами до необходимой длины и натяжения. Закрепленную на концах арматуру заливают жидким бетонным или цементным раствором. Таким образом формируется продольное напряжение по всей протяженности длинной конструкции, например, пролета моста. Также по данной технологии осуществляют сцепление рядом расположенных сегментов мостов значительной протяженности, что создает единый конструктив.
Важным преимуществом данной технологии перед натяжением на упоры является возможность создания элементов протяженной конструкции сложных форм. При этом эффективность армирования обеспечивается на высоком уровне, арматура создает условия для препятствования прогибу сооружения.
Техника натяжения арматуры в бетоне
Первые сооружения, в структуре которых использовался преднапряженный бетон, были построены в древности. Технология впервые применялась древними римскими архитекторами при строительстве Колизея. В современности авторами технологии стали французские и российские ученые. Эжен Фрейсине и Виктор Михайлов развили технологию, адаптировали ее к современным реалиям, разработали нормативную базу, позволившую использовать ее в строительстве объектов различного назначения.
Технология нашла применение во многих ответственных объектах. Именно напряженный бетон стал той самой секретной технологией, которая позволила российским инженерам построить монумент «Родина-мать» в Волгограде. На сегодняшний день аналогов скульптуре в мире не существует, так как ни один более автор не смог воспроизвести поднятие массивного меча перпендикулярно основанию. По данной технологии осуществляется строительство герметичных оболочек ядерных реакторов, защищающих окружающее пространство от заражения опасными отходами. Также она используется при строительстве зданий и объектов, в том числе высокой этажности, в районах, подверженных сейсмической активности.
Современные методики строительства из напряженного бетона основываются на трех способах натяжения арматуры. Рассмотрим их подробней.
- Механический. Предполагает натяжение стальной сетки или прутков посредством механизмов. К таким относятся домкраты, винтовые или гидравлические. С физической точки зрения данный способ наиболее сложный, обеспечивает не максимальный результат, так как не способен воздействовать на структуру металла.
- Электротермический. Известно, что металл подвергается обработке при повышении температуры его поверхности. На этом принципе основан электротермический способ его натяжения. Посредством электрического тока структура арматурной сетки разогревается, полотно удлиняется до необходимых пределов. Они корректируются в зависимости от требуемой силы напряжения бетона.
- Электромеханический. Объединяет технологию первого и второго метода. Позволяет вытягивать арматуру до наибольших величин.
Самым распространенным способом вытяжения арматуры является электротермический метод.
Способы натяжения арматуры.Арматурные канаты и пучки.Сцепление напряжений арматуры с бетоном.
Методов изготовления предварительно напряженного ж/бетона много, но все они по своей принципиальной схеме могут быть классифицированны, какнатяжение на упоры и на натяжения на бетон.
Конструкции, в которых арматура натягивается до твердения бетона, называются «конструкциями с натяжением арматуры на упоры или на форму».
При натяжении арматуры после твердения бетона конструкции называются «конструкциями с натяжением арматуры на бетон.»
А) 1. Натяжение на упоры.
Изготовление элементов с натяжением на упоры производится следующим образом. Арматуру укладывают в форму до бетонирования элемента. Один ее конец закрепляется в упоре, а другой в натяжном приспособлении (домкрате). После натяжения арматуры до заданных напряжений (в пределах упругих деформаций) закрепляют ее второй конец. Затем элемент бетонируют. Когда бетон наберет необходимую прочность (Ro>0,7R), арматуру отпускают с упоров. Стремясь восстановить свою первоначальную длину, арматура обжимает окружающий ее бетон, благодаря сцеплению с ним. При этом арматура теряет часть предварительного напряжения. Если в конструкции была уложена не подвергаемая предварительному натяжению арматура, то и она при обжатии бетона получает сжимающие напряжения.
Укладку арматуры в форму и ее натяжение совмещается в одной операции. Имеем поддон, снабженный штырями, расположенными в соответственными проектным положением арматуры.
