Технология преднапряжения канатной арматуры

Суть технологии преднапряжения с натяжением на бетон в построечных условиях (постнапряжение) заключается в том, что напрягаемая арматура натягивается после бетонирования и набора бетоном достаточной прочности. В результате напрягаемая арматура (канат) лучше воспринимает нагрузки, которые оказывают на нее внешние силы в течение всего срока службы сооружения.

Компания Энерпром осуществляет поставки оборудования для преднапряжения железобетона на строительные объекты. Кроме этого мы оказываем техническую и информационную поддержку на всех стадиях работ — начиная от получения проекта и заканчивая сдачей объекта.

Порядок преднапряжения железобетона

Суть метода в том, что между верхней и нижней арматурной сеткой в будущем перекрытии прокладываются стальные канаты. Их размещают с переменной высотой размещения в зависимости от зоны возникновения напряжения растяжения.

Канаты проталкиваются в каналообразователь (пластиковую оболочку) при помощи проталкивателя каната, чтобы исключить сцепление бетона с канатом. После набора бетоном 70-75% от необходимой прочности канаты подвергаются напряжению и анкеруются. Напряжение производится при помощи гидравлических домкратов-натяжителей.

Домкрат закрепляют напротив одного из, размещенных в бетонной конструкции, анкеров каната (активный анкер) и натягивают канат с определенной силой с помощью маслостанции. В результате происходит передача нагрузки изгиба от бетона на канаты. Метод основан на свойственных бетону особенностях – становиться более устойчивым к разрушению при сжатии.

Преднапряженное армирование

Как известно, бетон очень устойчив к силам сжатия и неустойчив к силам растяжения (прочность бетона при растяжении составляет приблизительно 10% от прочности растяжения). Традиционые железобетонные конструкции перекрытия (плита, балка) при воздействии нагрузки приобретают определенный изгиб, в результате нижняя часть (зона растяжения) поперечного сечения приобретает удлинение. Даже незначительное удлинение достаточно для появления трещин. Стальная арматура, которая обычно размещается в зоне растяжения, чтобы ограничить ширину трещин и взять на себя напряжение растяжения, работает как «пассивное» армирование — она не воспринимает воздействие сил (не включается в общую работу конструкции) до момента, когда бетонная конструкция приобретает изгиб, достаточный для образования трещин.

В случае с постнапряженной железобетонной конструкцией ее армирование работает, как «активное» армирование. Так как канаты подвергнуты напряжению, армирование эффективно (включается в общую работу конструкции), даже если трещины в бетоне не появились. Таким образом, постнапряженные железобетонные конструкции при полной нагрузке могут быть запроектированы с минимальным изгибом и образованием трещин.

Существует два типа систем постнапряженного армирования: несвязанные и связанные.

Несвязанная система постнапряженного армирования

В несвязанной системе постнапряженного армирования канаты с бетоном не находятся в прямой связи. Самые распространенные несвязанные системы постнапряженного армирования – это системы типа одного каната, которые используются для балок и плит перекрытия зданий, для многоэтажных автостоянок и плит на грунте. Элемент системы армирования типа одного каната состоит из семи проволок, покрытых антикоррозийной смазкой и помещенных в пластиковую оболочку и анкеровки, состоящей из литого металлического элемента (анкера) и конического трехлепесткового клина – для заклинивания каната.

Для анкерования каната используются два анкера (на каждом конце по одному), которые передают силу сжатия на конструкцию. Один из анкеров выполняет функцию пассивного анкера, второй — функцию активного анкера. Через активный анкер выполняется растяжение каната, в свою очередь, пассивный анкер обеспечивает анкерование на другом конце каната. В случае длинного элемента системы армирования типа одного каната по длине могут быть введены промежуточные анкеры.

Связанная система постнапряженного армирования

В связанной системе постнапряженного армирования канаты в пластиковой или металлической оболочке расположены два или более каната. Эти канаты подвержены напряжению большими многоарматурными гидравлическими домкратами и заанкерованы в соответствующих анкерах. После выполнения напряжения оболочка каната заполняется цементным раствором, который обеспечивает антикоррозийную защиту, а также связывает канат с бетоном расположенным вокруг оболочки. Связанные системы армирования используются для мостов, вантовых мостов. На стройках эти системы обычно используются только для очень сильно нагруженных балок.

Технология преднапряжения бетона

Одной их новейших технологий строительства из железобетона является его преднапряжение. Она предполагает соответствующее воздействие на несущую арматуру, которая передает его в дальнейшем бетону. По мнению специалистов, эта технология многократно более эффективна, чем традиционные техники строительства. Но назвать ее исключительно современной нельзя.

Во-первых, потому что технологией преднапряжения бетона пользовались в глубокой древности. Одним из ярких объектов, выстроенных с ее помощью и сохранившимся до наших дней, является древнеримский театр Колизей. Это кажется невероятным, но тысячи лет назад древние римляне знали об особенностях контакта бетона с арматурой. И о том, что определенное воздействие на нее обеспечивает повышение прочности железобетонной конструкции. В чем же заключается это воздействие?

Производство напряженного бетона осуществляется с целью повышения способности классического материала сопротивляться растягивающему напряжению. Достигается этот эффект несколькими способами, однако суть у каждого из них одна. Арматура, в качестве которой выступает металлическая проволока или более прочный металлический шнур, подвергается натяжению. В таком состоянии она пребывает в период, когда происходит заполнение формы железобетонной конструкции строительным раствором. После отвердения бетона напряжение снимают, что обеспечивает переход высвобожденной силы натяжения от стального элемента к бетонному. По сути, бетон оказывается сжатым, что формирует его уплотненную структуру.

В процессе эксплуатации такой материал демонстрирует более высокие показатели устойчивости к внешнему воздействию, чем обычный бетон. Он способен нивелировать воздействие растягивающего напряжения, которое компенсируется внутренним сжатием. Такой конструктив в меньшей степени подвержен прогибу, устойчив к возникновению трещин. Его преимуществом также является меньший вес за счет применения меньшего объема арматуры. При этом по степени прочности он не уступает традиционным конструкциям, и даже более предпочтителен для ряда сооружений. К таким относятся объекты с большими пролетами из железобетона, в том числе тоннели, мосты, здания.

Рейтинг (4.5 из 5, голосов 2)

Спасибо, Ваш голос учтен!

Напряженное армирование

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

Напряженное армирование

В конструкциях, работающих на изгиб (плиты, балки, прогоны и т.п.) под действием нагрузки и собственного веса появляются растягивающие напряжения. Для их восприятия в растягиваемой зоне приходится размещать большое количество арматуры. Несмотря на это и обеспечение для арматурных элементов y, в зонах максимального момента могут наблюдаться трещины.

С целью повышения трещиностойкости и несущей способности железобетонных конструкций, а также более полного использования механических свойств арматурной стали и сокращения ее расхода используют предварительное напряжение арматуры.

Предварительно напряженными называются такие железобетонные конструкции, в которых в предполагаемых зонах растяжения до приложения эксплуатационных нагрузок искусственно создается внутреннее напряженное состояние, выражающееся в обжатии бетона и растяжении арматуры. Прежде чем бетон в конструкции начнет работать на растяжение, в нем должно быть погашено предварительно созданное сжатие.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции обладают многими преимуществами по сравнению с обычными железобетонными конструкциями. Их эксплуатационные качества выше, так как благодаря трещиноустойчивости увеличиваются жесткость и долговечность, повышается водонепроницаемость.

В предварительно напряженных железобетонных конструкциях эффективно используются высокопрочные материалы, что дает экономию стали до 40%, позволяет уменьшить размеры поперечного сечения элементов конструкций на 20 – 30% , сократить транспортные затраты.

Следует отметить целесообразность применения в ряде случаев бетонов низких марок, так как предварительное напряжение сближает деформативные свойства высокопрочной арматуры и бетона и обеспечивает их совместную работу во всех стадиях загружения.

При производстве предварительно напряженных элементов необходимы такие технологические процессы, которые позволяют не затрачивать излишний материал в элементах из-за условий работы конструкций в доэксплуатационный период. Для конструкций, намеченных к изготовлению, должны быть обеспечены рациональные способы производства, транспортирования и сборки, чтобы в этих стадиях, до того как конструкция включена окончательно в состав здания или сооружения, она не находилась в условиях более тяжелых, чем под последующей эксплуатационной нагрузкой.

Во всех случаях изготовления предварительно напряженных элементов натяжение арматуры производится одним из следующих методов.

Предварительное обжатие. Арматура укладывается и натягивается (на упоры) до укладки бетона. Контроль напряжений в арматуре осуществляется в данном случае до обжатия бетона.

Последующее обжатие. Арматура укладывается в формы до укладки бетона или в каналы элементов в процессе изготовления конструкции, но натягивается (на бетон) после набора бетоном достаточной прочности, для того чтобы передать на него усилия обжатия, создаваемые натяжными устройствами. Контроль натяжения в арматуре в этом случае производится в процессе обжатия бетона.

— 1 —

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

В соответствии с принятыми методами напряженного армирования железобетонных конструкций арматура, применяемая в них, соответственно называется «с предварительным натяжением» и «с последующим натяжением». Для изготовления большинства типов конструкций применяется арматура с предварительным или последующим натяжением. Только в составных конструкциях могут применяться оба вида напряженной арматуры, из которых предварительно напряженная арматура используется при изготовлении отдельных элементов, а арматура с последующим напряжением применяется при сборке конструкции из этих элементов.

При изготовлении железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой, когда бетонирование производится после натяжения арматуры, должно быть обеспечено начальное сцепление арматуры с бетоном, и контроль натяжения арматуры

должен производиться до обжатия бетона.

В случае применения последующего натяжения после твердения бетона отсутствует сцепление с бетоном арматуры, расположенной внутри или снаружи элемента, контроль натяжения арматуры в этом случае производится после обжатия бетона.

Сцепление между арматурой и бетоном восстанавливается последующим обетонированием арматуры элемента после натяжения арматуры.

По способам анкеровки предварительно напряженная арматура делится на следующие виды:

а) неанкерованная из холоднотянутой высокопрочной проволоки, горячекатаной, холоднотянутой или низколегированной стали периодического профиля;

б) непрерывно навиваемая из холоднотянутой высокопрочной проволоки с закреплением концов.

Арматура с последующим натяжением из одиночных стержней постоянного сечения, пучка проволок из холоднотянутой или низколегированной стали всегда бывает анкерованной.

Способы натяжения арматуры — механический, электротермический и электротермомеханический. Арматурные работы при натяжении состоят из заготовки напрягаемой арматуры и арматурных элементов, соединения, укладки и натяжения арматуры.

ЗАГОТОВКА И СОЕДИНЕНИЕ НАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРЫ.

Для напрягаемой арматуры длиной до 12м используют стержни из горячекатаной стали классов A-600, А-800, А-1000 (А-IV, A-V, A-VI), сталь, упрочненную вытяжкой класса А-400в, термически упрочненную сталь классов Ат-600 и Ат-800, а также высокопрочную проволоку классов В-II, Вр-II и стальные канаты класса К-7 и К-19. При длине напрягаемой арматуры более 12 м применяют горячекатаную и термомеханически упрочненную арматуру классов А-600, А-800, А-1000, Ат-600с и А-400в, высокопрочную проволоку и канаты, такие же как и для напрягаемой арматуры длиной до 12м. Стержни из стали класса А-400в получают путем предварительного упрочнения вытяжкой арматуры класса А-400. Упрочнение вытяжкой ведут до величин, соответствующих контролируемым удлинению и напряжению. Для контроля упрочнения вытяжкой от каждой партии стержней отбирают по два образца для испытания на растяжение.

Заготовка арматуры включает соединение стержней в «плеть» длиной до 24 м. На концах таких заготовок высаживают анкерные головки (рис.1, 6), а затем производят упрочнение вытяжкой (рис.2). Подготавливают арматурные заготовки на специальных полуавтоматических линиях, оснащенных машинами для стыковой сварки или обжатия обоймы, станком для резки арматуры, стендом для упрочнения механической вытяжкой (рис.2), гидравлическим домкратом и другим оборудованием. Производительность таких полуавтоматических линий до 7 т арматуры в смену. Линии оборудуют системами пнев-

— 2 —

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

матики и автоматики, обеспечивающими работу в автоматическом и ручном режимах. Обслуживают линию двое — сварщик и оператор.

