какие жб конструкции называются предварительно напряженными
Предварительно напряженные 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:
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:
Предварительно напряженные ЖБИ конструкции могут быть: одно-, двух- и трёхосно-напряженными.
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.
Что такое преднапряженный железобетон и как его производят?
Конструкции из сборного железобетона и предварительно напряженные железобетонные конструкции получили массовое применение в строительной сфере. Это позволяет расширять архитектурно-планировочные характеристики и функциональность. Преднапряжение препятствует трещиностойкости, снижает показатели деформаций.
Что из себя представляет преднапряженное ЖБИ?
В целях борьбы с низкой прочностью при растяжении искусственного бетонного камня создают напряжение на этапе производства в бетоне противоположной к эксплуатационным характеристикам, что позволяет эффективно применять свойства бетона при его сжатии. Арматурную сталь в железобетонном изделии растягивают, а по полному затвердевании залитого бетонного раствора ее избавляют от натяжения. Стальные прутья сжимаются и оказывают непосредственное влияние на слой бетона. Предварительное напряжение увеличивает предел растяжимости бетона за счет суммирования 2-х деформаций: растяжения и предсжатия.
Преднапряженный железобетон не подвержен растрескиванию бетонного слоя зоне конструкции с растяжением, а также при его применении сокращается количество используемой арматуры. Если при этом применять высокопрочный металл и бетон, можно добиться снижения весовых показателей железобетонных конструкций, увеличить их срок эксплуатации. Основные характеристики для этого вида ЖБИ установлены ГОСТом 26633–91, а значения и размеры арматуры установлены СП 52—101—2003.
Преимущества и недостатки
Среди основных преимуществ выделяют следующие:
Предварительно напряженный железобетон имеет и свои минусы:
Процесс производства
Существует несколько способов натяжения арматуры:
Напряженный бетон изготавливается с помощью прокладки металлических составляющих с высокой прочностью на растяжение, растягивая ее специальным аппаратом и сверху производят заливку бетона. Когда смесь затвердевает напряженность стальной проволоки переходит к бетону вокруг арматуры, что частично или целиком позволяет убрать напряжение от эксплуатационной нагрузки конструкции.
Инструменты и материалы
К материалам ЖБИ с преднапряжением применяют требования согласно существующим нормативным документам:
Армируют ЖБИ конструкции преднапряженного типа следующими материалами:
Для осуществления процесса необходимо подготовить следующие материалы и инструменты:
Преднапряжение и этапы работ
Обжатие может происходить 2 методами: с натяжением стали на упоры и на бетон. При первом методе арматура растягивается на торцах и бетонируется, после освобождая элемент. Второй метод заключается в изготовлении формы с пазами. После заливки и набирания прочности вводится арматура в подготовленные пазы натягивая и заанкеривая ее. Далее заполняют каналы смесью. Этот процесс могут проводить специальные навивочные строительные аппараты.
Арматурное напряжение производится механически, электротермически, комбинированно и физико-химически.
Применение бетона в предварительно напряженном состоянии
Преднапряженный бетон используется в разных отраслях строительства для сооружения:
Из такого бетона создают стены, панели ограждения, лестничные марши, основу фундаментов, колонны, столбы линий электропередач, каркасы подземных тоннелей и прочее. Напрягающий цемент для производства изделий из железобетона обеспечит дополнительную водонепроницаемость и прочность конструкции.
Какие жб конструкции называются предварительно напряженными
СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
PRESTRESSED CONCRETE STRUCTURES
1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона (ГУП «НИИЖБ») Госстроя России
ВНЕСЕН Управлением технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России
Введение
Настоящий Свод правил разработан в развитие СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».
Свод правил содержит рекомендации по расчету и проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений из тяжелого бетона, которые обеспечивают выполнение обязательных требований СНиП 52-01-2003.
Решение вопроса о применении Свода правил при проектировании предварительно напряженных железобетонных конструкций конкретных зданий и сооружений относится к компетенции заказчика или проектной организации. В случае если принято решение о применении настоящего Свода правил, должны быть выполнены все установленные в нем требования.
