Лекции 01-16

4

Рис. 1.2.7.Способы создания предварительного натяжения; а-

натяжение арматуры на упоры (принципиальная схема); б- готовый элемент; в- натяжение арматуры на упоры при непрерывном армировании; г- натяжение арматуры на бетон (принципиальная схема);д - готовый элемент; 1- форма; 2- арматура; 3- упор; 4- домкрат; 5-затвердевший бетон; 6- подпор; 7- штыри поддона, 8- трубки; 9- зажим; 10= канал; 11анкер; 12заинъекцированный канал.

В предварительно наряженной балке под нагрузкой (рис. 1.2.6, а) бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила Fcrc, вызывающая образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие, превышает нагрузку, действующую при эксплуатации Fser. С увеличением нагрузки на балку до предельного разрушающего значения Fu напряжения в арматуре и бетоне достигают предельных значений. В аналогичной балке без предварительного напряжения (рис. 1.2.6,б} нагрузка Fcrc<Fser, но разрушающая нагрузка Fu для обеих балок близка по значению, поскольку предельные напряжения в арматуре и бетоне этих балок одинаковы.

Таким образом, железобетонные предварительно напряженные элементы работают под нагрузкой без трещин или с ограниченным по ширине их раскрытием Fser<Fcrc<Fu, а конструкции без предварительного напряжения— при наличии трещин (Fcrc<Fser<Fu) и при больших значениях прогибов (рис. 1.2.6, в). В этом различие конструкций предварительно напряженных и без предварительного

5

напряжения с вытекающими отсюда особенностями их расчета, конструирования и изготовления.

В производстве предварительно напряженных элементов возможны два способа создания предварительного напряжения: натяжение арматуры на упор и натяжение ее на бетон. При натяжении на упор арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец ее закрепляют в упоре, другой — натягивают домкратом или другим приспособлением до заданного контролируемого напряжения (рис. 1.2.7, а). После приобретения бетоном необходимой кубиковой прочности перед обжатием Rbp арматуру отпускают с упоров. Арматура при восстановлении упругих деформаций в условиях сцепления с бетоном обжимает окружающий бетон (рис. 1.2.7,б). При так называемом непрерывном армировании форму укладывают на поддон, снабженный штырями, арматурную проволоку специальной навивочной машиной с заданным усилием навивают на трубки, надетые на штыри поддона, и конец ее закрепляют плашечным зажимом (рис. 1.2.7, в). После того как бетон наберет необходимую прочность, изделие с трубками снимают со штырей поддона, при этом арматура обжимает бетон.

Стержневую арматуру можно натягивать на упоры электротермическим способом. Стержни с высаженными головками разогревают электрическим током до 300... 350 °С, заводят в форму и закрепляют концами в упорах форм. При восстановлении начальной длины в процессе остывания арматура натягивается на упоры. Арматуру можно натягивать также электротермомеханическим способом.

При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или слабоармированный элемент (рис. 1.2.7, г), затем при достижении бетоном прочности Rbp создают в нем предварительное сжимающее напряжение. Напрягаемую арматуру заводят в каналы или в пазы, оставляемые при бетонировании элемента, и натягивают на бетон (рис. 1.2.7, д). При этом способе напряжения в арматуре контролируют после окончания обжатия бетона. Каналы в бетоне, превышающие диаметр арматуры на 5...15 мм, создают укладкой извлекаемых впоследствии пустообразователей (стальных спиралей, резиновых трубок и т. п.) - или оставляемых в бетоне гофрированных стальных трубок и др. Сцепление арматуры с бетоном создается после обжатия инъецированием — нагнетанием в каналы цементного теста или раствора под давлением через заложенные при изготовлении элемента тройники — отводы. Если напрягаемую арматуру располагают с внешней стороны элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров и т. п.), то навивку ее с од новременным обжатием бетона выполняют специальными навивочными машинами. В этом случае на поверхность элемента после натяжения арматуры наносят торкретированием (под давлением) защитный слой бетона.

Натяжение на упоры как более индустриальное является основным способом в заводском производстве. Натяжение на бетон применяется главным образом для крупноразмерных конструкций и при соединении их на монтаже.

6

1.2.11. Предварительные напряжения в арматуре и бетоне

Предварительные напряжения арматуры σsp принимают не более: - для арматуры классов А540, А600, А800, А1000 - 0,9Rs,n;

- для арматуры классов Вр1200 - Вр1500, К1400, К1500 - 0,8Rs,n.

Кроме того, для любых классов арматуры значение σsp принимают не менее 0,3Rs,n.

При расчете предварительно напряженных конструкций следует учитывать снижение предварительных напряжений вследствие потерь предварительного напряжения - до передачи усилий натяжения на бетон (первые потери) и после передачи усилия на бетон (вторые потери).