Рисунок 1. Машина для высадки анкеров СМЖ-128Б

Рисунок 2. Установка для удлинения арматурных стержней СМЖ-129Б

Соединять стержни можно различными способами в зависимости от класса стали и диаметра стержня. Так, стержни из стали A-600 и A-800, которые в последующем будут подвергаться упрочнению вытяжкой, соединяют с помощью стыковой контактной сварки. Для стыковки стержней из трудносвариваемой стали классов Ат-600, Aт800 Aт-1000 применяют впрессованные соединительные обоймы (муфты, гильзы) (рис.3а, 4). Соединяют арматурные канаты с помощью опрессованной гильзы (рис.3б), но они могут соединяться и внахлестку, по всей длине которой плотным рядом накладываются витки вязальной проволоки (рис.3в). Соединять арматурную проволоку можно с помощью муфты и пробки. Такое соединение обеспечивает соосный равнопрочный стык (рис.5).

Рисунок 3. Стыкование арматурных элементов. а — стержневой арматуры с помощью опрессованной муфты; б — арматурных канатов прядей с о прессовкой гильзой; в — нахлесточное, арматурных канатов, прядей с обмоткой вязальной проволокой; 1— муфта; 2 — стержень; 3 — гильза; 4 — канат, прядь; 5 — обмотка проволокой

— 3 —

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

Рисунок 4. Соединение арматурных стержней путем обжатия муфтой. Арматура, предназначенная для напряжения, также, как и ненапрягаемая, подвер-

гается предварительной обработке, которая включает чистку, правку, сварку в «плеть» и резку. Кроме того, напрягаемая арматура подвергается дополнительной обработке или обустройству. Это — высадка и устройство анкерных головок. Высадка головок арматурных стержней производится, например, на установке СМЖ-128Б (рис.1). Кроме силовой высадки головок концов стержней и проволочной арматуры можно использовать и другие способы анкеровки арматуры. Различные анкерные устройства на концах арматурных изделий показаны на рисунке 6.

Рисунок 5. Соосный равнопрочный стык. 1 — проволоки; 2 — пробка; 3 — муфта; 4 — насаженные головки.

Рисунок 6. Анкерные устройства на концах арматурных изделий. а — с приваренными коротышами: б — с приваренной петлей; в — с приваренной пластиной; г — с высаженной головкой на стержне; д, е — с высаженными головками на высокопрочной проволоке; ж — с напрессованной и обжатой втулкой на стержне; з — с напрессованной трубкой на канате, пряди; 1— канат, прядь с трубкой в сборе; 2 — заготовка трубки.

— 4 —

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

Более сложными в изготовлении и по конструкций являются анкерные элементы для арматуры из трудносвариваемых или несвариваемых сталей, а также для натяжения нескольких прядей одновременно. Так, на стендовых или агрегатно-поточных технологических линиях с использованием высокопрочной термоустойчивой проволоки диаметром 3—8 мм применяют унифицированные напрягаемые арматурные элементы (УНАЭ), например. конструкции ЦНИИОМТП с прорезной или дырчатой колодкой (рис. 7).

Сложными в изготовлении и по конструкции являются анкерные элементы для арматуры из трудносвариваемых или несвариваемых сталей, а так же для натяжения нескольких прядей одновременно. Так, на стендовых или агрегатно-поточных технологических линиях с использованием высокопрочной термоустойчивой проволоки диаметром 3—8 мм применяют унифицированные напрягаемые арматурные элементы с прорезной или дырчатой колодкой (рис.7). Предварительно проволоку устанавливают по размерам (длине). В анкерных колодках арматуру закрепляют путем высаживания головок на концах проволоки. В зависимости от числа проволок, закрепленных в колодке, эти арматурные элементы унифицируют по маркам. Для холодной высадки головок арматурной проволоки применяют станки СМЖ-155 или СМЖ-311. При натяжении арматуры на упоры форм и на бетон используют различные анкерные устройства в зависимости от диаметра и вида арматуры (Таблица 1).

Рисунок 7. Унифицированные напрягаемые арматурные элементы. а — с дырчатой анкерной колодкой; б — с прорезной анкерной колодкой; 1

— анкерная колодка; 2 — высокопрочная проволока; 3 — спиральный хомут; 4 — высаженные головки.

Таблица 1

Тип зажима	Эскиз	Арматура	Назначение
	Для стержневой арматуры
		Периодического про-	При натяжении арматуры
ЦНИИЛ-3		филя диаметром 12 —
			на упоры форм
		40 мм
ВНИИСтройнефти		То же, диаметром, 12	То же
		—18 мм
Завода «Баррика-		То же, диаметром 16	То же
да»		—18 мм
		— 5 —

Технология строительных процессов				Лекция 7.3.1
		Для проволочной арматуры
Клиновой одиноч-			Высокопрочная прово-	При натяжении на упоры
			лока гладкая и перио-
ный				форм и стендов
			дического профиля
Стержневой груп-			Высокопрочная прово-	При натяжении на упоры
			лока гладкая и перио-
повой				стендов
			дического профиля
				Для автоматического за-
НИИЖБ			Высокопрочная прово-	крепления арматуры при
			лока или прядь	непрерывном армирова-
				нии
Для пучковой ар-			То же	При натяжении на бетон
матуры

УКЛАДКА И НАТЯЖЕНИЕ АРМАТУРЫ

Существуют два основных способа укладки арматуры в формы, стенды или готовые конструкции, где она в дальнейшем натягивается, а именно: линейный и непрерывный.

Л и н е й н о й укладкой арматуры называют укладку стержней или проволоки конечной длины в устройство для натяжения арматуры.

Одиночные стержни обычно укладываются в формы или стенды и закрепляются в зажимах для одного стержня. Группы стержней или проволок предварительно объединяются в пакеты, в которых концы арматуры закреплены в одном зажимном устройстве для пакета или пучка, пригодного для транспортирования, установки их в предварительно подготовленные каналы железобетонных конструкций или защитные металлические трубки.

Натяжение арматуры в виде одиночных стержней, пучков или пакетов проволоки производится гидродомкратами (рис. 13) разных типов.

Н е п р е р ы в н а я укладка заключается в навивке проволоки с предварительным или окончательным натяжением на штыри или контуры, установленные на поддонах или стендах, в зависимости от схемы расположения арматуры в изделии.

Навивка и натяжение арматуры производится специальными машинами.

При всех способах укладки и методах натяжения арматуры отклонения от заданного контрольного напряжения не должны быть больше 5%.

Для производства изделий небольшой длины (до 12 м) широко применяется способ предварительного натяжения арматуры. Изготовление таких деталей производится на стендах или в формах заводским способом. В ряде случаев при применении этого способа изготавливаются конструкции большей длины.

— 6 —

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

Способ последующего натяжения арматуры целесообразен, эффективен и применяется для изготовления конструкций длиной свыше 12 м. При этом способе успешно изготавливаются составные конструкции, собираемые на месте строительства из блоков.

Л и н е й н а я у к л а д к а и н а т я ж е н и е а р м а т у р ы .

При изготовлении конструкций в формах в основном применяется арматура в виде отдельных стержней. Однако в некоторых случаях при изготовлении конструкций в формах используется арматура в виде пакета или пучка.

Процесс укладки и натяжения арматуры в виде отдельных стержней заключается в том, что предварительно очищенные и выправленные арматурные стержни устанавливаются в зажимы, расположенные на оснастке формы; после их натяжения эти же зажимы закрепляют арматуру на форме, и в таком виде форма следует по всему остальному циклу производства напряженно-армированных конструкций. Перед снятием готового изделия зажимы разбираются, освобождая стержни напряженной арматуры. При этом происходит обжатие железобетонного элемента.

Рисунок 8. Схемы стендов для изготовления предварительно напряженных конструкций: А — схема стенда пакетного; Б — схема стенда протяжного.

Вслучае применения пакета проволок процесс изготовления деталей остается неизменным и отличается тем что после натяжения пакета проволок закрепление его производится установкой металлических прокладок между оснасткой формы и корпусом зажима, объединяющего ряд стержней в один пакет или пучок.

Широкое применение получил способ производства железобетонных конструкций на стендах. Различают два типа – пакетные и протяжные стенды (Рис.8). Принципиальное отличие схем этих стендов заключается в способе заготовки пакета проволок и транспортирования его к формовочной площадке стенда.

Впакетных стендах проволока с бухт 9 поступает на конвейер протаскивания 8, где она отрезается на необходимую длину, а затем закрепляется в зажиме 3, образуя пакет 2 проволок. Подготовленные пакеты с конвейера протаскивания транспортируются на формовочную площадку 1 к упорам 4 стенда, где пакет с зажимами закрепляется в упорном 6

инатяжном 5 устройствах стенда. Натяжение арматуры производится гидродомкратом 7.

Впротяжном стенде бухты с проволокой устанавливаются на тележке 9, перемещающейся от одного стенда к другому. Число бухт соответствует числу проволок в изделии. Кроме того, на стенде имеется специальная тележка 8 для протягивания пакета проволоки вдоль формовочной площадки 1 стенда в процессе его образования. После закреп-

-7 —

Технология строительных процессов Лекция 7.3.1

ления одного конца всех проволок в зажим 3 и закрепления зажима на тележке производится протяжка пакета вдоль стенда на длину его рабочей части. Проволока протягивается при движении тележки из одного конца стенда в другой. Когда тележка находится во втором крайнем положении, устанавливается второй зажим, и пакет отрезается от проволок, идущих из бухт.

Пакет устанавливается в натяжное 5 и упорное 6 приспособления, установленные в конструкциях 4, после чего производится его натяжение гидродомкратом 7. Существуют схемы протяжных стендов, когда несколько раз протягивают четыре проволоки, обеспечивая необходимое число проволок для изделия. Натягиваются последовательно также только четыре проволоки.

Для обеспечения равномерного натяжения в проволоках пакета в пределах допустимых отклонений необходимо иметь надежно работающие зажимы, не допускающие проскальзывания и перекусывания отдельных проволок пакета.

Н е п р е р ы в н а я н а в и в к а и н а т я ж е н и е а р м а т у р ы Непрерывная навивка арматуры производится так же на формах или стендах.

На формах, предназначенных для навивки непрерывной арматуры, установлены штыри или контур с откидными щеками для навивки на них арматуры по заданной схеме.

Форма со штырями (рис.9) предназначена для изготовления плоских конструкций, состоит из поддона 1, бортовой оснастки 2, штырей 3, на которые навивается напряженная арматура 4 .

Рисунок 9. Форма со штырями для непрерывной навивки предварительно напряженной арматуры.

Форма с контуром (рис.10) предназначена для изготовления балочных конструкций, состоит из поддона 1, стержня контура 2 и откидных щек 3.

— 8 —

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

Рисунок 10. Форма с контуром для непрерывной навивки напряженной арматуры.

Непрерывная навивка арматуры на штыри или контуры форм производится специальными машинами. Стенды, на которых изготавливают конструкции с непрерывной навивкой арматуры, также оборудуются системой штырей для работы по заданной схеме.

Навивка напряженной арматуры на стендах до настоящего времени широкого распространения не получила.

Штырь для навивки напряженной арматуры (рис.11) представляет собой стакан 3 , в который установлен стержень, с одной стороны заканчивающийся конической частью 2, на которую навивается арматура б, и с другой стороны заканчивающийся Т-образной головкой 4.

Рисунок 11. Схема штыря.

— 9 —

Технология строительных процессов

Лекция 7.3.1

Головка штыря по отношению к зеркалу поддона 1 занимает два положения: верхнее — когда производится навивка арматуры и нижнее — когда после твердения коническая часть штыря извлечена из затвердевшего изделия.

Нижнее и верхнее положения штыря фиксируются пальцем 5 , установленным в стержне штыря. Стакан cо штырем устанавливается в форме и укрепляется гайкой 7.

Навивка напряженной арматуры на формы со штырями производится в такой последовательности. Свободный конец проволоки закрепляется на одном из штырей, после чего производится навивка арматуры по заданной программе. Закончив навивку, закрепляют второй конец арматуры. После твердения штыри удаляются из изделия специальными выпрессовщиками. При этом происходит передача напряжения с арматуры на бетон.

Рисунок 12. Схема контура с откидными щеками для навивки напряженной арматуры

Ригели изготовляются на поддоне 1 со специальным контуром 2 (рис. 12), по концам которого установлены откидные щеки 3 , обеспечивающие одновременную навивку арматуры на два ригеля.

Перед навивкой арматуры откидные щеки находятся в верхнем положении и свободный конец проволоки закреплен на стержне контура.

После навивки первого ряда арматуры сбрасывают по одной щеке с каждой стороны контура и навивают на второй ряд арматуры, и так далее, до окончания навивки с заданным числом рядов арматуры и с определенным количеством проволоки в каждом ряду.

Закрепив второй конец, проволоку обрезают, и поддон с контуром проходит по необходимым формовочным постам и направляется в камеру твердения.

После твердения изделия производят обрезку арматуры, выходящей за пределы бортовой оснастки, и готовое изделие снимают с поддона.

А р м а т у р а п о с л е д у ю щ е г о н а т я ж е н и я Для последующего натяжения арматура подготавливается в виде стержней или

пучков, конструкция которых соответствует применяемым анкерным устройствам в изделиях и оборудованию, применяемому для натяжения.

Существуют два способа последующего натяжения арматуры. Первый — когда сцепление арматуры с бетоном после его твердения не восстанавливается и второй — когда это сцепление восстанавливается последующим обетонированием арматуры. В изделиях, где не восстанавливается сцепление арматуры с бетоном, применяется арматура в виде отдельных стержней.

Процесс укладки и натяжения такой арматуры происходит так. Арматурный стержень, предварительно смазанный битумом, укладывают в форму, после чего производятся укладка, уплотнение, отделка и происходит твердение бетона. После снятия затвердевшего изделия натягивают и закрепляют арматуру. Слой битума предохраняет арматуру от сцепления с бетоном во время формования изделия.

Производство изделий с напряженной арматурой при обязательном восстановлении сцепления между бетоном и арматурой развивается по двум направлениям. Первое —

— 10 —

Предварительно напряженные ЖБИ — Стройкомплект

Главная / Статьи / Предварительно напряженные ЖБИ

Железобетон предварительно напряжённый — разновидность железобетона, в котором предварительно в процессе изготовления или возведения искусственно создаются напряжения сжатия в бетоне всего сечения конструкции или её части при растяжении всей или части арматуры. Железобетон предварительно напряжённый применяют для снижения расхода стали путём эффективного использования арматуры повышенной и высокой прочности, увеличения сопротивления сечений элементов конструкций образованию трещин обеспечения раскрытия трещин в заданных пределах, повышения жесткости и уменьшения деформации конструкций, подвергаемых воздействию многократного нагружения, и снижения их массы за счет применения бетонов высокой прочности.

1. ЖБИ с обычным армированием и предварительно напряженные
2. Технология производства предварительно напряженных ЖБИ
3. Классификация предварительно напряжённых ЖБИ
4. Практическое применение предварительно напряженных ЖБИ

ЖБИ с обычным армированием и предварительно напряженные

Все железобетонные изделия подразделяются, в зависимости от способа армирования, на изделия или конструкции с обычным армированием и предварительно напряженные.

При обычном армировании происходит значительное усиление бетона за счет использования металлической арматуры, сеток, стержней. Бетон обладает высокой прочностью на сжатие, но низкой прочностью на растяжение, в ЖБИ эту функцию несет металл. Однако при обычном армировании, бетон, чья растяжимость в 5-6 раз ниже, чем у металла, не защищен от образования трещин при нагрузках на растяжение, если изделие используется при строительстве элементов, подверженных изгибу. В дальнейшем в образовавшиеся трещины может попадать влага, что приведет к коррозии арматурного каркаса и разрушению бетона. Также трещин увеличивают прогиб железобетонного элемента.

Для получения изделий с повышенной устойчивостью к растяжению и, как следствие, образованию трещин и прогибов, используют технологию предварительного сжатия бетона за счет растяжения арматуры. Трещины в таком бетоне могут появиться только в том случае, если действие растяжения превысит значение предварительного сжатия.

Технология производства предварительно напряженных ЖБИ

В 1886 году П.Джексон (США) получил патент на конструкцию сводчатых железобетонных перекрытий, при изготовлении которых арматурные стержни натягивались на опалубку до укладки бетонной смеси и отпускались после приобретения бетоном требуемой прочности. В 1888 году В.Деринг (Германия) предложил способ натяжения арматуры плит до приложения нагрузки. Эти и последующие предложения в начале XX века не нашли применения, так как небольшая величина натяжения арматуры не позволяла выявить положительное влияние предварительного напряжения.

В 1950-х гг. в нашей стране и США началось изготовление и применение сборных крупноразмерных предварительно напряжённых балочных и плитных конструкций. В настоящее время предварительно напряжённые ЖБИ получили широкое развитие в мировой практике.

 

Существует два способа предварительного напряжения арматуры:

• На упоры — до бетонирования. Арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец закрепляют в упоре, другой – натягивают домкратом до заданного напряжения. Затем в форму заливают бетон. После достижения бетоном частичного твердения арматуру отпускают с упоров, при этом она сжимает окружающий бетон. Чтобы избежать разрушения бетона в торцах элементов, отпуск натяжения арматуры производят постепенно, снижая сначала на 50%, а затем до 0.
• Натяжение на бетон — после укладки и набора прочности бетона. Сначала изготавливают бетонный элемент, в котором предусматривают каналы или пазы. После затвердения бетона 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.

Одной из особенностей предварительно напряжённых ЖБИ является изменение во времени напряжённого состояния бетона и арматуры. В процессе изготовления и эксплуатации ЖБ-конструкций за счёт усадки, ползучести бетона и ряда других факторов происходят потери части напряжений сжатия в бетоне. Поэтому предварительное напряжение арматуры должно быть достаточно высоким, чтобы перекрыть эти потери, но величина натяжения арматуры, реализуемая при изготовлении предварительно напряжённого железобетона, не должна превосходить значений нормативных сопротивлений арматуры.

Классификация предварительно напряжённых ЖБИ

Предварительно напряжённые ЖБИ могут быть:

• Сборными. Для изготовления сборных предварительно напряжённых ЖБИ применяют тяжёлые, мелкозернистые и лёгкие бетоны классов не ниже В15-В30 в зависимости от вида и класса напрягаемой арматуры, её диаметра и наличия анкеров (при высокопрочной гладкой проволоке). Эффективное использование высокопрочных бетонов позволяет снизить массу конструкций за счёт уменьшения объёма бетона, а при равных размерах сечений дополнительно сократить расход стали.
• Сборно-монолитными. В сборно-монолитных конструкциях из бетона высокой прочности выполняют лишь армирующие элементы (в виде предварительно напряжённых брусков, балок, плит и т.п.)
• Монолитными. Монолитный бетон принимают меньшей прочности. В монолитных предварительно напряжённых конструкциях обычно принимают бетон классов В15 — В30.

Предварительно напряженные ЖБИ конструкции могут быть: одно-, двух- и трёхосно-напряженными.

• В одноосно-напряженных изделиях предварительному напряжению подвергают только продольную арматуру, такой вид растяжения используют в элементах, работающих на осевое растяжение, изгибаемых балочных и плитных конструкциях.
• Двухосное напряжение используют в ЖБИ конструкциях, изгибаемых в двух направлениях: плитах, опёртых по контуру, напорных трубах, в ЖБИ конструкциях, воспринимающих большие поперечные силы: подкрановых балках, пролётных строениях мостов и т.п. В этом случае осуществляют предварительное напряжение продольной и поперечной арматуры или напрягаемую продольную арматуру размещают по кривой или ломаной линии.
• Трёхосное напряжение применяют при возведении высотных сооружений, корпусов атомных реакторов, станин прессов и прокатных станов.

Практическое применение предварительно напряженных ЖБИ

Предварительно напряженные ЖБИ в нашей стране получили наибольшее распространение в производстве массовых изделий заводского изготовления для жилых, общественных, промышленных зданий и инженерных сооружений, как правило, в виде типовых решений. На предварительно напряжённые конструкции приходится 20-25% общего объёма железобетона. При этом основной объём составляют плоскостные и стержневые конструкции, в т.ч. плиты и панели покрытий (многопустотные, сплошные, ребристые длиной 6-12м, а также на пролёт 18м), ригели, стропильные и подстропильные балки, фермы пролётом 24м, сваи, дорожные плиты, опоры ЛЭП, шпалы, напорные трубы, резервуары и т.п.

В производстве сборных ЖБИ конструкций развитыми странами мира основной объём составляют ребристые плиты на пролёт 12-24м, многопустотные плиты, конструкции инженерных сооружений.

Страница не найдена

¹Магомедов М.М., ²Овчинников И.Г.

¹ФГБОУ ВО «Саратовский государственный
технический университет имени Гагарина Ю.А.», Саратов, Россия
²ФГБОУ ВО «Пермский национальный
исследовательский политехнический университет», Пермь, Россия
²ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», Тюмень, Россия

Автор, ответственный за переписку: Магомедов Мухтар Магомедович, e-mail: [email protected]

Аннотация. В статье проанализированы особенности конструктивных решений мостовых сооружений для горных условий. Отмечается, что горная местность характеризуется не только сложным пересеченным рельефом, но и протеканием в ней землетрясений и их генетических разновидностей: оползней, обвалов, камнепадов и пр. Также отмечается, что взаимодействие равнинных мостовых сооружений и окружающей среды является односторонним в то время, как горные мосты сами испытывают негативное влияние горной местности окружающей среды. В качестве примера горной местности рассматривается территория республики Дагестан. Исследуется проблема привязки мостовых сооружений к различным районам горной местности.

Отмечается особенность взаимодействия горных рек и мостовых переходов, а также влияние рек на конструктивное обоснование решений горных мостов. Рассматривается возможность применения каскадных систем урегулирования водного режима горных рек с целью рационального проектирования мостовых переходов с несколькими отверстиями. Приводятся разные варианты размещения мостовых переходов относительно горных рек и описаны их особенности.

Рассмотрены и проанализированы существующие опорные части и деформационные швы с точки зрения пригодности их применения на горных мостовых сооружениях. Обосновывается необходимость применения сейсмоизолирующих деформационных швов и их влияние на условия проезда транспортных средств через мостовое сооружение во время землетрясения. Отмечается проблема применения дорожных одежд на горных мостовых сооружениях, описываются и анализируются самые распространенные конструкции дорожных одежд. Приводятся концепции «идеального» моста и их прикладное значение применительно к горной местности.

Рассмотренные в рамках данной статьи конструктивные и технологические решения позволят повысить эффективность мостовых сооружений в горных условиях.

Ключевые слова: горная местность; мостовые сооружения; стихийные процессы; дорожная одежда; конструктивное решение; деформационные швы; опорные части; подмыв опор; горные реки

Преднапряженные железобетонные конструкции: Предварительно напряженные железобетонные конструкции. | Пенообразователь Rospena

Предварительно напряженные железобетонные конструкции

Преднапряженный бетон относится к категории строительных материалов, для производства которого применяется стальная арматура высокой прочности и бетонная смесь. Благодаря особой технологии производства он сопротивляется значительному растягивающему напряжению. Преднапряженный железобетон характеризуется прочностью и повышенной трещиностойкостью.

Определение

Предварительно напряженными железобетонными конструкциями называют стройматериал, во время производства которого бетон поддается начальной расчетной напряженностью сжатия. Во время изготовления материала предварительно формируется напряжение растяжения в стальной арматуре, которая характеризуется высоким уровнем прочности. Она используется для обжатия бетона на участках, которые будут поддаваться напряжению во время эксплуатации.

При сжатии не наблюдается проскальзывания арматуры, так как она скрепляется с материалом и в торце имеет анкерное закрепление. Железобетонный состав армируется, что позволяет уравновесить напряженность. Если в процессе эксплуатации на стройматериал воздействуют полезные нагрузки, то это не приводит к образованию трещин, что продляет срок его службы.