В Своде правил не приведены особенности расчета и проектирования предварительно напряженных конструкций, подвергаемых циклическим и динамическим воздействиям, воздействиям высоких температур и агрессивных сред. Эти особенности, а также более детальные положения по расчету линейных железобетонных систем и плоских и пространственных железобетонных конструкций освещены в соответствующих сводах правил.
Настоящий Свод правил следует применять совместно с СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры».
Свод правил разработали доктора технических наук А.С.Залесов, А.И.Звездов, Т.А.Мухамедиев, Е.А.Чистяков (ГУП «НИИЖБ» Госстроя России).
1 Общие указания
1.1 Основные положения
1.1.1 Рекомендации настоящего Свода правил (СП) распространяются на проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений, выполненных из тяжелого бетона классов по прочности на сжатие от В20 до В60 с натяжением арматуры до твердения бетона (на упоры) и эксплуатируемых в климатических условиях России, в среде с неагрессивной степенью воздействия, при статическом действии нагрузки.
Рекомендации СП не распространяются на проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, мостов, покрытий автомобильных дорог и аэродромов и других специальных сооружений.
1.1.2 Предварительно напряженные железобетонные конструкции должны быть обеспечены с требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и конструированием согласно указаниям настоящего СП. При этом должны быть выполнены технологические требования при изготовлении конструкций и соблюдены требования по эксплуатации зданий и сооружений, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.
1.2 Основные расчетные требования
1.2.1 Расчеты предварительно напряженных железобетонных конструкций следует производить по предельным состояниям, включающим:
— предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности);
— предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформаций и др.).
Расчеты по предельным состояниям первой группы, содержащиеся в настоящем СП, включают расчет по прочности.
Расчеты по предельным состояниям второй группы, содержащиеся в настоящем СП, включают расчеты по раскрытию трещин и по деформациям.
1.2.3 Расчеты предварительно напряженных железобетонных конструкций необходимо, как правило, производить с учетом возможного образования трещин и неупругих деформаций в бетоне и арматуре.
Определение усилий и деформаций от различных воздействий в конструкциях и в образуемых ими системах зданий и сооружений следует производить по методам строительной механики, как правило, с учетом физической и геометрической нелинейности работы конструкций.
1.2.4 При проектировании предварительно напряженных железобетонных конструкций надежность конструкций устанавливают расчетом путем использования расчетных значений нагрузок и воздействий, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности зданий и сооружений.
Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетаний, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) принимают согласно СНиП 2.01.07.
2 Материалы для предварительно напряженных железобетонных конструкций
2.1 Бетон
2.1.1 Показатели качества бетона и их применение при проектировании
2.1.1.1 Для предварительно напряженных железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего СП, следует предусматривать конструкционный тяжелый бетон средней плотности от 2200 кг/м до 2500 кг/м включительно.
2.1.1.2 Основными показателями качества бетона, устанавливаемыми при проектировании, являются:
а) класс по прочности на сжатие В;
б) класс по прочности на осевое растяжение В (назначают в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и ее контролируют на производстве);
в) марка по морозостойкости F (назначают для конструкций, подвергаемых действию попеременного замораживания и оттаивания);
г) марка по водонепроницаемости W (назначают для конструкций, к которым предъявляют требования ограничения водопроницаемости).
2.1.1.3 Для предварительно напряженных железобетонных конструкций следует предусматривать бетоны следующих классов и марок:
а) классов по прочности на сжатие:
В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;
б) классов по прочности на осевое растяжение:
В 0,8; В 1,2; В 1,6; В 2,0; В 2,4; В 2,8; В 3,2;
в) марок по морозостойкости:
F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500;
г) марок по водонепроницаемости:
W2; W4; W6; W8; W10; W12.
2.1.1.4 Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение (проектный возраст), назначают при проектировании исходя из возможных реальных сроков загружения конструкций проектными нагрузками. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливают в возрасте 28 суток.
2.1.1.5 Для предварительно напряженных конструкций рекомендуется применять класс бетона по прочности на сжатие в зависимости от класса напрягаемой арматуры, но не ниже В20.
Передаточную прочность бетона (прочность бетона к моменту его обжатия, контролируемая аналогично классу бетона по прочности на сжатие) следует назначать не менее 15 МПа и не менее 50% принятого класса бетона по прочности на сжатие.
