напряжение бетона

напряжение бетона

Напряжение бетона

Прочность бетона на растяжение в несколько раз ниже прочности на сжатие. При действии нагрузки бетонная балка разрушается от достижения в растянутой зоне предельных растягивающих напряжений задолго до исчерпания прочности сжатой зоны. Разрушение происходит внезапно, одновременно с образованием трещин в бетоне средней части пролета или под грузами.

Наиболее эффективным мероприятием, обеспечивающим использование стали повышенной прочности в бетоне растянутой зоны железобетонных конструкций без снижения их эксплуатационных качеств, является предварительное напряжение путем искусственного натяжения арматуры и обжатия бетона.

Железобетонными предварительно напряженными называются такие конструкции, изделия и элементы, в которых предварительно, т. е. в процессе изготовления, искусственно создаются собственные напряжения сжатия всего или части бетона и растяжения всей или части арматуры. Напряжения должны быть оптимально распределены в элементах конструкции.

Сущность процесса предварительного напряжения железобетона заключается в следующем. В железобетонной конструкции для арматуры применяют высокопрочную сталь. Перед укладкой бетона в конструкцию стальной арматурный стержень растягивают до напряжений в нем, меньших предела упругости, и затем конструкцию бетонируют. При затвердевании бетона происходит сцепление с ним растянутого стержня. Когда прочность бетона оказывается достаточной для обжатия, равной 0,7 или близкой к проектной, снимают усилия, растягивающие стержень. Стержень стремится вернуться к первоначальной (до приложения растягивающего усилия) длине. Бетон, сцепившийся со стержнем, не дает ему сократиться, воспринимая сжимающее усилие от стержня. В таком положении бетон оказывается сжатым, а стержень — растянутым.

Повышение трещиностойкости и жесткости предварительно напряженных железобетонных конструкций можно проследить по схеме работы центрально растянутых обычных и предварительно напряженных железобетонных элементов ( 34). Из схемы видно, что если внешняя нагрузка не превышает усилий обжатия бетона, то в предварительно напряженном элементе не появляются трещины, если же внешняя нагрузка превышает усилие обжатия, то трещины появляются, но после снятия нагрузки снова закрываются. В обычном железобетонном элементе трещины появляются раньше, они раскрываются шире и не закрываются после снятия внешней нагрузки.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции отличаются от обычных следующими преимуществами:

существенным снижением расхода стали; при стержневом армировании расход стали сокращается в среднем на 30%, а при армировании углеродистой (высокопрочной) проволокой, пучками и канатами — в среднем на 45%;

более высоким сопротивлением образованию и раскрытию трещин, что особенно важно для предохранения от коррозии конструкций, работающих в агрессивных средах, а также конструкций, к которым предъявляются повышенные требования непроницаемо

сти (напорных труб, резервуаров и емкостей для хранения жидкостей и газов);

повышением жесткости или уменьшением прогиба; снижением расхода бетона и массы конструкций благодаря применению бетона высоких марок, уменьшению размеров поперечных сечений элементов и рациональному их использованию.

Схема работы центрально растянутых обычных и предварительно напряженных железобетонных элементов: а — первоначальное положение ненапрягаемого и напрягаемого арматурных стержней обычного в предварительно напряженного железобетонных элементов, б — то же. после натяжения напрягаемого стержня, в — то же, во время формования элементов, г — положение обычного и •предварительно напряженного железобетонных элементов после отпуска натяжения напрягаемого стержня, д — растяжение элементов нагрузкой Р, е — положение элементов после разгрузки, ж — растяжение элементов нагрузкой 1,5 Я, з—положение элементов после разгрузки; / — ненапрягаемый арматурный стержень или обычиый железобетонный элемент, //— напрягаемый арматурный стержень или предварительно напряженный элемент

Раздел II. Арматурные работы. Арматурная сталь и изделия из нее. Классификация и сортамент арматурной стали.Раздел III. Бетонные работы. Бетон и бетонная смесь.

Глава X. БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ РАБОТЫ. Заготовка и монтаж арматуры.Заготовка арматурных изделий производится, как правило, централизованно на_ бетонных заводах годовой» мощностью 20.

Особенности произ-ва железобетонных работ в зимних условиях в основном определяются выбором метода выдерживания бетона при отрицательных темп-pax (см. Бетонные работы, Арматурные работы, Опалубочные работы, Зимние работы).

ном ( 1.17). 4. По способу применения при армировании железо. бетонных элементов различают напрягаемую арматуруПластические свойства арматурных сталей имеют большое значение для работы железобетонных конструкций под нагрузкой, механизации арматурных работ.

Весьма трудоемкими, маломеханизированными и дорогостоящими являются опалубочные и арматурные работы.подвеска и крепление к арматуре опалубки, ходов сообщения, путей для транспортирования бетонной смеси, производственных или монтажных устройств должны.

Под нижнюю арматурную сетку фундамента укладывают бетонные подкладки 6, обеспечивающие образование защитного слоя!Во вре* мя работы вибраторов они не должны опираться на арматуру монолитных конструкций.

Арматура должна надежно работать совместно с бетонным камнем, ее прочностные свойства должны полностью использоваться при работе под нагрузкой. Марку арматурной стали выбирают с учетом типов, монолитных конструкций и схемой их работы, а также прочностных.

Бетон и железобетон. Бетонные и железобетонные работы являются . В разделе втором «Арматурные работы» приведены данные об арматурных сталях, способах механической обработки и электрической сварки арматуры

Арматурные работы. Изготовление арматуры. Армирование плиты. Изготовление бетона, растворов, арматуры. Бетонные и арматурные работы. Арматурная сталь винтового профиля Контроль качества упрочненной .

После укладки арматурного каркаса бетонная смесь, поданная на ленту, вибрируется и уплотняется с помощью расположенных сверху валков.Защитный слой бетона необходим для совместной работы арматуры с бетоном на всех стадиях изготовления, монтажа и.

Бетонные и арматурные работы. Арматурные работы. Для придания жесткости железобетонным конструкциям их армируют либо стержнями из профилированной стали ( 78), либо сеткой из стальной проволоки ( 79).

§ 29. техника безопасности при производстве бетонных и железобетонных работ. Мероприятия по безопасному производству опалубочных, арматурных и бетонных работ разрабатываются в проекте производства работ и технологических картах.

Арматурные работы. Изготовление арматуры. Армирование плиты. Изготовление бетона, растворов, арматуры. Бетонные и арматурные работы. Арматурная сталь винтового профиля Контроль качества упрочненной .

Холоднотянутую проволочную арматуру подразделяют на арматурную проволоку и арматурные проволочные изделия.Установленная в конструкцию арматура должна предохраняться от повреждения и смещений в процессе производства бетонных работ.

АРМАТУРНЫЕ РАБОТЫ. Приемка и контроль качества сварных арматурных изделий.Изготовление бетона, растворов, арматуры. Бетонные и арматурные работы. Арматурная сталь винтового профиля Контроль качества упрочненной .

Если начался процесс текучести, т. е. арматура получает значительные удлинения, в бетоне возникают недопустимо большие трещины и процесс удлинения арматуры заканчивается разрушением железобетонной конструкции.Бетонные и арматурные работы.

. и бетоном совместно; стадия III — стадия разрушения, характеризующаяся относительно коротким периодом работы элемента, когда напряжения в растянутой стержневой арматуре достигают физического или условного предела текучести, в высокопрочной арматурной.

Изготовление бетона, растворов, арматуры. Производство бетона. Бетонные конструкции классифицируют в Финляндии на 1-й, 2-й и 3-й классы. В жилых домах применяют обычно бетон 2-го класса, в сооружениях с малой нагрузкой — 3-го класса.

Этот процесс состоит из связанных операций по транспортированию, подаче на рабочее место, приемке и уплотнению бетонной смеси. Бетонирование влияет на сроки выполнения опалубочных и арматурных работ.

Бетонные и железобетонные изделия и конструкции изготовляют на специальных заводах или полигонах.производстве стоимость арматуры составляет около 20% себестоимости железобетонных изделий, поэтому вопросы организация арматурных работ на завод сборного.

