Железобетон предварительно напряженный: Предварительно напряжённый железобетон | это… Что такое Предварительно напряжённый железобетон?

Содержание

Из истории предварительно напряженного железобетона | DWGФОРМАТ

Создание напряженного состояния в конструкции на стадии изготовления, когда знак напряжения в материале противоположен знаку напряжений от эксплуатационной нагрузки, является одним из крупнейших достижений инженерной мысли ХХ века. У истоков этой концепции в ее современном понимании стояли Эжен Фрейссине (Франция) и Виктор Васильевич Михайлов (Россия). Предварительное напряжение развивалось непросто. Интересно отметить, что в 30-х годах при защите докторской диссертации В.В. Михайлова, посвященной развитию этого метода, два оппонента из трех выступили против.

В Советском Союзе использование предварительного напряжения было весьма популярным, оно применялось в промышленном, жилищном, транспортном и специальном строительстве. Предварительно напряженных конструкций выпускалось более 30 млн. м³ в год, что составляло порядка 20% общего объема производства сборного железобетона. Здесь мы действительно занимали передовые позиции.

Наибольшее распространение получила технология натяжения арматуры на упоры. Данный метод стал так хорошо использоваться, благодаря, прежде всего, внедрению электротермического способа натяжения стержневой арматуры.

Сущность данного способа натяжения арматуры заключается в том, что арматурную заготовку (стержневую, проволочную или прядевую), нагретую электрическим током до нужного удлинения, закрепляют в нагретом состоянии в жестких упорах или на торцах затвердевшего элемента. Специальные упоры и торцы препятствуют укорочению заготовки при остывании, благодаря чему в ней возникают заданные растягивающие напряжения. Требуемую арматурную заготовку, предназначенную для натяжения на упоры форм, поддонов или стендов, снабжают по концам анкерами, расположенными так, чтобы расстояние между внутренними (опорными) плоскостями анкеров было на заданную величину меньше расстояния между наружными гранями упоров. Удлиненная заготовка должна свободно укладываться в нагретом состоянии между упорами.

Для стержневой арматуры максимальная температура нагрева не должна превышать 350°, а для проволочной — 300°С.

Благодаря авторам этого способа были сэкономлены миллионы тонн дефицитного тогда металла и резко улучшена технология и экономика конструкций.

Одновременно с этим способом был введен и электротермомеханический (комбинированный) способ натяжения. Он сочетает в себе электротермический и механический способ натяжения, осуществляемые одновременно. При электротермомеханическом способе натяжения около 50% напряжения обеспечивается механическим натяжением и 50% при остывании нагретой проволоки. Это вдвое увеличивает производительность машин, облегчает их конструкцию, позволяет повысить контролируемое предварительное напряжение. Особенно эффективен этот способ при натяжении арматуры на затвердевший бетон криволинейных элементов, так как он позволяет снизить неравномерность натяжения и уменьшить потери натяжения в результате трения.

Успех был закреплен в 60-х годах, на волне тотального увлечения сборным железобетоном, именно, предварительно напряженный рассматривался, как один из основных конструкционных материалов.

В этот период ученые и специалисты отрасли разработали значительный объем нормативно-технической литературы по расчету, проектированию и технологии изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций, что стало надежным фундаментом для дальнейшего эффективного развития этого направления. Одним из основных документов стал ВСН 117–65; хотя он и был разработан для мостов, в целом рассматривал почти все технологические аспекты предварительно напряженного бетона. Вышедший позднее СНиП 2.03.01–84 прямо указывал: «При выборе элементов должны предусматриваться преимущественно предварительно напряженные конструкции…».

Дальнейшее развитие предварительного напряжения оказало серьезное влияние на технологии высокопрочных бетонов. В преднапряженных конструкциях появилась возможность максимально эффективно использовать повышенную прочность бетона при сжатии.

В настоящее время фактически все регионы в России обладают производственными мощностями, способными производить более 1 млн. м³ в год сборного, в том числе предварительно напряженного железобетона. Достаточно велика и номенклатура изделий, которые целесообразно изготавливать с предварительным напряжением: покрытия зданий, пролетные строения и опоры мостов, железобетонные сваи и трубы, шпалы, градирни, опоры ЛЭП и мачты освещения, телебашни, защитные оболочки, морские и шельфовые сооружения, плавучие доки, корпуса понтонов и многое другое.