2.1.1.6 Марку бетона по морозостойкости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.
Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха в холодный период от минус 5 °С до минус 40 °С, принимают марку бетона по морозостойкости не ниже F75, а при расчетной температуре наружного воздуха выше минус 5 °С в указанных выше конструкциях марку бетона по морозостойкости не нормируют.
В остальных случаях требуемые марки бетона по морозостойкости устанавливают в зависимости от назначения конструкций и условий окружающей среды по специальным указаниям.
2.1.1.7 Марку бетона по водонепроницаемости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.
Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха выше минус 40 °С, а также для наружных стен отапливаемых зданий марку бетона по водонепроницаемости не нормируют.
В остальных случаях требуемые марки бетона по водонепроницаемости устанавливают по специальным указаниям.
2.1.2 Нормативные и расчетные значения характеристик бетона
Нормативные значения прочностных характеристик бетона
2.1.2.1 Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные значения:
— сопротивления бетона осевому сжатию ;
Нормативные значения сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) и осевому растяжению (при назначении класса бетона по прочности на сжатие) принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие В согласно таблице 1.
При назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение В нормативные значения сопротивления бетона осевому растяжению принимают равными числовой характеристике класса бетона на осевое растяжение.
Расчетные значения прочностных характеристик бетона
2.1.2.2 Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию и осевому растяжению определяют по формулам:
, (1)
. (2)
Значения коэффициента надежности по бетону при сжатии принимают равными:
Значения коэффициента надежности по бетону при растяжении принимают равными:
Что такое предварительно напряженные железобетонные конструкции: преимущества и недостатки
Преднапряженный бетон относится к категории строительных материалов, для производства которого применяется стальная арматура высокой прочности и бетонная смесь. Благодаря особой технологии производства он сопротивляется значительному растягивающему напряжению. Преднапряженный железобетон характеризуется прочностью и повышенной трещиностойкостью.
Определение
Предварительно напряженными железобетонными конструкциями называют стройматериал, во время производства которого бетон поддается начальной расчетной напряженностью сжатия. Во время изготовления материала предварительно формируется напряжение растяжения в стальной арматуре, которая характеризуется высоким уровнем прочности. Она используется для обжатия бетона на участках, которые будут поддаваться напряжению во время эксплуатации.
При сжатии не наблюдается проскальзывания арматуры, так как она скрепляется с материалом и в торце имеет анкерное закрепление. Железобетонный состав армируется, что позволяет уравновесить напряженность. Если в процессе эксплуатации на стройматериал воздействуют полезные нагрузки, то это не приводит к образованию трещин, что продляет срок его службы.
Преимущества
Недостатки
Для того чтобы обеспечить предварительное напряжение железобетонных конструкций, нужно использовать специальное оборудование. Продукция нуждается в бережном хранении, правильной транспортировке и профессиональном монтаже. Это не приведет к аварийному состоянию строительного материала еще до его эксплуатации.
Продольное растягивающее усилие приведет к появлению трещин, которые снизят несущую способность.
Для обеспечения прочности на осевое растяжение нужно использовать металлоемкую опалубку. Это увеличивает расход стали.
Для того чтобы обеспечить тепло- и звукопроводность, нужно использовать компенсирующие материалы. Такие конструкции характеризуются более низким порогом огнестойкости.
В соответствии с сущностью предварительно напряженного железобетона можно сделать выводы, что он не переносит воздействие щелочей, солей, кислот и т.д. При этом наблюдается снижение несущей способности изделий, а также их разрушение. Недостатком конструкции является их внушительный вес.
Материалы для конструкций
Железобетон относится к категории многокомпонентных строительных материалов. Он состоит из бетона и стальной арматуры. Во время проектирования железобетона определяются параметры качества материалов в соответствии со стандартами ГОСТ.
Бетон
Смесь настаивается не менее 28 дней, что позволит получить предварительное напряжение материала. На начальном этапе эксплуатации может наблюдаться частичная утрата напряженного качества бетоном, что объясняется снижением напряженности стальных элементов. Определение нормального сечения железобетонного элемента осуществляется в соответствии с проектом и требованиями дальнейшей эксплуатации.
