Сущность предварительно напряженного железобетона и способы создания предварительного напряжения. Преднапряженные железобетонные конструкции В каких конструкциях применяется предварительное напряжение бетона
Страница 2 из 3
Предварительно напряженный железобетон в конструкциях мостов
В железобетоне без предварительного напряжения при правильном проектировании и изготовлении конструкций можно предотвратить раскрытие трещин до предела, опасного с точки зрения коррозии арматуры и бетона, если применять арматуру из стали класса A-I - А-III. Целесообразное использование арматуры более высокой прочности в железобетоне без предварительного напряжения невозможно из-за возникновения уже при эксплуатационной нагрузке трещин недопустимого раскрытия, несмотря на повышение сцепления арматуры с бетоном путем применения стержней периодического профиля.
Для получения экономичной конструкции без трещин или с трещинами ограниченного раскрытия при использовании высокопрочной арматуры применяют предварительно напряженный железобетон .
Идея предварительно напряженного железобетона заключается в том, что при изготовлении в конструкции создают наиболее рациональное напряженное состояние. Применяют в основном два способа создания предварительного напряжения в конструкции: натяжение арматуры на бетон и натяжение арматуры на упоры.
Для изгибаемых элементов наиболее целесообразно создавать в сечении неравномерно распределенные предварительные напряжения так, чтобы максимальные сжимающие напряжения были в наиболее растянутых от внешних сил частях конструкции. Для этого напрягаемую арматуру располагают эксцентрично. От действия усилия преднапряжения в сечении возникает внецентренное сжатие, причем, кроме сжимающего усилия, в сечении действует изгибающий момент, обратный по знаку моменту от внешней нагрузки. При изготовлении элемент получает изгиб, обратный прогибу от внешней нагрузки, для чего предварительно напрягаемую арматуру располагают в сечении у наиболее растянутого волокна. Таким образом, преднапряженная арматура выполняет две функции: при эксплуатации сооружения создает сжимающие напряжения в бетоне, препятствуя появлению трещин, а при нагрузках, близких к разрушающим, когда растянутая зона бетона пересечена трещинами, воспринимает растягивающие усилия, как и арматура в ненапрягаемых элементах.
Предварительное напряжение создают для исключения или уменьшения не только основных растягивающих напряжений в сечениях, перпендикулярных к оси элемента, но и главных растягивающих напряжений, особенно при применении наряду с продольной арматурой также поперечной или наклонной преднапряженной арматуры. Предварительное напряжение препятствует и появлению местных растягивающих напряжений.
В бетоне может быть создано одноосное, двухосное или трехосное напряженное состояние. Размеры поперечного сечения сжатых элементов можно существенно уменьшить, если применить поперечное обжатие в двух направлениях, например, навивкой на бетонный сердечник спирали из высокопрочной проволоки под напряжением (косвенное напряженное армирование). В плите сборных пролетных строений можно создавать горизонтальное поперечное преднапряжение, одновременно объединяя балки в единую конструкцию.
Напряженное состояние элемента можно регулировать в широких пределах, создавая искусственные поля напряжений, благоприятные для конструкции, целесообразно назначая величину, направление и точки приложения усилий преднапряжения.
Таким образом, предварительно напряженный железобетон целесообразно применять в изгибаемых, растянутых и внецентренно растянутых элементах, а также во внецентренно сжатых элементах с большим эксцентриситетом сжимающей силы. В сжатых элементах предварительное напряжение можно создавать в косвенной арматуре.
Предварительно напряженные конструкции мостов имеют преимущества в сравнении с конструкциями из железобетона без предварительного напряжения. К ним относится прежде всего экономия металла (его требуется в 1,5-2,5 раза меньше), достигаемая в основном за счет применения высокопрочной арматуры. Наряду с экономией металла уменьшается расход бетона за счет снижения главных растягивающих напряжений. В результате в ряде случаев уменьшается вес частей сооружения и облегчаются перевозка и монтаж сборных конструкций.
Предварительно напряженная арматура позволяет применять обжатые стыки в сборных конструкциях, что дает экономию металла, идущего на закладные части, и повышает качество стыков. Только при использовании преднапряженной арматуры становится возможным применение таких прогрессивных способов сооружения железобетонных мостов, как навесное бетонирование и навесная сборка, обеспечивающих резкое снижение трудоемкости и сокращение сроков строительства. Однако в балочных конструкциях, проектируемых с исключением растяжения в бетоне под эксплуатационной нагрузкой, требуется увеличение размеров нижнего пояса для восприятия сил преднапряжения. Следует помнить, что высокие предварительные напряжения в бетоне может вызвать появление в нем трещин, направленных вдоль усилия обжатия. Поэтому предварительное напряжение следует применять осторожно, не перенапрягая без необходимости бетон.
Представляется целесообразным в ряде случаев не требовать исключения расчетных растягивающих напряжений в бетоне. Предварительное напряжение может быть задано таким, чтобы обеспечить отсутствие трещин, опасных в отношении коррозии арматуры (неполное обжатие бетона).