Преимущества

Бетон предварительного напряжения по сравнению с аналогичными материалами обладает определенными преимуществами:

• Железобетонные балки хорошо работают на сжатие и прогиб относительно центра тяжести. Они характеризуются высоким уровнем прочности по всей длине, что предоставляет возможность увеличения длины перекрываемых пролетов. Это обеспечивает уменьшение размеров поперечного сечения, а также сокращение веса и размеров комплектующих.
• Бетон является химически нейтральным материалом, что исключает возможность коррозии и деформаций арматуры.
• Арматура обжимает бетон сборочных единиц, что исключает сопротивление сцепления и позволяет сократить расход металла на стыке.
• Железобетонные конструкции могут состоять из стыкуемых частей и иметь одинаковое поперечное сечение, что обеспечивает стойкость к внешней нагрузке. Конструкции характеризуются повышенной выносливостью, что обеспечивается компенсацией повторяющихся динамических воздействий.
• Призменная прочность дает возможность демпфирирования изменений в арматуре и бетоне, которые появляются при колебаниях внешней нагрузке.
• При использовании стройматериала исключается возможность деформаций бетона и арматуры, что гарантирует повышенную сейсмическую стойкость здания.

Предварительно напряженный вид конструкции является безопасным. Благодаря запредельному прогибу, который сигнализирует об исчерпании прочности, она не разрушается.

Недостатки

Для того чтобы обеспечить предварительное напряжение железобетонных конструкций, нужно использовать специальное оборудование. Продукция нуждается в бережном хранении, правильной транспортировке и профессиональном монтаже. Это не приведет к аварийному состоянию строительного материала еще до его эксплуатации.

Производство требует точного расчета предварительно напряженных железобетонных конструкций, который проводится высококвалифицированными специалистами. При просчетах в проектировании и неточностях в производстве создаваемая железобетонная конструкция может полностью разрушиться.

Продольное растягивающее усилие приведет к появлению трещин, которые снизят несущую способность.

Для обеспечения прочности на осевое растяжение нужно использовать  металлоемкую опалубку. Это увеличивает расход стали.

Для того чтобы обеспечить тепло- и звукопроводность,  нужно использовать компенсирующие материалы. Такие конструкции характеризуются более низким порогом огнестойкости.

В соответствии с сущностью предварительно напряженного железобетона можно сделать выводы, что он не переносит воздействие щелочей, солей, кислот и т.д. При этом наблюдается снижение несущей способности изделий, а также их разрушение. Недостатком конструкции является их внушительный вес.

Материалы для конструкций

Железобетон относится к категории многокомпонентных строительных материалов. Он состоит из бетона и стальной арматуры. Во время проектирования железобетона определяются параметры качества материалов в соответствии со стандартами ГОСТ.

Бетон

Для обеспечения предварительного напряжения и сопротивления бетона используются только тяжелые составы, плотность которых составляет 220-2500 килограмм на квадратный метр.

Смесь настаивается не менее 28 дней, что позволит получить предварительное напряжение материала. На начальном этапе эксплуатации может наблюдаться частичная утрата напряженного качества бетоном, что объясняется снижением напряженности стальных элементов. Определение нормального сечения железобетонного элемента осуществляется в соответствии с проектом и требованиями дальнейшей эксплуатации.

Арматура

Стальная арматура должна быть напряженной и стойкой к растяжению в процессе всего срока эксплуатации. Она способна выдерживать нагрузки длительное время, что исключит возможность раскрытия трещин на бетоне. Для производства стройматериала применяют высокопрочную сталь, которая имеет незначительную текучесть. Расчетные характеристики стали должны полностью соответствовать ползучести бетона.

Для того чтобы компенсировать эксплуатационную потерю определенной величины преднапряжения, во время производства устанавливается величина чуть выше, чем указана в проектной документации и требованиях к готовому материалу.

Изготовление железобетонных конструкций проводится с использованием арматурной проволоки:

• Пакетов;
• Прядей;
• Пучков.

Железобетонные конструкции изготавливаются с использованием холоднодеформированной, горячекатаной упрочненной арматуры, сварных каркасов, канатов. Площадь сечения арматуры напрямую зависит от размеров готового железобетонного изделия. Проволока и канаты имеют серповидное и кольцевое сечение, а арматура – гладкое и периодическое. Сталь должна иметь соответствующую поперечную силу. Текучесть металла по отношению к удлинению должна составлять 0,2 процента.

В соответствии с параметрами растянутого волокна класс прочности арматуры должен быть 0,95 и больше. Она должна характеризоваться холодостойкостью и пластичностью. Оптимальное усилие в напрягаемой арматуре обеспечивается благодаря формированию сложной пространственной поверхности. Именно поэтому материал должен поддаваться свариванию.

Напряжение арматуры во время производства обеспечивается механическими или электротермическими способами. В первом случае это достигается с применением грузов, домкратов и рычагов. Электротермический способ требует заготовить стержни нужной длины, на концах которых располагаются анкера. Их нагревают до 400 градусов, что приводит к их удлинению. В таком состоянии проводится закрепление арматуры на опорах. При охлаждении стержни укорачиваются, но анкера не дают это сделать, что приводит к появлению напряжения.

Области использования конструкций

Применение преднапряженных конструкций рекомендуется при нецелесообразности использования обычного железобетона. Они являются идеальным вариантом при необходимости обеспечения несущей прочности. Применение напряженных железобетонных конструкций осуществляется в различных сферах строительства – промышленной, гражданской, специальной, гидротехнической.

Железобетонные конструкции применяются для сооружения мостов, которые имеют широкие пролеты. Их рекомендовано использовать для строительства напорных трубопроводов и плотин. С помощью ЖБИ проводится монтаж водонепроницаемых емкостей.

Конструкции широко применяются для создания подпорных стен и ограждающих панелей. Если возникает необходимость в возведении фундамента или лестничного марша, то применяются железобетонные конструкции. Их используют для строительства помещений в сейсмо- и взрывоопасных районах. С помощью ЖБИ формируются сборно-монолитные конструкции. Они заключаются в соединении арматурой отдельных преднапряженных сборных элементов. С применением железобетонных конструкций возводятся колонны, а также столбы линий электропередач. С их применением создаются каркасы тоннелей.

Вывод

Преднапряженные ЖБИ характеризуются наличием большого количества преимуществ, поэтому их широко применяют в строительстве. Наличие недостатков объясняется недостаточным качеством проектирования, изготовления и монтажа. Благодаря положительным характеристикам конструкций они широко применяются в возведении разнообразных сооружений.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции: использование

Железобетонные конструкции — основа современного строительства. Однако они имеют существенные изъяны, связанные, в первую очередь, с недостаточной нагрузочной способностью и образованием трещин в камне при эксплуатационных нагрузках. Усовершенствование технологии изготовления изделий из бетона и стальной арматуры привело к созданию преднапряженного железобетона, который обладает рядом преимуществ.

Определение

Предварительно напряженные железобетонные конструкции — строительные изделия, бетон которых на этапе создания принудительно получает начальную расчетную напряженность сжатия. Она создается за счет предварительного формирования напряжения растяжения в рабочей высокопрочной арматуре и обжатия ею бетона на тех участках, которым предстоит испытывать растяжение (прогиб) при эксплуатации. Сжимаясь, арматура не проскальзывает, так как сцеплена с материалом или удерживается анкерным закреплением арматуры на торцах изделий. Таким образом, напряжение растяжения, которое приобретает железобетонный состав с помощью армирования, уравновешивает напряженность заблаговременного обжатия камня.

Преимущества

Предварительно напряженный железобетон долгосрочно отодвигает время начала формирования расколов в изделиях, работающих на прогиб, сокращает глубину их раскрывания. Вместе с тем изделия приобретают повышенную жесткость, не снижая прочности.

Предварительно напряженным железобетонным балкам свойственно хорошо работать на сжатие и прогиб, имея одинаковую прочность по длине, что позволяет увеличивать ширину перекрываемых пролетов. В таких конструкциях уменьшаются размеры поперечного сечения, следовательно, сокращаются объем и вес комплектующих элементов (на 20 – 30%), а также расход цемента. Более рациональное использование свойств стали позволяет сокращать расход арматуры (стержневой и проволочной) до 50%, особенно из высокопрочных марок (A-IV и выше), имеющих значительный предел прочности. Химическая нейтральность бетона к стали способствует предохранению арматуры от коррозии. Вместе с тем повышенная трещиностойкость предохраняет напряженную арматуру от ржавления в сооружениях, которые находятся под постоянным давлением воды, иных жидкостей, газов.

Методы возведения зданий, используемые в строительстве каркаса, базируются на технологии предварительного напряжения конструкций из железобетона в процессе строительства.

Методы возведения зданий, используемые в строительстве каркаса, базируются на технологии предварительного напряжения конструкций из железобетона в процессе строительства.

Напряженная арматура, обжимающая бетон сборочных единиц, обеспечивает практичную их стыковку путем значительного сокращения расходования металла на стыках. Сборные и сборно-монолитные изделия из железобетонных напряженных конструкций могут состоять из стыкуемых частей с одинаковым поперечным сечением, которые по краям выполняются из ненапряженных облегченных (тяжелых) бетонов, а нагружаемый фрагмент — преднапряженный железобетон. Такая продукция имеет повышенную выносливость, компенсируя повторяющиеся динамические воздействия.

Данное свойство позволяет демпфировать изменения напряжений в бетоне и арматуре, вызываемые колебаниями внешних нагрузок. Повышенная сейсмическая стойкость зданий повышается за счет большой конструкционной устойчивости напряженного железобетона, обжимающего отдельные их фрагменты. Конструкция в предварительно напряженном виде обеспечивает большую безопасность, так как ее разрушению предшествует запредельный прогиб, сигнализирующий об исчерпании конструкцией прочности.

Недостатки

Состояние предварительного напряжения в материале достигается спецоборудованием, точными расчетами, трудоемким конструированием и затратным производством. Продукция требует бережного хранения, транспортировки и монтажа, которые не вызывают ее аварийного состояния еще до начала использования.

Сосредоточенные нагрузки могут способствовать возникновению продольных трещин, которые снижают несущую способность. Просчеты в проектировании и технологии производства могут вызывать полное разрушение создаваемого железобетонного изделия на стапеле. Предварительно напряженные конструкции требуют металлоемкой опалубки повышенной прочности, увеличенного расхода стали на закладные и арматуру.

Большие значения звуко– и теплопроводности требуют закладывания в тело камня компенсирующих материалов. Подобными железобетонными конструкциями обеспечивается более низкий порог огнестойкости (ввиду меньшей критической температуры нагрева преднапряженной арматурной стали) по сравнению с обычным железобетоном. На преднапряженную бетонную конструкцию критично воздействуют выщелачивание, растворы кислот и сульфатов, солей, приводящие к коррозии цементного камня, раскрытию трещин и коррозии арматуры. Это может приводить к резкому снижению несущей способности стали и внезапному хрупкому разрушению. Также к минусам стоит отнести значительный вес изделий.

Материалы для конструкций

Железобетон — многокомпонентный материал, основными составляющими которого являются бетон и стальная арматура. Параметры их качества определяются особыми требованиями при проектировании к элементам конструкций на месте применения.

Бетон

Формы для заливки бетона с прутьями для передачи предварительного напряжения.

Формы для заливки бетона с прутьями для передачи предварительного напряжения.

Предварительное напряжение в железобетоне обеспечивается применением тяжелых составов средней плотности от 2200 до 2500 кг/м3, которые имеют классы по прочности на осевое растяжение выше Bt0,8, по прочности от В20 и больше, марки по водонепроницаемости от W2 и выше, по морозостойкости от F50. Требования к продукции гарантируют бетону нормативную прочность не ниже установленной с вероятностью 0,95 (в 95% случаев). Смесь должна набрать возраст не меньше 28 суток до получения материалом предварительных напряжений. На ранних стадиях эксплуатации бетонный камень способен частично утерять напряженное качество за счет общего снижения напряженности стали (до 16%). Коэффициент надежности материала на растяжение и сжатие в предельных состояниях установлен для эксплуатационной пригодности не ниже 1,0.

Арматура

Стальная начинка должна оставаться напряженной в железобетонном изделии на всем интервале эксплуатации, выдерживая без вытяжения длительно приложенные нагрузки. В преднапряженных изделиях из железобетона используется высокопрочная сталь с незначительной текучестью, соответствующей параметрам ползучести бетона.

С целью компенсирования эксплуатационной потери некоторой величины преднапряжения при изготовлении ее значение устанавливают чуть выше, чем предусмотрено строительными требованиями для конструкционного элемента. В продукции применяют горячекатаную упрочненную, холоднодеформированную арматуру, арматурную проволоку (пучки, пакеты, пряди), канаты, сварные каркасы и пр. Поперечное сечение арматуры может быть гладким, периодическим, а укладка проволоки и канатов серповидной и кольцевой.

