Напряженная и напрягаемая арматура в плитах: расчет, ГОСТ, анкеровка
Известно, что бетон прекрасно выдерживает сжимающие нагрузки, но разрушается уже при 10 % значений подобных нагрузок, действующих на растяжение. Именно для усиления способности противостоять растяжению бетон в плитах армируют каркасом со стальными рифлёными стержнями.
Для чего требуется предварительно напряжённое армирование
Арматура в изделиях может быть ненапрягаемой и напрягаемой. Первый вид выполняет функцию пассивного армирования — оно не работает, пока плита не изогнётся от собственного веса или от воздействия поперечной нагрузки. Только в этот момент нижние армирующие стержни будут противодействовать растяжению, но бетон уже получит свою долю растяжения и отреагирует сетью мелких трещин.
Чтобы избежать их появления и повысить прочность плиты при воздействии изгибающих нагрузок, армирующие конструкции при изготовлении бетонных плит предварительно напрягают. Железобетон с напряжённой арматурой находится постоянно в активном состоянии.
Силы напряжения, сжимающие плиту в осевом направлении, компенсируют эксплуатационные силы, вызванные собственным весом и нагрузкой. Растрескивания в напряжённой плите практически не происходят, она способна выдерживать более высокие, чем ненапряжённая плита, нагрузки. Кроме того, напряжённую плиту делают тоньше (140 мм вместо 170), что снижает расход бетона.
Натяжение напрягаемой арматуры
При изготовлении плит (дорожных, перекрытия, аэродромных) применяют метод, называемый натяжение на упоры. Он заключается в том, что арматурные стержни, уложенные в форму до заливки бетона, подвергают растяжению. Его осуществляют двумя способами:
- механическим;
- электротермическим;
- комбинированным, сочетающим оба предыдущих.
При механическом способе стержни анкеруют и растягивают гидравлическими домкратами. Заливают в форму бетон, уплотняют его и выдерживают до набора 70 %-й прочности. Затем зажимы снимают, и сила натяжения стержней через анкеры и рифление передаётся на бетон.
Изделие становится плитой с предварительно напряжённой арматурой.
Электротермический способ заключается в пропускании через стержни тока большой силы. От его действия они разогреваются и удлиняются по оси. В этот момент заливают бетон. После его схватывания и упрочнения ток выключают, стержни остывают, но укорачиваться им мешает сцепление с бетоном, поэтому арматура напрягается.
Анкеровка напряжённой арматуры
Анкеровку или установку на стержни анкерных элементов выполняют с помощью:
- опрессованных в холодном состоянии шайб;
- высаженных головок, получаемых разогревом и расплющиванием концов стержней;
- привариваемых цилиндрических коротышей;
- спиралей из проволоки;
- инвентарных зажимов.
Требования к предварительно напряжённой арматуре
Для изготовления напряжённых железобетонных конструкций применяют специальные виды арматурной стали, обладающие высокими значениями рабочих напряжений (от 5000 до 7200 кгс/см²).
В перечень этих материалов входят арматурные стали:
- А600, А600С и Ат600С — 5400 кгс/см²;
- А800 и Ат800 — 6000 кгс/см²;
- А800 и Ат800 — 7200 кгс/см² и другие.
Классы стали на напрягаемую арматуру устанавливают нормативные документы, по которым выпускаются изделия, в частности, ГОСТ 25912-2015 и другие. Расчет напряженной арматуры производится при проектировании изделия. Отклонения замеряемых напряжений от проектных значений не должно превышать 10 %.
Железобетонные изделия с предварительно напрягаемой арматурой являются основными конструктивными элементами, аэродромов, многоэтажных и высотных зданий, и масштабных сооружений. Например, в нашем ассортименте любые плиты перекрытия доступны для вашего выбора.
Напряженный бетон
29 января 2014
6907
Оглавление: [скрыть]
- Требования к арматуре
- Необходимые качества
- Предварительное натяжение арматуры
- Последующее натяжение
Напряженный бетон — это современный набирающий популярность строительный материал.
Напряженный значительно лучше сопротивляется значительным напряжениям.
