Предварительно напряженные железобетонные конструкции изготовление: Изготовление некоторых видов железобетонных изделий

Содержание

Преднапряженные конструкции в каркасном строительстве



Преднапряжение железобетона

Современные методы карксного строительства используют технологию предварительного напряжения железобетонных конструкций. Преднапряженные конструкции — железобетонные конструкции, напряжение в которых искусственно создаётся во время изготовления, путём натяжения части или всей рабочей арматуры (обжатия части, или всего бетона).

Обжатие бетона в преднапряженных конструкциях на заданную величину осуществляется посредством натяжения арматурных элементов, стремящихся после их фиксации и отпуска натяжных устройств возвратиться в первоначальное состояние. При этом, проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным естественным сцеплением, или без сцепления арматуры с бетоном – специальной искусственной анкеровкой торцов арматуры в бетоне.

Трещиностойкость преднапряженных конструкций в 2 – 3 раза больше трещиностойкости железобетонных конструкций без предварительного напряжения. Это обусловлено тем, что предварительное обжатие арматурой бетона, значительно превосходит предельную деформацию натяжения бетона.

Преднапряженный бетон позволяет в среднем до 50% сокращать расход дефицитной стали в строительстве. Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в растянутых зонах элементов, ограничивает ширину их раскрытия и повышает жесткость элементов, практически не влияя на их прочность.

 

Преимущества технологии преднапряжения железобетона


Преднапряженные конструкции оказываются экономичными для зданий и сооружений с такими пролетами, нагрузками и условиями работы, при которых применение железобетонных конструкций без предварительного напряжения технически невозможно, или вызывает чрезмерно большой перерасход бетона и стали для обеспечения требуемой жесткости и несущей способности конструкций.

Предварительное напряжение, увеличивающее жесткость и сопротивление конструкций образованию трещин, повышает их выносливость при работе на воздействие многократно повторяющейся нагрузки. Это объясняется уменьшением перепада напряжений в арматуре и бетоне, вызываемого изменением величины внешней нагрузки. Правильно запроектированные преднапряженные конструкции и здания безопасны в эксплуатации и более надежны, особенно в сейсмических зонах. С возрастанием процента армирования сейсмостойкость предварительно напряженных конструкций во многих случаях повышается. Это объясняется тем, что благодаря применению более прочных и легких материалов сечения преднапряженных конструкций в большинстве случаев оказываются меньшими по сравнению с железобетонными конструкциями без предварительного напряжения той же несущей способности, а, следовательно, более гибкими и легкими.

В большинстве развитых зарубежных стран из предварительно напряженного железобетона во все возрастающих объемах изготавливают конструкции перекрытий и покрытий зданий различного назначения, значительную часть изделий, используемых в инженерных сооружениях и в транспортном строительстве; появились производства элементов наружного архитектурного оформления зданий.

Мировой опыт использования технологии преднапряжения

 



Телебашня в Торонто

В мире монолитный железобетон большей частью является предварительно напряженным. В первую очередь, таким способом возводятся большепролетные сооружения, жилые здания, плотины, энергетические комплексы, телебашни и многое другое. Телебашни из монолитного преднапряженного железобетона выглядят особенно эффектно, став достопримечательностями многих стран и городов. Телебашня в Торонто является самым высоким в мире отдельно стоящим железобетонным сооружением. Ее высота 555 м.

Поперечное сечение башни в виде трилистника оказалось весьма удачным для размещения напрягаемой арматуры и бетонирования в скользящей опалубке. Ветровой опрокидывающий момент, на который рассчитана эта башня, составляет почти полмиллиона тоннометров при собственном весе наземной части башни чуть более 60 тыс. т.

В Германии и в Японии из монолитного преднапряженного железобетона широко строятся резервуары яйцевидной формы для очистных сооружений. К настоящему времени такие резервуары возведены суммарной емкостью более 1,2 млн.куб.м. Отдельные сооружения этого типа имеют емкость от 1 до 12 тыс.куб.м.

За рубежом все более широкое применение находят монолитные перекрытия увеличенного пролета с натяжением арматуры на бетон. Только в США таких конструкций ежегодно возводится более 10 млн.куб.м. Значительный объем таких перекрытий сооружается в Канаде.

В последнее время напрягаемая арматура в монолитных конструкциях все чаще применяется без сцепления с бетоном, т.е. не производится инъецирование каналов, а арматуру от коррозии или защищают специальными защитными оболочками, или обрабатывают антикоррозионными составами. Таким образом возводятся мосты, большепролетные здания, высотные сооружения и другие подобные объекты.

 


Помимо традиционных строительных целей монолитный предварительно-напряженный железобетон нашел широкое применение для корпусов реакторов и защитных оболочек атомных электростанций. Суммарная мощность АЭС в мире превышает 150 млн. кВт, из них мощность станций, корпуса реакторов и защитные оболочки которых построены из монолитного преднапряженного железобетона, составляет почти 40 млн. кВт. Защитные оболочки для реакторов АЭС стали обязательными. Именно отсутствие такой оболочки явилось причиной чернобыльской катастрофы.

Ярким примером строительных возможностей преднапряженного железобетона являются морские платформы для добычи нефти. В мире таких грандиозных сооружений возведено более двух десятков.

 



Платформа «Тролл»

Построенная в 1995 г. в Норвегии платформа «Тролл» имеет полную высоту 472 м, что в полтора раза выше Эйфелевой башни. Платформа установлена на участке моря с глубиной более 300 м и рассчитана на воздействие ураганного шторма с высотой волны 31,5 м. На ее изготовление было израсходовано 250 тыс.куб.м. высокопрочного бетона, 100 тыс. т обычной стали и 11 тыс. т напрягаемой арматурной стали. Расчетный срок службы платформы 70 лет.

Традиционно обширной областью применения предварительно напряженного железобетона является мостостроение. В США, например, сооружено более 500 тысяч железобетонных мостов с различными пролетами. За последнее время там построено более двух десятков вантовых мостов длиной 600-700 м с центральными пролетами от 192 до 400 м. Из предварительно-напряженного железобетона сооружаются внеклассные мосты, которые строятся по индивидуальным проектам. Мосты пролетом до 50 м возводятся в сборном варианте из железобетонных преднапряженных балок.

 



Мост «Нормандия»

Достижения в мостостроении из преднапряженного железобетона имеются и в других странах. В Австралии, в г. Брисбен, построен балочный мост с центральным пролетом 260 м, наибольшим среди мостов этого типа. Вантовый мост «Баррнос де Луна» в Испании имеет пролет 440, «Анасис» в Канаде — 465, мост в Гонконге — 475 м. Арочный мост в Южной Африке имеет наибольший пролет — 272 м. Мировой рекорд для вантовых мостов принадлежит мосту «Нормандия», где пролет 864 м. Ненамного уступает ему мост «Васко де Гама» в Лиссабоне, построенный к Всемирной выставке ЭКСПО-98. Общая протяженность этого мостового перехода превышает 18 км. Основные его несущие конструкции — пилоны и пролетные строения — выполнены из бетона с прочностью при сжатии более 60 МПа. Гарантированный срок службы моста 120 лет по критерию долговечности бетона (в России же в последнее время большепролетные мосты чаще строятся из стали).

Технология преднапряжения монолитного железобетона в России


В России на долю этих изделий приходится более трети общего производства сборных элементов. За рубежом значительное распространение имеет безопалубочное формование плитных конструкций на длинных стендах. Там обычной практикой является производство плит пролетом до 17 м, высотой сечения 40 см под нагрузку до 500 кгс/м2. В Финляндии железобетонные многопустотные плиты под такую же нагрузку выпускаются высотой сечения даже 50 см с пролетом до 21 м, то есть применение предварительного напряжения позволяет выпускать сборные элементы качественно иного уровня. Натяжение канатной арматуры на таких стендах, как правило, групповое при мощности домкратов 300-600 т. Сегодня разработаны различные системы без-опалубочного формования на длинных стендах «Спайрол», «Спэнкрит», «Спандек», «Макс Рот», «Партек» и других, отличающиеся высокой производительностью, применяемой арматурой, технологическими требованиями к бетону, формой поперечного сечения панелей и другими параметрами. На стендах длиной до 250 м изготавливают плиту со скоростью до 4 м/мин, по высоте в пакете можно бетонировать 6 плит. Ширина плит достигает 2,4 м, при максимальном пролете 21 м. Только плит «Спэнкрит» применяют в США более 15 млн. м2 ежегодно.

В свое время длинные стенды для безопалубочного формования по технологии «Макс Рот» появились и в России. Однако эта технология не получила дальнейшего распространения. В широко используемых у нас конструктивных системах зданий соединение элементов осуществляется через закладные детали. В плитах, изготавливаемых на длинных стендах, как правило, методом экструзии, возможности размещения закладных деталей ограничены. Однако для сборно-монолитных зданий плиты без закладных деталей могут найти самое широкое распространение, что и имеет место за рубежом, особенно в Скандинавских странах и в США.

Позднее в России появились линии «Партек» (на заводе ЖБК-17 в Москве, Санкт-Петербурге, Барнауле), что свидетельствует о появлении спроса на такие плиты. Совершенствование конструктивных систем зданий, безусловно, даст толчок к развитию технологии производства плитных изделий.

Затянувшийся российский застой в области применения преднапряженного железобетона частично связан еще и с тем, что у нас не получили должного изучения и применения предварительно-напряженные конструкции с натяжением арматуры на бетон, в том числе в построечных условиях.

«Энерпром» начинает развивать это направление и предлагает ряд оборудования собственной разработки для реализации такой технологии.

Предварительно напряженные ЖБИ — Стройкомплект

Главная / Статьи / Предварительно напряженные ЖБИ

Железобетон предварительно напряжённый — разновидность железобетона, в котором предварительно в процессе изготовления или возведения искусственно создаются напряжения сжатия в бетоне всего сечения конструкции или её части при растяжении всей или части арматуры. Железобетон предварительно напряжённый применяют для снижения расхода стали путём эффективного использования арматуры повышенной и высокой прочности, увеличения сопротивления сечений элементов конструкций образованию трещин обеспечения раскрытия трещин в заданных пределах, повышения жесткости и уменьшения деформации конструкций, подвергаемых воздействию многократного нагружения, и снижения их массы за счет применения бетонов высокой прочности.

1. ЖБИ с обычным армированием и предварительно напряженные
2. Технология производства предварительно напряженных ЖБИ
3. Классификация предварительно напряжённых ЖБИ
4. Практическое применение предварительно напряженных ЖБИ

ЖБИ с обычным армированием и предварительно напряженные

Все железобетонные изделия подразделяются, в зависимости от способа армирования, на изделия или конструкции с обычным армированием и предварительно напряженные.

При обычном армировании происходит значительное усиление бетона за счет использования металлической арматуры, сеток, стержней. Бетон обладает высокой прочностью на сжатие, но низкой прочностью на растяжение, в ЖБИ эту функцию несет металл. Однако при обычном армировании, бетон, чья растяжимость в 5-6 раз ниже, чем у металла, не защищен от образования трещин при нагрузках на растяжение, если изделие используется при строительстве элементов, подверженных изгибу. В дальнейшем в образовавшиеся трещины может попадать влага, что приведет к коррозии арматурного каркаса и разрушению бетона. Также трещин увеличивают прогиб железобетонного элемента.

Для получения изделий с повышенной устойчивостью к растяжению и, как следствие, образованию трещин и прогибов, используют технологию предварительного сжатия бетона за счет растяжения арматуры. Трещины в таком бетоне могут появиться только в том случае, если действие растяжения превысит значение предварительного сжатия.

Технология производства предварительно напряженных ЖБИ

В 1886 году П.Джексон (США) получил патент на конструкцию сводчатых железобетонных перекрытий, при изготовлении которых арматурные стержни натягивались на опалубку до укладки бетонной смеси и отпускались после приобретения бетоном требуемой прочности. В 1888 году В.Деринг (Германия) предложил способ натяжения арматуры плит до приложения нагрузки. Эти и последующие предложения в начале XX века не нашли применения, так как небольшая величина натяжения арматуры не позволяла выявить положительное влияние предварительного напряжения.

В 1950-х гг. в нашей стране и США началось изготовление и применение сборных крупноразмерных предварительно напряжённых балочных и плитных конструкций. В настоящее время предварительно напряжённые ЖБИ получили широкое развитие в мировой практике.

 

Существует два способа предварительного напряжения арматуры:

  • На упоры — до бетонирования. Арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец закрепляют в упоре, другой – натягивают домкратом до заданного напряжения. Затем в форму заливают бетон. После достижения бетоном частичного твердения арматуру отпускают с упоров, при этом она сжимает окружающий бетон. Чтобы избежать разрушения бетона в торцах элементов, отпуск натяжения арматуры производят постепенно, снижая сначала на 50%, а затем до 0.
  • Натяжение на бетон — после укладки и набора прочности бетона. Сначала изготавливают бетонный элемент, в котором предусматривают каналы или пазы. После затвердения бетона в каналы пропускают рабочую арматуру и натягивают ее на бетон. После натяжения концы арматуры закрепляют анкерами. Для обеспечения сцепления арматуры с бетоном каналы и пазы заполняют под давлением цементным раствором.

Одной из особенностей предварительно напряжённых ЖБИ является изменение во времени напряжённого состояния бетона и арматуры. В процессе изготовления и эксплуатации ЖБ-конструкций за счёт усадки, ползучести бетона и ряда других факторов происходят потери части напряжений сжатия в бетоне. Поэтому предварительное напряжение арматуры должно быть достаточно высоким, чтобы перекрыть эти потери, но величина натяжения арматуры, реализуемая при изготовлении предварительно напряжённого железобетона, не должна превосходить значений нормативных сопротивлений арматуры.

Классификация предварительно напряжённых ЖБИ

Предварительно напряжённые ЖБИ могут быть:

  • Сборными. Для изготовления сборных предварительно напряжённых ЖБИ применяют тяжёлые, мелкозернистые и лёгкие бетоны классов не ниже В15-В30 в зависимости от вида и класса напрягаемой арматуры, её диаметра и наличия анкеров (при высокопрочной гладкой проволоке). Эффективное использование высокопрочных бетонов позволяет снизить массу конструкций за счёт уменьшения объёма бетона, а при равных размерах сечений дополнительно сократить расход стали.
  • Сборно-монолитными. В сборно-монолитных конструкциях из бетона высокой прочности выполняют лишь армирующие элементы (в виде предварительно напряжённых брусков, балок, плит и т.п.)
  • Монолитными. Монолитный бетон принимают меньшей прочности. В монолитных предварительно напряжённых конструкциях обычно принимают бетон классов В15 — В30.

Предварительно напряженные ЖБИ конструкции могут быть: одно-, двух- и трёхосно-напряженными.

  • В одноосно-напряженных изделиях предварительному напряжению подвергают только продольную арматуру, такой вид растяжения используют в элементах, работающих на осевое растяжение, изгибаемых балочных и плитных конструкциях.
  • Двухосное напряжение используют в ЖБИ конструкциях, изгибаемых в двух направлениях: плитах, опёртых по контуру, напорных трубах, в ЖБИ конструкциях, воспринимающих большие поперечные силы: подкрановых балках, пролётных строениях мостов и т. п. В этом случае осуществляют предварительное напряжение продольной и поперечной арматуры или напрягаемую продольную арматуру размещают по кривой или ломаной линии.
  • Трёхосное напряжение применяют при возведении высотных сооружений, корпусов атомных реакторов, станин прессов и прокатных станов.

