О технологии предварительного напряжения
Название «Предварительное напряжение» говорит само за себя, его цель - создать в конструкции начальные усилия, противоположные усилиям от внешней нагрузки.
Напряжения в конструкции создаются с помощью высокопрочной арматуры: стержневой или канатной. Стержневая арматура в настоящее время практически не используется, в основном применяются многопроволочные канаты. К высокопрочной арматуре прикладывают растягивающие усилия и затем закрепляют арматуру в конструкции. Арматура стремится в первоначальное состояние и создает сжимающие напряжения в конструкции.
Таким образом, за счет установки высокопрочного армирования повшается прочность элементов, а за счет усилия от натяжения увеличивается трещиностойкость и снижаются деформации.
Воздействие на конструкцию
Три основных воздействия преднапряжения на конструкцию: обжатие, отпор и изгибающий момент от внецентренного расположения анкера.
Обжатие - сжимающая нагрузка, которая передается от каната на анкеры. Создает в конструкции сжимающие напряжения, что способствует уменьшению раскрытия трещин.
Отпор - вертикальная распределенная нагрузка*, которая создается за счет полигональной раскладки канатов в конструкции.
* - также может действовать в других плоскостях в зависимости от раскладки каната, но эффективной является именно вертикальная.
Изгибающий момент от внецентренного расположения анкера - при внецентренном расположении анкера сжимающая нагрузка на анкере создает изгибающий момент за счет эксцентриситета между анкером и центром тяжести сечения.
Таким образом, за счет воздействий преднапряжения на конструкцию мы можем решить следующие задачи:
- - увеличение несущей способности
- - уменьшение раскрытия трещин
- - снижение деформаций
Способы создания предварительного напряжения
Существует два способа создания предварительного напряжения в конструкции:
- натяжение арматуры на упоры;
- натяжение арматуры на бетон.
Натяжение на упоры
Натяжение канатов производится до бетонирования конструкции. Для натяжения используются специальные стенды или силовые рамы. Конструкция, которая будет преднапрягаться, располагается между упорами стенда. Натяжение канатов производится после установки опалубки и устройства ненапрягаемого армирования непосредственно перед бетонированием.
После набора бетоном необходимой передаточной прочности канаты раскрепляются на упорах и усилие с канатов передается на конструкцию за счет сцепления канатов с бетоном.
Такой способ натяжения может использоваться для относительно небольших элементов сборных или сборно-монолитных конструкций. При этом данный способ довольно эффективен для создания большого количества унифицированных элементов на бетонных заводах. В настоящее время способ натяжения на упоры в основном используется для создания балок длиной до 30 м для мостов и путепроводов.
Натяжение на бетон
Данный способ создания достаточно вариативен и позволяет создавать более сложные и эффективные схемы предварительного напряжения. Напряжение может производиться для монолитных неразрезных конструкций, линейных конструкций значительной длины (например, неразрезных пролетных строений) и любых типов элементов (балки, плиты, колонны и т.д.)
Натяжение канатов в данном случае производится после бетонирования конструкции при наборе бетоном достаточной передаточной прочности. Для возможности натяжения в теле бетона создаются специальные каналы для канатов, а на торцах конструкции устанавливаются анкеры - составные элементы для закрепления канатов.
Этап 1. Установка и бетонирование.
Как и для обычной бетонной конструкции производится установка армирования и опалубки. Канат в оболочке устанавливается в конструкцию, по торцам конструкции устанавливаются анкера. Затем конструкция бетонируется и бетон набирает начальную прочность. Несмотря на то, что конструкция забетонирована, канат за счет оболочки имеет свободный ход. Опалубка до выполнения предварительного напряжения, как правило, не снимается.
Этап 2. Натяжение.
С одной стороны конструкции канаты закрепляются на анкере. Такой анкер называется «глухой» или "пассивный". С другой стороны на «тяжном» анкере производится натяжение каната с помощью специального домкрата.
Этап 3. Передача усилия на конструкцию.
После натяжения канат также закрепляется на анкере, а домкрат снимается. Силы от сжатия каната передаются на конструкцию в точках его закрепления, т.е. на анкерах. Усилие от натяжения каната остается в конструкции на протяжении всего срока ее эксплуатации.
Конструкция системы предварительного напряжения при натяжении на бетон
Начальные усилия в конструкции создаются с помощью системы предварительного напряжения. Система предварительного напряжения состоит из трех основных элементов:
- высокопрочный канат;
- оболочка каната;
- анкеры.
В качестве оболочки используется или индивидуальная пластиковая труба (для каждого каната) или металлический каналообразователь (для группы канатов). В зависимости от типа оболочки системы преднапряжения делятся на два типа: со сцеплением арматуры с бетоном и без сцепления арматуры с бетоном, см. Системы преднапряжения.