Предварительное напряжение в бетоне

Создав искусственный камень — бетон, свойства которого можно регулировать по своему усмотрению, ученые нашли и способ борьбы с его основным недостатком — низкой прочностью при растяжении. При металлической арматуре бетон хоть и не разрушается при растяжении, но трескается. Это отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах железобетонных конструкций и сооружений. Создание на стадии изготовления или строительства напряженного состояния в конструкции, когда знак напряжения в бетоне противоположен знаку напряжения от эксплуатационной нагрузки, является одним из крупнейших достижений инженерной мысли в XX столетии.

У истоков этой концепции стояли Эжен Фрейссине (Франция) и Виктор Васильевич Михайлов (Россия), который в 1936 году защитил, посвященную этому методу диссертацию.

Требуемое напряжение в бетоне создается за счет передачи усилия натяжения арматурных элементов. Простыми словами арматурный элемент железобетонной конструкции растягивают почти до разрыва, после чего он стремится вернуться в первоначальное состояние, т.е. сжаться, тем самым создавая усилие обжатия бетона в растянутой зоне. В связи с этим различают два вида предварительного напряжения по способу натяжения арматуры:

Способ натяжения арматуры на упоры производится на стендах в заводских условиях. Арматурные элементы растягивают, затем в форму заливают бетон и после набора им требуемой прочности арматуру «отпускают». Создается эффект обжатия бетона.

В свою очередь способ натяжения арматуры на бетон делится на два способа:

В первом случае в тело конструкции на стадии опалубочных работ и армирования укладываются каналообразователи из тонколистовой стали. После бетонирования в образовавшиеся полости вводятся арматурные элементы из высокопрочной стали (канаты). Затем производят механическое натяжение при помощи гидравлического домкрата и иньецирование полости бетоном под давлением. После твердения происходит сцепление арматурного элемента с бетоном.

В случае применения систем без сцепления в тело конструкции на стадии производства опалубочных работ и армирования укладываются специальные канаты заводского изготовления в пластиковой трубке (геометрические, механические параметры, и потери натяжения от релаксации отражены в таблицах 1 и 2).

Таблица 1. Геометрические характеристики каната

Таблица 2. Механические и реологические свойства каната

Все пространство между трубкой и канатом заполнено антикоррозионным составом, который также способствует уменьшению сил трения при натяжении каната. Затем, как и в случае со сцеплением, происходит бетонирование, набор требуемой прочности и механическое натяжение канатов. Передача усилий натяжения осуществляется при помощи анкерных устройств, состоящих из анкерной плиты и зажима. Анкерная плита может быть как прямоугольной так и круглой формы. Также существует мультианкер для фиксации сразу 4-х канатов. Геометрические свойства анкеров отражены в таблице 3.

Рис. 1 Моноанкер

Рис. 2 Мультианкер

Таблица 3. Геометрические характеристики анкеров

Зажим состоит из трех цанговых элементов с внутренней резьбой. После натяжения зажим расклинивается в анкерной плите.

Работа по предварительному напряжению железобетонных монолитных конструкций в построечных условиях сводится к нарезке канатов требуемой длины, устройству анкеров, раскладке канатов в проектное положение и натяжению, т.е. не сложнее обычного армирования, и не требует высоко квалифицированного персонала.

Рис.3 Схема устройства свободного анкера

В основе экономической эффективности лежит принцип использования канатов, свитых из высокопрочной проволоки с пределом прочности в 4..5 раз превышающим аналогичный показатель обычной арматурной стали. Иными словами на одни и те же напряжения, полученные из статического расчета, требуется заложить в 4..5 раз меньше канатов из высокопрочной стали по сравнению с арматурой. Тогда как стоимость канатов выше на 50..60 %, т.е. даже не в два раза.

Европейская и американская практика на протяжении 40 лет показывает, что в плитах перекрытий применение преднапряжения позволяет сократить толщину плиты с 1/30 пролета до 1/40 — 1/45 пролета. Сокращение армирования при этом достигается на кубический метр до 35-45 кг ненапрягаемой арматуры и 10-15 кг напрягаемых канатов. Среди наиболее распространенных областей применения подобных систем в западной практике являются конструкции фундаментных плит, перекрытий, промышленных бетонных полов производственных зданий и торговых центров.

Изложенная выше технология является наиболее перспективной и актуальной в настоящее время в связи с возросшей долей монолитного строения. Применение предварительного напряжения в построечных условиях позволяет снизить стоимость, расход бетона и арматуры, увеличить пролет перекрытия, жесткость и устойчивость конструкции.

Список сертификатов

1. Сертификат соответствия № РОСС DE.СЛ65.Н00846 (ГОСТ Р) 2. Приложение №1 к сертификату № РОСС DE.СЛ65.Н00846 (ГОСТ Р) 3. Приложение №2 к сертификату № РОСС DE.СЛ65.Н00846 (ГОСТ Р) 4. Протокол сертификационных испытаний № 741 5. Сертификат соответствия № RU.МСС.190.620.5.ПР.11019 (МСС) 6. Решение на применение знака соответствия № RU.МСС.190.620.5.ПР.11019 7. Сертификат соответствия № РОСС DE.МР04.В 05141 (ГОСТ Р) 8. Приложение к сертификату № РОСС DE.МР04.В 05141 9. Сертификат DQS GmbH № 001370 QM 10. Приложение к сертификату DQS GmbH № 001370 QM 11. Аттестат аккредитации органа сертификации № РОСС ru.9001.11СЛ65 ИЦ «Железобетон» 12. Технические условия ТУ 4842-198-46854090-2005 13. Технические характеристики и рекомендации по монтажу (в соответствии с допусками ZL860.300/1 – VI/7/92) 14. Отчет «Анализ стабильности производства и качества продукции, выпускаемой «DYWIDAG – SYSTEMS International GmbH»

Статья предоставлена компанией Моноракурсстрой

Предварительно напряженные железобетонные конструкции

1. Сущность. Под предварительно напряженными понимают железобетонные конструкции, элементы, изделия, в которых предварительно, т. е. в процессе изготовления, искусственно созданы в соответствии с расчетом начальные напряжения растяжения в части или во всей рабочей арматуре и обжатие всего или части бетона.

Обжатие бетона в предварительно напряженных конструкциях на заданную величину осуществляется предварительно натянутой арматурой, стремящейся после отпуска натяжных устройств возвратиться в первоначальное состояние. При этом проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным естественным сцеплением, а при недостаточности естественного сцепления — специальной искусственной анкеровкой торцов арматуры в бетоне. Начальное предварительное напряжение арматуры, создаваемое в результате искусственного натяжения арматуры, после отпуска натяжных устройств снижается за счет относительного упругого обжатия бетона.

С течением длительного времени потери предварительного напряжения арматуры существенно увеличиваются за счет усадки и ползучести бетона и арматуры, релаксации напряжений арматуры и многих других факторов.

Сущность предварительно напряженных железобетонных конструкций нетрудно проследить, например, посредством сопоставления диаграмм, центральнорастянутых элементов соответственно с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой (рис. 15). Арматура, стараясь возвратиться в первоначальное положение, обжимает бетон с напряжением (рис, 15, б).

При этом образец (рис. 15, в) сожмется на величину упругого обжатия бетона (для большей наглядности принимаем, что потери предварительного напряжения арматуры от усадки и ползучести бетона, ползучести арматуры, релаксации напряжений стали еще не успели проявиться).

Установившееся предварительное напряжение растяжения в арматуре, (рис. 15, а, точка 2), будет уравновешиваться напряжением предварительного обжатия бетона (рис. 15, б и в).

С этими предварительными напряжениями в арматуре и в бетоне железобетонный элемент (см. рис. 15, в) поступает на строительную площадку.

Рассмотрим принципиальное отличие предварительно напряженных конструкций от конструкций без предварительного напряжения.

• Еще до приложения внешней нагрузки в арматуре предварительно напряженных конструкций действуют значительные предварительные напряжения растяжения (см. рис. 15, а, точка 2), обжимающие бетон элементов (см. рис. 15, б и в).

Внешняя растягивающая сила N (рис. 15, г) вызывает относительное удлинение предварительно напряженного элемента. Вследствие этого предварительное обжатие бетона погасится.

