Вопрос 5. Сущность предварительно напряженного железобетона. Способы создания предварительного напряжения: натяжение на упоры и бетон.
Суть предварительного напряжения состоит в том, что в арматуре создаются напряжения растяжения и после ее отпуска, арматура, стремясь сократиться, обжимает бетон.
Существует 2 способа создания ПН:
На упоры
Арматура подвергается механическому напряжению с использованием домкратов ( механическое натяжение). Затем бетонируется элемент. После набора бетоном передаточной прочности Rвр арматура отпускается с упоров и она, стремясь занять исходное положение, обжимает бетон.
Т.о. в растянутой зоне до приложения нагрузки бетон окажется сжатым. Приложенная нагрузка должна сначала выбрать напряжение от предварительного обжатия и только после этого начнут возрастать растягивающие напряжения. В этом случае трещины в элементе будут появляться при значительно более высокой нагрузке по сравнению с конструкциями без предварительного напряжения. Соответственно при более высокой нагрузке достигнут допуск значений ширина раскрытия трещин и прогиб. Однако при этом и в арматуре будут действовать более высокие растягивающие напряжения. Для предварительно напряженных конструкций следует применять высокопрочную арматуру. Суть ПН заключается в повышении трещиностойкости элемента.
Применяется в конструкциях малых и средних пролетов в заводских условиях. Арматуру укладывают в форму, осуществляют ее натяжение и закрепляют на упоры, затем элемент бетонируется и при достижении бетоном Rвр=0,8Rв арматура опускается и она, стремясь сократиться, обжимается.
Натяжение на бетон: как правило применяется для большепролетных конструкций. Сначала изготавливают бетонный элемент в котором оставляются пазы или каналы для размещения арматуры. Они выполняются закладкой гофрированных трубок диаметром на 5-15 мм больше диаметра арматуры или с помощью каналообразователей которые извлекаются из свежеизложенного бетона. Далее укладывают арматуру и при достижении бетоном передаточной прочности осуществляют ее натяжение закрепив на торцах элементов. В процессе натяжения происходит обжатие бетона. После натяжения арматуры каналы инъецируют цементным расходом, в некоторых случаях арматуру распологают в пазах с внешней стороны, затем сверху наносят слой торкретбетона.
Способы натяжения арматуры.
1)механический: натяжение создается домкратами. Достаточно быстро и просто. Дорогое оборудование
2)электротермический: арматуру разогревают током до 300-350С и разогретую укладывают в форму, при этом разместив в нужных местах ограничители, так чтобы они были заведены за упоры форм.
3)электротермомеханический: комбинируют 1 и 2. При этом механическое натяжение составляет около 20-30% от общего натяжения, что способствует уменьшению опасности обрыва арматуры.
4)физикохимический: сущность заключается в самонапряжении ж/б конструкций в следствие использования расширяющегося цемента. Бетон в таком цементе после достижения прочности 15-20 МПа обеспечивается надежное сцепление с арматурой, расширяясь вынуждает удлиняться арматуру. В ней создается предварительное напряжение, обжимая бетон, а арматура, в свою очередь стремясь сократиться передает напряжение сжатия на бетонный элемент.
Потери предварительного напряжения.
Из опыта эксплуатации конструкций известно, что всегда со временем предварительное напряжение в арматуре уменьшается вследствие специфических свойств материала.
Различают 2 вида потерь предварительного напряжения:
Первые потери Δσsp(1) возникают при изготовлении
вторые потери Δσsp(2) возникают после обжатия конструкций.
Первые потери: от перепада температур, от деформации стальных форм, от деформации анкеров.
Вторые потреи: от усадки бетона, от ползучести бетона.
Суммарные потери могут достигать 200-300МПа, но по нормам принимать ≥100МПа.
Вопрос 6. Основные положения метода расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям. Группы предельных состояний. Нормативные и расчетные нагрузки. Коэффициенты надежности по нагрузке. Учет ответственности зданий и сооружений, коэффициент надежности по ответственности.
1 группа: расчет по несущей способности
2 группа: по пригодности к нормальной эксплуатации.
Цель расчета по 1 группе:
предотвратить разрушение конструкции (расчет по прочности)
предотвратить потери устойчивости ( расчет на продольный изгиб или изменение положения конструкций, опрокидывание, сдвиг)
усталостное разрушение
Цель расчета по 2 группе:
1)не допускать чрезмерное раскрытие трещин, а в некоторых случаях их образование
2)не допустить чрезмерные деформации (прогибы элемента).
Расчет по 1 группе используется при подборе сечения. По 2 группе производится в случае, если по эксплуатационным условиям необходимо обеспечивать гарантированную трещиностойкость и деформативность.
Предельные состояния не должны наступить за все время эксплуатации сооружения для того, чтобы это обеспечить в расчеты вводится система коэффициентов, учитывающих возможные отклонения различных факторов, влияющих на надежность в неблагоприятную сторону.
γf-коэффициент надежности по нагрузке
γbi,si – коэффициент условия работы бетона и арматуры
γn-коэффициент надежности по назначению здания
γb,s-коэффициенты надежности по бетону и арматуре, учитыв. изменчивость их прочностных свойств.
Цель расчета по предельным состояниям: конструкция не должна разрушиться или получить недопустимые значения прогибов и ширины раскрытия трещин во всех случаях, когда на конструкцию действуют мах нагрузки, прочностные свойства бетона и арматуры минимальны, условия эксплуатации являются неблагоприятными.
Основные положения расчета:
при расчете по 1 группе исходя из 3-ей стадии НДС должны выполняться следующие условия: M≤Mult, N≤Nult, где M и N-усилия при невыгоднейших сочетаниях действующих внешних нагрузок. Mult, Nult – несущая способность элемента.
При расчете по 2 группе производят следующие проверки:
1)по образованию трещин (по 1 стадии НДС) при этом должны выполняться M≤Mcrc, N≤Ncrc.
Наклонные трещины не образуются, если главное растягивающее напряжение не превосходит расчетного сопротивления бетона растяжению Rbt. Расчет на раскрытие трещин как норм, так и наклонных производится по 2-ой стадии НДС. Ширина раскрытия на уровне растянутой арматуры д/б меньше допустимого значения, установленного нормами acrc≤[acrc,ult]. Расчет по прогибам производится при действии нормативных нагрузок, при этом прогиб не должен превышать значений, установленных нормами исходя из различных технологических, конструкционных требований.Величина раскрытия трещин регламентируется по СП.
А)из условия сохранности арматуры acrc,ult=0,3мм при продолжительном раскрытии.
acrc,ult=0,4мм при непродолжительном.
Б) из условия обеспечения ограничения промерзания конструкции 0,2 при продолж. раскрытии; 0,3 – при непродолжительном.