Практическое применение предварительно напряженных ЖБИ

Предварительно напряженные ЖБИ в нашей стране получили наибольшее распространение в производстве массовых изделий заводского изготовления для жилых, общественных, промышленных зданий и инженерных сооружений, как правило, в виде типовых решений. На предварительно напряжённые конструкции приходится 20-25% общего объёма железобетона. При этом основной объём составляют плоскостные и стержневые конструкции, в т.ч. плиты и панели покрытий (многопустотные, сплошные, ребристые длиной 6-12м, а также на пролёт 18м), ригели, стропильные и подстропильные балки, фермы пролётом 24м, сваи, дорожные плиты, опоры ЛЭП, шпалы, напорные трубы, резервуары и т. п.

В производстве сборных ЖБИ конструкций развитыми странами мира основной объём составляют ребристые плиты на пролёт 12-24м, многопустотные плиты, конструкции инженерных сооружений.

Предварительно напряженный железобетон

 Состояние и перспективы применения !              

        Основной строительный материал XX века, железобетон, во всем мире заслуженно пользуется вниманием ученых отрасли. Создав искусственный камень — бетон, свойства которого можно регулировать по своему усмотрению, ученые нашли и способ борьбы с его основным недостатком — низкой прочностью при растяжении. При металлической арматуре бетон хоть и не разрушается при растяжении, но трескается. Это отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах железобетонных конструкций и сооружений. Создание на стадии изготовления или строительства напряженного состояния в конструкции, когда знак напряжения в бетоне противоположен знаку напряжения от эксплуатационной нагрузки, является одним из крупнейших достижений инженерной мысли в XX столетии.

У истоков этой концепции стояли Эжен Фрейссине (Франция) и Виктор Васильевич Михайлов (Россия). В 1936 году при защите В.В. Михайловым диссертации, посвященной этому методу, два оппонента из трех выступили против. Даже видным ученым в то время трудно было понять, как можно предварительно натянуть арматуру почти до разрыва, а затем нагрузить конструкцию полной расчетной нагрузкой, и она при этом будет работать так, что трещины в растянутом бетоне конструкции не появятся вплоть до исчерпания ее несущей способности. Тем не менее защита диссертации тогда состоялась, поскольку Виктор Васильевич сумел в открытой дискуссии убедить ведущих ученых страны в своей правоте. 

Некоторые виды предварительного напряжения по разным соображениям до сих пор находятся под сомнением. Например, в Германии запрещена сегментная сборка железобетонных мостов с помощью натяжения арматуры, и только совсем недавно было разрешено применять в мостовых конструкциях напрягаемую арматуру, расположенную вне сечения.  

В СССР предварительное напряжение применялось весьма широко в промышленном, жилищном, транспортном и специальном строительстве. Преднапряженных конструкций выпускалось более 30 млн. м3 в год, что существенно больше, чем в какой-либо другой стране. На их долю приходилось более 20% общего объема производства сборного железобетона. Как правило, применяли натяжение арматуры на упоры. Широкая география технологии стала возможной благодаря, прежде всего, внедрению электротермического способа натяжения стержневой арматуры. Авторы этого способа по заслугам удостоены высокого звания лауреатов Ленинской премии, для народного хозяйства были сэкономлены миллионы тонн дефицитного металла. 

Шестидесятые годы были отмечены бурным развитием промышленности сборного железобетона, в том числе предварительно- напряженного. В этот период ученые и специалисты отрасли разработали значительный объем нормативно-технической литературы по расчету, проектированию и технологии изготовления предварительно-напряженных железобетонных конструкций, что стало надежным фундаментом для дальнейшего эффективного развития этого направления. В результате используемый нами в настоящее время СНиП 2.03.01-84 прямо указывает: «При выборе элементов должны предусматриваться преимущественно предварительно напряженные конструкции…». 

Развитие предварительного напряжения оказало серьезное влияние на прогресс в области технологии высокопрочных бетонов. В преднапряженных конструкциях появилась возможность максимально эффективно использовать повышенную прочность бетона при сжатии. 

К сожалению, процесс интенсивного развития преднапряженного железобетона был остановлен в годы общего экономического спада в России. Период всеобщей «железобетонизации» сменился столь же повсеместным развалом промышленности сборного железобетона. Исключение, видимо, составляет только Москва. Особенно сильно снизился объем применения сборных предварительно-напряженных конструкций. Выпуск преднапряженных конструкций упал более чем в 10 раз, в то время как объем выпуска железобетонных конструкций без предварительного напряжения снизился в 6 раз. Этому есть несколько причин, в том числе и сильно подорожавшая электроэнергия, что сделало электротермический способ натяжения арматуры экономически невыгодным. 

Тем не менее такое резкое снижение в России объемов применения сборных предварительно-напряженных конструкций следует однозначно квалифицировать как регресс железобетона в целом. Неоправданный поворот на 180 градусов в политике строительства из сборного железобетона ведет к неэффективному ускоренному старению основных фондов этой отрасли строительной индустрии. И если их активная часть — технологическое оборудование и оснастка — морально устарела и все равно требует радикальной модернизации, то пассивная часть — здания и сооружения — ветшает неоправданно. Потребуется много времени и капитальных затрат, чтобы построить все заново. Если же модернизацию начать уже сегодня, то можно сэкономить большие средства. 

Среди регионов, располагающих производственными мощностями более 1 млн. м3 в год сборного, в том числе предварительно- напряженного железобетона, следует назвать Москву, Республики Татарстан и Башкортостан, Челябинскую, Свердловскую, Тюменскую, Пермскую, Новосибирскую, Омскую, Московскую, Самарскую, Ленинградскую, Иркутскую, Воронежскую, Вологодскую, Кемеровскую, Ростовскую области, Приморский и Красноярский края. Весьма обширна и номенклатура изделий, которые целесообразно изготавливать с предварительным напряжением: покрытия зданий, пролетные строения и опоры мостов, железобетонные сваи и трубы, шпалы, градирни, опоры ЛЭП и мачты освещения, телебашни, защитные оболочки, морские и шельфовые сооружения, плавучие доки, корпуса понтонов и многое другое. 

В высшей степени убедительной демонстрацией эксплуатационной надежности предварительного напряжения сборного железобетона является его успешное использование для производства железнодорожных шпал. В мире в настоящее время их установлено более миллиарда штук. Жесткие динамические нагрузки, ощутимые температурные перепады, увлажнение и высушивание, замораживание и оттаивание, воздействие нефтепродуктов и других агрессивных веществ предъявляют исключительно высокие требования к надежности и долговечности этих изделий. Есть участки железной дороги, где преднапряженные железобетонные шпалы прослужили более 40 лет и не имеют каких-либо существенных повреждений. 

В большинстве развитых зарубежных стран из сборного предварительно-напряженного железобетона во все возрастающих объемах изготавливают конструкции перекрытий и покрытий зданий различного назначения, значительную часть изделий, используемых в инженерных сооружениях и в транспортном строительстве; появились производства элементов наружного архитектурного оформления зданий. 

В структуре сборных конструкций в США из общего объема производства сборных железобетонных изделий в 26 млн. м3 преднапряженные конструкции составляют 40%. Четверть из них — плиты Т и 2Т. Плиты «на пролет» широко производятся также в Великобритании, Германии, Венгрии, Польше и в других странах. Значительная часть стропильных и подстропильных балок, ферм, ригелей, стеновых панелей изготовляют также предварительно-напряженными с применением высокопрочной проволочной и стержневой арматуры и бетонов с прочностью до 70 МПа. 

Затянувшийся российский застой в области применения преднапряженного железобетона частично связан еще и с тем, что у нас не получили должного изучения и применения предварительно-напряженные конструкции с натяжением арматуры на бетон, в том числе в построечных условиях. В связи с этим практически отсутствует современное эффективное отечественное оборудование для реализации такой технологии на практике. 

Между тем в мире из преднапряженного монолитного железобетона возводятся промышленные гражданские и жилые здания, плотины и энергетические комплексы, телебашни и многое другое. 

Телебашни из монолитного преднапряженного железобетона выглядят особенно эффектно, став достопримечательностями многих стран и городов. Телебашня в Торонто является самым высоким в мире отдельно стоящим железобетонным сооружением. Ее высота 555 м. 

Поперечное сечение башни в виде трилистника оказалось весьма удачным для размещения напрягаемой арматуры и бетонирования в скользящей опалубке. Ветровой опрокидывающий момент, на который рассчитана эта башня, составляет почти полмиллиона тоннометров при собственном весе наземной части башни чуть более 60 тыс. т. 

В Германии и в Японии из монолитного преднапряженного железобетона широко строятся резервуары яйцевидной формы для очистных сооружений. К настоящему времени такие резервуары возведены суммарной емкостью более 1,2 млн. м3. Отдельные сооружения этого типа имеют емкость от 1 до 12 тыс. м3. 

За рубежом все более широкое применение находят монолитные перекрытия увеличенного пролета с натяжением арматуры на бетон. Только в США таких конструкций ежегодно возводится более 10 млн. м3. Значительный объем таких перекрытий сооружается в Канаде. 

В последнее время напрягаемая арматура в монолитных конструкциях все чаще применяется без сцепления с бетоном, т.е. не производится инъецирование каналов, а арматуру от коррозии или защищают специальными защитными оболочками, или обрабатывают антикоррозионными составами. Такая технология используется при строительстве мостов, большепролетных перекрытий, высотных сооружений и других подобных объектов. 

Помимо традиционных строительных целей монолитный предварительно-напряженный железобетон нашел широкое применение для корпусов реакторов и защитных оболочек атомных электростанций. Суммарная мощность АЭС в мире превышает 150 млн. кВт, из них мощность станций, корпуса реакторов и защитные оболочки которых построены из монолитного преднапряженного железобетона, составляет почти 40 млн. кВт. Защитные оболочки для реакторов АЭС стали обязательными. Именно отсутствие такой оболочки явилось причиной чернобыльской катастрофы. 

Ярким примером строительных возможностей преднапряженного железобетона являются морские платформы для добычи нефти. В мире таких грандиозных сооружений возведено более двух десятков. 

Построенная в 1995 г. в Норвегии платформа «Тролл» имеет полную высоту 472 м, что в полтора раза выше Эйфелевой башни. Платформа установлена на участке моря с глубиной более 300 м и рассчитана на воздействие ураганного шторма с высотой волны 31,5 м. На ее изготовление было израсходовано 250 тыс. м3 высокопрочного бетона, 100 тыс. т обычной стали и 11 тыс. т напрягаемой арматурной стали. Расчетный срок службы платформы 70 лет. 

Традиционно обширной областью применения предварительно напряженного железобетона является мостостроение. В США, например, сооружено более 500 тысяч железобетонных мостов с различными пролетами. За последнее время там построено более двух десятков вантовых мостов длиной 600-700 м с центральными пролетами от 192 до 400 м. Из предварительно-напряженного железобетона сооружаются внеклассные мосты, которые строятся по индивидуальным проектам. Мосты пролетом до 50 м возводятся в сборном варианте из железобетонных преднапряженных балок. 

Достижения в мостостроении из преднапряженного железобетона имеются и в других странах. В Австралии, в г. Брисбен, построен балочный мост с центральным пролетом 260 м, наибольшим среди мостов этого типа. Вантовый мост «Баррнос де Луна» в Испании имеет пролет 440, «Анасис» в Канаде — 465, мост в Гонконге — 475 м. Арочный мост в Южной Африке имеет наибольший пролет — 272 м. Мировой рекорд для вантовых мостов принадлежит мосту «Нормандия», где пролет 864 м. Ненамного уступает ему мост «Васко де Гама» в Лиссабоне, построенный к Всемирной выставке ЭКСПО-98. Общая протяженность этого мостового перехода превышает 18 км. Основные его несущие конструкции — пилоны и пролетные строения — выполнены из бетона с прочностью при сжатии более 60 МПа. Гарантированный срок службы моста 120 лет по критерию долговечности бетона (в России же в последнее время большепролетные мосты чаще строятся из стали). 

Возможности повышения эффективности сборных железобетонных конструкций можно показать на примере плит перекрытий. В России на долю этих изделий приходится более трети общего производства сборных элементов. За рубежом значительное распространение имеет безопалубочное формование плитных конструкций на длинных стендах. Там обычной практикой является производство плит пролетом до 17 м, высотой сечения 40 см под нагрузку до 500 кгс/м2. В Финляндии железобетонные многопустотные плиты под такую же нагрузку выпускаются высотой сечения даже 50 см с пролетом до 21 м, то есть применение предварительного напряжения позволяет выпускать сборные элементы качественно иного уровня. Натяжение канатной арматуры на таких стендах, как правило, групповое при мощности домкратов 300-600 т. Сегодня разработаны различные системы без-опалубочного формования на длинных стендах «Спайрол», «Спэнкрит», «Спандек», «Макс Рот», «Партек» и других, отличающиеся высокой производительностью, применяемой арматурой, технологическими требованиями к бетону, формой поперечного сечения панелей и другими параметрами. На стендах длиной до 250 м изготавливают плиту со скоростью до 4 м/мин, по высоте в пакете можно бетонировать 6 плит. Ширина плит достигает 2,4 м, при максимальном пролете 21 м. Только плит «Спэнкрит» применяют в США более 15 млн. м2 ежегодно. 

В свое время длинные стенды для безопалубочного формования по технологии «Макс Рот» появились и в России. Однако эта технология не получила дальнейшего распространения. В широко используемых у нас конструктивных системах зданий соединение элементов осуществляется через закладные детали. В плитах, изготавливаемых на длинных стендах, как правило, методом экструзии, возможности размещения закладных деталей ограничены. Однако для сборно-монолитных зданий плиты без закладных деталей могут найти самое широкое распространение, что и имеет место за рубежом, особенно в Скандинавских странах и в США. 

Позднее в России появились линии «Партек» (на заводе ЖБК-17 в Москве, Санкт-Петербурге, Барнауле), что свидетельствует о появлении спроса на такие плиты. Совершенствование конструктивных систем зданий, безусловно, даст толчок к развитию технологии производства плитных изделий. 

Весьма эффективным для заводской технологии может быть применение арматурно-намоточных агрегатов с предварительным напряжением, разработанных в НИИЖБ. 

Есть три основных типа арматурно-намоточных агрегатов: 

стационарный арматурно-намоточный автомат, предназначенный для работы в составе агрегатно-поточной линии; 
арматурно-намоточный агрегат с вращающейся платформой для навивки арматуры на объемные, криволинейные или круглые элементы емкостей, тоннелей, водоводов и др. сооружений; 
арматурно-намоточный комплекс в составе стенда длиной до 72 м, самоходной арматурно-намоточной машины, машин для обрезки арматуры, для укрывания изделий при ТВО и для чистки стенда после снятия с него изделия. Этот комплекс позволяет изготавливать практически любые необъемные изделия с двухосным напряженным или ненапряженным армированием, в том числе формы с напряженным армированием всех элементов решетки и обоих поясов. 
Имея на производстве такие агрегаты, можно изготавливать обширную номенклатуру современных конструкций и изделий различного назначения, в том числе элементы городского благоустройства. 

