Меню

Чем достигается напряжение арматуры

Чем достигается напряжение арматуры

3. Предварительное напряжение арматуры

3.1. Преимущества предварительно напряженных ЖБК.

3.2. Способы армирования предварительно напряженных ЖБК.

3.3. Потери предварительного напряжения.

Железобетон имеет существенный конструктивный недостаток – невысокую трещиностойкость, так как бетон имеет слабые сопротивления растягивающим усилиям (не более 12 % его прочности при сжатии).

Предельная растяжимость бетона любых марок не превышает 0,2 мм/м; в то же время напряжения в растянутой арматуре при таких деформациях бетона невелики и составляют примерно 20 – 25 % ее расчетной прочности.

Превышение марки бетона незначительно увеличивает прочность бетона при растяжении.

Применение высокопрочной арматуры в обычном железобетоне нерационально, так как повышение напряжений в арматуре приводит к увеличению раскрытия трещин в растянутой зоне бетона.

Принцип предварительного напряжения арматуры – создание в растянутой зоне бетона сжимающих усилий (напряжений) за счет предварительного натяжения арматуры.

Рис. 18. Характер поведения железобетонного элемента под нагрузкой:

а) без предварительного напряжения; б) с предварительным напряжением железобетонной конструкции

3.1. Преимущества предварительно напряженных ЖБК.

1) большая жесткость конструкции и меньший вес;

2) большая долговечность в результате повышенной трещиностойкости;

3) при тех же нагрузках снижается расход арматурной стали до 40 %.

3.2. Способы армирования ПН ЖБК.

1) В зависимости от времени натяжения арматуры

1. Натяжение арматуры до бетонирования изделия.

Рис. 19. Натяжение арматуры до бетонирования изделия:

а) натяжение арматуры на упоры формы; б) бетонирование изделия; в) передача натяжения арматуры на бетон (за счет обрезки анкеров арматуры)

2. Натяжение арматуры после бетонирования и твердения бетона.

Рис. 20. Натяжение арматуры после бетонирования и твердения бетона:

а) изготовление изделия с каналами; б) натяжение арматуры внутри каналов конструкции; в) заполнение канала Ц:П раствором (инъецирование)

3. Напряжение арматуры во время твердения бетона.

Основано на расширении цемента не в первый период твердения, а при наборе бетоном прочности 10 – 20 МПа. В этот период арматура имеет достаточное сцепление с бетоном, обжимает его и обеспечивает эффект самонапряжения.

Наиболее распространен 1-ый способ.

2) Способ образования преднапряженного арматурного каркаса.

Имеет существенное значение в организации технологического процесса, так как от этого зависит выбор основного оборудования и натяжных устройств.

1. Линейное напряженное армирование.

Осуществляется одиночными проволоками и стержнями необходимой длины, а также группами стержней и проволок, соединенных в определенном порядке.

2. Непрерывное напряженное армирование.

Заключается в том, что арматурный каркас получают наматыванием непрерывной проволочной нити с необходимой силой натяжения.

3) Способы натяжения арматуры.

Определяют технологию напряженного армирования.

Применяют 4 способа натяжения арматуры:

1) Механическое натяжение арматуры.

Осуществляется натяжными машинами и гидродомкратами, а также различными винтовыми и рычажными устройствами.

2) Электротермическое натяжение арматуры.

Основано на использовании линейного расширения арматуры при ее нагреве электрическим током. Концы удлиняющейся арматуры закрепляют в захватах (упорах), которые препятствуют сжатию арматуры при охлаждении. Таким образом в арматуре возникают растягивающие напряжения.

3) Электромеханическое натяжение арматуры.

Применяется при непрерывном армировании намоточными машинами.

Рис. 21. Электромеханическое напряжение арматуры:

Lз – длина заготовки; Lt – длина стержня после нагрева; Lу – расстояние между упорами формы; DL – удлинение стержня при нагреве

— проволока натягивается грузом или тормозным устройством на 30 –50 % заданного напряжения, одновременно в процессе намотки нагревается электрическим током.

Проволока, намотанная в горячем состоянии на штыри или упоры стендов с неполным натяжением, при остывании напрягается до заданного значения.

