19. Сущность и преимущества преднапряжения жбк.

До приложения нагрузки в процессе изготовления создаются искусственные сжимающие напряжения в бетоне путем натяжения высокопрочной арматуры. При этом повышается трещиностойкость конструкции и создаются условия для применения высокопрочной арматуры.

Преднапряжение позволяет увеличить жесткость, уменьшить прогибы, повысить долговечность и выносливость, расширить область применения ж/б.

Способы создания преднапряжения.

а) на упорах (применяют в заводских условиях):

б) на бетон:

Выполняют канал на 5-15 мм больше арматуры, после чего канал заполняется цементным раствором под давлением. Применяется на стройплощадках для большепролетных элементов.

в) на напрягаемых элементах: бетон при твердении увеличивается в объеме и зацепление с арматурой растягивает ее.

Способы натяжения арматуры:

а) механический способ (домкраты, машины для непрерывной набивки);

б) электротермический – путем разогрева арматуры до 300-450С при пропускании эл. тока.

в) электротермомеханический.

Величина преднапряжения не остается постоянной, а с течением времени уменьшается.

Потери преднапряжения. Их причины. Первые и вторые потери.

Экспериментально доказано, что начальное преднапряжение арм-ры не остаётся постоянным, а уменьшается с течением времени из-за потерь. Эти потери обусловлены физико-механич. свойствами материалов, технологией изготовления и конструкцией элементов.

Различают потери первые (σ_losI) и вторые (σ_losII). Каждые из этих потерь характеризуются определёнными значениями и в состав первых входят потери σ₁ – σ₆, в состав вторых – σ₇ – σ₁₁. Каждая величина потерь рассчитывается или назначается в соответствии с требованиями СНиП, видом арм-ры и методом создания преднапряжения.

Первые потери возникают до обжатия бетона и в основном учитывают реалогические свойства стали (технологические потери):

1) потери от релаксации напряжений в арм-ре при механическом способе натяжения – σ₁;

2) потери от температурного перепада (разность температур натянутой арм-ры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения при прогреве бетона) – σ₂; 3) потери от деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств – σ₃;

4) потери от трения арматуры при натяжении на бетон вследствие трения о стенки каналов или поверхность конструкций – σ₄;

5) потери от деформации стальной формы при изготовлении преднапряжённых ЖБК – σ₅;

6) потери от быстро натекающей ползучести бетона – σ₆.

Вторые потери возникают в уже изготовленном изделии в результате обжатия бетона (эксплуатационные потери):

1) потери от релаксации напряжений при натяжении на бетон – σ₇;

2) потери от усадки бетона и соответствующего укорочения элемента – σ₈, зависят от вида бетона, способа натяжения и условий твердения;

3) потери от ползучести бетона – σ₉;

4) потери от смятия бетона под витками стержневой или кольцевой арматуры – σ₁₀;

5) потери от деформаций обжатия стыков между блоками сборных конструкций – σ₁₁.

При натяжении на упоры:

σ_losI = σ₁ + σ₂ + σ₃ + σ₄ + σ₅ + σ₆

σ_losII = σ₈ + σ₉

При натяжении на бетон:

σ_losI = σ₃ + σ₄

σ_losII = σ₇ + σ₈ + σ₉ + σ₁₀ + σ₁₁

Сумма потерь первых и вторых может составлять в пределах 30% от назначаемого преднапряжения.

σ_los = σ_losI + σ_losII ≥ 100 МПа

В расчётах принимают сумму потерь не менее 100 МПа

20.Усилия обжатия в предварительно напряженных элементах. Напряженно деформированные состояния. Эти напряжения находят как для упругого тела по приведенным геометрическим характеристикам. Сечение считают находящимся под воздействием усилия предварительного обжатия равным сумме усилий во всех напрягаемой и ненапрягаемой арматуре, считая её за внешнюю силу, обжимающую приведенное сечение. Рассматривается сечение любой симметричной формы, имеющей все виды арматуры напрягаемую и ненапрягаемую. Рис. Р = G_SP A_SP + G’_SP A’_SP - G_S A_S – G’_S A’_S , G_SP и G’_SP –напряжения в напрягаемой арматуре для данной стадии, их принимают: а) в стадии обжатия бетона с учетов 1ых потерь. б) в стадии эксплуатации с учетом 1ых и 2ых потерь. G_S и G’_S принимают а) в стадии обжатия ровным потерям от быстронатекающей ползучести. б) в стадии эксплуатации сумме потерь от усадки и ползучести бетона. Таким образом напряжение в бетоне можно определить в упрощенном виде как для упругого тела и линейной эпюре напряжения.

Стадии напряженного состояния при изгибе ПН ЖБК.

Изгибаемые ПН ЖБК под нагрузкой проходят 3 стадии напряженного состояния:

I ст. – работа без трещин в растянутой зоне.

II ст. – элемент работает с трещинами, но напряжения в местах ниже их расчетных сопротивлений

III ст. – разрушение

ПН ЖБК имеют удлиненную I стадию т.е. большую часть времени эти элементы работают без трещин в растянутой зоне, трещины появляются перед разрушением, когда нагрузка составляет 70-75% от разрушающей.

Рассмотрен элемент изготовленный методом натяжения на упоры и имеющий все виды арматуры.

Этап 1. Арматура уложена в форму, но напряжение равно нулю.

