Преднапряженные железобетонные конструкции: Преднапряженные конструкции в каркасном строительстве

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.

История применения преднапряженного бетона (преднапряжения) в отечественном строительстве.

За многие годы эволюции строительных материалов ученые всегда стремились создать некий суррогат камня, как следствие появился бетон, увы обладающий весьма отрицательным качеством — невысокой прочностью при растяжении. Использование стальной арматуры, фибры позволяют бетону не разрушаться, но все же на его поверхности появляются трещины; данное условие можно исключить применив арматуру и фибру одновременно, но в этом случае конструкция будет материалоемка и экономически невыгодна. Поэтому, чтобы повысить эксплуатационные свойства конструкций в целом, требовалось найти новое решение данной проблемы. Оно было найдено. На стадии изготовления или строительства создается напряженное состояние в конструкции: знак напряжения в бетоне становится противоположен знаку напряжения от эксплуатационной нагрузки.

Преднапряжение было изобретено Эженом Фрейссине почти сто лет назад, хотя пальму первенства с ним может разделить и россиянин Виктор Васильевич Михайлов. Ещё в 1936 году прошлого века, при защите В. В. Михайловым диссертации, он не нашел всеобщего понимания в среде ученых. Трудность понимания заключалась в том, что не все могли понять, как можно предварительно натянуть арматуру почти до разрыва, а затем нагрузить конструкцию полной расчетной нагрузкой, и она при этом будет работать так, что трещины в растянутом бетоне конструкции не появятся вплоть до исчерпания её несущей способности. Тем не менее, данная теория с успехом была доказана и получила путевку в жизнь.

Хотя, в той же самой передовой Германии до последнего времени, нельзя было применять напрягаемую арматуру вне сечения бетонной конструкции, разрешение на применение данной технологии вышло совсем недавно, а сегментная сборка железобетонных мостов с помощью натяжения арматуры запрещена и по сей день.

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. Как следствие, используемый нами в настоящее время СНиП 2.03.01–84 прямо указывает: «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 Советском Союзе появились линии «Partek». Данные высокопроизводительные линии позволяли и позволяют производить плиты безопалубочным способом. Они установлены в Москве на ЖБК-17, в Санкт-Петербурге на объединении «Баррикада» и в Барнауле. Технология заключается в том, что арматура или тросы предварительно напрягаются и заливаются бетоном, впоследствии плиты разрезаются на требуемую длину. Главное — это избежать так называемого проскальзывания арматуры, т. е. когда её окончания углубляются в тело бетона относительно края плиты, таким образом, само преднапряжение, как таковое, ослабевает.

С началом перестройки процесс интенсивного развития преднапряженного железобетона был фактически остановлен. Мы потеряли темп развития строительной и железобетонной отрасли в частности. Повсеместно происходила остановка производств. Стенды, опалубка, металлоемкое оборудование уходило в металлолом. Только Москва сумела сохранить определенный задел в данной отрасли.

Сильнее всего пострадал и снизился объем применения сборных предварительно напряженных конструкций. Объем выпуска преднапряженных конструкций упал более, чем в 10 раз, в то время, как объем выпуска железобетонных конструкций без предварительного напряжения снизился в 6 раз. Этому есть несколько причин, в том числе и сильно подорожавшая электроэнергия, что сделало электротермический способ натяжения арматуры экономически невыгодным.

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.

Альтернативой традиционным шпалам и шпалам из фибробетона являются шпалы с использованием технологии предварительно напряженного бетона. Данные изделия показывают высокую эксплуатационную надежность предварительного напряжения. В мире, в настоящее время их установлено более миллиарда штук. Жесткие динамические нагрузки, ощутимые температурные перепады, увлажнение и высушивание, замораживание и оттаивание, воздействие нефтепродуктов и других агрессивных веществ предъявляют исключительно высокие требования к надежности и долговечности этих изделий. Есть участки железной дороги, где преднапряженные железобетонные шпалы прослужили более 40 лет и не имеют каких-либо существенных повреждений.

За рубежом из сборного предварительно напряженного железобетона все больше и больше наращивается объемов конструкций перекрытий и покрытий зданий различного назначения, значительная часть изделий, используемых в инженерных сооружениях и в транспортном строительстве; появились производства элементов наружного архитектурного оформления зданий. Если же обратиться к истории, то в 70-е годы в Советском Союзе получили широкое развитие пространственные конструкции покрытий, в качестве примера может служить здание торгового центра в Челябинске, построенное в 70-х годах прошлого века. Покрытие торгового зала с размером в плане 102×102 м, выполненное в виде сборно- монолитной железобетонной оболочки положительной гауссовой кривизны, опертой шарнирно только по контуру, является уникальной конструкцией. Проектирование сборно-монолитной преднапряженной железобетонной оболочки выполнил Ленинградский проектный институт № 1.

В США от общего объема производства сборных железобетонных изделий в 26 млн. м³ преднапряженные конструкции составляют 40%. Четверть из них — так называемые плиты Т и 2Т, в поперечном разрезе представляющие одинарную и двойную букву Т. Плиты «на пролет» широко производятся также в Великобритании, Германии, Венгрии, Польше и в других странах.

Большая часть стропильных и подстропильных балок, ферм, ригелей, стеновых панелей изготовляют также предварительно-напряженными, с применением высокопрочной проволочной и стержневой арматуры и бетонов с прочностью до 70 МПа.

К сожалению, общий экономический кризис в области применения сборного, в том числе и преднапряженного железобетона, частично связан ещё и с тем, что у нас не получили должного изучения и применения предварительно напряженные конструкции с натяжением арматуры на бетон, в том числе в построечных условиях. В связи с этим, практически отсутствует современное, эффективное, отечественное оборудование для реализации такой технологии на практике. Но западные технологи не стояли на месте. Сегодня в мире из преднапряженного монолитного железобетона возводятся промышленные, гражданские и жилые здания, плотины и энергетические комплексы, телебашни и многое другое.

Высотные сооружения, особенно такие, как телебашни из монолитного преднапряженного железобетона, выглядят особенно эффектно, став достопримечательностями многих стран и городов. В качестве примера может служить телебашня в Торонто (Канада), она является самым высоким в мире отдельно стоящим железобетонным сооружением. Её высота 555 м. Конструкция поперечного сечения башни в виде трилистника оказалась весьма удачным решением для размещения напрягаемой арматуры и бетонирования в скользящей опалубке. Ветровой опрокидывающий момент, на который рассчитана эта башня, составляет почти полмиллиона тоннометров при собственном весе наземной части башни чуть более 60 тыс. т.

За счет применения гидротехнических бетонов и преднапряжения в Германии и в Японии широко строятся тонкие оболочки яйцевидной формы для очистных сооружений. К настоящему времени такие резервуары возведены суммарной емкостью более 1,2 млн. м³. Отдельные сооружения этого типа имеют емкость от 1 до 12 тыс. м³. В западном полушарии, в таких странах как Канада и США, ежегодно возводится более 10 млн. м3 конструкций монолитных перекрытий увеличенного пролета с натяжением арматуры на бетон.

С развитием технологий напрягаемая арматура в монолитных конструкциях все чаще применяется без сцепления с бетоном, т. е. не производится инъецирование каналов, а арматуру от коррозии или защищают специальными защитными оболочками, или обрабатывают антикоррозионными составами. Данная технология наиболее часто используется при строительстве мостов, большепролетных перекрытий, высотных сооружений и других подобных объектов.