6) поддон; 7) штыри поддона;
8) трубки; 9) зажим;
На штыри надевают стальные трубки. Специальной навивочной машиной проволочную арматуру навивают на трубки с заданной величиной напряжений, и конец ее закрепляют пластичным зажимом. Штырями поддона проволока удерживается в натянутом состоянии. Когда бетон наберет достаточную прочность, изделие с поддона снимают, и арматура обжимает бетон. Трубки остаются в теле бетона и играют роль анкеров.
Натяжение арматуры может быть создано также электротермическим способом.
Заготовленные стержни разогревают электрическим током до t=300-400 градусов, вследствие что они удлиняются. Нагретые стержни укладывают в форму, и концы их закрепляют на упорах, расположенных на форме, или вне ее. Остывая, арматура стремится восстановить свою первоначальную длину, но поскольку она удерживается упорами, в ней возникают растягивающие напряжения. После бетонирования и отвердения бетона арматуру отпускают с упоров и происходит обжатие бетона.
Б)Натяжение на бетон.
При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или мало армированный элемент; затем при достижении бетоном прочности не менее 0,7 R, создают предварительное напряжение.
Напрягаемая арматура располагается в каналах и при натяжении не имеет сцепления с бетоном. Обжатие бетона происходит в процессе натяжения арматуры. Напряжения в бетоне контролирует после обжатия бетона. Каналы элемента имеют диаметр на 5-15мм больше диаметра арматуры и выполняются при бетонировании элемента путем укладки гофрированных стальных трубок (оболочек) или пустотообразователей, извлекаемых из бетона. Арматуру пропускают сквозь канал. Один ее конец, снабженный соответствующим анкером, закрепляют в торце элемента, а другой захватывают домкратом на противоположном торце. Домкрат, упираясь в торец бетонного элемента производит натяжение арматуры и одновременно обжимает бетон. После натяжения арматуры до заданного напряжения, ее анкеруют со стороны расположения домкрата. Натяжение арматуры может производиться с 2х сторон.
Для повышения прочности бетона на местное сжатие у торцов элемента устанавливают поперечные сетки. Сцепление арматуры с бетоном создается в результате последующего заполнения канала цементным тестом или раствором, нагнетаемым под давлением через отверстия в концевых анкерах или через специальные отводы, расположенные по длине канала через 6м. Такое заполнение каналов называется инъецированием.
В последние годы для создания предварительного натяжения в конструкциях начинают усилено применять бетоны, приготовляемые на специальных напрягаемых цементах. Бетоны на таком цементе при твердении увеличиваются в объеме, и вследствие сцепления с арматурой растягивают ее. Так как арматура препятствует свободному расширению бетона, в нем возникают сжимающие напряжения.
Арматуру можно располагать в элементе в двух и даже трех направлениях, тогда создается соответственные двухосное или трехосное предварительное напряжение.
МАТЕРИАЛЫ.
В качестве напрягаемой арматуры используют преимущественно сталь классов Ат-VI; Aт-V длинной до 12м, допускается сталь классов А-Vl, A-V, A-IV, а при большей длине- сталь классов B-II, Bp-II, K-7, K-19. Для конструкций, работающих в агрессивных средах, используют арматуру классов А-IV, термически упрочненную арматуру всех классов (кроме Aт-IVc) и высокопрочную проволоку. Сваривать или приваривать к ней закладные детали запрещается.
Экономичность напряженной арматуры возрастает по мере увеличения ее прочности, так как требуемое по расчету количество арматуры уменьшается пропорционально увеличению ее расчетного сопротивления
( прочности); например, в растянутых элементах: As=N/Rs, чем больше Rs, тем меньше требуется арматуры, а стоимость возрастает незначительно. Удельной стоимостью арматуры «К» называется отношение ее цены «Ц» к расчетному сопротивлению арматуры Rs.
K=Ц/Rs – отсюда видно, что с увеличением прочности арматуры
(с увеличением Rs), снижается ее удельная стоимость и, следовательно, растет ее эффективность.
Арматурные канаты и пучки.
