ГлавнаяРазноеПредварительно напряженные железобетонные конструкции

Каменные и армокаменные конструкции. Предварительно напряженные железобетонные конструкции. Предварительно напряженные железобетонные конструкции


Предварительно напряженные железобетонные конструкции: использование

Железобетонные конструкции — основа современного строительства. Однако они имеют существенные изъяны, связанные, в первую очередь, с недостаточной нагрузочной способностью и образованием трещин в камне при эксплуатационных нагрузках. Усовершенствование технологии изготовления изделий из бетона и стальной арматуры привело к созданию преднапряженного железобетона, который обладает рядом преимуществ.

Определение

Предварительно напряженные железобетонные конструкции — строительные изделия, бетон которых на этапе создания принудительно получает начальную расчетную напряженность сжатия. Она создается за счет предварительного формирования напряжения растяжения в рабочей высокопрочной арматуре и обжатия ею бетона на тех участках, которым предстоит испытывать растяжение (прогиб) при эксплуатации. Сжимаясь, арматура не проскальзывает, так как сцеплена с материалом или удерживается анкерным закреплением арматуры на торцах изделий. Таким образом, напряжение растяжения, которое приобретает железобетонный состав с помощью армирования, уравновешивает напряженность заблаговременного обжатия камня.

Вернуться к оглавлению

Преимущества

Предварительно напряженный железобетон долгосрочно отодвигает время начала формирования расколов в изделиях, работающих на прогиб, сокращает глубину их раскрывания. Вместе с тем изделия приобретают повышенную жесткость, не снижая прочности.

Предварительно напряженным железобетонным балкам свойственно хорошо работать на сжатие и прогиб, имея одинаковую прочность по длине, что позволяет увеличивать ширину перекрываемых пролетов. В таких конструкциях уменьшаются размеры поперечного сечения, следовательно, сокращаются объем и вес комплектующих элементов (на 20 – 30%), а также расход цемента. Более рациональное использование свойств стали позволяет сокращать расход арматуры (стержневой и проволочной) до 50%, особенно из высокопрочных марок (A-IV и выше), имеющих значительный предел прочности. Химическая нейтральность бетона к стали способствует предохранению арматуры от коррозии. Вместе с тем повышенная трещиностойкость предохраняет напряженную арматуру от ржавления в сооружениях, которые находятся под постоянным давлением воды, иных жидкостей, газов.

Методы возведения зданий, используемые в строительстве каркаса, базируются на технологии предварительного напряжения конструкций из железобетона в процессе строительства.

Напряженная арматура, обжимающая бетон сборочных единиц, обеспечивает практичную их стыковку путем значительного сокращения расходования металла на стыках. Сборные и сборно-монолитные изделия из железобетонных напряженных конструкций могут состоять из стыкуемых частей с одинаковым поперечным сечением, которые по краям выполняются из ненапряженных облегченных (тяжелых) бетонов, а нагружаемый фрагмент — преднапряженный железобетон. Такая продукция имеет повышенную выносливость, компенсируя повторяющиеся динамические воздействия.

Данное свойство позволяет демпфировать изменения напряжений в бетоне и арматуре, вызываемые колебаниями внешних нагрузок. Повышенная сейсмическая стойкость зданий повышается за счет большой конструкционной устойчивости напряженного железобетона, обжимающего отдельные их фрагменты. Конструкция в предварительно напряженном виде обеспечивает большую безопасность, так как ее разрушению предшествует запредельный прогиб, сигнализирующий об исчерпании конструкцией прочности.

Вернуться к оглавлению

Недостатки

Состояние предварительного напряжения в материале достигается спецоборудованием, точными расчетами, трудоемким конструированием и затратным производством. Продукция требует бережного хранения, транспортировки и монтажа, которые не вызывают ее аварийного состояния еще до начала использования.

Сосредоточенные нагрузки могут способствовать возникновению продольных трещин, которые снижают несущую способность. Просчеты в проектировании и технологии производства могут вызывать полное разрушение создаваемого железобетонного изделия на стапеле. Предварительно напряженные конструкции требуют металлоемкой опалубки повышенной прочности, увеличенного расхода стали на закладные и арматуру.

Большие значения звуко– и теплопроводности требуют закладывания в тело камня компенсирующих материалов. Подобными железобетонными конструкциями обеспечивается более низкий порог огнестойкости (ввиду меньшей критической температуры нагрева преднапряженной арматурной стали) по сравнению с обычным железобетоном. На преднапряженную бетонную конструкцию критично воздействуют выщелачивание, растворы кислот и сульфатов, солей, приводящие к коррозии цементного камня, раскрытию трещин и коррозии арматуры. Это может приводить к резкому снижению несущей способности стали и внезапному хрупкому разрушению. Также к минусам стоит отнести значительный вес изделий.

Вернуться к оглавлению

Материалы для конструкций

Железобетон — многокомпонентный материал, основными составляющими которого являются бетон и стальная арматура. Параметры их качества определяются особыми требованиями при проектировании к элементам конструкций на месте применения.

Вернуться к оглавлению

Бетон

Формы для заливки бетона с прутьями для передачи предварительного напряжения.

Предварительное напряжение в железобетоне обеспечивается применением тяжелых составов средней плотности от 2200 до 2500 кг/м3, которые имеют классы по прочности на осевое растяжение выше Bt0,8, по прочности от В20 и больше, марки по водонепроницаемости от W2 и выше, по морозостойкости от F50. Требования к продукции гарантируют бетону нормативную прочность не ниже установленной с вероятностью 0,95 (в 95% случаев). Смесь должна набрать возраст не меньше 28 суток до получения материалом предварительных напряжений. На ранних стадиях эксплуатации бетонный камень способен частично утерять напряженное качество за счет общего снижения напряженности стали (до 16%). Коэффициент надежности материала на растяжение и сжатие в предельных состояниях установлен для эксплуатационной пригодности не ниже 1,0.

Вернуться к оглавлению

Арматура

Стальная начинка должна оставаться напряженной в железобетонном изделии на всем интервале эксплуатации, выдерживая без вытяжения длительно приложенные нагрузки. В преднапряженных изделиях из железобетона используется высокопрочная сталь с незначительной текучестью, соответствующей параметрам ползучести бетона.

С целью компенсирования эксплуатационной потери некоторой величины преднапряжения при изготовлении ее значение устанавливают чуть выше, чем предусмотрено строительными требованиями для конструкционного элемента. В продукции применяют горячекатаную упрочненную, холоднодеформированную арматуру, арматурную проволоку (пучки, пакеты, пряди), канаты, сварные каркасы и пр. Поперечное сечение арматуры может быть гладким, периодическим, а укладка проволоки и канатов серповидной и кольцевой.

Сталь должна гарантированно соответствовать установленному классу относительно прочности по преднапряженному растяжению (текучесть металла должна находиться в пределах 0,2% относительного удлинения) с вероятностью от 0,95 и выше. Арматуре необходимо быть пластичной, хладостойкой, свариваемой и пр. Надежное сцепление с бетонной смесью обеспечивается формированием арматурой сложных пространственных поверхностей.

Вернуться к оглавлению

Области использования конструкций

Предварительно напряженный бетон позволяет сократить до 50% расхода арматурной стали.

Преднапряженные изделия используются, когда применение обычного железобетона нецелесообразно (перерасход материалов, рост веса и стоимости, невозможность обеспечить несущую прочность и пр.). Сферами их использования являются гражданское, промышленное, специальное и гидротехническое строительство. Объекты — каркасы и мосты с широкими пролетами, напорные трубопроводы, плотины, водонепроницаемые емкости и пр.

А также из них создают подпорные стены, ограждающие панели, лестничные марши, подкрановые балки, фундаменты, колонны, столбы ЛЭП, каркасы тоннелей, междуэтажные перекрытия и пр. Такая продукция незаменима и при возведении построек в условиях взрыво- и сейсмоопасности. Особенно эффективна она при формировании сборно-монолитных конструкций, когда отдельные преднапряженные сборные элементы соединяются в проектном положении арматурой так, что работают как одно целое.

Вернуться к оглавлению

Вывод

Преднапряженные изделия из железобетона имеют много достоинств. Их недостатки могут быть нивелированы качеством проектирования, производства и монтирования, способствующим длительной эксплуатации.

kladembeton.ru

4. Предварительно напряженные конструкции

При обследовании конструкций необходимо выявить возможные отклонения от проекта при изготовлении и монтаже конструкций. Не ис­ключено, что конструкции имели начальные напряжения еще до загружения их нагрузкой. Например, монтаж многопролетных балок, плит, про­странственных конструкций на опоры с разными отметками изменяет ихнапряженно-деформированное состояние. При усилении эксплуатируемых конструкций часто применяют приемы по регулированию усилий, исполь­зуют затяжки, шпренгеля, тяжи, распорные элементы, т. е. применяют приемы предварительного напряжения конструкций. Поскольку эта тема мало знакома студентам, в этой главе сделана попытка, напомнить основыпредварительного напряжения конструкций и обобщить известные и новые приемы создания преднапряжения при изготовлении новых и усилении эксплуатируемых конструкций. При этом большего эффекта от преднапря­жения можно добиться при усилении конструкций, находящихся под на­грузкой, изменяя их напряженное состояние в больших диапазонах. Край­ние волокна сечения нагруженных элементов можно разгрузить до нуля, а затем загрузить до напряжений обратного знака равных расчетному сопро­тивлению. В новых конструкциях такого эффекта достичь нельзя. Однаконужно помнить, что на предварительное напряжение конструкций затрачи­вается дополнительная энергия, требуется контроль величин натяжениязатяжек, более качественное выполнение и повышенная трудоемкость изго­товления. Все это нужно учитывать при сравнении вариантов усиления конструкций.

Предварительно напряженными называются конструкции, в кото­рых напряжения от расчетной нагрузки складываются с дополнительныминапряжениями, искусственно созданными различными способами в период изготовления, монтажа или эксплуатации конструкции. В отличие от обыч­ных, где напряжения возникают только от расчетной нагрузки, в сечениях предварительно напряженных конструкций принудительно создаются но­вые напряжения либо до работы конструкции, либо в период ее работы под

62

нагрузкой. При этом напряжения в наиболее загруженных сечениях имеют чаще всего другой знак, чем от нагрузки.

4.1. Цели предварительного напряжения

Для каких целей создается предварительное напряжение конструк­ций?

Такими целями могут быть:

1. Создание эффективной по расходу материала конструкции.

2. Использование высокопрочной стали, применение которой в обычной конструкции нерационально, т. к. механические свойства ее ис­пользуются не полностью, а стоимость несколько выше обычной стали.

  1. Применение работающих только на растяжение мембран (тонких листов), тросов, канатов и других гибких элементов в конструкциях, вос­принимающих также и сжимающие усилия.

  2. Уменьшение деформативности (прогибов, колебаний, трещин) конструкций.

  3. Расширение области применения прокатных профилей за счет снижения максимальных расчетных усилий.

  4. Увеличение несущей способности и жесткости эксплуатируемой конструкции при ее усилении.

Можно ли считать, что предварительно напряженные конструкции более прочные, чем обычные?

Нет, если они рассчитаны (запроектированы) на одну и ту же рас­четную нагрузку. Например, плиты и балки перекрытий могут быть с пред-напряжением и без, однако их несущая способность одинакова. При этом армирование разное, в предварительно напряженных конструкциях сечение высокопрочной арматуры меньше.

Да, если обычная конструкция получает дополнительное напряже­ние.

