18. Анкеровка предварительно напряженной арматуры

В предварительно напряженных конструкциях должна быть обеспечена надежная передача усилий натяжения арматуры на бетон за счет сцепления или специальных анкеров.При конструктивном обеспечении длины зоны передачи напря­жений 1_Р анкеровка арматуры в бетоне при натяжении на упоры осуществляется за счет сцепления.Величину l_р определяют по формуле

l_Р = (ωp*σsp/Rbp + λp)d ,

где σ_sp — большее из значений R_s и σ_s (σ_s — предварительное на­пряжение с учетом первых потерь); R_bp — передаточная прочность бетона (кубиковая прочность бетона к моменту обжатия); коэф­фициенты ωр и λр принимают по табл. 28 СНиПа, для стержневой арматуры ω_р = 0,3 и λ_р= 10, для проволочной арматуры и канатов ωр = 1,25...1,8 и λр = 25...60 (в зависимости от диаметра арма­туры d).

На концевых участках арматуры происходит концентрация уси­лий, передаваемых на бетон, вследствие чего в этих местах необхо­димо усиление элемента — постановка дополнительной поперечной арматуры или косвенной арматуры в виде сеток и спиралей, увели­чение толщины защитного слоя, заведение стержней за грань опо­ры и т. д. Если фактическая длина зоны передачи напряжений меньше 1_Р, необходимо применение специальных анкерных устройств.

Нормами установлены наименьшие значения классов бетона при арматуре различных видов с анкерами и без анкеров (В15...В30).

При натяжении арматуры на бетон в зависимости от вида арматуры используют большое количество разнообразных анкеров.

Для анкеровки пучков с количеством проволок (диа­метром 5...7 мм) до 24 распространение получили анкеры со сталь­ными колодками и коническими пробками. Натяжение пучка производят гидравлическим домкратом двойного действия с упором домкрата в торец обжимаемого элемента. Концы проволок пучка с помощью клиньев закрепляют в домкрате. После натяжения пучка ходом второго поршня домкрат надежно запрессовывает коническую пробку в колодку, чем и закрепляется натянутая арматура. Концы проволок, торчащие из анкера, срезают. Для мощных арматурных пучков применяют анкер стаканного типа. После натяжения пучка в зазор между анкером и конструкцией вставляют вилкообразные шайбы.

Для стержневой арматуры применяют анкеры в виде приварен­ных к арматуре концевых элементов с винтовой резьбой и гайкой.

При необходимости анкеры, выступающие за габариты бетона кон­струкций, в эксплуатационных условиях защищают колпаками, заполненными антикоррозионным составом.

19. Потери предварительного напряжения в арматуре

При натяжении арматуры в процессе передачи ее усилий на бетон, а также в течение некоторого периода после обжатия бетона предварительные напряжения арматуры вследствие различных причин снижаются-происходят потери предварительного напряжения.

При натяжении арматуры на упоры различают первые потери происходящие до окончания обжатия (вследствие релаксации напряжений стали, разности температур натянутой арматуры Л устройства, воспринимающего усилия натяжения, деформация анкеров, трения арматуры об огибающие приспособления, деформации форм, а также быстронатекающей ползучести бетона), и вторые потери, происходящие после обжатия бетона (от усадки и ползучести бетона).

При натяжении арматуры на бетон первые потери происходят от деформации анкеров, трения арматуры о стенки каналов; вторые потери — от усадки и ползучести бетона, релаксации напряжений стали, смятия бетона под витками арматуры, деформации обжатия стыков между блоками.

Потери при натяжении арматуры на упоры. Первые потери 1. Релаксация напряжений арматуры (самопроизвольное снижение напряжений интенсивно натянутой арматуры при фиксированное длине) при механическом способе натяжения:

высокопрочной проволочной арматуры и канатов σ₁=(0.22(σ_sp/R_s,ser)-0.1)σ_sp

стержневой арматуры σ₁=0.1σ_sp -20

Релаксация напряжений арматуры при электротермическом Л электротермомеханическом способах натяжения: высокопрочной проволочной арматуры и канатов σ₁=0.05σ_sp

стержневой арматуры σ₁=0.03σ_sp

Релаксация и ползучесть — проявление реологических свойств стали. Ползучесть арматуры возрастает с увеличением напряжений и повышением температуры. Релаксация — снижение напряжений при фиксированной длине (отсутствии деформаций) зависит от механических свойств, химического состава стали, технологии изго­товления арматуры и особенно интенсивно развивается в течение первых часов после натяжения

2.Разность температур At натянутой арматуры и устройств, воспринимающих усилия натяжения в период пропаривания или прогрева бетона, является причиной потери напряжения в арма­туре. При отсутствии точных данных принимают At= 65°С.

3.Деформация анкеров, расположенных у натяжных устройств, приводит к потерям напряжений в арматуре:

σ₁=(λ/ℓ)*E_s

где ℓ — длина напрягаемой арматуры элемента, мм. Деформацию X I при обжатии опрессованных шайб, смятии высаженных головок I и т. д. принимают равной 2 мм'; смещение стержней в инвентарных зажимах принимают по формуле λ = 1,25+0.15d (d — диаметр j стержня, мм).