Армирование конструкций отдельными высокопрочными проволоками вследствие их большого числа трудоемко и часто приводит к излишнему сечению элементов. В связи с этим проволоку укрупняют в канаты или пучки. Канаты обычно изготовляют из 7 или 19 проволок одного диаметра (обозначение К-7 или К-19), навивая на центральную прямолинейную проволоку остальные в один или несколько слоев. Диаметр проволок канатов К-7 от 2….5 мм. В тяжело нагруженных элементах конструкции применяют спирально-витые многопрядевые канаты: двухпрядевые класса К2х7, трехпрядевые класса К3-м, многопрядевые Kн *m, где:
«м»- число проволок в пряди.
«n»- число прядей в канате.
Пучки состоят из параллельных высокопрочных проволок (14,18,24) или канатов. Пучки могут иметь по концам анкеры, а по длине обматываются мягкой проволокой.
Бетон для предварительного напряжения конструкций применяют обычной или повышенной марки.
Сцепление напряжений арматуры с бетоном. Самозаанкеривание арматуры. Анкерные устройства.
В предварительно напряженных конструкциях должно быть обеспечено надежное сцепление напрягаемой арматуры с бетоном. Если на какой-либо стадии изготовления предварительного напряжения конструкции надежное сцепление не может быть обеспечено, на концах напрягаемой арматуры необходимо устанавливать анкеры. Так, например, в конструкциях с натяжением на бетон установка анкеров обязательна во всех случаях, так как напрягаемая арматура, расположенная в каналах, не имеет сцепления с бетоном, пока не затвердеет раствор, инъецированный в каналы или заполняющий пазы. В конструкциях с натяжением на упоры при напрягаемой арматуре периодического профиля имеет место самозаанкеривание арматуры, обеспечивающее надежное сцепление арматуры с бетоном без применения анкеров.
Напрягаемая арматура из гладкой высокопрочной проволоки должна быть всегда снабжена анкером.
Типы анкеров разнообразные:
Это могут быть трубки, надетые на штыри и остающиеся в теле бетона. Стрежневая арматура анкеруется с помощью коротышей, приваренных шайб, гаек.
Предварительно – напряженный железобетон.Сущность предварительного натяжения
Конструирование и расчет элементов предварительно напряженных конструкций.
Технология натяжения арматуры на упоры
Современная методика строительства из напряженного бетона включает два варианта предварительного напряжения. Один из них предполагает натяжение изначальное, задаваемое арматуре до момента ее укладки в бетон. Второй – натяжение уже после формования опалубки и первичного отвердения бетона. Рассмотрим особенности натяжения арматуры первым способом, предусматривающим фиксацию на упорах.
Работы осуществляются в несколько этапов.
- Натяжение арматуры. Осуществляется механическим или электротермическим способом, предусматривающим закрепление концов армирующего полотна на стендах или предназначенной для этого форме. С помощью домкрата или путем разогрева и вытяжения армирующего конструктива достигают необходимого напряжения.
- Бетонирование. Осуществляют по стандартной технологии. Проводится заливка, распределение бетона, в течение установленного регламентом срока ожидается набор бетоном прочности.
- Спуск арматуры с упоров. Осуществляется по набору раствором нормированной прочности. На данном этапе предварительно напряженная арматура укорачивается, это приводит к обжиманию бетонного конструктива, максимально повышает интенсивность сцепления поверхностей армирующего каркаса и бетонной смеси.
Технология получила широкое распространение в строительной отрасли. Благодаря ее простоте и прогнозируемому результату она применяется в подавляющем большинстве техник производства мелкоштучного бетона, а при изготовлении сборных конструкций доля технологии напряжения на упоры достигает девяноста процентов.
Среди преимуществ технологии отмечают ее малую затратность, высокую скорость выполнения работ. По сути, технологический цикл не превышает длительности отвердения стандартного железобетона. Это позволяет адаптировать его требованиям различных поточных конструкций.
К недостаткам данного способа относят ограничения по форме конструкций, так как он позволяет изготавливать исключительно прямолинейные элементы. Важно предусматривать наличие дополнительных креплений, в том числе анкерных. При их отсутствии возможно укорачивание армирующего каркаса настолько, что концевые участки блока остаются вообще без него, соответственно, подвержены разрушению в большей мере.
Читайте также: