Важные преимущества и недостатки предварительно напряженного железобетона. Понятие о предварительно напряженных железобетонных конструкциях Преднапряжение бетона
ГОСТ 32803-2014
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
БЕТОНЫ НАПРЯГАЮЩИЕ
Технические условия
Self-stressing concrete. General specifications
МКС 91.100.30
Дата введения 2015-07-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН подразделением Открытого акционерного общества "Научно-исследовательский центр "Строительство" Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона (ОАО "НИЦ "Строительство" НИИЖБ им.А.А.Гвоздева)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 25 мая 2014 г. N 45-2014)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
|
Минэкономики Республики Армения |
||
Киргизия | Кыргызстандарт |
|
Молдова-Стандарт |
||
Росстандарт |
||
Таджикистан | Таджикстандарт |
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 ноября 2014 г. N 1830-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 32803-2014 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 01 июля 2015 г.
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на напрягающие бетоны, предназначенные для создания предварительного напряжения (самонапряжения) в конструкциях зданий и сооружений за счет расширения в процессе твердения для повышения трещиностойкости, водонепроницаемости и долговечности конструкций и устанавливает технические требования к напрягающим бетонам.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные документы:
ГОСТ 9.306-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения
ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия
ГОСТ 577-68 Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Технические условия
ГОСТ 5578-94 Щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии для бетонов. Технические условия
ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия
ГОСТ 6958-78 Шайбы увеличенные. Классы точности А и С. Технические условия
ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия
ГОСТ 7798-70 Болты с шестигранной головкой класса точности В. Конструкция и размеры
ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия
ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия
ГОСТ 10060-2012 Бетоны. Методы определения морозостойкости
ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия
ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний
ГОСТ 11371-78 Шайбы. Технические условия
ГОСТ 12730.1-84* Бетоны. Методы определения плотности
________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 12730.1-78 , здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
ГОСТ 12730.5-84 Бетоны. Методы определения водонепроницаемости
ГОСТ 13015-2012 Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения
ГОСТ 17624-2012 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности
ГОСТ 17711-93 Сплавы медно-цинковые (латуни) литейные. Марки
ГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности
ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля
ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия
ГОСТ 24211-2008 Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические требования
ГОСТ 25192-2012 Бетоны. Классификация и общие технические требования
ГОСТ 25820-2000 Бетоны легкие. Технические условия
ГОСТ 26633-2012 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия
ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора состава
ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций
ГОСТ 30108-94 Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов
ГОСТ 30515-97 Цементы. Общие технические условия
ГОСТ 31108-2003 Цементы общестроительные. Технические условия
ГОСТ 32496-2013 Заполнители пористые для легких бетонов. Технические условия.
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 напрягающий бетон:
Бетон, содержащий напрягающий цемент или расширяющую добавку, обеспечивающие расширение бетона в процессе его твердения.
3.2 самонапряжение бетона:
Величина предварительного напряжения бетона, создаваемого в результате расширения бетона в условиях упругого ограничения деформаций.
3.3 марка напрягающего бетона по самонапряжению:
Среднее значение предварительного напряжения сжатия (самонапряжения) напрягающего бетона, МПа, в возрасте 28 сут, создаваемого в результате его расширения в условиях упругого ограничения деформаций, с жесткостью, соответствующей жесткости стальной арматуры при коэффициенте осевого продольного армирования 0,01 и модуле упругости 2·10 МПа.
3.4 расширяющие добавки РД:
Минеральная добавка, применяемая для приготовления напрягающих бетонов.
3.5 напрягающий цемент:
Минеральное вяжущее вещество, обеспечивающее при твердении бетонов в условиях упругого ограничения деформаций регулируемое самонапряжение.
3.6 линейное расширение:
Увеличение линейных размеров стандартного образца.
4 Классификация
4.1 В соответствии с ГОСТ 25192 устанавливают следующие виды напрягающего бетона:
- тяжелые напрягающие бетоны;
- легкие напрягающие бетоны.
В зависимости от значения контролируемого самонапряжения (см. 5.1.3) напрягающие бетоны подразделяют на следующие виды:
- БН - бетон с нормируемой маркой по самонапряжению, изготовленный на основе напрягающего бетона;
- БК - бетон с компенсированной усадкой, изготовленный на основе портландцемента и расширяющей добавки.
4.2 Условное обозначение бетонных смесей, предназначенных для напрягающих бетонов, принимают по ГОСТ 7473 со следующими дополнениями.
Для бетона с нормируемой маркой по самонапряжению марку по самонапряжению указывают после марки по водонепроницаемости.
Пример условного обозначения бетонной смеси для бетона с нормируемой маркой по самонапряжению Sp1,2, класса прочности на сжатие В40, марки по удобоукладываемости П4, марки по морозостойкости F
300, марки по водонепроницаемости W18:
БСТ БН В40 П4 F 300 W18 Sp1,2 ГОСТ 32803-2014
Допускается для бетона с компенсированной усадкой марку по самонапряжению не указывать.
Пример условного обозначения бетонной смеси для бетона с компенсированной усадкой, класса прочности на сжатие В25, марки по удобоукладываемости П3, марки по морозостойкости F
300, марки по водонепроницаемости W16:
БСТ БК В25 П3 F
300 W16
ГОСТ 32803-2014
5 Технические требования
Напрягающие бетоны изготовляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта, проектной и технологической документации, технических условий и разработанными технологическими регламентами, утвержденными в установленном порядке.