Он позволяет преодолеть один из основных недостатков обычного — неспособность сопротивления значительным напряжениям. Конструкции из данного материала имеют ряд преимуществ перед конструкциями из обычного:
- обладают меньшим прогибом;
- имеют повышенную трещиностойкость;
- позволяют перекрывать большие участки при том же сечении элемента.
Предварительно напряженный материал имеет ряд преимуществ:
• обладает меньшим прогибом;
• имеет повышенную стойкость к трещинам;
• при том же сечении перекрывает гораздо большие участки.
В обычном железобетоне связанный с арматурой раствор подвергается сильному растяжению, которое может привести к разрушению слоя в силу его чувствительности к растяжению. На поверхности могут образовываться трещины еще до того, как элемент будет подвергнут предельной нагрузке. Появление трещин чревато определенными неприятными последствиями.
При изготовлении данного материала прокладывают стальную арматуру, обладающую высокой прочностью при растяжении. Арматура натягивается при помощи специального устройства, затем укладывают смесь. После того как смесь начнет застывать, сила натяжения арматурного каркаса передается раствору, который оказывается сжатым. Данные манипуляции позволяют уменьшить или вовсе устранить растягивающее напряжение от нагрузки на конструкцию, так как та сила, которая в обычном железобетоне вызывала появление трещин на поверхности, в преднапряженном все лишь уменьшает сжатие, создаваемое напряженной арматурой.
Различают несколько основных способов натяжения арматуры:
- электротермомеханический — совмещение двух следующих способов;
- электротермический — осуществляется при помощи электротока, который повышает температуру арматуры и благодаря этому растягивается до определенного размера;
- механический — осуществляется при помощи домкратов (гидравлических или винтовых).
Как правило, преднапряженный элемент проектируют так, чтобы в процессе эксплуатации не подвергался растягивающему напряжению. Если такой элемент будет подвержен напряжению большему, чем среднее, но меньшему, чем предел текучести арматуры, то после снятия нагрузки он может практически полностью восстановиться, то есть трещины в нем исчезнут.
Требования к арматуре
Арматура для натяжения должна быть изготовлена из высокопрочной проволоки.
Арматура, используемая для создания с предварительным напряжением, должна обладать определенными характеристиками, которые позволят ей выдержать требуемые нагрузки. Стальная арматура должна быть способна выдержать высокое напряжение растяжения, то есть не вытягиваться при длительном напрягающем воздействии.
Если арматура не будет обладать этим свойством, то предварительное напряжение уменьшится, вследствие чего преднапряженный элемент будет обладать теми же свойствами, что и обычный. Таким образом, этот материал не сможет выдержать тех нагрузок, на которые он рассчитан.
Для изготовления необходимо использовать не обычную сталь, а высокопрочную проволоку, которая изготавливается специальным способом, позволяющим значительно снизить ее текучесть.
Вернуться к оглавлению
Необходимые качества
Схема натяжения арматуры:
1 — форма;
2 — арматура;
3- упоры.
Для получения наиболее высоких характеристик необходимо использовать тот, обладающий определенным набором свойств. Оптимальным решением станет применение высокопрочного раствора. Для его приготовления необходимо осуществлять контроль на протяжении всего процесса приготовления, чтобы исключить отклонения, которые могут привести к понижению его прочности.
Наиболее высокую прочность можно получить, используя жесткие и жирные смеси. Для укладки, как правило, применяют вибраторы.
Следует помнить о таких свойствах, как усадка из-за потери влаги и ползучесть под нагрузкой. Из-за этих свойств конструкция может сокращаться, из-за чего с течением времени с предварительно напряженным бетоном может произойти потеря его преимуществ перед обычным.
В начальный период эксплуатации потеря предварительного напряжения выше, чем в более поздний. В целом потеря напряжения может составить около 16%.
Вернуться к оглавлению
Предварительное натяжение арматуры
Для натяжения арматуры на производстве используются гидравлические упоры.