Где, как не при строительстве АЭС, можно применять монолитный предварительно напряженный железобетон? Именно в области атомной энергетики он нашел широкое применение, из него изготавливаются корпуса реакторов и защитных оболочек атомных электростанций. Суммарная мощность АЭС в мире превышает 150 млн. кВт, в том числе мощность станций, корпуса реакторов и защитные оболочки которых построены из монолитного преднапряженного железобетона, составляет почти 40 млн. кВт. Защитные оболочки для реакторов АЭС стали обязательными. Именно отсутствие такой оболочки явилось причиной чернобыльской катастрофы.

Широкое распространение преднапряженный бетон получил и в гидротехническом строительстве, ярким примером его строительных возможностей являются морские платформы для добычи углеводородов. В настоящее время таких сооружений возведено более двух десятков.

Ярким примером такой платформы может служить построенная в 1995 г. в Норвегии платформа «Тролл». Она имеет полную высоту 472 м, что в полтора раза выше Эйфелевой башни. Платформа установлена на участке моря с глубиной более 300 м и рассчитана на воздействие ураганного шторма с высотой волны 31,5 м. На её изготовление было израсходовано 250 тыс. м³ высокопрочного бетона, 100 тыс. т обычной стали и 11 тыс. т напрягаемой арматурной стали. Расчетный срок службы платформы 70 лет.

Традиционно обширной областью применения предварительно напряженного железобетона является мостостроение. В США, например, сооружено более 500 тысяч железобетонных мостов с различными пролетами. За последнее время там построено более двух десятков вантовых мостов длиной 600–700 м с центральными пролетами от 192 до 400 м. Из предварительно напряженного железобетона сооружаются внеклассные мосты, которые строятся по индивидуальным проектам. Мосты пролетом до 50 м возводятся в сборном варианте из железобетонных преднапряженных балок. В Австралии, в г. Брисбен, построен балочный мост с центральным пролетом 260 м, наибольшим среди мостов этого типа. Вантовый мост «Баррнос де Луна» в Испании имеет пролет 440, «Анасис» в Канаде — 465, мост в Гонконге — 475 м. Арочный мост в Южной Африке имеет наибольший пролет — 272 м. Мировой рекорд для вантовых мостов принадлежит мосту «Нормандия», где пролет 864 м. Ненамного уступает ему мост «Васко да Гама» в Лиссабоне, построенный к Всемирной выставке ЭКСПО-98. Общая протяженность этого мостового перехода превышает 18 км. Основные его несущие конструкции — пилоны и пролетные строения — выполнены из бетона прочностью при сжатии более 60 МПа. Гарантированный срок службы моста 120 лет по критерию долговечности бетона.

Начало массового строительства преднапряженных монолитных пролетных строений связано с реконструкцией МКАД и транспортных лучей от Москвы: Видновкая эстакада на Ново-Каширском шоссе, путепровод на 106 МКАД, Дмитровский и Ярославский путепроводы в теле МКАД, направленный съезд на Ленинградской развязке МКАД, уникальная транспортная развязка на пересечении Московского шоссе и КАД в Санкт-Петербурге и другие объекты. Эстакадная часть мостового перехода через р. Оку на Каширской трассе включает в себя даже три типа пролетных строений: cборные, сборно-монолитные и монолитные. Применение трех технологий на одном сооружении позволило сделать сравнительный анализ эффективности каждой из них и в дальнейшем применять их исходя из совокупности определенных построечных условий.

В 2006 году в Азербайджане в городе Баку введены в действие две эстакады с монолитными преднапряженными пролетными строениями, причем одно из них коробчатого сечения с пониженной высотой. Оборудование, материалы и технология преднапряжения — из России. В этом году азербайджанские коллеги строят ещё четыре сооружения.

С применением российских технологий и оборудования начинается строительство монолитного путепровода в столице Украины городе Киеве. У нас в России сейчас проектируется несколько мостовых переходов с использованием данной технологии. Лидером в проектировании таких мостовых переходов является институт «Стройпроект» и «Омскмост». Из последних проектов «Стройпроекта » можно выделить вантовый мост через реку Неву, он имеет название Обуховский. Большой Обуховский мост является частью Кольцевой автодороги. Первая очередь моста была открыта 15 декабря 2004 года. Полная длина мостового перехода — 2824 м, длина самого вантового моста — 994 м, длина руслового пролета — 382 м. Подмостовой габарит (расстояние от уровня воды до пролета моста) — 30 м. Ширина моста — 8 полос движения, по 4 в каждом направлении.

Но мостовые сооружения не занимают господствующее место в объеме капитального строительства России. Приоритетные объемы за объектами ПГС: жилищные комплексы, торговые центры, автостоянки, производственные и складские помещения. Кроме того, гигантскими темпами развивается строительство домов частного сектора, где работы выполняют в основном рабочие низкой квалификации. При проектировании несущих конструкций у большинства проектных организаций преобладает традиционный, сложившийся десятилетиями, подход: шаг несущих колонн — 6 -9 м, толщина плиты — 300 мм, класс бетона — не выше В20.

По последним данным в промышленно-гражданском строительстве, в европейских странах более 70% преднапряженнных железобетонных конструкций зданий (класс бетона не ниже В35), в США более 80%. Строят просторно, надежно. Если это торговый центр или офисные помещения-то почему бы не увеличить шаг колонн до 20 м и более, многоярусная парковка — пролеты не менее 17,5 м. В России тоже необходимо подходить к новому строительству с этих позиций.

Общую мировую тенденцию повышения эффективности сборных железобетонных конструкций можно показать на примере плит перекрытий. В России на долю этих изделий приходится более трети общего производства сборных элементов. За рубежом значительное распространение имеет безопалубочное Общую мировую тенденцию повышения эффективности сборных железобетонных конструкций можно показать на примере плит перекрытий. В России на долю этих изделий приходится более трети общего производства сборных элементов. За рубежом значительное распространение имеет безопалубочное формование плитных конструкций на длинных стендах. Там обычной практикой является производство плит пролетом до 17 м, высотой сечения 40 см под нагрузку до 500 кгс/м². В Финляндии железобетонные многопустотные плиты под такую же нагрузку выпускаются высотой сечения даже 50 см, с пролетом до 21 м, то есть применение предварительного напряжения позволяет выпускать сборные элементы качественно иного уровня. Натяжение канатной арматуры на таких стендах, как правило, групповое при мощности домкратов 300–600 т. Сегодня разработаны различные системы безопалубочного формования на длинных стендах «Спайрол», «Спэнкрит», «Спандек», «Макс Рот», «Партек» и других, отличающиеся высокой производительностью, применяемой арматурой, технологическими требованиями к бетону, формой поперечного сечения панелей и другими параметрами. На стендах длиной до 250 м плиту изготавливают со скоростью до 4 м/мин, по высоте в пакете можно бетонировать 6 плит. Ширина плит достигает 2,4 м, при максимальном пролете 21 м. Только плиты «Спэнкрит» применяют в США более 15 млн. м² ежегодно.

В свое время длинные стенды для безопалубочного формования по технологии «Макс Рот» появились и в России. Однако эта технология не получила дальнейшего распространения. В широко используемых у нас конструктивных системах зданий соединение элементов осуществляется через закладные детали. В плитах, изготавливаемых на длинных стендах, как правило методом экструзии, возможности размещения закладных деталей ограничены. Однако для сборно-монолитных зданий плиты без закладных деталей могут найти самое широкое распространение, что и имеет место за рубежом, особенно в скандинавских странах и в США.

