Для чего используется предварительное напряжение арматуры

Обновлено: 24.01.2025

Назначение и преимущества эксплуатации предварительно напряженной арматуры

Прочность бетонной поверхности в процессе растяжения значительно уступает данному параметру при сжатии. Под чрезмерным перегрузом балка рушится от получения в растянутой области некоторого уровня напряжений еще до момента исчерпания прочности сжатого участка. Разрушение возникает быстро, вместе с формированием трещинообразных дефектов в бетоне посередине пролета либо под грузом.

Самым результативным средством, которое дает возможность применять сталь без снижения эксплуатационных характеристик ж/б конструкций, является напряжение в результате натяжки прутьев и обжима цементного раствора.

Назначение конструкций

В строительных работах для формирования ж/б каркасов все чаще стали использовать предварительно напряженную арматуру. Особенность ее напряжения в том, что рабочий элемент в начале процесса бетонировки испытывает натяжение в результате электротеплового или механического (домкратного) воздействия. По окончании затвердевания бетонной смеси данное натяжение убирается, из-за чего она, пытаясь вернуть свою исходную форму, передает бетону остаточную силу сжатия.

Такой вид ж/б материалов в сравнении с традиционными способен выдерживать многократно увеличенные нагрузки, обладает повышенной трещиностойкостью и жесткостью. Эти качества позволяют снизить непосредственное сечение каркасов, уменьшив таким образом расходование вспомогательных элементов: арматуры и цементной смеси.

Полученные в результате использования преднапряженной арматуры ж/б брусья, активно задействуются при выпуске комплексных ж/б конструкций для жилищно-гражданского строительного сектора (межэтажные перекрытия, основные части лестничных пролетов, балконов), конструировании водонапорных станций, ж/д шпал, цилиндровых баков, контейнеров для силосования и прочего.

Производство арматуры

Плоские и объемные каркасы производятся на арматурно-сварочных предприятиях и в специализированных мастерских, оборудованных высокоэффективным оснащением. На таких заводах рационализация состоит в производстве масштабной сборки элементов армирования с учетом допустимых размеров транспорта и грузоподъемных характеристик монтажно-наладочных агрегатов.

Формируя предварительное напряжение арматуры, в бетоне заблаговременно создают первоначальное обжатие по периметру каркаса или лишь в конкретной области, где присутствуют натяжные напряжения. Степень обжатия должна быль больше натяжных напряжений, которые возникают в бетонном пласте в процессе его эксплуатации (около 55 кГс/см2). Обжим бетонной подушки проводят за счет энергии упругого последействия, образующей напряженное состояние конструкции.

Напрягаемые элементы армирования делают из проволоки высокой прочности, а также однопрутковой или горячепрокатной стали. На выбор готовой продукции влияет категория оборудования, на котором производится ее натяжка.

При выпуске ж/б изделий с напряжением арматуры используют 1-осный и объемный обжим цементной смеси. 1-осный осуществляется проволочной связкой либо специальными стержнями, располагающимися по продольной оси продукции. Объемный – путем навивания нагруженной проволоки в разных направлениях. Кроме этого, допускается проволочное обвитие на готовом изделии, однако требуется дальнейшее предохранение элементов конструкции достаточным бетонным слоем.

Механический метод натяжения арматуры предусматривает растяжку ее под продольной нагрузкой, создаваемой домкратными узлами. Изделие первоначально натягивают до силы, равной 50% от проектной величины. Потом ее увеличивают еще на 10% и выдерживают 5 мин. После этого степень натяга снижают до проектного уровня.

Электротермический метод заключается в том, что растяжение арматуры происходит в результате электронагрева до некоторой температуры. По окончании термовоздействия горячий стержень устанавливается в упорах, которые эффективно препятствуют укорочению его длины при остывании. Затем после полного затвердевания бетона с арматурных стержней снимают крепежи, а сила натяжения переходит в бетонную плоскость.

Для этого метода натяжения применяют аппараты с параллельным и последовательным усилием на несколько стержневых опор. По сравнению с предыдущим способом, данная методика требует менее сложного оснащения и является не такой трудоемкой.

Принцип формирования напряженной арматуры осуществляется при соблюдении определенных закономерностей.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Различают два метода натяжения арматуры:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вопрос 27 Расчет сжатых железобетонных элементов прямоугольного сечения.