Метод, основанный на предварительном натяжении, заключается в том, что сначала прокладывают и натягивают арматуру, а после этого она обкладывается раствором. Натяжение сверхпрочной стальной армированной проволоки поддерживается до того момента, когда бетон станет достаточно прочным. После этого проволоку обрезают, а ее натяжение передается смеси из-за сцепления с ним. Благодаря этому бетон подвергается напряжению от сжатия, а производство на этом закончено.
Данный метод в основном не применяют для монолитных конструкций непосредственно на строительной площадке, основная область его применения — производство сборных элементов в промышленных условиях.
В заводских условиях наиболее эффективным способом производства предварительно напряженного бетона является так называемая система длинных линий. Применяя этот способ, армированную проволоку располагают между анкерными плитами, а затем натягивают. Поперечные стенки необходимо располагать на расстоянии, соответствующем планируемой длине изготавливаемых балок.
В процессе применения данного метода сила натяжения передается опалубке элемента.
Предварительное натяжение применяют для изготовления монолитных плит непосредственно на стройплощадке.
Применяя данный метод, лучше использовать индивидуальные формы. Это имеет следующие преимущества:
- появляется возможность варьировать размеры изделий;
- при штучном изготовлении, если арматура утратит напряжение, испортится только один элемент.
В процессе изготовления необходимо проводить проверку выбранных случайным образом изделий.
Вернуться к оглавлению
Последующее натяжение
Данный способ отличается от предыдущего тем, что в процессе его применения арматура защищается от сцепления специальной оболочкой или помещается уже после его застывания в специальные отверстия или углубления.
Арматурные элементы натягиваются на упоры, которые устанавливают на концах конструкции, а натяжение осуществляют непосредственно после застывания.
Для заливки применяют вибратор.
В применении данного метода есть свои особенности. Приложенную силу увеличивают до рассчитанной, а затем уменьшают до тех пор, пока она не достигнет нуля. Эту процедуру повторяют необходимое количество раз до того момента, пока не будет достигнуто нужное удлинение. Доведение арматуры до определенного удлинения, а не напряжения производится из-за того, что внутри конструкции происходит трение проволоки, которое уменьшает напряжение.
Данный метод имеет преимущества. А также не нужно учитывать возможность усадки, так как он уже затвердел.
Таким образом, напряженный железобетон — особый строительный материал, который объединят в себе положительные характеристики других материалов. Применение методов предварительного или последующего натяжения лишает рствор его основного недостатка — неспособности сопротивления натяжению.
Такой материал имеет широкий сектор применения. Преимущественно из него изготавливают междуэтажные перекрытия, колонны стен в зданиях (особенно в условиях сейсмической активности). Кроме того, он широко применяет в других областях.
Предварительно напряженный бетон против армированного цементобетона [Сравнительная таблица]
Что такое предварительно напряженный бетон?Предварительно напряженный бетон (PSC) представляет собой смесь бетона и предварительно напряженных высокопрочных арматурных элементов. В PSC внутреннее напряжение было введено в контролируемых условиях перед нагрузкой, чтобы улучшить сопротивление усадке бетона и избежать трещин при растяжении.
Проволока с высокой прочностью на растяжение используется в предварительно напряженном бетоне.
Что такое армированный цементобетон? Армированный цементобетон представляет собой смесь бетона и обычной арматуры из мягкой стали или деформированных стержней, которые могут противостоять различным типам нагрузок, таким как сжимающая, растягивающая и сдвигающая сила.
РКЦ имеет функциональную огнестойкость.
В RCC бетон воспринимает сжимающую нагрузку, а сталь – растягивающую. Сечение бетона со стороны растяжения и стали со стороны сжатия становится неэффективным. Хотя сталь на растянутой стороне воспринимает растягивающие нагрузки, в бетоне появятся небольшие трещины.
Поскольку в PSC применяется предварительное напряжение, и бетон, и сталь будут иметь эффективную несущую способность. Трещины, образовавшиеся из-за напряжения, также будут сведены к минимуму.