Достижение указанных выше целей обеспечивает преимущества предварительно напряженных конструкций по сравнению с обычными. Но, нужно помнить, что для создания предварительного напряжения необходи­мо выполнить ряд приемов, требующих дополнительных затрат и уст­ройств, более высокой ответственности исполнителей и контроля за созда­ваемыми усилиями преднапряжения.

В то же время после глубокого изучения этой проблемы можно сделать вывод, что все неточности изготовления, монтажа обычных конст­рукций могут стать причинами возникновения дополнительных напряже­ний, неучтенных расчетом, что в одних случаях повышает, а в других — понижает несущую способность конструкций. Таким образом, не намерен­но создаются предварительно напряженные конструкции в период изготовления или монтажа, что отражается на их несущей способности.

63

4.2. Работа предварительно напряженных конструкций

Область применения предварительного напряжения обширна. Практически все конструкции: плиты, балки, фермы, арки, рамы и про­странственные конструкции, как новые, так и эксплуатируемые, могут быть предварительно напряженными. Ряд же конструкций, например из гибкихэлементов, без предварительного напряжения не могут существовать, т. к. не могут воспринимать даже незначительных сжимающих напряжений. Это тросовые фермы, мембранные большепролетные покрытия и т. д. [66].

Самый крупный в Европе зал на 45 тысяч зрителей в крытом ста­дионе спорткомплекса «Олимпийский» на проспекте Мира в Москве. Зда­ние имеет эллиптическую форму плана с размерами по главным осям 224x183 м. Покрытие выполнено в виде мембранной висячей оболочки со стрелой провисания 12,5 м из нержавеющего листа (сталь 14Г2) толщиной 5мм, совмещающего несущие и ограждающие функции. Мембрана крепи­лась с натяжением высокопрочными болтами к провисающим радиальным фермам высотой 2,5 м и к опорному кольцу из монолитного железобетона в стальной опалубке сечением 5x1,75 м. Работая совместно с радиальными фер­мами мембрана воспринимает все вертикальные (350—500 кг/м2) и ветровуюнеравновесную нагрузки. При этом общий расход металла на покрытие не­большой — 107 кг/м2(благодаря применению тонких гибких листов ипреднапряжения).

Проанализируем работу предварительно напряженных конструк­ций на следующих примерах:

1. Тросовая ферма.

64

Она состоит из поясов и раскосов, выполненных из тросов. От экс­плуатационной нагрузки во всех элементах фермы возникают осевые уси­лия: сжатия или растяжения. Пусть в верхнем поясе элемент А—В воспри­нимает от нагрузки усилие сжатия величинойN = 2500 кН. Как воспринятьэто усилие гибкому тросу?

Вероятно, этот элемент еще до воздействия эксплуатационной на­грузки должен быть растянут силой, превышающей расчетное усилие, напримерNo = 3000 кН. Этого можно достичь преднапряжением фермы — натяжением оттяжек3 на анкерные фундаменты4. Тогда при работе фермы на эксплуатационную нагрузку суммарные усилия в элементе А—В будут равны ΣN= 3000 - 2500 = 500 кН. Элемент остается растянутым, следова­тельно, не может потерять устойчивость. Аналогичные фермы пролетом 874 м были возведены в мостовом переходе через реку Волга во время строительства Волжской ГЭС (рис. 4.1).

2. Балка с затяжкой (рис. 4.2).

При натяжении затяжки силой N'3 в балке, как от внешней силы,

приложенной с эксцентриситетом е относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения балки, возникают нормальные напряжения от мо­мента выгибаM3 =N'3e и сжимающей силыN6 = N'3 . Величины их соот­ветственно для верхних и нижних волокон балки равны:

где Аб— площадь сечения балки;Wв иWн — соответственно моменты сопротивле­ния сечения для верхних и нижних волокон балки.

Как видно, кроме выгиба, балка дополнительно обжимается по всему сечению, чего при таких схемах балок избежать не удается. Положи­тельный эффект частично погашается, однако в балке остаются напряже­ния, обратные по знаку напряжениям от эксплуатационной нагрузки. Вдальнейшем от эксплуатационной нагрузки балка с затяжкой работает как однажды статически неопределимая система, в результате в затяжке появ­ляются дополнительные усилия растяженияN'3 , которые получили назва­ние усилий самонатяжения. От них все сечение балки получит аналогич-

65

ные дополнительные напряжения и основные напряжения от нагрузки. Та­ким образом, суммарные напряжения в балке от сил преднапряжения, са­монатяжения и эксплуатационной нагрузки равны:

где Мв, M'3 и M״3 — изгибающие моменты, соответственно от внешней нагрузки,сил преднапряжения и самонатяжения в затяжке.

Суммарные напряжения не должны превышать расчетного сопро­тивления материала балки R. Поскольку напряжения от преднапряжения в балке имеют другой знак, чем от нагрузки, то абсолютная величина напря­жений от нагрузки может быть значительно больше R. Таким образом, бал­ка с затяжкой имеет большую несущую способность, чем без затяжки. При одной и той же нагрузке предварительно напряженная балка с затяжкой по расходу металла экономичней обычной балки за счет применения затяжки из высокопрочной стали. Аналогичный эффект получается и в предвари­тельно напряженных железобетонных конструкциях, где вместо обычной вводят предварительно растянутую высокопрочную арматуру, которую в обычных конструкциях применять нерационально, так как в бетоне возни­кают трещины раньше, чем в арматуре напряжения близкие к расчетному сопротивлению.

3. Двухнролетная неразрезная балка (рис. 4.3). Регулированиемуровнями опор (осадками опор) можно изменять состояние балки по ее длине. Рассмотрим этот прием на примере.