Технология изготовления преднапряженных мостовых конструкций сложнее, чем конструкций без предварительного напряжения, так как требует специальных обустройств для натяжения арматуры и квалифицированного обслуживающего персонала. Этот недостаток компенсируют развитием производственной базы для изготовления элементов мостовых конструкций с предварительным напряжением, созданием высокопроизводительного оборудования и совершенствованием технологии изготовления конструкций и монтажа преднапряженных железобетонных мостов.
К атегория: Арматурные работы
О предварительно напряженном железобетоне
Железобетонные конструкции, применяемые в современном строительстве, отличаются некоторыми недостатками. Одним из них является большой собственный вес железобетона, равный 2500 кг/м3 (в том числе 100 кг/м3 составляет в среднем арматура). Особенно серьезно это отражается на горизонтальных конструкциях, работающих на изгиб, - плитах, балках, ригелях и др. Под действием нагрузки здесь появляется напряжение на растяжение. Поэтому в растянутой зоне сечения железобетонной конструкции приходится размещать большое количество арматуры, что увеличивает площадь сечения и вес конструкции.
Другим недостатком железобетонных конструкций является неполное использование свойств арматурной стали, в частности ее прочности на растяжение. При полном использовании прочности арматурных стержней бетон дает трещины в зоне растяжения конструкций, хотя напряжение в арматуре не превышает предела текучести. Это недопустимо при эксплуатации сооружений.
Упомянутые недостатки в значительной степени устраняются в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.
Сущность предварительного напряжения (рис. 1) заключается в следующем. Рабочую арматуру конструкции перед бетонированием натягивают и в натянутом состоянии производят бетонирование. После того как бетон схватится, затвердеет и приобретет необходимую прочность, натягивающее усилие снимают. При этом арматурная сталь стремится опять сж‘аться (сократиться по длине) и часть сжимающих усилий передает окружающему бетону.
Таким образом, бетон в изготовленной предварительно напряженной конструкции еще до установки ее в сооружение и передачи на нее различных эксплуатационных нагрузок уже подвергнут напряжению на сжатие, или, как говорят, в конструкции искусственно создано внутреннее напряженное состояние, характеризующееся сжатием бетона и растяжением арматуры.
Прежде чем бетон в предварительно напряженной конструкции, воспринимая расчетную (эксплуатационную) нагрузку, начнет работать на растяжение, в нем должно быть сначала погашено предварительно созданное сжатие.
Наличие предварительного напряжения позволяет увеличивать нагрузку на конструкцию по сравнению с конструкцией, армированной обычным способом, или при прежней величине нагрузки уменьшать размеры конструкции, т. е. экономить бетон и сталь.
Впервые идея предварительного напряжения (обжатия) элементов, работающих на растяжение, была предложена в 1861 г. русским ученым, академиком А. В. Гадолиным для стволов пушек.
Преимущества предварительно напряженных железобетонных конструкций перед обычными заключаются в следующем.
1. Способность бетона хорошо работать на сжатие полностью используется во всем сечении. Это позволяет уменьшить сечения, а следовательно, объем и вес предварительно напряженных элементов на 20-30% и сократить расход материалов, в частности цемента.
2. Благодаря лучшему использованию свойств арматурной стали в предварительно напряженных конструкциях по сравнению с обычными сокращается расход арматуры. Экономия арматуры, особенно эффективная и нужная при применении сталей с высоким пределом прочности, достигает 40%.
3. Конструкции с предварительно напряженной арматурой (напряженно-армированные) отличаются высокой трещиностойкостью, что предохраняет арматуру от ржавления. Это имеет большое значение для сооружений, находящихся под постоянным давлением воды или каких-либо других жидкостей и газа (трубы, плотины, резервуары и т. п.).
4. Вследствие уменьшения объема и веса напряженно-армированных железобетонных элементов облегчается применение сборных конструкций.
Примерами наиболее распространенных сборных предварительно напряженных конструкций являются плиты для покрытий промышленных зданий, подкрановые балки, кровельные балки и др.
Использование предварительного напряжения эффективно не только в сборных, но и в монолитных и в сборно-монолитных железобетонных конструкциях. Сборно-монолитные конструкции состоят из сборных предварительно напряженных элементов, воспринимающих усилия совместно с бетоном и арматурой, дополнительно укладываемыми после установки сборных элементов в проектное положение.
При возведении сборно-монолитных конструкций отдельные сборные элементы соединяют таким образом, что в дальнейшем при эксплуатации они работают как одно целое. Это делают следующим образом.
При изготовлении сборных элементов будущей сборно-монолитной конструкции у них оставляют выпуски арматуры. Во время монтажа этих элементов в швы между ними укладывают и приваривают к выпускам дополнительные арматурные стержни так, чтобы арматура соседних элементов составляла одно целое. Затем армированные швы (или стыки) заполняют бетоном, или, как говорят, замоноличивают. После затвердения бетона в стыках и швах получается конструкция, называемая сборно-монолитной.
Этот метод часто используют в конструкциях многоэтажных зданий (рис. 1) и в пространственных конструкциях с криволинейными очертаниями - сводах и куполах.
