ЛЕКЦИЯ 7 7. 3 Способы создания предварительного напряжения железобетонных конструкций
1. МЕХАНИЧЕСКИЙ СПОСОБ Рабочая предварительно напряженная арматура натягивается при помощи гидравлических домкратов. Данный способ является самым технологическим. При данном способе натяжения арматуры трудно определить величину передаваемого от домкратов предварительного напряжения на арматуру
2. ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЙ Натягиваемую арматуру разогревают до температуры 300÷ 350 0 С, затем укладывают в опалубку, разметив в нужных местах ограничители деформации. При наборе прочности бетона арматура остывает, стремясь сократиться
3. ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ Сочетает механические натяжения (20÷ 30 % от общего усилия натяжения) с электротермическим натяжением
4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ Суть данного способа в самонапряжении железобетонной конструкции благодаря использованию бетона на расширяющем цементе. Такой бетон после достижения прочности 15÷ 20 МПа, обеспечивающий надежное сцепление с арматурой расширяется, вынуждая удлиняться арматуру. Применяется при устройстве напорных труб, в которых рабочая арматура кольцевая
КРОМЕ ТОГО СУЩЕСТВУЕТ 2 МЕТОДА НАТЯЖЕНИЯ АРМАТУРЫ: 1 -й метод - на упоры. В этом случае арматура натягивается на упоры механическим способом и закрепляется на них. После этого конструкция бетонируется, а после достижения бетоном достаточной прочности 0, 8 Rb арматура срезается с упоров и обжимается бетоном
2 -Й МЕТОД – НА БЕТОН Применяется при создании предварительного напряжения в большепролетных конструкциях. 1. Изготавливаются бетонный элемент, иногда малоармированый, в котором предусмотрены пазы или каналы для размещения предварительно напряженной арматуры. Пазы и каналы выполняются из гофрированной трубы, диаметр которой на 5÷ 15 мм больше диаметра напрягаемой арматуры. Каналы могут выполняться из свежеуложенной бетонной смеси.
2 -Й МЕТОД – НА БЕТОН (ПРОДОЛЖЕНИЕ) 2. В пазы или каналы заводят напрягаемую арматуру и при достижении бетоном передаточной прочности, осуществляют ее напряженные закрепления на торцах элемента. 3. После натяжения арматуры в пазы или каналы инъецируется раствор, а с наружной стороны закрывают защитным слоем в виде торкретбетона (напыление)
7. 4 НАПРЯЖЕНИЕ В БЕТОНЕ ПРИ ОБЖАТИИ При расчёте предварительно напряжённых конструкций возникает необходимость оценки напряжённого состояния в бетоне на различных этапах его работы от усилия предварительного обжатия. Например, необходимость определения максимальных усилий обжатия бетона с целью предотвращения разрушения железобетонного элемента.
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА Напряжение в бетоне определяют при его упругой работе. В расчётах предварительно напряжённых элементов используются приведённые геометрические характеристики. Площадь сечения арматуры заменяют эквивалентной площадью бетона исходя из условия равенства относительной деформации бетона и арматуры, т. е. Es= Eb
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИВЕДЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕЧЕНИЯ Приведенная площадь сечения к бетону: Ared=Ab + αAs+ αp. Asp + αA`s+ αp. A`sp, где: α =Es/Еb; αp =Esр/Еb; Ab=b·h. Статический момент приведённого сечения к бетону относительно нижней грани сечения: Sred=Ab ·h/2+ αAs a+ αp. Asp ap+ αp. A`sp(h-a`p)+ +αA`s(h-a`) Расстояние от нижней грани сечения до центра тяжести приведённого сечения: y 0=Sred/Ared
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИВЕДЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕЧЕНИЯ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) Момент инерции приведённого сечения к бетону относительно приведённого центра тяжести сечения: Jred=Jb + Ab(h/2 – y 0)2+αAs ys 2+ αp Asp ysp 2+ +αA`s y`s 2+ αp A`sp y`sp 2, где: Jb=b h 3/12
УРАВНЕНИЯ СТАТИКИ Для нахождения усилия предварительного обжатия бетона Р, составим уравнение равновесия всех сил на продольную ось элемента: P + σs As - σsp Asp + σ`s A`s - σ`sp A`sp =0. Усилия, возникающие в арматуре, выражаются через произведение напряжения в арматуре на площадь сечения арматурного стержня. Для определения эксцентриситета усилия предварительного обжатия eop составляется уравнение равновесия изгибающих моментов относительно приведённого центра тяжести сечения: P eop + σs As ys - σ`s A`s y`s- σsp Asp ysp + σ`sp A`sp y`sp=0