Читайте также:  Цвет снимающий напряжение глаз

1) Химическое натяжение арматуры.

Осуществляется за счет использования расширяющегося цемента.

При расширении бетона в процессе твердения происходит удлинение связанной с ним арматуры. Этот способ применяется при изготовлении напорных труб, резервуаров, покрытий дорог, аэродромов и т. д.

3.3. Потери предварительного напряжения.

1) Потери напряжения от релаксации арматуры.

2) Потери напряжения от разности температур Dt натянутой арматуры и устройства воспринимающего усилия натяжения при ТВО бетона.

3) Потери напряжения от деформаций анкеров, расположенных у натяжных устройств.

4) Потери напряжений от трения арматуры о канал или поверхность бетона.

5) Потери напряжений от деформации стальной формы при натяжении арматуры на упоры формы.

6) Потери от быстронатекающей ползучести бетона.

Источник



Вопрос 26 Сущность предварительного напряжения арматуры, способы и методы создания предварильного напряжения в железобетонных конструкциях

date image2015-02-14
views image12037

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Малая прочность бетона на растяжение, составляющая 1 /10— 1/ 15 его прочности на сжатие, является причиной образования трещин в бе­тоне растянутых зон элементов железобетонных конструкций при экс­плуатационных нагрузках.

Значительное раскрытие трещин, нередко достигающее 0,2—0,3 мм и более, во многих случаях опасно с точки зрения коррозии арматуры. Придание арматуре периодического профиля несколько уменьшает рас­крытие трещин, однако этого свойства железобетона полностью не устраняет.

С развитием техники широкое применение нашли бетоны повышен­ной прочности марок 400—600 и выше, а также высококачественные арматурные стали с временным сопротивлением до 20 тыс. кгс/см 2 и бо­лее, что экономически оправдано, поскольку отношение стоимости к прочности высокопрочных материалов, применяемых для железобетона, значительно ниже, чем для материалов менее прочных.

Для повышения трещиностойкости железобетонных конструкций производится их предварительное напряжение (до приложения основных нагрузок), которое производят таким образом, чтобы образовывалось предварительное обжатие тех зон бетона, в которых при основных на­грузках ожидаются растягивающие напряжения.

Предварительно напряженный железобетон не является особым железобетоном; он образуется из тех же материалов, что и железобетон, не подвергаемый предварительному напряжению. Однако предваритель­ное напряжение придает железобетону дополнительные качества, кото­рые могут быть эффективно использованы.

Многочисленные экспериментальные исследования показали, что предварительное напряжение практически не влияет на величину раз­рушающей нагрузки, но существенно (в несколько раз) повышает трещиностойкость и жесткость железобетонных элементов.

Улучшая качество железобетона, предварительное напряжение позволяет широко использовать высокопрочные материалы, экономить сталь (в ряде случаев до 70%), способствовать снижению общего веса конструкций, получать конструкции, хорошо сопротивляющиеся много­кратно повторяющимся динамическим воздействиям.

Предварительное напряжение железобетонных элементов произво­дят посредством натяжения арматуры и передачи ее реактивного давле­ния на бетон с целью его обжатия.

Различают два метода натяжения арматуры:

1) «натяжение на упоры», т. е. натяжение арматуры на упоры стен­да, опалубку или формы и отпуск ее после бетонирования по достижении бетоном достаточной прочности, вследствие чего арматура, стремясь укоротиться, обжимает бетон, а сама остается растянутой (рис. а);

2) «натяжение» на бетон, т.е. натяжение арматуры, размещенной в каналах или пазах элемента, при помощи приспособлений, опирающихся на готовый эле­мент по его концам (по дости­жении бетоном необходимой прочности). Арматуру при по­мощи анкеров фиксируют в на­тянутом положении, и она об­жимает бетон, впоследствии каналы инъецируют цемент­ным раствором под давлением, а пазы заполняют бетоном (рис. б).

