Файл: Пахомов, В. А. Бетон и железобетон в гидротехническом строительстве.pdf

тельными начальными напряжениями сжатия (обжатия) бетона обн. Это уравновешивание обеспечивается за счет естественного сцепления арматуры с бетоном или специальной анкеровкой в

нем арматуры.

С момента возникновения начальных напряжений обжатия бетона (по мере передачи усилий с арматуры на бетон) наряду с ростом в нем упругих деформа­ ций обжатия и усадочных дефор­ маций начинают расти деформа­ ции ползучести бетона и проявля­ ются свойства релаксации напря-.

жений в арматуре и бетоне, дости­ гая при общих предельных значе­ ниях вбо -Эти деформации умень­ шают начальные деформации рас­ тяжения арматуры и тем самым приводят к потере начальных на­ пряжений на величину оп в арма­ туре и соответственно на <тбпВ бе­ тоне. После проявления всех по­ терь предварительные напряжения будут равны (рис. 22)

можно полностью использовать самую высокую прочность ар­ матуры. Чем выше прочность арматуры и сильнее ее предвари­ тельное напряжение, тем меньшим будет ее общий расход по сравнению с обычным армированием.

Предварительно напряженным железобетонным конструкциям свойственны:

резкое снижение расхода металла благодаря применению сталей повышенной и высокой прочности (10—80%);

значительное увеличение трещиностойкости элементов и огра­ ничение раскрытия трещин в них (что очень важно для гидро­

технических сооружений); увеличение жесткости, позволяющее уменьшить поперечные

сечения при строительстве высоких сооружений; повышение выносливости конструкций, работающих при мно­

гократно повторяющихся нагрузках;

77

некоторое снижение веса за счет применения высокопрочных материалов (бетона и арматуры);

увеличение устойчивости центрально и внецентренно сжатых (с малыми эксцентриситетами) гибких элементов, что в свою очередь повышает критическую нагрузку, следовательно, и их несущую способность;

возможность шире использовать сборные и сборно-монолит­ ные железобетонные конструкции составного сечения.

К недостаткам предварительно напряженных конструкций относятся:

наличие больших внутренних усилий, которые могут привести даже к разрушению сечений элементов при обжатии и местно­ му повреждению, к смятию бетона под анкерами, проскальзы­ ванию арматуры. Для предотвращения этих явлений предусма­ тривают местные уширения конструкций, усиливают отдельные участки специальным армированием;

возникновение при изготовлении усилий натяжения, достига­ ющих очень больших величин (десятков, сотен, а иногда и ты­ сяч тонн). В связи с этим возникает необходимость в мощном и дорогом оборудовании, принятии строгих мер по технике без­ опасности, устройстве ограждений, подмостей, проходов и др.;

трудоемкость проектирования предварительно напряженных конструкций в сравнении с обычно армированными;

необходимость тщательного выполнения технологических опе­ раций и контроля.

Экономия цемента в предварительно напряженных конструк­ циях обычно достигается лишь в тех случаях, когда объем бе­ тона составляет 90% и менее, чем в конструкциях с обычным армированием.

Специальные расчеты показывают, что при марке бетона пре­ дварительно напряженных конструкций на 1—2 ступени выше марки обычных подобных конструкций, экономия цемента, а в ряде случаев и снижение стоимости может быть получено, если объем бетона снижен на 15—20%.

Морозостойкость предварительно напряженных железобетон­ ных конструкций значительно ниже, чем при обычном армиро­ вании. Это требует специальных технологических мероприятий, обеспечивающих бетону особо высокую морозостойкость.

Преимущества предварительно напряженных железобетонных конструкций настолько велики, что несмотря на существенные недостатки, они все больше находят применение во всех обла­ стях гидротехнического строительства.

Классификация конструкций. Предварительно напряженные конструкции условно классифицируются:

по способу производства — сборные, монолитные и сборномонолитные;

по способу создания напряжений — конструкции с натяжением арматуры на упоры и на бетон;

78

по способу натяжения арматуры — с механическим, электро­ механическим, электротермическим, физико-химическим;

по принципу действия напряженного армирования — на одно-,,

двух- и трехоснонапряженные конструкции; по трещиностойкости — на три категории (СНиП П-И. 14—

69):

к 1 относятся конструкции, к которым предъявляются требо­ вания непроницаемости (напорные трубы, резервуары и т. д.), в них трещины недопустимы;

ко 2 — конструкции, находящиеся под воздействием агрессив­ ной среды, многократно повторяющейся нагрузки, армированные

арматурой с Rh>10000 кГ/см2, находящиеся на открытом воз­ духе и работающие на знакопеременную нагрузку;

к 3 — все конструкции, которые не входят в первые две.

Конструкции 1 и 2-й категории рассчитывают по образованиютрещин соответственно на расчетные и нормативные нагрузки, а 3-й — на раскрытие трещин по нормативным нагрузкам;

ло виду арматуры — на элементы со стержневой, проволочной, (отдельные пряди, пучки, канаты и т. п.) и др.;

по сцеплению арматуры с бетоном — на конструкции с непо­ средственным сцеплением, сцеплением после инъецирования или бетонирования и без сцепления.

