Дополнительные требования к проектированию предварительно напряженных конструкций

1.23.Предварительные напряженияs_sp, а также_sp, соответственно в напрягаемой арматуреSиS¢следует назначать с учетом допустимых отклоненийpзначения предварительного напряжения таким образом, чтобы для стержневой и проволочной арматуры выполнялись условия:

_{0836S10-02422}

(1)

Значение рпри механическом способе натяжения арматуры принимается равным 0,05_sp, а при электротермическом и электротермомеханическом способах определяется по формуле

(2)

где p- в МПа;

l-    длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров), м.

При автоматизированном натяжении арматуры значение числителя 360 в формуле (2) заменяется на 90.

1.24.Значения напряжений_con1иs_con1соответственно в напрягаемой арматуреSиS¢, контролируемые по окончании натяжения на упоры, принимаются равнымиs_spи¢_sp(см.п. 1.23) за вычетом потерь от деформации анкеров и трения арматуры (см.п. 1.25).

Значения напряжений в напрягаемой арматуре SиS¢, контролируемые в месте приложения натяжного усилия при натяжении арматуры на затвердевший бетон, принимаются равными соответственно_con2иs_con2, определяемым из условия обеспечения в расчетном сечении напряжений_spиs_spпо формулам:

_{0836S10-02422}

(3)

_{0836S10-02422}

(4)

В формулах (3) и(4):

s_sp,s_sp- определяются без учета потерь предварительного напряжения;

Таблица 3

Категория требований к трещиностойкости железобетонных конструкций	Нагрузки и коэффициенты надежности по нагрузке gf, принимаемые при расчете
	по образованию трещин	по раскрытию трещин		по закрытию трещин
		непродолжительному	продолжительному
1	Постоянные, длительные и кратковременные при f1,0*	-	-	-
2	Постоянные, длительные и кратковременные при f> 1,0* (расчет производится для выяснения необходимости проверки по непродолжительному раскрытию трещин и по их закрытию)	Постоянные, длительные и кратковременные при f = 1,0	-	Постоянные и длительные при f = 1,0
3	Постоянные, длительные и кратковременные при f= 1,0 (расчет производится для выяснения необходимости проверки по раскрытию трещин)	То же	Постоянные и длительные при f = 1,0	-

____________

* Коэффициент _fпринимается как при расчете по прочности.

Примечания: 1. Длительные и кратковременные нагрузки принимаются с учетом указанийп. 1.12*.

2. Особые нагрузки учитываются в расчете по образованию трещин в тех случаях, когда наличие трещин приводит к катастрофическому положению (взрыву, пожару и т. п.).

Р,е_0р- определяются поформулам (8) и(9)при значенияхs_spи¢_spс учетом первых потерь предварительного напряжения;

y_sp,y_sp- обозначения те же, что вп. 1.28;

a = E_s/E_b.

Напряжения в арматуре самонапряженных конструкций рассчитываются из условия равновесия с напряжениями (самонапряжением) в бетоне.

Самонапряжение бетона в конструкции определяется исходя из марки бетона по самонапряжению S_pс учетом коэффициента армирования, расположения арматуры в бетоне (одно-, двух- и трехосное армирование), а также в необходимых случаях - потерь от усадки и ползучести бетона при загружении конструкции.

Примечание. В конструкциях их легкого бетона классов В7,5-В12,5 значенияs_con1и_con2должны превышать соответственно 400 и 550 МПа.

1.25.При расчете предварительно напряженных элементов следует учитывать потери предварительного напряжения арматуры.

При натяжении арматуры на упорыследует учитывать:

а) первые потери - от деформации анкеров, трения арматуры об огибающие приспособления, от релаксации напряжений в арматуре, температурного перепада, деформации форм (при натяжении арматуры на формы), от быстронатекающей ползучести бетона;

б) вторые потери - от усадки и ползучести бетона.

При натяжении арматуры на бетонследует учитывать:

в) первые потери - от деформации анкеров, трения арматуры о стенки каналов или поверхность бетона конструкции;

г) вторые потери - от релаксации напряжений в арматуре, усадки и ползучести бетона, смятия бетона под витками арматуры, деформации стыков между блоками (для конструкций, состоящих из блоков).

Потери предварительного напряжения арматуры следует определять по табл. 5, при этом суммарную величину потерь при проектировании конструкций необходимо принимать не менее 100 МПа.