66

Пример 1. Пусть балка пролетами / проектируется* постоянного сече­ния, т. е. из одного профиля (рис. 4.3, а). Максимальный расчетный момент в двухпролетной балке от равномерной нагрузки над средней опорой составитМ1= 0,125ql2, в то время как в пролетах моменты не болееМ2≤ 0,07ql2 (рис. 4.3, б). Можно ли снизить максимальное значение момента и выровнять пролетные с опор­ным? Пусть средняя опора ниже крайних на величину Δ. Тогда двухпролетная балка превращается в однопролетную (рис. 4.3, в, г) с удвоенным пролетом21, пока ее прогиб от части нагрузкиq1 в середине (над средней опорой) не достигнет величины Δ. Только после этого на оставшуюся нагрузкуq2 балка будет работать как двухпро­летная (рис. 4.3, д, е). Суммарные моменты в сечениях балки уже будут другими: меньше над средней опорой и больше в пролетах. Проектируя балку уже на умень­шенное значение максимального момента, получают экономию металла. Покажем это на примере.

67

Пример 2. Если предполагается запроектировать балку переменного сечения, то целесообразно наоборот увеличить опорный момент над средней опорой за счет уменьшения пролетных моментов при поднятии средней опоры на величину Δ1. Методику проектирования можно предложить следующую: задать минимально возможное сечение балки по конструктивным соображениям, определить ее несу­щую способность, затем найти величину Δ1; и соответствующий опорный момент.

68

На увеличенный опорный момент подобрать усиленное сечение балки вблизи сред­ней опоры.

Приведенные примеры отражают лишь часть приемов создания предвари­тельно напряженных конструкций. В действительности их много. Попытаемся эти приемы систематизировать.

studfiles.net

11.3 Предварительно напряженные железобетонные конструкции

11.3.1 Общие положения

11.3.1.1 Поперечное сечение предварительно напряженных конструкций необходимо проектировать с учетом следующих требований:

— технологических — размещение арматуры, позволяющей качественно уложить бетонную смесь; учет унификации и особенностей устройства опалубочных форм;

— конструктивных — обеспечение выполнения требований работы конструкции по двум группам предельных состояний на всех стадиях работы;

— экономических — выбор рациональной формы поперечного сечения, обеспечение защитного слоя бетона, гарантирующего долговечность конструкции.

При назначении минимальных размеров сечения внецентренно сжатых элементов гибкость l0 /i в любом направлении не должна быть более:

— для отдельных элементов — 200;

— для элементов, являющихся частью здания — 120.

11.3.1.2 Процент армирования сечений продольной арматурой определяется делением суммарного сечения напрягаемой и ненапрягаемой (определенной по расчету) арматуры на ширину и рабочую высоту сечения.

11.3.1.3 Наибольший процент армирования не должен превышать значения, указанного в 11.2.1.

Минимальное содержание продольной арматуры определено требованиями 11.2.3, а поперечной — 11.2.5.

11.3.2 Размещение арматуры в сечении

11.3.2.1 Расстояния в свету между стержнями (при натяжении арматуры на упоры) или оболочками канатов напрягаемых элементов при натяжении на бетон по высоте и ширине сечения должны назначаться с учетом направления, удобства укладки и уплотнения бетонной смеси, степени местного обжатия бетона, габаритов натяжного оборудования, концевых анкеров (таблица 11.11).

11.3.2.2 При стесненных условиях допускается располагать стержни попарно (без зазора между ними). Такая пара стержней при назначении расстояния между парами стержней сi или длины анкеровки должна рассматриваться как условный стержень диаметром (где1 и 2 — диаметры сближенных попарно стержней, см. рисунок 11.13).

Рисунок 11.13 — Расстояние между стержнями арматуры при ее установке в стесненных условиях

116

СНБ 5.03.01-02

Таблица 11.11 — Условия расположения напрягаемой арматуры в сечении

Расположение арматуры

(канатов) в сечении

Значения расстояний между стержнями, мм

Способ натяжения арматуры

Вид арматуры

Проволока

Канаты

Стержни

На упоры

c 

; 20; dg + 5

; 50; dg + 5

; 50; dg + 5

с1

; 10; dg

; 10; dg

; 20; dg

с2

; dg + 5; 20

; 25; dg + 5

; dg + 5; 20

На бетон

Расположение в каналах

c 

k; 50

dg + 5

bk; hk

с1

k; 50

dg + 5

bk; 0,5hk

с2

k; 40

dg + 5

bk

Обозначения, принятые в таблице:

dg — максимальный размер крупного заполнителя;

k — диаметр круглого канала;

bk, hk — ширина и высота прямоугольного канала.

1

Изм. 5

1.3.2.3 Напрягаемая арматура в пустотных и ребристых элементах должна располагаться по оси каждого ребра элемента, за исключением предварительно напряженных многопустотных (с круглыми пустотами) плит высотой 300 мм и менее, изготовляемых из тяжелого бетона, в которых расстояние между напрягаемой арматурой, заводимой за грань опоры, допускается увеличивать до 600 мм, если для сечений, нормальных к продольной оси плиты, величина момента трещинообразования Mcrc составляет не менее 80 % величины момента от внешней нагрузки, принимаемой с коэффициентом надеж­ности по нагрузке gf = 1,0

studfiles.net

Каменные и армокаменные конструкции. Предварительно напряженные железобетонные конструкции

40

СЕМЕСТР 7 для ПГСу и ПГСсп, ч.2

Оглавление

№

Наименование темы

лек

стр

1

Виды каменных и армокаменных конструкций. Область применения.

1

Материалы. Марки камней и растворов

1

Физико-механические свойства каменной кладки. Основные факторы, влияющие на прочность кладки при сжатии. Общая формула предела прочности кладки при сжатии. Упруго-пластические свойства кладки. Модули упругости и деформации. Упругая характеристика кладки.

