16. Сущность предварительного напряжения железобетона.

Железобетонными предварительно напряженными называются такие конструкции, детали, изделия и элементы, в которых предва­рительно, т. е. в процессе изготовления или возведения, искусствен­но создаются первичные напряжения сжатия в бетоне всего сечения или его части при растяжении всей или части арматуры. Создание предварительного обжатия бетона Б растянутых частях конструк­ций дало возможность одновременно и полно решить три основные проблемы железобетонного строительства: снизить расход стали и бетона за счет использования арматуры и бетона высокой прочно­сти; значительно уменьшить собственный вес конструкций, особен­но при больших пролетах; создать повышенную трещиностойкость и жесткость конструкций.

Предварительное напряжение применяется преимущественно в тех элементах железобетонных конструкций, в бетоне которых при нагрузках возникают значительные растягивающие напряжения, что ведет к появлению трещин. Первые невидимые трещины в бето­не появляются уже при удлинении 0,10...0,15 мм/м и напряжении в арматуре σ_s = 20 ... 30 МПа, тогда как растянутая арматура при действии эксплуатационной нагрузки (например, при σ_s —170 ... 250 МПа) получает удлинений в 8 ... 10 раз больше. При этой нагрузке в растянутой зоне бетона раскрываются трещины шириной до 0,2 мм.

При такой ширине раскрытия трещин коррозии арматуры или нарушения нормальной службы конструкции не наблюдается. Пои использовании высокопрочной стальной арматуры с рабочим напряжением при действии эксплуатационной нагрузки, равном σ_s = 800 ... 1200 МПа, ширина раскрытия трещины в бетоне растянутой зоны увеличится в 5...7 раз, и конструкция потеряет свои эксплуата­ционные качества. Поэтому в обычных железобетонных конструк­циях высокопрочная арматура применяться не может.

В результате предварительного напряжения железобетонных конструкций достигается: снижение расхода стали в 2...2,5 раза на напрягаемую рабочую арматуру благодаря применению стали по­вышенной и высокой прочности; увеличение сопротивления конст­рукции образованию трещин в бетоне, т. е. трещиностойкости, и ограничение ширины раскрытия трещин; увеличение жесткости кон­струкций, т. е. уменьшение деформативности, что позволяет пере­крывать большие пролеты, строить высотные сооружения; снижение массы конструкции за счет применения высокопрочных материалов (бетона и арматуры); повышение выносливости конструкций, рабо­тающих под воздействием многократно повторяющихся нагрузок; увеличение устойчивости предварительно напряженных сжатых гибких элементов, что в свою очередь повышает критическую на­грузку, а следовательно, и их несущую способность.

Однако изготовление предварительно напряженных железобе­тонных конструкций не лишено отрицательных факторов: внецент-ренное приложение усилий обжатия способно вызвать трещины в бетоне растянутой зоны сечения. Последние могут возникнуть и в торцах конструкций при сосредоточенном и неравномерном прило­жении усилий обжатия; большие усилия, передаваемые напрягаемой арматурой на бетон, могут привести к местному разрушению бетона от смятия под анкерами, потере сцепления арматуры с бетоном у ее концов вследствие проскальзывания напрягаемой арматуры и разрушению конструкции в целом. Для их предупреждения необхо­димо создавать местные уширения конструкций, за счет дополни­тельного расхода металла усиливать отдельные участки конст­рукции.

Нарушение технологии изготовления и качества материалов и несоблюдение требуемых условий натяжения арматуры могут при­вести к снижению несущей способности предварительно напряжен­ных конструкций, а иногда и к их разрушению. Преимущества пред­варительно напряженных конструкций настолько значительны, что, несмотря на недостатки и усложнение процесса их изготовления, они находят широкое применение в строительстве. Для ряда конст­рукций предварительное напряжение арматуры является единст­венным решением.