Что такое предварительно напряженная арматура
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.
ЖБИ с напряженной арматурой: технология изготовления
Методик изготовления железо-бетонных изделий с напрягаемой арматурой – две. Различаются они между собой принципом натяжения арматуры в процессе изготовления изделия, но результат дают одинаковый, поэтому выбор технологии – это приоритет изготовителя, который исходит из особенностей собственного производства и своих возможностей.
Первый метод – механический:
Второй метод – с использованием электричества:
Обе методики, объединяет идентичность конечной фазы, которая происходит следующим образом:
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.
Способы напряжения
Если предварительно напрячь прокат, то растягивающая нагрузка во время использования снизится. Можно сделать это при помощи механики, применяя винтовой или гидравлический домкрат. Также применяется электротермический способ. В этом случае прутья подвергаются воздействию электротока, который разогревают металл, а потом удлиняют, то есть растягивают его.
Наконец, последний способ, самый технически совершенный — это электротермомеханический. Он соединяет в себе два первых варианта. Ток помогает разогреть и слегка удлинить металлопрокат, а механические приспособления более легко и точно вытягивают стержни.
Область применения
Чаще всего напрягаемая металлическая арматура нужна для возведения перекрытий между этажами при строительстве многоэтажного здания. Кроме того, ее часто используют для бетонных стен и колонн, которые возводятся в районе повышенной опасность, то есть, где возможен сход почв, землетрясения, взрывы и другие крупные колебания.
Напрягаемая арматура часто необходима в мостостроении, а также обязательно применяется при сооружении защитной оболочки в ядерной промышленности.
Наконец, ее можно взять просто для обустройства фундамента здания, в котором будет значительная нагрузка на основание.
Закладка бетона
Есть два способа, которыми напрягаемую арматуру встраивают в бетон. Первый, классический, заключается в обработке стержней до заливки бетона, а затем в создании обычной железобетонной конструкции.
Второй осуществляется уже после того, как блок фундамента залит и застыл. В таком случае арматура кладется внутрь в специальном чехле (например, в виде гофрированной трубы), а лишь затем проводится процедура натяжения.
Мы предлагает различные варианты и комплексный заказ металлопроката — обсудите все нюансы с нашими менеджерами!
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.
Стыкование ненапрягаемой арматуры
Виды и классы
Рис.3.1.Армирование плиты
1 – рабочая арматура; 2 – конструктивная арматура
Гибкая арматура — обладает пластичностью, хорошей свариваемостью, высокими прочностью и пределом выносливости, достаточным порогом хладноломкости.
Свариваемость – равнопрочное соединение стальных арматурных стержней.
Прочность характеризуется пределом текучести– это предел, при котором растут пластические деформации стали без увеличения внешней нагрузки.
Условный предел текучести – это напряжение, соответствующее остаточным деформациям 0,2%.
Условный предел упругости – это напряжение, соответствующее остаточным деформациям 0,02%.
При действии многократно повторяющейся нагрузки уменьшается, а разрушение становится хрупким. За предел выносливости принимают прочность, когда нет хрупкого разрушения при числе циклов n=1*105.
Временное сопротивление – предельное сопротивление, когда происходит сужение образца (образование шейки) и разрыв.
Рис. 3.2. Диаграммы при растяжении арматурной стали
а – с площадкой текучести («мягкая» сталь);
б – с условным пределом текучести («твердая» сталь)
Предел выносливости – это способность арматуры воспринимать длительное время знакопеременные напряжения.
350º) снижается прочность.
Наибольшее внимание уделяется стержневой гибкой арматуре, что обусловлено её относительно высокими пластическими свойствами, обеспечивающих снижение в расчётных сечениях элементов опасной концентрации напряжений, вследствие их перераспределения. Малоуглеродистая стержневая арматура хорошо сваривается контактной стыковой или ручной дуговой сваркой, экономична, обладает наименьшей трудоёмкостью при армировании железобетонных конструкций
Способ изготовления и форма поверхности определяет вид арматуры. Различают арматуру:
1. Стержневую: горячекатаную, термоупрочнённую и термомеханически упрочнённую;
2. Проволочную: холоднотянутую обыкновенную и высокопрочную.
3. По начальному напряженному состоянию: напрягаемую и ненапрягаемую.
Горячекатаная арматура – это стальная арматура в виде отдельных стержней круглого, эллиптического, квадратного и других сечений.
Предпочтение отдают круглому сечению, потому что такая арматура наиболее технологична в изготовлении и не имеет острых углов, врезающихся в бетон и способствующих образованию трещин. Класс такой арматуры обозначают буквой А и римской цифрой в СНиПе 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» (чем больше цифра, тем выше прочность), в СП 52-01-2003 – обычными цифрами:
— А-II (А 300), А-III (А 400), А-IV (А600), А-V (А800), A-VI (А1000)– периодический профиль. Такая сталь не подвергается после проката упрочняющей термической обработке.