Первые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации предварительных напряжений в арматуре, потери от температурного перепада при термической обработке конструкций, потери от деформации анкеров и деформации формы.

Вторые потери предварительного напряжения включают потери от усадки и ползучести бетона.

1.Потери от релаксации напряжений арматуры определяют по формулам: - для арматуры классов А600, А800 и А1000 при способе натяжения: -механическом

Для арматуры классов Вр1200 - Вр1500, К1400, К1500 при способе натяжения:

-механическом

Здесь σsp принимается без потерь в МПа.

При отрицательных значениях σsp, их следует принимать равными нулю. При наличии более точных данных о релаксации напряжений арматуры допускается принимать иные значения потерь от релаксации.

2.Потери от температурного перепада t, определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения, °С, принимаются равными:

σsp2 =1,25Δt (МПа) (2.26)(пос. фор.2.3.)

При отсутствии точных данных допускается принимать t = 65°.

7

При наличии более точных данных о температурной обработке конструкций допускается принимать иные значения потерь от температурного перепада.

3.Потери от деформации стальной формы (упоров) при неодновременном натяжении арматуры на форму определяются по формуле

где n - число стержней (групп стержней), натягиваемых не одновременно; l - сближение упоров по линии действия усилия Р, определяемое из расчета деформации формы; l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных о конструкции формы и технологии изготовления

где l - обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров; l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных допускается принимать l = 2 мм.

При электротермическом способе натяжения потери от деформации анкеров не учитываются, так как они должны быть учтены при определении значений полного удлинения арматуры.

5.Потери от усадки бетона определяют по формуле:

где εb,sh - деформация усадки бетона, принимаемая равной: 0,0002 - для бетона классов В35 и ниже; 0,00025 - для бетона класса В40; 0,0003 - для бетона классов В45 и выше.

Допускается потери от усадки определять более точными методами. 6.Потери напряжений в рассматриваемой напрягаемой арматуре (S или S')

от ползучести бетона определяют по формуле

где φb,сr - коэффициент ползучести бетона, определяемый согласно (пос. табл.2.6); α - коэффициент приведения арматуры к бетону, равныйα = E s/Eb; μsp- коэффициент армирования, равный Аspj /А, где А и А spj -площади поперечного сечения соответственно элемента и рассматриваемой напрягаемой арматуры (Asp

8

или A'sp); σbp - напряжение в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой напрягаемой арматуры, определяемое как для упругих материалов по приведенному сечению согласно формуле

-P(1) - усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь, равное:

здесь Δσsp(1) - сумма первых потерь напряжения;

e0p1 - эксцентриситет усилия P(1) относительно центра тяжести приведенного сечения элемента, равный

Рис. 1.2.8.Схема усилий предварительного напряжения арматуры в поперечном сечении железобетонного элемента.

ys - расстояние между центрами тяжести рассматриваемой напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента (т.е. ysp или y'sp ); М- изгибающий момент от собственного веса элемента, действующий в стадии обжатия в рассматриваемом сечении; Ared и Ired - площадь приведенного сечения и ее момент инерции относительно центра тяжести приведенного сечения, определяемые согласно (фор. 2.34, 2.36)

В формуле (2.31) сжимающие напряжения учитываются со знаком "плюс",

арастягивающие - со знаком "минус". Тот же знак принимается и в формуле (2.30). Если σ bp < 0,0, то потери от ползучести и усадки бетона принимаются

равными нулю.

9

Если передаточная прочность бетона Rbp меньше 70% класса бетона В, то при определении Δσbp6 значения φb,сr и Eb принимаются по ( пос.табл.2.6) и 2.28 при

B=Rbp.

Приведенное сечение включает в себя площадь сечения бетона и площадь сечения всей продольной арматуры (напрягаемой и ненапрягаемой) с коэффициентом приведения арматуры к бетону a=Es/Eb.

Геометрические характеристики приведенного сечения определяются по формулам:

-площадь приведенного сечения

-расстояние от центра тяжести приведенного сечения до растянутой в стадии эксплуатации грани

где S-статический момент сечения бетона относительно растянутой грани; -момент инерции приведенного сечения относительно его центра тяжести

где ysp = y - ар; y'sp = h - a'p – у; ys = y - as; y's = h - a's - у (см. рис. 1.2.8.).

Допускается не уменьшать площадь всего сечения элемента А за счет площади сечения всей арматурыΣA s, еслиΣA s < 0,03А. В противном случае в формулах (2.34)-(2.36) вместо а используется a-1.