1

4

Расчет центрально и внецентренно сжатых элементов по прочности. Прочность кладки при растяжении, изгибе, срезе и местном сжатии. Расчет по образованию и раскрытию трещин. Особенности зимней кладки

1

9

Элементы армокаменных конструкций. Сетчатое и продольное армирование. Конструктивные особенности.

2

14

Конструктивные схемы и расчет каменных конструкций зданий Жесткая и упругая конструктивная схема зданий. Деформационные швы. Основы расчета каменных конструкций многоэтажных зданий Предельные гибкости стен и столбов.

2

17

Предварительно напряженные железобетонные конструкции, сущность, два способа создания предварительного напряжения. Материалы для ПН ЖБК. Особенности конструирования. Виды потерь предварительного напряжения арматуры Прочность ПНЖБК при обжатии.

3

24

Стадии напряженно деформированного состояния предварительно напряженных элементов при растяжении и изгибе. Расчет прочности сжатых, растянутых и изгибаемых предварительно напряженных элементов.

4

28

Влияние предварительного напряжения на образование и раскрытие нормальных трещин в центрально растянутых, изгибаемых и внецентренно сжатых элементах. Учет влияния предварительного напряжения на кривизну оси, жесткости и величину прогибов изгибаемых элементов.

4

32

Ребристые монолитные перекрытия с балочными плитами. Ребристые монолитные перекрытия с плитами, работающими в двух направлениях. Конструирование неразрезных плит и балок

5

Безбалочные монолитные и сборные перекрытия. Конструктивные решения и расчет. Типы капителей. Сборно-монолитные перекрытия. Условия совместной работы сборных элементов и монолитного бетона. Области рационального применения разных перекрытий.

5

Экзаменационные вопросы

39

Лекция 1

Виды конструкций. Область применения. Материалы. Марки камней и растворов

Классификация камней (рис.1):

  • искусственные (кирпич – разных модификаций, бетонные) и естественные камни (гранит, мрамор, известняк, песчаник, бут, туф, пемза и др.)

  • тяжелые (плотные) и легкие (на пористых заполнителях, ячеистые, поризованные, силикатные),

  • камни малой прочности (марки 4-50), средней (марки 75-200), высокой прочности (марки 250-1000).

  • Марки каменных материалов по морозостойкости — Мрз 10, Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50, Мрз 75, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200, Мрз 300.

Классификация растворов:

    • по материалам: цементные, известковые, смешанные, с добавками,

    • по плотности: тяжелые — 1500 кг/м3 и более, легкие — до 1500 кг/м3.

    • по пределу прочности на сжатие (марка): 4, 10, 25, 50, 75, 100. 150. 200.

    Кирпич, камни и растворы должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов, сертификатов или технических условий

    Работу сжатой кладки в зависимости от величины действующих напряжений можно подразделить на четыре характерных стадии.

    Первая стадия (рис. 5, а) наблюдается при низком уровне усилий (N < Ncrc, где Ncrc - усилие трещинообразования). На этой стадии в кладке отсутствуют какие-либо разрушения.

    Вторая стадия (рис. 5, б) характеризуется появлением продольных волосяных трещин в отдельных камнях при усилии N = Ncrс . Усилие трещинообразования в зависимости от вида раствора Ncrc = (0,4 - 0,8) Nu (здесь Nu - разрушающее усилие).

    Третья стадия (рис. 5, в) наступает при возрастании усилий (Ncrc<N< Nu) и характеризуется развитием ранее образовавшихся и появлением новых трещин. Объединяясь друг с другом и с вертикальными швами, трещины расслаивают кладку на отдельные самостоятельно работающие вертикальные элементы, подверженные внецентренному загружению. Прекращение роста нагрузки не приостанавливает развития трещин, поэтому данная стадия может считаться аварийной и требует немедленной разгрузки.

    Четвертая стадия (рис. 5, г) соответствует саморазрушению кладки (без увеличения нагрузки): при прогрессирующем развитии трещин происходят дальнейшее расслоение кладки на отдельные столбики, раздавливание отдельных кирпичей и потеря устойчивости отдельных столбиков.

    Установлено, что первые трещины в кладке возникают от изгаба и среза, при сжимающих напряжениях в кирпиче, составляющих 15 - 20 % от предела прочности кирпича на сжатие. Прогиб отдельных кирпичей в кладке при эксперименте достигает величины 0,1 - 0,4 мм.

    2. Физико-механические свойства каменной кладки.

    Основные факторы, влияющие на прочность кладки при сжатии.

    Зависимость временного сопротивления сжатию кладки от временного сопротивления раствора при фиксированном временном сопротивления камня показана на рис. 6.

    влияние прочности и вида раствора. Прочность раствора по-разному сказывается на прочности кладки в зависимости от ее вида (рис. 7). Характер кривых свидетельствуетоб интенсивном росте прочности кладки при низких значения R2u , а при больших значениях — практическом прекращен.

    Растяжение кладки по неперевязанному шву (рис. 9) имеет место при внецентренном сжатии. Разрушение кладки происходит по контакту между камнем и раствором. Нормами запрещается проектирование конструкций, прочность которых определяется только нормальным сцеплением.

    Растяжение кладки по перевязанному шву (рис. 10) имеет место в цилиндрических резервуарах и силосах, работающих на растяжение в кольцевом направлении.

    При плохом сцеплении между раствором и камнем трещина проходит по вертикальным и горизонтальным швам с образованием зубчатой или косой штрабы. В этом случае растягивающая сила воспринимается только горизонтальными швами, сопротивлением вертикальных швов пренебрегают из-за недостаточно хорошего заполнения их раствором и образования усадочных трещин по поверхности контакта между раствором и камнем.