Использованы материалы доклада Войлокова И.А и статьи Звездова А.И.

Фото: производство преднапряженных плит перекрытий на ЖБК-9 

21. Обычный и предварительно напряженный железобетон

Стремление устранить основные недостатки обычного железобетона — образование трещин в растянутой зоне даже при эксплуатационных нагрузках и невозможность применения для армирования высокопрочных сталей,— привело к созданию более технически совершенных предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Основная идея таких конструкций заключается в создании искусственным путем при изготовлении элемента предварительного обжатия бетона, или предварительных сжимающих напряжений в бетоне, в результате чего растягивающие напряжения, возникающие при эксплуатационных нагрузках, гасятся предварительным сжатием бетона, и элемент получает возможность работать на растягивающие усилия без образования трещин.

Для выяснения сущности предварительно напряженных конструкций проследим за изготовлением простейшего предварительно напряженного железобетонного элемента квадратного сечения, который в эксплуатационных условиях должен работать на растяжение.

В форму, имеющую на торцах жесткие упоры, закладывается по середине высоты стальной стержень (арматура), несколько большей длины, чем длина элемента. Концы стержня снабжаются анкерным устройством в виде специальных зажимов или гаек с шайбами. Затем стержень растягивают при помощи гидравлических домкратов до напряжения, равного

0,60—0,70 от предела прочности, и в таком состоянии закрепляют при помощи гаек цли зажимов. В результате стержень получит удлинение, соответствующее данному предварительному напряжению растяжения.

Если его в таком нагретом состоянии заанкерить на торцевых упорах, то после остывания он будет испытывать растягивающее усилие, соответствующее полученному при нагреве удлинению.

После этого производится бетонирование элемента.

По достижении бетоном проектной прочности зажимы на торцах стержня освобождают. Тогда стержень будет стремиться укоротиться до своей прежней длины. Однако этому будет препятствовать сцепление стального стержня с бетоном, в результате чего в бетоне возникнут напряжения сжатия, одинаковые по величине для всех точек поперечного сечения ввиду центрального расположения арматуры. Таким образом, мы получили железобетонный элемент, к которому никаких внешних сил не приложено, но бетон испытывает сжимающие, а арматура — растягивающие напряжения. Если к такому элементу приложить эксплуатационную нагрузку, то растягивающие напряжения от этой нагрузки будут гаситься предварительными напряжениями сжатия. Путем расчета можно назначить такое сечение элемента и количество арматуры, при которых эксплуатационная внешняя нагрузка Р или вообще не будет вызывать растяжения в бетоне,бетоны повышенных марок — не ниже 300, а чаще марки 400 и 500. Это обстоятельство позволяет несколько снизить размеры сечения элементов по сравнению с обычными железобетонными конструкциями.

Для предварительно напряженных конструкций можно применять высокопрочные стали, так как натяжение арматуры производится до приложения внешней нагрузки и возникающие в арматуре значительной величины растягивающие напряжения не вызывают образование трещин в бетоне, что имеет место в обычных железобетонных конструкциях.

Таким образом, предварительно напряженные железобетонные конструкции обладают целым рядом преимуществ (по сравнению с обычным железобетоном), которые в основном сводятся к следующим:

а) трещиностойкость предварительно напряженных конструкций, что определяет и их большую долговечность;

б) возможность рационального использования высокопрочных сталей и, как следствие, значительная экономия металла;

в) облегчение конструкций за счет применения бетонов более высоких марок;

г) повышенная жесткость, т. е. меньшие прогибы конструкций вследствие отсутствия волосяных трещин и полученных при предварительном натяжении арматуры деформаций (прогибов), обратных по направлению деформациям от внешних нагрузок.