Рис. 1. Стык арматуры сборных прогонов и плит многоэтажного промышленного здания с закладкой в колонны трехрядных арматурных коротышей: 1 - стык коротыша с выпусками арматуры прогонов, 2 - арматурный коротыш, 3 -арматура, закладываемая в швы между сборными плитами
Примером уникального монолитного железобетонного сооружения, впервые в мировой практике осуществленного советскими строителями, является Останкинская телевизионная башня (рис. 2, а) в Москве.
Общая высота башни 525 м. Нижний ярус до отметки 17,5 м представляет собой десять отдельных железобетонных опор. Выше этой отметки до отметки 63 м отдельные опоры объединены в железобетонный конус со сплошной стенкой. От отметки 63 до отметки 385 поднимается железобетонный ствол башни диаметром соответственно 18 и 8,2 м со стенками толщиной от 40 до 35 см (рис. 2, б). Стенки ствола армированы двойной сеткой из стали 35ГС периодического профиля с интенсивностью армирования до 230 кг/м3.
Между армированными сетками устанавливают специальные рамки (рис. 2, в). Взаимное положение металлических щитов внутренней и наружной опалубки и арматурных сеток, а следовательно, толщина защитного сдоя бетона фиксировались болтами 9 с надетыми на них пластмассовыми трубками (рис. 2, в).
Рис. 2. Останкинская телевизионная башня в Москве: а - общий вид, б - разрез ствола башни, в - деталь установки опалубки и арматуры в стенке ствола башии; г - опоры, 1 - конусная часть башни, 3 - железобетонный ствол, 4 - служебные помещения, 5 - ресторан, 6 - стальная антенна, 7 - щиты внутренней опалубки, 8 - щиты наружной опалубки, 9 - болт, 10 - арматурные сетки, 11 - рамка, 12 - пластмассовая трубка ствола башни
В качестве напрягаемой арматуры нижней части и ствола башни применены канаты диаметром 38 мм, расположенные в восемь ярусов от фундамента до отметки 385. Длина канатов, проходящих в каналах внутри стенок, колеблется от 154 до 344 м. Натяжение канатов выполнялось с помощью гидродомкратов; усилие натяжения достигало 69 тс. Всего в конструкции башни уложено 1040 т арматурной стали.
Рис. 3. Сечения проволочных арматурных пучков: а - незакрепленных по концам, б - закрепленных по концам, в - многорядных, г - из групп проволок; 1 - напрягаемые проволоки пучка, 2 - вязальная проволока, 3 - спираль, 4 - короткие проволоки, 5 - центральная проволока, 6 - трубка, 7 - раствор, 8 - группа проволок, 9 - дополнительные проволоки
В качестве напрягаемой арматуры для предварительно напряжен ных конструкций целесообразно применять арматурную сталь с более высокими механическими характеристиками; этим достигается наибольшая экономия арматуры, уменьшение сечения и веса конструкции.
Поэтому преднапряженные конструкции армируют, как правило, высокопрочной арматурной сталью и изделиями из нее следующих видов: – горячекатаная сталь периодического профиля класса А-Шв, упрочненная вытяжкой; – горячекатаная сталь периодического профиля классов Ат-V и. Ат-VI, термически упрочненная; – горячекатаная сталь периодического профиля классов А-IV и A-V; – высокопрочная арматурная проволока, гладкая и периодического профиля классов B-II и Вр-П; проволочные пряди; проволочные канаты; пучки (рис. 3) и пакеты из высокопрочной проволоки. Для предварительно напряженных конструкций очень важно обеспечение надежного сцепления поверхности арматуры с окружающим бетоном.
Этим объясняется применение в качестве напрягаемой арматуры прядей и канатов со сложной формой поверхности.
Семипроволочные пряди вырабатывают из проволок диаметром 1,5-5 мм. Многопрядные канаты изготовляют из проволок диаметром 1-3 мм. Пучок состоит из проволок, расположенных по окружности, в количестве от 8 до 48. Для сохранения взаимного расположения проволок внутри пучка через 1-1,5 м устанавливают отрезки проволочных спиралей. В этих же местах снаружи пучок стягивают вязальной проволокой (рис. 3, а, в, г). Пучки, закрепленные по концам (рис. 3, б), состоят из 8-24 проволок. В местах установки коротких проволок 4 по длине пучка остаются щели, через которые середина пучка заполняется раствором. Многорядные пучки из групп проволок диаметром до 8 мм (рис. 3, в) применяют в инженерных сооружениях, например мостах. Пакет представляет собой группу проволок или прядей, расположенных в несколько рядов по горизонтали и вертикали по правильной геометрической сетке.
Натяжение арматуры при армировании предварительно напряженных конструкций выполняют двумя способами - до или после бетонирования.