С возрастанием внешней нагрузки N будет возрастать е вплоть до величины упругого обжатия бетона.

• При величине внешней силы N, равной силе предварительного напряженияарматуры (рис. 15, д), происходит полное погашение предварительного обжатия бетона. С дальнейшим возрастанием внешней нагрузки в бетоне появятся растягивающие напряжения, которые будут возрастать вплоть до расчетного сопротивления (предела прочности бетона на растяжение) (рис 15, е), точно так же, как и в железобетонных элементах (см. рис. 15, а, кривая III), без предварительного напряжения. Как только относительное удлинение бетона достигнет предельной величины, в предварительно напряженном элементе, как и в железобетонном элементе без предварительного напряжения, появится трещина.

• Следовательно, трещиностойкость предварительно напряженных конструкций в 2…3 раза больше трещиностойкости железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Это обусловлено тем, что предварительное обжатие арматурой бетона, значительно превосходит предельную деформацию натяжения бетона. Точка 9 характеризует образование трещин в железобетонных конструкциях, а точка 11—в предварительно напряженных конструкциях.

Чем выше натяжение арматуры и сильнее обжатие бетона, тем меньше участок 12. 13, на котором происходит образование и раскрытие трещин. При совпадении точек 12 и 13 трещины в предварительно напряженном элементе не образуются вплоть до разрыва арматуры. При растяжении железобетонного элемента бетон может деформироваться совместно с арматурой только в пределах участка 0. 9 (см. рис. 15, а), а на протяжении участка 9. 13 и далее в нем происходит образование новых трещин и раскрытие старых.

Прочность предварительно напряженных конструкций не зависит от величин предварительного напряжения арматуры. Вот почему расчет на прочность любых предварительно напряженных конструкций ничем не отличается от расчета на прочность железобетонных конструкций без предварительного напряжения.

Все сказанное позволяет заключить, что природа предварительно напряженных конструкций та же, что и железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Создание предварительных напряжений растяжения в арматуре и обжатия бетона до приложения эксплуатационных нагрузок не оказывает значительного влияния на основные физико-механические свойства железобетона.

• Предварительно напряженные конструкции являются общим видом железобетонных конструкций, а железобетонные конструкции без предварительного напряжения являются всего лишь их частным случаем. При этом необходимо иметь в виду, что предварительное обжатие бетона существенно повышает трещиностойкость наклонных сечений и границу переармирования и заметно может понизить прочность сжатой зоны сечения.

• В предварительно напряженных конструкциях представляется возможность использовать высокоэкономичную стержневую арматуру повышенной прочности и высокопрочную проволочную арматуру, позволяющих в среднем до 50% сокращать расход дефицитной стали в строительстве. Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в растянутых зонах элементов, ограничивает ширину их раскрытия и повышает жесткость элементов, практически не влияя на их прочность.

• Предварительно напряженные конструкции часто оказываются экономичными для зданий и сооружений с такими пролетами, нагрузками и условиями работы, при которых применение железобетонных конструкций без предварительного напряжения технически невозможно или вызывает чрезмерно большой перерасход бетона и стали для обеспечения требуемой жесткости и несущей способности конструкций. Применение предварительного напряжения позволяет наиболее рационально выполнять стыки сборных элементов конструкций, обжимая их напрягаемой арматурой. При этом существенно сокращается расход дополнительного металла в стыках или совсем отпадает необходимость в его применении.

• Предварительное напряжение позволяет расширить использование сборных и сборно-монолитных конструкций составного течения, в которых бетон повышенной прочности применяется только в заранее изготовленных предварительно напряженных элементах, а основная или значительная часть конструкций выполняется из тяжелого или легкого бетона, не подвергаемого предварительному напряжению.

• Предварительное напряжение, увеличивающее сопротивление конструкций образованию трещин, повышает их выносливость при работе на воздействие многократно повторяющейся нагрузки. Это объясняется уменьшением перепада напряжений в арматуре и бетоне, вызываемого изменением величины внешней нагрузки. Правильно запроектированные предварительно напряженные конструкции безопасны в эксплуатации, так как показывают перед разрушением значительные прогибы, предупреждающие об аварийном состоянии конструкций.

• С возрастанием процента армирования сейсмостойкость предварительно напряженных конструкций во многих случаях повышается (особенно при тавровых сечениях с полкой в сжатой зоне и легких бетонах). Это объясняется тем, что благодаря применению более прочных и легких материалов сечения предварительно напряженных конструкций в большинстве случаев оказываются меньшими по сравнению с железобетонными конструкциями без предварительного напряжения той же несущей способности, а следовательно, более гибкими и легкими. Повышению сейсмостойкости способствует также пространственная работа зданий и сооружений в целом, получаемая обжатием их отдельных частей предварительно напряженной арматурой. Наиболее сейсмостойкими являются напряженные конструкции, обладающие существенным превышением несущей способности над пределом трещиностойкости.

3. Недостатки. Железобетонным конструкциям с предварительно напряженной арматурой присущи следующие основные недостатки.

Предварительно напряженные конструкции характеризуются повышенной трудоемкостью проектирования и изготовления. Они требуют большей тщательности в расчете и конструировании, при изготовлении, хранении, транспортировании и монтаже, так как еще до приложения внешних нагрузок в сечениях их элементов могут возникнуть недопустимые сжимающие или растягивающие напряжения, способные привести в аварийное состояние. Например, в торцах предварительно напряженных конструкций при сосредоточенном и неравномерном приложении усилий обжатия могут возникнуть продольные трещины, существенно снижающие их несущую способность. Если не учитывать специфические особенности создания предварительного напряжения, то условия работы под нагрузкой всей конструкции или отдельных ее частей могут ухудшаться.

Большие усилия, передаваемые напрягаемой арматурой на бетон конструкции в момент отпуска натяжных устройств, могут привести к полному разрушению ее в процессе обжатия или местному повреждению, к проскальзыванию напрягаемой арматуры вследствие нарушения ее сцепления с бетоном. Поэтому нормы требуют в обязательном порядке тщательно проверять прочность предварительно напряженных конструкций в стадии обжатия, при хранении, транспортировке и монтаже и выполнять предусмотренные конструктивные требования. Предварительно напряженные конструкции требуют усложнения и повышения металлоемкости опалубки, трудоемкости армирования, увеличения расхода металла на закладные детали и на монтажную арматуру.

• За счет применения материалов повышенной прочности масса предварительно напряженных конструкций оказывается значительно меньше массы железобетонных конструкций без предварительного напряжения, однако она остается выше массы металлических и особенно деревянных конструкций. Широкое внедрение в практику строительства конструкций из легких и ячеистых бетонов, армоцемента, ажурных тонкостенных пространственных, сетчатых и висячих конструкций позволяет значительно приблизить массу предварительно напряженных конструкций к массе металлических конструкций.

• Большая тепло- и звукопроводность железобетона требует усложнения конструкции и дополнительного применения прокладок из тепло- и звукоизолирующих материалов.

• Усиление предварительно напряженных конструкций не сложнее усиления железобетонных конструкций, но значительно сложнее усиления стальных и особенно деревянных конструкций. Производство работ по усилению предварительно напряженных конструкций отличается большой сложностью, трудоемкостью и стоимостью.

• Предварительно напряженные конструкции несгораемы, но их огнестойкость ниже огнестойкости железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Это связано с тем, что критические температуры, до которых возможно безопасное нагревание предварительно напряженной арматуры, ниже по сравнению с ненапрягаемой арматурой. Например, прочность высокопрочной проволоки, подвергнутой холодной обработке (имеющей наклеп), начиная с температуры 200°С, заметно понижается и при 600°С составляет около 2/3 первоначальной прочности. Стержневая арматура периодического профиля, упрочненная вытяжкой, теряет наклеп при температуре свыше 400 °С. Таким образом, при пожаре огнестойкость предварительно напряженных конструкций окажется обеспеченной, если не будет превышена критическая температура для данного типа арматуры. Достичь этого возможно только при увеличении защитного слоя бетона.