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

Условие прочности принимает вид

Положение нейтральной оси при x=x/h_o>x_R определяют из формулы (s_a=R_a)

Если х<2а', то прочность сечения проверяют при R_а.с=0, если это приводит к повышению прочности элемента в сравнении с расчетом по формуле (15).

Наименьшая суммарная площадь арматуры (F_а=F’_a) получается в случае, когда положение нейтральной оси соответствует x_R=x_Rh_o. При этом статический момент сжатой зоны бетона bx_R(h_o-0.5x_R)=A_Rbh 2 _o (19) где A_R=x_R(1-0.5x_R) (20). Площадь сжатой арматуры в соответствии с формулой (15) (21)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

При x=x/h_o>x_R высоту условной сжатой зоны определяют из формулы

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

Суммарный процент армирования окончательно подобранного сечения арматуры

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

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

Предварительно напряженные ж/б изделия. Способы предварительного напряжения арматуры. Преимущества предварительно напряженных изделий

Применение сборных ж/б конструкций при монтаже зданий и сооружений позволяет повысить производительность труда, улучшить качество, сократить сроки и снизить стоимость строительства. Железобетон – строительный материал, в котором соединены в единое целое затвердевший бетон и стальная арматура. Бетон хорошо сопротивляется сжатию и плохо – растяжению. Стальная арматура хорошо работает не растяжение. Совместная работа арматуры и бетона обусловлена большими силами сцепления между ними при равных величинах температурных деформаций. При этом стальная арматура плотном бетоне хорошо защищена от коррозии.

Ж/б конструкции по способу изготовления делят на два вида: 1) монолитные ж/б конструкции - возводят на месте их установки, 2) сборные ж/б конструкции - экономичней монолитных, т.к. изготавливаются на спец. заводах с механизированным производством.

Ж/б изделия изготавливают как с обычной, так и с предварительно напряженной арматурой. Обычный способ армирования не предохраняет изделие от появления в нем трещин. Однако, если до нагружения конструкции предварительно сдать бетон, то опасность появления трещин резко снижается. Предварительное сжатие бетона осуществляется путем напряжения арматуры. Её натягивают до бетонирования или после.

В первом случае (натяжение арматуры до бетонирования) арматуру предварительно растягивают и концы ее закрепляют на упорах формы и затем укладывают бетонную смесь. После затвердевания бетона концы арматурных стержней освобождают от упоров и арматура, стремясь вернуться в первоначальное положение, сжимает бетон.

Во втором случае (натяжение после бетонирования) изготавливают ж/б конструкции с продольными каналами, затем туда вставляют арматурные стержни, растягивают и закрепляют их на концах конструкции, после чего заполняют каналы цементным раствором.

Способы предварительного напряжения арматуры: 1) Механический – арматура растягивается осевой нагрузкой, создаваемой домкратами. Отпуск напряженной арматуры производят после достижения бетоном изделия необходимой прочности и проверки заанкеривания концов проволоки в бетоне. 2) Электротермический способ – менее трудоемок. Стержни нагревают на установке для электронагрева. Нагретые стержни снимают с установки и укладывают в упоры форм, которые препятствуют укорочению стержня при его охлаждении.

После бетонирования конструкции и отвердения бетона арматуру освобождают от упоров, и усилие натяжения арматуры передается на батон. 3) Непрерывное механическое и электромеханическое натяжение арматуры – проволока, предварительно напряженная до заданной величины, укладывается на поддон формы. Фиксация натянутой проволоки производится навивкой ее вокруг штырей, расставленных по периметру поддона или стенда. Усилие от натяжения арматуры передается через штыри на стенд или форму до отвердения бетона в изделии.

Что такое напряженная арматура и зачем делают предварительное напряжение арматуры? Что такое предварительно напряженная арматура.