Конструкция из предварительно напряженного бетона | Бетон

Модуль 1 – Введение

  • Презентация PowerPoint (25:13): https://youtu.be/BvsgybgzB2w
  • Экскурсия по заводу сборных железобетонных изделий PCI (13:42): https://youtu.be/rLd7CdQsQlU

Дополнительное чтение

  • Коллинз и Митчелл (1991). Предварительно напряженные бетонные конструкции . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. — Глава 1
  • Billington (2004 г.) – Исторический взгляд на предварительно напряженный бетон
  • DArcy (2003 г.) — Строительные нормы и правила для полистиролбетона (краткая история)
  • Дингес (2009 г.) — История предварительно напряженного бетона
  • Lowe (2014) – Четыре возраста предварительно напряженных железобетонных конструкций
  • Скотт (2004 г.) — Размышления о ранней индустрии полистиролбетона в Америке

Модуль 2. Свойства материалов

  • Презентация PowerPoint (1:13:14): https://youtu. be/o3D97kIEJAY
  • Пример 1 (13:25): https://youtu.be/QIbhmC1lAC4

Дополнительное чтение

  • Коллинз и Митчелл (1991). Предварительно напряженные бетонные конструкции . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. — Глава 3
  • ACI 209R-92 – Прогноз ползучести, усадки и температурных эффектов в бетонных конструкциях

Модуль 3 – Технология предварительного напряжения

  • Презентация в формате PowerPoint (1:05:03): https://youtu.be/dak8slxvFWU

Дополнительное чтение

  • Коллинз и Митчелл (1991). Предварительно напряженные бетонные конструкции . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. — Глава 2
  • VSL – Системы Strand PT
  • PTI – Терминология постнатяжения

Модуль 4. Реакция на осевую нагрузку

  • Презентация PowerPoint (51:26): https://youtu.be/xHky4jyCmmQ
  • Пример 1 (23:51): https://youtu.be/M6wLfdp2bnI
  • Пример 2 (17:04): https://youtu. be/PVPyVEs1tMc
  • Пример 3 (19:22): https://youtu.be/68VJw46yf-4
  • Пример 4 (16:40): https://youtu.be/L-CaqrCbCc4

Дополнительное чтение

  • Коллинз и Митчелл (1991). Предварительно напряженные бетонные конструкции . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. — Глава 4

Модуль 5. Реакция на Flexure

  • Презентация PowerPoint (41:01): https://youtu.be/CJxcZh3fBFM
  • Пример 1 (13:01): https://youtu.be/pAqawnw_P6U
  • Пример 2 (25:06): https://youtu.be/EfK0LOZrE04
  • Пример 3 (11:44): https://youtu.be/s3s4Gis_3k4
  • Пример 4 (15:50): https://youtu.be/CyplbNrzeK8

Дополнительное чтение/другие ресурсы

  • RESPONSE2000: http://www.ecf.utoronto.ca/~bentz/r2k.htm
  • Коллинз и Митчелл (1991). Предварительно напряженные бетонные конструкции . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. — Глава 5

Модуль 6 — Напряжение при изгибе — Совместимость с деформациями

  • Презентация в формате PowerPoint (56:57): https://youtu. be/lcXl-2NYrYI
  • Пример 1 (19:05): https://youtu.be/nzW60urW_cE
  • Пример 2 (24:32): https://youtu.be/dNWSeRUBKmw
  • Пример 3 (23:46): https://youtu.be/wkrHrp3cUEc

Дополнительное чтение

  • Коллинз и Митчелл (1991). Предварительно напряженные бетонные конструкции . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. – Глава 5.11 и 5.12

Модуль 7 — Напряжение при изгибе — Сила в сухожилии

  • Презентация в формате PowerPoint (58:26): https://youtu.be/qdAZuFjF79ш
  • Пример 1 (17:01): https://youtu.be/ohvyUnXAWQc
  • Пример 2 (28:26): https://youtu.be/dtHzO2BZpkw
  • Пример 3 (12:45): https://youtu.be/8EEcNbVbVGQ
  • Пример 4 (27:39): https://youtu.be/TIjAuAEi82Q

Дополнительное чтение

  • Коллинз и Митчелл (1991). Предварительно напряженные бетонные конструкции . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. – Глава 6.5

