Что значит предварительно напряженная арматура
Преднапряженная арматура в бетоне: особенности производства и применения
Традиционные железобетонные элементы иногда заменяются в строительстве более прочными аналогами, тоже выполненными из железобетона, но предварительно напряжёнными. Результатом становится улучшение характеристик и расширение функциональности материала. Благодаря особой технологии производства, преднапряженная арматура в бетоне лучше защищает материал от деформаций, дольше служит и может применяться для конструкций большого размера.
Особенности изготовления
Прочность бетона повышают с помощью арматуры, которая может быть ненапрягаемой и напрягаемой. Однако первый вариант представляет собой пассивное армирование бетона, не защищающие конструкции от изгибающих и особенно динамических нагрузок. Обеспечить более эффективную защиту позволяет растягивание арматурной стали в железобетонном изделии и её избавление от натяжения в процессе застывания бетонного раствора. Сжимаясь, арматура влияет на железобетон, увеличивая предел его растяжимости, благодаря суммированию двух деформаций – предсжатия и растяжения.
Существует 3 способа натяжения арматуры.
Требования к арматуре
В роли преднапряженной необходимо использовать классы арматуры с высокой прочностью и незначительной текучестью. С учётом небольших потерь преднапряжения при изготовлении железобетонных конструкций значение этого показателя устанавливается выше. Распространённые виды арматуры – холоднодеформированная и горячекатаная упрочнённая, арматурная проволока, сварные каркасы и канаты. Профиль арматурных элементов может быть периодическим и гладким. Какую арматуру использовать для армирования, зависит от того какую роль она играет в железобетонной конструкции.
Напрягаемая арматура должна быть в виде цельных стержней.
Рекомендации по бетону
Для создания предварительно напряженных конструкций применяются бетоны с такими характеристиками:
Какой класс бетона использовать зависит от класса напрягаемой арматуры. При отсутствии необходимых данных о бетоне, его класс можно определить спустя 28 дней после его заливки.
Преимущества и недостатки материала
Причинами использования предварительно напряжённого железобетона могут стать такие преимущества армированных конструкций:
Кроме плюсов, у конструкций с применением предварительного напряжения есть и несколько серьёзных минусов. В том числе – сложность контроля армирования готовых элементов, трудоёмкий процесс изготовления и необходимость привлечения квалифицированных мастеров. Вес конструкций увеличивается по сравнению с железобетоном, изготовленным по традиционной технологии, но этот недостаток устраняется использованием пустотных конструкций и лёгких заполнителей.
Применение в строительстве
Предварительно напряжённый железобетон применяют в разных сферах строительства, изготавливая из него такие объекты:
Из этого же материала изготавливают подпорные стены и ограждающие панели. Подходит он и при необходимости усиления фундаментов зданий и лестничных маршей, построек и помещений, расположенных в сейсмоопасных и взрывоопасных районах. А для дополнительного повышения прочности каркасов зданий и тоннелей пользуются сборно-монолитными конструкциями, собранными из отдельных железобетонных элементов.
Изделия из преднапряжённого железобетона характеризуются большим количеством плюсов, что позволяет широко применять их в строительстве. А недостатки в основном связаны с недостаточным качеством изготовления, и могут компенсироваться ответственным отношением к производству. Чтобы избежать проблем и получить не только повышенную прочность, но и длительный срок эксплуатации, стоит доверять создание таких железобетонных конструкций профессионалам.
Что такое преднапряженный железобетон и как его производят?
Конструкции из сборного железобетона и предварительно напряженные железобетонные конструкции получили массовое применение в строительной сфере. Это позволяет расширять архитектурно-планировочные характеристики и функциональность. Преднапряжение препятствует трещиностойкости, снижает показатели деформаций.
Что из себя представляет преднапряженное ЖБИ?
В целях борьбы с низкой прочностью при растяжении искусственного бетонного камня создают напряжение на этапе производства в бетоне противоположной к эксплуатационным характеристикам, что позволяет эффективно применять свойства бетона при его сжатии. Арматурную сталь в железобетонном изделии растягивают, а по полному затвердевании залитого бетонного раствора ее избавляют от натяжения. Стальные прутья сжимаются и оказывают непосредственное влияние на слой бетона. Предварительное напряжение увеличивает предел растяжимости бетона за счет суммирования 2-х деформаций: растяжения и предсжатия.