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

Что такое предварительно напряженная арматура

Что такое предварительно напряженная арматура В строительстве при изготовлении железобетонных конструкций широко применяется предварительно напряженная арматура. Предварительное напряжение заключается в том, что рабочая арматура перед бетонированием натягивается электротермическим способом или специальными домкратами. После затвердения бетона натяжение арматуры снимается. Она при этом стремится занять свое первоначальное состояние и передает окружающему бетону часть сжимающих усилий.
Предварительно напряженные железобетонные конструкции по сравнению с обычными могут выдерживать более значительные нагрузки. Это позволяет уменьшить сечение самой конструкции, а, следовательно, сократить расход арматуры и бетона. Железобетонные брусья, при изготовлении которых была использована преднапряженная арматура, широко применяются при производстве сборных железобетонных конструкций, которые используются в жилищном и гражданском строительстве (плиты междуэтажных перекрытий, элементы лестниц, балконов), а также для сооружения водонапорных башен, железнодорожных шпал, цилиндрических резервуаров, силосов, сводов оболочек и пр.Плоские или пространственные арматурные каркасы и сетки изготавливаются на арматурно-сварочных заводах или в специальных арматурных мастерских, оснащенных высокопроизводительным современным оборудованием. На этих предприятиях рационально производить укрупненную сборку элементов арматуры, но при этом необходимо учитывать допускаемые габариты транспорта и грузоподъемность монтажных механизмов. При изготовлении предварительно напряженного изделия в бетоне необходимо создать предварительное обжатие по всему сечению конструкции или только в той зоне, где действуют растягивающие напряжения. Величина этого обжатия должна превышать значение напряжений растяжения, возникающих в бетоне во время его эксплуатации и обычно составляет 50 – 60 кГс/ кв. см. Обжатие бетона осуществляют с помощью сил упругого последействия, которые создает напряжение арматуры.В качестве напрягаемой арматуры обычно применяют высокопрочную проволоку, прутковую или горячекатанную арматурную сталь. Выбор арматуры зависит от типа изделия и оборудования, которое используется для натяжения арматуры.При изготовлении преднапряженных железобетонных изделий применяют одноосное или объемное обжатие бетона. Одноосное обжатие выполняется пучками проволок или отдельными стержнями, которые располагаются вдоль продольной оси будущего изделия. Для объемного обжатия используют навивку напряженной проволоки в нескольких направлениях. Проволоку еще можно навивать на готовое изделие, но с последующей защитой арматуры определенным слоем бетона.Многих людей может заинтересовать вопрос, как сделать преднапряженную арматуру? Для этого существуют различные способы: механический, электротермический, электромеханический, химический.При механическом способе арматуру растягивают осевой нагрузкой, которую создают домкратами или натяжными устройствами. Арматуру сначала натягивают до усилия, составляющего пятьдесят процентов проектного напряжения. Затем это натяжение доводят до величины на десять процентов большей, чем проектное напряжение и выдерживают арматуру в таком состоянии пять минут. Затем натяжение уменьшают до проектной величины.Электротермический способ натяжения состоит в том, что арматуру удлиняют за счет электрического нагрева до определенной температуры. Затем нагретый стержень закрепляется в специальных упорах, препятствующих укорочению стержня после его охлаждения. Арматурные стержни освобождаются от упоров после отвердения бетона, а усилие натяжения передается от арматуры на бетон. Для электротермического натяжения арматурных элементов используют установки с одновременным или последовательным натяжением сразу нескольких стержней. По сравнению с механическим способом, этот метод обладает преимуществами и по простоте оборудования, и по трудоемкости.Передача предварительного напряжения от арматуры на бетон происходит тремя способами: • С помощью сцепления арматурных стержней диаметром 2,5 – 3 миллиметра с бетоном. Если используется арматура большего диаметра, то сцепление обеспечивается за счет устройства вмятин на поверхности арматуры, свивкой специальных прядей, состоящих из двух – трех проволок или использованием арматуры переменного профиля. • С помощью сцепления арматурных прутьев с бетоном, усиленного еще дополнительными анкерными устройствами. • С помощью передачи на бетон усилий натяжения посредством анкерных устройств, расположенных на концах арматурных элементов и без учета сцепления бетона и арматуры.

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

Преднапряженное армирование

Как известно, бетон очень устойчив к силам сжатия и неустойчив к силам растяжения (прочность бетона при растяжении составляет приблизительно 10% от прочности растяжения). Традиционые железобетонные конструкции перекрытия (плита, балка) при воздействии нагрузки приобретают определенный изгиб, в результате нижняя часть (зона растяжения) поперечного сечения приобретает удлинение. Даже незначительное удлинение достаточно для появления трещин. Стальная арматура, которая обычно размещается в зоне растяжения, чтобы ограничить ширину трещин и взять на себя напряжение растяжения, работает как «пассивное» армирование — она не воспринимает воздействие сил (не включается в общую работу конструкции) до момента, когда бетонная конструкция приобретает изгиб, достаточный для образования трещин.