5.1 Характеристики
5.1.1 Прочность бетона в проектном возрасте характеризуется классами прочности на сжатие, осевое растяжение и растяжение при изгибе.
Для тяжелых напрягающих бетонов установлены следующие классы:
- по прочности на сжатие: В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В70; В80; В90;
- по прочности на осевое растяжение: B0,8; 2B1,2; B1,6; B2; B2,4; B2,8; B3,2; B3,6; B4,0;
- по прочности на растяжение при изгибе: B2; B2,4; B2,8; B3,2; B3,6; B4; B4,4; B4,8; B5,2; B6,4; B6,8.
Для легких напрягающих бетонов установлены следующие классы:
- по прочности на сжатие: В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40;
- по прочности на осевое растяжение: B0,8; B1,6; B2; B2,4; B2,8; B3,2.
Допускается при соответствующем обосновании устанавливать более высокие классы напрягающих бетонов по прочности.
5.1.2 В зависимости от средней плотности устанавливают следующие марки напрягающего бетона:
- легкого: D1200; D1300; D1400; D1500; D1600; D1700; D1800; D1900; D2000;
- тяжелого: D2000, D2100, D2200, D2300, D2400, D2500.
5.1.3 В зависимости от значения самонапряжения устанавливают следующие марки напрягающего бетона: Sp0,6; Sp0,8; Sp1,0; Sp1,2; Sp1,5; Sp2,0; Sp3,0; Sp4,0.
Напрягающие бетоны марок по самонапряжению от Sp0,6 до Sp1,0 относятся к бетонам с компенсированной усадкой, от Sp1,2 до Sp4,0 - к напрягающим бетонам с нормируемым самонапряжением.
5.1.4 В зависимости от условий применения тяжелые напрягающие бетоны должны иметь следующие марки по морозостойкости: F200, F300, F400, F600, F800; легкие: F100, F200, F300, F400, F500.
5.1.5 В зависимости от водонепроницаемости тяжелые напрягающие бетоны должны иметь следующие марки: W12, W14, W16, W18, W20; легкие: W8, W10, W12, W14.
5.2 Требования к материалам
5.2.1 Материалы, применяемые для напрягающих бетонов, должны соответствовать требованиям действующих стандартов и технических условий на эти материалы и обеспечивать получение бетона с заданными характеристиками.
5.2.2 В качестве вяжущего применяют:
- напрягающие цементы по действующим нормативным или техническим документам;
- портландцементы, соответствующие ГОСТ 10178 , ГОСТ 30515 и ГОСТ 31108 , с содержанием СА в клинкере не более 8% в сочетании с добавками по ГОСТ 24211 , регулирующими процесс расширения при условии их оценки по критерию обеспечения требуемой марки по самонапряжению.
5.2.3 В качестве крупного заполнителя для тяжелого напрягающего бетона применяют щебень по ГОСТ 26633 , ГОСТ 8267 , ГОСТ 5578 .
5.2.4 В качестве мелкого заполнителя для тяжелого напрягающего бетона применяют пески по ГОСТ 26633 и ГОСТ 8736 .
5.2.5 В качестве крупных и мелких заполнителей для легкого напрягающего бетона применяют заполнители по ГОСТ 25820 и ГОСТ 32496 .
5.2.6 Добавки для напрягающих бетонов должны соответствовать ГОСТ 24211 и действующим нормативным или техническим документам на конкретные виды расширяющих добавок. Добавки вводят в состав бетонных смесей в количестве от 5% до 30% массы цемента в зависимости от назначения бетона.
5.2.7 Вода для затворения бетонной смеси и приготовления растворов химических добавок должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732 .
5.2.8 Удельная эффективная активность естественных радионуклидов сырьевых материалов, применяемых для напрягающих бетонов, не должна превышать предельных значений в зависимости от области применения бетонов по ГОСТ 30108 .
5.3 Требования к бетонным смесям
5.3.1 Бетонные смеси для напрягающих бетонов приготовляют в соответствии с требованиями ГОСТ 7473 .
5.3.2 Состав бетонной смеси подбирают в соответствии с ГОСТ 27006 с учетом требований настоящего стандарта и технологической документации, утвержденной в установленном порядке.
6 Правила приемки
6.1 Приемку напрягающего бетона проводят по всем нормируемым в проектной документации показателям качества в соответствии с ГОСТ 7473 и ГОСТ 13015 .
Оценку бетона по морозостойкости, водонепроницаемости, средней плотности проводят при подборе каждого состава бетонной смеси по ГОСТ 27006 , далее не реже одного раза в 6 мес, а также при изменении состава бетонной смеси или используемых материалов.
6.2 Каждая партия бетонной смеси, предназначенной для напрягающего бетона, должна сопровождаться паспортом по ГОСТ 7473 .
7 Методы контроля
7.1 Прочность напрягающего бетона на сжатие, растяжение при изгибе и осевое растяжение определяют в соответствии с требованиями ГОСТ 10180 , ГОСТ 28570 , ГОСТ 17624 , ГОСТ 22690 , ГОСТ 18105 .
7.2 Среднюю плотность напрягающего бетона определяют по ГОСТ 12730.1 , ГОСТ 10181 .
7.3 Морозостойкость напрягающего бетона определяют по ГОСТ 10060 .
7.4 Водонепроницаемость напрягающего бетона определяют по ГОСТ 12730.5 .