Сталь должна гарантированно соответствовать установленному классу относительно прочности по преднапряженному растяжению (текучесть металла должна находиться в пределах 0,2% относительного удлинения) с вероятностью от 0,95 и выше. Арматуре необходимо быть пластичной, хладостойкой, свариваемой и пр. Надежное сцепление с бетонной смесью обеспечивается формированием арматурой сложных пространственных поверхностей.

Области использования конструкций

Предварительно напряженный бетон позволяет сократить до 50% расхода арматурной стали.

Предварительно напряженный бетон позволяет сократить до 50% расхода арматурной стали.

Преднапряженные изделия используются, когда применение обычного железобетона нецелесообразно (перерасход материалов, рост веса и стоимости, невозможность обеспечить несущую прочность и пр.). Сферами их использования являются гражданское, промышленное, специальное и гидротехническое строительство. Объекты — каркасы и мосты с широкими пролетами, напорные трубопроводы, плотины, водонепроницаемые емкости и пр.

А также из них создают подпорные стены, ограждающие панели, лестничные марши, подкрановые балки, фундаменты, колонны, столбы ЛЭП, каркасы тоннелей, междуэтажные перекрытия и пр. Такая продукция незаменима и при возведении построек в условиях взрыво- и сейсмоопасности. Особенно эффективна она при формировании сборно-монолитных конструкций, когда отдельные преднапряженные сборные элементы соединяются в проектном положении арматурой так, что работают как одно целое.

Вывод

Преднапряженные изделия из железобетона имеют много достоинств. Их недостатки могут быть нивелированы качеством проектирования, производства и монтирования, способствующим длительной эксплуатации.

Преднапряженные конструкции в каркасном строительстве

Современные методы каркасного строительства используют технологию предварительного напряжения железобетонных конструкций. Преднапряженные конструкции — железобетонные конструкции, напряжение в которых искусственно создаётся во время изготовления, путём натяжения части или всей рабочей арматуры (обжатия части, или всего бетона).

Обжатие бетона в преднапряженных конструкциях на заданную величину осуществляется посредством натяжения арматурных элементов, стремящихся после их фиксации и отпуска натяжных устройств возвратиться в первоначальное состояние. При этом, проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным естественным сцеплением, или без сцепления арматуры с бетоном – специальной искусственной анкеровкой торцов арматуры в бетоне.

Трещиностойкость преднапряженных конструкций в 2 – 3 раза больше трещиностойкости железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Это обусловлено тем, что предварительное обжатие арматурой бетона, значительно превосходит предельную деформацию натяжения бетона.

Преднапряженный бетон позволяет в среднем до 50% сокращать расход дефицитной стали в строительстве. Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в растянутых зонах элементов, ограничивает ширину их раскрытия и повышает жесткость элементов, практически не влияя на их прочность.

Open Library — открытая библиотека учебной информации

Дом Технология устройства преднапряженной арматуры до и после бетонирования в разрезных балках ПС.

просмотров — 452

Тема 5.6. Конструкция разрезных, неразрезных и консольных балочно-ребристых ПС с напрягаемой арматурой.

Предварительно напряженные желœезобетонные конструкции могут иметь два различных вида арматуры: напрягаемую до бетонирования (на упоры) и напрягаемую после бетонирования (на бетон).

Конструкции разрезных балочных мостов с арматурой, напрягаемой до бетонирования изготавливают на специальных стационарных или подвижных стендах. Вокруг натянутой арматуры устанавливают опалубку и бетонируют элемент конструкции. По достижении бетоном заданной прочности натянутую арматуру освобождают от анкерных устройств и она, укорачиваясь, обжимает бетон. На одном стенде можно одновременно изготавливать одну или несколько балок, расположенных одна за другой. Натягивать арматуру можно различными способами. Наиболее распространены стенды с напряжением арматуры гидравлическими домкратами (рис.119, а). В этом случае стенд имеет упоры, сквозь которые пропущены элементы арматуры и закреплены в подвижных траверсах. Батареи домкратов, расположенные между упорами и траверсами, двигают последние, натягивая арматуру. После твердения бетона траверсы возвращают в начальное положение, а сокращающаяся арматура передает обжатие бетонной балке через сцепление с бетоном и специальные анкеры.

Рис.119. Схемы устройства для натяжения арматуры до бетонирования

1 — подвижная траверса с закрепленной в ней арматурой; 2 — батарея домкратов; 3 — упоры стенда; 4 — напрягаемая арматура; 5 — оттяжка; 6 — бетонируемая балка; 7 — стенд; 8 — кассета; 9 — арматура, подвергаемая электронагреву; 10 — подвижной ролик, навивающий арматуру; 11 — конец напрягаемой арматуры, отходящий к натяжному устройству; 12 — анкеры для навивки арматуры; 13 — основание кассеты.

В некоторых случаях возможно натяжение арматуры методом электронагрева (рис.119, б). Стержни арматуры нагревают, пропуская через них электроток, пока они не удлинятся. Затем их устанавливают в кассеты и закрепляют концы. Остынув, они сократятся в длинœе и натянутся. Элемент конструкции бетонируют в кассете. После отвердения бетонной смеси освобождают концы натянутых стержней, которые, укорачиваясь, обжимают бетон.

Применяют также метод непрерывной навивки арматуры (рис.119, в). Подвижной ролик наматывает арматуру на анкеры, расположенные на общем основании кассеты. Специальное устройство поддерживает в арматуре постоянное натяжение. После окончания бетонирования балки и приобретения бетоном достаточной прочности основание кассеты с анкерами убирают и освобожденная арматура обжимает балку.

Рис.120. Конструкция балки с натяжением арматуры до бетонирования (на упоры)

Для придания напрягаемой арматуре криволинœейного (полигонального) очертания стенды снабжают оттяжками, закрепляющими арматуру в местах перегиба (см. рис.120).

Учитывая зависимость отпролета балки и типа стенда напрягаемая арматура и конструкция балок может быть различной. Получили распространение балки с напрягаемой арматурой в виде пучков по 15-24 проволоки диаметром 5-7 мм (рис.120). В таком пучке усилие предварительного напряжения не может быть передано бетону одним только сцеплением, в связи с этим пучковую арматуру снабжают анкерами (см. узел I на рис.120). Для усиления бетона в месте передачи сосредоточенного усилия перед анкерами устанавливают спираль из обычной арматуры. Балки с такой арматурой применяют при пролетах от 12-15 до 40 м, а иногда и более. Напрягаемая арматура может иметь полигональное очертание с анкерами, расположенными вблизи торца балки (см. рис.120). Пучки напрягаемой арматуры обычно располагают в несколько рядов, причем расстояние в свету между сосœедними пучками по вертикали должно быть 5 см или диаметра пучка и по горизонтали 6 см или диаметра пучка. Защитный слой бетона от пучка до нижней или боковой грани должен быть 4 см, а от верхней 3 см.

В пролетных строениях с арматурой, напрягаемой после бетонирования сначала бетонируют балку, а затем натягивают арматуру. Из различных конструкций и способов армирования наиболее широкое применение получили конструкции с арматурой в виде пучков из параллельных проволок, проволочных прядей или из крученых проволочных канатов. Применяют также арматуру из высокопрочных стальных стержней большого диаметра. Арматуру закрепляют на концах анкерами, которыми она передает свое натяжение бетону. Напряжение в арматуре создается домкратами после приобретения бетоном крайне важной прочности, используя для их упора непосредственно напрягаемую деталь. Арматура может быть расположена открыто или же заключена в каналы, проходящие сквозь бетон конструкции.

Анкеры предварительно напряженной арматуры бывают трех типов.

Рис.121. Типы анкеров арматуры, напрягаемой после бетонирования

1 — анкер; 2 — прокладки; 3 — напрягаемая балка; 4 — элемент напрягаемой арматуры; 5 — анкерная гайка; 6 — конус; 7 — обойма анкера.

Анкер первого типа заранее соединяют с напрягаемым арматурным элементом (рис.121, а). Домкрат крепится на данный анкер и натягивает арматуру, упираясь в бетон балки и обжимая его (рис.122, а). В образовавшийся зазор устанавливают прокладки, которые после снятия усилия в домкрате передают его на бетон.

Рис.122. Схемы домкрата для натяжения арматуры и анкера пучка проволок с высаженными головками на концах

1 — домкрат; 2 — поршень; 3 — камера со сжатым маслом; 4 — тянущий шток; 5 — захват домкрата и анкер арматуры; 6 — напрягаемая арматура; 7 — обжимаемая балка; 8 — гайка для закрепления анкера в натянутом состоянии; 9 — полость с внутренней нарезкой для тянущего штока домкрата; 10 — проволоки пучка арматуры с высаженными головками на концах; 11 — головка на конце проволоки.

Аналогичный способ натяжения применяется при втором типе анкеров, которые навинчиваются на резьбу конца арматурного элемента — обычно высокопрочного стержня (рис.122, б). Домкрат натягивает стержень через резьбу за гайкой, а гайку завинчивают до упора, ликвидируя образовавшийся зазор. После снятия усилия в домкрате оно передается на бетон через эту гайку.

Анкерами третьего типа (рис.122, в) закрепляют напрягаемую арматуру, заклинивая ее в анкере специальным конусом. Этот способ наиболее распространен, так как не требует никакой специальной обработки концов напрягаемой арматуры. Но для натяжения и закрепления арматуры в таких анкерах необходимы специальные домкраты двойного действия. Стоит сказать, что для натяжения концы проволок закрепляют в зажимах натяжного домкрата двойного действия (рис.123, а). Анкер состоит из обоймы и конуса. При нагнетании масла в камеру домкрата тянущий цилиндр перемещается и натягивает проволоки пучка. Домкрат при этом упирается в анкер и через него передает усилие на бетон элемента͵ обжимая его. После достижения расчетного натяжения проволок нагнетают масло в другую камеру домкрата͵ не сбрасывая давление в первой камере; тогда шток домкрата запрессовывает конус в обойму анкера (рис.123, б). После этого можно сбросить давление и снять домкрат. Пучок остается натянутым и закрепленным в анкер.

Рис.123. Схема домкрата двойного действия для натяжения арматуры

1 — натяжной цилиндр домкрата; 2 — камера со сжатым маслом для натяжения арматуры; 3 — зажимы для проволок пучка; 4 — камера с маслом для запрессовки конуса анкера; 5 — толкающий шток; 6 — нога домкрата͵ упирающаяся в анкер; 7 — обойма анкера; 8 — обжимаемая балка; 9 — проволоки напрягаемой арматуры; 10 — конус анкера.

После натяжения арматуры через отверстия в конусах или анкерах нагнетают цементный раствор в каналы, который целиком заполняет их и предохраняет арматуру от ржавления.

Поскольку арматуру натягивают после твердения бетона, балки большого пролета целœесообразно составлять по длинœе из отдельных блоков, имеющих размеры и массу, удобные для транспортирования. Для установки такой балки в пролет ее собирают из отдельных блоков на площадке. Затем заполняют швы между блоками бетонной смесью или раствором. Возможна также обмазка торцов блоков специальными клеями на основе эпоксидных смол. Арматурные пучки устанавливают в каналы одновременно с установкой блоков или после сборки всœей балки. Когда бетон, раствор или клей в швах приобретают требуемую прочность, натягивают арматурные пучки, после чего балка работает как целая.

Рис.124. Поперечные сечения пролетного строения с натяжением арматуры после бетонирования

1 — наклонный металлический лист; 2 — соединительная накладка; 3 — стержень; 4 — анкерный коротыш; 5 — стержни арматуры.

В нашей стране широко применяют типовые унифицированные конструкции предварительно напряженных пролетных строений мостов для пролетов 12-42 м (рис.124). Пролетные строения не имеют диафрагм; главные балки соединяют между собой по плите проезжей части либо аналогично тому, как в ненапряженных бездиафрагменных балках, либо через закладные детали, расположенные вдоль края плиты каждой балки с шагом 1 м. Возможно поперечное объединœение бездиафрагменных балок натяжением пучков поперечной арматуры, проходящей в плите проезжей части (рис.125, а). В этом случае напрягаемую арматуру располагают в специальных каналах, а продольные стыки плит сосœедних балок заполняют раствором или бетонной смесью.

Рис.125. Поперечные сечения пролетного строения с натяжением арматуры после бетонирования

1 — канал для пропуска поперечной напрягаемой арматуры.

