Преднапряжение бетона что такое
Предварительно напряженный бетон
Что такое предварительно напряженный бетон?
К преимуществам использования предварительно напряженного бетона можно отнести, помимо прочего, возможность уменьшения толщины элементов конструкции без потери несущих параметров, уменьшение прогиба конструкций, работающих на изгиб, способность выдерживать значительные нагрузки и устойчивость к внешним факторам. Предварительно напряженный бетон, вопреки внешнему виду, отличается относительно невысокой ценой по сравнению с железобетонными элементами, которые должны передавать аналогичные нагрузки.
Предварительно напряженные бетонные плиты перекрытия
Монтаж потолка из предварительно напряженного железобетона осуществляется за один день. Отдельные элементы доставляются к месту установки с помощью крана. Смежные модули соединяются с помощью заводских замков на их боковых поверхностях. При необходимости плиты из предварительно напряженного бетона можно разрезать. В такой ситуации следует неукоснительно выполнять указания, содержащиеся в проекте, и рекомендации производителя системы. Во избежание провисания поверхности потолка под действием коммунальных нагрузок верхние стыки элементов после монтажа заполняются цементным раствором высокой гибкости и прочности.
Перемычки из предварительно напряженного бетона
Характерной особенностью перемычек из предварительно напряженного Бетона является высокая несущая способность при относительно небольших размерах поперечного сечения. Роль перемычек заключается в закрытии оконных и дверных проемов в конструкции стеновых перегородок различной толщины. Длина типичных перемычек из предварительно напряженного бетона составляет от 100 до 360 см. Использование предварительно напряженных балок с монолитным замкнутым сечением исключает необходимость использования дополнительной бетонной смеси. Перемычки данного типа не представляют трудностей в сборке и обладают высокой функциональностью. Их также можно установить там, где дверные проемы встречаются с перегородками. Элементы перемычки из предварительно напряженного бетона изготавливаются из высококачественных сортов бетона. Перед загрузкой (встраиванием) каждая балка имеет стрелку обратного прогиба, направленную вверх (после возведения всей стены перемычка будет выровнена под действием сил нагрузки). Сборные предварительно напряженные бетонные элементы имеют шероховатую поверхность, что облегчает их соединение с венцами. Основным преимуществом использования перемычек из предварительно напряженного бетона является возможность продолжать кладочные работы сразу после заделки элементов над проемом. Более того, каждая предварительно напряженная бетонная балка способна выдерживать большие нагрузки, чем железобетонный элемент того же поперечного сечения.
Что такое преднапряженный железобетон и как его производят?
Конструкции из сборного железобетона и предварительно напряженные железобетонные конструкции получили массовое применение в строительной сфере. Это позволяет расширять архитектурно-планировочные характеристики и функциональность. Преднапряжение препятствует трещиностойкости, снижает показатели деформаций.
Что из себя представляет преднапряженное ЖБИ?
В целях борьбы с низкой прочностью при растяжении искусственного бетонного камня создают напряжение на этапе производства в бетоне противоположной к эксплуатационным характеристикам, что позволяет эффективно применять свойства бетона при его сжатии. Арматурную сталь в железобетонном изделии растягивают, а по полному затвердевании залитого бетонного раствора ее избавляют от натяжения. Стальные прутья сжимаются и оказывают непосредственное влияние на слой бетона. Предварительное напряжение увеличивает предел растяжимости бетона за счет суммирования 2-х деформаций: растяжения и предсжатия.
Преднапряженный железобетон не подвержен растрескиванию бетонного слоя зоне конструкции с растяжением, а также при его применении сокращается количество используемой арматуры. Если при этом применять высокопрочный металл и бетон, можно добиться снижения весовых показателей железобетонных конструкций, увеличить их срок эксплуатации. Основные характеристики для этого вида ЖБИ установлены ГОСТом 26633–91, а значения и размеры арматуры установлены СП 52—101—2003.