Есть три основных типа арматурно-намоточных агрегатов:

• стационарный арматурно-намоточный автомат, предназначенный для работы в составе агрегатно-поточной линии;
• арматурно-намоточный агрегат с вращающейся платформой для навивки арматуры на объемные, криволинейные или круглые элементы емкостей, тоннелей, водоводов и др. сооружений;
• арматурно-намоточный комплекс в составе стенда длиной до 72 м, самоходной арматурно-намоточной машины, машин для обрезки арматуры, для укрывания изделий при ТВО и для чистки стенда после снятия с него изделия. Этот комплекс позволяет изготавливать практически любые необъемные изделия с двухосным напряженным или ненапряженным армированием, в том числе формы с напряженным армированием всех элементов решетки и обоих поясов.

Имея на производстве такие агрегаты, можно изготавливать обширную номенклатуру современных конструкций и изделий различного назначения, в том числе элементы городского благоустройства.

Как уже говорилось ранее, важное значение имеет расширение области применения предварительного напряжения. Например, его можно широко и эффективно использовать в гражданском и жилищном строительстве. Несущий каркас такого здания представляет собой стержневую систему, выполняемую в монолите или из отдельных элементов, с натяжением арматуры непосредственно в процессе строительства. Рассчитанный с использованием новейших методов, учитывающих геометрическую и физическую нелинейность, такой каркас на 20–40% легче, чем традиционные. Перекрытия и внутренние стены здания сооружаются путем заполнения соответствующих частей каркаса монолитным пенобетоном с необходимыми физико-механическими и эксплуатационными свойствами. В перекрытиях используется пенобетон с объемной массой 1000–1200 кг/м³. Для внутренних стен применяется пенобетон с объемной массой 450–550 кг/м³. Пенобетон с объемной массой до 200 кг/м³ используется в качестве монолитного утеплителя наружных стен. При этом внутренний и наружный слои таких стен могут быть из любых материалов, соответствующих архитектурным, эксплуатационным и другим требованиям.

При сооружении зданий по предлагаемой технологии используются новые приемы возведения преднапряженного каркаса, а все работы по приготовлению и укладке монолитного поробетона выполняются одним агрегатом, что позволяет снизить суммарные трудозатраты на строительство более, чем в два раза. Собственный вес здания снижается в 2–2,5 раза, и почти вдвое снижается его себестоимость. Таким образом, вместо одного обычного здания получаются два в безригельном исполнении, с увеличенными пролетами и с широкими возможностями для планировки. Кроме прочего, такие здания обладают высокой сейсмостойкостью, надежностью и долговечностью, а после исчерпания срока службы могут быть легко разобраны, чего не скажешь о зданиях со сварными соединениями в каркасе.

На базе этой технологии может быть сделан существенный шаг вперед в области высотного строительства, где основная проблема связана с тем, что верхние этажи чрезвычайно нагружают нижние. В предлагаемом варианте этажность здания может быть увеличена вдвое без повышения нагрузки на нижний этаж и основание.

Существующий опыт показывает высокую эффективность применения предварительного напряжения в монолитных плитных фундаментах большой протяженности, в монолитных безбалочных перекрытиях, в опорных устройствах и постаментах под тяжелое оборудование, в несущих монолитных конструкциях подземных сооружений, в том числе многоэтажных. Широко используется данная технология и в конструкциях полов. Имеются интересные примеры предварительного напряжения при реставрации памятников старины.

Исключительно плодотворной является идея двух- и трехосного напряжения конструкций. Обширные исследования в этой области были проведены профессором В. В. Михайловым и его учениками. В. В. Михайлов разработал даже проект башни высотой 2 км, смонтированной из трехосно предварительно напряженных элементов заводского изготовления. Расчетные сопротивления сжатию в стойках башни составляли 150 МПа. Между тем, эти конструкции, имеющие спиральную преднапряженную арматуру, запроектированы из бетона прочностью всего 60 МПа. При реальных их испытаниях напряжения в элементе достигали 300 МПа с сохранением линейной связи между напряжениями и деформациями до напряжений в 150 МПа.

На практике эта идея была реализована в объемно-напряженных архитравах гидравлических прессов. В них бетон работал упруго при напряжениях, втрое превышающих его кубиковую прочность. Проще говоря, предварительное напряжение в трех направлениях позволяет создавать качественно иной железобетон. Причем повышение несущей способности материала достигается конструктивными, а не технологическими приемами.

Предварительное напряжение бетона в конструкции демонстрирует новые возможности и определяет перспективу развития железобетона в качестве материала для возведения современных зданий и сооружений.

Идея применения предварительного напряжения в железобетоне в свое время оказалась настолько плодотворной, что в 1953 году была основана Международная федерация по предварительно напряженному железобетону — ФИП. Первым её президентом стал Эжен Фрейссине. Почти за полвека своего существования федерация получила значительное развитие. В последнем XIII конгрессе ФИП в Амстердаме приняли участие более полутора тысяч человек. На этом конгрессе ФИП объединилась с Европейским комитетом по бетону — ЕКБ и теперь называется ЕКБ-ФИП или ФИБ. Членами ФИБ являются национальные ассоциации по железобетону многих стран, в том числе и России.

Поступательному развитию производства преднапряженного железобетона способствует дальнейшее улучшение прочностных и технологических свойств применяемых материалов. Конец XX века ознаменовался разработкой особо прочных бетонов и неметаллической арматуры на основе углепластиков, открывающих новые возможности совершенствования конструктивно-технологических решений зданий и сооружений и методов предварительного напряжения. Этому также должно способствовать расширение исследований новых материалов высоких технологий, разработка конструктивных и проектных решений принципиально нового уровня.

В XXI столетии по всей стране должно развернуться массовое строительство автомобильных дорог, что потребует возведения большого количества мостов малых, средних и больших пролетов. Международный опыт говорит, что автодорожные мосты целесообразно строить из преднапряженного железобетона.

В производстве конструкций для зданий различного назначения целесообразно существенно увеличить долю механического натяжения арматуры, расширить выпуск непрерывно армированных и самонапряженных конструкций, увеличить применение зданий с натяжением арматуры в построечных условиях.

Имеет смысл большее внимание уделить разработке различных предсамонапряженных железобетонных конструкций, в которых комплексно используются механическое натяжение высокопрочной арматуры и преимущества напрягающего бетона.

Для крупных инженерных сооружений следует применять предварительно напряженные железобетонные конструкции с натяжением арматуры на бетон, а для напрягаемой арматуры использовать канаты и высокопрочную стержневую арматуру больших диаметров, производство которых должно быть освоено металлургической промышленностью.

Широкое использование преднапряженного железобетона открывает значительные возможности для снижения расхода стали в строительстве. Это может быть достигнуто, главным образом, за счет уменьшения металлоемкости ряда железобетонных несущих и ограждающих конструкций, а также путем замены металлических конструкций железобетонными.

Нет сомнения, что развитие производства предварительно напряженного железобетона необходимо для дальнейшего совершенствования отечественного капитального строительства. В прошлом году в экономике России произошел некоторый позитивный сдвиг. Надо полагать, что и предварительно напряженный железобетон в России также откроет новую страницу в своей истории.