В случае с постнапряженной железобетонной конструкцией ее армирование работает, как «активное» армирование. Так как канаты подвергнуты напряжению, армирование эффективно (включается в общую работу конструкции), даже если трещины в бетоне не появились. Таким образом, постнапряженные железобетонные конструкции при полной нагрузке могут быть запроектированы с минимальным изгибом и образованием трещин.

Существует два типа систем постнапряженного армирования: несвязанные и связанные.

Несвязанная система постнапряженного армирования

В несвязанной системе постнапряженного армирования канаты с бетоном не находятся в прямой связи. Самые распространенные несвязанные системы постнапряженного армирования – это системы типа одного каната, которые используются для балок и плит перекрытия зданий, для многоэтажных автостоянок и плит на грунте. Элемент системы армирования типа одного каната состоит из семи проволок, покрытых антикоррозийной смазкой и помещенных в пластиковую оболочку и анкеровки, состоящей из литого металлического элемента (анкера) и конического трехлепесткового клина – для заклинивания каната. Для анкерования каната используются два анкера (на каждом конце по одному), которые передают силу сжатия на конструкцию. Один из анкеров выполняет функцию пассивного анкера, второй — функцию активного анкера. Через активный анкер выполняется растяжение каната, в свою очередь, пассивный анкер обеспечивает анкерование на другом конце каната. В случае длинного элемента системы армирования типа одного каната по длине могут быть введены промежуточные анкеры.

Связанная система постнапряженного армирования

В связанной системе постнапряженного армирования канаты в пластиковой или металлической оболочке расположены два или более каната. Эти канаты подвержены напряжению большими многоарматурными гидравлическими домкратами и заанкерованы в соответствующих анкерах. После выполнения напряжения оболочка каната заполняется цементным раствором, который обеспечивает антикоррозийную защиту, а также связывает канат с бетоном расположенным вокруг оболочки. Связанные системы армирования используются для мостов, вантовых мостов. На стройках эти системы обычно используются только для очень сильно нагруженных балок.

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.

Сейчас читают: Водонепроницаемый цемент

Вернуться к оглавлению

Варианты заглубления и оборудование

Вертикальное и наклонное погружение свай призматической формы может производиться:

копрами рельсовыми – универсальными (с наличием траверсной тележки или без нее) и простыми. Оборудуются воздушными, дизельными или паровоздушными молотами;
копрами колесными – на базе автокранов или на пневмоходу. Комплектуются дизельными молотами;
копрами гусеничными – на базе тракторов, экскаваторов и кранов на гусеничном ходу. Оснащаются навесным погружным оборудованием с паровоздушными, дизельными или механическими молотами;
копрами плавучими – оборудуются молотами паровоздушного типа;
вибропогружателями и вибромолотами;
вибровдавливающим оборудованием, навешиваемым на тракторы.

Работы могут производиться на спланированных площадках, имеющих свободный выезд, или в стесненных условиях, на косогорах и насыпях. Для каждого случая техника и оборудование подбирается индивидуально, в зависимости от сложившейся ситуации. На основании планов составляется проект производства работ, помогающий более рационально и безопасно использовать механизмы.

Копры

Универсальные копры представляют собой механизмы, обеспечивающие:

полноценный поворот платформы, на которой располагается копровое оборудование;
трансформацию вылета;
возможность погружения железобетонных свай в наклонном положении.

Полууниверсальные механизмы выполняют одну из функций – либо поворот, либо наклон. Простые копры подобных узлов в конструкции не имеют, так как являются копровым оборудованием.

Полноценная сваебойная техника выполняет весь рабочий цикл, начиная от перемещения свай к месту установки и заканчивая их погружением до проектной отметки. Механизмы самостоятельно передвигаются и не требуют дополнительных приспособлений. Для навесных копров используются базовые машины, а само оборудование подготавливают к функционированию на каждом новом объекте, основываясь на заводской инструкции.

С одной позиции универсальная техника может монтировать несколько свай.

Копры на колесной базе достаточно мобильны, поэтому они удобны при работе на рассредоточенных объектах – строительстве технологических трасс, трубопроводов, сельскохозяйственных комплексов. Оборудование в течение четверти часа укладывается в транспортное положение, в большинстве случаев – даже без снятия молота.