7.5 Определение самонапряжения напрягающего бетона
7.5.1 Сущность метода
Сущность метода заключается в измерении упругой деформации, возникающей в процессе расширения образцов-призм из бетона, отформованных и твердеющих в динамометрических кондукторах, жесткость торцевых пластин которых эквивалентна жесткости продольного армирования, равного 1%.
7.5.2 Средства испытаний
При проведении испытаний должны быть использованы следующие средства измерений:
- индикатор часового типа по ГОСТ 577 ценой деления 0,01 мм и диапазоном измерения 10 мм;
- штангенциркуль по ГОСТ 166 ценой деления 0,05 мм.
Для испытаний применяют следующее оборудование:
- динамометрический кондуктор для образца-призмы размерами 100x100x400 мм или 50x50x200 мм (см. рисунки 1, 2);
- измерительное устройство "краб" с индикатором часового типа ценой деления 0,01 мм для замера выгиба одной пластины кондуктора или штатив с аналогичным индикатором (см. рисунки 3, 4) для замера выгиба обеих пластин;
- эталон для поверки измерительного устройства или стальной эталон - стержень для штатива длиной (200±1) мм, диаметром 16 мм с трехгранными кернами 7
глубиной 0,75 мм по торцам (см. рисунок 3). Материал для изготовления эталонов - сталь 3 (Ст3) по ГОСТ 5781 ;
- металлическая форма для изготовления образцов-призм размерами 100x100x400 мм (см. рисунок 5);
- металлическая форма для изготовления образцов-призм размерами 50x50x200 мм (см. рисунок 6);
- емкость с водой для хранения кондукторов с образцами.
7.5.3 Подготовка к испытанию
Отбор проб бетонной смеси при контроле качества бетона проводят один раз в смену. Проба бетонной смеси при применении кондукторов для образцов-призм размерами 100x100x400 мм должна быть не менее 15 л, для образцов-призм размерами 50x50x200 мм - не менее 2 л.
До сборки кондуктора (см. рисунки 1, 2) с формой проводят затяжку гаек 4
на тягах 3
до упора с выборкой зазора. Не допускается зазор между тягами с пластиной 2
. Нулевой замер кондуктора снимают с помощью измерительного устройства "краб" или штатива, предварительно поверенных с помощью эталона на постоянство отсчета. При поверке штатива эталон необходимо выставлять всегда в одном и том же положении - меткой вверх. Отсчеты снимают с точностью до половины деления индикатора часового типа. Температура кондуктора, измерительного устройства и эталона во время замера должна быть одинаковой.
Перед формованием образца-призмы форма должна быть смазана тонким слоем смазочного материала и собрана с помощью скоб на тягах кондуктора с минимальным зазором для исключения деформаций.
Контроль самонапряжения бетона проводят на бетонном заводе или на строительном объекте у места укладки бетона в конструкцию.
Формование образцов-призм проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 10180 . Отформованные в кондукторе образцы-призмы укрывают пленкой или другими водонепроницаемыми материалами для защиты от потерь влаги.
Твердение образцов-призм до достижения прочности бетона 7-15 МПа (примерно сутки) должно происходить в помещении с температурой воздуха (20±2) °С, дальнейшее твердение после снятия формы (до 28 сут) - в воде или в обильно влажных опилках, песке и т.п.
7.5.4 Проведение испытаний
Самонапряжение напрягающего бетона определяют при подборе состава бетонной смеси и контроле качества бетона в целях обеспечения расчетного самонапряжения бетона.
Самонапряжение бетона определяют по трем контрольным образцам-призмам размерами 50x50x200 мм (при использовании щебня фракции не более 10 мм) или 100x100x400 мм, отформованных и твердеющих в специальных динамометрических кондукторах, создающих в процессе расширения бетона упругое ограничение деформаций, эквивалентное продольному армированию образцов-призм, равному 1%.
Измерение кондукторов проводят ежедневно для бетона в возрасте 1-7 сут и далее в возрасте 10, 14 и 28 сут каждый раз с поверкой измерительного устройства с помощью эталона. Результаты измерений заносят в журнал испытаний образцов-призм в кондукторах при определении самонапряжения бетона.
Значение самонапряжения образца-призмы , МПа, определяют по формуле
где - полная деформация образца-призмы;
- длина образца;
- приведенный коэффициент армирования образца, принимаемый равным 0,01;
- модуль упругости стали, принимаемый равным 2·10 МПа.
Самонапряжение бетона вычисляют как среднее арифметическое значение двух наибольших результатов измерения трех образцов-призм в кондукторах, отформованных из одной пробы бетона в возрасте от 1 до 7, 10, 14, 28 сут. Вычисления проводят до двух знаков после запятой.
8 Гарантии производителя (поставщика)
8.1 Производитель (поставщик) бетонной смеси, предназначенной для напрягающего бетона гарантирует:
- на момент поставки потребителю - соответствие всех нормируемых технологических показателей качества бетонных смесей заданным в договоре на поставку;
- в проектном возрасте - достижение всех нормируемых показателей качества бетона, заданных в договоре на поставку, при условии, что потребитель бетонной смеси при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций обеспечивает выполнение требований действующих нормативных и технических документов по бетонированию конструкций и соответствие режимов твердения бетона по ГОСТ 10180 .
8.2 Гарантии производителя (поставщика) бетонной смеси должны быть подтверждены:
- протоколами определения качества бетонных смесей при подборе их состава и проведении операционного и приемо-сдаточного контроля;
- протоколами определения нормируемых показателей качества напрягающего бетона в проектном возрасте.