Преднапряженный железобетон не подвержен растрескиванию бетонного слоя зоне конструкции с растяжением, а также при его применении сокращается количество используемой арматуры. Если при этом применять высокопрочный металл и бетон, можно добиться снижения весовых показателей железобетонных конструкций, увеличить их срок эксплуатации. Основные характеристики для этого вида ЖБИ установлены ГОСТом 26633–91, а значения и размеры арматуры установлены СП 52—101—2003.
Преимущества и недостатки
Среди основных преимуществ выделяют следующие:
Предварительно напряженный железобетон имеет и свои минусы:
Процесс производства
Существует несколько способов натяжения арматуры:
Напряженный бетон изготавливается с помощью прокладки металлических составляющих с высокой прочностью на растяжение, растягивая ее специальным аппаратом и сверху производят заливку бетона. Когда смесь затвердевает напряженность стальной проволоки переходит к бетону вокруг арматуры, что частично или целиком позволяет убрать напряжение от эксплуатационной нагрузки конструкции.
Инструменты и материалы
К материалам ЖБИ с преднапряжением применяют требования согласно существующим нормативным документам:
Армируют ЖБИ конструкции преднапряженного типа следующими материалами:
Для осуществления процесса необходимо подготовить следующие материалы и инструменты:
Преднапряжение и этапы работ
Обжатие может происходить 2 методами: с натяжением стали на упоры и на бетон. При первом методе арматура растягивается на торцах и бетонируется, после освобождая элемент. Второй метод заключается в изготовлении формы с пазами. После заливки и набирания прочности вводится арматура в подготовленные пазы натягивая и заанкеривая ее. Далее заполняют каналы смесью. Этот процесс могут проводить специальные навивочные строительные аппараты.
Арматурное напряжение производится механически, электротермически, комбинированно и физико-химически.
Применение бетона в предварительно напряженном состоянии
Преднапряженный бетон используется в разных отраслях строительства для сооружения:
Из такого бетона создают стены, панели ограждения, лестничные марши, основу фундаментов, колонны, столбы линий электропередач, каркасы подземных тоннелей и прочее. Напрягающий цемент для производства изделий из железобетона обеспечит дополнительную водонепроницаемость и прочность конструкции.
Напрягаемая арматура – Напряженная и напрягаемая арматура в плитах: расчет, ГОСТ, анкеровка
Для чего требуется предварительно напряжённое армирование
Арматура в изделиях может быть ненапрягаемой и напрягаемой. Первый вид выполняет функцию пассивного армирования — оно не работает, пока плита не изогнётся от собственного веса или от воздействия поперечной нагрузки. Только в этот момент нижние армирующие стержни будут противодействовать растяжению, но бетон уже получит свою долю растяжения и отреагирует сетью мелких трещин.
Чтобы избежать их появления и повысить прочность плиты при воздействии изгибающих нагрузок, армирующие конструкции при изготовлении бетонных плит предварительно напрягают. Железобетон с напряжённой арматурой находится постоянно в активном состоянии.
Силы напряжения, сжимающие плиту в осевом направлении, компенсируют эксплуатационные силы, вызванные собственным весом и нагрузкой. Растрескивания в напряжённой плите практически не происходят, она способна выдерживать более высокие, чем ненапряжённая плита, нагрузки. Кроме того, напряжённую плиту делают тоньше (140 мм вместо 170), что снижает расход бетона.
Преимущества и недостатки
Среди основных преимуществ выделяют следующие:
Производство позволяет тратить гораздо меньше арматуры на данный материал.
Предварительно напряженный железобетон имеет и свои минусы:
Натяжение напрягаемой арматуры
При изготовлении плит (дорожных, перекрытия, аэродромных) применяют метод, называемый натяжение на упоры. Он заключается в том, что арматурные стержни, уложенные в форму до заливки бетона, подвергают растяжению. Его осуществляют двумя способами:
При механическом способе стержни анкеруют и растягивают гидравлическими домкратами. Заливают в форму бетон, уплотняют его и выдерживают до набора 70 %-й прочности. Затем зажимы снимают, и сила натяжения стержней через анкеры и рифление передаётся на бетон. Изделие становится плитой с предварительно напряжённой арматурой.
