Преднапряжение канатной арматуры
Суть технологии преднапряжения с натяжением на бетон в построечных условиях (постнапряжение) заключается в том, что напрягаемая арматура натягивается после бетонирования и набора бетоном достаточной прочности. В результате напрягаемая арматура (канат) лучше воспринимает нагрузки, которые оказывают на нее внешние силы в течение всего срока службы сооружения.
Компания Энерпром осуществляет поставки оборудования для преднапряжения железобетона на строительные объекты. Кроме этого мы оказываем техническую и информационную поддержку на всех стадиях работ — начиная от получения проекта и заканчивая сдачей объекта.
Порядок преднапряжения железобетона
Суть метода в том, что между верхней и нижней арматурной сеткой в будущем перекрытии прокладываются стальные канаты. Их размещают с переменной высотой размещения в зависимости от зоны возникновения напряжения растяжения.
Канаты проталкиваются в каналообразователь (пластиковую оболочку) при помощи проталкивателя каната, чтобы исключить сцепление бетона с канатом.
После набора бетоном 70-75% от необходимой прочности канаты подвергаются напряжению и анкеруются. Напряжение производится при помощи гидравлических домкратов-натяжителей.
Домкрат закрепляют напротив одного из, размещенных в бетонной конструкции, анкеров каната (активный анкер) и натягивают канат с определенной силой с помощью маслостанции. В результате происходит передача нагрузки изгиба от бетона на канаты. Метод основан на свойственных бетону особенностях – становиться более устойчивым к разрушению при сжатии.
Преднапряженное армирование
Как известно, бетон очень устойчив к силам сжатия и неустойчив к силам растяжения (прочность бетона при растяжении составляет приблизительно 10% от прочности растяжения). Традиционые железобетонные конструкции перекрытия (плита, балка) при воздействии нагрузки приобретают определенный изгиб, в результате нижняя часть (зона растяжения) поперечного сечения приобретает удлинение. Даже незначительное удлинение достаточно для появления трещин.
Стальная арматура, которая обычно размещается в зоне растяжения, чтобы ограничить ширину трещин и взять на себя напряжение растяжения, работает как «пассивное» армирование — она не воспринимает воздействие сил (не включается в общую работу конструкции) до момента, когда бетонная конструкция приобретает изгиб, достаточный для образования трещин.
В случае с постнапряженной железобетонной конструкцией ее армирование работает, как «активное» армирование. Так как канаты подвергнуты напряжению, армирование эффективно (включается в общую работу конструкции), даже если трещины в бетоне не появились. Таким образом, постнапряженные железобетонные конструкции при полной нагрузке могут быть запроектированы с минимальным изгибом и образованием трещин.
Существует два типа систем постнапряженного армирования: несвязанные и связанные.
Несвязанная система постнапряженного армирования
В несвязанной системе постнапряженного армирования канаты с бетоном не находятся в прямой связи.
Самые распространенные несвязанные системы постнапряженного армирования – это системы типа одного каната, которые используются для балок и плит перекрытия зданий, для многоэтажных автостоянок и плит на грунте. Элемент системы армирования типа одного каната состоит из семи проволок, покрытых антикоррозийной смазкой и помещенных в пластиковую оболочку и анкеровки, состоящей из литого металлического элемента (анкера) и конического трехлепесткового клина – для заклинивания каната.
Для анкерования каната используются два анкера (на каждом конце по одному), которые передают силу сжатия на конструкцию. Один из анкеров выполняет функцию пассивного анкера, второй — функцию активного анкера. Через активный анкер выполняется растяжение каната, в свою очередь, пассивный анкер обеспечивает анкерование на другом конце каната. В случае длинного элемента системы армирования типа одного каната по длине могут быть введены промежуточные анкеры.
Связанная система постнапряженного армирования
В связанной системе постнапряженного армирования канаты в пластиковой или металлической оболочке расположены два или более каната.
Эти канаты подвержены напряжению большими многоарматурными гидравлическими домкратами и заанкерованы в соответствующих анкерах. После выполнения напряжения оболочка каната заполняется цементным раствором, который обеспечивает антикоррозийную защиту, а также связывает канат с бетоном расположенным вокруг оболочки. Связанные системы армирования используются для мостов, вантовых мостов. На стройках эти системы обычно используются только для очень сильно нагруженных балок.
