Предварительное напряжение в бетоне

Создав искусственный камень – бетон, свойства которого можно регулировать по своему усмотрению, ученые нашли и способ борьбы с его основным недостатком – низкой прочностью при растяжении. При металлической арматуре бетон хоть и не разрушается при растяжении, но трескается.

Это отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах железобетонных конструкций и сооружений. Создание на стадии изготовления или строительства напряженного состояния в конструкции, когда знак напряжения в бетоне противоположен знаку напряжения от эксплуатационной нагрузки, является одним из крупнейших достижений инженерной мысли в XX столетии.

У истоков этой концепции стояли Эжен Фрейссине (Франция) и Виктор Васильевич Михайлов (Россия), который в 1936 году защитил, посвященную этому методу диссертацию.

Требуемое напряжение в бетоне создается за счет передачи усилия натяжения арматурных элементов. Простыми словами арматурный элемент железобетонной конструкции растягивают почти до разрыва, после чего он стремится вернуться в первоначальное состояние, т.е. сжаться, тем самым создавая усилие обжатия бетона в растянутой зоне. В связи с этим различают два вида предварительного напряжения по способу натяжения арматуры:

• на упоры
• на бетон

Способ натяжения арматуры на упоры производится на стендах в заводских условиях. Арматурные элементы растягивают, затем в форму заливают бетон и после набора им требуемой прочности арматуру «отпускают». Создается эффект обжатия бетона.

В свою очередь способ натяжения арматуры на бетон делится на два способа:

• со сцеплением
• без сцепления

В первом случае в тело конструкции на стадии опалубочных работ и армирования укладываются каналообразователи из тонколистовой стали. После бетонирования в образовавшиеся полости вводятся арматурные элементы из высокопрочной стали (канаты).

Затем производят механическое натяжение при помощи гидравлического домкрата и иньецирование полости бетоном под давлением. После твердения происходит сцепление арматурного элемента с бетоном.

В случае применения систем без сцепления в тело конструкции на стадии производства опалубочных работ и армирования укладываются специальные канаты заводского изготовления в пластиковой трубке (геометрические, механические параметры, и потери натяжения от релаксации отражены в таблицах 1 и 2).

Таблица 1. Геометрические характеристики каната

Диаметр каната, мм
Диаметр проволоки каната, мм
Площадь поперечного сечения, кв. мм
Номинальная масса 1 м.п.
Допускаемое отклонение от номинальной массы, %
Шаг свивки каната
Наружной
Центральной
1,172
(12..16)d

Таблица 2. Механические и реологические свойства каната

Условный предел упругости s 0,1, Н/кв. мм
Условный предел текучести s 0,2, Н/кв. мм
Временное сопротивление s в, Н/кв. мм
Удлинение при максимальной нагрузке d max, %
Релаксация при начальной нагрузке 0,7, от фактического разрывного усилия, %
Не менее
Не более

Все пространство между трубкой и канатом заполнено антикоррозионным составом, который также способствует уменьшению сил трения при натяжении каната. Затем, как и в случае со сцеплением, происходит бетонирование, набор требуемой прочности и механическое натяжение канатов.

Передача усилий натяжения осуществляется при помощи анкерных устройств, состоящих из анкерной плиты и зажима. Анкерная плита может быть как прямоугольной так и круглой формы. Также существует мультианкер для фиксации сразу 4-х канатов. Геометрические свойства анкеров отражены в таблице 3.

Рис. 1 Моноанкер

Рис. 2 Мультианкер

Таблица 3. Геометрические характеристики анкеров

Тип анкера
Кол-во натягиваемых канатов
Вид опорной плиты в плане
Основные размеры
Моноанкер
Прямоугольное
130х55
Круглое
Мультианкер
прямоугольное
200х140

Зажим состоит из трех цанговых элементов с внутренней резьбой. После натяжения зажим расклинивается в анкерной плите.

Работа по предварительному напряжению железобетонных монолитных конструкций в построечных условиях сводится к нарезке канатов требуемой длины, устройству анкеров, раскладке канатов в проектное положение и натяжению, т.е. не сложнее обычного армирования, и не требует высоко квалифицированного персонала.

Рис.3 Схема устройства свободного анкера

В основе экономической эффективности лежит принцип использования канатов, свитых из высокопрочной проволоки с пределом прочности в 4..5 раз превышающим аналогичный показатель обычной арматурной стали. Иными словами на одни и те же напряжения, полученные из статического расчета, требуется заложить в 4..5 раз меньше канатов из высокопрочной стали по сравнению с арматурой. Тогда как стоимость канатов выше на 50..60 %, т.е. даже не в два раза.

Европейская и американская практика на протяжении 40 лет показывает, что в плитах перекрытий применение преднапряжения позволяет сократить толщину плиты с 1/30 пролета до 1/40 – 1/45 пролета. Сокращение армирования при этом достигается на кубический метр до 35-45 кг ненапрягаемой арматуры и 10-15 кг напрягаемых канатов. Среди наиболее распространенных областей применения подобных систем в западной практике являются конструкции фундаментных плит, перекрытий, промышленных бетонных полов производственных зданий и торговых центров.

Изложенная выше технология является наиболее перспективной и актуальной в настоящее время в связи с возросшей долей монолитного строения. Применение предварительного напряжения в построечных условиях позволяет снизить стоимость, расход бетона и арматуры, увеличить пролет перекрытия, жесткость и устойчивость конструкции.

Список сертификатов

1. Сертификат соответствия № РОСС DE.СЛ65.Н00846 (ГОСТ Р)

2. Приложение №1 к сертификату № РОСС DE.СЛ65.Н00846 (ГОСТ Р)

3. Приложение №2 к сертификату № РОСС DE.СЛ65.Н00846 (ГОСТ Р)

4. Протокол сертификационных испытаний № 741

5. Сертификат соответствия № RU.МСС.190.620.5.ПР.11019 (МСС)

6. Решение на применение знака соответствия № RU.МСС.190.620.5.ПР.11019

7. Сертификат соответствия № РОСС DE.МР04.В 05141 (ГОСТ Р)

8. Приложение к сертификату № РОСС DE.МР04.В 05141

9. Сертификат DQS GmbH № 001370 QM

10.

Приложение к сертификату DQS GmbH № 001370 QM

11. Аттестат аккредитации органа сертификации № РОСС ru.9001.11СЛ65 ИЦ «Железобетон»

12. Технические условия ТУ 4842-198-46854090-2005

13. Технические характеристики и рекомендации по монтажу (в соответствии с допусками ZL860.300/1 – VI/7/92)

14. Отчет «Анализ стабильности производства и качества продукции, выпускаемой «DYWIDAG – SYSTEMS International GmbH»

Статья предоставлена компанией Моноракурсстрой