Нормы допускают применение предварительно напряженных конструкций из тяжелого и легкого бетона на цементном вяжущем при систематическом периодическом воздействии повышенных (температура нагрева не должна изменяться более одного раза в сутки на 30°С и одного раза в неделю — на 100°) и стационарном воздействии технологических температур до 200°С. При больших температурах рекомендуется применение жаростойкого железобетона.

• Предварительно напряженные конструкции отличаются недостаточной коррозийной стойкостью. Коррозия цементного камня в бетоне может происходить за счет:

1) выщелачивания из него извести мягкими водами, обусловливающего образование на поверхности бетона белых подтеков («белая смерть» бетона);
2) образования растворимых и уносимых водой продуктов, связанных с обменными реакциями при действии на бетон растворов кислот и некоторых солей;
3) образования кристаллизующихся солей в порах и капиллярах бетонных элементов, например при действии растворов сульфатов, приводящих к растрескиванию элементов (цементная бацилла). Все три вида коррозии цементного камня снижают защитные свойства бетона по отношению к арматуре и могут вызвать опасную коррозию арматуры.

Коррозия арматуры может вознинуть также вследствие недостаточного содержания цемента в бетоне, наличия в нем вредных добавок (например, поваренной соли), раскрытия трещин более 0,4 мм, недостаточной толщины защитного слоя, малой плотности бетона. Коррозийные поражения резко снижают несущую способность и пластические свойства высокопрочной арматуры, вызывают растрескивание термически упрочненной арматуры, что вызывает внезапное хрупкое разрушение предварительно напряженных конструкций. Основные мероприятия по защите железобетона от коррозии сводятся к следующему: предупреждение образования трещин или ограничение их раскрытия; ограничение степени агрессивности окружающей среды; применение плотных и водонепроницаемых бетонов на специальных сульфатостойких цементах; защита поверхностей разнообразными полимерными материалами, кислотоупорной штукатуркой, керамической облицовкой, оклеечной и обмазочной изоляцией; перерасход арматуры до 10. 20%; увеличение защитного слоя бетона до 25 мм.

Нефть и ее погоны уменьшают сопротивление бетона растяжению, сжатию и сцепление с арматурой, вследствие чего бетон становится проницаемым для жидкостей.

Растительные и животные масла и жиры, особенно прогорклые, содержат жирную кислоту, которая омыляет известь бетона и образует разрушающее бетон известковое мыло.

Сахар, сиропы, патока образуют с известью растворимые соли — сахараты, которые быстро разрушают свежий бетон.

Спирты сами по себе не вредны, но извлекая из бетона воду, высушивают его и прекращают процесс твердения. Перечисленные основные недостатки железобетонных конструкций незначительны по сравнению с их многочисленными крупными достоинствами. Отрицательное влияние многих недостатков может быть существенно снижено высококачественными проектированием, изготовлением, монтажом и эксплуатацией железобетонных конструкций. Вот почему, несмотря на короткую историю развития (

135 лет), они получили массовое распространение при строительстве самых ответственных и уникальных зданий и сооружений. Нет ни одной области капитального строительства, в которой с успехом не могли бы быть использованы современные железобетонные конструкции и особенно предварительно напряженные. При правильной эксплуатации железобетонные конструкции могут служить длительное время без снижения несущей способности, потому что прочность бетона возрастает с течением времени и он надежно защищает арматуру от коррозии.

Виды железобетонных конструкций

Железобетонные конструкции — сборные, монолитные, сборно-монолитные — выбирают путем технико-экономического сравнения запроектированных вариантов зданий по приведенным затратам, энергоемкости, трудоемкости, расходу дефицитной стали, надежности, долговечности, технологичности возведения, эстетическим воздействиям на человека.

1. Сборные конструкции. Под сборными понимают конструкции, возведение которых на строительной площадке производят из заранее изготовленных элементов. В целях повышения эффективности производства и качества продукции сборные элементы изготовляют на высокомеханизированных и автоматизированных предприятиях сборного железобетона, специализированных на выпуск определенного ассортимента изделий и конструкций.

При строительстве самых разнообразных зданий сборные железобетонные конструкции оказываются наиболее эффективными, так как их возведение не зависит от погодных условий. Они способствуют индустриализации и максимальной механизации строительства. Установлено, что 2,2. 2,5 м3 сборного железобетона заменяют 1 т металлоконструкций. При этом стоимость железобетонных конструкций массового производства ниже, чем металлоконструкций.

Основной недостаток сборных конструкций заключается в трудоемкости, высокой стоимости и металлоемкости стыков их элементов, в снижении жесткости элементов и конструкций в целом вследствие нарушения общей пространственной неразрезности (статической неопределимости).

2. Монолитные конструкции. Под монолитными понимают конструкции, возведение которых осуществляют непосредственно на строительной площадке укладкой бетонной смеси (товарного бетона) в заранее приготовленную опалубку. В результате специфических недостатков их все более вытесняют сборные железобетонные конструкции.

• Основные недостатки монолитного бетона: 1) сезонность работ; 2) устройство трудоемких и дорогостоящих опалубки и подмостей; 3) продолжительность сроков строительства, зависящая от длительности твердения бетона в естественных условиях; 4) низкая индустриализация строительства, объясняющаяся особенностями приготовления бетонной смеси, ее транспортирования и укладки, распалубки и т. д.

Удельный вес себестоимости и трудоемкости производства конструкций из монолитного железобетона по элементам затрат (включая стоимость материалов) приведен в табл.1.

Таблица 1. Удельный вес себестоимости и трудоемкости производства конструкций из монолитного железобетона

Проектирование и монтаж конструкций из предварительно напряжённого бетона

Предварительное напряжение бетона — это создание в строительной конструкции усилий обратного знака по отношению к знаку усилия от внешней нагрузки. Преднапряжение бетона создается посредствам натяжения высокопрочной арматуры (канаты К7, стержни винтового профиля) с анкеровкой (закреплением) на торцах конструкции.

Подробнее об анкерных системах можно узнать, перейдя по ссылке в соответствующий раздел сайта. Данная технология применима к балкам, плитам перекрытий, фундаментным плитам, стенам, колоннам и т.п. Подробнее о технологии предварительного напряжения в различных конструкциях так же можно узнать в соответствующем разделе нашего сайта.
Достижения в проектировании строительных конструкций последних десятилетий открыли широкие возможности как для реализации различных архитектурных изысков, так и для организации внутреннего пространства помещений. Такие постройки выигрывают благодаря своим свободным планировкам (open space) которые достигаются за счет расширенной сетки колонн при отсутствии прогибов. Технически это достигается за счет использования преднапряжённых конструкций.

Использование технологии предварительного напряжения бетона позволяет:

• сократить количество стержневой арматуры до 70% и бетона до 20%;
• упростить, облегчить и удешевить конструкцию в целом;
• снизить восприимчивость конструкции к продавливанию и, соответственно, сделать возможным замену капительных или балочных перекрытий на плоские, что существенно упрощает опалубочные работы и работы по вязке пространственных арматурных каркасов;
• предварительно напряжённые конструкции решают проблемы избыточного армирования. Упрощается процесс бетонирования, снижается вероятность возникновения производственного брака;
• повышается надежность конструкции в целом. Минимизируются прогибы, исключается образование трещин. Данный фактор особенно актуален для регионов с высокой сейсмической активностью. Об особенностях проектирования и строительства в регионах с высокой сейсмической активностью можно узнать, перейдя по ссылке в соответствующий раздел сайта;
• повышается устойчивость конструкции к внешним и внутренним негативным воздействиям (техногенным, воздействию окружающей среды и т.д.), снижается нагрузка на нижние этажи и фундамент;
• применение предварительного напряжения конструкции фундаментной плиты здания в значительной мере решает проблему дорогостоящей подготовки слабых грунтовых оснований и позволяет сделать саму плиту в 2 раза тоньше традиционной, что в конечном итоге сократит финансовые и временные затраты и увеличит несущую способность фундамента. В соответствующем разделе нашего сайта вы найдёте более подробную информацию об использовании технологии предварительного напряжения при возведении фундаментных плит.

Обратитесь к нам сейчас, и мы с удовольствием проконсультируем вас по любым вопросам, связанным с данной технологией!