Преимущества и недостатки
Среди основных преимуществ выделяют следующие:
Предварительно напряженный железобетон имеет и свои минусы:
Процесс производства
Существует несколько способов натяжения арматуры:
Напряженный бетон изготавливается с помощью прокладки металлических составляющих с высокой прочностью на растяжение, растягивая ее специальным аппаратом и сверху производят заливку бетона. Когда смесь затвердевает напряженность стальной проволоки переходит к бетону вокруг арматуры, что частично или целиком позволяет убрать напряжение от эксплуатационной нагрузки конструкции.
Инструменты и материалы
К материалам ЖБИ с преднапряжением применяют требования согласно существующим нормативным документам:
Армируют ЖБИ конструкции преднапряженного типа следующими материалами:
Для осуществления процесса необходимо подготовить следующие материалы и инструменты:
Преднапряжение и этапы работ
Обжатие может происходить 2 методами: с натяжением стали на упоры и на бетон. При первом методе арматура растягивается на торцах и бетонируется, после освобождая элемент. Второй метод заключается в изготовлении формы с пазами. После заливки и набирания прочности вводится арматура в подготовленные пазы натягивая и заанкеривая ее. Далее заполняют каналы смесью. Этот процесс могут проводить специальные навивочные строительные аппараты.
Арматурное напряжение производится механически, электротермически, комбинированно и физико-химически.
Применение бетона в предварительно напряженном состоянии
Преднапряженный бетон используется в разных отраслях строительства для сооружения:
Из такого бетона создают стены, панели ограждения, лестничные марши, основу фундаментов, колонны, столбы линий электропередач, каркасы подземных тоннелей и прочее. Напрягающий цемент для производства изделий из железобетона обеспечит дополнительную водонепроницаемость и прочность конструкции.
Предварительно напряжённый железобетон
Из Википедии — свободной энциклопедии
При изготовлении железобетона прокладывается арматура из стали с высокой прочностью на растяжение, затем сталь натягивается специальным устройством и укладывается бетонная смесь. После схватывания сила предварительного натяжения освобождённой стальной проволоки или троса передаётся окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Такое создание напряжений сжатия позволяет частично или полностью устранить растягивающие напряжения от эксплуатационной нагрузки.
Способы натяжения арматуры:
По виду технологии устройства подразделяется на:
В то время как натяжение на упоры подразумевает только прямолинейную форму натянутой арматуры, важной отличительной особенностью натяжения на бетон является возможность натяжения арматуры сложной формы, что повышает эффективность армирования. Например, в мостах арматурные элементы поднимаются внутри несущих железобетонных балок на участках над опорами-«быками», что позволяет более эффективно использовать их натяжение для предотвращения прогиба.
Из блоков предварительно напряжённого железобетона сделана скульптура «Родина-мать» в Волгограде.
Преднапряженная арматура в бетоне: особенности производства и применения
Традиционные железобетонные элементы иногда заменяются в строительстве более прочными аналогами, тоже выполненными из железобетона, но предварительно напряжёнными. Результатом становится улучшение характеристик и расширение функциональности материала. Благодаря особой технологии производства, преднапряженная арматура в бетоне лучше защищает материал от деформаций, дольше служит и может применяться для конструкций большого размера.
Особенности изготовления
Прочность бетона повышают с помощью арматуры, которая может быть ненапрягаемой и напрягаемой. Однако первый вариант представляет собой пассивное армирование бетона, не защищающие конструкции от изгибающих и особенно динамических нагрузок. Обеспечить более эффективную защиту позволяет растягивание арматурной стали в железобетонном изделии и её избавление от натяжения в процессе застывания бетонного раствора. Сжимаясь, арматура влияет на железобетон, увеличивая предел его растяжимости, благодаря суммированию двух деформаций – предсжатия и растяжения.
Существует 3 способа натяжения арматуры.
Требования к арматуре
В роли преднапряженной необходимо использовать классы арматуры с высокой прочностью и незначительной текучестью. С учётом небольших потерь преднапряжения при изготовлении железобетонных конструкций значение этого показателя устанавливается выше. Распространённые виды арматуры – холоднодеформированная и горячекатаная упрочнённая, арматурная проволока, сварные каркасы и канаты. Профиль арматурных элементов может быть периодическим и гладким. Какую арматуру использовать для армирования, зависит от того какую роль она играет в железобетонной конструкции.