Важное значение имеет расширение области применения предварительного напряжения. Например, его можно широко и эффективно использовать в гражданском и жилищном строительстве. 

Несущий каркас такого здания представляет собой стержневую систему, выполняемую в монолите или из отдельных элементов, с натяжением арматуры непосредственно в процессе строительства. Рассчитанный с использованием новейших методов, учитывающих геометрическую и физическую нелинейность, такой каркас на 20-40% легче, чем традиционные. Перекрытия и внутренние стены здания сооружаются путем заполнения соответствующих частей каркаса монолитным поробетоном с необходимыми физико-механическими и эксплуатационными свойствами. В перекрытиях используется поробетон с объемной массой 1000-1200 кг/м3. Для внутренних стен применяется поробетон с объемной массой 450-550 кг/м3. Поробетон с объемной массой до 200 кг/м3 используется в качестве монолитного утеплителя наружных стен. При этом внутренний и наружный слои таких стен могут быть из любых материалов, соответствующих архитектурным, эксплуатационным и другим требованиям. 

При сооружении зданий по предлагаемой технологии используются новые приемы возведения преднапряженного каркаса, а все работы по приготовлению и укладке монолитного поробетона выполняются одним агрегатом, что позволяет снизить суммарные трудозатраты на строительство более чем в два раза. Собственный вес здания снижается в 2-2,5 раза, и почти вдвое снижается его себестоимость. Таким образом, вместо одного обычного здания получаются два в безригельном исполнении, с увеличенными пролетами и с широкими возможностями для планировки. Кроме прочего, такие здания обладают высокой сейсмостойкостью, надежностью и долговечностью, а после исчерпания срока службы могут быть легко разобраны, чего не скажешь о зданиях со сварными соединениями в каркасе. 

На базе этой технологии может быть сделан существенный шаг вперед в области высотного строительства, где основная проблема связана с тем, что верхние этажи чрезвычайно нагружают нижние. В предлагаемом варианте этажность здания может быть увеличена вдвое без повышения нагрузки на нижний этаж и основание. 

Зарубежный опыт показывает высокую эффективность применения предварительного напряжения в монолитных плитных фундаментах большой протяженности, в монолитных безбалочных перекрытиях, в опорных устройствах и постаментах под тяжелое оборудование, в несущих монолитных конструкциях подземных сооружений, в том числе многоэтажных. Имеются интересные примеры предварительного напряжения при реставрации памятников старины. 

Исключительно плодотворной является идея двух- и трехосного напряжения конструкций. Обширные исследования в этой области были проведены профессором В.В. Михайловым и его учениками. В.В. Михайлов разработал даже проект башни высотой 2 км, смонтированной из трехосно предварительно-напряженных элементов заводского изготовления. Расчетные сопротивления сжатию в стойках башни составляли 150 МПа. Между тем, эти конструкции, имеющие спиральную преднапряженную арматуру, запроектированы из бетона с прочностью всего 60 МПа. При реальных их испытаниях напряжения в элементе достигали 300 МПа с сохранением линейной связи между напряжениями и деформациями до напряжений в 150 МПа. 

На практике эта идея была реализована в объемно-напряженных архитравах гидравлических прессов. В них бетон работал упруго при напряжениях, втрое превышающих его кубиковую прочность. 

Иными словами, предварительное напряжение в трех направлениях позволяет создавать качественно иной железобетон. Причем повышение несущей способности материала достигается конструктивными, а не технологическими приемами. 

Предварительное напряжение бетона в конструкции демонстрирует новые возможности и определяет перспективу развития железобетона в качестве материала для возведения современных зданий и сооружений. 

Идея применения предварительного напряжения в железобетоне в свое время оказалась настолько плодотворной, что в 1953 году была основана Международная федерация по предварительно напряженному железобетону — ФИП. Первым ее президентом стал Эжен Фрейссине. Почти за полвека своего существования федерация получила значительное развитие. В последнем, XIII, конгрессе ФИП в Амстердаме, приняли участие более полутора тысяч человек. На этом конгрессе ФИП объединилась с Европейским комитетом по бетону — ЕКБ, и теперь называется ЕКБ-ФИП или ФИБ. Членами ФИБ являются национальные ассоциации по железобетону многих стран, в том числе и России. 

Поступательному развитию производства преднапряженного железобетона способствует дальнейшее улучшение прочностных и технологических свойств применяемых материалов. Конец XX века ознаменовался разработкой особо прочных бетонов и неметаллической арматуры на основе углепластиков, открывающих новые возможности совершенствования конструктивно-технологических решений зданий и сооружений и методов предварительного напряжения. Этому также должно способствовать расширение исследований новых материалов высоких технологий, разработка конструктивных и проектных решений принципиально нового уровня. 

В XXI столетии по всей стране должно развернуться массовое строительство автомобильных дорог, что потребует возведения большого количества мостов малых, средних и больших пролетов. Международный опыт говорит, что автодорожные мосты целесообразно строить из преднапряженного железобетона. 

В производстве конструкций для зданий различного назначения целесообразно существенно увеличить долю механического натяжения арматуры, расширить выпуск непрерывно армированных и самонапряженных конструкций, увеличить применение зданий с натяжением арматуры в построечных условиях. 

Имеет смысл большее внимание уделить разработке различных предсамонапряженных железобетонных конструкций, в которых комплексно используются механическое натяжение высокопрочной арматуры и преимущества напрягающего бетона. 

Для крупных инженерных сооружений следует применять предварительно-напряженные железобетонные конструкции с натяжением арматуры на бетон, а для напрягаемой арматуры использовать канаты и высокопрочную стержневую арматуру больших диаметров, производство которых должно быть освоено металлургической промышленностью. 

Широкое использование преднапряженного железобетона открывает значительные возможности для снижения расхода стали в строительстве. Это может быть достигнуто главным образом за счет уменьшения металлоемкости ряда железобетонных несущих и ограждающих конструкций, а также путем замены металлических конструкций железобетонными. 

Нет сомнения, что развитие производства предварительно-напряженного железобетона необходимо для дальнейшего совершенствования отечественного капитального строительства. В прошлом году в экономике России произошел некоторый позитивный сдвиг. Надо полагать, что и предварительно-напряженный железобетон в России также откроет новую страницу в своей истории.

Предварительно напряжённый железобетон. История развития конструкции, изготовление, области применения

eilukha

размещено: 03 Апреля 2016

В настоящей книге даётся общий краткий обзор развития способов производства предварительно напряжённого железобетона и .применяемого для этого оборудования. Способы изготовления предварительно напряжённых железобетонных конструкций и деталей зависят от последовательности осуществления совместной работы бетона с арматурой после предварительного её натяжения.
Особый раздел книги посвящён некоторым способам предварительного натяжения, не получившим пока широкого распространения, а именно: предварительному напряжению, создаваемому в конструкции за счёт нагрузки от собственного веса, натяжению арматуры в результате укорочения её после нагрева и предварительному напряжению железобетонных изделий путём применения расширяющегося цемента.
Наряду с характеристикой стальной арматуры, применяемой для предварительно напряжённых конструкций, в книге описываются различные типы арматурных пучков, а также стеклянные волокна, обладающие высокой прочностью на растяжение. Очевидно, их применение получит распространение в недалёком будущем. Кроме того, приводятся примеры сооружений из предварительно напряжённого железобетона.
В книге даётся перечень немецких патентов в области предварительно напряжённого железобетона, заявленных после 1930 года.
Книга рассчитана на лиц, работающих в области производства предварительно напряжённого железобетона как сборного, заводского изготовления, так и монолитного, а также на конструкторов, рационализаторов и изобретателей. Автор стремился предоставить специалистам сводный, обобщённый материал о состоянии техники в данном вопросе. Более подробные сведения можно получить из литературы, перечень которой приведён в конце книги.
В целях освещения развития техники предварительно напряжённого железобетона были использованы издания немецкого патентного ведомства в Мюнхене. Эти материалы в значительной мере пополнены и обогащены данными, представленными в распоряжение автора инженерами и строительными организациями, занимающимися проектированием и возведением сооружений из предварительно напряжённого железобетона. Автор выражает глубокую благодарность всем, кто помог ему в работе над книгой.

Оглавление

Предисловие 4

1. Основные определения предварительно напряжённого железобетона 6

2. Краткий исторический очерк развития предварительно напряжённого железобетона 9

3. Предварительное напряжение с натяжением арматуры до затвердения бетона 18

3.1. Предварительно напряжённые строительные детали 18

3.1.1 Плиты Веттштейна 18

3.1.2. Предварительно напряжённые железобетонные детали и мачты Глезера 20

3.1.3. Предварительно напряжённые балки системы Фрейссине 21

3.1.4. Однослойные и многослойные пустотелые плиты системы Шефера 29

3.1.5. Комбинированные плиты фирмы Рем и из пемзобетона и тяжёлого бетона с предварительно напряжённой арматурой 32

3.1.6. Предварительно напряжённый железобетон без анкеров по Xойеру 33

3.2. Способы заводского производства предварительно напряжённых сборных железобетонных деталей и применяемые устройства 37

3.2.1. Напряжение стальных проволок путём растяжения их на определённую длину 37

3.2.2. Натяжение стальных проволок при помощи натяжных салазок и упоров 38

3.2.3. Натяжение стальных проволок путём скручивания или свивания 40

3.2.4. Способ натяжения с непрерывным армированием 42

3.3. Предварительно напряжённый железобетон в сочетании с керамическими блоками 43

4. Предварительное напряжение арматуры без сцепления с бетоном 47

4.1. Расположение напрягаемой арматуры вне сечения бетона 47

4.2. Напряжённые элементы, расположенные вне сечения бетона 53

4.2.1. Треугольные фермы 53

4.2.2. Железобетонные арки со стальной или железобетонной затяжкой 53

4.2.3. Несущая конструкция заданного очертания в виде балок на двух и более опорах 54

4.2.4. Защемлённая балка 57

4.2.5. Защемлённая плоская арка 58

4.2.6. Предварительно напряжённая трёхшарнирных плоская арка 60

4.2.7. Конструкция неразрезной балки, предложенной в Англии 61

4.2.8. Предварительно напряжённые, балки Бетеа 61

5. Предварительное напряжение с натяжением арматуры на затвердевший бетон 66

5.1. Немецкие способы натяжения 66

5.1.1. Анкеровка при помощи натяжных муфт и пластин, предварительно напряжённый железобетон «дивидаг» 66

5.1.2. Анкеровка клиньями и зажимами 72

5.1.2.1. Способ натяжения фирмы Поленски и Целльнер 72

5.1.2.2. Способ натяжения фирмы Филипп Гольцман 75

5.1.2.3. Крепление проволочных пучков стальной арматуры, выпускаемых металлургическим заводом Рейнгаузен 78

5.1.2.4. Способ натяжения фирмы Гельд и Франке 82

5.1.2.5. Способ натяжения фирмы Хохтиф 84

5.1.2.6. 40-тонная арматура фирмы Грюй и Бильфингер 89

5.1.3. Петлевая анкеровка 89

5.1.3.1. Способ натяжения Баур — Леонгардта 89

5.1.3.2. Способ натяжения Кани и Хорват. Предварительно напряжённая деталь из двух сопряжённых или смежных, взаимно подвижных составных элементов 98

5.1.4. Анкеровка арматуры за счёт использования сил сцепления и трения 102

5.1.4.1. Способ натяжения фирмы Бетон и Моньебау 102

5.1.4.2. Способ натяжения фирмы Грюни Бильфингер 106

5.2. Предварительно напряжённый железобетон системы Фрейссине, фирмы Вайс-Фрейтаг и Гийона 107

5.3. Бельгийские способы натяжения арматуры 113

5.3.1. Предварительно напряжённый железобетон по Маньель Блатон 113

5.3.2. Способ натяжения Франки-Смет 116

5. 4. Швейцарский способ напряжения В. В. R. V. 118

5.5. Предварительно напряжённый железобетон в Англии 121

5.5.1 Способ натяжения Ли-МакКолл 121

5.5.2. Анкеровка стальных проволок с помощью клиньев 124

5.6. Предварительно напряжённый железобетон в Швеции 125

5.7. Развитие предварительно напряжённого железобетона с натяжением арматуры на бетон в Италии 127

5.8. Предварительно напряжённый железобетон с натяжением арматуры на бетон в Советском Союзе 130

5.9. Предварительно напряжённый железобетон в Америке 132

6. Влияние сил трения при криволинейной арматуре 139

7. Особые случаи предварительного напряжения арматуры или бетона 141

7.1. Предварительное напряжение конструкций за счёт использования собственного веса 141

7.2. Натяжение арматуры путём её нагрева 146

7.3. Предварительное напряжение бетона за счёт расширяющегося цемента 147

8. Напряжённая арматура 155

8.1. Стали для напряжённого армирования 155

8.2. Армирование с применением предварительно напряжённых элементов 162

8.2.1. Гибкая предварительно напряжённая арматура по Шореру (США) 162

8.2.2. Предварительно напряжённый арматурный элемент конструкции Ленка (Германия) 164

8.2.3. Предварительно напряжённый арматурный стержень конструкции Беккера (Голландия) 167

8.2.4. Гибкая предварительно напряжённая арматура, конструкции Шало и Бет ей (Франция) 169

8.3. Арматура из стекла и нейлона 172

9. Области применения предварительно напряжённого железобетона 177

9.1. Многоэтажное строительство 177

9.2. Мостостроение 194

9.2.1. Мосты из сборных предварительно напряжённых железобетонных элементов 195

9.2.2. Мосты из монолитного предварительно напряжённого железобетона 201

9.2.3. Навесная сборка (без подмостей) мостов из предварительно напряжённого железобетона 217

9.2.4. Висячие мосты 230

9.3. Дорожное строительство 231

9.4. Гидротехническое строительство 241

9.5. Предварительно напряжённые железобетонные трубы 252

9.6. Железнодорожные шпалы 262

9.7. Сваи 272

Дополнение 276

5.1.2.6. 40-тоннын пучок напряжённой арматуры фирмы Грюн и Бильфингер 276

5.1.2.7. Способ натяжения фирмы Загер и Вёрнер 278

Приложение. Перечень немецких патентов в области предварительно напряженного железобетона, заявленных после 1930 г. 281

Литература 296

Оглавление 304

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И МОНОСТРЕНД

Изобретение относятся к области строительства, а именно к технологии железобетонных конструкций преимущественно криволинейной формы, например защитных оболочек, оболочек хранилищ жидкостей, газов, сыпучих и дробленых материалов и т.д., с применением монострендов (помещенных в трубчатую оболочку с антикоррозионной смазкой арматурных канатов).

Известен способ изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций, включающий размещение в каналообразователе помещенных в трубчатую оболочку с антикоррозионной смазкой арматурных канатов, установку анкеров, укладку бетонной смеси, заполнение каналообразователя водоцементной смесью и натяжение арматурных канатов домкратами [1, 2].

Известен также моностренд, включающий заполненную антикоррозионной смазкой полиэтиленовую оболочку, в которую помещен арматурный канат [3].

