Кожен цивільний інженер повинен знати відповідь на це питання, оскільки він вважається найважливішим питанням для цивільного інженера.
Передвстановлений бетон - одна з найважливіших частин конструкції, і ви повинні, і ви повинні мати належні знання про це. Розберемося детально.
Попередньо напружена конструкція бетону відрізняється від звичайної залізобетонної конструкції завдяки застосуванню початкового навантаження на конструкцію перед її використанням. Початкове навантаження або попереднє напруження застосовуються для того, щоб дозволити структурі протидіяти напругам, що виникають під час його експлуатації. Попереднє напруження споруд було впроваджено наприкінці ХІХ ст. Концепція попереднього напруження існувала до застосування в бетоні.
Наведено два приклади попереднього напруження перед розробкою попередньо напруженого бетону
Силовий монтаж металевих смуг на дерев'яних бочках Металеві смуги викликають стан початкового стиснення обруча, щоб протидіяти натягу обруча, що викликається заповненням рідини в бочках
Попереднє натягування спиць на велосипедному колесі. Попередній натяг спиці в велосипедному колесі застосовується до такої міри, що завжди буде залишкове напруження в спиці
Для бетону внутрішні напруги індукуються (як правило, за допомогою натягнутої сталі) з наступних причин. Міцність на розрив бетону становить лише близько 8% до 14% від його міцності на стиск. Тріщини мають тенденцію розвиватися на ранніх стадіях навантаження в згинальних деталях, таких як балки і сляби. Щоб запобігти подібним тріщинам, сила стиснення може бути відповідним чином застосована в перпендикулярному напрямку. Попереднє напруження підвищує згинальні, зсувні і скручувальні можливості згинальних елементів. У трубах і резервуарах для зберігання рідини розтягуючі напруги обруча можуть ефективно протидіяти круговому попередньому напрузі.
Наступний нарис пояснює застосування попереднього напруження.
Помістіть і розтягніть прутки з м'якої сталі перед бетонуванням
Малюнок - Напруження бетонних балок м'якими сталевими стрижнями
Прутки з м'якої сталі розтягуються і навколо них виливається бетон. Після затвердіння бетону, розтягування стрижнів звільняється. Стрижні намагатимуться відновити свою початкову довжину, але це запобігається навколишнім бетоном, до якого прикріплена сталь. Таким чином, бетон в даний час ефективно перебуває в стані попереднього стиснення. Вона здатна протидіяти розтягуючим напругам, таким як виникає з навантаження, показаного на наступному ескізі.
Але ранні спроби попереднього напруження не були повністю успішними. Було відмічено, що ефект попереднього напруження скорочується з часом. Вантажопідйомністю членів були обмежені. Під впливом навантажень учасники виявилися невдалими. Це було пов'язано з наступною причиною. Бетон стискається з часом. Більш того, при постійному навантаженні деформація в бетоні зростає зі збільшенням часу. Це відоме як деформація повзучості. Зниження довжини за рахунок повзучості і усадки також застосовні до вбудованої сталі, що призводить до значних втрат в розтягуванні.
Форми сталевої опори
Дроти- Дріт попереднього напруження - це єдиний сталевий блок.
Пасма - Два, три або сім дроти намотані для формування нитки попереднього напруження.
Сухожилля - група ниток або дроту намотується для утворення попередньо напруженого сухожилля.
Кабель - група сухожиль, що утворюють кабель попереднього напруження.
Бари - Сухожилля може складатися з однієї сталевої штанги. Діаметр бруска набагато більший, ніж у дроту.
Природа інтерфейсу з бетону
З'єднане сухожилля - Якщо між підживлювальним сухожиллям і бетоном є адекватний зв'язок, це називається скріпленим сухожиллям. Попередньо натягнуті і залиті затиснутими сухожилля прив'язані сухожилля.