При расчете самонапряженных элементов учитываются только потери предварительного напряжения от усадки и ползучести бетона в зависимости от марки бетона по самонапряжению и влажности среды. Для самонапряженных конструкций, эксплуатируемых в условиях избытка влаги, потери от усадки не учитываются.

1.26.При определении потерь предварительного напряжения от усадки и ползучести бетона попоз. 8и9табл. 5необходимо учитывать следующие указания:

а) при заранее известном сроке загружения конструкции потери следует умножать на коэффициент j_l, определяемый по формуле

(5)

где t- время, сут, отсчитываемое при определении потерь от ползучести со дня обжатия бетона, от усадки - со дня окончания бетонирования;

Таблица5

Факторы, вызывающие потери предварительного напряжения арматуры	Значения потерь предварительного напряжения, МПа, при натяжении арматуры
	на упоры		на бетон
А. Первые потери
1. Релаксация напряжений арматуры:
при механическом способе натяжения арматуры:
а) проволочной			-
б) стержневой	0,1sp- 20		-
при электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения арматуры:
а) проволочной	0,05sp		-
б) стержневой	0,03sp Здесь sspпринимается без учета потерь, МПа. Если вычисленные значения потерь окажутся отрицательными, их следует принимать равными нулю		-
2. Температурный перепад (разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилие натяжения при прогреве бетона)	Для бетона классов В15-В40 1,25t		-
	Для бетона класса В45 и выше 1,0t, где Dt- разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров (вне зоны нагрева), воспринимающих усилие натяжения,С. При отсутствии точных данных принимаетсяt= 65С. При подтягивании напрягаемой арматуры в процессе термообработки на величину, компенсирующую потери от температурного перепада, последние принимаются равными нулю		-
3. Деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств	где l- обжатие опрессованных шайб, смятие высаженных головок и т. п., принимаемое равным 2 мм; смещение стержней в инвентарных зажимах, определяемое по формуле d- диаметр стержня, мм; l- длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров формы или стенда), мм. При электротермическом способе натяжения потери от деформаций анкеров в расчете не учитываются, так как они учтены при определении значения полного удлинения арматуры		где l1- обжатие шайб или прокладок, расположенных между анкерами и бетоном элемента, принимаемое равным 1 мм; l2- деформация анкеров стаканного типа, колодок с пробками, анкерных гаек и захватов, принимаемая равной 1 мм; l - длина натягиваемого стержня (элемента), мм
4. Трение арматуры:
а) о стенки каналов или о поверхность бетона конструкций	-		где е- основание натуральных логарифмов; , - коэффициенты, определяемые потабл. 6; c-длина участка от натяжного устройства до расчетного сечения, м; q- суммарный угол поворота оси арматуры, рад; sp- принимается без учета потерь
б) об огибающие приспособления	где е- основание натуральных логарифмов;  - коэффициент, принимаемый равным 0,25; q-суммарный угол поворота оси арматуры, рад; sp- принимается без учета потерь		-
5. Деформация стальной формы при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций	где - коэффициент, определяемый по формулам: при натяжении арматуры домкратом при натяжении арматуры намоточной машиной электротермомеханическим способом (50 % усилия создается грузом) n- число групп стержней, натягиваемых неодновременно; l-сближение упоров по линии действия усилияР,определяемое из расчета деформации формы; l- расстояние между наружными гранями упоров. При отсутствии данных о технологии изготовления и конструкции формы потери от ее деформации принимаются равными 30 МПа. При электротермическом способе натяжения потери от деформации формы в расчете не учитываются, так как они учтены при определении полного удлинения арматуры		-
6. Быстронатекающая ползучесть для бетона:
а) естественного твердения	0836S10-02422 где aи- коэффициенты, принимаемые:  = 0,25 + 0,025Rbp, но не более 0,8;  = 5,25 - 0,185Rbp, но не более 2,5 и не менее 1,1; bp- определяются на уровне центров тяжести продольной арматурыSиSс учетом потерь попоз. 1-5настоящей таблицы. Для легкого бетона при передаточной прочности 11 МПа и ниже вместо множителя 40 принимается множитель 60		-
б) подвергнутого тепловой обработке	Потери вычисляются по формулам поз. 6анастоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 0,85		-
Б. Вторые потери
7. Релаксация напряжений арматуры:
а) проволочной	-
б) стержневой	-		(см. пояснения к поз. 1настоящей таблицы)
8. Усадка бетона (см.п. 1.26):	Бетон естественного твердения	Бетон, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении	Независимо от условий твердения бетона
тяжелого классов:
а) В35 и ниже	40	35	30
б) В40	50	40	35
в) В45 и выше	60	50	40
мелкозернистого групп:
г) А	Потери определяются по поз. 8а,бнастоящей таблицы с умножением на коэффициент, равный 1,3		40
д) Б	Потери определяются по поз. 8анастоящей таблицы с умножением на коэффициент, равный 1,5		50
е) В	Потери определяются по поз. 8а-внастоящей таблицы как для тяжелого бетона естественного твердения		40
легкого при мелком заполнителе:
ж) плотном	50	45	40
з) пористом	70	60	50
9. Ползучесть бетона (см.п. 1.26):
а) тяжелого и легкого при плотном мелком заполнителе	0836S10-02422 0836S10-02422 где ssp- то же, что впоз. 6, но с учетом потерь попоз. 1-6настоящей таблицы;  - коэффициент, принимаемый равным для бетона: естественного твердения - 1,00; подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении - 0,85
б) мелкозернистого групп:
А	Потери вычисляются по формулам поз. 9анастоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 1,3
Б	Потери вычисляются по формулам поз. 9анастоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 1,5
В	Потери вычисляются по формулам поз. 9анастоящей таблицы при= 0,85
в) легкого при пористом мелком заполнителе	Потери вычисляются по формулам поз. 9анастоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 1,2
10. Смятие бетона под витками спиральной или кольцевой арматуры (при диаметре конструкции до 3 м)	-		где dext- наружный диаметр конструкции, см
11. Деформация обжатия стыков между блоками (для конструкций, состоящих из блоков)	-		где n- число швов конструкции и оснастки по длине натягиваемой арматуры; l- обжатие стыка, принимаемое равным для стыков, заполненных бетоном, - 0,3 мм; при стыковании насухо - 0,5 мм; l- длина натягиваемой арматуры, мм

