|
Предварительно-напряженные
конструкции рассчитывают на прочность, трещйностойкость (по образованию
трещин), по раскрытию трещин (если они допускаются) и по деформациям. При расчете
на усилия, возникающие в элементе от приложенных к нему внешних нагрузок,
учитывают усилия, которые созданы при предварительном напряжении. Кроме того,
проверяют прочность и трещйностойкость элемента при обжатии.
Сжимающие напряжения в бетоне (Тб.н> которые создаются
при изготовлении элемента, зависят от прочности бетона Ro, которую он имеет
при обжатии (ее называют «передаточной» прочностью), от способа
натяжения'арматуры (на упоры или на бетон), от характера последующей работы
элемента под нагрузкой (будет ли величина Сб.н
уменьшаться или увеличиваться
Если as.н от внешней нагрузки увеличивается, то
максимальная величина Об.» снижается. В случае натяжения арматуры на упоры
при центральном обжатии элементов сг0.и^О,5 R0, при внецентренном обжатии —
Об.н^ ^0,55 Ro\ при натяжении арматуры на бетон, соответственно: Об.н^0,45 Ro
и <Уб.н^0,5 R0.
Передаточную прочность бетона R0 следует принимать не ниже
80% от проектной марки, которая при данном виде арматуры является минимальной
и не менее 50% принятой проектной марки, если она превышает минимальную.
При расчете предварительно-напряженных элементов в стадии
обжатия расчетное сопротивление бетона может быть увеличено путем умножения
на коэффициент условий работы Шб4= 1Д — при проволочной арматуре или на тб4=1,2
— при стержневой арматуре.
1. Потери предварительного напряжения
При расчете предварительно-напряженных конструк-. ций
должны быть учтены возможные потери предварительного напряжения в арматуре,
которые приводят к соответствующему уменьшению обжатия бетона. Потери
напряжений обусловлены физико-механическими свойствами материалов,
технологией изготовления и конструкцией элементов.
На основании экспериментальных данных нормами
проектирования установлены десять видов потерь напряжений, которые могут быть
учтены в расчете.
1. Релаксация напряжений арматуры является причиной потерь
ои величина которых зависит от вида арматуры и способа ее натяжения.
При электротермическом способе натяжения стержневой
арматуры Gi=0,03ao.
2. При
технологии изготовления элементов с натяжением арматуры на упоры элементы
бетонируют после того, как натянута арматура, поэтому, когда бетон
подвергается прогреву, нагревается-и заключенная в нем арматура. Если и
арматура, и упоры, воспринимающие ее натяжение, нагреваются одинаково, то
температурные деформации в арматуре не изменят ее упругого удлинения,
созданного при натяжении, и потери напряжений не будет. В том случае, когда
нагревается только арматура (упоры расположены вне зоны прогрева изделия), ее
температурные деформации погашают часть упругого удлинения, которое при
охлаждении уже не восстановится, так как между арматурой и бетоном произойдет
сцепление. Возникают потери напряжений 02, которые тем больше, чем больше
разность между температурой арматуры и температурой упоров
При отсутствии точных данных расчетную величину At
принимают равной 65° С.
3.
Напрягаемая арматура закрепляется у натяжных устройств анкерами, которые
испытывают значительные усилия и деформируются, вследствие чего созданное
упругое удлинение арматуры уменьшается.
Значение X для различных типов анкеров приведено в нормах-
и в среднем равно 1—2 мм. При натяжении арматуры на бетон в потерях аз
дополнительно учитывается обжатие шайб и прокладок, расположенных между
анкерами и бетоном элемента, это обжатие принимают равным 1 мм и добавляют к
деформации анкеров
4. При
натяжении арматуры, проходящей в канале Напрягаемого элемента, с заданным
усилием N, мы не получим требуемого напряжения а (исходя из условия
сj—M/F), так как часть усилия будет затрачена на
преодоление трения арматуры о стенки канала. То же будет происходить и при
расположении арматуры на бетонной поверхности элемента. Если элемент
изготовляют с натяжением арматуры на упоры и напрягаемая арматура имеет
перегибы, то при ее натяжении необходимо также преодолевать трение об
огибаемые приспособления. Потери напряжений от трения арматуры <74 зависят
от ее вида и очертания, от поверхности канала. Эти потери определяют по
указаниям норм. Для вычисления их удобно пользоваться вспомогательными
таблицами или графиками
1
Руководство по проектированию предварительно-напряженных железобетонных
конструкций.
2
При электротермическом - натяжении арматуры деформации формы учитывают при
определении необходимого удлинения стержней, а потому принимают <75=0.
