Каждый инженер-строитель должен знать ответ на этот вопрос, потому что он считается наиболее важным вопросом для инженера-строителя.
Предварительно напряженный бетон является одной из наиболее важных частей конструкции, и вы должны и должны иметь соответствующие знания об этом. Давайте разберемся в этом подробно.
Предварительно напряженная бетонная конструкция отличается от обычной железобетонной конструкции из-за приложения начальной нагрузки на конструкцию перед ее использованием. Начальная нагрузка или предварительное напряжение применяется для того, чтобы конструкция могла противостоять нагрузкам, возникающим в течение срока ее службы. Предварительная печать конструкций была введена в конце девятнадцатого века. Концепция предварительного напряжения существовала до применения в бетоне.
Два примера предварительного напряжения перед разработкой предварительно напряженного бетона предоставлены
Подгонка металлических полос на деревянных бочках. Металлические ленты вызывают состояние начального сжатия пялец, чтобы противодействовать натяжению пялец, вызванному заполнением жидкости в бочках.
Предварительное натяжение спиц в велосипедном колесе. Предварительное натяжение спицы в велосипедном колесе применяется до такой степени, что в спице всегда будет остаточное натяжение
Для бетона внутренние напряжения индуцируются (обычно с помощью натянутой стали) по следующим причинам. Прочность бетона на растяжение составляет всего около 8-14% его прочности на сжатие. Трещины имеют тенденцию развиваться на ранних стадиях нагружения в изгибных элементах, таких как балки и плиты. Для предотвращения таких трещин сжимающее усилие может быть соответствующим образом приложено в перпендикулярном направлении. Предварительное напряжение увеличивает изгибные, сдвиговые и крутильные способности изгибных элементов. В трубах и резервуарах для хранения жидкости растягивающие напряжения могут быть эффективно нейтрализованы с помощью кругового предварительного напряжения.
Следующий эскиз объясняет применение предварительного напряжения.
Уложить и растянуть стержни из мягкой стали перед бетонированием
Рисунок - предварительное напряжение бетонных балок стержнями из мягкой стали
Стержни из мягкой стали растягиваются и вокруг них заливается бетон. После затвердевания бетона напряжение в стержнях снимается. Стержни будут пытаться восстановить свою первоначальную длину, но этому препятствует окружающий бетон, к которому прикреплена сталь. Таким образом, бетон теперь фактически находится в состоянии предварительного сжатия. Он способен противодействовать растягивающему напряжению, например, возникающему от нагрузки, показанной на следующем рисунке.
Но первые попытки предварительного напряжения не были полностью успешными. Было отмечено, что эффект предварительного напряжения уменьшается со временем. Нагрузочные способности членов были ограничены. При длительных нагрузках участники оказались не в состоянии. Это было связано со следующей причиной. Бетон сжимается со временем. Кроме того, при постоянной нагрузке напряжение в бетоне увеличивается с течением времени. Это известно как деформация ползучести. Уменьшение длины из-за ползучести и усадки также применимо к стальной стали, что приводит к значительным потерям при растяжении.
Формы преднапряженной стали
Провода - предварительно напряженная проволока представляет собой единое целое из стали.
Пряди - Два, три или семь проводов намотаны, чтобы сформировать предварительно напряженную нить.
Сухожилие - группа нитей или проводов наматывается, чтобы сформировать сухожилие предварительного напряжения.
Кабель - группа сухожилий образует кабель предварительного напряжения.
Прутки - сухожилие может состоять из одного стального прутка. Диаметр стержня намного больше диаметра проволоки.
Природа интерфейса бетон-сталь
Связанное сухожилие - Когда между предварительно напряженным сухожилием и бетоном существует адекватная связь, оно называется связанным сухожилием. Предварительно натянутые и заросшие сухожилия являются натянутыми связями.