    Срез по неперевязанному шву (рис. 11) возникает при действии усилий вдоль горизонтальных швов. В этом случае сопротивление срезу оказывает касательное сцепление между раствором и камнем, а при наличии усилий, сжимающих кладку по нормали к этому шву. необходимо учитывать дополнительное сопротивление срезу за счет сил трения

    При срезе по перевязанному шву (рис. 12) учитывается только сопротивление срезу камня. Изгиб в каменной кладке вызывает растяжение, которое и лимитирует прочность кладки по растянутой зоне. Разрушение кладки при изгибе, так же. как при растяжении, может произойти по перевязанному (по штрабе и по камню) и неперевязанному сечениям.

    Расчетные сопротивления R сжатию кладки (выборочно) приведены в табл. 2.

    Таблица 2

    Марка кирпича или камня

    Расчетные сопротивления R, МПа (кгс/см2), сжатию кладки из кирпича всех видов и керамических камней со щелевидными вертикальными пустотами шириной до 12 мм при высоте ряда кладки 50 — 150 мм на тяжелых растворах

    марка раствора

    прочность

    200

    150

    100

    75

    50

    25

    10

    4

    0,2 (2)

    нуль

    300

    200

    100

    75

    50

    5

    3,9(39)

    3,2(32)

    ‑

    ‑

    3,6(36)

    3,0(30)

    2,0(20)

    ‑

    ‑

    ‑

    3,3(33)

    2,7(27)

    1,8(18)

    1,5(15)

    ‑

    ‑

    3,0(30)

    2,5(25)

    1,7(17)

    1,4(14)

    1,1(11)

    0,9(9)

    2,8(28)

    2,2(22)

    1,5(15)

    1,3(13)

    1,0(10)

    0,8(8)

    2,5(25)

    1,8(18)

    1,3(13)

    1,1(11)

    0,9(9)

    0,7(7)

    2,2(22)

    1,6(16)

    1,0(10)

    0,9(9)

    0,7(7)

    0,6(6)

    1,8(18)

    1,4(14)

    0,9(9)

    0,7(7)

    0,6(6)

    0,45(4,5)

    1,7(17)

    1,3(13)

    0,8(8)

    0,6(6)

    0,5(5)

    0,4(4)

    1,5(15)

    1,0(10)

    0,6(6)

    0,5(5)

    0,35(3,5)

    0,25(2,5)

    Расчетные сопротивления кладки из кирпича и камней правильной формы осевому растяжению Rt, растяжению при изгибе Rtb, срезу Rsq и главным растягивающим напряжениям при изгибе Rtw при расчете кладки по перевязанному сечению, проходящему по кирпичу, приведены в табл. 11.

    Таблица 11

    напряженное состояние

    Расчетные сопротивления R, МПа (кгс/см2), кладки при марке камня

    200

    100

    75

    50

    35

    25

    10

    Осевое растяжение

    Rt

    0,25 (2,5)

    0,18 (1,8)

    0,13 (1,3)

    0,1 (1)

    0,08 (0,8)

    0,06 (0,6)

    0,03(0,,3)

    Растяжение при изгибе

    Rtb

    Rtw

    0,4 (4)

    0,25 (2,5)

    0,2 (2)

    0,16 (1,6)

    0,12 (1,2)

    0,1 (1)

    0,05(0,5)

    Срез

    Rsq

    1,0 (10)

    0,65 (6,5)

    0,55 (5,5)

    0,4 (4)

    0,3 (3)

    0,2 (2)

    0,09(0,9)

    studfiles.net

    Понятие о предварительно напряженных железобетонных конструкциях

    Основными достоинствами железобетона являются: высокая проч­ность, огнестойкость, долговечность, простота формообразования. Бетонная балка (рис. ниже), испытывающая при изгибе растяжение ниже нейтральной оси и сжатие выше нее, имеет низкую несущую способность вследствие слабого сопротивления бетона растяжению. При этом прочность бетона в сжатой зоне используется не полностью. В связи с этим неармированный бетон не рекомендуется применять в конструкциях, предназначенных для работы на изгиб или растяжение, так как размеры таких элементов были бы непомерно большими. 

    Бетонные конструкции применяют преимущественно при их работе на сжатие (стены, фундаменты, подпорные сооружения, ус­той и др.) и только иногда при работе на изгиб при малых растяги­вающих напряжениях, не превышающих предела прочности бето­на при растяжении. 

    Железобетонные конструкции, усиленные в растянутой зоне арматурой, обладают значительно более высокой несущей способ­ностью. Так, несущая способность железобетонной балки (рис. ниже) с уложенной внизу арматурой в 10-20 раз больше, чем несущая способность бетонной балки таких же размеров. При этом прочность бетона в сжатой зоне балки используется полностью.

    Схемы работы элементов под нагрузкой

    1 - 0264

    В качестве арматуры применяют стальные стержни, проволо­ки, прокатные профили, а также стекловолокно, синтетические ма­териалы, деревянные бруски, бамбуковые стволы. 

    Конструкции армируют не только при их работе на растяжение и изгиб, но и на сжатие (рис. выше). Поскольку сталь имеет высокое сопротивление растяжению и сжатию, включение ее в сжатые эле­менты значительно повышает их несущую способность. Совмест­ная работа таких различных по свойствам материалов, как бетон и сталь, обеспечивается следующими факторами: 

    1. сцеплением арматуры с бетоном, возникающим при твердении бетонной смеси; благодаря сцеплению оба материала деформи­руются совместно; 
    2. близкими по значению коэффициентами линейных температур­ных деформаций (для бетона 7·10-6-10·10-6 1/град, для стали 12·10-6 1/град), что исключает появление начальных напряже­ний в материалах и проскальзывание арматуры в бетоне при изменениях температуры до 100 °С;
    3. надежной защитой стали, заключенной в плотный бетон, от кор­розии, непосредственного действия огня и механических по­вреждений. 