Натяжение на формы или упоры. При армировании по этому способу арматурные стержни натягивают перед укладкой бетонной смеси. Усилия натяжения, достигающие по величине иногда нескольких десятков тонн, воспринимаются мощной конструкцией стальной формы, в которой изготовляют изделие, или специальными упорами стенда, поэтому этот способ называют стендовым. Бетонируют конструкцию при натянутой арматуре. Когда после отвердения бетона натяжные приспособления снимают, сжатие бетона достигается за счет сцепления между стремящимися сжаться арматурными стержнями и окружающим их затвердевшим бетоном.
Уменьшение длины при сжатии показано в условном масштабе, гак как на глаз оно бывает незаметно.
При данном способе контроль натяжения (а следовательно, и напряжения) арматуры осуществляется до обжатия бетона.
Натяжение арматуры на бетон. В данном случае усилие натяжения арматуры воспринимается не формой, а затвердевшим бетоном. Этим способом пользуются главным образом для армирования конструкций, собираемых из отдельных блоков. Способ натяжения на бетон позволяет собирать крупноразмерные конструкции (длиной до 30 м и более) у места их установки из отдельных, легко перевозимых частей меньшего размера. Натяжение арматуры контролируют в процессе обжатия бетона. Обжатие можно производить только после накопления затвердевшим бетоном прочности, достаточной для восприятия усилий, создаваемых натяжными устройствами.
Применяют различные способы натяжения арматуры: механический - с помощью специальных домкратов; электротермический, при котором используют свойство стального прутка удлиняться при нагревании, и электротермомеха- нический, представляющий собой сочетание двух первых.
Различают способы укладки напрягаемой арматуры: линейный, при котором укладывают отдельные стержни, проволочные пучки или пакеты точно отмеренной длины, и способ непрерывной укладки (навивки) арматуры прямо из бухты на штыри вращающегося поддона или с помощью перемещающейся навивочной машины.
- О предварительно напряженном железобетоне
(преднапряжённый железобетон ) - это строительный материал, предназначенный для преодоления неспособности бетона сопротивляться значительным растягивающим напряжениям . Конструкции из преднапряженного железобетона по сравнению с ненапряженным имеют значительно меньшие прогибы и повышенную трещиностойкость, обладая одинаковой прочностью, что позволяет перекрывать большие пролеты при равном сечении элемента.
При изготовлении железобетона прокладывается арматура из стали с высокой прочностью на растяжение, затем сталь натягивается специальным устройством и укладывается бетонная смесь. После схватывания сила предварительного натяжения освобождённой стальной проволоки или троса передаётся окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Такое создание напряжений сжатия позволяет частично или полностью устранить растягивающие напряжения от эксплуатационной нагрузки.
Способы натяжения арматуры:
По виду технологии устройства подразделяется на:- натяжение на упоры (до укладки бетона в опалубку);
- натяжение на бетон (после укладки и набора прочности бетона).
Чаще второй метод применяется при строительстве мостов с большими пролётами, где один пролёт изготавливается в несколько этапов (захваток) . Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в каналообразователи (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос (арматуру) специальными механизмами (домкратами) натягивают до определённой степени. После чего в каналообразователь с тросом (арматурой) закачивается жидкий цементный (бетонный) раствор. Таким образом обеспечивается прочное соединение сегментов пролёта моста.
В то время как натяжение на упоры подразумевает только прямолинейную форму натянутой арматуры, важной отличительной особенностью натяжения на бетон является возможность натяжения арматуры сложной формы, что повышает эффективность армирования. Например, в мостах арматурные элементы поднимаются внутри несущих железобетонных балок на участках над опорами-«быками», что позволяет более эффективно использовать их натяжение для предотвращения прогиба.
У истоков создания предварительно напряжённого железобетона стояли Эжен Фрейсине (Франция) и Виктор Васильевич Михайлов (Россия)
Предварительно напряжённый железобетон является главным материалом междуэтажных перекрытий высотных зданий и защитных гермооболочек ядерных реакторов , а также колонн и стен зданий в зонах повышенной сейсмо- и взрывоопасности .Придавленная, как прессом , весом высокого аттика стена Колизея в Риме является свидетельством того, что еще архитекторы в древнем Риме понимали преимущества преднапряжения каменных конструкций, предназначенных для работы в условиях возможных землетрясений . Из блоков предварительно напряжённого железобетона сделана скульптура «Родина-мать » в Волгограде.
См. также
Напишите отзыв о статье "Предварительно напряжённый железобетон"
Примечания
Ссылки
- .
Отрывок, характеризующий Предварительно напряжённый железобетон
– Ты ведь не можешь воевать с тем, чего ты не видишь или не понимаешь, не так ли, Изидора? – Не обращая внимания на моё возмущение, спокойно продолжил Север. – Вот так и он – он не видел и не чувствовал того, что внедрили когда-то в его мозг «тёмные», выбрав именно его своей беспомощной «жертвой». И вот, когда нужное для «тёмных» время пришло, «заказ» чётко сработал, несмотря на чувства или убеждения захваченного человека.– Но ведь они были такими сильными, Рыцари Храма! Как же кто-то смог внедрить в них что-либо?!..