Однако при сооружении железобетонных конструкций криволинейной формы известный способ и устройство не обеспечивают сохранность трубчатых оболочек при натяжении канатов из-за того, что соседние канаты, соприкасаясь между собой в местах приложения радиальных нагрузок, деформируют и разрывают полиэтиленовые оболочки канатов, а при эксплуатации конструкций происходит коррозия канатов. Кроме того возникают трудности при замене канатов. При соприкосновении канатов между ними не происходит проникновение водоцементной смеси, и при ее твердении не происходит эффективной передачи нагрузки на железобетонную конструкцию.

Технический результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в повышении эксплуатационной надежности и долговечности конструкции.

Указанный результат достигается за счет того, что в способе изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций с арматурными канатами, включающем размещение в каналообразователе помещенных в трубчатую оболочку с антикоррозионной смазкой арматурных канатов, установку анкеров, укладку бетонной смеси, заполнение каналообразователя водоцементной смесью и натяжение арматурных канатов домкратами, в месте приложении радиальных нагрузок на железобетонную конструкцию на поверхности каждой из трубчатой оболочки выполняют выступы. Выступы на трубчатых оболочках соседних канатов могут быть размещены в шахматном порядке.

Указанный результат может достигаться за счет того, что в моностренде, включающем заполненную антикоррозионной смазкой полиэтиленовую оболочку, в которую помещен арматурный канат, полиэтиленовая оболочка снабжена размещенными на ее внешней стороне выступами. Моностренд может быть снабжен размещенными на полиэтиленовой оболочке и скрепленными с ней втулками, на которых размещены выступы. Выступы на каждой из трубчатой оболочки могут располагать продольно, а также по ее диаметру.

Изобретения поясняются чертежами, где на фиг.1 — изображен моностренд, на фиг.2 — разрез по А-А, на фиг.3 — вариант выполнения моностренда с применением втулки, на фиг.4 — положение канатов при их помещении в каналообразователь, на фиг.5 изображена схема, поясняющая способ изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций, на фиг.6 — место Б.

Моностренд включает заполненную антикоррозионной смазкой 1 трубчатую полиэтиленовую оболочку 2, в которую помещен арматурный канат 3. Полиэтиленовая оболочка 2 снабжена размещенными на ее внешней стороне выступами 4 с пазами 5 для обеспечения прохождения цементного раствора. Моностренд может быть выполнен с размещенными на полиэтиленовой оболочке 2 втулками 6, на которых размещены выступы 4.

Способ осуществляют следующим образом. В каналообразователь 7 размещают моностренды 8, 9, производят установку анкеров, укладку бетонной смеси 10, 11, заполнение каналообразователя водоцементной смесью 12. В месте приложения радиальных нагрузок на железобетонную конструкцию, на поверхности каждой из трубчатой оболочек предварительно выполняют выступы 4 с пазами 5 для обеспечения прохождения водоцементной смеси между монострендами 8, 9. При такой установке монострендов между ними образуется гарантированный зазор 13, который заполняют водоцементной смесью. После твердения раствора производят натяжение монострендов 8 и 9 домкратами до нужного усилия.

При применении втулок втулки могут перемещаться вдоль полиэтиленовой оболочки 2 и быть скреплены в нужном месте, например, при помощи сварки или клея. Таким образом, на моностренде выступы могут быть размещены с необходимым шагом t.

Это обеспечивает сохранность трубчатых полиэтиленовых оболочек при натяжении канатов, так как соседние моностренды не соприкасаются между собой в местах приложения радиальных нагрузок, а следовательно, не деформируют и не разрывают полиэтиленовые оболочки канатов, и поэтому при эксплуатации конструкций не происходит коррозия канатов и не возникают трудности при замене канатов. Кроме того, между монострендами происходит гарантированное проникновение водоцементной смеси, и при ее твердении происходит эффективная передача нагрузки на железобетонную конструкцию.

Таким образом, предложенное техническое решение позволит

— повысить эксплуатационную надежность и долговечность конструкции;

— улучшить ремонтопригодность конструкции.

Источники информации

1. http://www.engstroy.spb.ru/index_2009_02/kishinevskaya_nanobetony.pdf.

2. http://cnb.by/content/view/915/30/lang,russian/.

3. http://dic.academic.ru/dic.nsf/stroitel/7384.

Предварительно напряженная железобетонная конструкция — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Предварительно напряженная железобетонная конструкция

Cтраница 2

Проволока стальная круглая для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций. Проволока стальная периодического профиля для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций.
 [16]

Внедрение эффективных конструкций, применение предварительно напряженных железобетонных конструкций сокращает расход металла почти в два раза, снижает трудоемкость производства и, следовательно, повышает его экономичность. Качество самой конструкции при этом возрастает.
 [17]

Та же картина имеет место в предварительно напряженных железобетонных конструкциях, где роль трубки играет не работающий на растяжение бетон, а роль болта — арматура.
 [18]

Особые меры предосторожности следует соблюдать при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций. Так как при натяжении арматуры и арматурной проволоки возможен обрыв, устраивается надежное защитное ограждение рабочих мест и проходов, рабочие же во время натяжения должны удаляться в безопасные места. Арматура и проволока, предназначенные для натяжения, не должны иметь коррозии и механических повреждений.
 [19]

В комплекс заводов входят цехи по изготовлению предварительно напряженных железобетонных конструкций, оснащенных специальным оборудованием для натяжения высокопрочной проволоки и арматурных стержней электротермическим и другими способами, для высадки головок стержней и дуг.
 [20]

Коэффициенты запаса для сборных железобетонных и сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций, изготовляемых на заводах с проверкой прочности образцов, отбираемых от каждой партии, уменьшаются для пределов I и II на 2 % для сборных железобетонных и на 10 % для сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций, но не ниже величины, указанной для III предела. Сечения элементов сборных конструкций, бетонируемых на месте, а также сечения на участках стыков элементов рассчитываются без снижения коэффициентов запаса.
 [21]

Идея, цели и области рационального применения предварительно напряженных железобетонных конструкций охарактеризованы в главе I. Эти конструкции отличаются не только использованием высокопрочных арматурных сталей, но и технологией изготовления.
 [22]

В зависимости от способа армирования различают обычные и предварительно напряженные железобетонные конструкции.
 [24]

Большой интерес представляет использование расширяющегося цемента для изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций. При твердении такого бетона происходит удлинение арматуры, растягивающие усилия которой передаются непосредственно на бетон.
 [25]

Высокопрочные арматурные стали ( табл. 9) для предварительно напряженных железобетонных конструкций получают двумя способами: хорошо свариваемые — путем легирования элементами, образующими бейнитную структуру, и несвариваемые — термическим упрочнением ( закалка и отпуск на специальных установках для электротермоупрочнения), относительно низколегированных сталей, содержащих повышенное количество углерода.
 [26]

Особенно опасна язвенная форма коррозии для высокой рочной проволочной арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций. В связи с малыми поперечными сечениями отдельных проволок, высокой степенью напряжения и пониженной деформатив-ностью высокопрочных сталей при образовании язвенных поражений могут происходить внезапные обрывы.
 [27]

При отсутствии воздушного барьера требования к защите конструкций сильно повышаются, и предварительно напряженные железобетонные конструкции с проволочным армированием не допускаются.
 [29]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4




Из истории предварительно напряженного железобетона | DWGFORMAT

Создание напряженного состояния в конструкции на стадии изготовления, когда знак напряжения в материале противоположен знаку напряжений от эксплуатационной нагрузки, является одним из крупнейших достижений инженерной мысли ХХ века. У истоков этой концепции в ее современном понимании стояли Эжен Фрейссине (Франция) и Виктор Васильевич Михайлов (Россия). Предварительное напряжение развивалось непросто. Интересно отметить, что в 30-х годах при защите докторской диссертации В.В. Михайлова, посвященной развитию этого метода, два оппонента из трех выступили против.

В Советском Союзе использование предварительного напряжения было весьма популярным, оно применялось в промышленном, жилищном, транспортном и специальном строительстве. Предварительно напряженных конструкций выпускалось более 30 млн. м³ в год, что составляло порядка 20% общего объема производства сборного железобетона. Здесь мы действительно занимали передовые позиции.

Наибольшее распространение получила технология натяжения арматуры на упоры. Данный метод стал так хорошо использоваться, благодаря, прежде всего, внедрению электротермического способа натяжения стержневой арматуры.

Сущность данного способа натяжения арматуры заключается в том, что арматурную заготовку (стержневую, проволочную или прядевую), нагретую электрическим током до нужного удлинения, закрепляют в нагретом состоянии в жестких упорах или на торцах затвердевшего элемента. Специальные упоры и торцы препятствуют укорочению заготовки при остывании, благодаря чему в ней возникают заданные растягивающие напряжения. Требуемую арматурную заготовку, предназначенную для натяжения на упоры форм, поддонов или стендов, снабжают по концам анкерами, расположенными так, чтобы расстояние между внутренними (опорными) плоскостями анкеров было на заданную величину меньше расстояния между наружными гранями упоров. Удлиненная заготовка должна свободно укладываться в нагретом состоянии между упорами. Для стержневой арматуры максимальная температура нагрева не должна превышать 350°, а для проволочной — 300°С.

Благодаря авторам этого способа были сэкономлены миллионы тонн дефицитного тогда металла и резко улучшена технология и экономика конструкций.

Одновременно с этим способом был введен и электротермомеханический (комбинированный) способ натяжения. Он сочетает в себе электротермический и механический способ натяжения, осуществляемые одновременно. При электротермомеханическом способе натяжения около 50% напряжения обеспечивается механическим натяжением и 50% при остывании нагретой проволоки. Это вдвое увеличивает производительность машин, облегчает их конструкцию, позволяет повысить контролируемое предварительное напряжение. Особенно эффективен этот способ при натяжении арматуры на затвердевший бетон криволинейных элементов, так как он позволяет снизить неравномерность натяжения и уменьшить потери натяжения в результате трения.

Успех был закреплен в 60-х годах, на волне тотального увлечения сборным железобетоном, именно, предварительно напряженный рассматривался, как один из основных конструкционных материалов.

В этот период ученые и специалисты отрасли разработали значительный объем нормативно-технической литературы по расчету, проектированию и технологии изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций, что стало надежным фундаментом для дальнейшего эффективного развития этого направления. Одним из основных документов стал ВСН 117–65; хотя он и был разработан для мостов, в целом рассматривал почти все технологические аспекты предварительно напряженного бетона. Вышедший позднее СНиП 2.03.01–84 прямо указывал: «При выборе элементов должны предусматриваться преимущественно предварительно напряженные конструкции…».

Дальнейшее развитие предварительного напряжения оказало серьезное влияние на технологии высокопрочных бетонов. В преднапряженных конструкциях появилась возможность максимально эффективно использовать повышенную прочность бетона при сжатии.

В настоящее время фактически все регионы в России обладают производственными мощностями, способными производить более 1 млн. м³ в год сборного, в том числе предварительно напряженного железобетона. Достаточно велика и номенклатура изделий, которые целесообразно изготавливать с предварительным напряжением: покрытия зданий, пролетные строения и опоры мостов, железобетонные сваи и трубы, шпалы, градирни, опоры ЛЭП и мачты освещения, телебашни, защитные оболочки, морские и шельфовые сооружения, плавучие доки, корпуса понтонов и многое другое.

Использованы материалы доклада Войлокова И.А и статьи Звездова А.И.
Фото: производство преднапряженных плит перекрытий на ЖБК-9 

Поделиться в социальных сетях

Предварительно напряженный бетон

Хотя предварительно напряженный бетон был запатентован инженером из Сан-Франциско в 1886 году, он стал общепринятым строительным материалом лишь полвека спустя. Дефицит стали в Европе после Второй мировой войны в сочетании с технологическими достижениями в области высокопрочного бетона и стали сделали предварительно напряженный бетон предпочтительным строительным материалом во время послевоенного восстановления Европы. Однако первая в Северной Америке конструкция из предварительно напряженного бетона, Мемориальный мост Уолнат-Лейн в Филадельфии, штат Пенсильвания, была построена только в 1951 году.

В обычном железобетоне высокая прочность стали на растяжение сочетается с большой прочностью бетона на сжатие, образуя конструкционный материал, устойчивый как на сжатие, так и на растяжение. Принцип, лежащий в основе предварительно напряженного бетона, заключается в том, что сжимающие напряжения, создаваемые арматурой из высокопрочной стали в бетонном элементе до приложения нагрузок, уравновешивают растягивающие напряжения, возникающие в элементе во время эксплуатации.

Предварительное напряжение устраняет ряд конструктивных ограничений, которые несут обычные бетонные конструкции по пролетам и нагрузкам, и позволяет строить крыши, перекрытия, мосты и стены с более длинными пролетами без опоры.Это позволяет архитекторам и инженерам проектировать и строить более легкие и мелкие бетонные конструкции без ущерба для прочности.

Принцип предварительного напряжения применяется, когда ряд книг перемещается с места на место. Вместо того, чтобы складывать книги вертикально и переносить их, книги можно перемещать в горизонтальном положении, оказывая давление на книги в конце ряда. Когда прикладывается достаточное давление, сжимающие напряжения возникают во всем ряду, и весь ряд может быть поднят и перенесен в горизонтальном направлении одновременно.

Прочность на сжатие добавлена ​​

Напряжения сжатия возникают в предварительно напряженном бетоне в результате предварительного или последующего напряжения стальной арматуры.

При предварительном натяжении сталь растягивается перед укладкой бетона. Стальные арматуры из высокопрочной стали помещают между двумя упорами и растягивают до 70-80 процентов от их предельной прочности. Бетон заливают в формы вокруг сухожилий и дают застыть. Когда бетон достигает необходимой прочности, растягивающие силы снимаются.По мере того как сталь восстанавливает свою первоначальную длину, растягивающие напряжения преобразуются в сжимающее напряжение в бетоне. Типичными изделиями для предварительно натянутого бетона являются плиты крыши, сваи, столбы, мостовые балки, стеновые панели и железнодорожные шпалы.

При последующем напряжении сталь растягивается после затвердевания бетона. Бетон заливается вокруг, но не соприкасается с нерастянутой сталью. Во многих случаях воздуховоды в бетонном блоке формируются с использованием тонкостенных стальных форм. Как только бетон затвердеет до требуемой прочности, стальные стержни вставляются и растягиваются по концам блока и закрепляются снаружи, что приводит к сжатию бетона.Пост-напряженный бетон используется для монолитного бетона и мостов, больших балок, плит перекрытий, кожухов, крыш и тротуаров.

Предварительно напряженный бетон получил наибольший рост в области коммерческих зданий. Для таких зданий, как торговые центры, преднапряженный бетон является идеальным выбором, поскольку он обеспечивает длину пролета, необходимую для гибкости и изменения внутренней конструкции. Предварительно напряженный бетон также используется в школьных аудиториях, гимназиях и кафетериях из-за его акустических свойств и его способности создавать длинные открытые пространства.Одно из самых распространенных применений предварительно напряженного бетона — гаражи.

Для получения дополнительной информации о предварительно напряженном бетоне щелкните здесь.

Производство предварительно напряженного бетона

Производство предварительно напряженного бетона

На заводе сборного железобетона :

Мы смотрим на начало балки моста из предварительно напряженного бетона. Это будет предварительно напряженная балка и предварительно напряженная балка , что означает, что напряженные элементы находятся на месте до того, как вокруг них будет залита бетон.

