Виготовлення попередньо напружених ЗБК

Попередньонапруженими називають такі ЗБК, в яких до прикладання навантаження в процесі виготовлення штучно створюються значні стискувальні напруження в бетоні за рахунок натягу арматури. Початкові стискувальні напруження створюються в тих зонах, які під навантаженням будуть працювати на розтяг. При цьому підвищується тріщиностійкість конструкції і виникають умови для застосування високоміцної арматури, що в свою чергу веде до економії металу та зменшення вартості конструкції.

Питома вартість арматури (Ц/R_s) знижується із збільшенням R_s (рис. 3.1, а). Використовувати таку арматуру без попереднього напружування не вигідно, бо це веде до недовикористання міцності сталі. При високих напруженнях в арматурі тріщини у бетоні та прогини значно зростають і такі конструкції експлуатувати не можливо.

 

Рис. 3.1. До аналізу роботи попередньо напружених елементів: а — діаграма відносної вартості арматурних сталей; б — попередньо напружена балка; в — балка без попереднього напруження; г — діаграма навантаження - прогин

 

Суть попередньо напруженого залізобетону в економічному ефекті, що досягається завдяки використання високоміцної арматури, а висока тріщиностійкість такого залізобетону підвищує його жорсткість, опір динамічним навантаження, корозійну стійкість, довговічність.

У завантаженій попередньо напруженій балці бетон почне працювати на розтягання тільки після того, як будуть погашені початкові стискувальні напруження (рис. 3.1, б). При цьому навантаження F_crc, що викликає появу тріщин або обмежене їх розкриття перевищує навантаження F_ser, що діє на балку. Із збільшенням навантаження на балку до руйнівного значення F_u напруження в арматурі і бетоні досягають граничних значень. В аналогічній балці без попереднього напруження (рис. 3.1, в) навантаження F_crc<F_ser, зате руйнівні навантаження F_u для обох балок близькі за значенням, тому що граничні напруження в арматурі і бетоні цих балок однакові.

Таким чином, залізобетонні попередньо напружені елементи працюють без тріщин або з обмеженим їх розкриттям (F_ser<F_crc<F_u), тоді як конструкції без попереднього напруження експлуатуються з тріщинами в розтягнутій зоні бетону (F_crc<F_ser<F_u) і при більших значеннях прогинів (рис. 3.1, г). У цьому і полягає відмінність конструкцій попередньо напружених і без попереднього напруження.

Можливі два способи виготовлення попередньо напружених ЗБК.

Натягання арматури на упори. До бетонування елемента арматуру заводять у форму. Один кінець її закріпляють на упорі, другий натягують домкратом або іншим пристроєм до заданого контрольованого напруження (рис. 3.2, а). Після того, як бетон набере необхідну кубикову міцність перед обтисканням R_bp, арматуру відпускають з упорів. Арматура, відновлюючи пружні деформації, в умовах зчеплення з бетоном обтискує його (рис. 3.2, б).

 

Рис. 3.2. Способи виготовлення попередньо напружених залізобетонних конструкцій: а — натягання арматури на упори — принципова схема; б — готовий елемент; в — натягання арматури на бетон — принципова схема; г — готовий елемент; 1 — форма; 2 — арматура; 3 — упор; 4 — домкрат; 5 —затужавілий бетон; 6 — канал для пропуску арматури; 7 — анкер; 8 — канал, заповнений цементним розчином

 

Стержньову арматуру можна натягувати на упори електротермічним способом. Через арматуру пропускають електричний струм, нагріваючи таким чином до 300-350⁰С, і закріпляють на упорах. Арматура, вистигаючи, відновлює початкову довжину і натягується на упори. Далі процес аналогічний механічному.

Натягання арматури на бетон. Спочатку виготовляють бетонний або слабоармований елемент (рис. 3.2, в). Потім, при досягненні бетоном міцності, створюють в ньому попередні обтискувальні напруження. Напружувану арматуру пропускають через канали або пази, які залишають при бетонуванні конструкції, і натягають на бетон (рис. 3.2, г). При цьому способі напруження в арматурі контролюються після обтискання бетону.

Канали, що перевищують діаметр арматури на 5...15 мм, створюють за допомогою спіралей, гумових шлангів тощо, які після затужавлення виймають з бетону. Використовують також гофровані сталеві трубки, які залишають в бетоні. Зчеплення арматури з бетоном забезпечується за допомогою цементного розчину, який під тиском через залишені для цієї мети при бетонуванні відводи нагнітають в канал. Якщо напружувана арматура розташовується із зовнішньої сторони конструкції (кільцева арматура трубопроводів, резервуарів тощо), то навивання її з одночасним обтискуванням бетону здійснюють спеціальними навивальними машинами. У цьому випадку на поверхню конструкції після натягування арматури торкретуванням (під тиском) наносять захисний шар бетону.

Натягання арматури на упори використовують, як правило, при виготовленні ЗБК у заводських умовах. Натягання на бетон застосовують, головним чином, для великорозмірних конструкцій і при стикуванні частин таких конструкцій під час монтування.