5. Когда напрягаемая арматура закрепляется в упо« pax,
расположенных непосредственно на стальной форме, при натяжении арматуры
упруго деформируется (уко^ рачивается) сама форма, следовательно, уменьшается
удлинение арматуры. Это приводит к потере предварительного напряжения СГБ,
так как при уменьшенном напряг жении в арматуре произойдет ее сцепление с
бетоном:
а5—k Eat
где Ий — укорочение формы от силы натяжения; I — длина
формы; k — коэффициент, зависящий от способа натяжения арматуры, значения
которого приведены в нормах.
Для подсчета величин Д/ и k необходимо еще при
проектировании элемента знать конструкцию формы и технологию изготовления
элемента2. При отсутствии таких данных принимают а5—300 кгс/см2 (30 МПа).
6 . Быстронатекающая ползучесть бетона проявляется при
натяжении арматуры на упоры сразу же после обжатия бетона. Потери от быстро-
натекающей ползучести а6 зависят от напряжений в. бетоне и условий его
твердения:
для бетона естественного твердения
В приведенных формулах: CTG.H — напряжения в бетоне на
уровне центра тяжести напрягаемой арматуры; Ro— передаточная прочность
бетона; а и b — коэффициенты, зависящие от проектной марки бетона: при М200
а=0,5; 3; при М300 и выше а=0,6; 6=1,5. Для бетона, подвергнутого тепловой
обработке, указанные значения о§ снижаются на 15%.
7. Усадка
бетона при его твердении на воздухе происходит в течение длительного времени.
Укорочение элемента вследствие усадки приводит к уменьшению упругих
удлинений, созданных в арматуре при ее натяжении, а следовательно, к
уменьшению напряжений.
Потери от усадки бетона <77 при натяжении арматуры на
упоры больше, чем при натяжении ее на бетон, так как в первом случае возраст
бетона меньше. При натяжении арматуры на упоры для тяжелого бетона естественного
твердения проектной марки М 400 и ниже <т7=400 кгс/см2, для того же
бетона, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, <т7=350
кгс/см2; при проектной марке бетона М 500 величина а7 будет равна
соответственно 500 и 400 кгс/см2; при проектной марке М 600 и выше — 600 и
500 кгс/см2.
При натяжении арматуры на бетон потери а7 не зависят от
условий твердения, их принимают равными, кгс/см2: 300 — для тяжелого бетона
проектной марки М 400 и ниже, 350 —при марке М 500 и 400 — при марке М 600 и
выше. Для бетонов на пористых заполнителях значения о7 приведены в нормах в
зависимости от вида заполнителя. Для конструкций, эксплуатируемых в сухой
среде (влажность воздуха ниже 40%), указанные выше потери о>7 следует
увеличивать на 25%.
8. В
процессе предварительного напряжения элемента бетон получает обжатие, и
элемент укорачивается. Поскольку обжатие действует длительно, в бетоне
возникают деформации ползучести. Элемент дополнительно укорачивается,. в
связи с чем уменьшается упругое удлинение арматуры, а следовательно, и
напряжения сг0.
Эти формулы справедливы для определения потерь as в
элементах из тяжелого бетона. В случае применения бетонов на пористых
заполнителях потери а8 принимают увеличенными на 20%, а если мелким
заполнителем служит вспученный перлитовый песок, то на 70%.
В конструкциях, эксплуатируемых в сухой среде (влажность
воздуха ниже 40%), потери as следует увеличивать на 25%.
9. При
навивке арматуры на бетонный элемент создаваемое в арматуре предварительное
напряжение может снижаться в результате смятия бетона под витками арматуры.
Этот вид потерь напряжения ag учитывают только в элементах малого диаметра
(до 3 м):
аэ—300 кгс/см2,
10. Потери напряжений
происходят от обжатия швов между отдельными блоками составной конструкции.
Одни из рассмотренных видов потерь напряжений происходят до окончания обжатия
бетона, другие проявляются с течением времени после обжатия бетона. Потери,
происходящие до окончания обжатия бетона, называют первыми потерями и
обозначают апг.
Суммарные потери crn = Oni+<Jn2 в отдельных случаях
могут быть значительными: 2000—2500 кгс/см2 и более. Если при расчете по
приведенным формулам оказывается, что оп< Ю00 кгс/см2, то принимают
ап—1000 кгс/см2.
В конструкциях, изготовленных с натяжением арматуры на
бетон, последняя может быть натянута сначала частично, а после повышения
прочности бетона (или увеличения нагрузки) арматуру дополнительно
подтягивают. Повторная подтяжка напрягаемой арматуры для компенсации
проявившихся потерь может быть осуществлена уже в процессе эксплуатации
конструкции. При этом должны быть предусмотрены специальные мероприятия по
защите арматуры от коррозии, так как до подтяжки сцеш ления арматуры с
бетоном нет (каналы не инъецируют).
|