Суть предварительного напряжения и предпосылки для расчета
Вобычных железобетонных конструкциях (выполненных без предварительного напряжения) есть два крупных недостатка, которые резко ограничивают область их применения. Во-первых, в растянутых зонах обычных железобетонных конструкций обязательно присутствуют трещины даже при относительно небольших нагрузках. Во-вторых, применение арматуры, изготовленной из высокопрочных сталей, без предварительного напряжения не дает возможности полностью использовать ее несущую способность. Раннее раскрытие трещин в ненапрягаемых железобетонных конструкциях, работающих на изгиб и растяжение, приводит ктому, что к моменту достижения рабочих напряжений в арматуре, в бетоне появляются чрезмерные «зияющие» трещины. Эти недостатки преодолеваются предварительным напряжением высокопрочной арматуры в железобетоне. При предварительном напряжении достигается полное использование несущей способности высокопрочной арматуры, и при этом можно получить экономию металла, так как чем прочнее арматура, тем меньше ее требуется для обеспечения прочности.
Предварительно напряженными железобетонными конструкциями называются конструкции, в которых искусственно, на стадии изготовления, создаются напряжения за счет натяжения арматуры и последующего обжатия бетона. Предварительно созданные в железобетонном элементе напряжения по знаку противодействуют напряжениям, возникающим от внешних нагрузок, что приводит кчастичной или полной компенсации рабочих напряжений.
Предварительно напряженными выполняются железобетонные элементы, работающие на растяжение, внецентренное сжатие, изгиб. Так, в растянутых элементах (рис. 7.62) от внешней нагрузки возникают растягивающие напряжения, а от предварительного напряжения арматуры, которое передается на бетон, в бетоне возникают сжимающие напряжения. Эти напряжения с разными знаками, и они компенсируют друг друга, тем самым уменьшается ширина раскрытия трещин, или трещины вообще не возникают. В изгибаемых элементах сила предварительного обжатия прикладывается не по центру тяжести сечения, а с эксцентриситетом е0р, что вызывает появление изгибающего момента (момента от предварительного обжатия), который частично или полностью компенсирует изгибающий момент, вызванный внешними силами (рис. 7.63), и как следствие — повышается трещиностойкость конструкций и уменьшаются прогибы.
Итак, изготовление предварительно напряженных железобетонных конструкций сложнее, чем конструкций без предварительного напряжения арматуры, но они позволяют использовать более прочные арматурные стали, за счет чего расход стали в предварительно напряженных элементах меньше, чем в ненапрягаемых элементах. При этом обеспечивается повышенная трещиностойкость и уменьшаются прогибы элементов. Поэтому предварительное напряжение наиболее рационально для конструкций, в которых все сечение или его часть растянуты (напорные железобетонные трубы, стенки резервуаров, затяжки арок, растянутые элементы ферм, ригели рам, плиты, балки и другие элементы).
В центрально-растянутом предварительно напряженном элементе созданная сила предварительного обжатия бетона Р противодействует внешней нагрузке N, и, когда они равны, напряжения в бетоне будут равны нулю; на этом этапе работы трещин в бетоне элемента не образуется.
В изгибаемых элементах сила предварительного обжатия бетона Р вызывает появление внутреннего изгибающего момента, который противодействует внешнему изгибающему моменту М, возникающему от внешних нагрузок (рис. 7.63).
Предварительно напряженные железобетонные элементы могут изготавливаться с натяжением арматуры на упоры, как это изображено на рис. 7.62 (упорами часто служат борта стальных форм) и с натяжением арматуры на бетон. В случае натяжения арматуры на бетон сначала выполняется слабоармированный железобетонный элемент, в котором оставляются каналы для пропуска предварительно напрягаемой арматуры. Затем через канал пропускается арматура, один конец ее закрепляется в торце железобетонного элемента и арматура натягивается, в натянутом состоянии закрепляется второй конец арматуры. После этого каналы заполняются цементным раствором (рис. 7.64).
Аналогично можно изготавливать железобетонные резервуары, напорные трубы, натягивая (навивая) арматуру на заранее изготовленные железобетонные элементы (навивка осуществляется при помощи навивочных машин) и впоследствии закрывая ее слоем бетона, наносимым под давлением (торкретируя).
Наибольшее распространение при создании предварительно напряженных железобетонных конструкций получил способ натяжения арматуры на упоры.
Дата добавления: 2015-09-02; просмотров: 2352;