1
- верхняя пластина; 2
- нижняя пластина; 3
- тяга; 4
- гайка; 5
6
- репер с продольным керном; 7
- репер с плоским окончанием; 8
- бетонный образец-призма
Примечание - Материал пластин и гайки - Ст.45 по ГОСТ 5781 , тяги - Ст.3; реперов - латунь Л62 по ГОСТ 17711 . Детали кондуктора хромировать Х36 по ГОСТ 9.306 , хром матовый.
Рисунок 1 - Динамометрический кондуктор для образцов-призм размерами 100x100x400 мм
1
- верхняя пластина; 2
- нижняя пластина; 3
- тяга; 4
- гайка; 5
- репер с трехгранным керном глубиной 0,75 мм; 6
- бетонный образец-призма
Примечание - Материал пластин и гайки - Ст.45; тяги - Ст.3; репера - латунь Л62. Детали кондуктора хромировать Х36 по ГОСТ 9.306 , хром матовый.
Рисунок 2 - Динамометрический кондуктор для образцов-призм размерами 50x50x200 мм
(А) Схема измерения, установка измерительного устройства "краб" на кондуктор
(Б) Эталон с измерительным устройством "краб"
1 - кондуктор размерами 100x100x400 мм; 2 - измерительное устройство "краб"; 3 - эталон; 4 - бетонный образец-призма; 5 - индикатор часового типа; 6 - шпилька с припаянным шариком диаметром 5 мм; 7 - трехгранный керн глубиной 0,75 мм; 8 - продольный керн; 9 - стопорный винт.
Рисунок 3 - Измерительное устройство "краб" с индикатором часового типа для определения самонапряжения образцов-призм размерами 100x100x400 мм
1 - основание штатива; 2 - шпилька с шариком; 3 - кондуктор с бетонной призмой; 4 - винт крепления индикаторов; 5 - индикатор; 6 - стойка; 7 - винт крепления консоли; 8 - консоль; 9 - гайка
Рисунок 4 - Штатив с индикатором часового типа для определения самонапряжения образцов-призм
1 - дно формы; 2 - борт формы со скобами; 3 - шайба 12.03.01 ГОСТ 6958 ; 4 - болт M12-6gX30.56.05 ГОСТ 7798
Рисунок 5 - Металлическая форма для изготовления образцов-призм размерами 100x100x400 мм
1 - дно формы; 2 - борт формы со скобами; 3 - шайба 8.03.05 ГОСТ 11371 ; 4 - болт M8-6gX40.56.05 ГОСТ 7798
Рисунок 6 - Металлическая форма для изготовления образцов-призм размерами 50x50x200 мм
УДК 691.328 МКС 91.100.30
Ключевые слова: напрягающие бетоны, бетоны с компенсированной усадкой, напрягающий цемент, расширяющие добавки, самонапряжение, свободное расширение, водонепроницаемость, трещиностойкость, долговечность
__________________________________________________________________________
Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2015
Страница 2 из 3
Предварительно напряженный железобетон в конструкциях мостов
В железобетоне без предварительного напряжения при правильном проектировании и изготовлении конструкций можно предотвратить раскрытие трещин до предела, опасного с точки зрения коррозии арматуры и бетона, если применять арматуру из стали класса A-I - А-III. Целесообразное использование арматуры более высокой прочности в железобетоне без предварительного напряжения невозможно из-за возникновения уже при эксплуатационной нагрузке трещин недопустимого раскрытия, несмотря на повышение сцепления арматуры с бетоном путем применения стержней периодического профиля.
Для получения экономичной конструкции без трещин или с трещинами ограниченного раскрытия при использовании высокопрочной арматуры применяют предварительно напряженный железобетон .
Идея предварительно напряженного железобетона заключается в том, что при изготовлении в конструкции создают наиболее рациональное напряженное состояние. Применяют в основном два способа создания предварительного напряжения в конструкции: натяжение арматуры на бетон и натяжение арматуры на упоры.
Для изгибаемых элементов наиболее целесообразно создавать в сечении неравномерно распределенные предварительные напряжения так, чтобы максимальные сжимающие напряжения были в наиболее растянутых от внешних сил частях конструкции. Для этого напрягаемую арматуру располагают эксцентрично. От действия усилия преднапряжения в сечении возникает внецентренное сжатие, причем, кроме сжимающего усилия, в сечении действует изгибающий момент, обратный по знаку моменту от внешней нагрузки. При изготовлении элемент получает изгиб, обратный прогибу от внешней нагрузки, для чего предварительно напрягаемую арматуру располагают в сечении у наиболее растянутого волокна. Таким образом, преднапряженная арматура выполняет две функции: при эксплуатации сооружения создает сжимающие напряжения в бетоне, препятствуя появлению трещин, а при нагрузках, близких к разрушающим, когда растянутая зона бетона пересечена трещинами, воспринимает растягивающие усилия, как и арматура в ненапрягаемых элементах.
Предварительное напряжение создают для исключения или уменьшения не только основных растягивающих напряжений в сечениях, перпендикулярных к оси элемента, но и главных растягивающих напряжений, особенно при применении наряду с продольной арматурой также поперечной или наклонной преднапряженной арматуры. Предварительное напряжение препятствует и появлению местных растягивающих напряжений.