Напрягаемая арматура должна быть в виде цельных стержней.
Рекомендации по бетону
Для создания предварительно напряженных конструкций применяются бетоны с такими характеристиками:
Какой класс бетона использовать зависит от класса напрягаемой арматуры. При отсутствии необходимых данных о бетоне, его класс можно определить спустя 28 дней после его заливки.
Преимущества и недостатки материала
Причинами использования предварительно напряжённого железобетона могут стать такие преимущества армированных конструкций:
Кроме плюсов, у конструкций с применением предварительного напряжения есть и несколько серьёзных минусов. В том числе – сложность контроля армирования готовых элементов, трудоёмкий процесс изготовления и необходимость привлечения квалифицированных мастеров. Вес конструкций увеличивается по сравнению с железобетоном, изготовленным по традиционной технологии, но этот недостаток устраняется использованием пустотных конструкций и лёгких заполнителей.
Применение в строительстве
Предварительно напряжённый железобетон применяют в разных сферах строительства, изготавливая из него такие объекты:
Из этого же материала изготавливают подпорные стены и ограждающие панели. Подходит он и при необходимости усиления фундаментов зданий и лестничных маршей, построек и помещений, расположенных в сейсмоопасных и взрывоопасных районах. А для дополнительного повышения прочности каркасов зданий и тоннелей пользуются сборно-монолитными конструкциями, собранными из отдельных железобетонных элементов.
Изделия из преднапряжённого железобетона характеризуются большим количеством плюсов, что позволяет широко применять их в строительстве. А недостатки в основном связаны с недостаточным качеством изготовления, и могут компенсироваться ответственным отношением к производству. Чтобы избежать проблем и получить не только повышенную прочность, но и длительный срок эксплуатации, стоит доверять создание таких железобетонных конструкций профессионалам.
Предварительно-напряженный бетон
Предварительно-напряженный бетон получается при совместном действии бетона и высокопрочной стали, которая предварительно напрягается. Применяемая для этого сталь называется преднапрягаемой сталью, а предназначенный для преднапряжения арматурный элемент называется напрягающим элементом. Предварительное напряжение возникает, когда напрягаемые элементы натягиваются и в напряженном состоянии связываются с бетоном. При этом внутри конструкции получается сжатие, которое обеспечивает жатое состояние всего сечения конструкции. Конструкции предварительно напрягаются преимущественно в продольном направлении. В предварительно-напряженных бетонных конструкциях кроме напрягаемой арматуры требуется еще и арматура из обычной прутковой стали, которая называется ненапрягаемой или вспомогательной арматурой.
В преднапряженном бетоне согласно DIN 1045 различаются несколько видов. Различие заключается в степени преднапряжения, по времени напряжения и по виду связи между напрягающим элементом и бетоном. Различаемыми признаками являются величина напрягающего усилия и техника преднапряжения.
Принцип предварительно-напряженного бетона
Принцип предварительно-напряженного бетона основан на том, чтобы в бетоне под нагрузкой создать сжатие там, где под нагрузкой должно было бы возникнуть растяжение. При этом прочности строительных материалов могут быть использованы полностью. Это позволяет применять меньшие сечения элементов и иметь меньшие нагрузки от собственного веса, чем при обычном железобетоне, в котором на основе связи между арматурой и бетоном в растянутой зоне сечения при увеличивающемся прогибе могут возникнуть трещины (рис. 1).
Рис. 94. Поведение железобетонных и пред-варительно-напряженных бетонных конструкций под нагрузкой
Под полезной нагрузкой все сечение будет работать на сжатие. Поэтому в растянутой зоне конструкции в бетоне не будет образовываться трещин. Путем установки напрягаемого элемента в сечении можно по-разному влиять на собственное напряженное состояние конструкции.