Повышение коммерческой привлекательности объекта при помощи технологии предварительного напряжения конструкций

Для строительно-инвестиционных компаний технология предварительного напряжения бетона привлекательна тем, что она позволяет:

• улучшить архитектурно-планировочные показатели за счет увеличения сетки колонн при сохранении стоимости объекта. К примеру, для офисных помещений данный фактор – это оптимальное размещение сотрудников, престиж; для жилых помещений – комфорт и возможность реализации самых смелых дизайнерских решений. В паркингах увеличенная сетка колонн – это дополнительные места для машин при той же полезной площади помещения, а при строительстве общественных зданий и спортивных объектах это просто фактическая необходимость.
• увеличить внешнюю полезную площадь за счет устройства консольных вылетов при сохранении имеющегося пятна застройки. Длина предварительно напряженной консольной балки при необходимости может достигать 7м.
• снизить итоговую стоимость объекта. Это особенно актуально для девелоперских компаний в условиях экономического кризиса. Как известно, цены на строительные материалы и работы растут, а покупательская способность граждан снижается. Решение данной проблемы обычно находят в уменьшении площади квартир и экономии на строительных материалах. Страдают инженерные коммуникации, применяются облицовочные материалы, не соответствующие классу жилья. Так же постоянно снижается культура и качество самих строительных работ. Наша компания поможет снизить сроки и расходы на возведение монолитного каркаса с использованием технологии предварительного напряжения бетона до 30%, при этом упростив конструкцию в целом и повысив её надежность. Сэкономленные деньги послужат резервом для сохранения прежних высоких стандартов качества.

Обратитесь к нам сейчас, опередите своих конкурентов!

Область применения технологии предварительного напряжения конструкций

Подробнее об области применения предварительно напряжённых конструкций можно узнать, перейдя по ссылке на соответствующую страницу сайта. Сейчас же вкратце расскажем о плюсах данной технологии

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Напряжения в бетоне

Напряжения в бетоне в сечениях, нормальных к продольной оси элемента, определяют:

при расчете на прочность железобетонных элементов, схемы предельных состояний которых еще не установлены или для которых условия наступления предельного состояния не могут быть выражены через усилия в сечении;
при назначении наибольших сжимающих напряжений в бетоне в стадии обжатия, гарантирующих от его повреждения или разрушения;
при расчете предварительно напряженных элементов по образованию наклонных трещин и по закрытию (зажатию) нормальных и наклонных трещин;
при расчете железобетонных элементов на действие многократно повторных нагрузок;
при установлении контролируемых предварительных напряжений в арматуре по окончании натяжения на упоры и при натяжении на бетон;
при оценке потерь предварительного напряжения от ползучести бетона (в том числе быстронатекающей).

Напряжения в бетоне в сечениях, нормальных к продольной оси элемента, определяют как для упругих материалов по приведенному сечению. При этом усилие предварительного обжатия рассматривают как внешнюю силу.

При суммировании напряжений используется следующее правило знаков. Если сила N вызывает в рассматриваемых волокнах напряжения того же знака, что и напряжения, вызванные усилием обжатия Р, ей присваивают знак “плюс”, если противоположного знака — “минус”. При действии момента правило знаков принимается таким же.

Приведенное сечение включает в себя сечение бетона с учетом ослабления его пазами, каналами и т.п., а также сечение всей продольной арматуры (напрягаемой и ненапрягаемой), умноженное на отношение соответствующих модулей упругости арматуры и бетона. Если части бетонного сечения выполнены из бетонов разных классов или видов (например, сборно-монолитная конструкция), их приводят к одному классу или виду, исходя из отношения модулей упругости бетонов.

Геометрические характеристики приведенного сечения элемента из бетона одного вида и класса определяют по формулам:

Если общая площадь всей продольной арматуры не превышает 0,02 Ab, значения геометрических характеристик приведенного ссчения можно определять относительно центра тяжести бетона в сечении. Если площадь продольной арматуры составляет не более 0,008 Ah, при определении геометрических характеристик приведенного сечения арматуру можно не учитывать

В связи с тем, что чрезмерное обжатие бетона может вызвать нарушение его структуры и образование продольных трещин в бетоне элемента (а следовательно и нарушении анкеровки предварительно напряженной арматуры), сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия должны быть строго ограничены.

В соответствии с СНиП 2.03.01-84* сжимающие напряжения в бетоне в стадии обжатия ohp не должны превышать значений (в долях от передаточной прочности), приведенных в табл. 3.9. При более высоких уровнях обжатия значительно возрастают деформации ползучести (развивается нелинейная ползучесть), что приводит к большим потерям предварительного напряжения в напрягаемой арматуре.

Значения определяют по формуле (3.42) на уровне крайних сжатых волокон бетона с учетом первых потерь (за исключением потерь от быстронатекающей ползучести) и при коэффициенте точности натяжения арматуры, равном единице. При вычислении в момент обжатия начальный модуль упругости бетона следует поинимать соответствующим передаточной прочности бетона.

Более низкие напряжения обжатия для элементов с арматурой, натягиваемой на бетон, принимаются по той причине, что значительная часть усадки может проявиться еще до обжатия бетона, а потери напряжений от быстронатекающей ползучести компенсируются в процессе его обжатия.

Для предварительно напряженных конструкций, в которых предусматривается регулирование напряжений обжатия бекона в процессе их эксплуатации (например, в реакторах, резервуарах, телевизионных башнях), напрягаемая арматура применяется без сцепления с бетоном. При этом необходимо предусматривать эффективные мероприятия по защите арматуры от коррозии. К предварительно напряженным конструкциям без сцепления арматуры с бетоном должны предъявляться требования 1-й категории трещиностойкости.

Пост-напряженный бетон

Без железобетона современному строителю никуда. По некоторым данным, это самый популярный в мире стройматериал — ему можно придать практически любую форму, он достаточно дешевый в изготовлении, неприхотлив, прочен, в общем, имеет массу достоинств. Но есть и недостатки.

Обычный железобетон характеризуется высокой прочностью при сжатии, но низкой при растяжении. Говоря обывательским языком, бетонная балка трескается, если, к примеру, под влиянием своего веса или веса нагрузки, даст прогиб. В этом случае нижняя сторона этой балки будет испытывать растяжение (верхняя останется в сжатом состоянии, и ее это не касается) и может пойти трещинами даже при небольших величинах упомянутого прогиба.

Чтобы справиться с этим недостатком ученые изобрели способ напряжения (фактически, натяжения) арматуры, закладываемой в бетон. В этом случае знак напряжения, полученный в таком железобетоне, противоположен знаку напряжения от эксплуатационной нагрузки и практически полностью компенсирует последствия приложения этой нагрузки. Применение напряженных бетонов вызвало, без преувеличения, революцию в строительстве. Где только не использовался предварительно напряженный бетон — от железнодорожных шпал до реакторов АЭС. Но выявился и ряд недостатков.

Главным недостатком изделий из предварительно напряженного бетона стала их высокая себестоимость, т.к. большая часть этих изделий в нашей стране изготавливалась энергозатратным электротермическим способом. С ростом стоимости электроэнергии резко возросла и стоимость преднапряженного бетона, выпускаемого промышленным способом. Поэтому, по сравнению с советским временем, когда наблюдался подлинный расцвет этой технологии, выпуск преднапряженных конструкций упал более чем в 10 раз. Сказались и затраты на транспортировку изготовленных в заводских условиях изделий на стройплощадку.

Но жизнь не стоит на месте, и на смену моде на предварительно напряженный бетон уже торопится пост-напряженный бетон, который во многом лишен этого главного недостатка.

Создатели технологии пост-напряженного бетона уверяют, что такой железобетон сочетает достоинства преднапряженного бетона и того бетона, который заливается «на месте» по стандартной технологии. При использовании технологии пост-напряженного бетона напряжение арматуры для каждого конкретного участка рассчитывается непосредственно для каждого проекта здания или сооружения. Фактически за счет напряжения арматуры производится укрепление зон, где на изделие будут действовать силы растяжения (зоны уязвимости), а там, где будут преимущественно силы сжатия и бетон «справится сам», напряжение арматуры будет снижено.