Электротермический способ заключается в пропускании через стержни тока большой силы. От его действия они разогреваются и удлиняются по оси. В этот момент заливают бетон. После его схватывания и упрочнения ток выключают, стержни остывают, но укорачиваться им мешает сцепление с бетоном, поэтому арматура напрягается. В промышленности чаще используют электротермический метод, как более простой.
Применение бетона в предварительно напряженном состоянии
Преднапряженный бетон используется в разных отраслях строительства для сооружения:
Из материала можно возводить телебашни.
Из такого бетона создают стены, панели ограждения, лестничные марши, основу фундаментов, колонны, столбы линий электропередач, каркасы подземных тоннелей и прочее. Напрягающий цемент для производства изделий из железобетона обеспечит дополнительную водонепроницаемость и прочность конструкции.
Анкеровка напряжённой арматуры
Анкеровку или установку на стержни анкерных элементов выполняют с помощью:
Требования к предварительно напряжённой арматуре
Для изготовления напряжённых железобетонных конструкций применяют специальные виды арматурной стали, обладающие высокими значениями рабочих напряжений (от 5000 до 7200 кгс/см²). В перечень этих материалов входят арматурные стали:
Классы стали на напрягаемую арматуру устанавливают нормативные документы, по которым выпускаются изделия, в частности, ГОСТ 25912-2015 и другие. Расчет напряженной арматуры производится при проектировании изделия. Отклонения замеряемых напряжений от проектных значений не должно превышать 10 %.
Железобетонные изделия с предварительно напрягаемой арматурой являются основными конструктивными элементами, аэродромов, многоэтажных и высотных зданий, и масштабных сооружений. Например, в нашем ассортименте любые плиты перекрытия доступны для вашего выбора.
Виды арматуры, ее применение
Что такое арматура?
На сегодняшний момент без использования арматуры не реализуется ни один строительный проект, даже маленький, не говоря о многоэтажном строительстве. Она используется для усиления самого бетона: стен, перекрытий, и, в первую очередь, фундамента.
Цена ее определяется многими параметрами, например: марка стали, из которой арматура сделана, диаметр, длина и размер.
Основные виды изделий из арматуры:
Контроль качества арматуры производится на предприятии-изготовителе. Согласно требованиям, химический анализ стали выполняется строго с каждого ковша плавки. Параметры качества регламентируются ГОСТом 5781-82.
Металлическая (железная) арматура.
Этот вид используется для строительства, как дачных домиков, так и городских многоэтажных зданий. Металлическая арматура, словно скелет железобетонного «организма» обеспечивает надежность возводимой строительной конструкции. Арматура данного вида изготавливается из углеродистой стали низкого легирования. Бывает гладкой или с насечками, поперечной и продольной. Поперечная не дает образоваться наклонным трещинам, а продольная — принимает растягивающие напряжения и противодействует образованию вертикальных трещинок в области растяжения конструкции. По условиям использования арматура делится на напрягаемую и ненапрягаемую. Для более знающих специалистов известны и такие подвиды металлической (железной) арматуры:
анкерная (закладные детали), рабочая (сечение ее определяется по расчету, принимает усилия в своих элементах от основной нагрузки), монтажная (устанавливается для соединения двух видов арматур: рабочей и конструктивной в каркасы/сетки), строительно-распределительная ( принимает усадку/расширение и температуру воздействия).
Какой тип арматуры и где она будет использоваться — это профессионалы определяют еще на стадии проектирования. Также можно классифицировать арматуру на ту, которая соединяется электросваркой, и ту, которая связывается особой вязальной проволокой. Сами же производители делят металлическую арматуру на шесть классов:
Стеклопластиковая (пластиковая) арматура.
Более ста лет при строительстве использовалась только стальная (железная) арматура. Однако, ее недостатки были всем очевидны — подверженность разным видам коррозии, огромный вес, высокая электро- и теплопроводимость. Новые технологии позволили начать производство инновационных материалов, которые по своим показателям превосходят арматуру из стали. Их технические и экономические параметры существенно отличаются в лучшую сторону. Одним из таких примеров является стеклопластиковая арматура.
С виду этот вид арматуры кажется неустойчивым и хрупким. Однако, это лишь предубеждение — по своим показателям она не только не уступает стальной коллеге, но и имеет собственные достоинства: небольшой вес и отсутствие коррозии.