На этапе изготовления ниже мы можем увидеть сильно натянутые стальные «пряди» или проволочные тросы, которые представляют собой очень длинные горизонтальные линии вверху и внизу и по диагонали через середину, все идущие от одного конца будущей балки. к другому. Зеленые вертикальные стальные элементы , изогнутые и профилированные сверху и снизу, представляют собой традиционные «арматурные стержни» или арматурную сталь, образующие стальной каркас, который придает форму и дополнительную прочность готовой балке.

Стальные нити растягиваются для создания чрезвычайно высокого напряжения или напряжения и закрепляются в большой желтой переборке на конце балки, как показано на фотографии ниже.При растяжении и напряжении пряди станут на 20-30 дюймов длиннее. Вы увидите, что обрезанные концы удлиненных прядей выходят справа от желтой переборки.

Длинная станина для предварительного напряжения и изготовления позволяет изготавливать более одной балки одновременно, конец в конец на фото ниже. Для экономии и эффективности стальные пряди протягиваются и натягиваются сразу через две балки.

После того, как вся сталь установлена, желтые металлические формы устанавливаются с обеих сторон стальных каркасов (внизу) для бетонной смеси.Металлические формы будут создавать традиционную форму балки I готовой предварительно напряженной бетонной балки.

С желтыми металлическими формами вокруг стального каркаса заливается бетон на верхние части опалубки на фотографии ниже.

Когда формы сняты, готовая бетонная балка появляется, демонстрируя свою культовую форму двутавровой балки ниже. Теперь он является «предварительно напряженным с предварительным натяжением», потому что бетон сформировался и затвердел вокруг натянутых стальных нитей.На этом этапе на концах балок обрезаются пряди. Растянутая стальная нить хочет вернуться к своей первоначальной, более короткой длине, но затвердевший вокруг нее бетон не позволяет ей вернуться обратно. Усилие в пряди прикладывается к бетону, чтобы привести бетонную балку в состояние сильного сжатия, поскольку напряжение распространяется на всю балку.

Эта балка готова к транспортировке на строительную площадку моста внизу.

Некоторые предварительно напряженные бетонные балки огромны!

Вес больших балок может превышать 100 тонн и достигать 180 футов.Для распределения груза по проезжей части могут потребоваться специальные грузовые автомобили с несколькими осями. А «управляемый» прицеп сзади может понадобиться для обхода поворотов.

Изображения производственного процесса с предварительным напряжением любезно предоставлены Джеймсом Финком, PE, Forterra, Inc., Maple Grove, Minnesota

Почему предварительное напряжение? — Национальная ассоциация сборного железобетона

Типы, преимущества и история предварительно напряженного бетона.

Абдул Хан

Чем больше, тем лучше, как сказали бы многие представители строительной и мостовой промышленности, и это, безусловно, верно в отношении сборных железобетонных изделий. Стальные арматурные стержни добавляют большую прочность крупным бетонным изделиям, но сама по себе арматура не может обеспечить прочность на разрыв, необходимую для сборных железобетонных изделий, которые растягиваются на большую длину. Есть немного волшебства, которое придает достаточную силу этим огромным изделиям, и это называется предварительным напряжением.

Разработка

Чтобы передать представление о том, как работает предварительное напряжение, представьте бочку, сделанную из деревянных клепок и металлических лент. По крайней мере, так Т.Ю. Лин, профессор гражданского строительства Калифорнийского университета, описал это во вступительной главе своей книги «Проектирование предварительно напряженных бетонных конструкций».

Линь говорит, что основной принцип предварительного напряжения применялся в строительстве, возможно, столетия назад, когда веревки или металлические ленты наматывались на деревянные посохи, образуя бочку.Когда ленты были затянуты, они находились под предварительным напряжением растяжения, которое, в свою очередь, создавало предварительное напряжение сжатия между стойками и позволяло им противостоять кольцевому натяжению, создаваемому внутренним давлением жидкости. Другими словами, ленты и стойки были предварительно напряжены до того, как они подверглись какой-либо служебной нагрузке.

Говоря более формально, предварительное напряжение означает преднамеренное создание постоянных напряжений в конструкции или сборке для улучшения ее поведения и прочности в различных условиях эксплуатации.

Предварительно напряженные арматуры (обычно из высокопрочных стальных тросов или стержней) используются для обеспечения зажимной нагрузки, которая создает сжимающее напряжение для компенсации растягивающего напряжения, которое бетонный сжимающий элемент в противном случае испытал бы из-за изгибающей нагрузки.

Классификация и виды

Конструкции из предварительно напряженного железобетона можно классифицировать по ряду направлений, в зависимости от их особенностей конструкции и конструкции. Следующие типы предварительного напряжения могут быть выполнены тремя способами: предварительно напряженный бетон и связанный и несвязанный предварительно напряженный бетон.

Бетон с предварительным напряжением. Предварительно натянутый бетон заливается вокруг уже натянутых арматурных элементов. Этот метод обеспечивает хорошее сцепление между арматурой и бетоном, которое защищает арматуру от коррозии и обеспечивает прямую передачу напряжения. Затвердевший бетон прилипает к стержням и сцепляется с ними, а когда напряжение снимается, оно передается бетону в виде сжатия за счет статического трения. Однако для этого требуются прочные точки крепления, между которыми должно быть растянуто сухожилие, и поэтому сухожилие обычно образует прямую линию.

Большинство предварительно напряженных железобетонных изделий изготавливаются на заводе и должны быть доставлены на строительную площадку, что ограничивает их размер. Примерами изделий с предварительным натяжением являются элементы балконов, перемычки, колонны, массивные плиты, пустотелые плиты, тройники, стены, сэндвич-панели, балки ригелей, двутавровые балки, балки с тавровыми балками и фундаментные сваи.

Связанный бетон после растяжения. Связанный после растяжения бетон — это описательный термин, обозначающий метод сжатия после заливки бетона и процесса отверждения (на месте).Бетон заливается вокруг изогнутых каналов из пластика, стали или алюминия, которые размещаются в области, где в бетонном элементе может возникнуть напряжение. Перед заливкой бетона через воздуховоды вылавливают связки. После затвердевания бетона арматура натягивается гидравлическими домкратами, которые воздействуют на бетонный элемент. Когда сухожилия достаточно растянуты, в соответствии с проектными спецификациями, они закрепляются в нужном положении и сохраняют натяжение после снятия домкратов, передавая давление на бетон.Затем отверстия воздуховодов заливаются раствором для защиты жилы от коррозии.

Этот метод обычно используется для создания монолитных плит для строительства домов в местах, где обширные почвы создают проблемы для типичного фундамента по периметру. Все напряжения от сезонного расширения и сжатия нижележащего грунта принимаются на всю напряженную плиту, которая поддерживает здание без значительного прогиба.

Пост-напряжение также используется при строительстве различных мостов, как после затвердевания бетона после опоры с помощью опалубки, так и при сборке сборных секций, как в сегментном мосту.Преимущества этой системы перед пост-натяжением без склеивания:

  • Значительное снижение требований к традиционной арматуре
  • Сухожилия можно легко «сплести», что обеспечивает более эффективный подход к проектированию
  • Более высокий предел прочности за счет связи между прядью и бетоном
  • Нет долгосрочных проблем с сохранением целостности анкера / тупика

Бетон без сцепления с последующим напряжением. Бетон с последующим натяжением без сцепления отличается от бетона с последующим натяжением со связующим тем, что каждому кабелю предоставляется постоянная свобода движения относительно бетона.Для этого каждое отдельное сухожилие покрывается смазкой и пластиковой оболочкой, сформированной в процессе экструзии. Передача напряжения на бетон достигается за счет воздействия стального троса на стальные анкеры, встроенные по периметру плиты.

Недостатком по сравнению с последующим натяжением со связующим является тот факт, что кабель может разрушиться и вырваться из плиты в случае повреждения (например, во время ремонта плиты). Преимущества этой системы по сравнению со склеенным дополнительным натяжением:

  • Возможность индивидуальной регулировки тросов в зависимости от плохих полевых условий
  • Устранение пост-напряжения цементного раствора
  • Способность разрушать сухожилия перед попыткой ремонта

Материалы

Согласно AASHTO, предварительно напряженная арматура должна быть высокопрочной семипроволочной прядью, высокопрочной стальной проволокой или прутками из высокопрочного сплава той марки и типа, которые указаны инженером-проектировщиком.Семипроводная прядь без покрытия должна соответствовать требованиям AASHTO M 203 (ASTM A 416). Дополнение S1 (низкая релаксация) применяется, если указано.

Для предварительно напряженных работ обычно требуется более прочный бетон, чем для армированных работ. Современная практика требует минимальной 28-дневной прочности цилиндра 5 000 фунтов на квадратный дюйм. Предварительно напряженный бетон требует высокой прочности по нескольким причинам. Во-первых, с целью минимизации затрат коммерческие анкерные крепления для предварительно напряженной стали всегда проектируются для высокопрочного бетона.Следовательно, более слабый бетон либо потребует специальных анкеровок, либо может разрушиться под действием предварительного напряжения. Кроме того, бетон с высокой прочностью на сжатие обеспечивает высокое сопротивление растяжению и сдвигу, а также сцепление и опору, и желателен для предварительно напряженных бетонных элементов, различные части которых подвергаются более высоким напряжениям, чем обычный железобетон.

Еще одним фактором является то, что высокопрочный бетон менее склонен к образованию усадочных трещин. Он также имеет более высокий модуль упругости и меньшую деформацию ползучести, что приводит к меньшим потерям предварительного напряжения в стали.

Преимущества предварительно напряженного бетона

Предварительно напряженный бетон — один из самых надежных, долговечных и широко используемых строительных материалов в строительстве и строительстве мостов во всем мире. Компания внесла значительный вклад в строительную отрасль, промышленность по производству сборного железобетона и цементную промышленность в целом. Это привело к огромному количеству структурных применений, включая здания, мосты, фундаменты, гаражи, водонапорные башни, ядерные реакторы, телебашни и морские буровые платформы.

К преимуществам предварительно напряженного бетона можно отнести:

  • Меньшая стоимость строительства
  • Более тонкие плиты, которые особенно важны в многоэтажных зданиях, где снижение толщины пола может привести к созданию дополнительных этажей по той же или меньшей цене
  • Меньшее количество стыков, так как расстояние, на которое могут быть натянуты плиты после натяжения, превышает расстояние для армированной конструкции той же толщины
  • Более длинные пролеты увеличивают полезную свободную площадь пола в зданиях и парковочных сооружениях
  • Меньшее количество стыков приводит к снижению затрат на техническое обслуживание в течение расчетного срока службы конструкции, поскольку стыки являются основным источником слабых мест в бетонных зданиях.

История предварительного напряжения

Искусство предварительного напряжения бетона развивалось на протяжении многих десятилетий и из многих источников, но мы можем указать на несколько избранных примеров в истории, которые привели к появлению этой технологии.

В Соединенных Штатах инженер Джон Роблинг основал в 1841 году фабрику по производству канатов из железной проволоки, которую он первоначально продал, чтобы заменить канат из конопли, используемый для подъема автомобилей по железной дороге в центральной Пенсильвании. Позже Роблинг использовал стальные тросы в качестве подвесных тросов для мостов и разработал технику скручивания тросов на месте.

В 19 веке дешевое производство чугуна и стали, в сочетании с изобретением портландцемента в 1824 году, привело к развитию железобетона. В 1867 году французский садовник Жозеф Монье запатентовал метод укрепления тонких бетонных цветочных горшков путем встраивания в бетон металлической проволочной сетки. Позже Монье применил свои идеи к патентам на здания и мосты.

Использование швейцарским инженером Робертом Майяром железобетона с 1901 года произвело революцию в строительном искусстве.Майяр, все главные мосты которого расположены в Швейцарии, был первым дизайнером, который полностью нарушил традицию каменной кладки, придав бетону формы, технически соответствующие его свойствам — но визуально удивительные. Его радикальное использование железобетона произвело революцию в конструкции арочного моста из каменной кладки.

Идея предварительного напряжения бетона была впервые применена Эженом Фрейссине, французским инженером-строителем, в 1928 году в качестве метода преодоления естественной слабости бетона при растяжении.Предварительно напряженный бетон теперь можно использовать для изготовления балок, перекрытий или мостов с более длинным пролетом, чем это практично для обычного железобетона.

Абдул Кан — директор технических служб NPCA и бывший президент ASCE — Illinois Section 2006.

Предварительно напряженный бетон — обзор

25.7 Поведение предварительно напряженных бетонных балок

Предварительно напряженный бетон рассматривается в EC2 как часть железобетона, широкой группы материалов, от обычного железобетона и частично предварительно напряженных до полностью предварительно напряженных бетонных конструкций.Юджин Фрейсине считается «отцом» предварительно напряженного бетона. Его интерес к материалам и экспериментальная работа с начала 1900-х годов привели его к мысли, что предварительное напряжение — это практический подход к высококачественному бетону и высокопрочной стали. Только после Второй мировой войны предварительно напряженный бетон начал развиваться как практичный строительный материал. Создание в 1952 г. Международной федерации преконтрента (Federation Internationale de la Précontrainte) помогло распространить и популяризировать концепцию предварительно напряженного бетона.

Методы, приведенные в EC2, применимы ко всему спектру бетонных конструкций. Следует отметить, что часть 1 стандарта EC2 охватывает проектирование предварительно напряженных бетонных элементов с полностью скрепленными внутренними арматурами. Особые правила для внешних и несвязанных сухожилий будут рассмотрены в других частях EC2.

Принцип, используемый при проектировании предварительно напряженного бетона, заключается в том, что внутренним напряжениям, создаваемым заданной внешней нагрузкой, в желаемой степени противодействует приложение усилий предварительного напряжения.Это позволяет в полной мере использовать относительно высокую прочность бетона на сжатие. Из-за приложенных извне боковых нагрузок на балку возникают внутренние растягивающие и сжимающие напряжения, которые образуют внутреннюю пару, находящуюся в равновесии с приложенным извне моментом. При низких нагрузках или в элементах балки, изготовленных из материалов с аналогичной прочностью на растяжение и сжатие, внутренние растягивающие и сжимающие напряжения имеют одинаковые величины (в зависимости от формы и конфигурации поперечного сечения).Однако из-за относительно низкой прочности бетона на разрыв балка не сможет противостоять возникающим растягивающим напряжениям. В обычно армированных балках эта слабость при растяжении устраняется путем усиления растянутой области балки. В предварительно напряженных бетонных балках слабость при растяжении устраняется приложением продольной сжимающей силы, создающей внутренние сжимающие напряжения, которые уравновешивают в желаемой степени внутренние растягивающие напряжения. Таким образом, возникающие внутренние напряжения в основном связаны с сжатием.В зависимости от относительных величин внутренних сжимающих напряжений, вызванных силой предварительного напряжения, по сравнению с внутренними растягивающими напряжениями, возникающими из-за приложенных боковых нагрузок, растягивающие напряжения могут быть минимизированы или полностью исключены.