Но у нас есть определенные проблемы с качеством канатов. На настоящий момент российские производители предлагают канаты не отвечающие современным требованиям по следующим позициям:

• канаты при размотке имеют остаточную волнистость, что затрудняет формирование пучков, укладку в арматурный каркас и приводит к дополнительным потерям на трение при натяжении;
• бухты канатов не сформированы по слоям, что приводит к невозможности заправки канатов в каналообразователи машинным способом;
• отсутствует антикоррозионная упаковка на период транспортировки бухт. Как правило, на строительство бухты приходят, в лучшем случае, с налетом коррозии;
• большой разброс характеристик упругости (модуль упругости и отрносительное удлинение) канатов как в пределах партии бухт, так и по длине отдельных бухт. Это приводит к большим разбросам в показаниях упругой вытяжки при натяжении и в постоянных комиссионных согласованиях результатов натяжения;
• низкое временное сопротивление (1670 Н/мм²) позволяет натягивать каждый канат диаметром 15,2 мм только на 15 т. Зарубежные аналоги, с временным сопротивлением 1869 Н/мм² преднапрягаются на 20 т, что позволяет уменьшить общее количество канатов в конструкции;
• большие потери от релаксации приводят к необходимости перезакладывать количество канатов;
• отечественные заводы не покрывают канаты антикоррозионной смазкой «Дромос», которая снижает коррозию канатов на период использования и уменьшает потери на трение при натяжении;
• отечественные заводы не выпускают канаты в двойной защите типа «Моностренд», потребность в которых, особенно в промышленно-гражданском строительстве, очень высока.

Перечисленные недостатки приводят к необходимости использования канатов зарубежного производства по высоким ценам, что очень часто приводит вообще к отказу от преднапряжения.

По нашим данным, в России за год в среднем в строительстве потребляется до 20 тыс. т канатов. В США — 350–400 тыс. т. Цифры говорят сами за себя.

Сегодня мы понимаем, что внедрение любых новых, или отличных от традиционно применяемых, строительных технологий всегда встречает определенное сопротивление со стороны проектировщиков и строителей.

Потребности России в новом капитальном строительстве огромны, и, по нашему мнению, строить надо в соответствии с современными требованиями, т. е. с применением современных технологий, оборудования и материалов.

Мы надеемся, что и строительный комплекс России в конечном итоге выйдет на необходимый современный уровень применения конструкций с преднапряженными несущими элементами. Нет сомнения, что развитие производства предварительно напряженного железобетона необходимо для дальнейшего совершенствования отечественного капитального строительства.

2009 год.

Преднапряжение конструкций | Заказать систему преднапряжения

Возведение зданий на основе предварительно напряженных конструкций осуществляет АО «СТЭФС». Мы выполняем полный спектр работ: от профессионального проектирования до сдачи заказчику исполнительной документации.

Присутствуя на строительном рынке России более 15 лет, компания накопила огромный опыт и заняла лидирующие позиции в сегменте преднапряжения. При нашем непосредственном участии возведено более 25 объектов различного функционального назначения на территории всей России. Общая площадь реализованных проектов с использованием преднапряжения железобетонных конструкций превышает 500 000 кв. м. Из них более 90% составляют объекты нового строительства и около 10% — проекты, связанные с реконструкцией и реновацией.

Современные технологии — залог высоких эксплуатационных характеристик зданий и сооружений.

Приоритетным направлением нашей деятельности является активное применение инновационных технологий и материалов. При этом, компания постоянно стремится к снижению себестоимости и повышению качества возводимых объектов, что стало залогом успеха и востребованности на рынке. Большинство используемых инноваций — это собственные разработки, которые закреплены авторскими свидетельствами и патентами РФ. Многие наши проекты отмечены различными наградами и дипломами. В современной России копания «СТЭФС» является первопроходцем в сфере разработки и строительства зданий с использованием преднапряженных железобетонных конструкций.

Наши гарантии

Благодаря многолетнему опыту успешного сотрудничества с российскими и зарубежными производителями материалов для предварительно напряженного железобетона (арматурных канатов, анкерных креплений, различных закладных деталей и изделий) гарантируется исключительное качество выполненных работ. Несмотря на то, что все используемые ресурсы сертифицируются в соответствии со стандартами РФ, мы проводим дополнительные испытания в своих лабораториях. Это полностью исключает применение некачественных материалов для преднапряжения конструкций.

На все выполненные строительно-монтажные и технологические работы предоставляется официальная гарантия. Любые недостатки, обнаруженные заказчиком, устраняются нами совершенно бесплатно.

Более подробную информацию о преднапряжении конструкций вы можете получить, позвонив по телефону +7 (499) 391-19-35 или посетив наш офис.

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.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции: преимущества и недостатки

Конструкции из железобетона являются основой сегодняшнего строительства, но так как у них есть изъяны, проявляющиеся в недостаточной способности выдерживать нагрузки при эксплуатации, а также появлении трещин, это привело к появлению новых ЖБИ изделий.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции являются элементами, в процессе производства которых в бетон искусственно закладывается начальная расчетная напряженность сжатия: только в части или во всей рабочей арматуре.

Также идет обжатие бетоном тех частей арматуры, на которые и будет идти растяжение при использовании.

Преимущества и недостатки

• Преднапряженный железобетон, как и любой другой строительный материал, имеет свои плюсы и минусы. Так, к преимуществам данных конструкций относится, прежде всего:
• Отодвинутое на долгие срок время начала появления расколов в сооружениях, а также уменьшение их глубины в случае их раскалывания;
• Приобретение изделиями повышенной жесткости без потери ими прочности;
• Равномерная прочность по всей длине;
• Сокращение веса и объема составных деталей, а также расхода бетона за счет уменьшения поперечного сечения;
• Сокращение расхода арматуры и предохранение ее от коррозии и ржавления в тех постройках, которые находятся под воздействием разных жидкостей или газов;
• Практичная стыковка сборочных единиц за счет сокращения расхода металла на их стыках;
• Высокая сейсмическая стойкость сооружений с элементами из преднапряженного железобетона, так как разрушение станет предварять их запредельный прогиб.

Недостатки же у таких конструкций заключаются в следующем:

• Необходимость бережного транспортирования, хранения и монтажа, чтобы не вызвать аварийное состояние изделий еще перед началом их применения;
• Риск появления продольных трещин, снижающих общую несущую стойкость;
• Необходимость повышенного расхода стали на производство арматуры, а также использования металлоемкой опалубки с повышенной прочностью;
• Заниженный в сравнении с классическим железобетоном порог огнестойкости;
• Низкая устойчивость к растворам кислот, солей, сульфатов и щелочей;
• Риск разрушения всего изделия целиком вследствие просчетов в создании проекта;

Недостатки данных изделий могут быть устранены качеством их проектирования, а также производства и последующего монтажа – это будет способствовать долгой эксплуатации.

Области использования

Как правило, предварительно напряженные железобетонные конструкции используют тогда, когда использование обычного железобетона является нецелесообразным. В числе таких причин находится перерасход строительных материалов, невозможность обеспечить необходимую несущую прочность здания, рост веса и итоговой цены конструкций. Сфера применения у предварительно напряженного железобетона – гражданское, специальное, промышленное и гидротехническое строительство. А объектами его применения являются мосты с большими пролетами, разные каркасы, плотины, трубопроводы (напорные) и т.п.

Помимо этого, из преднапряженного железобетона делают ограждающие панели, столбы ЛЭП, подпорные стенки, марши лестниц, фундаменты, колонны, подкрановые балки и каркасы тоннелей, а также перекрытия между этажами и многое другое. Незаменимы эти конструкции при возведении зданий и разных построек в условиях повышенной сейсмо- и взрывоопасности. Максимальную эффективность они показывают тогда, когда отдельные преднапряженные железобетонные элементы соединяют так, чтобы они стали едиными.

Предварительно напряженный бетон — Designing Buildings Wiki

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.

