Железобетонные конструкции

Раздел: Строительство

С увеличением напряжений в арматуре раскрытие трещин возрастает, и при напряжениях 400—500 МПа в бетоне образуются трещины недопустимой ширины, что ведет к значительному снижению жесткости элементов.

Таким образом, эффективное использование высокопрочных сталей в обычном железобетоне невозможно из- за слишком большого раскрытия трещин и связанного с этим быстрого возрастания деформаций, а также опасности коррозии арматуры.

Основное достоинство предварительно-напряженных конструкций — высокая трещнностойкость и жесткость, благодаря чему можно рационально использовать высокопрочные стали и бетоны, применение которых позволяет сократить расход арматуры на 30—70% по сравнению с обычным железобетоном.

Расход бетона и масса конструкций при этом также значительно снижаются.

В предварительно-напряженных конструкциях в настоящее время находят практическое применение бетоны марок 400, 600, 800 и арматура из проволоки с временным сопротивлением до 2000 МПа.

Применение высокопрочных материалов позволяет значительно уменьшить поперечные сечения железобетонных элементов, что ведет к их удешевлению, так как стоимости бетона и стали растут медленнее, чем их прочность.

Предварительное напряжение расширило область рационального применения железобетона, позволив увеличить пролеты конструкций.

К недостаткам предварительно-напряженных железобетонных конструкций следует отнести более высокую трудоемкость изготовления; кроме того, для изготовления их требуется специальное оборудование и высокая квалификация рабочих.

Выпуск предварительно-напряженных железобетонных конструкций в нашей стране составил: в 1972 г.— 21,9, в 1973 г. —23,4, в 1974 г. —25,5 млн. м».

 2. Способы изготовления предварительно-напряженных элементов. Предварительно-напряженные конструкции могут изготовляться с натяжением арматуры на упоры до бетонирования ( 6.1) или на бетон после его твердения ( 6.2).

Натяжение арматуры достигается следующими способами: механическим, электротермическим, электромеханическим и физико-химическим (самонапряжением).

Механический способ натяжения арматуры производят гидравлическими домкратами, развивающими большие усилия (500 тс и более) и позволяющими достаточно точно измерять силу натяжения, винтовыми домкратами, намоточными машинами, грузовыми натяжными машинами и др.

Наиболее широкое распространение получили гидравлические домкраты двух типов: домкраты одиночного действия и переносные домкраты двойного действия с различными тяговыми усилиями (15, 20, 60 тс), ходом поршня, размерами и массой.

Домкраты одиночного действия выполняют только одну операцию — натяжение арматуры; домкраты двойного действия— две операции: натяжение арматуры и закрепление ее в напряженном состоянии.

При натяжении арматуры домкратом одиночного действия ( 6.3) домкрат приставляют опорным штоком к упору стенда, к торцу опалубочной формы или к поверхности затвердевшего бетона конструкции, а захватное устройство домкрата соединяют с концами подлежащей натяжению арматуры. Затем насосом нагнетают масло в цилиндр домкрата; поршень домкрата перемещается под давлением масла и захватное устройство натягивает арматуру. После достижения в арматуре усилия заданного размера арматуру закрепляют, давление масла в цилиндре домкрата снижают до атмосферного, захватное устройство отсоединяют от арматуры и домкрат снимают.

Домкраты двойного действия ( 6.4), применяемые только при натяжении на бетон, снабжены двумя цилиндрами и двумя поршнями. Процесс натяжения протекает аналогично описанному с помощью одного цилиндра. После натяжения арматуры до заданного усилия включается второй цилиндр, и второй шток заклинивает натянутую арматуру в анкерной колодке при помощи клин-пробки.

Степень натяжения арматуры контролируется по показаниям тарированных манометров и по удлинениям арматуры или специальными приборами.

 Другие механические устройства для натяжения арматуры — винтовые домкраты, грузовые натяжные и намоточные машины, применяемые для непрерывного армирования, — менее совершенны, чем гидравлические домкраты. Довольно эффективен способ непрерывного армирования, предложенный проф. В. В. Михайловым. По этому способу навивка высокопрочной проволоки на упоры или непосредственно на затвердевший бетон конструкций производится на поворотном столе. Этим способом изготовляют предварительно-напряженные конструкции с одноосным и двухосным напряженным состоянием — балки, панели, трубы и т. д.

Непрерывное армирование напряженной обмоткой успешно применяют также при изготовлении предварительно-напряженных цилиндрических резервуаров, для чего используются специальные обмоточные передвижные машины.

Электротермический способ натяжения арматуры за последние годы получил значительное распространение благодаря простоте, экономичности и меньшей трудоемкости его по сравнению с механическим способом.

 В настоящее время этим способом изготовляют примерно 75% выпускаемого предварительно-напряженного железобетона.

Сущность электротермического способа натяжения арматуры заключается в том, что арматурную заготовку (стержневую, проволочную или прядевую), нагретую электрическим током до получения требуемого удлинения, закрепляют в нагретом состоянии в жестких упорах или на торцах затвердевшего элемента. Упоры и торцы препятствуют укорочению заготовки при остыва-, нни, благодаря чему в ней возникают заданные растягивающие напряжения. Арматурную заготовку ( 6.6), предназначенную для натяжения на упоры форм, поддонов или стендов, снабжают по концам анкерами, расположенными так, чтобы расстояние между внутренними (опорными) плоскостями анкеров было на заданную величину меньше расстояния между наружными гранями упоров. Удлиненная заготовка должна свободно укладываться в нагретом состоянии между упорами.

Максимальная температура нагрева не должна превышать для стержневой арматуры 350°, а для проволочной — 300° С.

Электротермомеханический (комбинированный) способ натяжения сочетает в себе электротермический и механический способы натяжения, осуществляемые одновременно. При электротермомеханическом способе натяжения около 50% напряжения обеспечивается механическим натяжением и 50% при остывании нагретой проволоки. Это вдвое увеличивает производительность машин, облегчает их конструкцию, позволяет повысить контролируемое предварительное напряжение. Особенно эффективен этот способ при натяжении арматуры на затвердевший бетон криволинейных элементов, так как он позволяет снизить неравномерность натяжения и уменьшить потери натяжения в результате трения.

При физико-химическом способе натяжение арматуры достигается в результате расширения бетона, приготовленного на специальном напрягающем цементе (НЦ). Такой цемент состоит из двух компонентов. Структура первого из них — портландцемента — склонна при твердении в результате усадки сокращаться в объеме. Структура второго — расширяющегося компонента— способна при увлажнении сильно расширяться, компенсировать усадку портландцемента и создавать дополнительное увеличение объема без ослабления и разрушения структуры бетона. При наличии арматуры возникает самонапряжение: арматура растягивается, а бетон в результате несвободного расширения сжимается. Этот весьма перспективный способ в нашей стране пока еще не нашел широкого распространения.

За последние годы в СССР самонапряженный железобетон применен в ряде конструкций и сооружений