Сила предварительного напряжения обычно прикладывается изнутри через стальные тросы или стержни, которые закреплены или заблокированы на концах балки. Предварительное напряжение можно приложить к балке до или после затвердевания бетона. В первом подходе называют приложение усилия предварительного натяжения, как показано на рисунке 25.5. Натяжение тросов предварительного напряжения снимается с балки только после затвердевания бетона. В последнем подходе выравнивание тросов предварительного напряжения фиксируется с помощью каналов, помещенных в бетон, и тросы натягиваются только после того, как бетон достаточно затвердеет, как показано на рисунке 25.6.

Рисунок 25.5. Предварительно напряженная предварительно напряженная балка.

Рисунок 25.6. Предварительно напряженная балка, предварительно напряженная.

Основное различие между двумя подходами состоит в том, что предварительно натянутые кабели выравниваются по прямой, в то время как кабели с последующим натяжением могут иметь нелинейные профили.Однако, если требуется, в предварительно натянутой конструкции можно добиться множественных линейных совмещений. Метод предварительного натяжения идеально подходит для изготовления предварительно напряженных элементов из сборных железобетонных изделий, в которых отрезок кабеля предварительного напряжения предварительно натягивается с помощью ряда форм, размещенных по его длине для удержания бетона. Существует ряд запатентованных систем натяжения бетонных элементов.

Какая бы система не использовалась для предварительного напряжения, следует отметить, что будут некоторые потери в силе предварительного напряжения, которая изначально прикладывается или передается на устройство.Причины таких потерь варьируются от свойств бетона, таких как эластичность, ползучесть и усадка, до трения в используемой системе анкеровки и воздуховодов. Потери, возникающие после передачи, могут составлять порядка 20% силы, достигаемой при передаче. Потери, которые происходят до или во время переноса, составляют порядка 5–10% в зависимости от системы, используемой в системах предварительного и последующего натяжения.

Существуют приложения, для которых методы предварительного и последующего натяжения оказались подходящими.В общем, метод предварительного натяжения больше подходит для блоков с малым поперечным сечением, которые не могут легко разместить сравнительно громоздкие тросы пост-натяжения и анкерные концы. Предварительное натяжение особенно подходит и экономично для массового производства большого количества подобных единиц, таких как железнодорожные шпалы, балки перекрытий, балки, столбы, сваи и т. Д.

Подход к последующему натяжению более универсален и может повысить эффективность использование сил предварительного напряжения. Потери меньше, и за счет изгиба кабелей вверх на опорах система предварительного напряжения увеличивает сопротивление элементов сдвигу.Тем не менее, в системе пост-натяжения необходимы воздуховоды и анкерные крепления для выполнения метода. Эта дополнительная стоимость неэкономична для небольших агрегатов, но для больших агрегатов пропорциональное увеличение невелико. Предварительное напряжение после предварительного напряжения успешно применяется в зданиях, мостах, морских нефтяных платформах и других инженерных сооружениях. Для многих конструкций предварительное напряжение может обеспечить экономичные и эстетически привлекательные бетонные решения.

Плиты после натяжения | Журнал Concrete Construction

Пост-напряженный бетон — это термин, который все чаще и чаще звучат в строительной отрасли.Этот метод армирования бетона позволяет проектировщику воспользоваться значительными преимуществами, предоставляемыми предварительно напряженным бетоном, при сохранении гибкости, предоставляемой методом монолитного строительства бетонных конструкций.

Пост-натяжение — это просто метод производства предварительно напряженного бетона, кирпичной кладки и других конструктивных элементов. Термин «предварительное напряжение» используется для описания процесса приложения внутренних сил (или напряжения) к бетонному или каменному элементу в процессе строительства, чтобы противодействовать внешним нагрузкам, прикладываемым при вводе конструкции в эксплуатацию (так называемым эксплуатационным нагрузкам).Эти внутренние силы прикладываются путем натяжения высокопрочной стали, что может быть сделано до или после укладки бетона. Когда сталь натягивается перед укладкой бетона, этот процесс называется предварительным натяжением. Когда сталь растягивается после укладки бетона, этот процесс называется последующим натяжением. Поскольку для предварительного натяжения требуются специально разработанные литейные станины, его обычно используют в процессе производства сборных железобетонных изделий для изготовления простых форм, которые можно транспортировать на строительную площадку. Последующее натяжение выполняется на месте путем установки арматурных стержней в бетонную опалубку аналогично установке арматуры.

Что делает пост-натяжение?

Когда бетонная плита подвергается напряжению методом последующего натяжения, это означает, что сталь подвергается растяжению, а бетон сжимается. Сжатие — это сила, которая сжимает или раздавливает, а напряжение — это сила, которая что-то разрывает. Как строительный материал, бетон очень прочен на сжатие, но относительно слаб на растяжение. Сталь очень прочна на растяжение. Если бетонная плита подвергнется сжатию, а сталь — растяжению, прежде чем будут приложены какие-либо существенные эксплуатационные нагрузки, оба строительных материала станут наиболее прочными.В результате получается более жесткая бетонная плита, которая активно сжимается и обладает большей способностью противостоять силам растяжения.

Джим Роджерс
Пост-натяжные перекрытия все чаще используются в высотном строительстве.

Когда бетонная плита перекрытия подвергается воздействию сил, она прогибается и изгибается. Эти силы являются результатом силы тяжести, притягивающей плиту, в то время как к верхней части плиты прилагается дополнительный вес. Изгиб и изгиб создают высокие растягивающие силы, которые могут вызвать растрескивание бетонной плиты перекрытия (см. Рисунок 1).Именно здесь становится важным использование армирования. Поскольку сталь обладает высокой способностью противостоять растягивающим силам, она может быть встроена в бетон в зонах растяжения — областях, где могут возникать разрывы при растяжении, — позволяя арматурной стали справляться с растягивающими усилиями.

Добавление арматуры с последующим напряжением вместо одной только арматуры сочетает в себе действие по усилению зон растяжения с преимуществами сжатия бетонной плиты. Дополнительные преимущества получаются, когда арматура после натяжения устанавливается в профиль с драпировкой, а не по прямой.Типичный задрапированный профиль на возвышении бетонной плиты будет направлять арматуру после натяжения через высокую точку над опорами плиты и через низкую точку между этими опорами (см. Рисунок 2). Теперь достигается оптимальная эффективность, поскольку арматура с последующим натяжением находится в зонах растяжения, бетон сжимается, а арматура с последующим натяжением создает подъемную силу в середине пролета, где она больше всего необходима.

Общие применения и преимущества

Считается, что первое применение пост-натяжения было задумано Юджином Фрейсине в 1933 году для основания морского терминала во Франции, а эта технология была представлена ​​в Соединенных Штатах в 1950-х годах.Пост-натяжение теперь широко используется в мостах, надземных плитах (парковочные конструкции, жилые или коммерческие здания), жилых фундаментах, стенах и колоннах.

Джим Роджерс
Изгиб и изгиб создают высокие растягивающие усилия, которые могут вызвать растрескивание бетонной плиты перекрытия.

Использование арматуры с последующим натяжением для строительства плит перекрытия может привести к получению более тонких бетонных секций и / или более длинных промежутков между опорами. Дизайнеры обычно используют этот метод для создания зданий и сооружений с чистыми открытыми пространствами, что дает больше архитектурной свободы.Уменьшение толщины каждого несущего этажа в здании может уменьшить общий вес конструкции и уменьшить потолок до высоты пола каждого уровня. В нижних этажах это может означать меньшее количество земляных работ, а в надземных — меньшую общую высоту здания. В областях с ограничениями по высоте зданий экономия от 8 до 12 дюймов (или более) высоты на каждом уровне может сложиться к тому времени, когда вы достигнете 10 или 12 уровней. Пост-натяжение обычно применяется к конструкции «плоская плита» или «плоская плита» в многоуровневых конструкциях.Более длинные пролеты сокращают количество необходимых колонн и дают проектировщику больше свободы при планировке здания. Еще более длинные пролеты могут быть достигнуты за счет использования конструкции из балок и плит, например, в конструкции парковки, где типичные балки после натяжения могут иметь длину от 60 до 65 футов.

Нет никаких особых требований или требований к опалубке, кроме той, которая используется в строительстве без пост-напряжения, и формы настила можно менять, как только арматура подвергается нагрузке, что сокращает время цикла строительства.

Строительный процесс

Основным элементом системы пост-натяжения является сухожилие. Арматура после натяжения состоит из одного или нескольких кусков предварительно напряженной стали, покрытых защитным покрытием и размещенных внутри канала или оболочки. На каждом конце сухожилия есть якоря для передачи усилий в конструкцию. У длинных сухожилий могут быть промежуточные анкеры по всей длине, чтобы учесть напряжение в строительных швах. Сталь для предварительного напряжения изготавливается в соответствии с требованиями ASTM A-416, и типовые размеры прядей равны 0.Диаметр 50 и 0,60 дюйма. Вся арматура в сборе должна соответствовать требованиям ACI 423 и должна производиться и производиться на заводе, сертифицированном по такой программе, как Программа сертификации заводов Института пост-натяжения (см. Www.post-tensioning.org). Чтобы получить представление о высокой прочности этого типа стали, типичная стальная полоса, используемая для последующего натяжения, дает давление около 243000 фунтов на квадратный дюйм. Напротив, типичный кусок арматуры дает давление около 60 000 фунтов на квадратный дюйм.

Джим Роджерс
Типичный драпированный профиль на возвышении бетонной плиты будет направлять арматуру после натяжения через высокую точку над опорами плиты и через низкую точку между этими опорами.

Обращение и установка арматуры после натяжения требует специальных навыков и знаний. Обученные слесари-слесари установят арматуру в точных местах, указанных инженером-регистратором и показанных на чертежах размещения поля после натяжения. Высокая и низкая точки драпированного профиля (см. Рисунок 2) имеют решающее значение для поддержания, и допуск для размещения в этих местах может составлять до ± дюйма. Другие специалисты, работающие на настиле перед укладкой бетона, должны знать, что они не могут беспокоить или перемещать сухожилия для выполнения своей работы.В конструкции приподнятых перекрытий арматуры обычно группируются в пучки, чтобы увеличить расстояние между арматурой и улучшить конструктивность плиты.

После того, как бетон уложен, он должен достичь надлежащей прочности до того, как арматура будет натянута. Обычно это 75% от расчетной 28-дневной прочности бетона, которая указывается в проектной документации. Натяжение сухожилий, также известное как операция натяжения, достигается с помощью гидравлического домкрата. По крайней мере, один конец каждой арматуры должен быть установлен с отрезком предварительно напряженной стали, выступающим через кромочную опалубку и за кромку плиты; это известно как напряженный хвост.В этом месте также будет установлен пластиковый кармашек для создания кармана напряжения (см. Рисунок 3). Когда кромочная форма и формирователь кармана удаляются, хвостовая часть пряди и нагружающий карман открываются, что позволяет слесарю использовать натяжной домкрат для приложения усилия к сухожилию.

Силы, возникающие при нагрузке на сухожилия, достаточно высоки, чтобы повредить конструкцию или даже нанести травму людям, работающим на работе, если установка и напряжение не выполняются должным образом.Лица, выполняющие установку и нагрузку системы пост-натяжения, должны быть сертифицированы независимой сторонней программой сертификации, такой как Программа сертификации металлургов после натяжения (www.ironworkercertification.com), чтобы гарантировать, что человек прошел надлежащее обучение и продемонстрировал знания, необходимые для правильного выполнения работы.

Джим Роджерс
Пластиковый формирователь кармана, установленный в этом месте, создает кармашек для напряжения.

Безопасность во время стресса включает в себя обеспечение того, чтобы никто не работал в зоне, подверженной нагрузке на сухожилие. Натяжение осуществляется с усилием, равным 80% прочности на разрыв пряди. Для типичной пряди класса 270 диаметром ½ дюйма прядь натягивается с усилием 33 000 фунтов. По мере того как происходит растяжение, сталь удлиняется, а бетон сжимается. Когда достигается надлежащая сила натяжения, предварительно напряженная сталь закрепляется на месте. Анкеры предназначены для обеспечения постоянного механического соединения, удерживая сталь в напряжении, а бетон — в сжатом состоянии.

Относительное удлинение стали измеряется и записывается для каждой арматуры. Это измерение проверяется для определения и проверки наличия надлежащей силы в каждом сухожилии. После того, как измерения удлинения будут утверждены, напряженные хвосты можно отрезать прямо по краю бетонной плиты, а нагружающий карман заполнить безусадочным раствором, чтобы обеспечить покрытие и защиту на конце предварительно напряженной стали.

Действие напряжения арматуры передает усилие от опалубки на арматуру, которая переносит усилие на колонны или другие опоры.Это означает, что формы настила могут быть удалены и перемещены для следующего размещения, как только будет определено, что все арматуры в текущей плите были должным образом напряжены.

Джим Роджерс — управляющий директор компании Evaluation and Certification Services LLC, которая управляет программой сертификации рабочих-металлистов после натяжения в США и Канаде и издает журнал Post-Tension Magazine.

Экспериментальное исследование прогрессирующего обрушения предварительно напряженных бетонных рам после разрушения средней колонны

Случайные нагрузки, такие как взрыв и удар транспортного средства, могут привести к выходу из строя одного или нескольких несущих элементов конструкции, что может вызвать непропорционально прогрессирующее обрушение габаритных конструкций.Каркасные конструкции из предварительно напряженного бетона (ПК) обычно подвергаются большому риску обрушения после выхода из строя несущих элементов, поскольку элементы в каркасных конструкциях из ПК обычно подвергаются гораздо большей нагрузке, чем элементы в обычных железобетонных (RC) каркасных конструкциях. Для исследования прогрессивного обрушения каркасных структур ПК были изготовлены пять подструктур каркаса уменьшенного размера на одну четверть, и на них были проведены испытания на обрушение. Обсуждается влияние отношения пролета к глубине балок каркаса и режимов предварительного напряжения на характеристики обрушения каркасных конструкций ПК.Экспериментальные результаты показали, что каркасные каркасы ПК с различными режимами действия предварительного напряжения, включая предварительное напряжение со связью и предварительное напряжение без сцепления, демонстрируют разные возможности сопротивления разрушению и деформируемость. Приращение силы растяжения несвязанных прядей предварительного напряжения почти линейно увеличивалось с вертикальным перемещением вышедшей из строя средней колонны. Катенарное действие — один из важнейших механизмов сопротивления структурному разрушению. Предварительное напряжение и продольные арматурные стержни в балках каркаса способствовали формированию и поддержанию цепной связи.Предельная деформируемость каркасных конструкций ПК была тесно связана с разрушением прядей предварительного напряжения. Кроме того, был разработан метод расчета коэффициентов динамического увеличения (DIF), подходящий для рамных конструкций ПК, который можно использовать для пересмотра расчетной нагрузки обрушения, когда статический анализ обрушения проводится методом альтернативного пути. DIF пяти подструктур были обсуждены на основе предложенного метода; он показал, что DIF, соответствующие первым пиковым нагрузкам и предельным отказам для каркасов ПК, были меньше 1.49 и 1,83 соответственно.