По виду установки напрягаемых элементов различают внецентренное и центральное предварительное напряжение. При внецентренном пред-напряжении в растянутой зоне конструкции, работающей, например, на изгиб, возникает такое большое предварительное напряжение, которое будет равно тому растягивающему напряжению, которое могло бы иметь место в будущем при действии полезной нагрузки (рис. 2). Таким образом, под действием этой полезной нагрузки не будет возникать растяжение, а произойдет снижение сжимающей нагрузки. При центральном преднапряжении напрягаемые элементы располагаются по оси центра тяжести сечения (рис. 3). При этом по всему сечению возникает равномерное усилие сжатия. Под действием полезной нагрузки в растянутой зоне балки сжимающее усилие снижается полностью или частично, а в сжатой зоне образуется дополнительное сжимающее усилие.
Рис. 2. Внецентренное предварительное напряжение
Рис. 3. Центральное преднапряжение
Внецентренное преднапряжение требует, в противоположность центральному, меньшее усилие напряжения и применяется, как правило, в изгибаемых элементах. Положение напряженных элементов должно соответствовать эпюре изгибающих моментов (рис. 4).
Рис. 4. Расположение напрягающего элемента в двухпролетной балке
Центральное преднапряжение ограничивается конструкциями, у которых моменты не имеют определенного направления, как, например, в железобетонных мачтах вследствие переменной по направлению нагрузки.
Виды предварительно напряженного бетона
По виду связи и по времени напряжения напрягающего элемента согласно DIN 1045 различают между преднапряжением с немедленной связью, преднапряжением с последующей связью, преднапряжением перед твердением бетона на натяжном стенде и преднапряжением после твердения бетона с последующей связью. (В российской практике различаются два вида предварительного напряжения, которые называются преднапряжением на бетон и преднапряжением на упоры).
Напряжение перед твердением бетона (напряжение на упоры).
Этот метод требует особых приспособлений, таких, как, например, натяжной стенд. Натяжным стендом называется установка, которая состоит из двух несдвигаемых упоров и напрягающего домкрата (рис. 5). Напрягаемые элементы или напрягаемая проволока вместе с ненапрягаемой арматурой устанавливаются в опалубку и напрягаются. Они располагаются, как правило, прямолинейно. После этого можно производить бетонирование, причем между бетоном и напрягаемым элементом возникает непосредственная связь. Бетон должен соответствовать классу прочности не менее С30/37. После твердения бетона и набора расчетной прочности анкеровка напрягаемых элементов освобождается, при этом напрягающее усилие передается бетону. Этот метод применяется на бетонных заводах для серийного производства балок. Он называется также напряжением на стенде с немедленной связью.
Рис. 5. Предварительное напряжение на стенде
Напряжение после твердения бетона с последующей связью (напряжение на бетон).
Этот метод применяется, как правило, для изготовления предварительно напряженных конструкций на строительной площадке. Напрягающие элементы прокладываются в специальных трубах, служащих каналами скольжения (рис. 6). После этого можно бетонировать, причем бетон должен соответствовать классу прочности не менее С25/30. Способ работы при установке напрягающих элементов зависит от условий на стройплощадке и от положения напрягающего элемента. Более короткие напрягающие элементы могут устанавливаться вместе с ненапрягаемой арматурой, а длинные напрягающие элементы устанавливаются после установки ненапрягаемой арматуры.
Рис. 6. Предварительное напряжение с последующей связью (на бетон)
Кроме того, имеется возможность напрягаемую арматуру заводить в забетонированные каналы после твердения бетона (рис. 7). При этом говорят о подключении напрягаемой арматуры. Когда бетон достигнет определенной прочности, напрягающие элементы с помощью гидравлических прессов натягиваются и затем закрепляются (табл. 1). После напряжения и закрепления на бетоне кожуховая труба канала запрессовывается раствором. При этом возникает связь между бетоном и напрягающим элементом. Для изображения напрягающих элементов в арматурных чертежах применяются символы согласно DIN 1356-10 (рис. 8).
Рис. 7. Предварительно изготовленные каналы — кожуховые трубы
Рис. 8. Изображение напрягающих элементов
