Напряжение железобетона

Напряжение железобетона

Предварительно напряженная конструкция - конструкция, в которую целенаправленно и контролируемо вводятся внутренние усиления для противодействия действию нагрузок - усилий и деформаций. Для ввода усилений используются натяжные стержни, расширяющиеся материалы или цилиндры. Наиболее распространены предварительно напряженные конструкции из бетона, армированного арматурой, в виде предварительно напряженного бетона или бетона с постнапряжением. Существуют также стальные конструкции, предварительно напряженные тросами. Для изготовления таких конструкций используется бетон с высокой прочностью на сжатие (бетоны высокого класса).

Классификация

1. По способу напряжения

• С натяжением - заключается в продольном растяжении выбранной стальной арматуры. Когда трос натянут:
• перед бетонированием конструкции называют предварительно напряженными бетонными;
• после бетонирования его называют постнапряженным бетоном;
• Без натяжения - заключается в вызове реакции между массивными внешними опорами и натягиваемым элементом посредством прессов, клиньев.

2. По уровню напряжения:

• частичное – допускаются незначительные трещины при кратковременных нагрузках;
• ограниченное - при действии длительных нагрузок не возникают растягивающие напряжения, а под действием кратковременных нагрузок трещины не превышают допустимой величины;
• полное напряжение - под действием длительных нагрузок не возникают растягивающие напряжения, а под действием кратковременных не появляются трещины;
• излишнее напряжение - под действием основных нагрузок не возникают растягивающие напряжения.

3. По месту расположения натяжения

• внутри бетона - перекрытия, балки, плиты;
• наружные - железобетонные мосты коробчатого сечения, экстрадозные мосты, резервуарные оболочки.

Концепция и реализация предварительно напряженных конструкций заключается в сознательном формировании системы внутренних усилий в конструкции, а не, как в железобетоне, в выборе только геометрических параметров формы и размеров. Таким образом, предварительное напряжение приводит - с точки зрения экономии материала - к экономически выгодным решениям. Во многих случаях расход бетона в предварительно напряженных конструкциях составляет 70%, а стали всего 30% по отношению к железобетону.

Практически с самого начала применения железобетона в строительстве (вторая половина XIX в.) конструкторы боролись с проблемой трещин, возникающих в результате исчерпания предела прочности бетона на растяжение. Использование стальных армирующих вставок оказалось очень полезным, но недостаточным во многих случаях строительства.

Идея предварительного напряжения заключается в том, чтобы «поддержать» конструкции из хрупких материалов (бетон, железобетон) при передаче нагрузок, вызывающих растягивающие напряжения, сводя таким образом к минимуму проблемы растрескивания.

Применение высокопрочной стали при производстве напрягаемых тросов оказалось решением проблемы борьбы с явлениями усадки и ползучести бетона, которые в начальный период развития техники натяжения сводили на нет ожидаемые эффекты.