– Видишь ли, Изидора, сильным и умным быть не всегда достаточно. Иногда «тёмные» находят что-то такое, чего у намеченной жертвы просто не существует. И она, эта жертва, честно живёт до поры до времени, пока не срабатывает внедрённая в неё гадость, и пока человек не становится послушной куклой в руках «Думающих Тёмных». И даже тогда, когда внедрение срабатывает, бедная «жертва» не имеет о случившемся ни малейшего понимания... Это ужасный конец, Изидора. И я даже врагам такого не пожелал бы...
– Значит, что же – этот рыцарь не знал, какое страшное зло он сотворил с остальными?
Север отрицательно покачал головой.
– Нет, мой друг, он не знал до самой последней своей минуты. Он так и умер, веря, что прожил хорошую и добрую жизнь. И никогда не сумел понять, за что его друзья отвернулись от него, и за что он был изгнан ими из Окситании. Как бы они ни старались ему это объяснить... Желаешь ли услышать, как произошло это предательство, мой друг?
Я лишь кивнула. И Север терпеливо продолжил свою потрясающую историю...
– Когда церковь через того же рыцаря узнала, что Магдалина так же является ещё и Хранителем Умного Кристалла, у «святых отцов» возникло непреодолимое желание получить в свои руки эту удивительную силу. Ну и, естественно, желание уничтожить Золотую Марию умножилось в тысячи раз.
По великолепно рассчитанному «святыми отцами» плану, в день, кода должна была погибнуть Магдалина, предавшему её рыцарю в руки было вручено от посланника церкви письмо, якобы написанное самой Магдалиной. В этом злосчастном «послании» Магдалина «заклинала» первых Рыцарей Храма (своих самых близких друзей) никогда не пользоваться более оружием (даже при защите!), так же как и никаким другим, известным им способом, который мог бы отнять чью-то чужую жизнь. Иначе, – говорилось в письме, – при непослушании, Рыцари Храма потеряют Ключ Богов... так как окажутся его недостойными.
Это был абсурд!!! Это было самое лживое послание, которое им когда-либо приходилось слышать! Но Магдалины с ними уже не было... И никто не мог её более ни о чём спросить.
– Но разве они не могли после смерти с нею общаться, Север? – удивилась я. – Ведь насколько я знаю, многие Маги могут общаться с умершими?
– Не многие, Изидора... Многие могут видеть сущности после смерти, но не многие могут их точно слышать. Только один из друзей Магдалины мог с ней свободно общаться. Но именно он погиб всего через несколько дней после её смерти. Она приходила к ним сущностью, надеясь, что они увидят её и поймут... Она приносила им меч, стараясь показать, что должны бороться.
Какое-то время мнения Совершенных перевешивали то в одну, то в другую сторону. Их было теперь намного больше, и хотя остальные (ново пришедшие) никогда не слышали о Ключе Богов, «письмо Магдалины», по справедливости, было оглашено и им, пропуская не предназначавшиеся их уху строки.
Некоторые новые Совершенные, хотевшие жить поспокойнее, предпочитали верить «письму» Марии. Те же, которые сердцем и душой были преданы ей и Радомиру, не могли поверить в такую дикую ложь... Но и они так же боялись, что, ошибись в своём решении, и Ключ Богов, о котором они знали очень мало, мог просто исчезнуть. Тяжесть доверенного им Долга давила на их умы и сердца, рождая в них на какое-то время шаткую неуверенность и сомнения… Рыцари Храма, скрепя сердца, искренне пытались как-то принять это странное «послание». Тем более, что оно якобы являлось последним посланием, последней просьбой их Золотой Марии. И какой бы странной эта просьба ни казалась, они обязаны были ей подчиняться. Хотя бы самые ей близкие Храмовники... Как подчинились они когда-то последней просьбе Радомира. Ключ Богов теперь оставался с ними. И они отвечали за его сохранность своими жизнями... Но именно им, первым Рыцарям Храма, и было всего трудней – они слишком хорошо знали и помнили – Радомир был Воином, так же, как была воином и Мария. И ничто на свете не могло заставить их отвернуться от их изначальной Веры. Ничто не могло заставить забыть заповеди настоящих Катар.
Железобетонные конструкции - основа современного строительства. Однако они имеют существенные изъяны, связанные, в первую очередь, с недостаточной нагрузочной способностью и образованием трещин в камне при эксплуатационных нагрузках. Усовершенствование технологии изготовления изделий из бетона и стальной арматуры привело к созданию преднапряженного железобетона, который обладает рядом преимуществ.
Определение
Предварительно напряженные железобетонные конструкции - строительные изделия, бетон которых на этапе создания принудительно получает начальную расчетную напряженность сжатия. Она создается за счет предварительного формирования напряжения растяжения в рабочей высокопрочной арматуре и обжатия ею бетона на тех участках, которым предстоит испытывать растяжение (прогиб) при эксплуатации. Сжимаясь, арматура не проскальзывает, так как сцеплена с материалом или удерживается анкерным закреплением арматуры на торцах изделий. Таким образом, напряжение растяжения, которое приобретает железобетонный состав с помощью армирования, уравновешивает напряженность заблаговременного обжатия камня.
