Ориентировочное сравнение свойств обычных железобетонных и предварительно напряженных конструкций

Свойство	Обычная железобетонная конструкция	Предварительно напряженная конструкция
Прочность бетона fc, МПа	от 15 до 40	от 40 до 100 и более
Вид стали	низкоуглеродистая	высокоуглеродистая
Прочность арматурной стали fsy (fpy), МПа	от 190 до 500	от 800 до 1800
Собственный вес конструкции (расход бетона)	100 %	40..70 %
Рабочее армирование (расход арматуры)	100 %	30..50 %
Трещиностойкость	допускается образование и развитие трещин, остаются при эксплуатации	полное отсутствие трещин, либо ограниченное их раскрытие, возможность зажатия при снижении нагрузки
Огнестойкость	очень хорошая или хорошая	хорошая
Сопротивление действию циклических нагружений	хорошее до образования трещин	хорошее
Пролет балок, м	до 30	до 300

Прогресс в металлургии и технологии бетона привел к тому, что в настоящее время при несколько более высоких затратах, получают арматурные стали и бетоны высокой прочности. Так, прочность арматуры достигает 2500 МПа, а бетоны, применяемые на практике, имеют прочность при сжатии до 100 МПа. При этом в лабораторных условиях и при возведении уникальных объектов получают бетоны с прочностью при сжатии более 300 МПа. Безусловно, что такие материалы вообще не могут быть эффективно применены в традиционных железобетонных конструкциях. С одной стороны допущение более высоких напряжений в арматуре железобетонных конструкций в эксплуатационной стадии не оправдано с точки зрения чрезмерного раскрытия трещин и развития прогибов. С другой стороны, применение бетонов высокой прочности в таких конструкциях, как правило, нецелесообразно, т.к. ведет лишь к незначительному уменьшению размеров сечения (исключение составляют короткие сжатые элементы).

Как было показано выше (см. табл. 1.1), предварительно напряженные конструкции позволяют за счет применения высокопрочной арматуры получить экономию стали в среднем до 70 %, особенно при при­менении в качестве напрягаемой арматуры высокопрочной проволоки и канатов, от­далить момент образования трещин, повысить жесткость элементов и уменьшить их прогибы, повысить выносливость и сейсмостойкость конструкций.

Ценным является и то, что в процессе перевозки и монтажа предварительно напря­женные конструкции, обладая повышенной трещиностойкостью и жесткостью, значительно менее чувствительны к динамическим нагрузкам.

Основными недостатками предварительно напряженных конструкций являются повышенная трудоемкость и металлоемкость оснастки для их изготовления. Этот недос­таток, в основном, относится к поточно-агрегатному методу изготовления предвари­тельно напряженных конструкций.

Однако при изготовлении массового сборного железобетона, например многопус­тотных плит, этот недостаток легко преодолевается при применении современных технологий безопалубочного формования конструкций. Несколько понижается, по сравнению с ненапрягаемым железобетоном, огнестойкость конструкций, хотя и этот недостаток может быть практически полностью исключен при применении специальных конструктивных мероприятий, например, путем увеличения защитного слоя бетона. Повышается чувствительность к воздействию агрессивной среды, влияющей на коррозийную стойкость предварительно напряженной конструкции. Однако и этот недостаток можно свести до минимума при помощи расчетно-конструктивных требований. Например, при применении высокопрочной проволочной арматуры и канатов при эксплуатации в конструкциях не допускается длительное раскрытие трещин и ограничивается ширина их раскрытия. Широко применяется и, так называемая, вторичная защита бетона путем пропитки поверхности мономерами и полимерными материалами.

Таким образом, перечисленные недостатки легко преодолеваются как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации предварительно напряженных конст­рукций. С начала массового внедрения (40-е годы XX века) предварительно напряженные железобетонные конструкции эффективно применяются при строительстве любых зданий и сооружений, обеспечивая необходимую их надежность и долговечность.