Рис. 1. Силы растяжения при использовании обычного железобетона при нагрузке

Рис. 2. Силы растяжения при использовании пост-напряженного железобетона при нагрузке. Зеленым показа прокладка арматуры. Обратите внимание, на отклонение траектории прохождения арматуры от прямой линии (показана пунктиром) в точках, где действуют силы растяжения.

Точные траектории прохождения арматуры определяются согласно инженерным расчетам. Обратите внимание, что сама арматура для повышения коррозионной устойчивости помещается в защитное покрытие.

За счет использования технологий пост-напряженного бетона можно, по разным оценкам, сэкономить до 20% и даже до 40% арматуры и бетона. Кроме этого снижается общий вес зданий, перекрытия становятся тоньше, а значит, возрастает и скорость производства строительных работ. Повышается даже сейсмоустойчивость зданий и сооружений из такого бетона. Особенно большую популярность новые технологии приобрели у дизайнеров и архитекторов — еще бы, гораздо большая свобода для творчества вследствие уменьшения толщины конструктивных элементов и пропорционального увеличения внутреннего пространства.

Но вернемся к технологии производства работ. Арматура для пост-напряженных бетонных изделий изготавливается из одного или нескольких кусков (нитей) специальной преднапряженной стали. Каждая нить имеет на конце зацеп. Иногда зацепы устанавливаются и в середине изделия. Диаметр сечения этих стальных нитей, как правило, составляет 1,3 — 1,5 см. Понятно, что сталь, используемая в нитях, должна быть очень прочной и хорошо растягиваться. Для повышения надежности нити арматуры укладывают в пучки.

Напряжение к нитям арматуры прикладывается после заливки поробетона с требуемыми физико-механическими и эксплуатационными свойствами. Сначала бетон должен набрать необходимую прочность. Обычно, не менее 75% от заданной прочности, это указано в проектной документации.

Натяжение нитей достигается за счет использования гидравлического домкрата. По крайней мере, один конец каждой нити с зацепом должен быть выведен за край плиты для приложения усилий. В месте выхода нити устанавливается пластмассовый стакан (см. Рисунок 3).

Рис. 3. Пластмассовый стакан

Усилия, прикладываемые к арматуре, достаточно высоки, чтобы повредить структуру изделия или даже привести к травмам людей, осуществляющих операцию натяжения, если установка домкратов произведена не должным образом. Поэтому работники, производящие действия по пост-натяжению, должны пройти независимую программу сертификации в соответствующем обучающем центре.

Натяжение арматуры производится с силой, равной 80% от прочности стали на разрыв. Если такая сила натяжения будет достигнута, арматура сохранит свое напряженное состояние в бетоне. Зацепы на концах нитей арматуры предназначены для поддержания постоянного усилия, чтобы сохранить сталь в натяжении, а бетон — сжатом состоянии.

По окончании работ производится измерение характеристик напряжения каждой стальной нити.

СП 52-102-2004 Предварительно напряженные железобетонные конструкции

Система нормативных документов в строительстве

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

СП 52-102-2004

ПРЕДИСЛОВИЕ

1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона (ГУН «НИИЖБ») Госстроя России

ВНЕСЕН Управлением технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России

2 ОДОБРЕН И РЕКОМЕНДОВАН для применения письмом Госстроя России от 24.05.2004 № ЛБ-473/9

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1 Общие указания

1.1 Основные положения

1.2 Основные расчетные требования

2 Материалы для предварительно напряженных железобетонных конструкций

2.1.1 Показатели качества бетона и их применение при проектировании

2.1.2 Нормативные и расчетные значения характеристик бетона

2.2.1 Показатели качества арматуры

2.2.2 Нормативные и расчетные значения характеристик арматуры

2.2.3 Предварительные напряжения арматуры

3 Расчет элементов предварительно напряженных железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы

3.1 Расчет предварительно напряженных железобетонных элементов по прочности

3.1.1 Общие положения

3.1.2 Расчет предварительно напряженных элементов на действие изгибающих моментов в стадии эксплуатации но предельным усилиям

3.1.3 Расчет предварительно напряженных элементов в стадии предварительного обжатия

3.1.4 Расчет по прочности нормальных сечений на основе нелинейной деформационной модели

3.1.5 Расчет предварительно напряженных элементов при действии поперечных сил

4 Расчет предварительно напряженных элементов железобетонных конструкций по предельным состояниям второй группы

4.1 Общие положения

4.2 Расчет предварительно напряженных железобетонных элементов по раскрытию трещин

4.2.1 Общие положения

4.2.2 Определение момента образования трещин, нормальных к продольной оси элемента

4.2.3 Расчет ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента

4.3 Расчет предварительно напряженных железобетонных элементов по деформациям

4.3.1 Общие положения

4.3.2 Расчет предварительно напряженных элементов по прогибам

4.3.3 Определение кривизны изгибаемых предварительно напряженных элементов

4.3.4 Определение кривизны предварительно напряженных элементов на основе нелинейной деформационной модели

5 Конструктивные требования

5.1 Общие положения

5.2 Защитный слой бетона

5.3 Анкеровка арматуры

Приложение А Основные буквенные обозначения

Приложение Б Перечень нормативных документов, на которые даны ссылки в тексте

Настоящий Свод правил разработан в развитие СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

Свод правил содержит рекомендации по расчету и проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений из тяжелого бетона, которые обеспечивают выполнение обязательных требований СНиП 52-01-2003.

Решение вопроса о применении Свода правил при проектировании предварительно напряженных железобетонных конструкций конкретных зданий и сооружений относится к компетенции заказчика или проектной организации. В случае если принято решение о применении настоящего Свода правил, должны быть выполнены все установленные в нем требования.

В Своде правил не приведены особенности расчета и проектирования предварительно напряженных конструкций, подвергаемых циклическим и динамическим воздействиям, воздействиям высоких температур и агрессивных сред. Эти особенности, а также более детальные положения по расчету линейных железобетонных систем и плоских и пространственных железобетонных конструкций освещены в соответствующих сводах правил.

Настоящий Свод правил следует применять совместно с СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры».

Единицы физических величин, приведенные в Своде правил: сила выражена в ньютонах (Н) или в килоньютонах (кН); линейные размеры — в мм (для сечений) или в м (для элементов или их участков); напряжения, сопротивления, модули упругости — в мегапаскалях (МПа); распределенные нагрузки и усилия — в кН/м или Н/мм.

Свод правил разработали доктора технических наук А.С. Залесов, А.И. Звездов, ТА. Мухамедиев, Е.АЛистяков (ГУП «НИИЖБ» Госстроя России).

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕКОНСТРУКЦИИ

PRESTRESSED CONCRETE STRUCTURES

1 о бщие указания

1.1 Основные положения

1.1.1 Рекомендации настоящего Свода правил (СП) распространяются на проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений, выполненных из тяжелого бетона классов по прочности на сжатие от В20 до В60 с натяжением арматуры до твердения бетона (на упоры) и эксплуатируемых в климатических условиях России, в среде с неагрессивной степенью воздействия, при статическом действии нагрузки.

Рекомендации СП не распространяются на проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, мостов, покрытий автомобильных дорог и аэродромов и других специальных сооружений.

1.1.2 Предварительно напряженные железобетонные конструкции должны быть обеспечены с требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и конструированием согласно указаниям настоящего СП. При этом должны быть выполнены технологические требования при изготовлении конструкций и соблюдены требования по эксплуатации зданий и сооружений, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.

1.2 Основные расчетные требования

1.2.1 Расчеты предварительно напряженных железобетонных конструкций следует производить по предельным состояниям, включающим:

— предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности);

— предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформаций и др.).

Расчеты по предельным состояниям первой группы, содержащиеся в настоящем СП, включают расчет по прочности.

Расчеты по предельным состояниям второй группы, содержащиеся в настоящем СП, включают расчеты по раскрытию трещин и по деформациям.

1.2.2 Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов следует, как правило, производить для всех стадий — изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации; при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям.