В бетоне может быть создано одноосное, двухосное или трехосное напряженное состояние. Размеры поперечного сечения сжатых элементов можно существенно уменьшить, если применить поперечное обжатие в двух направлениях, например, навивкой на бетонный сердечник спирали из высокопрочной проволоки под напряжением (косвенное напряженное армирование). В плите сборных пролетных строений можно создавать горизонтальное поперечное преднапряжение, одновременно объединяя балки в единую конструкцию.
Напряженное состояние элемента можно регулировать в широких пределах, создавая искусственные поля напряжений, благоприятные для конструкции, целесообразно назначая величину, направление и точки приложения усилий преднапряжения.
Таким образом, предварительно напряженный железобетон целесообразно применять в изгибаемых, растянутых и внецентренно растянутых элементах, а также во внецентренно сжатых элементах с большим эксцентриситетом сжимающей силы. В сжатых элементах предварительное напряжение можно создавать в косвенной арматуре.
Предварительно напряженные конструкции мостов имеют преимущества в сравнении с конструкциями из железобетона без предварительного напряжения. К ним относится прежде всего экономия металла (его требуется в 1,5-2,5 раза меньше), достигаемая в основном за счет применения высокопрочной арматуры. Наряду с экономией металла уменьшается расход бетона за счет снижения главных растягивающих напряжений. В результате в ряде случаев уменьшается вес частей сооружения и облегчаются перевозка и монтаж сборных конструкций.
Предварительно напряженная арматура позволяет применять обжатые стыки в сборных конструкциях, что дает экономию металла, идущего на закладные части, и повышает качество стыков. Только при использовании преднапряженной арматуры становится возможным применение таких прогрессивных способов сооружения железобетонных мостов, как навесное бетонирование и навесная сборка, обеспечивающих резкое снижение трудоемкости и сокращение сроков строительства. Однако в балочных конструкциях, проектируемых с исключением растяжения в бетоне под эксплуатационной нагрузкой, требуется увеличение размеров нижнего пояса для восприятия сил преднапряжения. Следует помнить, что высокие предварительные напряжения в бетоне может вызвать появление в нем трещин, направленных вдоль усилия обжатия. Поэтому предварительное напряжение следует применять осторожно, не перенапрягая без необходимости бетон.
Представляется целесообразным в ряде случаев не требовать исключения расчетных растягивающих напряжений в бетоне. Предварительное напряжение может быть задано таким, чтобы обеспечить отсутствие трещин, опасных в отношении коррозии арматуры (неполное обжатие бетона).
Технология изготовления преднапряженных мостовых конструкций сложнее, чем конструкций без предварительного напряжения, так как требует специальных обустройств для натяжения арматуры и квалифицированного обслуживающего персонала. Этот недостаток компенсируют развитием производственной базы для изготовления элементов мостовых конструкций с предварительным напряжением, созданием высокопроизводительного оборудования и совершенствованием технологии изготовления конструкций и монтажа преднапряженных железобетонных мостов.
Железобетонные конструкции - основа современного строительства. Однако они имеют существенные изъяны, связанные, в первую очередь, с недостаточной нагрузочной способностью и образованием трещин в камне при эксплуатационных нагрузках. Усовершенствование технологии изготовления изделий из бетона и стальной арматуры привело к созданию преднапряженного железобетона, который обладает рядом преимуществ.
Определение
Предварительно напряженные железобетонные конструкции - строительные изделия, бетон которых на этапе создания принудительно получает начальную расчетную напряженность сжатия. Она создается за счет предварительного формирования напряжения растяжения в рабочей высокопрочной арматуре и обжатия ею бетона на тех участках, которым предстоит испытывать растяжение (прогиб) при эксплуатации. Сжимаясь, арматура не проскальзывает, так как сцеплена с материалом или удерживается анкерным закреплением арматуры на торцах изделий. Таким образом, напряжение растяжения, которое приобретает железобетонный состав с помощью армирования, уравновешивает напряженность заблаговременного обжатия камня.
Преимущества
Предварительно напряженный железобетон долгосрочно отодвигает время начала формирования расколов в изделиях, работающих на прогиб, сокращает глубину их раскрывания. Вместе с тем изделия приобретают повышенную жесткость, не снижая прочности.
Предварительно напряженным железобетонным балкам свойственно хорошо работать на сжатие и прогиб, имея одинаковую прочность по длине, что позволяет увеличивать ширину перекрываемых пролетов. В таких конструкциях уменьшаются размеры поперечного сечения, следовательно, сокращаются объем и вес комплектующих элементов (на 20 – 30%), а также расход цемента. Более рациональное использование свойств стали позволяет сокращать (стержневой и проволочной) до 50%, особенно из высокопрочных марок (A-IV и выше), имеющих значительный предел прочности. Химическая нейтральность бетона к стали способствует предохранению арматуры от коррозии. Вместе с тем повышенная трещиностойкость предохраняет напряженную арматуру от ржавления в сооружениях, которые находятся под постоянным давлением воды, иных жидкостей, газов.
Методы возведения зданий, используемые в строительстве каркаса, базируются на технологии предварительного напряжения конструкций из железобетона в процессе строительства. Напряженная арматура, обжимающая бетон сборочных единиц, обеспечивает практичную их стыковку путем значительного сокращения расходования металла на стыках. Сборные и сборно-монолитные изделия из железобетонных напряженных конструкций могут состоять из стыкуемых частей с одинаковым поперечным сечением, которые по краям выполняются из ненапряженных облегченных (тяжелых) бетонов, а нагружаемый фрагмент - преднапряженный железобетон. Такая продукция имеет повышенную выносливость, компенсируя повторяющиеся динамические воздействия.