Незв'язане сухожилля - Коли немає зв'язку між попередньо напруженим сухожиллям і бетоном, це називається незв'язаним сухожиллям. Коли затирання не застосовується після пост-натягування, сухожилля є незв'язаним сухожиллям. Етапи навантаження Аналіз попередньо напружених елементів може бути різним для різних стадій навантаження.
Етапи навантаження наступні.
1) Початковий: його можна поділити на два етапи.
а) Під час натягування сталі
б) При передачі попереднього напруження на бетон.
2) Проміжний: Це включає навантаження під час транспортування попередньо напружених елементів.
3) Заключний: його можна поділити на два етапи.
а) Під час служби, під час роботи.
б) У кінцевому підсумку, під час екстремальних подій
Переваги попереднього напруження
Попереднє напруження бетону має ряд переваг у порівнянні з традиційним залізобетоном (RC) без попереднього напруження. Повністю напружений бетонний елемент зазвичай піддається стиску під час експлуатації. Це виправляє кілька недоліків бетону. Наступний текст широко згадує про переваги попередньо напруженого бетонного елемента з еквівалентним елементом RC. Для кожного ефекту перераховані переваги.
Розділ залишається нерубленим під навантаженням служби.
Зменшення корозії сталі Підвищення довговічності.
Використовується повний розділ
Вищий момент інерції (вища жорсткість)
Менше деформацій (покращена працездатність).
Збільшення здатності до зсуву.
Підходить для використання в посудинах високого тиску, рідинно-утримуючих конструкціях. Підвищена продуктивність (пружність) при динамічному і втомному навантаженні.
Високі співвідношення проміжків і глибин Більші проміжки можливі при попередньому напруженні (мости, будівлі з великими вільними від колон просторами).
Ненапряженная плита 28: 1 Напряженна плита 45: 1 Для того ж діапазону, меншої глибини в порівнянні з елементом RC.
Зниження власної ваги.
Більше естетичної привабливості завдяки тонким розділам
Більш економічні розділи.
Підходить для збірного будівництва
Переваги збірного будівництва полягають у наступному.
Швидке будівництво
Кращий контроль якості
Зменшення технічного обслуговування придатне для повторюваного будівництва. Багаторазове використання опалубки.
Скорочення опалубки.
Наявність стандартних форм.
Після натягування
Системи попереднього напруження розвивалися протягом багатьох років, і різні компанії запатентували свою продукцію. Детальна інформація про системи наведена в каталогах продукції та брошурах, що публікуються компаніями. Існують загальні рекомендації щодо попереднього напруження в розділі 12 IS 1343: 1980. Інформація, наведена в цьому розділі, є вступним за своїм характером, з акцентом на основних поняттях систем. Системи і пристрої попереднього напруження описані окремо для двох типів попереднього напруження, попереднього натягу і постнатягування. Цей розділ охоплює після натягування. Системи та пристрої попереднього натягу охоплюють попереднє натягування. При пост-натягуванні напруга прикладають до сухожиль після затвердіння бетону. Стадії постнатягування описані далі.
Етапи після натягування
У системах після натягування канали для сухожиль (або ниток) розміщуються разом з армуванням перед литтям бетону. Сухожилля поміщають у повітроводи після виливки бетону. Канал запобігає контакту між бетоном і сухожиллями під час операції натягу. На відміну від попереднього натягування, сухожилля витягуються з реакцією, що діє проти затверділого бетону. Якщо канали заповнені затіркою, то вона відома як скріплене після натягування. Затирка - це акуратна цементна паста або піщано-цементний розчин, що містить відповідну домішку.
У незв'язаному пост-натягуванні, як випливає з назви, канали ніколи не затікаються і сухожилля тримається в напрузі виключно кінцевими кріпленнями. Наведений нижче нарис показує схематичне зображення заглушеного елемента після натягування. Профіль каналу залежить від умов підтримки. Для простого опорного елемента канал має провисання між кінцями. Для безперервного елемента трубопровід прогинається в прольоті і свиней над опорою.