Преимущества
Предварительно напряженный железобетон долгосрочно отодвигает время начала формирования расколов в изделиях, работающих на прогиб, сокращает глубину их раскрывания. Вместе с тем изделия приобретают повышенную жесткость, не снижая прочности.
Предварительно напряженным железобетонным балкам свойственно хорошо работать на сжатие и прогиб, имея одинаковую прочность по длине, что позволяет увеличивать ширину перекрываемых пролетов. В таких конструкциях уменьшаются размеры поперечного сечения, следовательно, сокращаются объем и вес комплектующих элементов (на 20 – 30%), а также расход цемента. Более рациональное использование свойств стали позволяет сокращать (стержневой и проволочной) до 50%, особенно из высокопрочных марок (A-IV и выше), имеющих значительный предел прочности. Химическая нейтральность бетона к стали способствует предохранению арматуры от коррозии. Вместе с тем повышенная трещиностойкость предохраняет напряженную арматуру от ржавления в сооружениях, которые находятся под постоянным давлением воды, иных жидкостей, газов.
Методы возведения зданий, используемые в строительстве каркаса, базируются на технологии предварительного напряжения конструкций из железобетона в процессе строительства. Напряженная арматура, обжимающая бетон сборочных единиц, обеспечивает практичную их стыковку путем значительного сокращения расходования металла на стыках. Сборные и сборно-монолитные изделия из железобетонных напряженных конструкций могут состоять из стыкуемых частей с одинаковым поперечным сечением, которые по краям выполняются из ненапряженных облегченных (тяжелых) бетонов, а нагружаемый фрагмент - преднапряженный железобетон. Такая продукция имеет повышенную выносливость, компенсируя повторяющиеся динамические воздействия.
Данное свойство позволяет демпфировать изменения напряжений в бетоне и арматуре, вызываемые колебаниями внешних нагрузок. Повышенная сейсмическая стойкость зданий повышается за счет большой конструкционной устойчивости напряженного железобетона, обжимающего отдельные их фрагменты. Конструкция в предварительно напряженном виде обеспечивает большую безопасность, так как ее разрушению предшествует запредельный прогиб, сигнализирующий об исчерпании конструкцией прочности.
Недостатки
Состояние предварительного напряжения в материале достигается спецоборудованием, точными расчетами, трудоемким конструированием и затратным производством. Продукция требует бережного хранения, транспортировки и монтажа, которые не вызывают ее аварийного состояния еще до начала использования.
Сосредоточенные нагрузки могут способствовать возникновению продольных трещин, которые снижают несущую способность. Просчеты в проектировании и технологии производства могут вызывать полное разрушение создаваемого железобетонного изделия на стапеле. Предварительно напряженные конструкции требуют металлоемкой опалубки повышенной прочности, увеличенного расхода стали на закладные и арматуру.
Большие значения звуко– и теплопроводности требуют закладывания в тело камня компенсирующих материалов. Подобными железобетонными конструкциями обеспечивается более низкий порог огнестойкости (ввиду меньшей критической температуры нагрева преднапряженной арматурной стали) по сравнению с обычным железобетоном. На преднапряженную бетонную конструкцию критично воздействуют выщелачивание, растворы кислот и сульфатов, солей, приводящие к коррозии цементного камня, раскрытию трещин и коррозии арматуры. Это может приводить к резкому снижению несущей способности стали и внезапному хрупкому разрушению. Также к минусам стоит отнести значительный вес изделий.
Материалы для конструкций
Железобетон - многокомпонентный материал, основными составляющими которого являются бетон и стальная арматура. Параметры их качества определяются особыми требованиями при проектировании к элементам конструкций на месте применения.
Бетон
Формы для заливки бетона с прутьями для передачи предварительного напряжения. Предварительное напряжение в железобетоне обеспечивается применением тяжелых составов средней плотности от 2200 до 2500 кг/м3, которые имеют классы по прочности на осевое растяжение выше Bt0,8, по прочности от В20 и больше, марки по водонепроницаемости от W2 и выше, по морозостойкости от F50. Требования к продукции гарантируют бетону нормативную прочность не ниже установленной с вероятностью 0,95 (в 95% случаев). Смесь должна набрать возраст не меньше 28 суток до получения материалом предварительных напряжений. На ранних стадиях эксплуатации бетонный камень способен частично утерять напряженное качество за счет общего снижения напряженности стали (до 16%). Коэффициент надежности материала на растяжение и сжатие в предельных состояниях установлен для эксплуатационной пригодности не ниже 1,0.
1 Что такое предварительно напряженный железобетон и каковы его преимущества по сравнению с ненапряженным железобетоном?
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.
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.
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.
Ярким примером строительных возможностей преднапряженного железобетона являются морские платформы для добычи нефти. В мире таких грандиозных сооружений возведено более двух десятков.
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.
По виду армирования различают сборные железобетонные изделия с обычным армированием и предварительно напряженным.
