Про попередньо напруженому залізобетоні

До атегорія: Арматурні роботи

Про попередньо напруженому залізобетоні

Залізобетонні конструкції, що застосовуються в сучасному будівництві, відрізняються деякими недоліками. Одним з них є велика власна вага залізобетону, рівний 2500 кг / м3 (в тому числі 100 кг / м3 складає в середньому арматура). Особливо серйозно це відбивається на горизонтальних конструкціях, що працюють на вигин, - плитах, балках, ригелях і ін. Під дією навантаження тут з'являється напруга на розтягнення. Тому в розтягнутій зоні перерізу залізобетонної конструкції доводиться розміщувати велику кількість арматури, що збільшує площу перетину і вага конструкції.

Іншим недоліком залізобетонних конструкцій є неповне використання властивостей арматурної сталі, зокрема її міцності на розтягнення. При повному використанні міцності арматурних стержнів бетон дає тріщини в зоні розтягування конструкцій, хоча напруга в арматурі не перевищує межі текучості. Це неприпустимо при експлуатації споруд.

Згадані недоліки в значній мірі усуваються в попередньо напружених залізобетонних конструкціях.

Сутність попереднього напруження (рис. 1) полягає в наступному. Робочу арматуру конструкції перед бетонуванням натягують і в натягнутому стані роблять бетонування. Після того як бетон схопиться, затвердіє і набуде необхідної міцності, натягує зусилля знімають. При цьому арматурна сталь прагне знову сж'аться (скоротитися по довжині) і частина стискають зусиль передає навколишнього бетону.

Таким чином, бетон в виготовленої попередньо напруженої конструкції ще до установки її в спорудження і передачі на неї різних експлуатаційних навантажень вже підданий напрузі на стиск, або, як кажуть, в конструкції штучно створено внутрішній напружений стан, що характеризується стисненням бетону і розтягуванням арматури.

Перш ніж бетон в попередньо напруженій конструкції, сприймаючи розрахункову (експлуатаційну) навантаження, почне працювати на розтягування, в ньому має бути спочатку погашено попередньо створене стиснення.

Наявність попереднього напруження дозволяє збільшувати навантаження на конструкцію в порівнянні з конструкцією, армованої звичайним способом, або при колишньої величиною навантаження зменшувати розміри конструкції, т. Е. Економити бетон і сталь.

Вперше ідея попереднього напруження (обтиску) елементів, що працюють на розтяг, була запропонована в 1861 році українським вченим, академіком А. В. гадолінієм для стовбурів гармат.

Переваги попередньо напружених залізобетонних конструкцій перед звичайними полягають в наступному.

1. Здатність бетону добре працювати на стиск повністю використовується у всьому перерізі. Це дозволяє зменшити перетину, а отже, обсяг і вага попередньо напружених елементів на 20-30% і скоротити витрату матеріалів, зокрема цементу.

2. Завдяки кращому використанню властивостей арматурної сталі в попередньо напружених конструкціях у порівнянні зі звичайними скорочується витрата арматури. Економія арматури, особливо ефективна і корисна при застосуванні сталей з високою межею міцності, досягає 40%.

3. Конструкції з попередньо напруженою арматурою (напружено-армовані) відрізняються високою трещиностойкостью, що оберігає арматуру від іржавіння. Це має велике значення для споруд, що знаходяться під постійним тиском води або будь-яких інших рідин і газу (труби, греблі, резервуари і т. П.).

4. Внаслідок зменшення об'єму і ваги напружено-армованих залізобетонних елементів полегшується застосування збірних конструкцій.

Прикладами найбільш поширених збірних попередньо напружених конструкцій є плити для покриттів промислових будівель, підкранові балки, покрівельні балки і ін.

Використання попереднього напруження ефективно не тільки в збірних, а й в монолітних і в збірно-монолітних залізобетонних конструкціях. Збірно-монолітні конструкції складаються з збірних попередньо напружених елементів, що сприймають зусилля спільно з бетоном і арматурою, додатково укладаються після установки збірних елементів в проектне положення.

При зведенні збірно-монолітних конструкцій окремі збірні елементи з'єднують таким чином, що в подальшому при експлуатації вони працюють як одне ціле. Це роблять у такий спосіб.

При виготовленні збірних елементів майбутньої збірно-монолітної конструкції у них залишають випуски арматури. Під час монтажу цих елементів в шви між ними укладають і приварюють до випусків додаткові арматурні стержні так, щоб арматура сусідніх елементів становила одне ціле. Потім армовані шви (або стики) заповнюють бетоном, або, як кажуть, замоноличивают. Після затвердіння бетону в стиках і швах виходить конструкція, звана збірно-монолітної.

Цей метод часто використовують в конструкціях багатоповерхових будівель (рис. 1) і в просторових конструкціях з криволінійними обрисами - склепіннях і куполах.

Мал. 1. Стик арматури збірних прогонів і плит багатоповерхового промислової будівлі з закладкою в колони трьохрядний арматурних коротишів: 1 - стик коротиша з випусками арматури прогонів, 2 - арматурний коротун, 3 -арматура, що закладається в шви між збірними плитами

Прикладом унікального монолітного залізобетонного споруди, вперше в світовій практиці здійсненого радянськими будівельниками, є Останкінська телевізійна вежа (рис. 2, а) в Москві.

Загальна висота вежі 525 м. Нижній ярус до позначки 17,5 м являє собою десять окремих залізобетонних опор. Вище цієї позначки до позначки 63 м окремі опори об'єднані в залізобетонний конус, з улаштуванням. Від позначки 63 до позначки 385 піднімається залізобетонний стовбур вежі діаметром відповідно 18 і 8,2 м зі стінками товщиною від 40 до 35 см (рис. 2, б). Стінки стовбура армовані подвійний сіткою зі сталі 35ГС періодичного профілю з інтенсивністю армування до 230 кг / м3.