, 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.Другой формой жилы является жила, которая состоит из проволоки с прямым сердечником, вокруг которой спиралью наматывают другие проволоки, образуя такие форматы, как 7 проволок (6 на 1) и 19 проволок (9 на 9 на 1). Подобно жилам проводов, прядь может использоваться по отдельности 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 устанавливаются 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.

Когда 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 установке перед бетонированием, но их сцепление с бетоном предотвращается 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 кулачки, 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 зданий» (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

В обычном железобетоне высокая прочность стали на растяжение сочетается с большой прочностью бетона на сжатие, образуя конструкционный материал, устойчивый как на сжатие, так и на растяжение. Принцип, лежащий в основе предварительно напряженного бетона, заключается в том, что сжимающие напряжения, создаваемые арматурой из высокопрочной стали в бетонном элементе до приложения нагрузки, уравновешивают растягивающие напряжения, возникающие в элементе во время эксплуатации.

Предварительное напряжение устраняет ряд конструктивных ограничений, накладываемых обычным бетоном на пролет и нагрузку, и позволяет строить крыши, перекрытия, мосты и стены с более длинными пролетами без опоры. Это позволяет архитекторам и инженерам проектировать и строить более легкие и мелкие бетонные конструкции без ущерба для прочности.

Принцип предварительного напряжения применяется, когда ряд книг перемещается с места на место. Вместо того, чтобы складывать книги вертикально и переносить их, книги можно перемещать в горизонтальном положении, оказывая давление на книги в конце ряда.Когда прикладывается достаточное давление, сжимающие напряжения возникают во всем ряду, и весь ряд может быть поднят и перенесен в горизонтальном направлении одновременно.

Прочность на сжатие добавлена ​​

Напряжения сжатия возникают в предварительно напряженном бетоне в результате предварительного или последующего напряжения стальной арматуры.

При предварительном натяжении сталь растягивается перед укладкой бетона. Стальные арматуры из высокопрочной стали помещают между двумя упорами и растягивают до 70-80 процентов от их предельной прочности.Бетон заливают в формы вокруг сухожилий и дают застыть. Как только бетон достигает необходимой прочности, растягивающие силы снимаются. По мере того как сталь восстанавливает свою первоначальную длину, растягивающие напряжения преобразуются в сжимающее напряжение в бетоне. Типичными изделиями для предварительно напряженного бетона являются плиты крыши, сваи, столбы, мостовые балки, стеновые панели и железнодорожные шпалы.

При последующем напряжении сталь растягивается после затвердевания бетона. Бетон заливается по периметру, но не соприкасается с нерастянутой сталью.Во многих случаях воздуховоды в бетонном блоке формируются с использованием тонкостенных стальных форм. Как только бетон затвердеет до требуемой прочности, стальные стержни вставляются и растягиваются по концам блока и закрепляются снаружи, что приводит к сжатию бетона. Пост-напряженный бетон используется для монолитного бетона и мостов, больших балок, плит перекрытий, кожухов, крыш и тротуаров.

Предварительно напряженный бетон получил наибольший рост в области коммерческих зданий.Для таких зданий, как торговые центры, преднапряженный бетон является идеальным выбором, поскольку он обеспечивает длину пролета, необходимую для гибкости и изменения внутренней конструкции. Предварительно напряженный бетон также используется в школьных аудиториях, гимназиях и кафетериях из-за его акустических свойств и его способности создавать длинные открытые пространства. Одно из самых распространенных применений предварительно напряженного бетона — гаражи.

Что такое предварительно напряженный бетон? — Практическая инженерия

Поговорите с любым специалистом по бетону, и он скажет вам, что первое правило бетона таково: он почти гарантированно треснет.Но не все трещины считаются одинаковыми, и есть способ укрепить бетон, чтобы минимизировать его негативное воздействие. Привет, я Грейди, и это практическая инженерия. Сегодня мы говорим о предварительно напряженном бетоне.

Несмотря на свои превосходные качества конструкционного материала, бетон также имеет некоторые недостатки. В предыдущих видео мы обсуждали то, что у него почти нет силы против напряжения. Бетон может выдерживать огромное количество сжимающих напряжений, но когда вы пытаетесь его разорвать, он легко сдается.Другая слабость бетона в том, что он хрупкий. У него нет «податливости», растяжения или пластичности. Объедините эти две слабости, и вы получите трещины. Бетон любит трескаться. А если вы проектируете или строите что-то из бетона, понимание того, сколько и где оно потрескается, может стать решающим фактором между успехом и неудачей вашей конструкции.

Чтобы понять, как инженер проектирует железобетонные конструкции, мы сначала должны понять критерии проектирования — или цели конструкции.Очевидная цель, которую мы все понимаем, — не упасть. Когда автомобиль проезжает по мосту и мост не разрушается, конструкция соответствует расчетному критерию предельной прочности. Но во многих случаях при проектировании конструкций предотвращение обрушения на самом деле не является ограничивающим критерием проектирования. Другая важная цель — избежать прогиба или движения под нагрузкой. Большинство структурных элементов довольно сильно отклоняются, прежде чем фактически выйдут из строя, и это может быть плохой новостью. Первая причина — восприятие.Люди не чувствуют себя в безопасности на конструкции, которая изгибается и изгибается. Мы хотим, чтобы наши мосты и здания казались прочными и неподвижными. Другая причина заключается в том, что предметы, прикрепленные к конструкции, такие как гипс или стекло, могут разбиться, если они слишком сильно отклонятся.

В случае железобетона прогиб оказывает другое воздействие: трещины. Армирование в бетоне обычно делается из стали, причем сталь намного более эластична, чем бетон. Итак, чтобы мобилизовать прочность стали, сначала она должна немного растянуться.Но, в отличие от стали, бетон хрупкий — не растягивается, он трескается. Так что часто это означает, что бетон должен треснуть, прежде чем арматурный стержень сможет принять на себя какое-либо растягивающее напряжение элемента. Эта демонстрация из теста в предыдущем видео, показывающем традиционную железобетонную балку. Вернитесь и посмотрите это видео, если вы его еще не видели. Обратите внимание, как эта балка выдерживает нагрузку на нее, хотя внизу она треснула. Он соответствует конструктивному критерию № 1 — без сбоев удерживает нагрузку (в данном случае 6 тонн).Но он не соответствует критерию проектирования № 2 (пригодность к эксплуатации) — он слишком сильно прогибается и бетон треснет. Эти трещины не только плохо выглядят, но и в реальной конструкции могут позволить воде и загрязнениям контактировать с арматурой, что в конечном итоге приведет к ее коррозии, ослаблению и даже разрушению.

Одним из решений этой проблемы прогиба в бетонных элементах является предварительное напряжение или приложение сжимающего напряжения к элементу конструкции перед его вводом в эксплуатацию. Обычно это достигается путем натяжения арматуры в бетоне.Это дает элементу сжимающее напряжение, которое уравновешивает растягивающие напряжения, возникающие в элементе после его ввода в эксплуатацию. Традиционно армированный бетонный элемент не испытывает никакого сжатия с самого начала, поэтому он будет слишком сильно отклоняться, прежде чем окажется в опасности оказаться недостаточно прочным, чтобы удерживать нагрузку. Таким образом, с обычным армированием вы даже не сможете полностью использовать структурную прочность элемента. Когда вы предварительно напрягаете арматуру в бетоне, вы не обязательно увеличиваете ее прочность, но уменьшаете ее прогиб.Это уравновешивает максимальную нагрузку, разрешенную в соответствии с каждым из критериев проектирования конструкции, позволяя вам более полно использовать преимущества прочности каждого материала.

