11. Какая польза от преднапряжения железобетона? Влияет ли преднапряжение на прочность конструкции?

Преднапряженный железобетон - Это элемент (конструкция), в котором до приложения внешней нагрузки искусственно создают внутренние напряжения, чаще всего, противоположные по знаку тем напряжениям, которые будут возникать при действии внешней нагрузки.

Как создают преднапряжение? Создают, в основном, за счет предварительного напряжения рабочей арматуры двумя способами. 1-й способ: заранее бетонируют конструкцию, оставляют в ней каналы, в них пропускают арматуру (пучки из проволок, канаты, стержни); после набора бетоном необходимой прочности арматуру натягивают, а ее концы закрепляют на торцах конструкции. Одновременно с натяжением арматуры происходит сжатие (обжатие) бетона. Поскольку усилие натяжения Р передается на затвердевший бетон, способ называется “натяжением на бетон” (рис. 13,а).

2-й способ: вначале натягивают арматуру и закрепляют ее концы на упорах стенда или формы, затем бетонируют изделие, а после набора бетоном необходимой прочности отпускают с упоров арматуру. Упруго укорачиваясь, арматура обжимает бетон за счет сил сцепления. Этот способ называется “натяжением на упоры” (рис. 13,б).

Преднапряжение можно создать и с помощью напрягающего цемента НЦ, при твердении которого бетон не уменьшается, а увеличивается в объеме, удлиняя за собой и арматуру: в ней возникают растягивающие напряжения, а сама она воздействует на бетон в виде сжимающих сил. Этот способ пока имеет очень ограниченное применение.

Прочность бетона должна набрать не меньше 70%, тогда арматуру можно отпускать. До какого уровня можно натягивать арматуру? Предельный уровень равен нормативной прочности, наименьший уровень = 0,3 нормативной прочности.

Какая польза? Польза в повышении трещиностойкости и жесткости конструкций. Сравним, как ведут себя балки с обычной S и напрягаемой S_р арматурой (рис. 14). У первой балки (а) прогиб f начинается с нуля и растет по мере роста нагрузки F. У второй балки (б) до приложения нагрузки F от действия силы обжатия Р уже имеется выгиб (отрицательный прогиб) f_cp. Очевидно, что при одинаковом значении F прогиб второй балки будет меньше прогиба первой. Подобное же влияние оказывает преднапряжение и на трещиностойкость. Трещиностойкость преднапряженного элемента по сравнению с обычным больше на величину силы обжатия, поэтому только в преднапряженных конструкциях трещины могут закрываться. Кроме того, преднапряжение позволяет применять высокопрочные бетоны и арматуру, что дает снижение расхода материалов и собственной массы конструкции. В высотках пренапрягают сжимающие конструкции (колонны), чтобы была меняше чистота колебаний.

Влияет ли преднапряжение на прочность конструкции? Прямо, непосредственно – нет. После образования трещин вся растягивающая сила N воспринимается только арматурой. Ее несущая способность N_su = R_sA_s и определяет прочность элемента, независимо от того, был он преднапряженным или нет. Это означает, что при одном и том же напряжении арматура все равно порвется.