1. Введение

Несущие элементы в каркасных конструкциях могут выйти из строя при случайных нагрузках, таких как взрыв, удар транспортного средства и т. Д., Что может вызвать непропорциональное обрушение целостных конструкций. За последние несколько десятилетий произошло много катастрофических аварий, связанных с обрушением конструкций, например, обрушение квартиры в Ронан-Пойнт в Великобритании в 1986 году из-за пожара и федерального здания Альфреда П. Мурры в Америке в 1995 году из-за террористического нападения.Поэтому исследователи всего мира в последующие годы уделяли большое внимание прогрессирующему разрушению структур. Поскольку железобетонные (ЖБИ) каркасные конструкции широко используются в промышленных и гражданских зданиях, было проведено множество исследовательских работ по изучению механизмов их обрушения. Экспериментально доказано, что действие сжимающей арки и контактной цепи, образующиеся в балках каркаса во время обрушения конструкции, являются эффективными для улучшения сопротивления обрушению железобетонных каркасных конструкций [1–3].Из-за ограничений лабораторных условий для большинства испытаний на обрушение железобетонных каркасных конструкций в лабораториях использовались модели каркасов без плит перекрытия. В результате некоторые исследователи исследовали влияние плит на характеристики обрушения конструкции с помощью испытаний или численного анализа [4, 5], и было обнаружено, что плита может значительно улучшить способность сопротивления обрушению после разрушения несущих колонн. Фактически, процесс обрушения структур является динамическим, и их поведение при обрушении явно отличается от того, что выявляется при статических испытаниях на обрушение.Некоторые конструктивные параметры, такие как расчетная длина пролета балок рамы, могут сильно влиять на динамические реакции рамных конструкций во время обрушения [6]. Чтобы получить фактические отклики на обрушение железобетонных каркасных конструкций, Сасани и Сагироглу [7, 8] провели испытания по сносу заброшенного здания на месте, и действие Виренделя было определено как основной механизм перераспределения нагрузки в остаточных конструкциях. Кроме того, были разработаны различные методы оценки для оценки внутреннего сопротивления разрушению железобетонных каркасных конструкций [9–11].В последние годы были исследованы характеристики прогрессирующего обрушения сборных железобетонных каркасов из-за их все более широкого применения, и были предложены улучшенные детали соединения балка-колонна и конструктивные меры для снижения риска обрушения сборных железобетонных каркасов [12–14].

Когда железобетонные каркасные конструкции используются в крупнопролетных конструкциях, предварительное напряжение обычно прикладывают к балкам или колоннам каркаса для улучшения их несущей способности и жесткости. Затем возникают каркасные конструкции из предварительно напряженного бетона (ПК).Поскольку несущие элементы в каркасных конструкциях ПК несут гораздо большую нагрузку, чем элементы в обычных RC-каркасах, каркасы ПК будут сталкиваться с более высоким риском разрушения, когда местные несущие элементы выйдут из строя в результате случайных событий. Fan et al. [15] экспериментально изучали характеристики обрушения двух одноэтажных и двухсекционных железобетонных рам, усиленных внешними предварительно напряженными арматурами, и на основе испытаний была получена расчетная формула для предельной нагрузки железобетонных рам с внешними предварительно напряженными арматурами. Qian et al.[16] изучали сопротивление разрушению предварительно напряженных бетонных узлов балки-колонны с несвязанными прядями после натяжения и обнаружили, что эффективное предварительное напряжение может значительно повлиять на предельную деформируемость и несущую способность каркасов ПК. На сегодняшний день проведены ограниченные исследования по прогрессирующему разрушению каркасных конструкций ПК. Необходимо выявить их характеристики разрушения, такие как механизмы разрушения и режимы разрушения. В этой статье представлены экспериментальные результаты пяти уменьшенных масштабированных каркасных каркасов балки-колонны после удаления средней колонны; оценено влияние отношения пролета к глубине и режимов предварительного напряжения на прогрессирующее обрушение каркасных конструкций ПК.Кроме того, была разработана методика расчета коэффициента динамического увеличения (DIF) разрушающей нагрузки для каркасных конструкций ПК.

2. Схема эксперимента
2.1. Конструкция образца

Пять уменьшенных на одну четверть одноэтажных и двухъярусных каркасных каркасов были спроектированы применительно к реальному каркасному зданию из ЖБИ, и расположение каркаса в прототипе конструкции обведено пунктирными линиями, как показано на Рисунке 1 Каждая подконструкция состоит из двух балок каркаса и трех колонн, названных от колонки A до колонки C, соответственно, где колонка B использовалась для имитации отказавшей средней колонны из-за случайной нагрузки.Пять образцов были обозначены как S1 – S5, в котором S1 был единственным образцом без предварительного напряжения; S2, S3 и S4 были предварительно напряжены в балках рамы с несвязанными прядями предварительного напряжения (UPS), в то время как балки рамы S5 были предварительно напряжены с помощью скрепленных предварительно напряженных прядей (BPS). Геометрия и детали армирования пяти подконструкций идентичны, за исключением прядей предварительного напряжения. S1 взят в качестве примера, чтобы проиллюстрировать детали образцов, как показано на рисунке 2. Основные параметры конструкции подструктур перечислены в таблице 1.На рисунке 3 показана схема расположения прядей предварительного напряжения в балках рамы от S2 до S5, где — размер расположения прядей, принятый равным 230 мм и 290 мм для S2 и S4 соответственно, а также 260 мм для S3 и S5. . Минимальное расстояние от осевых линий прядей до внешних поверхностей балок рамы составляло 35 мм как в областях с положительным, так и с отрицательным моментом. Продольные арматурные стержни (LRB) во всех колоннах были сварены со стальными пластинами, встроенными в торцы колонн.Четыре стержня с резьбой были встроены в каждую часть балки рамы для соединения с А-образной реактивной стальной рамой. Номинальный диаметр прядей, подвергнутых последующему натяжению, составляет 9,5 мм. Начальное эффективное предварительное напряжение составляет около, где представляет собой предел прочности на разрыв предварительно напряженных прядей. Деформированные арматурные стержни D8, D12 и D16 использовались в качестве LRB, а круглые арматурные стержни R8 использовались в качестве хомутов в каркасных балках и колоннах. Бетонные покрытия для балок и колонн имеют толщину 20 мм.Измеренные механические свойства арматуры и прядей предварительного напряжения приведены в таблице 2. Что касается бетона, прочность на осевое сжатие и модуль упругости были испытаны на шести призматических образцах длиной 150 мм, шириной 150 мм и высотой 300 мм, а также пределом прочности при растяжении. тестировался на шести кубах по 150 мм. Измеренные осевая прочность на сжатие, модуль упругости и предел прочности бетона составили 42,1 МПа, 3,77 × 10 , 4 МПа и 3,6 МПа, соответственно.


6

9027 2675

0


Образец Пролет рамы балки (мм) Отношение чистого пролета к глубине балки рамы Начальное эффективное предварительное напряжение

S1 2600 12.0 НЕТ НЕТ
S2 2300 10,5 0,6 f ptk Предварительное напряжение без скрепления

S f ptk

Предварительное напряжение без сцепления
S4 2900 13,5 0,6 f ptk Предварительное напряжение без сцепления 9027 267500
0,6 f ptk Связанное предварительное напряжение

(МПа)

Предел прочности (МПа) Модуль упругости (МПа) Удлинение (%)

R8 8 371.0 550,2 2,1 × 10 5 10,8
D8 8 449,2 670,8 1,9 × 10 5 8,5 429.1 583.9 2.0 × 10 5 12.2
D16 16 539.0 711.4 2.0 × 10 5 14.36
5 1812 1926 1,9 × 10 5 5,5

2.2. Процедура загрузки

Процедура загрузки была разделена на два этапа для каждой опорной конструкции. Во-первых, был проведен тест на быстрое удаление средней колонки. Во время испытания заранее была установлена ​​временная опора внизу колонны B, а затем стальной груз был подвешен к точкам квартилей каждой балки рамы для имитации нагрузки, передаваемой от соседних этажей, которая была принята равной 10.0 кН / м 2 согласно нормам расчета нагрузки в Китае, после чего временная опора была быстро удалена ударом. Регистрировались динамические реакции остаточных субструктур, включая ускорение, динамическое смещение и т. Д. Во-вторых, испытание на статическое разрушение проводилось путем приложения вертикальной монотонной нагрузки к верхней части колонны B до тех пор, пока не произошло окончательное разрушение, которое будет в основном обсуждаться в этой статье. Обратите внимание, что вес подвески на балках рамы был снят с балок во время испытаний на статическое разрушение.

На рис. 4 показаны детали сборки образца при испытаниях на статическое разрушение. Вертикальная нагрузка прикладывалась к колонне B через стальную колонну гидравлическим домкратом с ходом 700 мм. Стальная колонна прошла через стальную коробку с восемью стальными стержнями, расположенными в двух ортогональных направлениях, которые могли препятствовать свободному вращению стальной колонны. Осевая сжимающая нагрузка была приложена к верхней части двух боковых колонн с помощью гидравлических домкратов, чтобы имитировать нагрузку, передаваемую от верхних колонн, и соответствующий коэффициент осевой нагрузки был приблизительно равен 0.5. Опоры двух боковых колонн были соединены болтами со стальными балками, а стальные балки были закреплены на прочном испытательном стенде с помощью анкеров. Четыре стержня с резьбой были заделаны в каждую стойку балки рамы, которая выходила наружу от боковой колонны, через которую балки рамы соединялись с А-образными реактивными шпангоутами. Расстояние от ограниченных положений верхних частей двух боковых колонн, являющихся приблизительно точками перегиба верхних колонн, до верхних поверхностей балок рамы составляло около 450 мм.

2.3. Измерительные приборы

Измерители смещения были расположены вдоль балок для измерения вертикального смещения, как показано на рисунке 4. Монотонная статическая нагрузка, приложенная к верхней части колонны B, была измерена датчиком давления. Горизонтальные силы реакции, действующие на стержень балки рамы и верхнюю часть боковой колонны, измерялись датчиками нагрузки на растяжение-сжатие. Тензодатчики были установлены на LRB ​​в сечениях 1-1 и 2-2 балок рамы, как показано на рисунке 2.

3. Экспериментальные наблюдения

В ходе испытаний на динамическое разрушение после удаления временных опор было обнаружено несколько трещин в областях концов балок для всех субструктур. Небольшая остаточная деформация наблюдалась даже после того, как подвешенный стальной груз был снят с балок рамы в конце испытаний. Согласно измеренной микродеформации LRB, было выявлено, что остаточные субструктуры все еще находились в упругой рабочей стадии после потери средней колонны.Таким образом, влияние остаточной деформации, возникающей при испытаниях на динамическое разрушение, не учитывалось при последующем обсуждении результатов испытаний на статическое разрушение. Экспериментальные наблюдения образцов при испытаниях на статическое разрушение можно резюмировать следующим образом: S1: в процессе начального нагружения новые трещины сначала появлялись в нижней части балки, заканчиваясь около средней колонны (BENMC), а затем появлялись вверху. балки заканчивается рядом с боковыми колоннами (BENSC). По мере увеличения вертикального смещения бетон на концах балки постепенно разрушался, и в конце концов крупные трещины проходили по всем секциям балки.Бетон в основании колонны A и колонны C треснул при вертикальном смещении 60,1 мм и 120,0 мм, соответственно, и локально раздавлен на более позднем этапе нагружения. Испытание закончилось при нагрузке 73,7 кН из-за сильного повреждения концов балки. На тот момент вертикальное смещение у колонны B составляло около 400 мм. Схема отказов S1 показана на рисунке 5 (а). S2 – S4: образцы S2, S3 и S4 были разработаны, чтобы исследовать влияние отношения пролета к глубине балок рамы на прогрессирующее обрушение структур каркаса ПК.Явления трех экземпляров были аналогичны таковым у S1; то есть сначала появились новые трещины на концах балки, а затем бетон в зоне сжатия концов балки постепенно раздавился. После того, как нити, подвергнутые последующему натяжению, сломались, сопротивление образцов резко снизилось. По сравнению с S1, трещины на балках рамы трех образцов были реже и шире. Во время испытаний было обнаружено несколько крошечных трещин на внешних поверхностях боковых колонн вблизи стыков балки и колонны.Образцы отказов трех образцов показаны на рисунках 5 (б) –5 (г). S5: единственная разница между S3 и S5 заключалась в режиме действия предварительного напряжения, то есть балки рамы S5 были предварительно напряжены с помощью BPS. Подобно S3, серия трещин появилась на балках рамы S5, в то время как трещины на балках S5 были меньше, а ширина основных трещин была относительно уже. Схема отказов S5 показана на Рисунке 5 (e).

4. Результаты экспериментов
4.1. Сопротивление разрушению

На рисунке 6 показано соотношение между нагрузкой и вертикальным смещением в колонне B.Процесс обрушения можно разделить на три стадии, а именно: стадию упругости, стадию упруго-пластической деформации и стадию разрушения. (1) Этап упругости: на этом этапе вертикальное смещение балок каркаса почти линейно увеличивалось с нагрузкой, приложенной к колонне B, но продолжительность этого этапа была относительно короткой. (2) Упруго-пластическая стадия: когда приложенная нагрузка продолжала расти, в опорных конструкциях возникали большие деформации и пластическая деформация, а затем появлялась первая пиковая нагрузка.После этого количество трещин на балках заметно увеличилось, некоторые трещины на концах балок распространились из зоны растяжения в зону сжатия балок, а затем несущая способность остаточных подконструкций начала снижаться. Механизм пластиковых шарниров окончательно сформировался, когда LRB ​​в BENSC поддались и в конечном итоге исчезли после того, как бетон в областях пластиковых шарниров разрушился. При этом несущая способность опорных конструкций достигла желобов. (3) Стадия разрушения: когда сжимающее напряжение LRB на концах балки изменилось на растягивающее, это означало формирование цепного действия.После этого грузоподъемность снова начала увеличиваться после достижения желоба. Окончательный отказ обычно происходит, когда LRBs или пряди предварительного напряжения в концах балки ломаются. Основные экспериментальные результаты приведены в Таблице 3. На основе экспериментальных результатов, собственные характеристики сопротивления разрушению подструктур обсуждаются следующим образом:


ID образца Нагрузка текучести балок рамы P y (кН) Первая пиковая нагрузка P P (кН) Нагрузка в начале цепного действия P t ) Вертикальное смещение при P y (мм) Вертикальное смещение при P P (мм) Вертикальное смещение при P т ( мм)

S1 33.4 40,1 30,1 25,0 61,7 142,0
S2 43,6 57,4 41,1 21,1
45,3 25,4 127,0 212,7
S4 22,3 НЕТ НЕТ 32,4 НЕТ

24.2 НЕТ НЕТ 29,7 НЕТ НЕТ

НЕТ — отсутствие данных.