    Особенностью железобетонных конструкций является возмож­ность образования трещин в растянутой зоне при действии внешних нагрузок. Раскрытие этих трещин во многих конструкциях в стадии эксплуатации невелико (0,1-0,4 мм) и не вызывает коррозии арма­туры или нарушения нормальной работы конструкции. Однако име­ются конструкции и сооружения, в которых по эксплуатационным условиям образование трещин недопустимо (например, напорные трубопроводы, лотки, резервуары и т. п.) или ширина раскрытия должна быть уменьшена. В этом случае те зоны элемента, в кото­рых под действием эксплуатационных нагрузок появляются растя­гивающие усилия, заранее (до приложения внешних нагрузок) под­вергают интенсивному обжатию путем предварительного натяже­ния арматуры. Такие конструкции называют предварительно напряженными. Предварительное обжатие конструкций выполня­ют в основном двумя способами: натяжением арматуры на упоры (до бетонирования) и на бетон (после бетонирования).  

    В первом случае перед бетонированием конструкции арматуру натягивают и закрепляют на упорах или торцах формы (рис. ниже). Затем бетонируют элемент. После приобретения бетоном необхо­димой прочности для восприятия сил предварительного обжатия (передаточная прочность) арматуру освобождают от упоров и она, стремясь укоротиться, сжимает бетон. Передача усилия на бетон происходит благодаря сцеплению между арматурой и бетоном, а также посредством специальных анкерных устройств, находящих­ся в бетоне конструкции, если сцепления недостаточно. 

    Во втором случае сначала изготовляют бетонный или слабоармированный элемент с каналами или пазами (рис. ниже). При дос­тижении бетоном требуемой передаточной прочности в каналы (пазы) заводят арматуру, натягивают ее с упором натяжного при­способления на торец элемента и заанкериваюг. Таким образом, бетон оказывается обжатым. Для создания сцепления арматуры с бетоном в каналы инъектируют цементный или цементно-песчаный раствор. Если напрягаемая арматура располагается на наружной поверхности элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резер­вуаров и т. п.), то навивка ее с одновременным обжатием бетона производится специальными навивочными машинами. После натя­жения арматуры на поверхность элемента наносят торкретирова­нием защитный слой бетона. Натяжение арматуры может произво­диться механическим, электротермическим, комбинированным и физико-химическим способами.

    Способы создания предварительного напряжения

    1 - 0266

    а — натяжение на упоры; б — натяжение на бетон; I — натяжение арматуры и бетонирование элемента; II, IV — готовый элемент; III — элемент во время натяжения арматуры; 1 — упор; 2 — домкрат; 3 — анкер

    При механическом способе арматуру натяг ивают гидравличес­кими или винтовыми домкратами, намоточными машинами и дру­гими механизмами. При электротермическом способе арматуру нагревают электрическим током до 300-350 °С, заводят в форму и закрепляют на упорах. В процессе остывания арматура укорачива­ется и получает предварительные растягивающие напряжения. Ком­бинированный способ натяжения сочетает электротермический и механический способы натяжения арматуры, осуществляемые од­новременно. При физико-химическом способе натяжение арматуры достигается в результате расширения бетона, приготовленного на специальном напрягающем цементе (НЦ), в процессе его гидро­термической обработки. 

    Арматура, заложенная в бетоне, препятствует увеличению его объема и растягивается, а в бетоне возникают сжимающие напря­жения. Натяжение арматуры на упоры производится механическим, электротермическим или комбинированным способами, а на бе­тон — только механическим способом. 

    Основное достоинство предварительно напряженных конструк­ций — высокая трещиностойкость. При загружении предварительно напряженного элемента внешней нагрузкой в бетоне растянутой зоны погашаются предварительно созданные сжимающие напряжения и только после этого возникают растягивающие напряжения. Чем выше прочность бетона и стали, тем большее предварительное обжатие можно создать в элементе.

    Применение высокопрочных материалов позволяет сократить рас­ход арматуры на 30-70% по сравнению с ненапрягаемым железобето­ном. Расход бетона и масса конструкции при этом также снижаются. Кроме того, высокая трещиностойкость предварительно напряженных конструкций повышает их жесткость, водонепроницаемость, морозо­стойкость, сопротивление динамическим нагрузкам, долговечность. 

    К недостаткам предварительно напряженного железобетона следует отнести то, что процесс составляет значительную трудоем­кость изготовления конструкций. Помимо этого создается необхо­димость в использовании специального оборудования и рабочих высокой квалификации. 

    Напряженно-деформированные состояния предварительно на­пряженных элементов после образования трещин в бетоне растяну­той зоны сходны с элементами без предварительного напряжения. 

    ros-pipe.ru

    Предварительно-напряженные железобетонные конструкции

    Значительное распространение в настоящее время получают так называемые предварительно-напряженные железобетонные конструкции. В этих конструкциях арматура, натянутая до начала работы элемента под нагрузкой, стремится сжаться и передает при этом часть сжимающих усилий окружающему бетону. Поэтому прежде чем бетон в предварительно-напряженной конструкции, воспринимая расчетную нагрузку, начнет работать на растяжение, в нем должно быть погашено предварительно созданное сжатие. Таким образом, наличие предварительного напряжения позволяет увеличить нагрузку на конструкцию, по сравнению с конструкцией, армированной обычным способом, или при прежней величине нагрузки уменьшить размеры конструкции, т. е. достичь экономии бетона и стали. Следует отметить, что впервые идея предварительного напряжения (обжатия) элементов, работающих на растяжение, была предложена в 1861 г. русским ученым-артиллеристом, акад. А. В. Гадолиным.

    Преимущества предварительно-напряженных железобетонных конструкций перед обычными следующие: 1. При работе на изгиб под нагрузкой в элементах конструкций из обычного железобетона, например в балках (см. рис. 32), прочность бетона используется не в полной степени, так как в зоне растяжения он почти не работает, а передача усилий осуществляется одной арматурой.