Рельсовые копры устанавливаются стационарно на весь период работы, поэтому их применяют при возведении крупных объектов. Если размеры свайного поля не позволяют с одного рельсового пути дотянуться до всех точек расположения свай, то на площадке предусматривают поэтапное или параллельное проведение работ. Одним из вариантов рельсовых копров является мостовой тип установки. В этом случае с обеих сторон вдоль выемки укладываются рельсы по дну или бровкам котлована, а сам «мост» с оборудованием нависает над свайным полем. Такие копры применяются в массовом строительстве жилых и промышленных объектов или в районах с присутствием водонасыщенных грунтов. Рельсовая техника приводятся в движение электродвигателями.

Молоты

Призматические сваи забивают молотами, состоящими из:

ударника – падающей части;
наковальни (шабота) – стационарной части, зафиксированной на оголовке железобетонной сваи;
подъемного устройства для ударника;
направляющей части.

В строительстве используется четыре вида свайных молотов:

механические — металлическая отливка массой не более 5т сбрасывается с определенной высоты на заглубляемую сваю, после чего вновь поднимается вверх;
дизельные – штанговые и трубчатые. Процесс работы основан на сжатии и сгорании топливно-воздушной смеси;
паровоздушные – одиночного или двойного действия. Ударная часть установки перемещается посредством поршневой системы и сжатого воздуха, или пара;
гидравлические – силовое воздействие на железобетонные сваи оказывает боек, совмещенный с поршнем и приводимый в движение за счет перекачивания насосом жидкости.

Виброоборудование

Железобетонные сваи заглубляются вибропогружателями и вибромолотами за счет искусственно вызванных колебаний, направленных вдоль оси фундаментного столба. В результате, сопротивление грунта резко снижается, а свая постепенно занимает требуемое положение. Вибропогружатели оборудуются дебалансными парами, нередко – несколькими. В водонасыщенных песках и супеси они показывают лучшую производительность, по сравнению с молотом, но срок их службы недолог.

Отличием между вибромолотами и вибропогружателями является место размещения дебалансов. В первом случае они располагаются в отдельном корпусе, соединенном с наголовником сваи амортизационными пружинами. Колебания происходят с большой амплитудой, позволяющей бойку выполнять удары по наковальне, насаженной на сваю. Во втором случае, установка с дебалансными парами контактирует непосредственно с наголовником.

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

Назначение конструкций

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

Штуцерная арматура

Немецкое происхождение термина «штуцер» от глагола stutzen (подрезать, нарезать) выдает даже его звучание. Так из-за наличия нарезного ствола именовали использовавшиеся для вооружения армий вплоть до XIX столетия мушкеты. В современной технике это существительное применяется для определения короткого отрезка трубы (другими словами ─ втулки) с резьбой на обоих концах, служащего для присоединения труб и трубопроводной арматуры к агрегатам, установкам и резервуарам. В штуцерном соединении присоединительный конец арматуры с наружной резьбой посредством накидной гайки подтягивается к трубопроводу. Его используют для арматуры малого и сверхмалого (с номинальным диаметром до 5,0 мм) диаметров. Как правило, это лабораторная или иная специальная арматура. Например, редукторы, устанавливаемые на баллонах со сжатым газом. С помощью штуцерного соединения в трубопроводные сети «вживляются» различные контрольно-измерительные приборы (КИП), монтируются испарители, термостаты, многие виды оборудования, входящие в состав технологических линий химического производства.

Важность предварительного напряжения арматуры

Предварительное напряжение заключается в том, что рабочая арматура перед бетонированием натягивается электротермическим способом или специальными домкратами. После затвердения бетона натяжение арматуры снимается. Она при этом стремится занять свое первоначальное состояние и передает окружающему бетону часть сжимающих усилий.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции по сравнению с обычными могут выдерживать более значительные нагрузки. Это позволяет уменьшить сечение самой конструкции, а, следовательно, сократить расход арматуры и бетона.

В качестве напрягаемой арматуры обычно применяют высокопрочную проволоку, прутковую или горячекатанную арматурную сталь. Выбор арматуры зависит от типа изделия и оборудования, которое используется для натяжения арматуры.

Использование только ненапрягаемой арматуры в стойках СВ значительно снижает их прочность на изгиб. Применение таких стоек при строительстве ВЛ может иметь серьёзные последствия вплоть до человеческих жертв (если, например, опора сломается при установке или во время эксплуатации).

В качественных стойках СВ (например, производства белорусских заводов в г. Светлогорск и Барановичи) используется предварительно напряженная горячекатанная арматура. Именно она позволяет достичь показателя изгибающего момента, заявленного заводом-изготовителем.

Читайте также: