VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Предварительно напряженный железобетон - это железобетон (элемент, конструкция), в котором до приложения внешней нагрузки искусственно создают внутренние напряжения, чаще всего, противоположные по знаку тем напряжениям, которые будут возникать при действии внешней нагрузки.

Преимущества преднапряженного железобетона перед обычным – это, прежде всего, его высокая трещиностойкость, повышенная жесткость конструкции, а также лучшее сопротивление динамическим нагрузкам, коррозионная стойкость, долговечность и определенный экономический эффект, достигаемый применением высокопрочной арматуры.

За последние 30—40 лет в странах Европы и США все большее развитие получает использование предварительного напряжения с натяжением на бетон (постнапряжения), позволяющее эффективно преднапрягать монолитные конструкции. В нашей стране данная технология получила распространение при строительстве монолит­ных путепроводов и мостов, в гражданском же строительстве при­меняется крайне редко. Отчасти это связанно с отсутствием норм и рекомендаций по расчету и конструированию данных конструкций. Старый СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструк­ции» и пособия к нему содержат крайне скудные сведения о предва­рительном напряжении с натяжением на бетон, СП 52-102-2004 «Предварительно напряженные железобетонные конструкции» рас­сматривает только технологию натяжения арматуры на упоры.

В строительной индустрии одной из важнейших отраслей является создание предварительно напряженных железобетонных (ПНЖБ) конструкций. Однако наряду с очевидными преимуществами таких конструкций возникает ряд трудностей при их осуществлении и не в последнюю очередь - необходимость решения ряда научно-технических задач, обеспечивающих эффективную технологию их производства и надежную эксплуатацию.

Способ предварительного натяжения арматуры применяют как в сборных, так и в монолитных конструкциях и сооружениях. В монолитном исполнении с предварительным натяжением арматуры бетонируют пролетные строения мостов, большепролетные балки и плиты перекрытий, контурные элементы оболочек и куполов, резервуары, высотные сооружения и многие другие конструкции.

Создание предварительного напряжения бетона достигается двумя способами: натяжение арматуры на упоры и натяжение арматуры на готовый бетон.

Натяжение на упоры является более индустриальным способом и находит применение в заводском производстве. Натяжение на бетон применяется главным образом для крупноразмерных конструкций, создаваемых непосредственно на месте их возведения.

Как правило, в гражданском строительстве применяется систе­ма предварительного напряжения с использованием канатной арма­туры. Существуют две принципиальные схемы систем преднапря­жения: система предварительного напряжения со сцеплением (сис­тема с «восстановленным сцеплением») напрягаемой арматуры с бетоном и система преднапряжения без сцепления напрягаемой ар­матуры с бетоном. Каждая из систем имеет свои достоинства и не­достатки, которые определяют диапазон эффективного применения этой системы.

Система предварительного напряжения без сцепления арматуры с бетоном подразумевает отсутствие сцепления напрягае­мой арматуры с бетоном в течение всего срока эксплуатации. Как правило, используются канаты диаметром от 12 до 15,7 мм, где каж­дый канат имеет индивидуальную пластиковую оболочку со смаз­кой. Данная схема каната получила название «моностренд». Передача осевых усилий на бетон осуществляется за счет установки на торцах отрезка каната анкерных устройств. За счет наличия смазочного состава достигается минимальный коэф­фициент трения каната о стенки оболочки и соответственно минималь­ные потери от трения. Также за счет пластиковой оболочки и смазки напрягаемая арматура надежно защищена от коррозии на протяже­нии всего срока эксплуатации конструкции.

Различаются прямолинейное или криволинейное расположение напряженной арматуры. Прямолинейная напряженная арматура применяется большей частью в конструкциях при стендовом изготовлении и натягивается до бетонирования. Криволинейная напряженная арматура может иметь плавное искривление или располагаться по ломаной. Применение такого расположения арматуры имеет целью учесть изменение величины изгибающего момента по длине балки или улучшить работу конструкции на поперечную силу. Вертикальные силы, возникающие в пролете конструкции за счет криволинейной раскладки канатной арматуры создаются распределенными или сосредоточенными силами, горизонтальные сжимающие усилия – сосредоточенными силами. Криволинейная напряженная арматура применяется преимущественно для натяжения после бетонирования.

В качестве примера была принята балка прямоугольного сечения, пролетом 18 м и сечением 400х1000 мм. Произведенный расчет балки по предельным состояниям первой и второй группы, при одной и той же величине внешней нагрузки, но при разных видах натяжения арматуры и разных типах арматурных канатов, дал следующие результаты:

Выполнив анализ результатов расчета балки прямоугольного сечения, можно сделать вывод, что канаты без оболочки предпочтительно применять в заводских условиях при натяжении на упоры (с прямолинейным натяжением канатов). Способ натяжения этих канатов на бетон целесообразно применять в построечных условиях, для армирования длинномерных конструкций. Наиболее выгодным вариантом следует считать способ натяжения канатов в оболочке на бетон с их натяжением криволинейно, что уменьшает прогиб, и позволяет применять их в построечных условиях для длинномерных конструкций.

Распространение канатов защищенных и в оболочке еще не получили широкого применения в России. Пока не имеется общепризнанных государственных стандартов и строительных норм и правил в этой области, но, тем не менее, использование этих канатов для предварительного напряжения имеет большие преимущества, например для длинномерных и неразрезных конструкций или при натяжении каната с учетом его криволинейности раскладки по длине пролета.

Применение канатов в оболочке является одним из перспективных направлений развития железобетона.

Библиографический список

1. ГОСТ 1384068 . Канаты стальные арматурные 1×7. Технические условия [Текст] Государственный комитет СССР по стандартам, Москва, 01.01.1969. – 12 с.

2. СТБ EN 013832009. Арматура напрягаемая канатная для железобетонных конструкций. Технические условия [Текст] Госстандарт, Минск. – 10 с.

3. СТО 71915393-ТУ100-2011. Канаты, защищенные и в оболочке, для предварительного напряжения. Скользящие канаты. Технические условия [Текст] ОАО «Северсталь-метиз», Череповец. – 14 с.

4. СП 63.13330.2011 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения : строит. нормы и правила.[Текст]: – М., 2011. – 154 с.

5. СП 13330.2011 Нагрузки и воздействия [Текст]:– М., 2011.- 80 с.

6. Портаев Д.В. Расчет и конструирование монолитных преднапряженных кон­струкций гражданских зданий [Текст]: Научное издание / Д.В.Портаев  М.: Изда­тельство АСВ, 2011.  248 с.