Несвязанное сухожилие - когда нет связи между предварительно напряженным сухожилием и бетоном, оно называется несвязанным сухожилием. Когда после пост-натяжения цементный раствор не наносится, сухожилие является несвязанным сухожилием. Этапы загрузки Анализ предварительно напряженных элементов может быть различным для разных этапов загрузки.
Этапы загрузки следующие.
1) Начальный: его можно разделить на два этапа.
а) при натяжении стали
б) При переносе предварительного напряжения на бетон.
2) Промежуточный: включает грузы во время транспортировки предварительно напряженных элементов.
3) Финал: его можно разделить на два этапа.
а) При обслуживании, во время эксплуатации.
б) на пределе, во время экстремальных событий
Преимущества предварительного прессования
Предварительное напряжение бетона имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционным железобетоном (RC) без предварительного напряжения. Полностью предварительно напряженный бетонный элемент обычно подвергается сжатию в течение срока службы. Это исправляет несколько недостатков бетона. В следующем тексте широко упоминаются преимущества предварительно напряженного бетонного элемента с эквивалентным RC-элементом. Для каждого эффекта перечислены преимущества.
Секция остается без трещин при служебных нагрузках.
Уменьшение коррозии стали. Увеличение срока службы.
Полный раздел используется
Более высокий момент инерции (более высокая жесткость)
Меньше деформаций (улучшенная работоспособность).
Увеличение способности сдвига.
Подходит для использования в сосудах под давлением, удерживающих жидкость конструкциях. Улучшенные характеристики (устойчивость) при динамическом и усталостном нагружении.
Высокие отношения длины к глубине. Возможны большие пролеты с предварительным напряжением (мосты, здания с большими свободными от колонн пространствами). Типичные значения отношения длины к глубине в плитах приведены ниже.
Плита без предварительного напряжения 28: 1 Плита предварительного напряжения 45: 1 Для того же промежутка, меньшей глубины по сравнению с элементом RC.
Снижение собственного веса.
Более эстетическая привлекательность благодаря тонким секциям
Более экономичные разделы.
Подходит для сборного строительства
Преимущества сборного железобетона следующие.
Быстрое строительство
Лучший контроль качества
Сокращенное техническое обслуживание подходит для многократного строительства. Многократное использование опалубки.
Сокращение опалубки.
Наличие стандартных форм.
Пост-натяжной
За прошедшие годы были разработаны системы предварительного прессования, и различные компании запатентовали свою продукцию. Подробная информация о системах приведена в каталогах продукции и брошюрах, выпускаемых компаниями. В разделе 12 стандарта IS 1343: 1980 приведены общие рекомендации по предварительному напряжению. Информация, представленная в этом разделе, носит вводный характер с акцентом на основные понятия систем. Системы предварительного напряжения и устройства описаны для двух типов предварительного напряжения, предварительного натяжения и последующего натяжения, отдельно. Этот раздел посвящен постнапряжению. Системы предварительного натяжения и устройства, крышки предварительного натяжения. В последующем растяжении напряжение применяется к сухожилиям после затвердевания бетона. Этапы пост-натяжения описаны ниже.
Этапы пост-натяжения
В системах после натяжения воздуховоды для сухожилий (или прядей) размещаются вместе с арматурой перед заливкой бетона. Сухожилия помещаются в воздуховоды после заливки бетона. Канал предотвращает контакт между бетоном и сухожилиями во время операции натяжения. В отличие от предварительного натяжения, сухожилия растягиваются с помощью реакции, действующей на затвердевший бетон. Если каналы заполнены цементным раствором, то это называется связующим последующим натяжением. Раствор представляет собой чистую цементную пасту или песчано-цементный раствор, содержащий подходящую смесь.
В несвязанном последующем натяжении, как следует из названия, протоки никогда не зарастают, а сухожилие удерживается на растяжении исключительно за счет концевых креплений. На следующем рисунке показано схематическое изображение закаленного элемента после натяжения. Профиль воздуховода зависит от условий опоры. Для просто поддерживаемого элемента воздуховод имеет провисающий профиль между концами. Для непрерывного элемента воздуховод проседает в пролете и захватывает опору.