Данное свойство позволяет демпфировать изменения напряжений в бетоне и арматуре, вызываемые колебаниями внешних нагрузок. Повышенная сейсмическая стойкость зданий повышается за счет большой конструкционной устойчивости напряженного железобетона, обжимающего отдельные их фрагменты. Конструкция в предварительно напряженном виде обеспечивает большую безопасность, так как ее разрушению предшествует запредельный прогиб, сигнализирующий об исчерпании конструкцией прочности.
Недостатки
Состояние предварительного напряжения в материале достигается спецоборудованием, точными расчетами, трудоемким конструированием и затратным производством. Продукция требует бережного хранения, транспортировки и монтажа, которые не вызывают ее аварийного состояния еще до начала использования.
Сосредоточенные нагрузки могут способствовать возникновению продольных трещин, которые снижают несущую способность. Просчеты в проектировании и технологии производства могут вызывать полное разрушение создаваемого железобетонного изделия на стапеле. Предварительно напряженные конструкции требуют металлоемкой опалубки повышенной прочности, увеличенного расхода стали на закладные и арматуру.
Большие значения звуко– и теплопроводности требуют закладывания в тело камня компенсирующих материалов. Подобными железобетонными конструкциями обеспечивается более низкий порог огнестойкости (ввиду меньшей критической температуры нагрева преднапряженной арматурной стали) по сравнению с обычным железобетоном. На преднапряженную бетонную конструкцию критично воздействуют выщелачивание, растворы кислот и сульфатов, солей, приводящие к коррозии цементного камня, раскрытию трещин и коррозии арматуры. Это может приводить к резкому снижению несущей способности стали и внезапному хрупкому разрушению. Также к минусам стоит отнести значительный вес изделий.
Материалы для конструкций
Железобетон - многокомпонентный материал, основными составляющими которого являются бетон и стальная арматура. Параметры их качества определяются особыми требованиями при проектировании к элементам конструкций на месте применения.
Бетон
Формы для заливки бетона с прутьями для передачи предварительного напряжения. Предварительное напряжение в железобетоне обеспечивается применением тяжелых составов средней плотности от 2200 до 2500 кг/м3, которые имеют классы по прочности на осевое растяжение выше Bt0,8, по прочности от В20 и больше, марки по водонепроницаемости от W2 и выше, по морозостойкости от F50. Требования к продукции гарантируют бетону нормативную прочность не ниже установленной с вероятностью 0,95 (в 95% случаев). Смесь должна набрать возраст не меньше 28 суток до получения материалом предварительных напряжений. На ранних стадиях эксплуатации бетонный камень способен частично утерять напряженное качество за счет общего снижения напряженности стали (до 16%). Коэффициент надежности материала на растяжение и сжатие в предельных состояниях установлен для эксплуатационной пригодности не ниже 1,0.
(преднапряжённый железобетон ) - это строительный материал, предназначенный для преодоления неспособности бетона сопротивляться значительным растягивающим напряжениям . Конструкции из преднапряженного железобетона по сравнению с ненапряженным имеют значительно меньшие прогибы и повышенную трещиностойкость, обладая одинаковой прочностью, что позволяет перекрывать большие пролеты при равном сечении элемента.
При изготовлении железобетона прокладывается арматура из стали с высокой прочностью на растяжение, затем сталь натягивается специальным устройством и укладывается бетонная смесь. После схватывания сила предварительного натяжения освобождённой стальной проволоки или троса передаётся окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Такое создание напряжений сжатия позволяет частично или полностью устранить растягивающие напряжения от эксплуатационной нагрузки.
Способы натяжения арматуры:
По виду технологии устройства подразделяется на:- натяжение на упоры (до укладки бетона в опалубку);
- натяжение на бетон (после укладки и набора прочности бетона).
Чаще второй метод применяется при строительстве мостов с большими пролётами, где один пролёт изготавливается в несколько этапов (захваток) . Материал из стали (трос или арматура) укладывается в форму для бетонирования в каналообразователи (гофрированная тонкостенная металлическая или пластиковая труба). После изготовления монолитной конструкции трос (арматуру) специальными механизмами (домкратами) натягивают до определённой степени. После чего в каналообразователь с тросом (арматурой) закачивается жидкий цементный (бетонный) раствор. Таким образом обеспечивается прочное соединение сегментов пролёта моста.
В то время как натяжение на упоры подразумевает только прямолинейную форму натянутой арматуры, важной отличительной особенностью натяжения на бетон является возможность натяжения арматуры сложной формы, что повышает эффективность армирования. Например, в мостах арматурные элементы поднимаются внутри несущих железобетонных балок на участках над опорами-«быками», что позволяет более эффективно использовать их натяжение для предотвращения прогиба.
У истоков создания предварительно напряжённого железобетона стояли Эжен Фрейсине (Франция) и Виктор Васильевич Михайлов (Россия)
Предварительно напряжённый железобетон является главным материалом междуэтажных перекрытий высотных зданий и защитных гермооболочек ядерных реакторов , а также колонн и стен зданий в зонах повышенной сейсмо- и взрывоопасности .Придавленная, как прессом , весом высокого аттика стена Колизея в Риме является свидетельством того, что еще архитекторы в древнем Риме понимали преимущества преднапряжения каменных конструкций, предназначенных для работы в условиях возможных землетрясений . Из блоков предварительно напряжённого железобетона сделана скульптура «Родина-мать » в Волгограде.
