19. Физическая сущность потерь предварительного напряжения в арматуре. Первые и вторые потери.

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.

Первые и вторые потери. По СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» при натяжении арматуры на упоры следует учитывать:

первые потери - от релаксации ПН в арматуре (Δσ_sp1), температурного перепада при термической обработке конструкций (Δσ_sp2), деформации формы (упоров) (Δσ_sp3) и деформации анкеров (Δσ_sp4);

вторые потери - от усадки (Δσ_sp5) и ползучести бетона (Δσ_sp6).

При натяжении арматуры на бетон следует учитывать:

первые потери - от деформации анкеров (Δσ_sp4), трения арматуры о стенки каналов или поверхность конструкции (Δσ_sp7);

вторые потери - от релаксации предварительных напряжений в арматуре (Δσ_sp1), усадки (Δσ_sp5) и ползучести (Δσ_sp6) бетона.

Полные значения первых потерь предварительного напряжения арматуры определяют по формуле:

Усилие предварительного обжатия бетона с учетом первых потерь равно:

Полные значения первых и вторых потерь предварительного напряжения арматуры определяют по формуле:

Усилие в напрягаемой арматуре с учетом полных потерь равно:

19. Передаточная прочность бетона. Начальное предварительное напряжение в арматуре

R_bp - это кубиковая прочность бетона в момент обжатия, или передаточная прочность бетона. Ждать, когда бетон наберет 100 % проектной прочности, – расточительно. Поэтому назначают такую минимальную величину R_bp, которая обеспечила бы прочность и трещиностойкость изделия при обжатии, подъеме и перевозке, полагая, что до приложения эксплуатационных нагрузок бетон наберет проектную прочность.

Следует помнить, что чем ниже R_bp, тем больше потери от ползучести, тем меньше сила обжатия; чем выше R_bp, тем больше продолжительность термообработки, тем дороже конструкция.

Опыт показывает, что оптимальное значение R_bp = 0,7В.

Начальное предварительное напряжение. При высоких напряжениях в арматуре, близких к нормативному сопротивлению, в ней возникает опасность разрыва при натяжении (проволочная арматура) и опасность развития значительных остаточных деформаций (горячекатаная). На основании исследований, опыта изготовления и эксплуатации предварительно напряженных элементов значения предварительного напряжения _sp и _sp' в арматуре, расположенной соответственно в растянутой и сжатой зонах, от действия внешней нагрузки установлены нормали с учетом предельных отклонений так, чтобы для стержневой и проволочной арматуры выполнялись условия: _sp + р  R_sn ; _sp – р  0,3R_sn ,

где p=0.05_sp – при механическом способе натяжения, МПа;

30 + 360 / l, — при электротермическом и электротермомеханическом способе натяжения (l — длина натягиваемого стержня, принимаемая как расстояние между наружными гранями упоров, м). При натяжении арматуры электротермическим способом во избежание потери упрочнения температура нагрева не должна превышать 300...350 °С.

Начальное контролируемое напряжение в арматуре при натяжении на упоры с учетом потерь от деформации анкеров ₃ и трения об огибающие приспособления ₄ равно: _con=_sp- ₃ -₄; _con'=_sp'- ₃ '-₄';

Начальное контролируемое напряжение при натяжении на бетон (с учетом того, что часть усилия тратится на обжатие бетона): _con=_sp- α_bp; _con'=_sp'- α_bp'; где _bp, _bp' —напряжение в бетоне при обжатии (с учетом первых потерь).

Возможные производственные отклонения от заданного значения предварительного напряжения арматуры учитывают в расчетах коэффициентом точности натяжения арматуры: γ_sp=1±Δγ_sp; Δγ_sp=0.5*(p/γ_sp)*(1+1/√n_p)≥0.1, где Δγ_sp — предельное отклонение предварительного напряжения в арматуре; знак плюс принимают при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения, например в расчетах на прочность для арматуры, расположенной в зоне, сжатой при действии нагрузки, а также в расчетах для стадии изготовления и монтажа элемента; знак минус — при благоприятном; п_р — число напрягаемых стержней в сечении элемента.