Предварительные напряжения в бетонеσ bp при передаче усилия предварительного обжатия P(1) не должны превышать:

-если напряжения уменьшаются или не изменяются при действии внешних нагрузок - 0,9Rbp ;

-если напряжения увеличиваются при действии внешних нагрузок - 0,7Rbp. Напряжение в бетонеσ bp определяется по формуле ( 2.31), при этом за значение ys принимается расстояние от центра тяжести приведенного сечения до наиболее сжатой грани в стадии обжатия (т.е. значение у, см. формулу 2.35), а значение момента М определяется для сечения, где разгружающее влияние этого момента минимально (например, в сечении, проходящем через конец зоны

передачи предварительного напряжения длиной lp).

Длину зоны передачи предварительного напряжения на бетон для арматуры без дополнительных анкерующих устройств определяют по формуле

10

И принимают не менее 10ds и 200 мм, а для арматурных канатов не менее

300 мм.

В формуле (3.37): σsp - предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом первых потерь; Rbond - сопротивление сцепления напрягаемой арматуры с бетоном, равное:

здесь Rbt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, отвечающее передаточной прочности бетона Rbp; η - коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры, принимаемый равным: 1,7 - холоднодеформированной арматуры класса Вр диаметром 3 мм и арматурных канатов класса К диаметром 6 мм; 1,8 - для холоднодеформированной арматуры класса Вр диаметром 4 мм и более; 2,2 - для арматурных канатов класса К диаметром 9 мм и более; 2,5 - для горячекатаной и термомеханически упроченной арматуры класса А.

Для сечений элемента, пересекающих зону передачи предварительного напряжения, значение σsp следует умножать на коэффициент:

где lx - расстояние от начала зоны передачи напряжений в торце элемента до рассматриваемого сечения. При мгновенной передачи усилия обжатия на бетон для арматуры класса А значение lp увеличивается в 1,25 раза. При диаметре стержней более 18 мм мгновенная передача усилий не допускается. Начало зоны передачи напряжений при мгновенной передачи усилий обжатия на бетон для арматуры классов Вр и К принимается на расстоянии 0,25lp от торца элемента.

Усилие предварительного обжатия бетона с учетом полных потерь напряжений Р и эксцентриситет его приложения е0р относительно центра тяжести приведенного сечения определяются по формулам:

1

Лекция №5.

1.3.1. Общие сведения об изгибающих ж.б. элемента

Наиболее распространенные изгибаемые ж/б элементы – это балки и

-также унифицируется.

Унифицированные размеры ширины балок: 12,15, 20, 22 см, далее кратно 5 см.

Плита – это плоский элемент , толщина которого значительно меньше длины и ширины.

Из плит и балок образуются многие ж.б.к.

-Плоские перекрытия и покрытия

-Сборные ж/б перекрытия

-Монолитные ж/б перекрытия

-Сборно-монолитные ж/б перекрытия

Принципы армирования.

Стержни рабочей арматуры принимают диаметром 3...10мм, располагают их на расстоянии (с шагом) 100...200 мм одна от другого. Защитный слой бетона для рабочей арматуры принимают не менее 10 мм, в особо толстых плитах (толще 100 мм) - не менее 15 мм.

Поперечные стержни сеток_ (распределительную арматуру) устанавливают для обеспечения проектного положения рабочих стержней, уменьшения усадочных и температурных деформаций конструкции, распределения местного воздействия сосредоточенных нагрузок на большую площадь. Общее сечение поперечных стержней принимают не менее 10% сечения рабочей арматуры, размещенной в месте наибольшего изгибающего момента; располагают их с шагом 250...300 мм, но не реже чем через 350 мм.

Армирование плит отдельными стержнями с вязкой их в сетки вручную с помощью вязальной проволоки при меняют в отдельных случаях

2

(плиты сложной конфигурации в плане или с большим числом отверстий и т. д.), когда стандартные сварные сетки не могут быть использованы.

Рис.1.3.1.Схемы перекрытий из железобетонных элементов: а-

сборное; б - монолитное; 1 - плиты; 2 – балки.

Рис.1.3.2. Однопролетная (а) и многопролетная (б) плиты при действии равномерно распределенной нагрузки: 1 - стержни рабочей арматуры; 2 - стержни распределительной арматуры.

Рис.1.3.3.Поперечное сечение балок и схемы армирования: а-

прямоугольное; б- тавровое; в- двутавровое; г- трапециевидное: 1- продольные стержни; 2- поперечная арматура.

Продольную рабочую арматуру в балках (как и в плитах) укладывают согласно эпюрам изгибающих моментов в растянутых зонах, где она должна воспринимать продольные растягивающие усилия, возникающие при изгибе конструкции под действием нагрузок. Для экономии стали часть продольных