Есть два основных способа предварительного напряжения арматуры в бетоне, и, конечно же, я построил пару балок для демонстрации. Первый метод — это предварительное натяжение. И да, эта терминология немного сбивает с толку. Он предварительно напряжен, потому что сталь подвергается напряжению перед вводом элемента в эксплуатацию, но предварительно напряжен, потому что сталь подвергается напряжению до того, как бетон затвердеет.Чтобы это сработало, мне пришлось построить небольшую раму вокруг моей бетонной балки. Эта рама будет удерживать сталь в напряжении, пока бетон застывает. Я установил резьбовые стержни через форму и раму, а затем натянул эти стержни, затянув гайки. Я попытался использовать высоту звона, чтобы добиться примерно одинакового натяжения, и вы можете видеть, насколько моя рама изгибается от силы, действующей в этих стальных стержнях. Другой метод предварительного напряжения стали — это последующее напряжение. При последующем напряжении сталь подвергается напряжению после затвердевания бетона, но еще до того, как элемент будет введен в эксплуатацию.В этой балке я отлил в форму гладкие пластиковые рукава. Стальные стержни могут легко скользить внутри гильз.

Когда обе формы были подготовлены, я залил их бетоном. И наконец, я получил вибратор для бетона строительного класса. Эта машина помогает удалить все пузырьки воздуха из свежего бетона до того, как он затвердеет. Этот процесс называется консолидацией. После того, как бетон успеет застыть, пора проверить балки. На предварительно натянутой балке я могу открутить гайки и снять эту раму.Поскольку бетон вокруг болтов затвердел, стальные стержни все еще находятся под напряжением внутри этой балки. Я положил его под гидравлический пресс для тестирования, и результаты легко увидеть. В традиционно армированной балке, где сталь просто заливается в бетон без какого-либо напряжения, трещины начинают образовываться при весе около 4 тонн. В предварительно натянутой балке трещины не появлялись, пока сила не увеличилась вдвое — около 8 тонн. Натяжение, уже находящееся в стали, способно выдержать усилие пресса, не требуя изгиба балки.

В балку с последующим натяжением я вставил стальную арматуру после того, как бетон затвердел. Затем я затянул болты на стержнях, чтобы предварительно натянуть сталь. Под гидравлическим прессом результаты практически идентичны. Напряжение в стальной балке удерживало сжатие намного дольше, чем это могло сделать элемент, армированный обычным способом. Конечно, трещины со временем появляются, но прежде чем они появятся, нужно приложить гораздо больше усилий. Это потому, что добавление силы к балке не создает напряжения, а просто уменьшает сжатие, которое уже было вызвано растяжением в стальных стержнях.

Важно отметить, что мы не обязательно делали эти балки более прочными. И сталь, и бетон имеют такую ​​же прочность, как и без предварительного напряжения стали. Но мы увеличили удобство обслуживания элемента, уменьшив прогиб под нагрузкой. Конечно, ни один из этих примеров на самом деле не потерпел неудачу из-за подкрепления, и это не было целью демонстрации. Но еще веселее все проверять до отказа. Предварительно напряженный бетон используется во всех видах конструкций, от мостов до зданий, силосов и резервуаров.Это отличный способ свести к минимуму образование трещин и более полно использовать невероятную прочность железобетона. Спасибо за просмотр и дайте мне знать, что вы думаете!

Железобетон и предварительно напряженный бетон

Железобетон и предварительно напряженный бетон армируются продольными и поперечными стальными стержнями, также известными как арматура. Основная функция арматуры — укреплять бетон, когда он испытывает растягивающее напряжение.

Давайте посмотрим на различия между двумя композитными материалами и способы их использования.

1. Что такое железобетон?

Железобетон, или ЖБИ, представляет собой композитный материал, используемый в строительстве. Низкая прочность на разрыв и пластичность бетона усиливаются за счет добавления арматурных стальных стержней, имеющих более высокие прочность на разрыв и пластичность. Во время строительства стальные стержни помещаются внутрь опалубки перед заливкой бетона.Арматуру также можно заранее соединить проволокой в ​​стальную клетку. Затем бетон заливается в опалубку и подвергается вибрации для удаления воздушных пустот в свежем бетоне и обеспечения консолидации заполнителей в бетонной смеси. Крайне важно, чтобы бетон полностью окружал каждую планку, чтобы обеспечить прочное соединение.

2. Применение железобетона

Железобетон широко используется из-за его удобоукладываемости, прочности и доступности сырья.Он в основном используется в качестве основных элементов конкретной конструкции, такой как колонны, опоры, сваи, балки, плиты и опоры для зданий, домов, плотин, мостов и других подобных конструкций. Железобетону легко придать нестандартные формы, потому что он заполняет контейнер, который он поддерживает. Это приводит к экстравагантным архитектурным сооружениям, которые в противном случае было бы сложно построить из других материалов, таких как сталь и дерево. Железобетон также обычно используется при строительстве дорожных покрытий и тротуаров.Армирование бетона стальными стержнями обеспечивает прочность на растяжение композитного профиля, что позволяет получить прочный и полезный композитный строительный материал.

1. Что такое предварительно напряженный бетон

Проще говоря, это бетон, сформированный под напряжением. Арматурные стержни размещаются по форме и подвергаются напряжению за счет растяжения стержней на каждом конце, вызывая напряжение в стержне. Бетон заливается в форму и вокруг стержней, пока они еще растягиваются.Когда они высвобождаются, сталь пытается вернуться к своей первоначальной, более короткой длине и добавляет сжимающую силу к бетону в поперечном направлении, давая ему прочность для покрытия более длинных расстояний, чем у обычного железобетона.

2. Использование предварительно напряженного бетона

Предварительное напряжение используется для изготовления композитных балок и опор в крупномасштабном строительстве, таком как путепроводы на автомагистралях и коммерческие здания. Это позволяет бетонной балке выдерживать вес между опорами с обеих сторон; Без такого армирования бетон из-за отсутствия прочности на растяжение мог бы разрушиться без опоры в середине.

Вот три основных варианта реализации предварительно напряженного бетона:

• Бетон с предварительным натяжением: Бетон заливается вокруг стальных стержней или кабелей под натяжением. Бетон естественным образом сцепляется с этими «сухожилиями» в процессе отверждения. Сжатие за счет статического трения передает напряжение на бетон после его снятия. Впоследствии любое напряжение в бетоне легко передается на сухожилия. Предварительно напряженные бетонные элементы обычно используются в плитах перекрытий, балках и перемычках.
• Бетон с последующим натяжением со связующим: Сжатие применяется на месте во время отверждения. При отливке используется канал из алюминия, пластика или стали, который следует за областью, где в бетоне может возникнуть растяжение. Сухожилия проталкиваются через канал, а затем после затвердения натягиваются гидравлическим домкратом. Как только растяжение сухожилий соответствует проектным спецификациям, они заклиниваются на месте, и канал заливается раствором.
• Несвязанный бетон после натяжения: Здесь отдельные арматуры сохраняют свободу движения относительно бетона.Сухожилия приготавливаются с покрытием из консистентной смазки на литиевой основе, а затем получают «оболочку» на основе пластика, формируемую путем экструзии. Стальные тросы натянуты на анкеры, размещенные по периметру плиты. Такая конструкция обеспечивает возможность снятия напряжения с заделанных сухожилий перед ремонтом.

SkyCiv предлагает простое в использовании программное обеспечение для проектирования железобетонных конструкций, которое помогает анализировать и проектировать железобетонные элементы.Используя программное обеспечение SkyCiv Beam, вы можете проанализировать нагрузки на элемент, а затем спроектировать свой бетонный элемент с помощью нашего программного обеспечения для проектирования железобетонных конструкций.