Этап 2. Арматура в форме натянута до начальных контролируемых напряжений σ_sp и σ_sp¹

Этап 3. Элемент забетонирован, бетон твердеет. Из-за релаксации напряжений, податливости зажимов, разности температур, ползучести проходят первые потери ПН σ_sp1 и напряжения в арматуре уменьшаются на эту величину.

Этап 4. При достижении бетоном достаточной прочности напрягаемая арматура освобождается от упоров и сокращаясь обжимает бетон и ненапрягаемую арматуру.

Этап 5. С течением времени в результате осадки и ползучести бетона появляются вторые потери ПН и тогда напряжения в арматуре A_sp σ_sp –σ_sn1 –σ_sn2 –υσ_bp а в A_sp¹ σ_sp¹ –σ_sn1¹ –σ_sn2¹ –υσ_bp¹

Этап 6. После загружения элемента внешней нагрузкой возникает изгиб при этом растягивающее напряжение в A_sp увеличивается, а в бетоне растянутой зоны сжимающие напряжения снижаются и могут достигнуть «0», при дальнейшем нагружении наступает стадия Ia, образуются трещины, далее стадия II и III.

Билет 21. Расчет по образованию трещин, нормальных к продольной оси элемента.

Трещиностойкость сечения будет обеспечена если M_r ≤ M_crc

M_r – момент внешних сил расположенных по одну сторону от сечения относительно оси б параллельной н.о. и проходящей через ядровую точку наиболее удаленную от растянутой зоны трещиностойкость которой проверяется.

Р – равнодействующая внутренних усилий во всех видах арматуры. Р = σ_sp · A_sp + σ_sp¹ · A_sp¹ - σ_s · A_s - σ_s¹ · A_s¹

r = φ_n · W_red/A_red – расстояние от ядровой точки наиболее удаленной от растянутой зоны до центра тяжести приведенного сечения 0,7 ≤ φ_n ≤1

M_crc = R_bt.ser·W_pl ± M_rp

M_rp = P(e_op ± r) – момент усилия Р относительно оси б

W_pl = γ · W – упругопластический момент сопротивления сечения по растянутой зоне

Билет 22. Расчет по образованию трещин, наклонных к продольной оси элемента.

Трещиностойкость наклонных сечений проверяют в наиболее опасных сечениях по длине пролета в зависимости от эпюр М и Q и в местах изменения высоты или ширины сечения.

Трещиностойкость на действие главных растягивающих напряжений σ_mt считается обеспеченной если главные сжимающие напряжения σ_mс ≤φ_b4· R_bt.ser то σ_mt ≤ R_bt.ser если σ_mс >φ_b4· R_bt.ser то σ_mt ≤ R_bt.ser / (1-γ _b4) · (1- σ_mс/ R_bt.ser)φ_b4 = 0,8 – α В но не более 0,5 σ_х =M/I_red ·y + σ_bp y – расстояние от рассматриваемого волокна до центра тяжести приведенного сеченияI_red – момент инерции приведенного сечения

σ_spω – напряжения в напрягаемых стержнях А_spωσ_spinc – напряжения в напрягаемых отгибах А_spincΘ – угол между отгибом и продольной осью в рассматриваемом сеченииτ_xy = Q · S_red / I_red · b – касательные напряжения в бетоне Q – поперечная сила

Билет 23. Ширина раскрытию трещин, нормальных к продольной оси элементов.

Ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, представляет собой разность удлинения арматуры и растянутого бетона на участке между трещиной длиной l_crca_crc = ε_sm l_crc – ε_btm l_crc где ε_sm – средняя деформация растянутой арматурыε_btm – средняя деформация растянутого бетона (мала)a_crc = ε_sm l_crc

Определяют ширину раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, на уровне оси растянутой арматуры

a_crc = ψ_s ε_s l_crcψ_s = ε_sm / ε_s ≤ 1 ε_s – деформация арматуры в сечении с трещинойэмпирически μ = A_s/bh₀

η – коэф. Зависящий от вида арматуры и ее профиля φ_l – коэф. Учитывающий длительность действия нагрузки

Билет 24. Ширин раскрытия трещин, наклонных к продольной оси элементов.

где σ_sω – напряжение в хомутахQ – действующая поперечная силаQ₁ – поперечная сила, воспринимаемая элементом без поперечной арматурыd_ω – диаметр поперечной арматурыμ_ω = А_ω/sb – коэф. Армирования хомутами или поперечными стержнями.η – коэф. Зависящий от вида арматуры и ее профиля .

Билет 25. Расчет ЖБК по закрытию трещин.

Для надежного закрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, должны соблюдаться требования:

σ_sp + σ_s ≤0,8 R_s,serσ_sp – предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь

σ_s – приращение растягивающего напряжения в арматуре от действия внешних нагрузок

Сечение с трещиной в растянутой зоне при постоянной и длительной нагрузках должно оставаться обжатым с нормальными напряжениями на растягиваемой внешними силами нагрузками грани σ_b ≥ 0,5МПа

Сжимающее напряжение σ_b определяют для упругого приведенного сечения от действия внешних нагрузок и усилия предварительного обжатия РДля надежного закрытия трещин, наклонных к продольной оси элемента, оба главных напряжения σ_mс = σ_mt на уровне центра тяжести приведенного сечения должны быть сжимающими и по значению σ_b ≥ 0,5МПа