Ат-III (Ат 400), Ат-IV (Ат 600), Ат-V (Ат 800), Ат-VI (Ат 1000) – термически и термомеханически упрочнённая, т.е. подвергаемая после проката упрочняющей термической обработке;
А-IIIв (А 400в)– упрочнённая вытяжкой.
Холоднотянутая арматура – это стальная проволочная арматура. Обозначают буквой В от слова «волочение».
Вр-I (Вр500) – периодического профиля;
В-II – гладкая высокопрочная;
Вр-II – высокопрочная рифлёная;
К-7, К-19 – проволочные канаты соответственно семи- и девятнадцатипроволочные и др.
Арматура периодического профиля – это арматура, на поверхности которой имеются часто расположенные кольцевые выступы, обеспечивающие надёжное сцепление с бетоном без устройства анкерных крюков на концах стержней.
Рис. 3.3. Виды арматуры периодического профиля
а – стержневая класса А300;
б – стержневая класса А500
Ненапрягаемая арматура – арматура, укладываемая без предварительного натяжения (напряжения).
В качестве ненапрягаемой арматуры преимущественно применяют сталь классов А400, А-600C, Вр 500, А240, А300, допускается применение А-600.
Ненапрягаемая арматура классов А240, А300, А400, Вр500, A-600С– сваривают контактной и дуговой сваркой
Напрягаемая арматура
По способу производства стыки стержней делятся на сварные, несварные (внахлёстку), по месту изготовления – заводские и монтажные.
Несварные стыки менее экономичны, поэтому их применяют только для стыкования термически упрочнённой стержневой арматуры.
В зависимости от вида арматуры и условий изготовления применяют разные виды сварных стыков:
-ванные в инвентарной форме;
Сварные стыки выполняются в соответствии с ГОСТ. Стыки с накладками и внахлёстку применяют, если не удаётся точно подогнать торцы стыкуемых стержней. Сварные стыки можно размещать в любом месте стержня, однако рабочие стержни не рекомендуют сваривать в зонах наибольших усилий. Стыки с накладками в местах им насыщения бетона арматурой, дабы не мешать бетонированию.
Особенности ЖБИ с напряженной арматурой и сферы их применения
Основной особенностью ЖБИ с напряженной арматурой, является ее гибкость и высокая марочная прочность, которые достигаются именно за счет искусственно созданного конфликта сред – бетон, изначально находящийся в небольшом напряжении, при увеличении поперечного давления, ослабевает, поскольку возникает возможность частично растянуть на изгибе арматуру, в результате чего, изделие приобретает проектный уровень прочности.
ЖБИ изделия с напрягаемой арматурой отличаются:
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.
Напрягаемая арматура, — что это такое, зачем она нужна
Бетон это достаточно прочный и стойкий строительный материал, но и он имеет ряд недостатков и слабых сторон. А чтобы бетон был лишен таких минусов и стал более прочным и долговечным его усиливают арматурой. Арматура в железобетонной строительной конструкции может быть напрягаемой и ненапрягаемой, поперечной и продольной, также она бывает конструктивной, рабочей, монтажной или анкерной. Арматурные изделия в бетонной конструкции бывают двух основных видов, то есть в виде арматурной плоской сетки или в виде арматурного пространственного каркаса.
Напрягаемая арматура в плитах
Известно, что бетон прекрасно выдерживает сжимающие нагрузки, но разрушается уже при 10 % значений подобных нагрузок, действующих на растяжение. Именно для усиления способности противостоять растяжению бетон в плитах армируют каркасом со стальными рифлёными стержнями.
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.
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.
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.
Что такое предварительно напряженные железобетонные конструкции: преимущества и недостатки
Преднапряженный бетон относится к категории строительных материалов, для производства которого применяется стальная арматура высокой прочности и бетонная смесь. Благодаря особой технологии производства он сопротивляется значительному растягивающему напряжению. Преднапряженный железобетон характеризуется прочностью и повышенной трещиностойкостью.
Определение
Предварительно напряженными железобетонными конструкциями называют стройматериал, во время производства которого бетон поддается начальной расчетной напряженностью сжатия. Во время изготовления материала предварительно формируется напряжение растяжения в стальной арматуре, которая характеризуется высоким уровнем прочности. Она используется для обжатия бетона на участках, которые будут поддаваться напряжению во время эксплуатации.
При сжатии не наблюдается проскальзывания арматуры, так как она скрепляется с материалом и в торце имеет анкерное закрепление. Железобетонный состав армируется, что позволяет уравновесить напряженность. Если в процессе эксплуатации на стройматериал воздействуют полезные нагрузки, то это не приводит к образованию трещин, что продляет срок его службы.