1.2.3 Расчеты предварительно напряженных железобетонных конструкций необходимо, как правило, производить с учетом возможного образования трещин и неупругих деформаций в бетоне и арматуре.

Определение усилий и деформаций от различных воздействий в конструкциях и в образуемых ими системах зданий и сооружений следует производить по методам строительной механики, как правило, с учетом физической и геометрической нелинейности работы конструкций.

1.2.4 При проектировании предварительно напряженных железобетонных конструкций надежность конструкций устанавливают расчетом путем использования расчетных значений нагрузок и воздействий, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности зданий и сооружений.

Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетаний, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) принимают согласно СНиП 2.01.07.

1.2.5 При расчете элементов сборных конструкций на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от всех элементов следует принимать с коэффициентом динамичности, равным: 1,60 — при транспортировании; 1,40 — при подъеме и монтаже. Допускается принимать более низкие, обоснованные в установленном порядке, значения коэффициентов динамичности, но не ниже 1,25.

2 м атериалы для предварительно напряженных железобетонных конструкций

2.1.1 Показатели качества бетона и их применение при проектировании

2.1.1.1 Для предварительно напряженных железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего СП, следует предусматривать конструкционный тяжелый бетон средней плотности от 2200 кг/м 3 до 2500 кг/м 3 включительно.

2.1.1.2 Основными показателями качества бетона, устанавливаемыми при проектировании, являются:

а) класс по прочности на сжатие В;

б) класс по прочности на осевое растяжение Bt (назначают в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и ее контролируют на производстве);

в) марка по морозостойкости F (назначают для конструкций, подвергаемых действию попеременного замораживания и оттаивания);

г) марка по водонепроницаемости W (назначают для конструкций, к которым предъявляют требования ограничения водопроницаемости).

Классы бетона по прочности на сжатие В и осевое растяжение Bt отвечают значению гарантированной прочности бетона (МПа) с обеспеченностью 0,95.

2.1.1.3 Для предварительно напряженных железобетонных конструкций следует предусматривать бетоны следующих классов и марок:

а) классов по прочности на сжатие:

В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;

б) классов по прочности на осевое растяжение:

в) марок по морозостойкости:

F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500;

г) марок по водонепроницаемости: W 2; W 4; W 6; W 8; W 10; W 12.

2.1.1.4 Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение (проектный возраст), назначают при проектировании исходя из возможных реальных сроков загружения конструкций проектными нагрузками. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливают в возрасте 28 суток.

2.1.1.5 Для предварительно напряженных конструкций рекомендуется применять класс бетона по прочности на сжатие в зависимости от класса напрягаемой арматуры, но не ниже В20.

Передаточную прочность бетона Rbp (прочность бетона к моменту его обжатия, контролируемая аналогично классу бетона по прочности на сжатие) следует назначать не менее 15 МПа и не менее 50 % принятого класса бетона по прочности на сжатие.

2.1.1.6 Марку бетона по морозостойкости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха в холодный период от минус 5 °С до минус 40 °С, принимают марку бетона по морозостойкости не ниже F 75, а при расчетной температуре наружного воздуха выше минус 5 °С в указанных выше конструкциях марку бетона по морозостойкости не нормируют.

В остальных случаях требуемые марки бетона по морозостойкости устанавливают в зависимости от назначения конструкций и условий окружающей среды по специальным указаниям.

2.1.1.7 Марку бетона по водонепроницаемости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха выше минус 40 °С, а также для наружных стен отапливаемых зданий марку бетона по водонепроницаемости не нормируют.

В остальных случаях требуемые марки бетона по водонепроницаемости устанавливают по специальным указаниям.

2.1.2 Нормативные и расчетные значения характеристик бетона

Нормативные значения прочностных характеристик, бетона

2.1.2.1 Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные значения:

Нормативные значения сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) и осевому растяжению (при назначении класса бетона по прочности на сжатие) принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие В согласно таблице 1.

При назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение Bt нормативные значения сопротивления бетона осевому растяжению Rbt , n принимают равными числовой характеристике класса бетона на осевое растяжение.

Расчетные значения прочностных характеристик бетона

2.1.2.2 Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию Rb и осевому растяже нию Rbt определяют по формулам:

; (1)

. (2)

Значения коэффициента надежности по бетону при сжатии γ b принимают равными:

1,3 — для предельных состояний по несу щей способности (первая группа);

1,0 — для предельных состояний по эксп луатационной пригодности (вторая группа).

Значения коэффициента надежности по бе тону при растяжении γ bt принимают равными:

1,5 — для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бето на по прочности на сжатие;

1,3 — для предельных состояний по несу щей способности при назначении класса бето на по прочности на осевое растяжение;

1,0 — для предельных состояний по эксп луатационной пригодности.

Расчетные значения сопротивления бетона Rb , Rbt , Rb , ser , Rbt , ser ( c округлением) в зависимос ти от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены: для предельных состояний первой группы в таблицах 2 и 3, вто рой группы — в таблице 1.

Нормативные значения сопротивления бетона Rb , n и Rbt , n и расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний второй группы Rb , ser и Rbt , ser , МПа, при классе бетона по прочности на сжатие

Сжатие осевое (призменная прочность)

Расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rbt , МПа, при классе бетона по прочности на сжатие

Сжатие осевое (призменная прочность) Rb

Растяжение осевое Rbt

Расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rbt МПа, при классе бетона по прочности на осевое растяжение

2.1.2.3 В необходимых случаях расчетные зна чения прочностных характеристик бетона ум ножают на коэффициенты условий работы γ bi учитывающие особенности работы бетона в кон струкции (характер нагрузки, условия окружа ющей среды и т.д.).

Влияние длительности действия статическ ой нагрузки учитывается коэффициентом ус ловий работы бетона γ b 1 , вводимым к расчет ным значениям сопротивлений Rb и Rbt и при нимаемым равным:

γ b 1 = 1,0 — при непродолжительном (крат ковременном) действии нагрузки;

γ b 1 = 0,9 — при продолжительном (длитель ном) действии нагрузки.

Влияние попеременного замораживания и оттаивания, а также отрицательных темпера тур учитывают коэффициентом условий рабо ты бетона γ b 4 ≤ 1,0. Для надземных конструк ций, подвергаемых атмосферным воздействи ям окружающей среды при расчетной темпера туре наружного воздуха в холодный период минус 40 °С и выше, принимают коэффициент γ b 4 = 1,0. В остальных случаях значения коэффи циента γ b 4 принимают в зависимости от назна чения конструкции и условий окружающей сре ды согласно специальным указаниям.

Деформационные характеристики бетона

2.1.2.4 Основными деформационными характеристиками бетона являются значения:

— предельных относительных деформаций бетона при осевом сжатии и растяжении (при однородном напряженном состоянии бетона) ε b 0 и ε bt 0 ;

— коэффициента поперечной деформации бетона (коэффициента Пуассона) νb , P ;

— коэффициента линейной температурной деформации бетона α bt .

2.1.2.5 Значения предельных относительных деформаций бетона принимают равными:

при непродолжительном действии нагрузки

при продолжительном действии нагрузки — по таблице 6 в зависимости от относительной влажности окружающей среды.

2.1.2.6 Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие В согласно таблице 4.

Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении Е b , МПа·10 -3 , при классе бетона по прочности на сжатие

При продолжительном действии нагрузки значения начального модуля деформаций бетона определяют по формуле

, (3)

2.1.2.7 Значения коэффициента ползучести бетона φ b , cr принимают в зависимости от условий окружающей среды (относительной влажности воздуха) и класса бетона. Значения коэффициента ползучести бетона приведены в таблице 5.

Относительная влажность воздуха окружающей среды, %

Значения коэффициента ползучести φ b , cr при классе бетона на сжатие

Примечание — Относительную влажность воздуха окружающей среды принимают по СНиП 23-01 как среднюю месячную относительную влажность наиболее теплого месяца для района строительства.

2.1.2.8 Значение коэффициента поперечной деформации бетона допускается принимать νb ,Р = 0,2.

2.1.2.9 Значение коэффициента линейной температурной деформации бетона при изменении температуры от минус 40 °С до плюс 50 °С принимают αbt = 1·10 -5 °С -1 .