(1) S1, S3 и S5 были разработаны для исследования влияния предварительного напряжения на прогрессирующее обрушение каркасных конструкций ПК. На рисунке 6 (а) показаны кривые зависимости нагрузки от вертикального смещения трех подструктур. Сравнение показало, что первая пиковая нагрузка S3 была 1.В 30 раз больше, чем у S1. Хотя первая пиковая нагрузка S5 была незаметной, она явно была самой низкой. Ранжирование первых пиковых нагрузок в порядке убывания — S3, S1 и S5 по очереди. Видно, что первая пиковая нагрузка S1 оказалась не такой низкой, как ожидалось. После появления первой пиковой нагрузки несущая способность S3 оставалась стабильной в течение длительного периода, в то время как у S5 несущая способность медленно увеличивалась, а не снижалась. По сравнению с S3 и S5, S1 обладает самым низким сопротивлением разрушению при окончательном отказе; это доказывает, что предварительное напряжение помогает улучшить предельное сопротивление разрушению железобетонных каркасных конструкций.(2) Согласно рисунку 6 (b), ранжирование первых пиковых нагрузок для S2 — S4 в порядке убывания — это S2, S3 и S4. До разрушения прядей предварительного напряжения несущая способность образцов сохраняла тенденцию к увеличению. Разрушение прядей предварительного напряжения обычно приводило к резкому снижению несущей способности. В целом каркасные каркасные конструкции с меньшим отношением пролета к глубине имеют более высокую начальную жесткость, а предельная деформируемость каркасных каркасов тесно связана с разрушением прядей предварительного напряжения.

4.2. Горизонтальные силы реакции

На рисунке 7 показана взаимосвязь между горизонтальными силами реакции и вертикальным смещением в вышедшей из строя средней колонне, где и представляют собой горизонтальные силы реакции, действующие на концы балок рамы и верхние части боковых колонн, соответственно. Это показывает, что верхние части боковых колонн и концы балок рамы в основном подвергались горизонтальному растяжению на более позднем этапе нагружения. Горизонтальные силы реакции, действующие на концы балок S2, были сначала давлением, а затем натяжением; они указали, что действие сжимающей дуги было более очевидным для субструктуры с меньшим отношением пролета к глубине.Можно видеть, что конструктивные элементы, примыкающие к вышедшим из строя колоннам, могут обеспечивать боковые ограничения, что способствует повышению способности каркасных конструкций к сопротивлению разрушению. С другой стороны, соседние колонны должны обладать достаточной сдвиговой способностью; в противном случае горизонтальное прогрессирующее обрушение остаточных конструкций, возможно, происходит из-за плохой горизонтальной несущей способности колонн рядом с разрушенной колонной.

4.3. Микродеформации продольной арматуры в балках рамы

Тензодатчики были установлены на LRB ​​для контроля развития микродеформации.Взаимосвязь между деформацией LRB в указанных секциях балки (секции 1-1 и 2-2) и вертикальным смещением в столбце B показана на рисунке 8. Можно найти следующее. (1) Верхняя арматура в секции 1-1 и нижняя арматура в секции 2-2 выдерживала растягивающее напряжение в течение всех испытаний, в то время как нижняя арматура в секции 1-1 и верхняя арматура в секции 2-2 сначала испытывала напряжение сжатия, которые постепенно переходили в растягивающее напряжение с увеличением вертикального смещения.Точки поворота от сжимающего напряжения к растягивающему для LRB означали начало цепной реакции. (2) LRB в BENSC обычно приносили доход раньше, чем в BENMC; это означало, что пластиковые петли, которые сначала были сформированы на концах балок, далеко от вышедших из строя средних колонн.

4.4. Приращение растягивающего усилия предварительно напряженных нитей

Для S2 — S4 было измерено приращение растягивающего усилия ИБП. Кривые приращения растягивающего усилия ИБП в зависимости от вертикального смещения колонны B показаны на рисунке 9.Видно, что приращение растягивающего усилия практически линейно увеличивается с вертикальным перемещением. ИБП в S2 и S4 окончательно сломались во время тестов, чего не произошло на S3. На основании результатов экспериментов можно обнаружить, что несущая способность остаточных каркасных подконструкций сразу же снизилась после разрушения ИБП. Таким образом, предварительное напряжение играет важную роль в поддержании сопротивления разрушению остаточных структур в сценарии потери средней колонны.

5. Обсуждения
5.1. Механический механизм против обрушения

Три основных механических механизма, последовательно сформированных во время обрушения остаточных каркасов каркаса ПК. (1) После удаления средней колонны две соседние балки каркаса рядом с вышедшей из строя средней колонной в подконструкциях превратились в однопролетную балку. По измеренным горизонтальным силам реакции, действующим на концы балки, был сделан вывод, что действие сжимающей арки возникло на начальном этапе нагружения.Однако, судя по значениям горизонтальных сил реакции, влияние сжимающей арки на характеристики обрушения остаточных подструктур было не таким большим, как ожидалось. (2) По мере увеличения вертикального смещения LRB на концах балки постепенно сдавались, и возникали пластмассовые петли балки. Как правило, балочные пластиковые петли сначала появились в BENSC, а затем появились в BENMC. Механизм шарнира из пластика балки был наиболее важным рабочим механизмом против разрушения конструкции до того, как сформировалось достаточное количество пластиковых шарниров из балки.(3) После того, как бетон в областях пластиковых шарниров балки разрушился, зона сжатия на концах балки окончательно исчезла. После этого LRB на концах балки испытывали только натяжение, и механизм цепного действия начал преобладать в сопротивлении разрушению остаточных субструктур. Сравнение первых пиковых нагрузок и предельных нагрузок показывает, что цепная связь может значительно улучшить сопротивление разрушению подконструкций.

5.2. Общая деформация

Кривые деформации балок рамы при различных уровнях нагрузки после разрушения колонны показаны на рисунке 10, на котором последний уровень нагрузки соответствует предельной нагрузке в конце испытаний.Видно, что деформация балок каркаса возле вышедшей из строя средней колонны практически линейно увеличивалась на начальном этапе нагружения. На более позднем этапе нагружения рост вертикального смещения балок по направлению от боковой колонны к средней колонне постепенно ускорялся при той же вертикальной нагрузке. В это время кривые деформации балок каркаса стали нелинейными. Исключение составляли сегменты балки рядом с вышедшей из строя средней колонной, рост смещения которых в некоторых случаях явно замедлился по сравнению с другими частями балок.В общем, он может приблизительно рассматривать вертикальную деформацию в любом положении балок рамы как пропорциональную вертикальному смещению колонны B под расчетной нагрузкой обрушения.

5.3. Эквивалентный коэффициент динамического увеличения нагрузки на обрушение

Чтобы учесть влияние динамического удара, часто используются коэффициенты динамического увеличения (DIF) для пересмотра нагрузки при обрушении, когда для анализа сопротивления разрушению железобетонных каркасных конструкций применяется метод альтернативного пути. Хотя испытания на динамическое разрушение являются наиболее прямым способом получения точных значений DIF, для достижения этой цели требуются многочисленные испытания, что требует больших затрат времени и средств.Абруццо и др. [17] представили метод расчета DIF, основанный на сохранении энергии; однако этот метод не подходил для рамных конструкций ПК. В соответствии с методом, предоставленным Абруццо, метод расчета DIF для каркасных конструкций ПК разработан следующим образом: (1) Поскольку пряди предварительного напряжения расположены по параболическим кривым, начальное эффективное предварительное напряжение предварительно напряженных прядей может быть преобразовано в равномерные нагрузки. которые сегментированно распределяются по каркасным балкам с использованием метода балансировки нагрузки.Эквивалентные равномерные нагрузки для каркасных каркасов ПК в этой статье показаны на рисунке 11. (2) Предположим, что вертикальное смещение в любом положении балок каркаса пропорционально вертикальному смещению поврежденной средней колонны. Кроме того, начальное предварительное напряжение предварительно напряженных прядей рассматривается как тип внешней силы. Тогда работа, совершаемая начальным предварительным напряжением во время обрушения, может быть рассчитана следующим образом: где — вертикальное смещение в любом положении балок рамы, а — длины распределения нагрузки эквивалентных равномерных нагрузок вдоль балок рамы.(3) Учитывая, что нагрузка, приложенная к верхней части вышедшей из строя колонны, равна и соответствующее вертикальное смещение здесь равно. Тогда эквивалентная динамическая нагрузка,, от общих внешних сил равна (4) Порядок, и; тогда эквивалентный DIF может быть определен как отношение полной статической нагрузки к эквивалентной динамической нагрузке:

В соответствии с разработанным методом была получена зависимость между эквивалентными DIF и вертикальным смещением для S1 — S5, как показано на Рисунок 12. Можно видеть, что DIF быстро увеличивался на начальной стадии нагрузки и начал уменьшаться после достижения первых пиковых точек.Как только DIF опустились до впадин, они начали медленно подниматься до окончательного разрушения подструктур. и перечислены в таблице 4, которые соответствуют точкам первого и последнего пика кривых на рисунке 12. Сравнение показывает, что максимальные значения и меньше 1,49 и 1,83 соответственно. Отмечено, что в предлагаемом методе учтены не все виды диссипации энергии; например, не учитывалась диссипация энергии из-за растрескивания бетона. Это приведет к тому, что вычисленное по (2) будет больше, и, следовательно, приведет к тому, что полученные DIF с использованием (3) станут меньше.Таким образом, точность предложенного метода расчета DIF для каркасных конструкций ПК все еще требует подтверждения с помощью серии испытаний и анализа динамического разрушения.


9028 Выводы

Испытания на обрушение были проведены на пяти каркасных подструктурах, и на основе экспериментов были сделаны следующие выводы: (1) В сценарии потерь в средней колонне трещины в основном распространяются на концах балок каркаса.По сравнению с обычным железобетонным каркасом, трещины на балках каркасов ПК были шире и реже. LRB в BENSC уступили место раньше, чем в BENMC во время испытаний. (2) Три механических механизма против сжатия последовательно возникли во время процедуры сжатия каркаса ПК, а именно, механизм сжимающей дуги, механизм пластикового шарнира балки и механизм цепного действия. Контактное звено является основным механизмом поддержания несущей способности остаточных каркасных подконструкций в более позднем процессе обрушения.Приращение растягивающего усилия несвязанных прядей предварительного напряжения почти линейно увеличивалось с вертикальным перемещением разрушенной колонны, и было доказано, что предварительное напряжение более важно для поддержания несущей способности каркасов каркаса ПК во время обрушения. (3) Для каркаса каркаса ПК со связанными предварительным напряжением вертикальное смещение вышедшей из строя средней колонны было даже больше, чем у обычного железобетонного каркаса на начальной стадии нагружения. Рама ПК с несвязанным предварительным напряжением обладала более высокой начальной жесткостью и превосходной предельной деформируемостью.Предельная деформируемость каркасов ПК была тесно связана с выходом из строя прядей предварительного напряжения. Принятие разумных проектных параметров, включая отношение пролета к глубине балок рамы и режимы предварительного напряжения, может снизить риск обрушения каркасных конструкций ПК. ограничители, и это помогает улучшить способность сопротивления разрушению остаточных структур. Колонны, примыкающие к разрушенной колонне, должны обладать достаточной боковой несущей способностью, чтобы избежать возможного прогрессирующего горизонтального обрушения остаточных конструкций.(5) На основе энергосбережения разработан упрощенный метод расчета эквивалентных ФПР для рамных структур ПК. В соответствии с предложенным методом было обнаружено, что эквивалентные DIF, соответствующие первым пиковым нагрузкам и предельным разрушающим нагрузкам для каркасных каркасов ПК, были меньше 1,49 и 1,83 соответственно. Когда статический анализ обрушения проводится методом альтернативного пути, метод, представленный в этой статье, может быть использован для определения DIF нагрузки от обрушения для каркасных структур ПК.

Доступность данных

Данные, включенные в это исследование, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (гранты № 51568005 и 51868004), Проектом Китайского фонда постдокторской науки (№ 43XB3782XB), а также группой инноваций высокого уровня и планом выдающихся ученых Школы Гуанси. Колледжи.

Сравнение стальных и бетонных конструкций

Бетон и сталь являются одними из самых распространенных строительных материалов, и во многих строительных проектах можно использовать любой из них в качестве основной конструкции. У каждого материала есть свои преимущества и недостатки, как и в любом инженерном решении, и в этой статье дается общее сравнение. Ни один материал не может считаться лучше другого для всех случаев, и лучший вариант определяется условиями проекта.


Уменьшите стоимость вашего следующего строительного проекта.


Бетонные конструкции

Бетон является вторым по популярности материалом в строительстве после воды: он отличается универсальностью, долговечностью и простотой изготовления, его можно формовать в любой форме.

  • Бетонные конструкции очень устойчивы к сжатию, но не могут эффективно справляться с растяжением.

  • По этой причине большинство бетонных конструкций армировано стальными стержнями, которые обеспечивают дополнительную поддержку растягивающим нагрузкам, и эта комбинация называется железобетонной.

Бетонные конструкции можно возводить разными способами, используя разные типы бетона. Три наиболее распространенных типа — это простой цементный бетон, железобетон и предварительно напряженный бетон.

Обычный цементный бетон получают путем смешивания цемента, крупного заполнителя (гравия), мелкого заполнителя (песка) и воды в заданной пропорции в соответствии с потребностями проекта. При затвердевании эти материалы становятся однородной массой.

  • Конструкции из простого цементного бетона обладают высокой прочностью на сжатие, но почти не имеют прочности на растяжение.

  • Таким образом, простой цементный бетон в основном используется в дорогах и бетонных блоках для стен, поскольку эти конструкции подвержены сжимающим нагрузкам.

Железобетон — это простой цементный бетон со стальными стержнями, которые обеспечивают дополнительную прочность на растяжение. Это наиболее распространенный тип бетона, используемый в строительстве, который применяется не только в зданиях, но и в таких конструкциях, как резервуары для воды.

Предварительно напряженный бетон предварительно нагружают путем приложения сжимающего напряжения до того, как он подвергнется какой-либо нагрузке, кроме собственного веса.Сжатие достигается за счет растяжения арматуры из высокопрочной стали в объеме бетона перед приложением внешних нагрузок. Это улучшает его производительность после ввода в эксплуатацию.

В следующей таблице приведены преимущества и недостатки бетонных конструкций:

Стальная конструкция

Сталь — это сплав железа, углерода и других элементов. В зависимости от химического состава она классифицируется как низкоуглеродистая сталь, среднеуглеродистая сталь, высокоуглеродистая сталь, низколегированная сталь или высоколегированная сталь.

Как следует из названия, конструкционная сталь — это категория стали, используемой в строительной отрасли . Профили и свойства конструкционной стали регулируются такими стандартами, как стандарты Американского института стальных конструкций (AISC).

  • Большинство профилей из конструкционной стали представляют собой удлиненные балки определенного поперечного сечения.

  • Самая распространенная форма — двутавровая балка, которая очень жесткая по отношению к площади поперечного сечения.Таким образом, он может выдерживать высокие нагрузки без деформаций

В следующих таблицах обобщены преимущества и недостатки стальных конструкций:

Прямое сравнение бетона и стали

Оба материала обладают многочисленными преимуществами, как описано в предыдущих разделах. При выборе между бетонной конструкцией и стальной конструкцией можно ожидать следующих различий:

Наиболее подходящий строительный материал для вашего здания определяется потребностями конкретного проекта.Например, бетон позволяет снизить затраты на строительство в обмен на более длительное время строительства, тогда как сталь предпочтительнее, когда приоритетом является быстрое строительство.

Leave a reply

Ваш адрес email не будет опубликован.


Идентификационный номер образца DIF P DIF u
S2 1.44 1,24
S3 1,48 1,62
S4 1,49 1,68
S5 1,34