Модуль 8 – Прочность на изгиб

  • Презентация PowerPoint (39:55): https://youtu. be/PY659ZgRQDU
  • Пример 1 (9:42): https://youtu.be/S-0wETpL5vY
  • Пример 2 (14:50): https://youtu.be/A0mGVBb5TKE
  • Пример 3 (7:01): https://youtu.be/1Fd3W5ZWDy8
  • Пример 4 (12:22): https://youtu.be/h2–4H-dxwY
  • Пример 5 (15:25): https://youtu.be/4UsOSHJleWM
  • Пример 6 (13:04): https://youtu.be/cGa-TQKxB28
  • Пример 7 (15:31): https://youtu.be/nCpT4MYl_vI

Дополнительное чтение

  • Коллинз и Митчелл (1991). Предварительно напряженные бетонные конструкции . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. – Глава 6.9

Модуль 9 — Дизайн для Flexure

  • Презентация PowerPoint (55:43): https://youtu.be/527KELrbrU8
  • Пример 1 (37:41): https://youtu.be/rxlzOhsPAcU
  • Пример 2 (50:22): https://youtu.be/o0M0bTSyzaU
  • Пример 3 (10:55): https://youtu.be/68IoXphM–Y

Дополнительное чтение

  • Коллинз и Митчелл (1991). Предварительно напряженные бетонные конструкции . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. — Глава 6

Модуль 10. Проектирование на сдвиг

  • Презентация PowerPoint (57:36): https://youtu.be/vYVb2ysYe3k
  • Пример 1 (33:50): https://youtu.be/h3oxRugd-5w
  • Пример 2 (28:57): https://youtu.be/C3K_PAEeZwI
  • Пример 3 (36:17): https://youtu.be/Pq0JaYdvJLk
  • Пример 4 (26:41): https://youtu.be/DfKttUxXMJM

Дополнительное чтение

  • Коллинз и Митчелл (1991). Предварительно напряженные бетонные конструкции . Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис-Холл. — Глава 7
  • Гарбер, Д. Б., Галлардо, Дж. М., Дешен, Д. Дж., и Байрак, О. (2016). Нетрадиционные разрушения при сдвиге балочно-т предварительно напряженных железобетонных балок мостов. Journal of Bridge Engineering , 21 (7), 04016030.

Модуль 11 – Потери до напряжения

  • Презентация PowerPoint (1:09:47): https://youtu. be/KPaOQ_k0Nh5
  • Пример 1 (28:08): https://youtu.be/QyCaIdCiDl4
  • Пример 2 (40:02): https://youtu.be/7tg2eKNjEBc

Дополнительное чтение

  • Гарбер, Д. Б., Галлардо, Дж. М., Дешен, Д. Дж., и Байрак, О. (2015). Экспериментальное исследование потерь предварительного напряжения в натурных балках моста. Структурный журнал ACI, 112(5), 553.

Предварительная загрузка | Резервуары из предварительно напряженного бетона

Узнать больше

Tank Applications

Preload предлагает вам почти столетний опыт проектирования и строительства предварительно напряженных резервуаров. Многие проблемы с системами хранения, с которыми сталкиваются сегодня наши клиенты, — это проблемы, с которыми мы сталкивались …

Projects

Более 90 лет инноваций оставили прочное наследие качества в сообществах по всему миру. Посмотрите примеры нашей работы и прочитайте тематические исследования, содержащие решения для ваших нужд.

Проектирование и строительство

Компания Preload уже более 90 лет занимается проектированием и изготовлением самых качественных и долговечных резервуаров для хранения жидкостей. От первого в мире резервуара из предварительно напряженного бетона с проволочной обмоткой до передовой…

Промышленный опыт

История Preload начинается в начале 1930-х годов, когда небольшая группа инженеров-первопроходцев изучает возможность использования новой высокопрочной стальной проволоки для замены стальных талрепов ранних 19…

НАЙДИТЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ВАШЕГО КОНКРЕТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ НИЖЕ

КАК ПРЕДНАГРУЗКА ОБЕСПЕЧИВАЕТ БЕЗОПАСНОСТЬ И КАЧЕСТВО? О ПРИМЕНЕНИИ РЕЗЕРВУАРОВ

Вода

Сточные воды

СПГ

Промышленный

ТЕС

Почему?