В случае если балки пролетного строения имеют диафрагмы (рис.125, б), то их объединяют в поперечном направлении либо поперечной напрягаемой арматурой в диафрагмах, либо стыкованием обычной арматуры диафрагм. Плиту проезжей части тогда не стыкуют, и она работает как консольная.

Читайте также

— Технология устройства преднапряженной арматуры до и после бетонирования в разрезных балках ПС.

Тема 5.6. Конструкция разрезных, неразрезных и консольных балочно-ребристых ПС с напрягаемой арматурой. Предварительно напряженные железобетонные конструкции могут иметь два различных вида арматуры: напрягаемую до бетонирования (на упоры) и напрягаемую после… [читать подробенее]

Почему Prestress?

Типы, преимущества и история предварительно напряженного бетона.

Абдул Хан

Чем больше, тем лучше, как сказали бы многие представители строительной и мостовой промышленности, и это, безусловно, верно в отношении сборных железобетонных изделий. Стальные арматурные стержни добавляют большую прочность крупным бетонным изделиям, но сама по себе арматура не может обеспечить прочность на разрыв, необходимую для сборных железобетонных изделий, которые растягиваются на большую длину. Есть немного волшебства, которое придает достаточную силу этим огромным изделиям, и это называется предварительным напряжением.

Развитие

Чтобы передать представление о том, как работает предварительное напряжение, представьте бочку, сделанную из деревянных клепок и металлических лент. По крайней мере, так Т.Ю. Лин, профессор гражданского строительства Калифорнийского университета, описал это во вступительной главе своей книги «Проектирование предварительно напряженных бетонных конструкций».

Лин говорит, что основной принцип предварительного напряжения применялся в строительстве, возможно, столетия назад, когда веревки или металлические ленты наматывались на деревянные посохи, образуя бочку (см. Рис. 1).Когда ленты были затянуты, они находились под предварительным напряжением растяжения, которое, в свою очередь, создавало предварительное напряжение сжатия между стойками и позволяло им противостоять кольцевому натяжению, создаваемому внутренним давлением жидкости. Другими словами, ленты и стойки были предварительно напряжены до того, как они подверглись какой-либо служебной нагрузке.

Говоря более формально, предварительное напряжение означает преднамеренное создание постоянных напряжений в конструкции или сборке для улучшения ее поведения и прочности в различных условиях эксплуатации.

Предварительно напряженные арматуры (обычно из высокопрочных стальных тросов или стержней) используются для создания зажимной нагрузки, которая создает сжимающее напряжение для компенсации растягивающего напряжения, которое бетонный сжимающий элемент в противном случае испытал бы из-за изгибающей нагрузки (см. Рисунок 2).

Классификация и типы

Конструкции из предварительно напряженного железобетона можно классифицировать по ряду направлений в зависимости от их особенностей конструкции и конструкции. Следующие типы предварительного напряжения могут быть выполнены тремя способами: предварительно напряженный бетон и связанный и несвязанный предварительно напряженный бетон.

Бетон с предварительным напряжением. Предварительно натянутый бетон заливается вокруг уже натянутых арматурных элементов. Этот метод обеспечивает хорошее сцепление между арматурой и бетоном, которое защищает арматуру от коррозии и обеспечивает прямую передачу напряжения. Затвердевший бетон прилипает к стержням и сцепляется с ними, а когда напряжение снимается, оно передается бетону в виде сжатия за счет статического трения. Однако для этого требуются прочные точки крепления, между которыми должно быть растянуто сухожилие, и поэтому сухожилие обычно образует прямую линию.

Большинство предварительно напряженных железобетонных изделий изготавливаются на заводе и должны быть доставлены на строительную площадку, что ограничивает их размер. Примерами изделий с предварительным натяжением являются элементы балконов, перемычки, колонны, массивные плиты, пустотелые плиты, тройники, стены, сэндвич-панели, балки ригелей, двутавровые балки, балки с тавровыми балками и фундаментные сваи.

Связанный бетон после растяжения. Связанный бетон после растяжения — это описательный термин, обозначающий метод сжатия после заливки бетона и процесса отверждения (на месте).Бетон заливается вокруг изогнутых каналов из пластика, стали или алюминия, которые размещаются в области, где в бетонном элементе может возникнуть напряжение. Перед заливкой бетона через воздуховоды вылавливают связки. После затвердевания бетона арматура натягивается гидравлическими домкратами, которые воздействуют на бетонный элемент. Когда сухожилия достаточно растянуты, в соответствии с проектными спецификациями, они закрепляются в нужном положении и сохраняют натяжение после снятия домкратов, передавая давление на бетон.Затем отверстия воздуховодов заливаются раствором для защиты жилы от коррозии.

Этот метод обычно используется для создания монолитных плит для строительства домов в местах, где обширные почвы создают проблемы для типичного фундамента по периметру. Все напряжения от сезонного расширения и сжатия нижележащего грунта принимаются на всю напряженную плиту, которая поддерживает здание без значительного прогиба.

Пост-напряжение также используется при строительстве различных мостов, как после затвердевания бетона после опоры с помощью опалубки, так и при сборке сборных секций, как в сегментном мосту.Преимущества этой системы перед постнатяжением без скрепления:

• Значительное снижение требований к традиционной арматуре
• Сухожилия можно легко «сплести», что обеспечивает более эффективный подход к проектированию.
• Более высокий предел прочности за счет связи между прядью и бетоном
• Нет долгосрочных проблем с сохранением целостности анкера / тупика

Несвязанный бетон после растяжения. Несвязанный бетон с последующим натяжением отличается от бетона с последующим натяжением со связующим тем, что каждый отдельный кабель обеспечивает постоянную свободу движения относительно бетона.Для этого каждое отдельное сухожилие покрывается смазкой и пластиковой оболочкой, сформированной в процессе экструзии. Передача напряжения на бетон достигается за счет воздействия стального троса на стальные анкеры, встроенные по периметру плиты.

Недостатком по сравнению с последующим натяжением со связующим является тот факт, что кабель может разрушиться и вырваться из плиты в случае повреждения (например, во время ремонта плиты). Преимущества этой системы по сравнению со склеенным дополнительным натяжением:

• Возможность индивидуальной регулировки тросов в зависимости от плохих полевых условий
• Устранение пост-напряжения цементного раствора
• Способность разрушать сухожилия перед попыткой ремонта

Материалы

Согласно AASHTO, предварительно напряженная арматура должна представлять собой высокопрочную семипроволочную прядь, высокопрочную стальную проволоку или прутки из высокопрочного сплава той марки и типа, которые указаны инженером-проектировщиком.Семипроводная прядь без покрытия должна соответствовать требованиям AASHTO M 203 (ASTM A 416). Дополнение S1 (низкая релаксация) применяется, если указано.

Для предварительно напряженных работ обычно требуется более прочный бетон, чем для армированных работ. Современная практика требует минимальной 28-дневной прочности цилиндра 5 000 фунтов на квадратный дюйм. Предварительно напряженный бетон требует высокой прочности по нескольким причинам. Во-первых, для минимизации затрат коммерческие анкерные крепления для предварительно напряженной стали всегда проектируются для высокопрочного бетона.Следовательно, более слабый бетон либо потребует специальных анкеровок, либо может разрушиться под действием предварительного напряжения. Кроме того, бетон с высокой прочностью на сжатие обеспечивает высокое сопротивление растяжению и сдвигу, а также сцепление и опору, и желателен для предварительно напряженных бетонных элементов, различные части которых подвергаются более высоким напряжениям, чем обычный железобетон.

Еще одним фактором является то, что высокопрочный бетон менее склонен к образованию усадочных трещин. Он также имеет более высокий модуль упругости и меньшую деформацию ползучести, что приводит к меньшим потерям предварительного напряжения в стали.

Преимущества предварительно напряженного бетона

Предварительно напряженный бетон — один из самых надежных, долговечных и широко используемых строительных материалов в строительстве и строительстве мостов во всем мире. Компания внесла значительный вклад в строительную отрасль, промышленность по производству сборного железобетона и цементную промышленность в целом. Это привело к огромному количеству структурных применений, включая здания, мосты, фундаменты, гаражи, водонапорные башни, ядерные реакторы, телебашни и морские буровые платформы.

К преимуществам предварительно напряженного бетона можно отнести:

• Меньшая стоимость строительства
• Более тонкие плиты, которые особенно важны в многоэтажных зданиях, где снижение толщины пола может привести к созданию дополнительных этажей по той же или меньшей цене.
• Меньшее количество стыков, так как расстояние, на которое могут быть натянуты плиты после натяжения, превышает расстояние для армированной конструкции той же толщины
• Более длинные пролеты увеличивают полезную свободную площадь пола в зданиях и парковочных сооружениях
• Меньшее количество стыков приводит к снижению затрат на техническое обслуживание в течение расчетного срока службы конструкции, поскольку стыки являются основным источником слабых мест в бетонных зданиях.

История предварительного напряжения

Искусство предварительного напряжения бетона развивалось на протяжении многих десятилетий и из многих источников, но мы можем указать на несколько избранных примеров в истории, которые привели к появлению этой технологии.

В Соединенных Штатах инженер Джон Роблинг в 1841 году основал фабрику по производству канатов из железной проволоки, которую он сначала продал, чтобы заменить канат из конопли, используемый для подъема автомобилей по железной дороге в центральной Пенсильвании. Позже Роблинг использовал стальные тросы в качестве подвесных тросов для мостов и разработал технику скручивания тросов на месте.

В 19 веке дешевое производство чугуна и стали, в сочетании с изобретением портландцемента в 1824 году, привело к развитию железобетона. В 1867 году французский садовник Жозеф Монье запатентовал метод укрепления тонких бетонных цветочных горшков путем встраивания в бетон металлической проволочной сетки. Позже Монье применил свои идеи к патентам на здания и мосты.

Использование швейцарским инженером Робертом Майяром железобетона с 1901 года произвело революцию в строительном искусстве.Майяр, все главные мосты которого расположены в Швейцарии, был первым дизайнером, который полностью нарушил традицию каменной кладки, придав бетону формы, технически соответствующие его свойствам, но при этом удивительные визуально. Его радикальное использование железобетона произвело революцию в конструкции арочного моста из каменной кладки.

Идея предварительного напряжения бетона была впервые применена Эженом Фрейссине, французским инженером-строителем, в 1928 году в качестве метода преодоления естественной слабости бетона при растяжении.Предварительно напряженный бетон теперь можно использовать для изготовления балок, перекрытий или мостов с более длинным пролетом, чем это практично для обычного железобетона.

Абдул Кан — директор отдела технических услуг NPCA и бывший президент ASCE — Illinois Section 2006.

Предварительно напряженная плита из углепластика — «Активная» технология армирования

Когда дело доходит до предварительного напряжения, первая реакция многих инженеров — использовать предварительно напряженную стальную проволоку, стальные пряди и предварительно напряженную арматуру.Фактически, применение материалов из углеродного волокна в предварительно напряженных бетонных конструкциях также медленно продвигается.

В области армирования конструкций существует также комбинация материалов предварительного напряжения и углеродного волокна. Технология активного армирования заключается в применении технологии предварительного напряжения к плитам из углеродного волокна для формирования высокоэффективной системы армирования предварительно напряженных плит из углеродного волокна. Обычно состоит из предварительно напряженной углеродной пластины, несущего структурного клея, системы анкеровки, системы натяжения и других деталей.

Принцип: плита из углеродного волокна прикрепляется к бетонному элементу эпоксидным клеем, углеродный ламинат натягивается, передача предварительного напряжения завершается через анкерный блок и структурный клей, образуя новый баланс нагрузки с конструкцией, и повышение несущей способности конструкции.

Область применения

1) Армирование мостовых конструкций

Усиление изгиба мостов малых и средних пролетов, включая Т-образные балки, балки пустотных перекрытий, балки коробчатого сечения, балки коробчатого сечения и т. Д., особенно подходит для мостов с множеством поперечных трещин в середине пролета или чрезмерным прогибом в середине.

2) Армирование промышленного и гражданского строительства

Изгибаемая арматура длиннопролетных балок или плит перекрытия, предварительно напряженных железобетонных балок и плит, компенсация потерь предварительного напряжения и т. Д.

