При эксплуатационной нагрузке

σ_s=10*10³÷12*10³кг/см²

σ_s/ σ_s,crc=30÷50

Это приводит к тому, что

a>[a_lim], f>[f_lim]

и прочность арматуры В1200÷В1500 в такой балке полностью использовать невозможно, т.к. II предельное состояние наступает раньше, чем I. Поэтому высокопрочную арматуру не применяют без предварительного напряжения.

1/η=R_s/Ц – удельная стоимость арматурной стали уменьшается с повышением Rs, поэтому экономически целесообразнее применять высокопрочную сталь.

η=Ц/R_s – удельная стоимость арматурной стали.

Чтобы отодвинуть процесс образования трещин,повысить жесткость и создать условия для применения высокопрочной арматуры, применяют предварительное напряжение арматуры.

По расположению предварительного напряжения бывают:

линейнонапряженные конструкции ( напрягаемая арматура в одном направлении – балка),

двухоснонапряженные (2-х направлений – плита),

трехоснонапряженные.

Рис.60

По технологии изготовления:

• напряжение на упоры (строительство),

• напряжение на бетон (мостостроение).

Способ натяжения арматуры:

• электротермический (1),

• механический (домкратом) (2),

• комбинированный (50%-(1), 50%-(2)).

Для высокопрочной проволоки

• самонапряжение (применяют специальные расширяющиеся бетоны, которые при твердении расширяются в объеме).

Преимущества элементов с предварительным напряжением:

1. Резкое сокращение расхода арматуры.

Повышение трещиностойкости.

Рис.61

Повышается жесткость элементов.

Рис.62

2. Элементы с предварительным напряжением арматуры имеют лучшее сопротивление знакопеременной нагрузке, т.е. выше выносливость.

σ_mins = σ_sp = 0.5 ÷ 0.9R_s,ⁿ.

σ_{max s}≈R_s,ⁿ

σ_sp – предварительное напряжение.

3. Снится вес изделий за счет применения высоких классов бетона и арматуры.

4. Предварительное напряжение повышает устойчивость гибких сжатых элементов.

Предварительное напряжение создают: в растянутых, в изгибаемых, внецентренносжатых с большими эксцентриситетами (е), внецентреннорастянутых и реже для повышения устойчивости в гибких сжатых и во внецентренносжатых с малыми е.

Преимущества элементов с предварительным напряжением (ПН) значительны. Элементы без ПН можно рассматривать как частный случай элекментов с предварительным напряжением (σ_sp=0), но свойства значительно отличаются.

Предварительное напряжение усложняет технологию, повышаются расходы на электроэнергию, опалубку и т.д., но преимущества значительны, поэтому его применяют.

Анкеровка арматуры

Совместная работа арматуры и бетона обеспечивается за счет самозацепления арматуры в бетоне (самозаанкерование) или за счет дополнительных анкеров.

Долина зоны анкеровки l_an:

lan=(ω_anR_s/R_b+Δλ_an)d, (1)

d – диаметр арматуры.

Рис.63

Гладкая растянутая арматура в вязанных сетках и каркасах должна заканчиваться по типу 1.

Длина зоны анкеровки на опоре:

Рис.64

Если есть угловые трещины l_an>=10d

Если нет, то l_an>=5d, но не менее, чем по формуле (1).

В элементах с предварительным напряжением арматурные анкеры необходимы:

1. При изготовлении арматуры методом натяжения на опорах для закрепления на упорах. Совместная работа обеспечивается за счет самозацепления.

2. При натяжении арматуры на бетон анкеры необходимы для всех видов армирования.

Проволока В1200÷В1500 во всех случаях независимо от способа изготовления должна иметь дополнительный анкер для обеспечения совместной работы бетона и арматуры.

Передаточную прочность бетона R_bp (прочность бетона к моменту его обжатия, контролируемая аналогично классу бетона по прочности на сжатие) следует назначать не менее 15 МПа и не менее 50% принятого класса бетона.

Длина зоны анкеровки напрягаемой арматурой принимается равной длине участка передачи предварительного напряжения на бетон.

Рис.65

В расчетах криволинейный участок (1) принимается прямолинейным.

lp- длина зоны передачи предварительно напряжения

рис.66

σ_sp(x)= σ_sp l_x/l_p

l_p=(ω_p σ_sp/R_bp+λ_p)d

В местах передачи предварительного напряжения возможно появление продольных трещин и нарушение сцепления.

Для повышения прочности здесь иногда увеличивают размеры сечения, применяют косвенное или поперечное армирование или повышают класс бетона.

Рис.67