Различные этапы операции после натяжения суммируются следующим образом.
Литье бетона.
Размещение сухожилий.
Размещение блока крепления и домкрата. Приложение напряжения к сухожилиям.
Посадка клиньев.
Обрезка сухожилий
Железобетон (RC) - это композитный материал, в котором относительно низкой прочности на растяжение бетона и пластичности противодействует включение арматуры, имеющей более высокую прочность на растяжение или пластичность. Арматура обычно, хотя и не обязательно, представляет собой стальные арматурные стержни (арматура) и обычно пассивно встраивается в бетон до схватывания бетона. Схемы армирования, как правило, предназначены для сопротивления растягивающим напряжениям в определенных областях бетона, которые могут вызвать недопустимое растрескивание и / или разрушение конструкции. Современный железобетон может содержать различные армирующие материалы, изготовленные из стали, полимеров или альтернативного композитного материала в сочетании с арматурой или нет. Железобетон также может подвергаться постоянному напряжению (растяжению), чтобы улучшить поведение конечной конструкции при рабочих нагрузках. В Соединенных Штатах наиболее распространенные способы сделать это известны как предварительное натяжение и постнапряжение.
Для прочной, пластичной и прочной конструкции арматура должна обладать следующими свойствами:
Высокая относительная сила.
Высокая переносимость растяжения.
Хорошая связь с бетоном, независимо от pH, влажности и подобных факторов.
Термическая совместимость, не вызывающая недопустимых нагрузок в ответ на изменение температуры.
Долговечность в бетонной среде, независимо от коррозии или длительных нагрузок.
Использование в строительстве
Арматура кровли Саграда Фамилия в строительстве (2009)
· Многие различные типы конструкций и компонентов конструкций могут быть построены с использованием железобетона, включая плиты, стены, балки, колонны, фундаменты, рамы и многое другое.
Железобетон можно классифицировать как сборный или монолитный бетон.
Проектирование и внедрение наиболее эффективной системы пола является ключом к созданию оптимальных строительных конструкций. Небольшие изменения в конструкции системы пола могут оказать существенное влияние на стоимость материалов, график строительства, предельную прочность, эксплуатационные расходы, уровень занятости и конечное использование здания.
Без арматуры строительство современных конструкций из бетонных материалов было бы невозможным.
Ключевые характеристики
Три физических характеристики придают железобетону его особые свойства:
Коэффициент теплового расширения бетона аналогичен таковому для стали, устраняя большие внутренние напряжения из-за различий в тепловом расширении или сжатии.
Когда цементная паста в бетоне затвердевает, это соответствует поверхностным деталям стали, что позволяет эффективно передавать любое напряжение между различными материалами. Обычно стальные стержни шероховатые или гофрированные для дальнейшего улучшения сцепления или сцепления между бетоном и сталью.
Щелочная химическая среда, обеспечиваемая щелочным резервом (KOH, NaOH) и портландитом (гидроксидом кальция), содержащимся в затвердевшей цементной пасте, вызывает образование пассивирующей пленки на поверхности стали, что делает ее намного более устойчивой к коррозии, чем это было бы быть в нейтральных или кислых условиях. Когда цементная паста подвергается воздействию воздуха и метеорная вода вступает в реакцию с атмосферным CO2, портландит и гидрат силиката кальция (CSH) затвердевшей цементной пасты постепенно газируются, а высокий pH постепенно снижается с 13,5 - 12,5 до 8,5, pH воды в равновесии с кальцитом (карбонатом кальция) и сталь больше не пассивируется.
Как правило, только для того, чтобы дать представление о порядках величин, сталь защищена при pH выше ~ 11, но начинает корродировать ниже ~ 10 в зависимости от характеристик стали и местных физико-химических условий, когда бетон становится газированным. карбонизация бетона наряду с проникновением хлоридов являются одними из основных причин разрушения арматуры в бетоне.