Что такое предварительно напряженный бетон? Как это работает?

Предварительно напряженный бетон — это форма бетона, в которой перед приложением внешней нагрузки в бетоне создается начальное сжатие, чтобы напряжение от внешних нагрузок компенсировалось желаемым образом в течение периода эксплуатации.Это начальное сжатие создается высокопрочной стальной проволокой или сплавами (называемыми «арматурой»), расположенными в бетонной секции.

Зачем нужен предварительно напряженный бетон?

Теперь вопрос, зачем нам эта сложность?

Хорошо, прежде чем начать, давайте сначала вернемся к некоторым основам. Мы знаем, что бетон хорош на сжатие, но очень слаб на растяжение. Итак, мы видим, что после внешнего нагружения в нижней части бетона возникла зона растяжения. Итак, он пытается быть удлиненным и угадайте, что? Он трескается.Вот почему мы добавляем несколько стальных стержней в нижнюю часть, чтобы она могла выдерживать большую часть напряжения и предохранять бетон от растрескивания. Это наша традиционная RC-структура. Но как насчет некоторых мегаструктур с большей размахом луча? Подумайте о эстакаде или знаменитом мосту Ворот в Австралии, мосту Инчхон в Южной Корее или ядерном реакторе Рингхалс в Швеции, где внешняя нагрузка очень высока.

В рамках традиционной железобетонной конструкции для этих больших пролетов балок мы должны обеспечить большую глубину, которая часто бывает слишком большой, чтобы для моста через реку не было достаточно места под мостом для судов, которые могли бы его пройти.А вот и новая концепция — предварительно напряженный бетон. Понятие о преднапряженном бетоне не так уж и сложно. На самом деле практика предварительного напряжения в нашей повседневной жизни намного старше. Представьте себе бочку из деревянных клепок и металлических лент. Тунг-Йен Линь, профессор гражданского строительства Калифорнийского университета, объяснил это во вводной главе своей книги «Проектирование предварительно напряженных бетонных конструкций».

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 эксплуатационной нагрузке.

Таким образом, в предварительно напряженном бетоне начальное сжатие дается для уравновешивания будущей нагрузкой, которая создаст растяжение.

Как работает предварительно напряженный бетон?

Итак, к настоящему времени у меня есть наша концепция.Мы узнали, почему и когда следует использовать предварительно напряженный бетон. Итак, как это работает? В реальной жизни стальные проволоки с высокой прочностью на разрыв вставляются в секцию балки, растягиваются и закрепляются, а затем отпускаются. Теперь стальная арматура хочет получить свою первоначальную длину, и растягивающие напряжения трансформируются в сжимающее напряжение в бетоне. Теперь после нагрузки на балку действуют два вида сил:

1. Внутренняя сила предварительного напряжения
2. Внешние силы (постоянная нагрузка, динамическая нагрузка и т. Д.)

Которые должны противодействовать друг другу. Наблюдая за диаграммой моментов, мы найдем что-то вроде этого

Предварительно напряженные бетонные материалы

Согласно AASHTO, высокопрочная сем проволочная прядь, высокопрочная стальная проволока или сплавы марки и типа ( как указано проектировщиком) следует использовать в предварительно напряженном бетоне. Кроме того, в предварительно напряженном состоянии требуется более прочный бетон, чем в обычном RC. Как правило, необходимо использовать минимум 28-дневный цилиндр прочности бетона 5000 фунтов на квадратный дюйм.Итак, почему этот высокопрочный бетон? Что ж, если бетон недостаточно прочен, он может треснуть или разрушиться, когда на него будут воздействовать сухожилия. Наряду с высокой прочностью на сжатие обеспечивает более высокое сопротивление растяжению и сдвигу, что желательно для предварительно напряженного бетона.

Кроме того, высокопрочный бетон менее подвержен усадочным трещинам. Он имеет более высокий модуль упругости и меньшую деформацию ползучести. В результате потери предварительного напряжения невелики.

Конструкция из предварительно напряженного бетона — обзор

2.10.1 Введение

В этой главе мы представим основы нескольких современных методов, используемых для анализа плоских, железобетонных и предварительно напряженных бетонных конструкций. Эти основы особенно важны для современных вычислительных инструментов, которые используются для исследования безопасности и структурной целостности существующих бетонных конструкций, которые проявляют признаки разрушения в виде диффузных или локализованных трещин.Эти инструменты одинаково полезны для анализа новых бетонных конструкций, хотя, как мы увидим позже, действующие правила проектирования таких конструкций по-прежнему, в общем и целом, основаны на теориях прочности, которые не учитывают рассеивание энергии во время растрескивание и не учитывать предел прочности бетона.

Наши знания о поведении бетона как при растяжении, так и при сжатии, однако, выросли до такой степени за последние два десятилетия двадцатого века, что теперь стало возможным ослабить консерватизм, присущий текущим нормам практики.Теперь мы можем представить общую теорию разрушения бетона, которая включает критерий энергетического разрушения в сочетании с традиционными критериями разрушения прочности. Это позволит исследовать прогрессирующее распространение трещин в конструкции уже на стадии проектирования. Фактически, как мы увидим ниже, некоторые из новейших правил практики уже движутся в этом направлении, например, путем включения реакции бетона на разупрочнение при растяжении.

Основные концепции и определяющие отношения, которые мы опишем ниже, возникают из признания того факта, что бетон содержит дефекты, такие как микротрещины и пустоты, даже без приложения внешней нагрузки.Эти дефекты растут и образуются новые дефекты под воздействием механических нагрузок и / или нагрузок окружающей среды до тех пор, пока они не достигнут размеров, которые могут нарушить целостность конструкции. Современные методы анализа позволяют, с одной стороны, формировать, расти и срастаться микродефекты, а с другой — локализовать макротрещины. Таким образом, в настоящее время возможно с высокой степенью уверенности исследовать целостность бетонных конструкций с трещинами и оценить их остаточный срок службы и запас прочности.

Эта глава организована следующим образом. В разделе 2.10.2 рассматриваются попытки, которые были предприняты в 1950-х и 1960-х годах, чтобы применить линейную механику упругого разрушения (LEFM) к бетону, поскольку он считался хрупким материалом. Общие сведения о LEFM см. В главе 2.03. Эти попытки оказались безуспешными, поскольку они игнорировали роль вышеупомянутых дефектов в реакции бетона на растяжение и сжатие. Затем мы представим нелинейную теорию разрушения бетона, которая признает роль этих дефектов в обеспечении разупрочняющей реакции материала как при растяжении, так и при сжатии.Эта теория может использоваться сама по себе, когда структура содержит несколько крупных трещин, или ее можно комбинировать с теориями пластичности и / или повреждений, когда трещины являются диффузными. Это также позволит нам объяснить, почему небольшая бетонная конструкция пластично реагирует на внешнюю нагрузку, в то время как большая конструкция, сделанная из той же бетонной смеси, реагирует хрупким образом.

Раздел 2.10.3 будет посвящен обзору того, как составляющие бетонной смеси влияют на ее макроскопическое поведение.В частности, мы представим фундаментальные взаимосвязи между переменными смеси, например объемными долями мелких и крупных заполнителей, отношением воды к цементу и т. Д., И макроскопическими механическими свойствами, например прочностью на сжатие и растяжение, модулем упругости, ударной вязкостью и т. Д. Эти отношения также развиваются с использованием понятий механизмов упрочнения и разупрочнения, введенных в нелинейную теорию разрушения бетона. Они ясно покажут, как изначально хрупкая затвердевшая матрица цементного теста постепенно превращается в квазихрупкий (пластичный) материал с добавлением мелких и крупных заполнителей.Квазихрупкий бетон обладает значительно большей способностью к рассеянию энергии, т.е. значительно большей ударной вязкостью, чем хрупкое цементное тесто.

