Определяне на напреженията в предварително напрегнати конструкции
Предварително напрегнати елементи– стоманобетонни елементи, в които преди прилагането на натоварването, по време на производството им, изкуствено се създава състояние на вътрешно напрежение (самонапрежение), което се състои в значително компресиране на бетона чрез разтягане на армировката.
Предварителното напрежение се използва за намаляване на потреблението на стомана (използване на армировка с висока якост):
повишаване на твърдостта и намаляване на деформациите;
компресионни съединения на сглобяеми конструкции;
увеличаване на издръжливостта на конструкции, работещи под въздействието на многократно повтарящи се натоварвания;
намаляване на консумацията на бетон и, следователно, намаляване на масата на конструкциите.
Спомнете си, че предварителното напрежение се създава чрез опъване на армировката върху ограничителите и върху втвърдения бетон. Опъването на армировката върху ограничителите се извършва по 3 начина:
Опъването на бетона се извършва помеханиченметод.
При опъване на ограничителите се използват прътова армировка, високоякостна тел и армировъчни въжета; при опъване върху бетон - предимно високоякостна тел и армировъчни въжета. Арматурни въжета и телове с малък диаметър могат да бъдат изтеглени върху ограничители на формата или бетон чрез непрекъснато навиване.
Опънът на ограничителите се използва фабрично. Напрежението върху бетон е по-трудоемко. Следователно, по-рано този тип напрежение се използва рядко, само в случаите, когато се произвеждат монолитни конструкции или големи уникални конструкции, главно в транспортното строителство. В момента напрежението върху бетона е широко разпространено. Има опит в прилагането на опън на арматура към бетон.
В допълнение към трите метода на опъване на армировката, физико-механичният метод на опън също е разпространен, т.е. самострес, който използвасвойство на бетони, направени с разширяващ се цимент. Тъй като бетонът се разширява по време на процеса на втвърдяване, армировката се удължава и по този начин създава предварително напрежение. Този метод е технологично лесен за използване.
Има оригинални решения за използване на предварително напрегнати конструкции.
В Италия се произвеждат полузатворени обемни блокове, използвани за изграждане на жилищни сгради. Блоковете се произвеждат в два вида: екстремни и средни. Дебелината на вертикалните стени на блоковете е 7 см, долната плоча е 12 см, а горната плоча е 8 см. Отличителна черта на това решение е сглобяването на апартаменти изцяло от фабрично произведени блокове. Апартаментите могат да бъдат едностайни, двустайни и тристайни със санитарни възли. Стените и плочите на блоковете са армирани със заварени мрежи и отделни пръти. В дебелината на стените и плочите на блоковете е положена електроосветителна и ВиК инсталация. Произведените блокове по време на предварителния монтаж се залепват по ръбовете на стената и плочите с епоксидна смола, след което се затягат с помощта на кабелна армировка, минаваща през предвидените канали в двата долни и двата горни ъгъла на всеки блок и се опъват върху бетона. Якостта на бетона в блокове на 28-дневна възраст е 22 MPa, което съответства на B 40. Циментовият разтвор се инжектира в каналите след фиксиране на опънатата армировка. Такава сграда има повишена сеизмична устойчивост, въпреки липсата на заварени вградени части.
Използването на армировка за предварително напрягане с напрежение върху бетон позволява да се намалят деформациите и да се елиминира появата на пукнатини, да се максимизира използването на якостните свойства на стоманите с висока якост, да се увеличи разстоянието между колоните, т.е. обхват на плочи и увеличаване на натоварването на подовете.
Като оригинално решение за използване на напрегната армировка в монолитно строителство може да бъдеподово решение с ивично разположение на напрегнатата армировка по линиите на колоните. Обикновено напрегнатата армировка в плочите е разположена равномерно (с определена стъпка) под формата на снопове или въжета по ширината на плочите. Плочите, разположени между лентите от предварително напрегната армировка, са армирани с конвенционална ненапрегната армировка под формата на заварени мрежи, разположени в долната зона на плочите. В надколонните зони и в зоните на лентовата напрегната армировка ненапрегнатата армировка се поставя в горната зона перпендикулярно на предварително напрегнатата. Криволинейната форма на напрегнатата армировка над колоната е взета така, че резултантната на силите от армировката, слизаща надолу, да е насочена точно срещу действието на реактивните сили в колоната, което може да причини образуването на конус за щанцоване в плочата.
При проектирането на такива безгредови плочи се вземат предвид две основни гранични състояния: разрушаване от действието на огъващи моменти по нормални сечения и разрушаване от пробиване на плоча върху колона. Проверката на якостта на секциите от действието на момента се извършва отделно за секциите, където не съществува. Данните от теста показаха, че при плочите никога не настъпва разрушаване от раздробяване на бетон в компресираната зона, т.е. доказване на законността на факта, че голяма ширина на плочата участва в работата в компресираната зона.
Вертикалната съставка от разположената над колоната напрегната армировка е правопропорционална на издигането на армировката над колоната спрямо нейното ниво в средата на разстоянието на плочите. Силите се определят, като се вземе предвид загубата на предварително напрежение поради триене в каналите от огъване на армировката, свиване и пълзене на бетона.
Под действието на експлоатационните натоварвания върху припокриването се подлагат на проверка само устойчивостта на пукнатини на бетона и ширината на отворапукнатини. В същото време зоните, където има предварително напрегната армировка, и зоните, където няма, се разглеждат отделно. Процентът на армировка на армировката за предварително напрягане в средата на обхвата на плочата, равен на 0,1%, е най-оптималният по отношение на изискванията за устойчивост на пукнатини и коравина.
Възможно е също така да се използва предварително напрегната въжена армировка за монолитни подове, като 50% от общото количество армировка е разположено в надколонните ленти, а останалата част е равномерно разпределена по участъка. Въжетата, вървящи взаимно перпендикулярно, се разполагат в две равнини по височината на сечението, но е възможно и пресичане на четири нива с висока наситеност на армировката. За да се осигури проектното разположение на въжетата по височината на сечението и да им се придаде криволинейна форма в областта над колоните, се използват опори, заварени от прътова армировка.
При изчисляване на предварително напрегнати елементи в изчислителните формули се въвеждат предварително напрегнатите напрежения на предварително напрегнатата армировка
Стойностите на предварителното напрежение се вземат, като се вземат предвид механичните свойства на армировъчната стомана, като същевременно те не трябва да бъдат по-високи от стойностите, добре дефинирани от стандартите, т.к. появата на пластични деформации е придружена от необратими загуби на напрежение, съответстващи на остатъчните деформации на армировката.
Стойностипредварително напрегнатата армировка
където
При механичния метод за опъване на армировката
където
Максималното предварително напрягане на армировката е ограничено поради риска от счупване при опън или развитие на неприемливи нееластични деформации. Минималните напрежения се вземат от условието за осигуряване на проектното положение на опънатата армировка и ограничаване на прекомерното отваряне на пукнатини в бетона (в случай на тяхното образуване).
При проектирането на предварително напрегнати елементи трябва да се вземе предвид загубата на армировка при предварително напрягане.