Относительная площадь поперечного сечения стали, требуемая для типичного железобетона, обычно довольно мала и варьируется от 1% для большинства балок и плит до 6% для некоторых колонн. Арматурные стержни обычно имеют круглое поперечное сечение и различаются по диаметру. В железобетонных конструкциях иногда предусмотрены такие элементы, как вентилируемые полые жилы для контроля их влажности и влажности.
Распределение бетонных (несмотря на армирование) прочностных характеристик по сечению вертикальных железобетонных элементов неоднородно
Армирование и терминология балок
Две пересекающиеся балки встроены в плиту парковочного гаража, которая будет содержать как арматурную сталь, так и проводку, распределительные коробки и другие электрические компоненты, необходимые для установки верхнего освещения на уровне гаража под ним.
Луч изгибается под изгибающим моментом, что приводит к небольшой кривизне. На внешней поверхности (грани растяжения) кривизны бетон испытывает растягивающее напряжение, в то время как на внутренней поверхности (грани сжатия) он испытывает сжимающее напряжение.
Единственно усиленная балка - это та, в которой бетонный элемент армируется только вблизи растягивающей поверхности, а арматура, называемая натяжной сталью, предназначена для противодействия растяжению.
Двойная усиленная балка - это балка, в которой, кроме арматуры на растяжение, бетонный элемент также усилен вблизи сжимающей поверхности, чтобы помочь бетону противостоять сжатию. Последнее усиление называется сталью сжатия. Когда зона сжатия бетона не в состоянии противостоять сжимающему моменту (положительному моменту), дополнительное усиление должно быть обеспечено, если архитектор ограничивает размеры секции.
Недостаточно усиленная балка - это балка, в которой растягивающая способность растягивающей арматуры меньше, чем суммарная нагрузочная способность бетона и сжатой стали (недоупрочнена на растягиваемой поверхности). Когда железобетонный элемент подвергается растущему изгибающему моменту, растягивающая сталь сгибается, в то время как бетон не достигает своего предельного состояния разрушения. По мере того, как растягивающаяся сталь растягивается и растягивается, «недостаточно армированный» бетон также дает пластичный характер, демонстрируя большую деформацию и предупреждение перед окончательным разрушением. В этом случае предел текучести стали определяет конструкцию.
Чрезмерно усиленная балка - это та, в которой растягивающая способность растягивающей стали больше, чем совокупная нагрузочная способность бетона и сжатой стали (чрезмерно усиленная на растягиваемой поверхности). Таким образом, «железобетонная» балка выходит из строя из-за разрушения бетона в зоне сжатия и до того, как в зоне растяжения получится сталь, что не дает никакого предупреждения перед отказом, так как отказ происходит мгновенно.
Балансирно-усиленная балка - это та, в которой зоны сжатия и растяжения достигают текучести при одинаковой нагрузке на балку, и бетон разрушается, а растягивающаяся сталь дает одновременно. Этот критерий проектирования, однако, является таким же рискованным, как и чрезмерно армированный бетон, потому что разрушение происходит внезапно, так как бетон одновременно разрушается при растяжении стали, что очень мало предупреждает о деформации при разрушении при растяжении.
Несущие элементы из железобетона, как правило, должны быть спроектированы так, чтобы они были недостаточно укреплены, чтобы пользователи конструкции получали предупреждение о предстоящем разрушении.
Характерная прочность - это прочность материала, где менее 5% образца показывает меньшую прочность.
Расчетная прочность или номинальная прочность - это прочность материала, включая фактор безопасности материала. Значение коэффициента безопасности обычно колеблется от 0,75 до 0,85 в расчете допустимых напряжений.
Конечное предельное состояние является теоретической точкой отказа с определенной вероятностью. Указывается под факторизованными нагрузками и факторизованными сопротивлениями.