Преимущества системы предварительно напряженных плит из углепластика

1) Конструкция позволяет не сильно увеличивает вес после армирования, а используемая плита из углеродного волокна имеет характеристики легкого веса, высокой прочности и устойчивости к старению.

2) Улучшить использование прочности материалов из углеродного волокна и заменить пассивное армирование на активное армирование. Панель из углеродного волокна имеет большую деформацию перед вторым напряжением, тем самым эффективно уменьшая или даже устраняя явление запаздывания деформации плиты из углеродного волокна и обеспечивая лучший эффект армирования.

3) Увеличьте жесткость компонента, уменьшите прогиб исходного компонента и улучшите характеристики на этапе использования.Обратный изгибающий момент, создаваемый предварительным напряжением, может компенсировать часть воздействия начальной нагрузки, улучшить несущую способность на этапе использования, уменьшить исходную ширину трещины в компоненте и даже закрыть ее, а также ограничить возникновение новых трещин.

4) Долговечность материала плиты из углеродного волокна намного выше, чем у стали, а стоимость обслуживания очень низкая.

Резюме: Являясь новым фаворитом технологии армирования, система предварительно напряженных плит из углеродного волокна, активно применяя предварительное напряжение к бетонным конструктивным элементам, добилась эффекта улучшения несущей способности конструкции.

(PDF) Обзор технологии армирования внешних мостов с предварительным напряжением

5.2 Недостаток исследований

Несмотря на то, что многие экспериментальные исследования внешней системы предварительного напряжения

были выполнены в стране, а

за рубежом, механизм и теория конструкции предварительного напряжения были выполнены.

Технология напряженного армирования еще не отработана.

Особенно большое количество мостов, построенных в последние

века, чьи пролеты средние и малые, не имеют широко применяемого стандарта армирования

.Детали

и силовой анализ анкеровки предварительно напряженных снаружи

арматур и структура рулевых тисков

не ясны в действующих стандартах и ​​спецификациях катионов

в нашей стране [8], и соответствующие экспериментальные

психические исследования также редки. Таким образом, требуется большое количество

исследований для того, чтобы широко использовать технологию внешнего усиливающего армирования до

в проекте усиления моста

в нашей стране.

6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Технология армирования с внешним предварительным напряжением может

хорошо соответствовать требованиям использования нагрузки, улучшить предельную несущую способность

[9], улучшить эксплуатационные характеристики старого моста

, уменьшить арматуру

амплитуда напряжений и контрольная трещина, увеличивают срок службы

и долговечность конструкции [10]. Эффект

этого метода усиления хороший, и

легко контролировать качество строительства.Это своего рода идеальный метод усиления

поводка и имеет широкие перспективы развития

.

БЛАГОДАРНОСТИ

Хочу выразить благодарность всем, кто

помог мне при написании этой диссертации. Я с благодарностью

выражаю признательность моему руководителю, г-ну Ясуну

Янгу, который дал мне ценные советы в академических исследованиях

. При подготовке диссертации он

потратил много времени на чтение каждого черновика, а

дал мне вдохновляющие советы.Без его инструктажа пациента

, проницательной критики и экспертного руководства,

завершение этой диссертации было бы невозможным.

Я также выражаю особую признательность всем профессорам университета Чанъань, посвященным

преподавательским и просветительским лекциям, которые я получил

и академически подготовился к диссертации.

Я хотел бы наконец выразить свою благодарность моим

любимым родителям, которые всегда помогали мне преодолевать

трудностей и поддерживали без единого слова жалобы.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] Цянь Ляо. И Нин Тан. 2014. Внешнее предварительное напряжение

Применение в армировании мостов. Сычуань Con-

строение, 34 (6).

[2] Hailiang Wan, yong Den. 1997. Статус разработки

и Обсуждение предварительно напряженного бетона

Мост. Журнал Шицзячжуанского железнодорожного института, 10 (2).

[3] Дяньвэнь Чжу, Сяобин Тан. И Пингвань Чжан. 2002.

Мостовая конструкция из внешнего армирования с предварительным напряжением

Технология.Транспортная наука и технологии,

(6).

[4] Вэньлян Лу. И Вэньхуэй Ли. 2000. Метод расчета

метода внешне напряженной арматуры в железобетонной железной балке Re-

с жесткими опорами.

Типовой проект железной дороги, 20 (2).

[5] Хайдун Ван. 2013. Строительство автомобильного моста

по технологии внешне напряженной арматуры.

Наука и технологии движения Хэйлунцзян, (10).

[6] Цюаньцзе, Бяо Ван. 2014. Внешнее предварительное напряжение

Исследование техники укрепления автомобильного моста

Строительство. Наука и технологии Хэйлунцзян

Трафик, (10).

[7] Цзяньфэн Ли. 2006. Приложение

для проектирования мостов с использованием технологии внешнего армирования с предварительным напряжением. Fu-

Цзянь Архитектура, (2).

[8] Чжицян Сюй. 2007. Исследование и разработка технологии внешнего предварительного напряжения

.Дороги и грузовики,

(123).

[9] Цзе Гу. 2009. Армирование внешнего моста предварительного напряжения —

Технология. Наука и технологии Hei-

Longjiang Traffic, (4).

[10] Ронгшенг Ли. 2012. Проектирование и строительство предварительно напряженной арматуры Exter-

. Наука и технологии —

ogy of Heilongjiang Traffic, (10).

[11] Дачжун Чен. 2010. Предварительно напряженная внешняя арматура —

Технология строительства автомобильного моста.Chi-

nese new technology and new products, (3): 113-114.

[12] Цзяньфань Лю. 2013. Технология строительства арматуры

и контроль качества автомобильных мостов. Волшебник

науки и техники, чтобы стать богатым, (2): 231, 235.

[13] Шуйсин Чжоу, Чжаойи Хэ. И Исон Чжоу. 2001. Con-

Руководство по расчету конструкций дорог и мостов. Народная

дорожная пресса.

[14] Технические условия на строительство моста на шоссе

(JTJ041-2000) [S].Народная газета, 2007.

[15] Мейсун Чжэн. И Сяоюн Сюй. 2010. Применение технологии внешнего преднапряжения

в строительстве автомобильного моста

. Строительные материалы провинции Сычуань,

8 (14): 56-58.

[16] Лиминг Цзян. 2011. Принцип и способ внешнего предварительно напряженного усиления моста

[j]. Мир трафика, 6 (37):

98-100.

[17] Сювэнь Чжао. И Лэй Цзэн. 2004. Мостовая арматура —

Технология строительства автодороги.Дороги

и грузовые автомобили

, (2).

[18] Цзе Ян. 2013. Технология армирования мостов.

Транспортное слово, 12.

[19] Чжию Ван. 2015. Современное состояние развития мостов —

и исследование методов армирования в нашей стране

. Шаньдунская промышленная технология, 01.

[20] Гуйпин Ян. 2006. Обсуждение технологии усиленного моста из углеродного волокна

. Дороги и грузовики, (4).

[21] Бен Ню.2003. Анализ предельного состояния внешнего напряженного бетона до

. Журнал гражданского строительства, 33 (3).

ICETA 2015

04028-p.5

Исследователи получают патенты на инновации в области предварительно напряженного бетона

Краткое описание погружения:

• Швейцарские исследователи запатентовали процесс, который может помочь снизить стоимость и воздействие на окружающую среду самого широко используемого в мире строительного материала.
• Группе из Empa, Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий, недавно были предоставлены европейские и U.S. патенты на технологию, которая помогает сделать бетонные элементы более компактными и простыми в эксплуатации, но при этом прочными и стабильными.
• В новом процессе используются полимеры, армированные углеродным волокном (CFRP), для производства самонатяжного бетона. В лабораторных испытаниях исследователи смогли показать, что их бетон может выдерживать нагрузки, сопоставимые с теми, которые были предварительно напряжены — примерно в три раза больше, чем бетонные элементы из углепластика без предварительного напряжения.

Dive Insight:

Предварительное напряжение обычно используется, когда бетонный элемент должен выдерживать очень высокие нагрузки — например, балки, мосты или консольные конструкции.В традиционной технологии предварительного натяжения арматура или арматура — обычно из стали — закрепляются с обеих сторон элемента перед заливкой бетона, подвергаются растяжению и снова отпускаются после схватывания бетона.

Но поскольку сталь подвержена коррозии, слой бетона вокруг стержней предварительного напряжения должен иметь определенную толщину, что требует использования большего количества бетона. Ученые-строители давно искали альтернативный процесс, который сделал бы строительство из бетона более простым, менее затратным и более эффективным.

Еще в 1990-х годах полимеры, армированные углеродным волокном (CFRP), использовались для замены стальной арматуры. Поскольку углепластик не подвержен коррозии, можно производить значительно более бедные бетонные компоненты с очень похожими структурными свойствами.

«Но если вы хотите предварительно напрячь эти арматуры из углепластика, чтобы иметь возможность строить еще более тонкие конструкции с более высокой несущей способностью, вы достигнете своих пределов», — сказал исследователь Матеуш Выжиковски в заявлении для прессы.

Балка, изготовленная Empa, проходит испытание на изгиб в лаборатории.

Разрешение, предоставленное Empa

Поскольку требуются дорогие столы предварительного напряжения, а анкеровка стержней из углепластика сложнее, чем при использовании стали, предварительно напряженный высокопрочный бетон из углепластика все еще не очень широко используется.

Команда Empa преодолела это препятствие, отказавшись от анкеровки с обеих сторон бетонного элемента и используя специальную формулу для бетона, которая расширяется по мере затвердевания. В результате этого расширения бетон подвергает внутренние стержни из углепластика напряжению, которое само выполняет работу по предварительному напряжению.

«Наша технология открывает совершенно новые возможности в облегчении конструкции», — сказал Выжиковски. «Мы можем не только строить более устойчивые конструкции, но и использовать значительно меньше материалов».

Исследователь Empa также видит совершенно новые области применения. «Мы можем легко выполнить предварительное напряжение в нескольких направлениях одновременно, например, для тонких бетонных плит или изогнутых бетонных оболочек», — сказал он.

Предварительно напряженный бетон — Проектирование зданий

Предварительно напряженный бетон — это конструкционный материал, который позволяет помещать в элементы заранее определенные инженерные напряжения, чтобы противодействовать напряжениям, возникающим, когда они подвергаются нагрузке.Он сочетает в себе высокую прочность бетона на сжатие с высокой прочностью на растяжение стали.

В обычном железобетоне напряжения воспринимаются стальной арматурой, тогда как предварительно напряженный бетон поддерживает нагрузку за счет индуцированных напряжений по всему элементу конструкции. Это делает его более устойчивым к ударам и вибрации, чем обычный бетон, и позволяет образовывать длинные тонкие конструкции с гораздо меньшими площадями сечения, чтобы выдерживать эквивалентные нагрузки.

Предварительно напряженный бетон был запатентован сан-францисканским инженером П. Х. Джексоном в 1886 году, хотя он не стал общепринятым строительным материалом до 50 лет спустя, когда из-за нехватки стали в сочетании с технологическими достижениями предварительно напряженный бетон стал строительным материалом. выбора во время послевоенного восстановления Европы.

В настоящее время он обычно используется для изготовления балок перекрытий, свай и шпал железных дорог, а также таких конструкций, как мосты, резервуары для воды, крыши и взлетно-посадочные полосы.Обычно предварительно напряженный бетон не требуется для колонн и стен, однако его можно экономично использовать для высоких колонн и высоких подпорных стен с высокими напряжениями изгиба.

Как правило, традиционный железобетон является наиболее экономичным методом для пролета до 6 м. Предварительно напряженный бетон более экономичен при пролётах более 9 м. Между 6 и 9 м необходимо рассмотреть два варианта в соответствии с конкретными требованиями, чтобы выбрать наиболее подходящий вариант.

Сталь

, используемая для предварительного напряжения, может быть в форме проволоки или арматуры, которые могут быть сгруппированы в кабели. Также можно использовать сплошные стержни.

Проволока изготавливается путем холодного волочения прутка из высокоуглеродистой стали через ряд переходных штампов. Диаметр проволоки обычно составляет от 3 до 7 мм и может быть круглым, гофрированным или зубчатым, чтобы обеспечить лучшую прочность соединения. Другая форма жилы — это жила, которая состоит из проволоки с прямым сердечником, вокруг которой спиралью намотана проволока, образуя такие форматы, как 7 проволок (6 на 1) и 19 проволок (9 на 9 на 1).Подобно жилам проводов, прядь может использоваться индивидуально или группами для формирования кабелей.