Анкеровка арматуры. При армировании конструкций высоко­ прочной проволокой гладкого или периодического профиля из твердых сталей прочность бетона R 0 в момент отпуска.натяж­ ных устройств должна быть не ниже 350 кГ/см2 при диаметре не более 5 для гладкой и 8 мм — периодической арматуры.

Если прочность бетона R o > 2 0 0 кГ/см2, диаметр арматуры должен быть «е более 3 гладкой и 5 мм — периодической.

Стержневая арматура периодического профиля классов А-Ш,. A-IV, A-V (из мягких сталей диаметром > 20 мм) надежно самоанкерится при прочности бетона Ro не ниже 200 кГ/см2, а диаметром не более 20 мм — при Ro не менее 140 кГ/см2. Если эти условия не выполнимы, требуется дополнительная анкеров­ ка концов арматуры.

Кубиковая прочность бетона R o при отпуске натяжных при­ способлений должна составлять для всех видов предварительнонапряженных конструкций R o > 0 , 7 R и не менее 140 кГ/см2.

Цементный раствор для заполнения каналов конструкций с напрягаемой арматурой принимают не ниже марки 300.

Под анкерами, где при отпуске возникают значительные мест­ ные напряжения, необходимо устанавливать специальные сталь­ ные распределительные плиты, косвенную арматуру в торцах элементов или увеличивать размеры сечения элемента на этих

участках.

В пределах зоны анкеровки для самоанкерящейся армату­ ры растягивающие напряжения в арматуре и соответственно

79*

сжимающие напряжения в бетоне а6н возрастают от нуля на торцах до максимального значения на участке /ан (рис. 23).

Для предварительно напряженной продольной и поперечной арматуры в виде проволок, прядей, пучков, не имеющих допол-

Таблица 41. Значения коэффициента

Ка (СНиП И-В. 1-62*)

лтТТТТТТГТтптшштшшшт 1НТт*

нительной анкеровки, должно быть учтено снижение предвари­ тельного напряжения по длине зоны анкеровки /ан, равной: при

где К3 — коэффициент, принимаемый по табл. 41; d — диаметр проволоки или пряди, см\

ooi — величина предварительного напряжения с учетом пер­ вичных потерь Ощ.

При мгновенной передаче предварительного напряжения на бетон начало зоны анкеровки арматуры принимают на расстоя­ нии 0,25 /ан от торца элемента.

Начальное контролируемое напряжение. Величина контролиру­ емого напряжения арматуры онк назначается в зависимости от вида арматуры и элементов, категории трещиностойкости, фор­ мы поперечного сечения и др. Чем больше онк, тем выше трещиностойкость, жесткость элементов и рациональнее используется

для мягкой арматурной стали онк < 0,9 Более низкие напряжения целесообразно принимать для сечений

элементов с развитой растянутой зоной бетона. При назначении величины о„к необходимо учитывать величину максимального обжатия бетона.

80

Для колонн, оболочек, погружаемых в грунт вибрацией, и кон­ струкций, работающих в суровых условиях и агрессивной (мор­ ской) воде, величина предварительного обжатия бетона должна обосновываться и указываться в специальных условиях на про­ ектирование этих конструкций.

Указанные величины контролируемого напряжения в арма­ туре могут быть повышены для твердых сталей до 0,8 R", для мягких до /?Г в следующих случаях:

варматуре для зоны, сжатой от внешней нагрузки, с целью повышения ее трещиностойкости при обжатии, транспортиро­ вании и монтаже;

вкольцевой арматуре напорных труб, водоводов;

при временной перетяжке арматуры с целью повышения ее предела пропорциональности или уменьшения потерь от релак­ сации напряжений;

при компенсации потерь от релаксации напряжений или не­ одновременного натяжения арматуры, от трения арматуры о стенки каналов и поверхности бетона, а также от температур­ ного перепада между напряженной арматурой и устройствами, воспринимающими усилия натяжения.

Потери предварительного напряжения. При расчете предвари­ тельно напряженных железобетонных элементов должны учи­ тываться потери предварительного напряжения арматуры

(табл. 42).

Величину потерь от усадки и ползучести бетона рекомендует­ ся принимать по экспериментальным данным в случае их на­ личия.

Величина потерь от усадки и ползучести бетона, определен­ ная по пп. 1 и 2, табл. 42, может бытьуточнена, если известна продолжительность периода t со дня изготовления элемента до его испытания, загружения эксплуатационной нагрузкой или по­ гружения в воду.

Уточнение потерь от усадки и ползучести производится путем умножения на коэффициент

At

( 6 6 )

1QP + 31 ’

где t — возраст бетона в сутках.

Для элементов, находящихся в период эксплуатации в воде или в условиях повышенной влажности, но до этого длительное время (более 3 месяцев) хранившихся на воздухе, при расчете на эксплуатационные нагрузки коэффициент р принимают рав­ ным 1, вводя в расчет дополнительно восстановление напряже­ ний от последующего набухания бетона в размере 200 кГ/см2.

Напряжение в бетоне о3 на уровне центров тяжести продоль­