40. Потери предварительного напряжения в арматуре. Классификация. Порядок учета потерь предварительного напряжения. Контролируемые предварительные напряжения в арматуре.

Потери предварительного напряжения в арматуре _los состоят из потерь, происходящих при изготовлении конструкции до ее обжатия и в процессе обжатия – это первые потери _{los 1} и потерь, происходящих после обжатия и проявляющихся в течении длительного времени – это вторые потери _{los 2}.

Первые потери: От релаксации напряжений ₁ арматуры ; От температурного перепада ₂ ; От деформации анкеров ₃ , расположенных у натяжных устройств ; Потери от трения о возможные точки касания ₄; От деформаций стальной формы ₅; От быстро натекающей ползучести ₆.

Вторые потери: Потери ₇ от релаксации напряжений арматуры, зависят от вида арматуры; От усадки бетона ₈ (зависит от класса бетона); От ползучести бетона ₉ (независимо от способа натяжения арматуры); Потери от смятия бетона под витками арматуры ₁₀ (спиральной или кольцевой) при  конструкции до 3 м (в круглых конструкциях). Потери ₁₁ от деформации обжатия стыков между блоками (для конструкций, состоящих из блоков). Полные потери в общем случае составляют

_los = _{los 1} + _{los 2} и могут достигать 200…300 МПа и более, но в любом случае не менее 100 МПа. На основании опыта изготовления и эксплуатации конструкций нормы рекомендуют назначать предельное напряжение стержневой и проволочной арматуры _sp в следующих пределах:

_sp  R_s,ser – p и _sp  0,3R_s,ser + p, где p – допустимое отклонение предельного напряжения арматуры, принимаемое:

- при механическом способе натяжения 0,05 _sp;

- при электротермическом 30 + 360 / l, где l – длина стержня. Передаточная прочность бетона R_bp , т.е. кубиковая прочность бетона к моменту обжатия, должна быть не менее 11 МПа (при стержневой арматуре А-VI, канатной К-7 и К-19 – не менее 15,5 МПа) и не менее 50% принятого класса бетона.

Величина сжимающих напряжений в бетоне в стадии предварительного обжатия _bp не должна превышать значений, указанных в таблице 7 СНиП 2.03.01-84.

Физическая сущность. Предварительное напряжение арматуры растянутой зоны по возможности принимают наибольшим. Чем оно выше, тем значительнее будет предварительное обжатие бетона, а следовательно, вьпне трещиностойкость и жесткость конструкции. Однако чрезмерно большое предварительное напряжение арматуры опасно из-за ее обрыва при натяжении, значительных остаточных деформаций, раздавливания и раскалывания бетона при его обжатии, а также может привести конструкцию в предельное состояние за счет проскальзывания арматуры в торцах элемента. Недостаточное предварительное напряжение арматуры может привести конструкцию к предельному состоянию за счет образования недопустимых прогибов, преждевременного образования трещин, недопустимой ширины их раскрытия.

41. Определение напряжений в бетоне и арматуре на стадии предварительного обжатия конструкций.Приведенное сечение.

42. Стадия напряженно деформируемого состояния центрально растянутого предварительного напряженного элемента с натяжением арматуры на упоры. В условиях центрального растяжения находятся такие элементы, как нижний пояс фермы, напорные трубопроводы, стенки цилиндрических резервуаров и др.

В центрально растянутых элементах используется натяжение как на бетон, так и на упоры и применяются все виды армирования: непрерывное, проволочное, прядями, пучками, стержнями.

Как и обычные железобетонные элементы, предварительно напряженные центрально растянутые элементы при растяжении испытывают III стадии НДС: стадия I - до появления трещин в бетоне, стадия II - после появления трещин, стадия III - стадия разрушения.

При испытании предварительно напряженных элементов трещины наблюдаются незадолго перед разрушением, и интервал между N_crc в стадии II и N в стадии III во много раз меньше, чем в обычном железобетонном элементе.

Стадии деформирования при натяжении арматуры на упоры

Рис. 6.16. Последовательность изменения напряжений в предварительно напряженном центрально-растянутом элементе при натяжении на упоры

Сначала арматуру укладывают в форму (состояние 1) и натягивают на величину начального контролируемого напряжения σ_сonl (состояние 2). Затем элемент бетонируют и выдерживают в форме до приобретения бетоном необходимой прочности; в это время вследствие релаксации стали и податливости зажимов начальное напряжение в арматуре падает (состояние 3).

При освобождении с упоров арматура стремится восстановить свою первоначальную длину и благодаря сцеплению с бетоном, сокращаясь, обжимает бетон; при этом происходит падение напряжения в арматуре (состояние 4).

Вследствие усадки и ползучести бетона происходят последующие потери напряжений арматуры и соответствующие им потери напряжений в бетоне (состояние 5). Установившееся напряжение в арматуре до загружения элемента с учетом полных потерь равно: σ_sp – σ_I – σ_II - α∙P/A_red

П осле загружения постепенно возрастающей нагрузкой предварительное обжатие бетона погашается (состояние 6), и при напряжении бетона, равном нулю, напряжение арматуры равно σ_sp – σ_I – σ_II Последняя составляющая получилась из условия совместности арматуры и бетона, т.е. (см.рис)

Напряжение в напрягаемой арматуре перед образованием трещин

равно σ_sp – σ_I – σ_II + 2 а- R_bt (состояние 7).

Следовательно, по сравнению с обычным железобетоном напряжение в арматуре увеличилось на σ_sp – σ_I – σ_II + 2 а- R_bt. Этим и обуславливается значительно более высокая трещиностойкость.

После образования трещин в бетоне (стадия II НДС) в сечении с трещиной все усилие воспринимается арматурой, и по мере увеличения нагрузки трещины раскрываются.

При дальнейшем увеличении нагрузки напряжение арматуры доходит до предельного (состояние 8), наступают разрыв арматуры и разрушение (стадия III НДС).

Следовательно, преднапряжение повышает жесткость и трещиностойкость, а на несущую способность влияния не оказывает.