Что же такое пластиковая арматура? Можно ли приобрести в Белгороде, и стоит ли она заявленной цены?
Собственно армирующим элементом данного изделия является неметаллическая арматура, в состав которой входят стекловолокна. Благодаря этому повышаются удельная прочность и уровень морозостойкости, а теплопроводность, наоборот, снижается. Уровень продаж стеклопластиковой арматуры растет не только на российском рынке металлопроката, но и на мировом — стабильно и верно.
Как армировать фундамент? Использование арматуры.
Важно: во всем каркасе необходимо скрепить не менее половины арматурных пересечений, а на углах стоит соединить полностью все стыки.
Расчет арматуры. Как выбрать диаметр прута?
Просчет нагрузки на фундамент, и, соответственно, выбор диаметра прутьев арматуры, производится специалистами на стадии разработки проекта. Если Вы решаете посчитать самостоятельно, то ниже — некоторые полезные данные. Зачастую, используется арматура 10-12 мм в диаметре, и реже — 14 мм. Для небольших построек допустимо использовать прутья 8 мм. После того, как принято решение по схеме армирования фундамента, очень важно верно просчитать нужное количество материала, чтобы не тратиться на лишнее, или, наоборот, не переплачивать за повторную доставку недостающего материала. В самом начале нужно посчитать, сколько понадобится ребристой арматуры. Для этого необходимо вычислить периметр дома, добавить к данной цифре длину внутренних стен, под которыми будет проложен фундамент, затем умножить полученный результат на количество прутьев в Вашей схеме. Для примера приводим расчет количества арматуры, нужного для закладки предполагаемого фундамента размером 5/6 м с одной пятиметровой внутренней стеной. Допустим, что схема армирования такова: 4 продольных прута (диаметр 12 мм). Итак, (5+6)*2=22 — периметр нашего здания 22+5=27 — общая длина фундамента 27*4= 108 — длина арматуры Если Вы планируете в процессе работы соединять между собой отрезки прута, то делать это можно только с большим нахлестом — не меньше 1 м. Обязательно учитывайте это в Ваших расчётах. Например, если каждый продольный прут каркаса будет иметь по одному соединению, то 4(кол-во прутьев в схеме)*5 (кол-во стен) = 20 Значит, получается двадцать соединений, следовательно, дополнительно потребуется еще 20 м арматуры. Прибавляем к нашему предыдущему результату и получаем итог: 108+20=128 м; Следующий этап — просчет необходимого количествава гладких прутов (диаметром в 8 мм) для поперечных горизонтальных перемычек и вертикальных стоек. Предположим, что расстояние между перемычками — полметра. Тогда, мы можем получить общее кол-во «армировочных колец», если разделим длину фундамента на расстояние между перемычками. 27/0,5 = 54 — получаем общее кол-во «армировочных колец» Если высота армировочной решетки — полметра, а расстояние между ее прутьями — 0,25 м, то просчет арматуры будет выглядеть таким образом: (0,5+0,25)*2 = 1,5 — периметр одного «кольца»; 54*1,5 = 81 м — общая длина арматуры. В расчетах обязательно стоит учитывать различные нахлесты и обрезки. Специалисты рекомендуют просто добавлять примерно 10% к получившемуся результату, так как рассчитать точное количество нахлестов, скорее всего, не удастся. 81+10%=89,1 Результат с округлением — 90 м. Однако арматура достаточно редко реализовывается на метраж. Гораздо чаще, мы платим именно за вес, а не за длину изделия. Дабы определиться с точным количеством, следует свериться с таблицей расчета арматуры. Она соответствует ГОСТам, как и большинство крупных предприятий-изготовителей металлопроката. В ГОСТе 5781-82 указана масса 1 метра изделия, а в ГОСТе 2590-88 регламентируется вес стальных кругов. Используя данную таблицу (ниже), возможно произвести просчет массы арматуры для фундамента: 128*0,888=113,664 кг — нужное количество ребристой арматуры диаметра 12 мм 90*0,395=35,55 кг — нужное количество гладкого прута диаметром 10 мм
Важно: во всем каркасе необходимо скрепить не менее половины арматурных пересечений, а на углах стоит соединить полностью все стыки.
Расчет арматуры. Как выбрать диаметр прута?