Превосходный дизайн и конструкция

Государственные чиновники и лидеры отрасли высоко оценивают производительность и экономические преимущества, которые обеспечивают резервуары для предварительной загрузки. Инженеры знают, что выбор резервуара из предварительно напряженного бетона с проволочной обмоткой обеспечит десятилетия безотказной работы. Превосходный дизайн и конструкция Preload — это дисциплина, которую мы совершенствовали с момента создания первого в мире резервуара из предварительно напряженного бетона с проволочной обмоткой.

КАК МЫ ЭТО ДЕЛАЕМ

ПРОЦЕНТ (%)10080604020ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ (ГОД)Сварная стальПредварительно напряженный бетон015253545

Экономия


Почему преднапряженный бетон?

Предварительная загрузка поставляет резервуары высочайшего качества с наименьшими затратами в течение жизненного цикла, чтобы максимизировать окупаемость инвестиций. Стойкость бетона при сжатии устраняет необходимость в защитных покрытиях, которые обычно требуют поддержания покрытия в течение всего срока службы резервуара. Это приводит к экономии 30-40% в течение первых нескольких лет эксплуатации резервуара, увеличиваясь до более чем 100% экономии в течение 60-80-летнего жизненного цикла резервуара. Свяжитесь с Preload TODAY, чтобы получить анализ стоимости жизненного цикла для вашего конкретного проекта.

Резервуары из предварительно напряженного бетона по сравнению с другими типами резервуаров

Низкая стоимость обслуживания резервуаров из предварительно напряженного бетона с предварительным напряжением делает их логичным выбором для хранения жидкости.

Резервуары предварительной загрузки не требуют планового технического обслуживания и перекрашивания, что практически исключает расходы на техническое обслуживание и простой оборудования. Первоначальная разница в стоимости между резервуаром предварительной загрузки и другими резервуарами для хранения часто меньше, чем затраты на текущее обслуживание для других типов конструкций резервуаров. Когда вы рассматриваете регулярное техническое обслуживание в течение срока службы других типов конструкций резервуаров, аргументы в пользу резервуара с предварительной нагрузкой становятся бесспорными.

Резервуары с предварительной загрузкой предлагают клиентам производительность поколений с десятилетиями низкого обслуживания и безотказной работы, что приводит к огромной экономии.

Свяжитесь с нами для анализа стоимости жизненного цикла для вашего конкретного проекта.

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Сообщество


Окупаемость инвестиций

Резервуары из предварительно напряженного бетона не только обеспечивают высокое качество и долговечность, но также являются наиболее экономичным решением для хранения и приносят пользу местному населению.

Устойчивость к загрязнению

Резервуары из предварительно напряженного бетона с проволочной обмоткой почти на 100% состоят из экологически чистых натуральных и переработанных материалов. Бетон из инертного песка и гравия, кованая арматура из переработанной стали и повторное использование временных строительных материалов — вот лишь несколько примеров приверженности Preload принципам устойчивого строительства. Резервуары из предварительно напряженного бетона не требуют дорогостоящих и вредных для окружающей среды покрытий, которыми страдают стальные резервуары, сваренные и закрепленные болтами. Многочисленные циклы пескоструйной обработки и нанесения покрытия на стальные резервуары часто создают опасные для окружающей среды участки, требующие дорогостоящих восстановительных работ. Резервуары из предварительно напряженного бетона являются наиболее устойчивыми и экологически безопасными.

Экономические выгоды для сообщества

Резервуары из предварительно напряженного бетона на 70-80% состоят из материалов местного производства, при этом экономическая выгода владельца заключается в том, что доходы от налога на покупку и продажу остаются в сообществе. Материалы и услуги местного производства включают, среди прочего, бетон, арматуру, аренду оборудования.

Кроме того, Preload стремится нанимать местную рабочую силу, предлагая хорошо оплачиваемую работу с отличными льготами и обучением для членов сообщества.