НАПРЯЖЕНИЕ В БЕТОНЕ Напряжение в бетоне при обжатии находится как для внецентрено сжатого бетонного элемента исходя из упругой его работы: σbp=P/Ared±P·eop·y 0/Jred±M·y 0/Jred Напряжения обжатия могут определяться на различных стадиях работы и в различных частях сечения, например, на уровне центра тяжести напрягаемой растянутой арматуры: σbp 1=P/Ared+P·eop/Jred - M·ysp/Jred
7. 5 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ В ПРЕДНАПРЯЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ Рассмотрим работу изгибаемого предварительно напряженного элемента. Предварительное напряжение создаётся путём натяжения арматуры на упоры. Состояние железобетонного элемента до загружения: 1. Натяжение арматуры на упоры 2. Конструкция замоноличивается (укладывается бетон), бетон затвердевает и в арматуре имеет место основная часть первых потерь предварительного напряжения: σloss 1=σl 1
РАБОТА ДО ЗАГРУЖЕНИЯ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) 3. После приобретения бетоном необходимой прочности Rbp, арматуру снимают с упоров и напряжения в арматуре снижаются за счёт упругого обжатия бетона Es=Eb, тогда σsp/Es=σbp/Eb, отсюда: σsp= σbp. Es/Eb=σbp α 4. Со временем наблюдается уменьшение напряжения в арматуре за счёт накапливания вторых потерь предварительного напряжения σloss 2=σl 2, а полные потери σloss= σloss 1+σloss 2
СОСТОЯНИЯ ПОСЛЕ ЗАГРУЖЕНИЯ: 5. После приложения нагрузки напряжение от неё суммируется с напряжением предварительного обжатия и при некоторых значениях нагрузки напряжения обжатия на уровне ц. т. растянутой предварительно напряженной арматуры будут = 0 6. С увеличением нагрузки начинают появляться пластические деформации, т. е напряжение в бетоне растянутой зоны достигает предельного состояния Rbt, ser. Напряжение в напрягаемой арматуре находится из условия: Es=Eb, σsp/Es= Rbt, ser /Ebt, pl, отсюда: σsp= Rbt, ser Es/(λ·Eb)= Rbt, ser Es/(0, 5·Eb)=2α·Rbt, ser
СОСТОЯНИЯ ПОСЛЕ ЗАГРУЖЕНИЯ (ПРОДОЛЖЕНИЕ): 7. Наблюдается появление в нижней растянутой зоне бетона трещин. Напряжения в бетоне сжатой зоны не достигли предельных состояний. Данная стадия характерна для нехрупкого разрушения. 8. Напряжения достигли предельных значений. При достижении предельных значений напряжения в бетоне и арматуре наступает разрушение элемента, что соответствует 3 -й стадии напряженного состояния ж. б. изгибаемых элементов
7. 6 ПОТЕРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Со временем предварительное напряжение уменьшается из-за специфических свойств железобетона. Различают два вида потерь: 1 Первые потери Ϭloss 1 – возникают при изготовлении конструкций и при обжатии бетоном. 2 Вторые потери Ϭloss 2 – возникают после обжатия бетоном. 1 -е потери: 1) ΔϬ 1 – от релаксации напряжений в арматуре 2) ΔϬ 2 – от температурного перепада, определяется как разность температуры натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего натяжение при нагреве конструкции. 3) ΔϬ 3 – от деформации стальной фермы при неодновременном натяжении арматуры на форму. 4) ΔϬ 4 – от деформации анкеров натяжных устройств.
ПОТЕРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) 2 -е потери: ΔϬ 5 – от усадки бетона в процессе набора им порочности ΔϬ 6 – от ползучести бетона, сдерживаемая зависанием на арматуре, влекущая к релаксационным напряжениям. 1 При натяжении арматуры на упоры потери будут определятся: Ϭloss 1= ΔϬ 1+ ΔϬ 2+ ΔϬ 3+ ΔϬ 4 Ϭloss 2= ΔϬ 5+ ΔϬ 6 2 При натяжении арматуры на бетон: Ϭloss 1= ΔϬ 4 Ϭloss 2= ΔϬ 5+ ΔϬ 6 Суммарные потери могут составлять 200 -500 Мпа, но не менее 100 МПа.
8. РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ И ДЕФОРМАЦИЯМ 8. 1 Общие положение расчёта по образованию трещин в железобетонных элементах. Расчёт по образованию нормальных трещин в железобетонных элементах
ЦЕЛЬ РАСЧЕТА Цель данного расчёта заключается в определении продольной силы Ncrc и изгибающего момента Mcrc, которые вызывают в растянутой зоне бетона напряжения, равные Rbt, ser, те силы и моменты, при которых начинается трещенообразование в растянутой зоне бетона. Предполагается, что трещина в расчетном сечении не образуется, если усилия М и N от внешних нагрузок не превышают Ncrc и Mcrc Если трещины не образуются, то расчёт на раскрытие трещин не производится!