Разница между железобетоном и предварительно напряженным бетоном
| Армированный цементобетон | Предварительно напряженный бетон |
| Низкий предел усталости | Высокий предел усталости. (Усталость – количество циклов напряжения, приложенных к элементу ниже допустимого уровня, не вызывающих деформации.) |
| При отклонении деформируется сильнее, чем PSC | При прогибе Деформируется меньше (¼ уровня RCC) |
| Низкая стоимость материалов | Высокая стоимость материала |
| Используется мягкая сталь и деформированные стержни | Используются высокопрочные жилы. Напряжения изготавливают из высокопрочных сталей в виде однопроволочных или многопроволочных прядей. |
| В RCC 9 не возникает внутренних напряжений0036 | Внутреннее напряжение возникло перед нагрузкой |
| Будут видны трещины при растяжении | Отсутствие трещин при растяжении |
| Постоянная нагрузка RCC выше, чем у PSC | Постоянная нагрузка PSC меньше по сравнению с RCC |
| Контроль качества не требуется | Требуется хороший контроль качества и квалифицированная рабочая сила |
| Никаких специальных методов не требуется | Для фиксации сухожилий и приложения давления требуется специальная техника. |
| В железобетонных элементах бетон растянутой зоны (нижний) наоборот неэффективен. | Все стороны предварительно напряженного бетона эффективны с точки зрения обработки нагрузки. |
| Требуется усиление на сдвиг | Напряжению при сдвиге противостоят сухожилия. |
| Не требуется высокопрочный бетон | Необходим высокопрочный бетон |
| RCC предпочтительнее, когда собственный вес важнее, чем прочность | PSC предпочтительнее при больших нагрузках и больших пролетах |
| Нет возможности проверить сталь | Проверка стали может быть проведена перед ее размещением |
| Возможна коррозия стали в RCC | Поскольку трещины в бетоне сведены к минимуму, коррозия стали в PSC | незначительна.
| Используется в строительстве | Используется в железнодорожных шпалах, мостах, гравитационных плотинах |
| Менее хрупкий | Более хрупкий |
Happy Learning 🙂
Допустимые растягивающие напряжения в предварительно напряженной арматуре
// ФРАГМЕНТ КОДА
Требования строительных норм и правил к конструкционному бетону штата Иллинойс > 20.3.2 Расчетные свойства > 20.
3.2.5 Допустимые растягивающие напряжения в предварительно напряженной арматуре
Перейдите в главу
Связанные кодексы
20.3.2.5. не должны превышать пределы, указанные в таблице 20.3.2.5.1. Таблица 20.3.2.5.1 — Максимально допустимые растяжение …
Требования строительных норм и правил для конструкционного бетона штата Иллинойс > 20 Свойства стальной арматуры, долговечность и закладные детали > 20.3 Предварительно напряженные пряди, проволоки и стержни > 20.3.2 Свойства проектирования > 20.3.2.5 Допустимые растягивающие напряжения в предварительно напряженной арматуре
20.3.2 арматура не должна превышать пределы, указанные в таблице 20.3.2.5.1. Таблица 20.3.2.5.1 — Максимальное допустимое растяжение …
Строительные нормы и правила для конструкционного бетона штата Иллинойс > 20 Свойства стальной арматуры, долговечность и закладные детали > 20.
3 Предварительно напряженные пряди, проволоки и стержни > 20.3.2 Расчетные свойства > 20.3.2.5 Допустимые растягивающие напряжения в Предварительно напряженная арматура
20.3 Свойства стальной арматуры, долговечность и закладные детали, предварительно напряженные пряди, проволока и стержни
в таблице 20.3.2.5.1. Таблица 20.3.2.5.1 — Максимум Допустимый Распроизводство напряжения в Предварительно напряженные Усиление …
Строительный кодекс для структурного бетона Иллинойс> 20 Стальных владений, Durability, Durability, Duress. 24.5.3.2 Работоспособность,
из предварительное напряжение , без дополнительной наклеенной арматуры в растянутой зоне Расположение Бетон растяжение …
Строительные нормы и правила для конструкционного бетона штата Иллинойс > 24 Пригодность к эксплуатации > 24.5 Допустимые напряжения в предварительно напряженных бетонных элементах на изгиб > 24.