Армирование бетона стальными стержнями, сетками и каркасами не предохраняет конструкции, работающие на изгиб или растяжение от образования трещин, так как предельная растяжимость бетона в 5-6 раз меньше, чем стали. Поэтому в обычном железобетоне задолго до разрушения появляются трещины, и возникает опасность коррозии арматуры под воздействием влаги и газов. Это часто не позволяет использовать полностью несущую способность арматуры, делает не рациональным применение арматуры из высокопрочной проволоки.
В предварительно напряженном железобетоне предварительно растягивают, а после изготовления конструкций и затвердения бетона ее освобождают от натяжения. При этом арматура сокращается и вызывает сжатие бетона. В результате предварительная растяжимость бетона в конструкции под действием эксплуатационной нагрузки как бы увеличивается, так как деформация от предварительного сжатия суммируется с деформациями растяжения. Предварительное напряжение арматуры не только предупреждает появление трещин в бетоне растянутой зоны конструкции, но позволяет сократить расход арматуры, используя высокопрочные сталь и бетон, снизить вес железобетонных конструкций, повысить стойкость к образованию трещин и долговечность.
Способы натяжения арматуры:
Механический способ - натяжение, как правило, с использованием гидравлических или винтовых домкратов;
Электротермический способ натяжения - натяжение с использованием электротока для разогрева арматуры, при котором арматура удлиняется до определенных значений;
Электротермомеханический - способ, комбинирующий механический и электротермический.
Предварительное напряжение может производиться не только до, но и после схватывания бетонной смеси. Чаще этот метод применяется при строительстве мостов с большими пролётами, где один пролёт изготавливается в несколько этапов (захваток). Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в чехле (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос (арматуру) специальными механизмами (домкратами) натягивают до определённой степени. После чего в чехол с тросом (арматурой) закачивается жидкий цементный (бетонный) раствор. Таким образом обеспечивается прочное соединение сегментов пролёта моста.
Предварительное напряжение бетона в конструкции демонстрирует новые возможности и определяет перспективу развития железобетона в качестве материала для возведения современных зданий и сооружений.
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.
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.
2 В каких трех сечениях изучается строение древесины и какие основные ее элементы можно различать в торцовом сечении с помощью лупы?
Древесиной называют освобожденную от коры ткань волокон, которая содержится в стволе дерева. Ствол дерева состоит из клеток, имеющих разное назначение в растущем дереве, а, следовательно, разную форму и величину. Макроструктуру ствола (видимую невооруженным глазом или через лупу) можно рассмотреть на трех основных разрезах: торцевом срезе, тангенциальном и радиальном срезе.
На торцевом срезе видна кора, камбий и древесина. Кора состоит из наружной кожицы, пробкового слоя под ней и внутреннего слоя - луба. Под слоем луба у растущего дерева находится тонкий камбиальный слой, состоящий из живых клеток размножающихся делением. Древесина состоит из вытянутых веретенообразных клеток – ячеек, стенки которых состоят в основном из целлюлозы. Эти пустотелые ячейки образуют волокна, воспринимающие механические нагрузки. Древесина ствола состоит из ряда концентрических годовых колец. В свою очередь каждое годовое кольцо включает внутренний слой ранней (или весенней) древесины и внешний слой поздней (или летний) древесины.
На поперечном разрезе ствола дерева видны сердцевина, ядро и заболонь. Сердцевина – рыхлая первичная ткань, которая состоит из тонкостенных клеток, имеет малую прочность и легко загнивает.
Ядро, или спелая древесина - внутренняя часть ствола дерева, состоящая из омертвевших клеток. Ядро выделяется темным цветом, так как стенки клеток древесины ядра постепенно изменяют свой состав: у хвойных пород они пропитываются смолой, а у лиственных - дубильными веществами. Движение влаги по этим клеткам прекращается, поэтому древесина ядровой части ствола обладает большой прочностью и стойкостью к загниванию по сравнению с древесиной заболони.
Заболонь состоит из колец более молодой древесины, окружающих ядро (или слепую древесину). По живым клеткам заболони растущего дерева перемещается влага с растворенными в ней питательными веществами. Древесина заболони имеет большую влажность, легко загнивает, вследствие значительной усушки усиливает коробление пиломатериалов.
3 Технология изготовления минеральной ваты.
Минеральная вата состоит из тонких стекловидных волокон диаметром 5-15мкм, получаемых из легкоплавких горных пород (мергелей, доломитов, базальта и др.), металлургических и топливных шлаков, золы ТЭС. Расплав обычно получают в вагранке либо в другом печном агрегате. Волокна образуются при воздействии подаваемого под давлением пара или воздуха непрерывно вытекающую из вагранки струю расплава либо путём подачи пара на валки или диск центрифуги. Полученное минеральное волокно собирается в камере волокноосаждения на непрерывно движущейся сетке. В эту камеру вводят органические или минеральные связующие вещества. На основе минеральной ваты выпускают штучные, рулонные, шнуровые изделия и сыпучие (рыхлые, волокнистые) материалы.
4 Назовите основные звукоизоляционные материалы.