Натяжение на упоры более целесообразно для заводских условий изготовления железо­бетонных конструкций и изде­лий. Натяжение на бетон более трудоемко, его практикуют в тех случаях, когда затруднено или не мо­жет быть осуществлено натяжение на упоры, например при строитель­стве уникальных конструкций больших размеров или изготовлении мо­нолитных конструкций.

Читайте также:  Оба провода под напряжением

Для натяжения арматуры используют несколько способов: меха­нический, электротермический, термический, физико-химический (самонапряжение), электромеханический.

Механический способ заключается в растяжении арматуры при по­мощи гидравлических или механических домкратов, рычагов, гаечных ключей, грузов и т. п.

К механическому относится предложенный проф. В. В. Михайло­вым способ непрерывной навивки арматуры. По этому способу натяну­тую проволоку навивают на упоры поворотного стола. В настоящее время разработаны навивочные машины, при помощи ко­торых натянутую проволоку наматывают на упоры неподвижного стен­да. Способ непрерывного армирования дает возможность создавать предварительно напряженные конструкции с одноосным и двухосным обжатием для зданий промышленного и гражданского строительства. Непрерывное армирование используют также при натяжении арматуры резервуаров, силосов и т. д.

Электротермическим способом изготовляют около 80% всех предварительно напряженных конструкций. Стержни арматуры на­гревают до температуры 300-400°С при помощи электротока и в на­гретом состоянии устанавливают в упоры. При остывании стержни, стремясь сократиться, натягиваются, что используется для обжатия бетона. Этот способ отличается простотой, малой трудоемкостью и срав­нительно низкой стоимостью. Однако точность натяжения этим спосо­бом ниже, чем при других способах.

Электромеханический способ является комбинированным, он при­меняется при непрерывном армировании. Высокопрочную проволоку, нагретую электротоком до 300-400°С, навивают на упоры формы или стенда при помощи намоточной машины. При этом необходимая мощ­ность механических приспособлений для намотки значительно снижает­ся. После остывания проволока получает предварительное напряжение.

При термическом способе натяжения стержень до бетонирования покрывают составом, размягчающимся при нагревании. После укладки в форму, бетонирования и набора бетоном прочности арматуру нагрева­ют до 90-110°С, в результате чего обмазка размягчается и арматура свободно удлиняется при дальнейшем нагревании. При температуре 300-350°С обмазка необратимо затвердевает и конструкция становится предварительно напряженной.

При физико-химическом способе используется свойство бетонов, изготовленных с применением расширяющихся цементов. При расши­рении бетона в процессе твердения арматура также удлиняется, от­чего в ней создается предварительное напряжение. Принцип самонапряжения конструкций является весьма перспективным, так как дает возможность обойтись без сложных приспособлений для натяжения арматуры.

Вопрос 27 Расчет сжатых железобетонных элементов прямоугольного сечения.

Приведем решение для наиболее часто встречающихся в практике условий применения сжатых элементов (изготовленных из бетона марки не выше 400 с арматурой классов А-I, А-II, А-III, имеющих площадку текучести).

Условие прочности принимает вид

Положение нейтральной оси при x=x/ho>xR определяют из формулы (sa=Ra)

Rпрbx(e-ho+0.5x)±RacF’ae’-RaFae=0 (17) где знак минус принимают при e 2 o (19) где AR=xR(1-0.5xR) (20). Площадь сжатой арматуры в соответствии с формулой (15) (21)

Площадь сечения растянутой арматуры определяют из уравнения (16) при замене х на хR=xRho: (22)

Если формула (21) дает отрицательный результат, то сжатая арматура по расчету не требуется. Однако по конструктивным сообра­жениям сжатую зону армируют минимальным количеством арматуры F’a.

При заданном сечении арматуры F’a на основании формулы (15) вычисляют

В правой части этого выражения все величины известны. Учитывая обозначения x=x/ho; Ао=x(1-0,5x)

Величина Ао может быть вычислена по формуле , а затем определено x=1-Ö1-2Ао

На конец из равенства (16), учитывая, что х=xho, может быть найдена площадь арматуры (26)

В элементах, подверженных действию одинаковых или близких по величине, но противоположных по знаку изгибающих моментов (напри­мер, в стойках эстакад, средних подкрановых колоннах, арках и т. п.), рационально применять симметричное армирование, т.е. Fa =F’a. В этом случае при Rа=Rа.с согласно формуле (16) высота сжатой зоны бетона (27)

Читайте также:  Импульсный блок питания пониженное выходное напряжение

Учитывая, что при симметричном армировании е=еоh+0.5(hо-а), из формулы (15) находим (28)

Симметричная арматура менее экономична, чем несимметричная; ее следует применять, если получается перерасход арматуры не более чем на 5% по сравнению с несимметричной арматурой.