    В балке с предварительно-напряженной арматурой способность бетона хорошо работать на сжатие используется во всем сечении. Это позволяет уменьшать сечения,  а следовательно, объем и вес предварительно-напряженных элементов и сократить расход материалов, в частности цемента.

    2. Благодаря лучшему использованию свойств арматурной стали в предварительно-напряженных конструкциях по сравнению с обычными сокращается расход арматуры. Это сокращение особенно эффективно при применении для арматуры сталей с высоким пределом прочности.

    3. Конструкции с предварительно-напряженной арматурой (напряженно-армированные) обладают повышенной трещино-устойчивостью, что, помимо предохранения арматуры от ржавления, важно для сооружений, находящихся под постоянным давлением воды или каких-либо других жидкостей и газа (трубы, плотины, резервуары и т. п.).

    4. Вследствие уменьшения объема и веса напряженно-армированных железобетонных элементов облегчается применение сборных конструкций и увеличивается величина пролетов, которые целесообразно ими перекрывать.

    В качестве арматуры предварительно-напряженных железобетонных конструкций наиболее часто применяют проволоку диаметром 3—5 мм, но может быть применена и круглая арматура других диаметров, а также стержни периодического профиля.

    www.stroitelstvo-new.ru

    Предварительно напряженный железобетон – в чем его плюсы и минусы?

    Для многих строительных объектов сегодня используется предварительно напряженный железобетон. В чем его отличие от типичного ЖБИ? Дело в том, что главный недостаток железобетонных блоков заключается в малой прочности при растяжении. И как следствие, появление трещин и других дефектов. Напряженный железобетон позволяет исключить их появление и способствует экономии металла и бетона при его изготовлении. О других преимуществах и недостатках расскажем ниже.

    Что из себя представляет предварительно напряженный железобетон? ↑

    Производство предварительно напряженной арматуры продемонстрировано на видео

    Современные железобетонные изделия, используемые для возведения различных зданий, имеют некоторые минусы, которые в дальнейшем сказываются на эксплуатационных свойствах конструкции. Во-первых, значительный вес и объем блоков. Масса в среднем равна 2400 кг/м3. В дальнейшем это сильно отражается на конструкциях, имеющих изгиб (ригелях, балках). Под действием тяжести возникает большое напряжение на растяжение. И потому растянутую часть приходится дополнительно укреплять и размещать там больше арматуры. А это еще больше увеличивает общую массу конструкции.

    Во-вторых, недостатком считают малую прочность бетона при растяжении. Хоть он и не разрушается, но на поверхности появляются некоторые трещины. Они ухудшают эстетический вид строения и разрушают верхний слой, который защищает от коррозии арматуру. Постепенно эти трещины становятся больше и заметнее. Сущность технологии предварительного напряжения заключена в том, что предварительно натягивают арматуру и затем осуществляют бетонирование. После полного затвердевания бетона напряжение убирают. Таким образом, перед строительством объектов, железобетон уже подвергнут необходимому напряжению на сжатие.

    Каковы преимущества напряженного железобетона? ↑

    На видео — резка бетона

    Итак, как уже было сказано, железобетон напряженный готовится в предварительно натянутой арматуре. Устанавливается железобетон в строительные конструкции в уже напряженном на сжатие состоянии. С одной стороны он имеет ряд плюсов, с другой стороны имеются и некоторые минусы. Среди основных преимуществ выделяют следующие:

    • Является более экономичным материалом. В среднем на 40-60% сокращается расход стали, которая используется для производства арматуры. Также на изготовление уходит меньше цемента. Уменьшается сечение, следовательно становится меньше вес и объем.
    • Преднапряженный железобетон имеет прекрасную стойкость к трещинообразованию и дальнейшему их расширению. Как следствие, предохраняет металлическую арматуру от появления коррозии. В особенности это важно для сооружений, находящихся в постоянном взаимодействии с водой (труб, резервуаров, плотин).
    • Может использоваться для специальных строений, в которых нельзя или нежелательно применять типичные ЖБИ. В том числе благодаря тому, что уменьшается масса и объем, железобетон напряженный легче и проще использовать для стыков сборных частей конструкции. Это могут быть: балки кровельные и подкрановые, плиты для покрытий в помещениях промышленного назначения.
    • Расширяется сфера применения материала. Его можно использовать не только для сборных, но и для монолитно-сборных сооружений. В этом случае его применяют только в тех участках, где наблюдается напряжение конструкции. В остальных же частях используется типичный легкий пенобетон, тяжелый бетон или монолитный железобетон.
    • С течением времени увеличивается сейсмостойкость напряженно-армированых конструкций. Объясняется это тем, что в процессе изготовления используются более легкие материалы для сечения.

    Недостатки преднапряженного железобетона ↑

    Помимо достоинств железобетон преднапряженный имеет и свои недостатки. Самым главным минусом можно считать высокую трудоемкость и сложность изготовления. Дело в том, что в процессе производства требуются тщательные расчеты. Важно также предусматривать способ транспортировки, хранения и монтажа конструкции. Если не подумать об этом заранее и не подготовить тщательный проект изготовления, то могут появиться нежелательные растягивающие или сжимающие напряжения. Они в дальнейшем приведут к аварийной ситуации. К примеру, при неравномерном обжатии в торцах конструкции могут появиться трещины, которые значительно снизят несущую способность. К прочим недостаткам относят:

    • Из-за повышенной звуко- и теплопроводности необходимо дополнительно использовать изолирующие материалы для всей конструкции.
    • Имеют более низкую огнестойкость, чем типичные ЖБИ. Хотя также отличается несгораемостью.
    • Вес напряженных ЖБИ гораздо меньше массы обычных железобетонных изделий, но выше массы деревянных и металлических конструкций.

    Выбирать напряженные железобетонные изделия стоит строго исходя из проекта, так как это обеспечит конструкцию должной безопасностью, надежность и долговечностью.

    mastter.ru