Звукоизоляционные материалы применяют в основном для ослабления звука, хотя нередко (например, в междуэтажном перекрытии) эти же материалы помогают изоляции воздушного шума. Звукоизоляционные материалы применяют в виде слоев, полосовых или штучных прокладок. Звукоизоляция перекрытия значительно улучшается при устройстве звукоизоляции по типу «плавающего» пола. Плавающий пол отделяется от несущей конструкции перекрытия и стен прокладками из звукоизоляционного материала, не имея с ними жестких контактов. С помощью упругих прокладок из звукоизоляционных материалов звук изолируют по внутренним стенам и перегородкам. Прокладки устанавливают в местах примыкания и сопряжения ограждающих конструкций и перекрытий.
В основном это пористо-волокнистые, резиновые и резиноподобные материалы с губчатой структурой. Прокладки с губчатой структурой - это упругие материалы с малым модулем упругости, имеющие большую сквозную пористость. Их изготовляют из пористой резины, эластичных полимеров: полиуретановых смол (поролонов), полихлорвинила обычного (ПВХ) и эластичного (ПВХЭ).
Звукоизоляционные двухслойные мягкие покрытия полов значительно улучшают изоляционные свойства перекрытий, в особенности линолеум на подоснове из пенополиуретана или ворсовая нейлоновая ткань на губчатой резине.
Из материалов с волокнистой структурой наибольшее значение имеют минераловатные плиты, изготовляемые из минерального, стеклянного или асбестового волокна.
Стекловолокнистые материалы изготовляют из непрерывного стеклянного волокна, имеющего диаметр 10-30 мкм (стеклянная вата, стекловолокнистые маты и полосы), которые прошиваются или проклеиваются. Из штапельного стеклянного волокна длиной 20-40 см и толщиной 8-20 мкм получают плиты на полимерных связующих. Повышение тонкости стеклянного волокна увеличивает звукоизоляционные свойства материалов.
Минераловатные материалы изготовляют в виде мягких и полужестких плит плотностью 50-150 кг/м3, используя связующее на основе полимеров.
Асбестовые материалы выпускают в виде матов из асбестового волокна с добавкой вяжущего (например, цемента, жидкого стекла). Толщина асбестовых плит 15-400мм, а асбестовых матов до 80 мм. Для звукоизоляции применяют древесноволокнистые плиты плотностью 150-250 кг/м3.
5 Чем отличаются строительные растворы от бетонов?
Строительный раствор - это искусственный материал, полученный в результате растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя и добавок, улучшающей свойства смеси и растворов. В отличие от бетонов крупный заполнитель отсутствует, так как раствор применяют в виде тонких слоев (швов каменной кладки, штукатурка и т.п.). Одним из важных свойств строительных растворов является хорошее сцепление с основанием.
Бетон - это также искусственный материал, получаемый в результате тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителя, взятых в определенных пропорциях. Бетон - это один из основных строительных материалов. Из него изготовляют сборные конструкции, изделия и монолитные сооружения различной формы и назначения.
Основным назначением строительных растворов является заполнение швов между крупными элементами (панелями, блоками и т.п.) при монтаже зданий и сооружений. А также строительные растворы применяют для каменной кладки стен, фундаментов столбов, сводов и др. Еще одно применение строительных растворов – это штукатурка внутренних стен, потолков фасадов зданий и др. Существуют также специальные растворы: декоративные, гидроизоляционные, тампонажные и другие.
Поэтому можно сказать, что основным отличием строительных растворов от бетонов является их назначение в строительстве, а также отсутствие в составе крупных заполнителей, что позволяет растворной смеси легко укладываться тонким и плотным слоем на пористое основание.
Список используемых источников
1 Горчаков Г.И. Баженов Ю.М. Строительные материалы: Учебник для вузов.–М.: Стройиздат, 1986.
2 Строительные материалы. Учебник для вузов/ под общ. ред. В.Г. Микульского.-М.: издательство АСВ, 1996.
3 Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов: Учебное пособие для вузов - М., 1997.
4 Оценка качества строительных материалов: Учебное пособие/ К.Н. Попов, М.Б. Каддо, О.В. Кульков. - М: изд. АСВ, 1999.
5 Попов К.Н., Каддо М.Б. Строительные материалы и изделия: Учебник/ К.Н. Попов.- М.: Высшая школа, 2005
Предварительно напряженные железобетонные конструкции. ГУП "НИИЖБ". - М.: ФГУП... . Рис. П-2. Сравнительный анализ работы железобетонных элементов с предварительным напряжением арматуры и без него. а - ...
Расчет и конструирование элементов одноэтажного промышленного здания в сборном железобетоне
Курсовая работа >> СтроительствоКонструкции покрытия выбраны железобетонные арочные фермы пролетом 30 м с предварительно напряженным нижним растянутым... лампами дневного света. Плиты покрытия предварительно напряженные железобетонные ребристые размером м. Подкрановые балки металлические...
История железобетонных конструкций
Реферат >> СтроительствоПрименение в гражданском и промышленном строительстве предварительно напряженных железобетонных конструкций, особенно с появлением высокопрочных... пролеты зданий и сооружений. Из предварительно напряженного железобетона сооружаются мосты, оболочки, купола, ...