Просчет нагрузки на фундамент, и, соответственно Вес метра арматуры представлен в таблице выше — соотношение диаметра прута и массы 1 м. Зная вес арматуры по ГОСТ 5781-82, можно определить коэффициент армирования железобетонной конструкции (то есть отношение массы арматуры к объему бетона).
Как правильно вязать арматуру для фундамента?
Вес метра арматуры представлен в таблице выше — соотношение диаметра прута и массы 1 м. Зная вес арматуры по ГОСТ 5781-82, можно определить коэффициент армирования железобетонной конструкции (то есть отношение массы арматуры к объему бетона).
Как правильно вязать арматуру для фундамента?
Все просчеты выполнены и материал закуплен — пора приступать к работе. Существует три основных метода вязки арматуры в монтаже разнообразных каркасов и сеток: с помощью проволоки, с помощью сварки, и внахлёст. Обычно используется арматурный прут сечением 0,32 м. Кажется, что сварка — самый надежный и эффективный способ вязки арматурных прутьев. Однако, при рассмотрении выясняется, что данный способ имеет ряд серьезных недостатков. Например, Вам нужно будет привлечь к работе еще и сварщика, а это весомо увеличит расходы на строительство. Также, после сваривания серьезно страдает качество арматурных изделий, и это сказывается на свойствах фундамента целиком. Сварные соединения также легко повредить при использовании, например, строительных вибраторов, поэтому данный способ вязки считается малоэффективным.
Вязка арматуры собственными руками — технология, проверенная временем. Необходимо: вязальная проволока диаметром в 1 мм, крючок для вязки, пассатижи. Если по арматурному каркасу никто не будет ходить во время процесса заливки бетоном, тогда вместо проволоки можно использовать пластиковые хомуты. Последовательность действий:
Вяжем арматуру по правилам:
Что такое напряженная арматура и зачем делают предварительное напряжение арматуры? Что такое предварительно напряженная арматура.
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.
Вернуться к оглавлению
Что такое предварительно напряженная арматура
Что такое предварительно напряженная арматура В строительстве при изготовлении железобетонных конструкций широко применяется предварительно напряженная арматура. Предварительное напряжение заключается в том, что рабочая арматура перед бетонированием натягивается электротермическим способом или специальными домкратами. После затвердения бетона натяжение арматуры снимается. Она при этом стремится занять свое первоначальное состояние и передает окружающему бетону часть сжимающих усилий.
Предварительно напряженные железобетонные конструкции по сравнению с обычными могут выдерживать более значительные нагрузки. Это позволяет уменьшить сечение самой конструкции, а, следовательно, сократить расход арматуры и бетона. Железобетонные брусья, при изготовлении которых была использована преднапряженная арматура, широко применяются при производстве сборных железобетонных конструкций, которые используются в жилищном и гражданском строительстве (плиты междуэтажных перекрытий, элементы лестниц, балконов), а также для сооружения водонапорных башен, железнодорожных шпал, цилиндрических резервуаров, силосов, сводов оболочек и пр.Плоские или пространственные арматурные каркасы и сетки изготавливаются на арматурно-сварочных заводах или в специальных арматурных мастерских, оснащенных высокопроизводительным современным оборудованием. На этих предприятиях рационально производить укрупненную сборку элементов арматуры, но при этом необходимо учитывать допускаемые габариты транспорта и грузоподъемность монтажных механизмов. При изготовлении предварительно напряженного изделия в бетоне необходимо создать предварительное обжатие по всему сечению конструкции или только в той зоне, где действуют растягивающие напряжения. Величина этого обжатия должна превышать значение напряжений растяжения, возникающих в бетоне во время его эксплуатации и обычно составляет 50 – 60 кГс/ кв. см. Обжатие бетона осуществляют с помощью сил упругого последействия, которые создает напряжение арматуры.В качестве напрягаемой арматуры обычно применяют высокопрочную проволоку, прутковую или горячекатанную арматурную сталь. Выбор арматуры зависит от типа изделия и оборудования, которое используется для натяжения арматуры.При изготовлении преднапряженных железобетонных изделий применяют одноосное или объемное обжатие бетона. Одноосное обжатие выполняется пучками проволок или отдельными стержнями, которые располагаются вдоль продольной оси будущего изделия. Для объемного обжатия используют навивку напряженной проволоки в нескольких направлениях. Проволоку еще можно навивать на готовое изделие, но с последующей защитой арматуры определенным слоем бетона.