См. также
Напишите отзыв о статье "Предварительно напряжённый железобетон"
Примечания
Ссылки
- .
Отрывок, характеризующий Предварительно напряжённый железобетон
– Ты ведь не можешь воевать с тем, чего ты не видишь или не понимаешь, не так ли, Изидора? – Не обращая внимания на моё возмущение, спокойно продолжил Север. – Вот так и он – он не видел и не чувствовал того, что внедрили когда-то в его мозг «тёмные», выбрав именно его своей беспомощной «жертвой». И вот, когда нужное для «тёмных» время пришло, «заказ» чётко сработал, несмотря на чувства или убеждения захваченного человека.– Но ведь они были такими сильными, Рыцари Храма! Как же кто-то смог внедрить в них что-либо?!..
– Видишь ли, Изидора, сильным и умным быть не всегда достаточно. Иногда «тёмные» находят что-то такое, чего у намеченной жертвы просто не существует. И она, эта жертва, честно живёт до поры до времени, пока не срабатывает внедрённая в неё гадость, и пока человек не становится послушной куклой в руках «Думающих Тёмных». И даже тогда, когда внедрение срабатывает, бедная «жертва» не имеет о случившемся ни малейшего понимания... Это ужасный конец, Изидора. И я даже врагам такого не пожелал бы...
– Значит, что же – этот рыцарь не знал, какое страшное зло он сотворил с остальными?
Север отрицательно покачал головой.
– Нет, мой друг, он не знал до самой последней своей минуты. Он так и умер, веря, что прожил хорошую и добрую жизнь. И никогда не сумел понять, за что его друзья отвернулись от него, и за что он был изгнан ими из Окситании. Как бы они ни старались ему это объяснить... Желаешь ли услышать, как произошло это предательство, мой друг?
Я лишь кивнула. И Север терпеливо продолжил свою потрясающую историю...
– Когда церковь через того же рыцаря узнала, что Магдалина так же является ещё и Хранителем Умного Кристалла, у «святых отцов» возникло непреодолимое желание получить в свои руки эту удивительную силу. Ну и, естественно, желание уничтожить Золотую Марию умножилось в тысячи раз.
По великолепно рассчитанному «святыми отцами» плану, в день, кода должна была погибнуть Магдалина, предавшему её рыцарю в руки было вручено от посланника церкви письмо, якобы написанное самой Магдалиной. В этом злосчастном «послании» Магдалина «заклинала» первых Рыцарей Храма (своих самых близких друзей) никогда не пользоваться более оружием (даже при защите!), так же как и никаким другим, известным им способом, который мог бы отнять чью-то чужую жизнь. Иначе, – говорилось в письме, – при непослушании, Рыцари Храма потеряют Ключ Богов... так как окажутся его недостойными.
Это был абсурд!!! Это было самое лживое послание, которое им когда-либо приходилось слышать! Но Магдалины с ними уже не было... И никто не мог её более ни о чём спросить.
– Но разве они не могли после смерти с нею общаться, Север? – удивилась я. – Ведь насколько я знаю, многие Маги могут общаться с умершими?
– Не многие, Изидора... Многие могут видеть сущности после смерти, но не многие могут их точно слышать. Только один из друзей Магдалины мог с ней свободно общаться. Но именно он погиб всего через несколько дней после её смерти. Она приходила к ним сущностью, надеясь, что они увидят её и поймут... Она приносила им меч, стараясь показать, что должны бороться.
Какое-то время мнения Совершенных перевешивали то в одну, то в другую сторону. Их было теперь намного больше, и хотя остальные (ново пришедшие) никогда не слышали о Ключе Богов, «письмо Магдалины», по справедливости, было оглашено и им, пропуская не предназначавшиеся их уху строки.
Некоторые новые Совершенные, хотевшие жить поспокойнее, предпочитали верить «письму» Марии. Те же, которые сердцем и душой были преданы ей и Радомиру, не могли поверить в такую дикую ложь... Но и они так же боялись, что, ошибись в своём решении, и Ключ Богов, о котором они знали очень мало, мог просто исчезнуть. Тяжесть доверенного им Долга давила на их умы и сердца, рождая в них на какое-то время шаткую неуверенность и сомнения… Рыцари Храма, скрепя сердца, искренне пытались как-то принять это странное «послание». Тем более, что оно якобы являлось последним посланием, последней просьбой их Золотой Марии. И какой бы странной эта просьба ни казалась, они обязаны были ей подчиняться. Хотя бы самые ей близкие Храмовники... Как подчинились они когда-то последней просьбе Радомира. Ключ Богов теперь оставался с ними. И они отвечали за его сохранность своими жизнями... Но именно им, первым Рыцарям Храма, и было всего трудней – они слишком хорошо знали и помнили – Радомир был Воином, так же, как была воином и Мария. И ничто на свете не могло заставить их отвернуться от их изначальной Веры. Ничто не могло заставить забыть заповеди настоящих Катар.
Преднапряжение бетона для повышения его прочности - это современный способ повышения прочности бетонных конструкций. В этой статье мы перечислим преимущества и недостатки предварительно напряженного железобетона.
Бетон используется в различных видах строительства. Имя "предварительно" не означает, что данный вид бетона был поставлен под напряжение, прежде чем строится этаж над ним. Однако, вместо выпучивания под давлением, ему удается стать сильнее, и он приобретает способность выдерживать гораздо большие напряжения, чем обычный бетон.