4.Трение арматуры об огибающие приспособления, устраиваемые при необходимости изменения направления напрягаемой арматуры, приводит к потерям напряжения: σ₄= σ_sp (1-1/е^бθ)

где a_sp — предварительное напряжение в арматуре без учета по­терь; θ—сумма углов поворота оси арматуры ; с основание натуральных логарифмов; б= 0,25 — коэффициент. Для уменьшения потерь от трения арматуры при ее натяжении целесообразно производить натяжение арматуры с обоих концов элемента.

5.Вследствие деформации стальных форм, происходящей в про­цессе натяжения арматуры, потери напряжений в ней

σ₅=η(Δℓ/ℓ) E_s

6. Потери напряжений в арматур происходящие по причине быстронатекающей ползучести бетона естественного твердения, можно вычислять по зависимостям: если σ_ьр/R_bp < α; a₆ = σ_ьр/R_bp; σ_ьр > α; σ₆ = 40a+85р(σ_bp /R_bp –α)

где a и р-коэффициенты: α= 0,25+ 0,025/ R_bp ≤0.8, β = 5,25-J —0,185/?6_P; 2,5≤б≤ 1,1; Rb_P — передаточная прочность бетона (прочность в моменты обжатия); σ_hp — сжимающие напряжения в бетоне

Вторые потери. 8. Усадка бетона, вызывая сокращение длины арматуры, приводит к потерям напряжений в ней σ₈, которым принимают в зависимости от вида, класса бетона и условий его твердения.

9. Ползучесть бетона (пластические деформации в течение длительного времени, происходящие при постоянных или мало изменяющихся напряжениях) обусловливает потери предваритель­ного напряжения арматуры а₉. Для тяжелых и легких бетонов естественного твердения эти потери вычисляют по формулам

σ₉/R_bp≤0,75; σ₉=150 σ_bp/ R_bp; σ₉/R_bp>0,75: σ₉ = 500(σ_bp /R_bp-0,5),

Для легких бетонов на мелком пористом заполнителе потери (т₉ вычисляют по тем же формулам с коэфф. 1,2.)

Для бетонов всех видов с тепловой обработкой при атмосферном давлении потери вычисляют по указаниям данного пункта и умно­жают на коэффициент 0,85.

Первые потери. 3. Потери напряжений в арматуре вследствие деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств, σ₃=E_s( Δℓ₁+ Δℓ₂)/ℓ

где Δℓ₁— обжатие шайб или прокладок, расположенных между анкерами и бетоном элемента, принимаемое равным 1 мм; Δℓ₂— деформация анкеров стаканного типа, колодок с пробками, анкер­ных гаек и захватов, принимаемая равной 1 мм; ℓ— длина напря­женной арматуры элемента, мм.

4. Трение пучков, прядей, стержней о стенки каналов в про­цессе их натяжения вызывает потери в арматуре

_{σ=σsp(1-1/е}^ωx+бθ₎

где _σsp — предварительное напряжение в арматуре без учета потерь; ω — коэффициент, принимаемый равным: при канале с металлической поверхностью 0,003; с бетонной, образованной гибким каналообразователем 0,0015, жестким каналообразователем 0 ; х — длина участка канала от натяжного устрой­ства до рассматриваемого сечения;

■ Вторые потери. 7. Потери напряжений в арматуре из-за ее релаксации определяют по формулам для механического способа . σ₇=(0.22(σ_sp/R_s,ser)-0.1)σ_sp, σ₇=0.1σ_sp -20

8.Потери напряжений в арматуре из-за усадки бетона независимо от условий его твердения принимают равными для тяжелого бетона В35 и ниже о₈ = 30 МПа, В40-а₈ = 35 МПа и В45 1 выше- 40 МПа.

9.Потери напряжений в арматуре из-за ползучести бетона вычисляют по формулам как в п.№6 σ₉= σ₆

10. Потери напряжений вследствие смятия бетона под витками спиральной или кольцевой арматуры учитывают в трубках, опора контактной сети и т. д.

11. Потери напряжений в арматуре в результате деформация обжатия швов между блоками σ11=nΔℓEs/ℓ,

где n-количество швов в конструкции на длине натягиваемо арматуры; Δℓ обжатие стыка, принимаемое равным 0,3 мм на каждый стык, заполненный бетоном или раствором, и 0,5 мм — при стыковании насухо; — длина натягиваемой арматуры, мм.

Таким образом, первые потери an и вторые потери о"и в принятых выше обозначениях слагаются из величин: при натяжения на упоры σ_ℓ1 = σ₁ + σ₂ + σ_з + σ₄ + σ₅ + σ₆ σ_ℓ2 = σ₈ + σ₉,

при натяжении на бетон σ_ℓ1 = σ₃ + σ₄, σ_ℓ2 = σ₇ + σ₈ + σ₉ + σ₁₀ + σ₁₁

Суммарная величина потерь σ_ℓ=σ_ℓi +σ_ℓ2 2 достигает значений 200...250 МПа и более; во всех случаях она должна приниматься в расчетах не менее 100 МПа.