Многих людей может заинтересовать вопрос, как сделать преднапряженную арматуру? Для этого существуют различные способы: механический, электротермический, электромеханический, химический.При механическом способе арматуру растягивают осевой нагрузкой, которую создают домкратами или натяжными устройствами. Арматуру сначала натягивают до усилия, составляющего пятьдесят процентов проектного напряжения. Затем это натяжение доводят до величины на десять процентов большей, чем проектное напряжение и выдерживают арматуру в таком состоянии пять минут. Затем натяжение уменьшают до проектной величины.Электротермический способ натяжения состоит в том, что арматуру удлиняют за счет электрического нагрева до определенной температуры. Затем нагретый стержень закрепляется в специальных упорах, препятствующих укорочению стержня после его охлаждения. Арматурные стержни освобождаются от упоров после отвердения бетона, а усилие натяжения передается от арматуры на бетон. Для электротермического натяжения арматурных элементов используют установки с одновременным или последовательным натяжением сразу нескольких стержней. По сравнению с механическим способом, этот метод обладает преимуществами и по простоте оборудования, и по трудоемкости.Передача предварительного напряжения от арматуры на бетон происходит тремя способами: • С помощью сцепления арматурных стержней диаметром 2,5 – 3 миллиметра с бетоном. Если используется арматура большего диаметра, то сцепление обеспечивается за счет устройства вмятин на поверхности арматуры, свивкой специальных прядей, состоящих из двух – трех проволок или использованием арматуры переменного профиля. • С помощью сцепления арматурных прутьев с бетоном, усиленного еще дополнительными анкерными устройствами. • С помощью передачи на бетон усилий натяжения посредством анкерных устройств, расположенных на концах арматурных элементов и без учета сцепления бетона и арматуры.
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 расход арматуры (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.
Вернуться к оглавлению
Преднапряженное армирование
Как известно, бетон очень устойчив к силам сжатия и неустойчив к силам растяжения (прочность бетона при растяжении составляет приблизительно 10% от прочности растяжения). Традиционые железобетонные конструкции перекрытия (плита, балка) при воздействии нагрузки приобретают определенный изгиб, в результате нижняя часть (зона растяжения) поперечного сечения приобретает удлинение. Даже незначительное удлинение достаточно для появления трещин. Стальная арматура, которая обычно размещается в зоне растяжения, чтобы ограничить ширину трещин и взять на себя напряжение растяжения, работает как «пассивное» армирование — она не воспринимает воздействие сил (не включается в общую работу конструкции) до момента, когда бетонная конструкция приобретает изгиб, достаточный для образования трещин.
В случае с постнапряженной железобетонной конструкцией ее армирование работает, как «активное» армирование. Так как канаты подвергнуты напряжению, армирование эффективно (включается в общую работу конструкции), даже если трещины в бетоне не появились. Таким образом, постнапряженные железобетонные конструкции при полной нагрузке могут быть запроектированы с минимальным изгибом и образованием трещин.
Существует два типа систем постнапряженного армирования: несвязанные и связанные.
Несвязанная система постнапряженного армирования
В несвязанной системе постнапряженного армирования канаты с бетоном не находятся в прямой связи. Самые распространенные несвязанные системы постнапряженного армирования – это системы типа одного каната, которые используются для балок и плит перекрытия зданий, для многоэтажных автостоянок и плит на грунте. Элемент системы армирования типа одного каната состоит из семи проволок, покрытых антикоррозийной смазкой и помещенных в пластиковую оболочку и анкеровки, состоящей из литого металлического элемента (анкера) и конического трехлепесткового клина – для заклинивания каната. Для анкерования каната используются два анкера (на каждом конце по одному), которые передают силу сжатия на конструкцию. Один из анкеров выполняет функцию пассивного анкера, второй — функцию активного анкера. Через активный анкер выполняется растяжение каната, в свою очередь, пассивный анкер обеспечивает анкерование на другом конце каната. В случае длинного элемента системы армирования типа одного каната по длине могут быть введены промежуточные анкеры.
Связанная система постнапряженного армирования
В связанной системе постнапряженного армирования канаты в пластиковой или металлической оболочке расположены два или более каната. Эти канаты подвержены напряжению большими многоарматурными гидравлическими домкратами и заанкерованы в соответствующих анкерах. После выполнения напряжения оболочка каната заполняется цементным раствором, который обеспечивает антикоррозийную защиту, а также связывает канат с бетоном расположенным вокруг оболочки. Связанные системы армирования используются для мостов, вантовых мостов. На стройках эти системы обычно используются только для очень сильно нагруженных балок.
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.
Сейчас читают: Водонепроницаемый цемент
Вернуться к оглавлению
Варианты заглубления и оборудование
Вертикальное и наклонное погружение свай призматической формы может производиться:
Работы могут производиться на спланированных площадках, имеющих свободный выезд, или в стесненных условиях, на косогорах и насыпях. Для каждого случая техника и оборудование подбирается индивидуально, в зависимости от сложившейся ситуации. На основании планов составляется проект производства работ, помогающий более рационально и безопасно использовать механизмы.
Копры
Универсальные копры представляют собой механизмы, обеспечивающие:
Полууниверсальные механизмы выполняют одну из функций – либо поворот, либо наклон. Простые копры подобных узлов в конструкции не имеют, так как являются копровым оборудованием.
Полноценная сваебойная техника выполняет весь рабочий цикл, начиная от перемещения свай к месту установки и заканчивая их погружением до проектной отметки. Механизмы самостоятельно передвигаются и не требуют дополнительных приспособлений. Для навесных копров используются базовые машины, а само оборудование подготавливают к функционированию на каждом новом объекте, основываясь на заводской инструкции.
На тракторы копровые стрелы крепятся с задней или боковой стороны. С их помощью забивают призматические сваи длиной 8-12м. Меньшие по размеру изделия заглубляют при помощи навешиваемого на автомобильные краны оборудования. Экскаваторные базы используются, как правило, при заглублении железобетонных изделий высотой до 16м с бровки котлована или траншеи. Копровая установка в верхней точке подсоединяется к стреле экскаватора, а в нижней части – к его поворотной платформе посредством гидроцилиндров.
С одной позиции универсальная техника может монтировать несколько свай.
Копры на колесной базе достаточно мобильны, поэтому они удобны при работе на рассредоточенных объектах – строительстве технологических трасс, трубопроводов, сельскохозяйственных комплексов. Оборудование в течение четверти часа укладывается в транспортное положение, в большинстве случаев – даже без снятия молота.
Рельсовые копры устанавливаются стационарно на весь период работы, поэтому их применяют при возведении крупных объектов. Если размеры свайного поля не позволяют с одного рельсового пути дотянуться до всех точек расположения свай, то на площадке предусматривают поэтапное или параллельное проведение работ. Одним из вариантов рельсовых копров является мостовой тип установки. В этом случае с обеих сторон вдоль выемки укладываются рельсы по дну или бровкам котлована, а сам «мост» с оборудованием нависает над свайным полем. Такие копры применяются в массовом строительстве жилых и промышленных объектов или в районах с присутствием водонасыщенных грунтов. Рельсовая техника приводятся в движение электродвигателями.
Молоты
Призматические сваи забивают молотами, состоящими из:
В строительстве используется четыре вида свайных молотов:
Виброоборудование
Железобетонные сваи заглубляются вибропогружателями и вибромолотами за счет искусственно вызванных колебаний, направленных вдоль оси фундаментного столба. В результате, сопротивление грунта резко снижается, а свая постепенно занимает требуемое положение. Вибропогружатели оборудуются дебалансными парами, нередко – несколькими. В водонасыщенных песках и супеси они показывают лучшую производительность, по сравнению с молотом, но срок их службы недолог.
Отличием между вибромолотами и вибропогружателями является место размещения дебалансов. В первом случае они располагаются в отдельном корпусе, соединенном с наголовником сваи амортизационными пружинами. Колебания происходят с большой амплитудой, позволяющей бойку выполнять удары по наковальне, насаженной на сваю. Во втором случае, установка с дебалансными парами контактирует непосредственно с наголовником.
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.
Вернуться к оглавлению
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.