Різні етапи операції після натягу підсумовуються наступним чином.
Лиття бетону.
Розміщення сухожиль.
Розміщення блоку кріплення і роз'єму. Накладання натягу на сухожилля.
Розсадження клинів.
Різання сухожиль
Залізобетон (RC) - це композитний матеріал, в якому відносно низька міцність на розрив і пластичність бетону протидіють включенню арматури, що володіє більш високою міцністю на розрив або пластичністю. Підсилення зазвичай, хоча і не обов'язково, сталеві арматурні прути (арматура) і зазвичай вбудовується пасивно в бетон перед бетонними наборами. Зміцнюючі схеми, як правило, призначені для протидії розтягуючим напругам у конкретних областях бетону, що може спричинити неприйнятні тріщини та / або структурні відмови. Сучасний залізобетон може містити різноманітні армуючі матеріали, виготовлені зі сталі, полімерів або альтернативного композитного матеріалу в поєднанні з арматурою чи ні. Залізобетон також може бути постійно напруженим (для розтягування), щоб поліпшити поведінку кінцевої структури при робочих навантаженнях. У Сполучених Штатах найпоширенішими методами цього є попереднє натягування і постнатягування.
Для міцної, пластичної та міцної конструкції арматура повинна мати принаймні такі властивості:
Висока відносна міцність.
Висока толерантність до розтягування.
Гарний зв'язок з бетоном, незалежно від рН, вологості та подібних факторів.
Теплова сумісність, що не викликає неприйнятних напруг у відповідь на зміну температури.
Довговічність в конкретному середовищі, незалежно від корозії або стійкої напруги.
Використання в будівництві
Арматура даху Sagrada Familia у будівництві (2009)
· Багато різних типів конструкцій і компонентів конструкцій можуть бути побудовані із застосуванням залізобетону, включаючи плити, стіни, балки, колони, фундаменти, рами та багато іншого.
Залізобетон може бути класифікований як збірний або бетон на місці.
Розробка та впровадження найбільш ефективної системи підлоги є ключовим для створення оптимальних будівельних конструкцій. Невеликі зміни в конструкції системи підлоги можуть мати значний вплив на матеріальні витрати, графік будівництва, граничну міцність, експлуатаційні витрати, рівень зайнятості та кінцеве використання будівлі.
Без посилення неможливо побудувати сучасні конструкції з конкретними матеріалами.
Ключові характеристики
Три фізичні характеристики надають залізобетону його особливі властивості:
Коефіцієнт теплового розширення бетону аналогічний коефіцієнту сталевого, усуваючи великі внутрішні напруги внаслідок різниці теплового розширення або стиснення.
Коли цементна паста в бетоні твердне, це відповідає деталям поверхні сталі, що дозволяє ефективно передавати будь-які напруги між різними матеріалами. Зазвичай сталеві прутки є шорсткими або гофрованими для подальшого поліпшення зв'язку або зчеплення між бетоном і сталлю.
Лужна хімічна середовище, що забезпечується лужним резервом (КОН, NaOH) і портландитом (гідроксид кальцію), що міститься в затверділому цементному маслі, формує на поверхні сталі пасивуючу плівку, що робить її набагато більш стійкою до корозії, ніж це було б бути в нейтральних або кислотних умовах. Коли цементна паста піддається впливу повітря, а метеорна вода реагує з атмосферним СО2, портландит і гідрат кальцію силікату (CSH) загартованої цементної пасти прогресують, а високий рН поступово знижується з 13,5 - 12,5 до 8,5, рН води в рівновазі з кальцитом (карбонат кальцію) і сталь більше не пасивується.
Як правило, лише для того, щоб дати уявлення про величину, сталь захищається при рН вище ~ 11, але починає кородувати нижче ~ 10 залежно від характеристик сталі та місцевих фізико-хімічних умов, коли бетон стає газованим. Карбонізація бетону разом з проникненням хлоридів є одними з головних причин виходу з ладу арматури в бетоні.
Відносна площа поперечного перерізу сталі, необхідна для типового залізобетону, зазвичай досить мала і коливається від 1% для більшості балок і плит до 6% для деяких стовпчиків. Арматурні прутки звичайно круглого поперечного перерізу і змінюються в діаметрі. Залізобетонні конструкції іноді мають положення, такі як вентильовані порожні стрижні для контролю їх вологості та вологості.
Розподіл бетонних (незважаючи на зміцнення) характеристик міцності вздовж поперечного перерізу вертикальних залізобетонних елементів є неоднорідним
Підсилення та термінологія балок
Дві пересічні балки, що входять до складу стеллажу для гаражів, містять як арматурну сталь, так і електропроводку, розподільчі коробки та інші електричні компоненти, необхідні для встановлення підсвічування на рівні гаража під ним.
Промінь вигинається під згинальним моментом, що призводить до невеликої кривизни. На зовнішній стороні (межі розтягування) кривизни бетон відчуває розтягуючу напругу, а на внутрішній стороні (стискаюча грань) відчуває стискаючу напругу.
Окремо посилена балка - це таке, в якому бетонний елемент тільки зміцнюється поблизу розтягуючої поверхні, а арматура, що називається натяжною сталлю, розрахована на те, щоб протистояти напрузі.
Двократно посилена балка є такою, в якій, крім розтягуючого армування, бетонний елемент також зміцнюється поблизу стискаючої поверхні, щоб допомагати бетону резистентному стиску. Остання арматура називається компресійною сталлю. Коли зона стиснення бетону є недостатньою, щоб протистояти стискаючому моменту (позитивний момент), додаткове підкріплення повинно бути забезпечене, якщо архітектор обмежує розміри секції.
Підсилена балка є такою, в якій ємність натягу арматури на розтяг менша, ніж комбінована ємність стиснення бетону і компресійної сталі (підсилена на розтяжній поверхні). Коли залізобетонний елемент підлягає збільшенню згинального моменту, натяжна сталь поступається в той час, коли бетон не досягає остаточного стану відмови. Як сталь натягування виходить і розтягується, "під-армований" бетон також дає в пластичний спосіб, виявляючи велику деформацію і попередження до його остаточної поломки. У цьому випадку межу плинності сталі регулює конструкцію.
Надмірна арматура є такою, в якій натяжна здатність натяжної сталі більше, ніж комбінована ємність стиснення бетону і сталею для стиснення (надміцнене на розтяжній поверхні). Таким чином, "надміцний бетон" пучок виходить з ладу шляхом дроблення бетону компресійної зони і перед станом натягу зони, що не дає жодного попередження до відмови, оскільки відмова є миттєвою.
Збалансована посилена балка є такою, в якій обидві зони стиснення і розтягування досягають при однаковому навантаженні на балку, а бетон розтрощується, а розтягуюча сталь виходить одночасно. Цей критерій проектування, однак, є ризикованим, як надмірно залізобетонний, тому що відмова раптово виникає, коли бетон одночасно розтрощує сталь при розтягуванні, що дає дуже мало попередження про погіршення напруги.
Залізобетонні залізобетонні елементи, що переносять моменти, зазвичай повинні бути спроектовані таким чином, щоб вони не були посилені, щоб користувачі конструкції отримували попередження про майбутній обвал.
Характерною міцністю є міцність матеріалу, де менше 5% зразка демонструє меншу міцність.
Конструктивна міцність або номінальна міцність - це міцність матеріалу, включаючи фактор безпеки матеріалу. Величина коефіцієнта безпеки в загальному випадку коливається від 0,75 до 0,85 в конструкції Допустимого напруги.
Кінцевий граничний стан є теоретичною точкою відмови з певною ймовірністю. Вона викладена під факторизованими навантаженнями і факторними опорами.