Преимущества
Недостатки
Для того чтобы обеспечить предварительное напряжение железобетонных конструкций, нужно использовать специальное оборудование. Продукция нуждается в бережном хранении, правильной транспортировке и профессиональном монтаже. Это не приведет к аварийному состоянию строительного материала еще до его эксплуатации.
Продольное растягивающее усилие приведет к появлению трещин, которые снизят несущую способность.
Для обеспечения прочности на осевое растяжение нужно использовать металлоемкую опалубку. Это увеличивает расход стали.
Для того чтобы обеспечить тепло- и звукопроводность, нужно использовать компенсирующие материалы. Такие конструкции характеризуются более низким порогом огнестойкости.
В соответствии с сущностью предварительно напряженного железобетона можно сделать выводы, что он не переносит воздействие щелочей, солей, кислот и т.д. При этом наблюдается снижение несущей способности изделий, а также их разрушение. Недостатком конструкции является их внушительный вес.
Материалы для конструкций
Железобетон относится к категории многокомпонентных строительных материалов. Он состоит из бетона и стальной арматуры. Во время проектирования железобетона определяются параметры качества материалов в соответствии со стандартами ГОСТ.
Бетон
Смесь настаивается не менее 28 дней, что позволит получить предварительное напряжение материала. На начальном этапе эксплуатации может наблюдаться частичная утрата напряженного качества бетоном, что объясняется снижением напряженности стальных элементов. Определение нормального сечения железобетонного элемента осуществляется в соответствии с проектом и требованиями дальнейшей эксплуатации.
Арматура
Стальная арматура должна быть напряженной и стойкой к растяжению в процессе всего срока эксплуатации. Она способна выдерживать нагрузки длительное время, что исключит возможность раскрытия трещин на бетоне. Для производства стройматериала применяют высокопрочную сталь, которая имеет незначительную текучесть. Расчетные характеристики стали должны полностью соответствовать ползучести бетона.
Изготовление железобетонных конструкций проводится с использованием арматурной проволоки:
Железобетонные конструкции изготавливаются с использованием холоднодеформированной, горячекатаной упрочненной арматуры, сварных каркасов, канатов. Площадь сечения арматуры напрямую зависит от размеров готового железобетонного изделия. Проволока и канаты имеют серповидное и кольцевое сечение, а арматура – гладкое и периодическое. Сталь должна иметь соответствующую поперечную силу. Текучесть металла по отношению к удлинению должна составлять 0,2 процента.
В соответствии с параметрами растянутого волокна класс прочности арматуры должен быть 0,95 и больше. Она должна характеризоваться холодостойкостью и пластичностью. Оптимальное усилие в напрягаемой арматуре обеспечивается благодаря формированию сложной пространственной поверхности. Именно поэтому материал должен поддаваться свариванию.
Напряжение арматуры во время производства обеспечивается механическими или электротермическими способами. В первом случае это достигается с применением грузов, домкратов и рычагов. Электротермический способ требует заготовить стержни нужной длины, на концах которых располагаются анкера. Их нагревают до 400 градусов, что приводит к их удлинению. В таком состоянии проводится закрепление арматуры на опорах. При охлаждении стержни укорачиваются, но анкера не дают это сделать, что приводит к появлению напряжения.
Области использования конструкций
Применение преднапряженных конструкций рекомендуется при нецелесообразности использования обычного железобетона. Они являются идеальным вариантом при необходимости обеспечения несущей прочности. Применение напряженных железобетонных конструкций осуществляется в различных сферах строительства – промышленной, гражданской, специальной, гидротехнической.
Железобетонные конструкции применяются для сооружения мостов, которые имеют широкие пролеты. Их рекомендовано использовать для строительства напорных трубопроводов и плотин. С помощью ЖБИ проводится монтаж водонепроницаемых емкостей.
Конструкции широко применяются для создания подпорных стен и ограждающих панелей. Если возникает необходимость в возведении фундамента или лестничного марша, то применяются железобетонные конструкции. Их используют для строительства помещений в сейсмо- и взрывоопасных районах. С помощью ЖБИ формируются сборно-монолитные конструкции. Они заключаются в соединении арматурой отдельных преднапряженных сборных элементов. С применением железобетонных конструкций возводятся колонны, а также столбы линий электропередач. С их применением создаются каркасы тоннелей.
Вывод
Преднапряженные ЖБИ характеризуются наличием большого количества преимуществ, поэтому их широко применяют в строительстве. Наличие недостатков объясняется недостаточным качеством проектирования, изготовления и монтажа. Благодаря положительным характеристикам конструкций они широко применяются в возведении разнообразных сооружений.