Примечания: 1. Потери предварительного напряжения в напрягаемой арматуреS¢определяются так же, как в арматуреS.

2. Для самонапряженных конструкций потери от усадки и ползучести бетона определяются по опытным данным.

Таблица6

Канал или поверхность	Коэффициенты для определения потерь от трения арматуры (см. поз. 4табл. 5)
		 при арматуре в виде
		пучков, канатов	стержней периодического профиля
1. Канал:
с металлической поверхностью	0,0030	0,35	0,40
с бетонной поверхностью, образованный жестким каналообразователем	0	0,55	0,65
то же, гибким каналообразователем	0,0015	0,55	0,65
2. Бетонная поверхность	0	0,55	0,65

б) для конструкций, предназначенных для эксплуатации при влажности воздуха ниже 40 %, потери должны быть увеличены на 25 %, за исключением конструкций из тяжелого и мелкозернистого бетонов, предназначенных для эксплуатации в климатическом подрайоне IVА согласно СНиП 2.01.01-82и не защищенных от солнечной радиации, для которых указанные потери увеличиваются на 50 %;

в) допускается использовать более точные методы для определения потерь, обоснованные в установленном порядке, если известны сорт цемента, состав бетона, условия изготовления и эксплуатации конструкции и т. п.

1.27.Значение предварительного напряжения в арматуре вводится в расчет с коэффициентом точности натяжения арматурыg_sp, определяемым по формуле

(6)

Знак «плюс» принимается при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения (т. е. на данной стадии работы конструкции или на рассматриваемом участке элемента предварительное напряжение снижает несущую способность, способствует образованию трещин и т. п.), знак «минус» - при благоприятном.

Значения D_spпри механическом способе натяжения арматуры принимаются равными 0,1, а при электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения определяются по формуле

_{0836S10-02422}

(7)

но принимаются не менее 0,1;

здесь р,s_sp- см.п. 1.23;

п_р- число стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента.

При определении потерь предварительного напряжения арматуры, а также при расчете по раскрытию трещин и по деформациям значение g_spдопускается принимать равным нулю.