Диаграммы состояния бетона

2.1.2.10 В качестве расчетных диаграмм со стояния бетона, определяющих связь между напряжениями и относительными деформаци ями, принимают трех- и двухлинейную диаг раммы (рисунок 1).

Диаграммы состояния бетона используют при расчете железобетонных элементов по не линейной деформационной модели.

а – трехлинейная; б – двухлинейная

Рисунок 1 – Диаграммы состояния сжатого бетона

2.1.2.11 При трехлинейной диаграмме (рисунок 1, а) сжимающие напряжения бетона σ b в зависимости от относительных деформаций укорочения бетона ε b определяют по формулам:

Примечание — Относительную влажность воздуха окружающей среды принимают по СНиП 23-01 как среднюю месячную относительную влажность наиболее теплого месяца для района строительства.

2.1.2.12 При двухлинейной диаграмме ( рисунок 1,б) сжимающие напряжения бетона σb в зависимости от относительных деформаций ε b 1 определяют по формулам:

Значения приведенного модуля деформации бетона Е b , red принимают:

. (9)

— при продолжительном действии нагрузки — по таблице 6.

2.1.2.13 Растягивающие напряжения бетона σbt в зависимости от относительных деформаций ε bt определяют по диаграммам, приведенным на рисунке 1. При этом расчетные значения сопротивления бетона сжатию Rb заменяют на расчетные значения сопротивления бетона растяжению Rbt согласно пп. 2.1.2.2, 2.1.2.3; значения начального модуля упругости Е bt определяют согласно п. 2.1.2.6; значения относительной деформации ε bt 0 принимают согласно п. 2.1.2.5; значения относительной деформации ε bt 2 принимают при непродолжительном действии нагрузки ε bt 2 = 0,00015, при продолжительном действии нагрузки — по таблице 6. Для двухлинейной диаграммы принимают ε bt 1, red = 0,00008 — при непродолжительном действии нагрузки, а при продолжительном — по таблице 6; значения Ebt , red определяют по формуле (9), подставляя в нее Rbt , n и ε bt 1, red .

2.1.2.14 При расчете прочности железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели для определения напряженно-деформированного состояния сжатой зоны бетона используют диаграммы состояния сжатого бетона, приведенные в пп. 2.1.2.11 и 2.1.2.12, с деформационными характеристиками, отвечающими непродолжительному действию нагрузки. При этом в качестве наиболее простой используют двухлинейную диаграмму состояния бетона.

2.1.2.15 При расчете образования трещин в железобетонных конструкциях по нелинейной деформационной модели для определения напряженно-деформированного состояния сжатого и растянутого бетона используют трехлинейную диаграмму состояния бетона, приведенную в пп. 2.1.2.11 и 2.1.2.13, с деформационными характеристиками, отвечающими непродолжительному действию нагрузки. Двухлинейную диаграмму ( пп. 2.1.2.12, 2.1.2.13) как наиболее простую используют для определения напряженно-деформированного состояния растянутого бетона при упругой работе сжатого бетона.

2.1.2.16 При расчете деформаций железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели при отсутствии трещин для определения напряженно-деформированного состояния в сжатом и растянутом бетоне используют трехлинейную диаграмму состояния бетона с учетом непродолжительного и продолжительного действия нагрузки. При наличии трещин для определения напряженно-деформированного состояния сжатого бетона помимо указанной выше диаграммы используют, как наиболее простую, двухлинейную диаграмму состояния бетона с учетом непродолжительного и продолжительного действия нагрузки.

2.1.2.17 При расчете раскрытия нормальных трещин по нелинейной деформационной модели для определения напряженно-деформированного состояния в сжатом бетоне используют диаграммы состояния, приведенные в пп. 2.1.2.11 и 2.1.2.12, с учетом непродолжительного действия нагрузки. При этом в качестве наиболее простой используют двухлинейную диаграмму состояния бетона.

2.1.2.18 Влияние попеременного замораживания и оттаивания, а также отрицательных температур на деформационные характеристики бетона учитывают коэффициентом условий работы γ bt ≤ 1,0. Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период минус 40 °С и выше, принимают коэффициент γ bt = 1,0. В остальных случаях значения коэффициента γ bt принимают в зависимости от назначения конструкций и условий окружающей среды.

2.2 Арматура

2.2.1 Показатели качества арматуры

2.2.1.1 Для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций следует применять отвечающую требованиям соответствующих государственных стандартов или утвержденных в установленном порядке технических условий арматуру следующих видов:

— горячекатаную гладкую и периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профили) диаметром 6 — 40 мм;

— термомеханически упрочненную периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профили) диаметром 6 — 40 мм;

— холоднодеформированную периодического профиля диаметром 3 — 12 мм;

— арматурные канаты диаметром 6 — 15 мм.

2.2.1.2 Основным показателем качества арматуры, устанавливаемым при проектировании, является класс арматуры по прочности на растяжение, обозначаемый:

А — для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры;

Вр — для высокопрочной холоднодсформированной арматуры периодического профиля;

К — для арматурных канатов.

Классы арматуры по прочности на растяжение отвечают гарантированному значению предела текучести, физического или условного (равного значению напряжений, соответствующих остаточному относительному удлинению 0,2 %), с обеспеченностью не менее 0,95, определяемому по соответствующим стандартам.

Кроме того, в необходимых случаях к арматуре предъявляют требования по дополни­тельным показателям качества: свариваемость, пластичность, хладостойкость и др.

2.2.1.3 Для железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего СП, следует предусматривать:

в качестве напрягаемой арматуры:

горячекатаную и термомеханически упрочненную периодического профиля классов А600 (А- IV ), А800 ( A — V ) и А1000 (А- VI );

холоднодеформированную периодического профиля классов от Вр1200 до Вр1500 (Вр- II );

канатную 7- и 19-проволочную классов К1400, К1500 (К-7, К-19);

в качестве ненапрягаемой арматуры:

горячекатаную гладкую класса А 240 (А-1);

— горячекатаную, термомеханически упрочненную и холоднодеформированную периодического профиля классов А300 (А- II ), А400 (А- III ), А500 (А500С), В500 ( Bp — I , B 500 C ).

2.2.1.4 При выборе вида и марок стали для арматуры, устанавливаемой по расчету, а также прокатных сталей для закладных деталей следует учитывать температурные условия эксплуатации конструкций и характер их нагружения.

В конструкциях, эксплуатируемых при статической нагрузке в отапливаемых зданиях, а также на открытом воздухе и в неотапливаемых зданиях при расчетной температуре минус 40 °С и выше, может быть применена арматура всех вышеуказанных классов, за исключением арматуры класса А600 марки стали 80С (диаметром 10 — 18 мм), класса А300 марки стали Ст5пс (диаметром 18 — 40 мм) и класса А240 марки стали Ст3кп, которые применяют при расчетной температуре минус 30 °С и выше.

При других условиях эксплуатации класс арматуры и марку стали принимают по специальным указаниям.

При проектировании зоны передачи предварительного напряжения, анкеровки арматуры в бетоне и соединений арматуры внахлестку (без сварки) следует учитывать характер поверхности арматуры.

При проектировании сварных соединений арматуры следует учитывать способ изготовления арматуры ( ГОСТ 14098 ; РТМ 393 ).

2.2.1.5 Для монтажных (подъемных) петель элементов сборных железобетонных и бетонных конструкций следует применять горячекатаную арматурную сталь класса А240 марок Ст3сп и Ст3пс.

В случае если возможен монтаж конструкций при расчетной зимней температуре ниже минус 40 °С, для монтажных петель не допускается применять сталь марки Ст3пс.

2.2.2 Нормативные и расчетные значения характеристик арматуры

Нормативные значения прочностных характеристик арматуры

2.2.2.1 Основной прочностной характеристикой арматуры является нормативное значение сопротивления растяжению Rs , n , принимаемое в зависимости от класса арматуры по таблице 7.

Номинальный диаметр арматуры, мм

Нормативные значения сопротивления растяжению Rs , n и расчетные значения сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы Rs , ser , МПа

Источник: viprusstroy.ru