В разделе 2.10.4 дается обзор результатов испытаний при одноосном, двухосном и трехосном нагружении. Существует лишь ограниченный набор надежных результатов испытаний, на основе которых можно построить поверхности разрушения для бетона.

В разделе 2.10.5 дается обзор определяющих соотношений, необходимых для анализа бетонных конструкций на основе теории пластичности.Эти соотношения основаны на результатах испытаний, приведенных в разделе 2.10.4, и учитывают образование и рост трещин в бетоне за счет введения внутренних параметров материала, которые связаны с нелинейной (включая разупрочнение) реакцией бетона как на растяжение, так и на разупрочнение. сжатие.

Раздел 2.10.6 будет посвящен обзору определяющих соотношений, необходимых для анализа бетона с трещинами на основе теории сплошного разрушения, а также комбинации теорий пластичности и сплошного разрушения.Он также будет охватывать другие методы, которые используются для анализа бетона с трещинами, в том числе основанные на нелокальных и микроплоскостных повреждениях и теориях градиента более высокого порядка.

Раздел 2.10.7 будет охватывать зависящее от времени конститутивное описание бетона (например, ползучесть, усадка, старение и усталость) и определяющие соотношения, необходимые для анализа его характеристик при химических и термических воздействиях (например, ASR, выщелачивание кальция, проникновение хлорид-ионов и возгорание), а также при высоких скоростях деформации и циклических воздействиях.

Что такое предварительно напряженный бетон и как он работает?

Большинство специалистов по бетону понимают, что практически в любой работе, даже если она считается успешной, их бетон может в какой-то мере потрескаться. Однако не все трещины одинаковы. Основная цель большинства бетонных конструкций — попытаться свести к минимуму количество движений, происходящих под нагрузкой, как мост, раскачивающийся при сильном ветре. Вот почему так популярен железобетон. Однако, когда вы комбинируете твердое вещество, такое как сталь, с чем-то изначально хрупким, например, с бетоном, могут возникнуть трещины.Узнайте больше о предварительно напряженном бетоне.

Маленькая эстетичная трещина — это одно. Но глубокие структурные трещины создают множество проблем, от открытия отверстия для проникновения воды до нарушения целостности всей конструкции. Тем не менее, существует метод создания напряжения в бетоне перед объединением со сталью, чтобы создать что-то более универсальное и прочное в качестве конечного железобетонного изделия. Это будет практика предварительно напряженного бетона.Итак, от предварительно напряженных бетонных плит до предварительно напряженных бетонных балок — вот все, что вам нужно знать об этом важном элементе конструкции и о том, как он работает.

Фото Танате Рупрасерт

Общие сведения о конструкции из предварительно напряженного бетона

Итак, что такое предварительно напряженный бетон? Чтобы объяснить это, нам сначала нужно поговорить об обычном железобетоне в качестве сравнения. Обычно все нагрузки веса на железобетонную конструкцию воспринимаются стальной арматурой.Конструкции из предварительно напряженного бетона создают напряжения во всей конструкции. Конечным результатом является продукт, который лучше выдерживает вибрации и удары, чем обычный бетон. Кроме того, это позволяет формировать более длинные и тонкие конструкции, способные выдерживать более тяжелые нагрузки.

Чаще всего мы наблюдаем это в более длинных конструкциях, в том числе с большим пролетом балки. Примеры включают:

— Балки перекрытия

— Мосты

— Резервуары для воды

— Взлетно-посадочные полосы

— Крыши

— Железнодорожные шпалы

— Столбы

Фото Губина Юрия

Что лучше всего

проиллюстрировать значение предварительного напряжения?

Допустим, у вас есть стопка книг, которую нужно перемещать по комнате.Если вы попытаетесь удерживать их только снизу, есть вероятность, что книги будут раскачиваться, и их будет трудно удерживать в устойчивом положении. Однако, если вы держите их снизу и держите руками по бокам, будет намного легче удерживать вещи на месте. Мы использовали этот основной принцип на протяжении большей части нашей истории. Например, столетия назад металлические ленты были прикреплены к деревянным бочкам, чтобы их содержимое лучше удерживалось на месте. Предварительное напряжение бетона берет эту скромную концепцию и применяет ее к нашим современным конструкциям и надстройкам.

Предварительное напряжение бетона требует дополнительных затрат для подрядчиков. Сюда входит стоимость дополнительных материалов и само предварительное напряжение. В целом это сложнее, чем использование железобетона. Тем не менее, все эти предостережения дают важные преимущества, в том числе:

— Повышенная эффективность использования материала в целом

— Возможность работы для пролетов более 35 метров

— Повышенная долговечность, прочность на сдвиг и сопротивление усталости

— Отсутствие трещин даже в условиях максимальной нагрузки

В результате решающим фактором для того, будете ли вы использовать это, как правило, будет то, нужна ли вам дополнительная грузоподъемность или вы работаете с более длинным диапазоном.

Фото Yes058

Как реализовать предварительно напряженный бетон

Итак, теперь мы понимаем необходимость и ценность предварительного напряжения. А как насчет того, как это делается на самом деле? Напряжения сжатия, которые придают предварительно напряженному бетону устойчивость, обычно вводятся одним из двух способов: предварительным напряжением или последующим напряжением.

При использовании предварительного натяжения сталь растягивается перед укладкой бетона. Это влечет за собой установку стальных арматур между двумя опорами, которые затем растягиваются примерно до 80% своей прочности.Затем бетон заливается в формы вокруг них и затвердевает. Когда бетон затвердеет и приобретет нужную прочность, сталь высвобождается. Сталь будет пытаться вернуться к своей исходной длине, создавая растягивающее напряжение, которое становится прочностью на сжатие в бетоне.

Последующее натяжение

Последующее натяжение аналогично, но сталь не растягивается до тех пор, пока бетон не затвердеет. Здесь бетон заливается нерастянутой сталью, но не контактирует с ней напрямую.Как правило, воздуховоды формируются внутри агрегата с помощью тонкостенных стальных форм. После того, как бетон растягивается до необходимой длины, те же самые стальные стержни вставляются и растягиваются по отношению к блоку. Это создает сжатие в бетоне. Это предпочтительный метод для монолитной установки, а также для некоторых крупных проектов, таких как мосты и перекрытия.

При последующем натяжении также обычно необходимо выполнить дополнительный этап, обычно связанный с воздуховодами.Это либо связанная конструкция, либо несвязанная конструкция. Связанная конструкция предполагает заполнение пространства между сухожилием и воздуховодом цементным раствором. Обычно это делается для того, чтобы сталь минимизировала коррозию, но также обычно увеличивает общую прочность конструкции. В этом конкретном растворе используется цемент, вода, а иногда и добавки, без песка.

Несвязанная конструкция — это когда между этим пространством не используется раствор. В этом случае вместо коррозии используется метод водостойкого цинкования.

Фото Dark Caramel

Заключительные мысли

Когда дело доходит до добавления нового компонента в набор услуг вашей конкретной компании, вы идеально подходите для целого ряда новых клиентов. Однако в то же время вы существенно увеличиваете потенциальные расходы для своего бизнеса.