1.28.Напряжения в бетоне и арматуре, а также усилия предварительного обжатия бетона, вводимые в расчет предварительно напряженных конструкций, определяются с учетом следующих указаний.

Напряжения в сечениях, нормальных к продольной оси элемента, определяются по правилам расчета упругих материалов. При этом принимают приведенное сечение, включающее сечение бетона с учетом ослабления его каналами, лазами и т. п., а также сечение всей продольной (напрягаемой и ненапрягаемой) арматуры, умноженное на отношение aмодулей упругости арматуры и бетона. Если части бетонного сечения выполнены из бетонов разных классов или видов, их приводят к одному классу или виду, исходя из отношения модулей упругости бетона.

Усилие предварительного обжатия Ри эксцентриситет его приложенияе_0ротносительно центра тяжести приведенного сечения (черт. 1) определяются по формулам:

_{0836S10-02422}

(8)

_{0836S10-02422}

(9)

где s_s,s_s-                напряжения в ненапрягаемой арматуре соответственноSиS¢, вызванные усадкой и ползучестью бетона;

y_sp,y_sp,y_s,y_s- расстояния от центра тяжести приведенного сечения до точек приложения равнодействующих усилий соответственно в напрягаемой и ненапрягаемой арматуреSиS¢(см.черт. 1).

0836S10-02422

Черт. 1. Схема усилий предварительного напряжения в арматуре в поперечном сечении железобетонного элемента

При криволинейной напрягаемой арматуре значения s_spиs¢_spумножают соответственно на cosqи cos, гдеи- углы наклона оси арматуры к продольной оси элемента (для рассматриваемого сечения).

Напряжения _spи_spпринимают:

а) в стадии обжатия бетона - с учетом первых потерь;

б) в стадии эксплуатации элемента - с учетом первых и вторых потерь.

Напряжения _sи_sпринимают численно равными:

в стадии обжатия бетона - потерям напряжений от быстронатекающей ползучести по поз. 6табл. 5;

в стадии эксплуатации элемента - сумме потерь напряжений от усадки и ползучести бетона по поз. 6,8и9табл. 5.

1.29.Сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия_bpне должны превышать значений (в долях от передаточной прочности бетонаR_bp), указанных втабл. 7.

Таблица7

Напряженное состояние сечения	Способ натяжения арматуры	Сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия в долях от передаточной прочности бетона bp/Rbp, не более
		при расчетной зимней температуре наружного воздуха, °С
		минус 40 и выше		ниже минус 40
		при обжатии
		центральном	внецентренном	центральном	внецентренном
1. Напряжения уменьшаются или не изменяются при действии внешних нагрузок	На упоры	0,85	0,95*	0,70	0,85
	На бетон	0,70	0,85	0,60	0,70
2. Напряжения увеличиваются при действии внешних нагрузок	На упоры	0,65	0,70	0,50	0,60
	На бетон	0,60	0,65	0,45	0,50

_____________

* Для элементов, изготовляемых с постепенной передачей усилия обжатия, при наличии стальных опорных деталей и косвенной арматуры с объемным коэффициентом армирования _v0,5 % (см.п. 5.15) на длине не менее длины зоны передачи напряженийl_p(см.п. 2.29) допускается принимать значение_bp/R_bp= 1,00.

Примечания: 1. Значения_bp/R_bp, указанные в настоящей таблице, для батона в водонасыщенном состоянии при расчетной температуре воздуха ниже минус 40С следует принимать на 0,05 меньше.

2. Расчетные зимние температуры наружного воздуха принимаются согласно указаниям п. 1.8.

3. Для легкого бетона классов В7,5 - В12,5 значения _bp/R_bpследует принимать не более 0,30.

Напряжения _bpопределяются на уровне крайнего сжатого волокна батона с учетом потерь предварительного напряжения попоз. 1-6табл. 5и при коэффициенте точности натяжения арматурыg_sp, равном единице.

1.30.Для предварительно напряженных конструкций, в которых предусматривается регулирование напряжении обжатия бетона в процессе их эксплуатации (например, в реакторах, резервуарах, телевизионных башнях), напрягаемая арматура применяется без сцепления с бетоном, при этом необходимо предусматривать эффективные мероприятия по защите арматуры от коррозии. К предварительно напряженным конструкциям без сцепления арматуры с бетоном должны предъявляться требования 1-й категории трещиностойкости.