8. 2 РАСЧЕТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ НОРМАЛЬНЫХ ТРЕЩИН Напряжение в бетоне и растянутой арматуре принимаются по данным 1 -й стадии напряженного состояния. Напряжение в бетоне растянутой арматуры распределяется равномерно с ординатой Rbt, ser Поскольку в элементах без преднапряжения трещины образуются при нагрузке 0, 1… 0, 15 от разрушающей, а в элементах с преднапряжением 0, 7… 0, 8 от разрушающей, то напряжение в бетоне для элементов без преднапряжения определяется с учётом упругих деформации. Напряжения в напрягаемой арматуре: (σsp – σloss)γsp + σs= (σsp – σloss)γsp + 2α·Rbt, ser
НЕОБХОДИМОСТЬ РАСЧЁТА ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН: 1. С целью избежать появления трещин. 2. Для необходимости проверки по раскрытию трещин. 3. Для выявления случая расчёта по деформации. 4. Для проверки появления трещин в сжатой части сечения в период предварительного обжатия бетона
ОБРАЗОВАНИЕ НОРМАЛЬНЫХ ТРЕЩИН В ЦЕНТРАЛЬНО – РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТАХ Усилие Ncrc, воспринимаемое нормальным сечением перед образованием трещин, определяется из условия равновесия действующих сил на продольную ось элемента. Для элементов без предварительного обжатия данное усилие определяется: Ncrc =Rbt, ser·Ab+σs·As= Rbt, ser·Ab+ 2α·Rbt, ser ·As= =Rbt, ser(Ab+ 2α·As), а условия определяющие образование трещин: N≤ Ncrc
ОБРАЗОВАНИЕ НОРМАЛЬНЫХ ТРЕЩИН В ИЗГИБАЕМЫХ И ВНЕЦЕНТРЕНО СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТАХ Момент трещинообразования Mcrc состоит из момента M 1, уменьшающего напряжение обжатия бетона в крайнем волокне до 0, и момента M 2, повышающего напряжение в том же волокне от 0 до Rbt, ser, т. е. до сопротивления, при котором начинают образовываться нормальные трещины, Mcrc = M 1 + M 2 При действии момента M 1 предполагается упругая работа элемента и тогда: M 1= Rbt, ser · Wpl – упруго - пластический момент сопротивления сечения для крайнего волокна.
ОБРАЗОВАНИЕ НОРМАЛЬНЫХ ТРЕЩИН В ИЗГИБАЕМЫХ И ВНЕЦЕНТРЕНО СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТАХ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) Для определения момента M 2 принимается эпюра нормальных напряжений треугольной в сжатой зоне и прямоугольной в растянутой зоне бетона, тогда: M 2 =σbp·Wred
ОБРАЗОВАНИЕ НОРМАЛЬНЫХ ТРЕЩИН В ИЗГИБАЕМЫХ И ВНЕЦЕНТРЕНО СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТАХ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) σbp– напряжение в бетоне, которое препятствует образованию трещин, т. е. вызванное предварительным обжатием бетона (силой P), σbp=P/Ared±P·eop/Wred, Wred=Jred/y 0 тогда: σbp=(P/Ared+P·eop/Wred) Wred = P·Wred/Ared+P·eop= =P(r + eop)= Mrp r - радиус ядрового сечения; Mrp – момент усилия обжатия бетона по верхней ядровой точке.
ОБРАЗОВАНИЕ НОРМАЛЬНЫХ ТРЕЩИН В ИЗГИБАЕМЫХ И ВНЕЦЕНТРЕНО СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТАХ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) Условие, определяющее появление трещин: М≤Mcrc = Rbt, ser · Wpl ± Mrp При отсутствии предварительного обжатия момент Mrp =0. При внецентреном сжатии момент образования нормальных трещин определяется без учета неупругих деформаций растянутого бетона как для сплошного упругого тела, и тогда условие, определяющее образование трещин будет иметь вид: М≤Mcrc = Rbt, ser · W ± N·ex Знак «+» принимается, если сила N является сжимающей, а знак «–» принимается, если сила N – растягивающая ( внецентрено растянутые элементы); еx - расстояние от точки приложения силы N до ядровой точки сечения.
Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 7 7 3 Способы создания предварительного напряжения
презентация часть 1 ЖБК лекция 7.pptx