Арматура
Стальная арматура должна быть напряженной и стойкой к растяжению в процессе всего срока эксплуатации. Она способна выдерживать нагрузки длительное время, что исключит возможность раскрытия трещин на бетоне. Для производства стройматериала применяют высокопрочную сталь, которая имеет незначительную текучесть. Расчетные характеристики стали должны полностью соответствовать ползучести бетона.
Изготовление железобетонных конструкций проводится с использованием арматурной проволоки:
Железобетонные конструкции изготавливаются с использованием холоднодеформированной, горячекатаной упрочненной арматуры, сварных каркасов, канатов. Площадь сечения арматуры напрямую зависит от размеров готового железобетонного изделия. Проволока и канаты имеют серповидное и кольцевое сечение, а арматура – гладкое и периодическое. Сталь должна иметь соответствующую поперечную силу. Текучесть металла по отношению к удлинению должна составлять 0,2 процента.
В соответствии с параметрами растянутого волокна класс прочности арматуры должен быть 0,95 и больше. Она должна характеризоваться холодостойкостью и пластичностью. Оптимальное усилие в напрягаемой арматуре обеспечивается благодаря формированию сложной пространственной поверхности. Именно поэтому материал должен поддаваться свариванию.
Напряжение арматуры во время производства обеспечивается механическими или электротермическими способами. В первом случае это достигается с применением грузов, домкратов и рычагов. Электротермический способ требует заготовить стержни нужной длины, на концах которых располагаются анкера. Их нагревают до 400 градусов, что приводит к их удлинению. В таком состоянии проводится закрепление арматуры на опорах. При охлаждении стержни укорачиваются, но анкера не дают это сделать, что приводит к появлению напряжения.
Области использования конструкций
Применение преднапряженных конструкций рекомендуется при нецелесообразности использования обычного железобетона. Они являются идеальным вариантом при необходимости обеспечения несущей прочности. Применение напряженных железобетонных конструкций осуществляется в различных сферах строительства – промышленной, гражданской, специальной, гидротехнической.
Железобетонные конструкции применяются для сооружения мостов, которые имеют широкие пролеты. Их рекомендовано использовать для строительства напорных трубопроводов и плотин. С помощью ЖБИ проводится монтаж водонепроницаемых емкостей.
Конструкции широко применяются для создания подпорных стен и ограждающих панелей. Если возникает необходимость в возведении фундамента или лестничного марша, то применяются железобетонные конструкции. Их используют для строительства помещений в сейсмо- и взрывоопасных районах. С помощью ЖБИ формируются сборно-монолитные конструкции. Они заключаются в соединении арматурой отдельных преднапряженных сборных элементов. С применением железобетонных конструкций возводятся колонны, а также столбы линий электропередач. С их применением создаются каркасы тоннелей.
Вывод
Преднапряженные ЖБИ характеризуются наличием большого количества преимуществ, поэтому их широко применяют в строительстве. Наличие недостатков объясняется недостаточным качеством проектирования, изготовления и монтажа. Благодаря положительным характеристикам конструкций они широко применяются в возведении разнообразных сооружений.
Предварительно напряженные железобетонные конструкции
Рекомендации Свода правил распространяются на проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений, выполненных из тяжелого бетона классов попрочности на сжатие от В20 до В60 с натяжением арматуры до твердения бетона (на упоры) и эксплуатируемых в климатических условиях России, в среде с неагрессивной степенью воздействия, при статическом действии нагрузки. Рекомендации Свода правил не распространяются на проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, мостов, покрытий автомобильных дорог и аэродромов и других специальных сооружений.
| Обозначение: | СП 52-102-2004 |
| Название рус.: | Предварительно напряженные железобетонные конструкции |
| Статус: | действует |
| Дата актуализации текста: | 05.05.2017 |
| Дата добавления в базу: | 01.09.2013 |
| Дата введения в действие: | 24.05.2005 |
| Утвержден: | 24.05.2004 Госстрой России (Russian Federation Gosstroy ЛБ-473/9) |
| Опубликован: | ГУП ЦПП (CPP GUP 2005 г. ) |
| Ссылки для скачивания: |