Процесс изготовления предварительно напряженного бетона может осуществляться путем предварительного или последующего натяжения.

Этот процесс включает в себя напряжение проводов или кабелей путем закрепления их на конце металлической формы, длина которой может достигать 120 м. Гидравлические домкраты нагружают провод по мере необходимости, часто добавляя 10% для компенсации ползучести и других потерь предварительного напряжения, которые могут возникнуть. Затем фиксируются боковые формы и бетон укладывается вокруг натянутых тросов.Бетон твердеет и сжимается, захватывая сталь по всей длине, передавая напряжение от домкратов и создавая сжимающую силу в бетоне.

Как только бетон достигнет желаемой прочности, натянутые тросы снимают с домкратов. Типичная прочность бетона 28 Н / мм2 может быть достигнута при 24-часовом отверждении паром, а также при использовании добавок.

Для создания более коротких элементов разделительные пластины могут быть размещены в любой точке вдоль элемента, что при снятии позволяет разрезать проволоку.

Это соответствует методу, обратному предварительному натяжению, когда бетонный элемент заливается, а предварительное напряжение происходит после затвердевания бетона. Этот метод часто используется, когда напряжение должно быть выполнено на месте после заливки компонента на месте или когда ряд сборных железобетонных элементов должен быть соединен вместе, чтобы сформировать требуемый элемент.

Провода, кабели или стержни могут быть размещены в блоке перед бетонированием, но их сцепление с бетоном можно предотвратить с помощью гибкого воздуховода или резиновой оболочки, которая сдувается и удаляется после затвердевания бетона.

Напряжение выполняется после затвердевания бетона с помощью гидравлических домкратов, действующих с одного или обоих концов элемента. Из-за высоких местных напряжений в местах анкеровки в расчет обычно включается спиральная (спиральная) арматура. Когда необходимое напряжение достигнуто, провод или кабели закрепляют для поддержания предварительного напряжения. Концы агрегата заделаны цементным раствором для предотвращения коррозии из-за захваченной влаги и для облегчения распределения напряжений.

Крепления, используемые при последующем натяжении, зависят от того, должны ли сухожилия подвергаться нагрузке индивидуально или в группе. В большинстве систем используются разрезные конические клинья или губки, которые действуют против опоры или прижимной пластины.

Существует множество различных систем постнатяжения. Например, система Freyssinet позволяет одновременно натягивать напряженные пряди с помощью натяжных домкратов с центральным отверстием, закрепленных с помощью конических губок. Это подходит для элементов предварительного напряжения длиной до 50 м.

Система Macalloy, с другой стороны, предполагает приложение напряжения к бетону с помощью сплошного стержня, обычно диаметром 25-75 мм. Штанга закрепляется на каждом конце специальной гайкой, которая упирается в концевую пластину для распределения нагрузки.

К преимуществам предварительно напряженного бетона можно отнести:

К недостаткам предварительно напряженного бетона можно отнести:

[править] Внешние ссылки

• «Справочник по строительству» (6-е изд.), ЧАДЛИ Р., ГРИНО Р., Баттерворт-Хайнеманн (2007)
• «Введение в гражданское строительство» (3-е изд.), Холмс, Р., Колледж управления недвижимостью (1995)

Предварительно напряженный бетон — обзор

25.7 Поведение предварительно напряженных бетонных балок

Предварительно напряженный бетон рассматривается в EC2 как часть железобетона, широкой группы материалов, от обычного железобетона и частично предварительно напряженных до полностью предварительно напряженных бетонных конструкций.Юджин Фрейсине считается «отцом» предварительно напряженного бетона. Его интерес к материалам и экспериментальная работа с начала 1900-х годов привели его к мысли, что предварительное напряжение — это практический подход к высококачественному бетону и высокопрочной стали. Только после Второй мировой войны предварительно напряженный бетон начал развиваться как практичный строительный материал. Создание в 1952 г. Международной федерации преконтрента (Federation Internationale de la Précontrainte) помогло распространить и популяризировать концепцию предварительно напряженного бетона.

Методы, приведенные в EC2, применимы ко всему спектру бетонных конструкций. Следует отметить, что часть 1 стандарта EC2 охватывает проектирование предварительно напряженных бетонных элементов с полностью скрепленными внутренними арматурами. Особые правила для внешних и несвязанных сухожилий будут рассмотрены в других частях EC2.

Принцип, используемый при проектировании предварительно напряженного бетона, заключается в том, что внутренним напряжениям, создаваемым заданной внешней нагрузкой, в желаемой степени противодействует приложение усилий предварительного напряжения.Это позволяет в полной мере использовать относительно высокую прочность бетона на сжатие. Из-за приложенных извне боковых нагрузок на балку возникают внутренние растягивающие и сжимающие напряжения, которые образуют внутреннюю пару, находящуюся в равновесии с приложенным извне моментом. При низких нагрузках или в элементах балки, изготовленных из материалов с аналогичной прочностью на растяжение и сжатие, внутренние растягивающие и сжимающие напряжения имеют одинаковые величины (в зависимости от формы и конфигурации поперечного сечения).Однако из-за относительно низкой прочности бетона на разрыв балка не сможет противостоять возникающим растягивающим напряжениям. В обычно армированных балках эта слабость при растяжении устраняется путем усиления растянутой области балки. В предварительно напряженных бетонных балках слабость при растяжении устраняется приложением продольной сжимающей силы, создающей внутренние сжимающие напряжения, которые уравновешивают в желаемой степени внутренние растягивающие напряжения. Таким образом, возникающие внутренние напряжения в основном связаны с сжатием.В зависимости от относительных величин внутренних сжимающих напряжений, вызванных силой предварительного напряжения, по сравнению с внутренними растягивающими напряжениями, возникающими из-за приложенных боковых нагрузок, растягивающие напряжения могут быть минимизированы или полностью исключены.

Сила предварительного напряжения обычно прикладывается изнутри через стальные тросы или стержни, которые закреплены или заблокированы на концах балки. Предварительное напряжение можно приложить к балке до или после затвердевания бетона. В первом подходе называют приложение усилия предварительного натяжения, как показано на рисунке 25.5. Натяжение тросов предварительного напряжения снимается с балки только после затвердевания бетона. В последнем подходе выравнивание тросов предварительного напряжения фиксируется с помощью каналов, помещенных в бетон, и тросы натягиваются только после того, как бетон достаточно затвердеет, как показано на рисунке 25.6.

Рисунок 25.5. Предварительно напряженная предварительно напряженная балка.

Рисунок 25.6. Предварительно напряженная балка, предварительно напряженная.

Основное различие между двумя подходами состоит в том, что предварительно натянутые кабели выравниваются по прямой, в то время как кабели с последующим натяжением могут иметь нелинейные профили.Однако, если требуется, в предварительно натянутой конструкции можно добиться множественных линейных совмещений. Метод предварительного натяжения идеально подходит для изготовления предварительно напряженных элементов из сборных железобетонных изделий, в которых отрезок кабеля предварительного напряжения предварительно натягивается с помощью ряда форм, размещенных по его длине для удержания бетона. Существует ряд запатентованных систем натяжения бетонных элементов.

Какая бы система не использовалась для предварительного напряжения, следует отметить, что будут некоторые потери в силе предварительного напряжения, которая изначально прикладывается или передается на устройство.Причины таких потерь варьируются от свойств бетона, таких как эластичность, ползучесть и усадка, до трения в используемой системе анкеровки и воздуховодов. Потери, возникающие после передачи, могут составлять порядка 20% силы, достигаемой при передаче. Потери, которые происходят до или во время переноса, составляют порядка 5–10% в зависимости от системы, используемой в системах предварительного и последующего натяжения.

Существуют приложения, для которых методы предварительного и последующего натяжения оказались подходящими.В общем, метод предварительного натяжения больше подходит для блоков с малым поперечным сечением, которые не могут легко разместить сравнительно громоздкие тросы пост-натяжения и анкерные концы. Предварительное натяжение особенно подходит и экономично для массового производства большого количества подобных единиц, таких как железнодорожные шпалы, балки перекрытий, балки, столбы, сваи и т. Д.

Подход к последующему натяжению более универсален и может повысить эффективность использование усилий предварительного напряжения. Потери меньше, и за счет изгиба кабелей вверх на опорах система предварительного напряжения увеличивает сопротивление элементов сдвигу.Однако в системе пост-натяжения необходимо иметь воздуховоды и анкерные крепления для выполнения метода. Эта дополнительная стоимость неэкономична для небольших агрегатов, но для больших агрегатов пропорциональное увеличение невелико. Предварительное напряжение после предварительного напряжения успешно применяется в зданиях, мостах, морских нефтяных платформах и других инженерных сооружениях. Для многих конструкций предварительное напряжение может обеспечить экономичные и эстетически привлекательные бетонные решения.

Как это работает, какие типы?

• В новом самонапряженном бетоне, разработанном швейцарскими учеными, вместо стали используется углерод без анкерного крепления.
• Бетон является наиболее часто используемым строительным материалом в мире — лота .
  
• Использование менее уязвимого углеродного волокна позволяет строителям использовать меньший объем бетона вокруг него.
  

---

Наконец, бетон может присоединиться к остальным из нас в 2020 году, и прибудут предварительно напряженными .

В области бетона это термин, который обычно относится к способу ослабления натянутых стальных лент в высушиваемом бетоне с целью увеличения его прочности.Теперь ученые из Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий (Empa) разработали способ использования идей предварительного напряжения без тяжелой стальной арматуры.

🔨 Вы любите пачкать руки. И мы тоже. Давайте вместе создадим крутые штуки.

Бетон — это гигантская промышленность, потому что он используется в строительстве больше, чем что-либо еще на Земле. Один только размер отрасли означает, что исследователи стремятся улучшить способ производства бетона, от углеродного следа печей, обжигающих известь для производства цемента, до, в данном случае, замены тяжелой и дорогостоящей стали, которая может подвергаться коррозии внутри предварительно напряженных бетонных сегментов.

«В традиционной технологии предварительного натяжения арматура или арматура закрепляются с обеих сторон элемента перед заливкой бетона, подвергаются растяжению и снова отпускаются после застывания бетона», — говорится в заявлении Empa в заявлении . «Проблема: сталь подвержена коррозии. Следовательно, бетонный слой вокруг предварительно напряженной стали должен иметь определенную толщину ».

Углеродное волокно стало легкой и менее агрессивной альтернативой традиционной стали для предварительного напряжения, но с этим тоже есть проблема: дороже .Сталь имеет определенные преимущества для оборудования и конструкции, поскольку она крепится к бетону, а армирование углеродным волокном требует специальных, более дорогих версий и более сложной работы.

📩 Сделайте свой почтовый ящик еще интереснее.

Какое же тогда решение для строителей, которым нужен прочный предварительно напряженный бетон с меньшим объемом и такой же структурной целостностью? Команда Empa разработала новую формулу, которая полностью устраняет необходимость в закреплении оборудования.Вместо этого балки из углеродного волокна окружены новой бетонной смесью, которая расширяется по мере затвердевания и сама прижимает углеродное волокно к предварительному напряжению. Дополнительного тензора нет.

Empa утверждает, что новая формула и структура являются большим благом для строительной отрасли. И, пытаясь встретить строителей там, где они находятся сейчас, в положении, когда попытаться полностью отклонить от бетона на было бы кошмаром, ученые идут по тому же пути, что и многие исследователи экологических материалов в 2020 году.Доработка материалов, которые мы уже любим использовать, безусловно, более разумна, чем требовательные люди, которые чувствуют себя виноватыми за использование пластиковых пакетов для продуктов.

По словам Эмпа, бетон

уже является наименее дорогостоящим для окружающей среды из основных строительных материалов, но его масштабы и повсеместное распространение означают, что продуманные действия могут еще больше снизить его стоимость. Цемент является основным ингредиентом бетона, и его производство требует обработки с очень высокой температурой, например обжига керамики.

Дополнительные стальные преднатягивающие элементы, окружающие бетон, конструктивно не требуются, кроме как для компенсации будущей коррозии.Уменьшение объема даже на 5 процентов будет иметь огромное значение.

Кэролайн Делберт Кэролайн Делберт — писатель, редактор книг, исследователь и заядлый читатель.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

.