Між армованими сітками встановлюють спеціальні рамки (рис. 2, в). Взаємне положення металевих щитів внутрішньої і зовнішньої опалубки і арматурних сіток, а отже, товщина захисного сдоя бетону фіксувалися болтами 9 з натягнутими на них пластмасовими трубками (рис. 2, в).

Мал. 2. Останкінська телевізійна вежа в Москві: а - загальний вигляд, б - розріз стовбура вежі, в - деталь установки опалубки і арматури в стінці ствола башіі; г - опори, 1 - конусна частина башти, 3 - залізобетонний стовбур, 4 - службові приміщення, 5 - ресторан, 6 - сталева антена, 7 - щити внутрішньої опалубки, 8 - щити зовнішньої опалубки, 9 - болт, 10 - арматурні сітки, 11 - рамка, 12 - пластмасова трубка стовбура вежі

В як напружену арматуру нижньої частини і стовбура вежі застосовані канати діаметром 38 мм, розташовані в вісім ярусів від фундаменту до позначки 385. Довжина канатів, що проходять в каналах всередині стінок, коливається від 154 до 344 м. Натяг канатів виконувалося за допомогою гідродомкратів; зусилля натягу досягало 69 тс. Всього в конструкції вежі укладено 1040 т арматурної сталі.

Мал. 3. Перетини дротяних арматурних пучків: а - незакріплених по кінцях, б - закріплених по кінцях, в - багаторядних, г - з груп дротів; 1 - напружувані дроту пучка, 2 - в'язальний дріт, 3 - спіраль, 4 - короткі дроту, 5 - центральна дріт, 6 - трубка, 7 - розчин, 8 - група дротів, 9 - додаткові дроту

В як напружену арматуру для попередньо напружений них конструкцій доцільно застосовувати арматурну сталь з більш високими механічними характеристиками; цим досягається найбільша економія арматури, зменшення перетину і ваги конструкції.

Тому переднапружені конструкції армують, як правило, високоміцної арматурної сталлю і виробами з неї наступних видів: - гарячекатана сталь періодичного профілю класу А-Шв, зміцнена витяжкою; - гарячекатана сталь періодичного профілю класів Ат-V і. Ат-VI, термічно зміцнена; - гарячекатана сталь періодичного профілю класів А-IV і A-V; - високоміцний арматурний дріт, гладка і періодичного профілю класів B-II і Вр-П; дротові пасма; дротові канати; пучки (рис. 3) і пакети з високоміцного дроту. Для попередньо напружених конструкцій дуже важливим є забезпечення надійного зчеплення поверхні арматури з навколишнім бетоном.

Цим пояснюється застосування як напружену арматуру пасом і канатів зі складною формою поверхні.

Семіпроволочние пасма виробляють з дротів діаметром 1,5-5 мм. Багатосталкові канати виготовляють з дротів діаметром 1-3 мм. Пучок складається з дротів, розташованих по колу, в кількості від 8 до 48. Для збереження взаємного розташування дротів всередині пучка через 1-1,5 м встановлюють відрізки дротяних спіралей. У цих же місцях зовні пучок стягують в'язальної дротом (рис. 3, а, в, г). Пучки, закріплені на кінцях (рис. 3, б), складаються з 8-24 дротів. У місцях установки коротких дротів 4 по довжині пучка залишаються щілини, через які середина пучка заповнюється розчином. Багаторядні пучки з груп дротів діаметром до 8 мм (рис. 3, в) застосовують в інженерних спорудах, наприклад мостах. Пакет являє собою групу дротів або пасом, розташованих в кілька рядів по горизонталі і вертикалі за правильної геометричної сітці.

Натяг арматури при армуванні заздалегідь напружених конструкцій виконують двома способами - до або після бетонування.

Натяг на форми або упори. При армуванні за цим способом арматурністрижні натягують перед укладанням бетонної суміші. Зусилля натягу, що досягають за величиною іноді декількох десятків тонн, сприймаються потужної конструкцією сталевий форми, в якій виготовляють виріб, або спеціальними упорами стенду, тому цей спосіб називають стендових. Бетонують конструкцію при натягнутій арматурі. Коли після затвердіння бетону натяжні пристосування знімають, стиск бетону досягається за рахунок зчеплення між прагнуть стиснутися арматурними стрижнями і оточуючим їх затверділим бетоном.

Зменшення довжини при стисненні показано в умовному масштабі, гак як на око воно буває непомітно.

При даному способі контроль натягу (а отже, і напруги) арматури здійснюється до обтиску бетону.

Натяг арматури на бетон. В даному випадку зусилля натягу арматури сприймається не формою, а затверділим бетоном. Цим способом користуються головним чином для армування конструкцій, що збираються з окремих блоків. Спосіб натягу на бетон дозволяє збирати великорозмірні конструкції (довжиною до 30 м і більше) у місця їх установки з окремих, легко перевозяться частин меншого розміру. Натяг арматури контролюють у процесі обтиску бетону. Обтиснення можна робити тільки після накопичення затверділим бетоном міцності, достатньої для сприйняття зусиль, що створюються натягачами.

Застосовують різні способи натягу арматури: механічний - за допомогою спеціальних домкратів; електротермічний, при якому використовують властивість сталевого прута подовжуватися при нагріванні, і електротермомеха- ний, що є поєднанням двох перших.

Розрізняють способи укладання напруження арматури: лінійний, при якому укладають окремі стрижні, дротові пучки або пакети точно отмеренной довжини, і спосіб безперервної укладання (навивки) арматури прямо з бухти на штирі обертового піддона або за допомогою переміщається навивальні машини.

Арматурні роботи - Про попередньо напруженому залізобетоні