Предварительное напряжение арматуры. Методы создания предварительного напряжения в железобетонных конструкциях
Библиографическое описание:Кохно, В. О. Предварительное напряжение арматуры. Методы создания предварительного напряжения в железобетонных конструкциях / В. О. Кохно. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 3 (398). — С. 18-21. — URL: https://moluch.ru/archive/398/88120/ (дата обращения: 20.03.2023).
Увеличение трещиностойкости и повышение эксплуатационных качеств железобетонных изделий, посредством применения технологии предварительного напряжения различными методами.
Ключевые слова: предварительное напряжение, конструкция, натяжение арматуры, бетон, напрягаемая арматура, канатная арматура, раскрытие трещин, напряженно-деформированное состояние, образование трещин
Бетон — анизотропный материал, данное его свойство выражается в высокой прочности при сжатии и низкой при растяжении. Армирование бетона позволяет восполнить этот недостаток, однако не устраняет его полностью. Проектная прочность бетона на растяжение существенно меньше, чем на сжатие, она варьируется в пределах от 1/20 его нагрузочной способности у бетона до набора марочной прочности и до 1/8 после ее набора. Основная опасность недостаточной прочности на растяжение состоит в подверженности к образованию трещин, из-за чего возникает потребность в увеличении трещиностойкости материала.
Трещиностойкостью железобетонной конструкции называют ее сопротивление образованию трещин в стадии I напряженно-деформированного состояния или сопротивление раскрытию трещин в стадии II напряженно-деформированного состояния [1].
Трещины в бетоне являются концентраторами напряжений и могут значительно повлиять на срок службы изделия. Большое раскрытие трещин опасно с точки зрения коррозии арматуры, а попавшая в трещины вода при замерзании воды в зимнее время увеличивает дефект и ведет к отслаиванию прилегающего бетона и еще большему обнажению арматуры. Периодический профиль применяемой арматуры позволяет снизить раскрытие трещин, однако проблему это полностью не устраняет.
Следующим шагом в решении вопроса повышения трещиностойкости было применение бетонов повышенной прочности марок таких как 400–600 и выше, а также высококачественных арматурных сталей, со временным сопротивлением до 20 тыс. кгс/см2 и более. Экономически это оправдано, поскольку отношение стоимости к прочности высокопрочных материалов, применяемых для железобетона, значительно ниже, чем для материалов менее прочных.
Одним из наиболее эффективных способов увеличения трещиностойкости железобетонных конструкций является их предварительное напряжение (до приложения основных нагрузок).
Предварительно напряженный железобетон не является особым видом материала. Идентичный по составу железобетону без предварительного напряжения, он, тем не менее, обладает дополнительными качествами, которые могут быть эффективно использованы, увеличивая срок эффективной эксплуатации конструкций.
Следует отметить: в прямом смысле, предварительное напряжение мало влияет на величину разрушающей нагрузки. Однако, ввиду улучшения качества железобетона, предварительное напряжение позволяет эффективно использовать высокопрочные материалы, экономить сталь, способствует снижению общего веса конструкций. То есть косвенно увеличивает сопротивляемость многократно повторяющимся динамическим воздействиям. Снижение общего веса так же уменьшает нагрузки на вертикальные конструкции и фундаменты
Кроме вышеперечисленных преимуществ, применяя предварительное напряжение в монолитных конструкциях возможно так же создание больших пролетов, в том числе свыше 12 метров.
Ввиду возможности сокращения толщины перекрытия или балки, чистая высота помещения может быть выше.
Предварительное напряжение железобетонных элементов производят посредством натяжения арматуры и передачи ее реактивного давления на бетон с целью его обжатия. Различают два метода достижения предварительного напряжения: со сцеплением с бетоном и без него (рис. 2). Выбор метода создания предварительных напряжений в бетоне влияет на конструктивные решения железобетонных элементов, анкеровку арматуры, на расчеты в стадии обжатия, на определение потерь предварительных напряжений в напрягаемой арматуре. Далее мы рассмотрим каждый из них в отдельности.