Вернуться к оглавлению
Арматура
Стальная начинка должна оставаться напряженной в железобетонном изделии на всем интервале эксплуатации, выдерживая без вытяжения длительно приложенные нагрузки. В преднапряженных изделиях из железобетона используется высокопрочная сталь с незначительной текучестью, соответствующей параметрам ползучести бетона.
С целью компенсирования эксплуатационной потери некоторой величины преднапряжения при изготовлении ее значение устанавливают чуть выше, чем предусмотрено строительными требованиями для конструкционного элемента. В продукции применяют горячекатаную упрочненную, холоднодеформированную арматуру, арматурную проволоку (пучки, пакеты, пряди), канаты, сварные каркасы и пр. Поперечное сечение арматуры может быть гладким, периодическим, а укладка проволоки и канатов серповидной и кольцевой.
Сталь должна гарантированно соответствовать установленному классу относительно прочности по преднапряженному растяжению (текучесть металла должна находиться в пределах 0,2% относительного удлинения) с вероятностью от 0,95 и выше. Арматуре необходимо быть пластичной, хладостойкой, свариваемой и пр. Надежное сцепление с бетонной смесью обеспечивается формированием арматурой сложных пространственных поверхностей.
Вернуться к оглавлению
Назначение конструкций
В строительных работах для формирования ж/б каркасов все чаще стали использовать предварительно напряженную арматуру. Особенность ее напряжения в том, что рабочий элемент в начале процесса бетонировки испытывает натяжение в результате электротеплового или механического (домкратного) воздействия. По окончании затвердевания бетонной смеси данное натяжение убирается, из-за чего она, пытаясь вернуть свою исходную форму, передает бетону остаточную силу сжатия.
Такой вид ж/б материалов в сравнении с традиционными способен выдерживать многократно увеличенные нагрузки, обладает повышенной трещиностойкостью и жесткостью. Эти качества позволяют снизить непосредственное сечение каркасов, уменьшив таким образом расходование вспомогательных элементов: арматуры и цементной смеси.
Полученные в результате использования преднапряженной арматуры ж/б брусья, активно задействуются при выпуске комплексных ж/б конструкций для жилищно-гражданского строительного сектора (межэтажные перекрытия, основные части лестничных пролетов, балконов), конструировании водонапорных станций, ж/д шпал, цилиндровых баков, контейнеров для силосования и прочего.
Области использования конструкций
Предварительно напряженный бетон позволяет сократить до 50% расхода арматурной стали.
Преднапряженные изделия используются, когда применение обычного железобетона нецелесообразно (перерасход материалов, рост веса и стоимости, невозможность обеспечить несущую прочность и пр.). Сферами их использования являются гражданское, промышленное, специальное и гидротехническое строительство. Объекты — каркасы и мосты с широкими пролетами, напорные трубопроводы, плотины, водонепроницаемые емкости и пр.
А также из них создают подпорные стены, ограждающие панели, лестничные марши, подкрановые балки, фундаменты, колонны, столбы ЛЭП, каркасы тоннелей, междуэтажные перекрытия и пр. Такая продукция незаменима и при возведении построек в условиях взрыво- и сейсмоопасности. Особенно эффективна она при формировании сборно-монолитных конструкций, когда отдельные преднапряженные сборные элементы соединяются в проектном положении арматурой так, что работают как одно целое.
Вернуться к оглавлению
Штуцерная арматура
Немецкое происхождение термина «штуцер» от глагола stutzen (подрезать, нарезать) выдает даже его звучание. Так из-за наличия нарезного ствола именовали использовавшиеся для вооружения армий вплоть до XIX столетия мушкеты. В современной технике это существительное применяется для определения короткого отрезка трубы (другими словами ─ втулки) с резьбой на обоих концах, служащего для присоединения труб и трубопроводной арматуры к агрегатам, установкам и резервуарам. В штуцерном соединении присоединительный конец арматуры с наружной резьбой посредством накидной гайки подтягивается к трубопроводу. Его используют для арматуры малого и сверхмалого (с номинальным диаметром до 5,0 мм) диаметров. Как правило, это лабораторная или иная специальная арматура. Например, редукторы, устанавливаемые на баллонах со сжатым газом. С помощью штуцерного соединения в трубопроводные сети «вживляются» различные контрольно-измерительные приборы (КИП), монтируются испарители, термостаты, многие виды оборудования, входящие в состав технологических линий химического производства.