При x=x/ho>xR высоту условной сжатой зоны определяют из фор­мулы

Сечение арматуры подбирают методом последовательного прибли­жения в следующем порядке. Ориентировочно задаются коэффициентом армирования m элемента, определяют значение Nпр и затем вычисляют количество арматуры Fa и F’a. Если найденные площади сечения арма­туры Fa и F’a соответствуют первоначально принятому коэффициенту армирования m, подбор арматуры считают выполненным. Если этого соответствия нет, производят повторные вычисления.

Суммарный процент армирования окончательно подобранного сечения арматуры

Расчет сжатых бетонных и железобетонных элементов прямоуголь­ного сечения с симметричным армированием (рис.10) сталью классов А-I-А-III для случая, когда расчетный эксцентриситет про­дольной силы во равен нулю, при lo£20h допускается производить по условию N=mj(RпрF+RacFa)

где m — коэффициент, принимаемый равным: m=1 при h>20; m=0,9 при h£20 см; h — размер сечения в рассматриваемой плоскости; j — коэффициент, определяемый по формуле j=jб+2(jж-jб)а, принимае­мый не более jж; jб и jж — коэффициенты, принимаемые по табл.; Fa — площадь сечения всей продольной арматуры;

Источник

Испытание и установка арматурных изделий

Для создания предварительного напряжения в арматуре применяют механический, электротермический или электротермомеханический методы.

Механический метод применяют при натяжении всех видов напрягаемой арматуры. При его использовании наибольшее распространение получили гидродомкраты.

Напряжение, Па, создаваемое в арматуре при механическом методе ее натяжения, определяют по формуле:

где р- приложенное к арматуре усилие, Н; ŋ-к. п. д. гидродомкрата, равный 0,94-0,96; n- число одновременно натягиваемых арматурных элементов

Электротермический метод натяжения-это создание в стержневой арматуре напряженияσ путем жесткой фиксации при остывании заготовок, предварительно нагретых до заданного удлинения Δl, мм:

где k — коэффициент (табл. 75);Δ σ — допустимое предельное отклонение σо, (табл. 76)- Е н а — модуль упругости арматуры lу — расстояние между наружными гранями упоров на форме, поддоне или стенде, мм.

Таблица 75. Значение коэффициента k.

Значение k для арматуры классов

Таблица 76. Предельно допустимые отклонения σо.

Примечание. При изготовлении нескольких изделий, расположенных в одну линию, с проходящей через все изделие арматурой lи принимается равной сумме длин изделий на линии.

При отсутствии в технологическом процессе термически упрочненной стали специального отпуска с нагревом до температур, следует контролировать ее временное сопротивление и условный предел текучести после электронагрева и сравнить их с соответствующими характеристиками, приведенными в сертификатах. С этой целью от трех арматурных стержней после электропрогрева отбирают по одному образцу, которые испытывают так же, как и исходную арматуру.

При электротермомеханическом методе натяжению подвергают предварительно нагретую высокопрочную проволоку или пряди. Возникающее при их остывании напряжение в сумме с напряжением, созданным механическим натяжением, должно составлять заданную величину. Этот способ применяется при изготовлении конструкций, армируемых с помощью навивочных машин.

Определение длины арматурной заготовки.

Требуемая длина отрезаемого стержня, предназначенного для электронагрева, определяется по формуле

где l3—-длина заготовки, равная расстоянию между опорными поверхностями временных концевых анкеров, мм; а — длина конца стержня, используемая для образования временного концевого анкера, мм.

Для высаженных головок a—2,2d-+5 мм,Длина арматурной заготовки определяется по формуле

Источник