Но как это сделать. Каковы преимущества и недостатки предварительно напряженного железобетона? Давайте узнаем ответы на эти вопросы, которые помогут лучше это понять.
Что такое предварительно напряженный железобетон?
Бетон в своем обычном состоянии имеет чрезвычайно высокий уровень прочности на сжатие. Это дает возможность использовать его для создания структур, которые должны нести сжимающие нагрузки. Например, он используется для создания колонн и опор для поддержки различных сооружений в больших зданиях.
Однако, по сравнению с его прочностью на сжатие, бетон почти не имеет целостной прочности. Поэтому, если обычный бетон используется для строительства перекрытий, он будет прогибаться под давлением при сжатии на нее, и в конце концов трескается и осыпается. Для устранения этого недостатка, применяется метод преднапряжение. В своей самой основной форме, преднапряжение осуществляется следующим образом.
Ряд стальных тросов приводят в напряжение путем применения оттягивающей силы на их концах, и располагают в бетонный блок. Затем, жидкий бетон заливается в формы и твердеет, что вызывает склеивание между ним и стальными тросами внутри. После этого, кабели пытаются восстановить свою первоначальную форму, они тянут с ними и бетон, создавая компрессию. Это вызывает стресс во внутренних частицах бетона, укрепляя его и делая его отличным материалом для использования в конструкциях. Поскольку напряжения бетона производится до его использования, это называется предварительно напряженный бетон.
Преднапряженный бетон имеет большой объем прочности, как на сжатие, так и на растяжение. Он используется для построения длинных мостов, строительных плит и др.
Преимущества и недостатки предварительно напряженного железобетона
Преимущества
1) высокая прочность на растяжение и трещиностойкость
Обычная бетонная плита, если положить под напряжение, проседает вниз под давлением веса. В таком положении, верхняя часть плиты сжимается, а ее дно находится под напряжением. Поскольку бетон может выдерживать большие объемы сжатия верхняя части плиты способна выдерживать такую нагрузку. Однако, бетон слаб в отношении силы на растяжение. В нижней части плита начинает трескаться, пока вся плита не рухнет вниз.
Преднапряженный бетон имеет высокий запас прочности на растяжение, и поэтому способен нести большие нагрузки без образования трещин или провалов.
2) Ниже глубины
Благодаря своей высокой прочности, предварительно напряженных железобетонных можно использовать, чтобы построить структуры, имеющие значительно меньшую глубину, по сравнению с железобетонными конструкциями. Это имеет два основных преимущества. Если его используют для строительных плит, он не занимает много места, и становятся доступными дополнительное полезное пространство, особенно в многоэтажных зданиях. Второе преимущество более низких глубин структур является то, что они имеют меньший вес, и несущих колонн в зданиях тоже можно сделать меньше, что позволяет сэкономить на строительных затратах и усилиях.
3) Продолжительности
Преднапряженный бетон может быть использован для построения структур, имеющих более длительный срок по сравнению с железобетонными. При строительстве зданий, это означает, что меньшее количество столбцов будут необходимы для поддержки плит, а также расстояние между ними может быть значительно больше. Для мостов, использование преднапряженного бетона может позволить инженерам, построить длинный мост, который не провалится под нагрузкой.
4) быстрое и надежное строительство
Преднапряженные бетонные блоки изготавливаются в промышленности в нескольких стандартных формах и размерах. Они известны как сборные блоки. Поскольку они профессионально изготовлены, они имеют очень хорошее качество сборки, и в то же время они предоставляют всю силу преимущества сборного железобетона. Они могут напрямую доставляется на строительную площадку и использоваться для быстрого завершения строительных работ. Сооружения, построенные с помощью этих блоков, как известно, имеют лучшее качество, и более длительную эксплуатацию.
Недостатки
1) Большая сложность здания
Преднапряжение бетона на строительной площадке - это трудоемкий и сложный процесс. Нужно иметь глубокие знания о каждом шаге, который участвует вместе с полным знанием использованием различного оборудования. Сборные железобетонные конструкции производятся один раз, их трудно изменить, и, следовательно, сложность первоначального планирования тоже увеличивается. Кроме того, поскольку вероятность ошибки очень низка, большое внимание должно быть принято при построении.
2) Увеличение стоимости строительства
Преднапряженный бетон требует знаний и специального оборудования, которые могут быть дорогими. Даже стоимость железобетонных блоков существенно выше, чем усиленные блоки. В строительстве жилых зданий, в дополнительной прочности на растяжение, преднапряженный бетон может оказаться ненужным, так как простой железобетон значительно дешевле и достаточно прочный, чтобы выполнить все требования к нагрузке.
3) необходимость контроля качества и инспекции
Процедура, используемая для предварительного напряжения должна быть проверена и одобрена специалистами по контролю качества. Каждый поднапряженная конкретная структура должна проверяться, чтобы убедиться, что она была подвергнута соответствующему напряжению. Слишком много внимания тоже плохо, и это может привести к повреждению бетона , что делает его слабее.
Предварительно напряженные железобетонные конструкции обеспечивают превосходную прочность на растяжение по сравнению с нормальными и даже железобетонными, но они сложны в конструкции и более дорогостоящие. Для приложений с низким напряжением, таких как перекрытия зданий, использовать преднапряженный бетон - это непрактично. Следовательно, решение об использовании предварительно напряженного железобетона должно быть принято только если этого требует спецификация проекта.
