19.2. Классификация предварительно напряженных конструкций
Известные методы реализации предварительного напряжения конструкций можно разделить на три группы:
1) предварительное напряжение при помощи стальной арматуры, устанавливаемой в конструкцию (рис. 19.3а);
2) предварительное напряжение в результате действия горизонтальной реакции, создаваемой домкратами, установленными между жесткими опорами и напрягаемой конструкцией, либо расширением бетона, из которого она выполнена (см. рис. 19.3б);
1 – напрягаемая арматура; 2 – домкраты; 3 – жесткий упор;
4 – конструкция, подвергаемая предварительному напряжению.
Рис. 19.3. Предварительное напряжение конструкций при обжатии рабочей арматурой (а) и реакциями внешнего ограничения (б) – жесткими упорами
3) предварительное напряжение при использовании специальных технологических приемов, отличающихся от осевого натяжения арматурных стержней способами, относящимися к первой группе.
Наибольшее распространение в строительной практике имеют конструкции, в которых предварительное напряжение создают посредством натяжения рабочей арматуры, располагаемой, как правило, в растянутой зоне сечения. Предварительно напряженные конструкции могут быть классифицированы по следующим признакам:
1) по принципу действия напряженного армирования: а) одноосно предварительно напряженные; б) двухосно предварительно напряженные; в) объемно предварительно напряженные конструкции;
2) по методу изготовления: а) с натяжением на упоры; б) с натяжением арматуры на бетон; в) самонапряженные; г) сборно-монолитные (с обетонированными предварительно напряженными сборными элементами).
Представленная классификация может быть дополнена еще одним важным признаком как степень предварительного напряжения. По этому признаку различают:
полное предварительное напряжение, если при действии эксплуатационной нагрузки напряжения в бетоне наиболее растянутых волокон сечения sct (как правило, на уровне напрягаемой арматуры) равны нулю;
если растягивающие напряжения в бетоне sct не превышают допустимых значений, говорят об ограниченном предварительном напряжении;
если величина растягивающих напряжений не ограничивается и растянутая напрягаемая арматура установлена исходя из уровня ограничения недопустимого чрезмерного раскрытия трещин, в этом случае принято говорить о частичном предварительном напряжении.
19.3. Технология создания предварительного напряжения в конструкциях
Предварительное напряжение конструкции с использованием арматурных элементов может быть выполнено, главным образом, тремя основными методами:
1) при предварительном напряжении арматуры на упоры;
2) при натяжении арматуры на затвердевший бетон;
3) посредством физико-химического натяжения (самонапряжения) при связанном расширении специальных (напрягающих) бетонов.
При выполнении предварительного напряжения конструкции с натяжением на упоры напрягаемую арматуру до бетонирования заводят в форму, один конец стержня закрепляют на неподвижном упоре, а другой натягивают с применением, например, домкрата или другого устройства до получения величины заданного начального контролируемого напряжения sp0,max (рис. 19.4). После достижения бетоном конструкции требуемой прочности, которую принято называть передаточной прочностью, осуществляют плавный отпуск напрягаемой арматуры с упоров. Восстанавливая упругие деформации при обеспеченном сцеплении с бетоном, арматура обжимает конструкцию (рис. 19.4в). Таким образом, после завершения предварительного напряжения в конструкции действуют взаимно уравновешенные усилия: растяжения в арматуре и сжатия бетоне.
1 – напрягаемая арматура; 2 – упоры; 3 – технологические анкера;
4 – железобетонный элемент
Рис. 19.4. Последовательности технологических операций при предварительном напряжении арматуры на упоры
При натяжении арматуры на бетон, предварительно изготавливают слабо армированный либо бетонный элемент, а затем, после достижения бетоном передаточной прочности, выполняют его обжатие. В этом случае напрягаемую арматуру заводят в каналы или пазы, оставляемые при бетонировании элемента, и натяжение осуществляют на бетон при помощи специальных домкратов двойного действия (рис. 19.5).
1 – напрягаемая арматура; 2 –гидравлический домкрат двойного действия;
3 – анкер; 4 – бетонный элемент; 5 – канал или паз
Рис. 19.5. Последовательность технологических операций при предварительном напряжении арматуры на бетон
Различают следующие способы предварительного напряжения:
1) Механический способ. Сущность его заключается в том, что необходимое относительное удлинение арматуры получают вытяжкой арматурного элемента натяжными механизмами домкраты, системой блоков, рычагов и оттяжек и т.д.
2) Электротермический способ, заключающийся в том, что необходимое относительное удлинение напрягаемой арматуры получают электрическим нагревом арматуры с последующей фиксацией ее на упорах для создания напряжения после ее остывания.
3) Комбинированный (или электротермомеханический) способ, представляющий собой совокупность электротермического и механического способов натяжения арматуры.
4) Физико-химический способ, позволяющий осуществлять натяжение арматуры за счет энергии расширения напрягающего бетона в процессе твердения.
В массовом строительстве при изготовлении сборных элементов наиболее распространен электротермический способ предварительного напряжения конструкций