Технология предварительного напряжения без сцепления с бетоном (рис. 1) состоит в армировании бетонных конструкций стальными арматурными канатами, покрытыми непрерывной полимерной оболочкой с прослойкой из специального антикоррозийного состава.
Рис. 1. Схема преднапряжения канатной арматуры без сцепления с бетоном
Раскладка арматуры представляет собой следующее: в пролетной части канатная арматура изгибается вниз, а над опорами вверх, иными словами, раскладка выполняется строго по эпюре момента в поперечных и продольных направлениях.
Передача усилий от каната на бетон происходит через анкерные устройства, установленные на торцах конструкции. Анкеры разделяют на глухие и тяжные. Глухой анкер нужен для фиксации конца каната на торце конструкции (рис. 2), а тяжной анкер закрепляет канат после напряжения (рис. 3).
Рис. 2. Глухой анкер для систем без сцепления с бетоном
Рис. 3. Тяжной анкер для систем без сцепления с бетоном
Натяжение каждого каната можно производить отдельно от остальных, поэтому используются однопрядевые легкие. После натяжения в затвердевшем бетоне высокопрочный арматурный трос остается в полимерной оболочке. Она изолирует стальной канат от влияния бетона при его натяжении. Смазка каната приводит к минимальному коэффициенту трения каната об оболочку, а значит к наименьшим потерям от трения. При двойной антикоррозионной защите с оболочкой и смазкой, канат защищен от воздействия электрических токов и солей в течение всего эксплуатационного срока. Конструктивная схема системы без сцепления с бетоном имеет малые размеры, а значит, может применяться для тонких конструкций, обеспечивая максимальные эксцентриситеты напрягаемой арматуры в бетоне, обжатие и разгружающие моменты.
При предварительном напряжении со сцеплением с бетоном основная задача в том, чтобы создать в готовой железобетонной конструкции усилия сжатия за счет натяжения стальных канатов, на концах которых располагаются анкерные устройства, обеспечивающие передачу усилия на бетон (рис. 4). Оболочка у канатов в данном методе отсутствует.
Рис. 4. Схема преднапряжения канатной арматуры со сцеплением с бетоном
Основное отличие системы преднапряжения со сцеплением напрягаемой арматуры с бетоном в том, что каналообразователь, после натяжения канатов, находящихся в нем, заполняется безусадочным цементным раствором. Каналообразователь обеспечивает в дальнейшем защиту и передачу усилия с канатов на бетон конструкции по всей длине каната. Как правило, используются каналообразователи овального или круглого сечения. Они входят в состав системы преднапряжения. Диаметр рассчитывается в соответствии с количеством канатов, их число может быть от 1 до 31.
Литература:
1. Литвинов Р. Г. Трещиностойкость железобетонных элементов при изгибе// Бетон и железобетон. 1992.
2. СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции.
3. Технология предварительного напряжения железобетонных конструкций в построечных условиях / С. Н. Леонович, И. И. Передков, А. И. Сидорова. — Минск: БНТУ, 2018.
4. Методическое пособие «Конструкции железобетонные монолитные с напрягаемой арматурой без сцепления с бетоном», — М.: НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, 2017.
Основные термины (генерируются автоматически): предварительное напряжение, бетон, канатная арматура, напрягаемая арматура, раскрытие трещин, сцепление, канат, напряженно-деформированное состояние, образование трещин, глухой анкер.
Предварительно напряженная плита из углепластика – «Активная» технология армирования
Когда дело доходит до предварительного напряжения, первая реакция многих инженеров – использовать предварительно напряженную стальную проволоку, стальные пряди и предварительно напряженную арматуру. Фактически, применение материалов из углеродного волокна в предварительно напряженных бетонных конструкциях также медленно продвигается.
В области структурной арматуры также используется комбинация материалов предварительного напряжения и углеродного волокна. Технология активного армирования заключается в применении технологии предварительного напряжения к плитам из углеродного волокна для формирования высокоэффективной системы армирования плит из предварительно напряженного углеродного волокна. Обычно состоит из предварительно напряженной углеродистой пластины, несущего структурного клея, системы крепления, системы натяжения и других частей.
Принцип: пластина из углеродного волокна приклеивается к бетонному элементу с помощью эпоксидного клея, углеродный ламинат натягивается, передача предварительного напряжения завершается через анкерный узел и конструкционный клей, формируя новый баланс нагрузки со структурой, и повышение несущей способности конструкции.
Область применения
1) Арматура конструкции моста
Арматура на изгиб мостов малых и средних пролетов, включая тавровые балки, пустотелые балки перекрытий, малые балки коробчатого сечения, балки коробчатого сечения и т. д., особенно подходит для мостов с много поперечных трещин в середине пролета или чрезмерные прогибы в середине пролета.
2) Арматура промышленного и гражданского строительства
Изгибающая арматура большепролетных балок или плит перекрытий, предварительно напряженных железобетонных балок и плит, компенсация потерь предварительного напряжения и т. д. не сильно увеличивает вес после армирования, а используемая плита из углеродного волокна обладает характеристиками легкого веса, высокой прочности и устойчивости к старению.
2) Улучшить использование прочности материалов из углеродного волокна и заменить пассивное армирование активным армированием. Плита из углеродного волокна имеет большую деформацию перед вторым напряжением, тем самым эффективно уменьшая или даже устраняя явление запаздывания деформации плиты из углеродного волокна и достигая лучшего эффекта армирования.
3) Увеличьте жесткость компонента, уменьшите отклонение исходного компонента и улучшите производительность на этапе использования. Обратный изгибающий момент, создаваемый предварительным напряжением, может компенсировать часть воздействия начальной нагрузки, улучшить несущую способность на этапе использования, уменьшить исходную ширину трещины в компоненте и даже закрыть ее, а также ограничить появление новых трещин.
4) Долговечность плиты из углеродного волокна намного выше, чем у стали, а стоимость обслуживания очень низкая.
Резюме: Являясь новым фаворитом в технологии армирования, система предварительно напряженных пластин из углеродного волокна за счет активного приложения предварительного напряжения к элементам бетонной конструкции достигла эффекта улучшения несущей способности конструкции.
Применение инновационных технологий армирования для укрепления бетона
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИМЕЧАНИЯ
19.04.2022
ЧТЕНИЕ 2 МИН.
Неразрезные балки из предварительно напряженного бетона, разработанные в 1940-х и 1950-х годов часто использовались в строительстве мостов из-за простоты строительства (с использованием материалов, изготовленных за пределами площадки) и более низкой стоимости (по сравнению со сталью и железобетоном). Хотя неразрезные балки хорошо зарекомендовали себя, со временем в бетоне могут появиться трещины, подвергающие залитый металл коррозии и угрожающие безопасности моста. Кроме того, увеличение интенсивности движения и большегрузных транспортных средств увеличило нагрузку на эти мосты, особенно на те, которые были построены раньше. Важно следить за состоянием этих мостов и при необходимости выполнять укрепляющий ремонт.
Несмотря на то, что существует много распространенных методов усиления, исследователи Кексин Чжан, Тяньюй Ци, Дачао Ли, Синфэн Лю, Синвэй Сюэ и Фаюэ Ву хотели изучить внешнее предварительно напряженное армирование, которое, как они надеялись, улучшит прочность на изгиб и жесткость предварительно напряженного бетона.
Они использовали 25-летний мост в городе Цицикар, Китай, для испытаний. Их результаты, опубликованные в Журнале производительности построенных объектов, «Оценка на основе мониторинга состояния арматуры моста с неразрезными балками», включают результаты мониторинга процесса строительства, испытаний на статическую нагрузку и мониторинга состояния после усиления. Их статья доступна в библиотеке ASCE по адресу https://doi.org/10.1061/(ASCE)CF.19.43-5509.0001685. Аннотация ниже.
Abstract
В статье представлен метод усиления предварительно напряженных железобетонных неразрезных мостов с коробчатыми балками предварительно напряженными стальными прядями. Мониторинг процесса строительства, полевые испытания под нагрузкой до и после армирования, а также контроль состояния после армирования были выполнены для проверки эффективности метода армирования внешними предварительно напряженными стальными прядями. В процессе мониторинга строительства измеренные значения каждого шага натяжения в основном соответствуют теоретическим значениям, но измеренные значения немного меньше теоретических значений.