Предварительно напряженный бетон – это система, в которой внутренние напряжения намеренно вызываются без каких-либо внешних нагрузок для улучшения ее характеристик. Внутренние напряжения, вызванные в бетонной конструкции, используются для противодействия напряжениям, возникающим при приложении внешней нагрузки.
Здесь кратко описаны концепция и методы в системе предварительно напряженного бетона.
Концепция преднапряжения
Как уже упоминалось, предварительное напряжение – это приложение начальной нагрузки к бетонной конструкции, чтобы конструкция могла противостоять или выдерживать напряжения, возникающие в результате эксплуатационных нагрузок. Эту концепцию можно четко понять на примере бочки.
Бочка, используемая в старые времена для транспортировки жидкостей и зерна, плотно связана металлическими лентами, как показано на рисунке 1. Эти металлические ленты подогнаны так плотно, что создают сжатие обруча вокруг бочки. Когда эта бочка заполняется жидкостью, она создает натяжение обруча.
Сжатие обруча, создаваемое металлическими лентами, помогает противодействовать натяжению обруча, создаваемому находящейся внутри жидкостью. Это и есть система предварительного напряжения.
Рис.1.Концепция предварительного напряжения в бочке
Аналогичным образом, эффективные внутренние напряжения вызываются в бетоне с помощью натянутых стальных стержней до того, как бетонная конструкция подвергается каким-либо эксплуатационным нагрузкам. Эти напряжения противодействуют внешним напряжениям.
Необходимость предварительного напряжения бетона
Необходимость предварительного напряжения бетона может быть обоснована следующей проблемой:
Методы преднапряжения
Предварительное напряжение может быть выполнено двумя методами:
1. Предварительное натяжение
При методе предварительного натяжения напряжение вызывается путем первоначального натяжения стальных сухожилий. Это проволоки или пряди, натянутые между концевыми анкерными креплениями. После этого процесса натяжения производится заливка бетона.
Когда залитый бетон достаточно затвердеет, концевые анкеры освобождаются. В результате освобождения сила предварительного напряжения передается бетону. Сцепление между бетоном и стальными сухожилиями облегчает передачу напряжения.
Как показано на рис. 2, выступающие на концах сухожилия обрезаются, и получается законченный вид. Для того чтобы вызвать силу предварительного напряжения при методе предварительного натяжения, используется большое количество сухожилий и проволоки. Следовательно, такое расположение требует большой площади контакта поверхностей для обеспечения сцепления и передачи напряжения.
Рис.2.Процесс предварительного натяжения
2. Постнатяжение
Процедура постнатяжения показана на рисунке 3 ниже. Здесь сталь предварительно напрягается только после того, как балка отлита, затвердела и набрала прочность для восприятия предварительного напряжения. Внутри оболочки заливается бетон. Для прохода стальных тросов в бетоне формируются каналы.
Рис.3.Процесс постнатяжения
После того как залитый бетон полностью затвердеет, сухожилия натягиваются. Один конец сухожилия закрепляется, а другой натягивается. В некоторых случаях натяжение может производиться с любой стороны с последующим закреплением.
После завершения предварительного напряжения между сухожилиями и каналом остается пространство. Это приводит к:
1. Скрепленная конструкция
В связной конструкции пространство между воздуховодом и сухожилием заполняется цементным раствором. Процесс цементирования помогает стали в значительной степени противостоять коррозии. Предельная прочность увеличивается, так как этот метод повышает устойчивость к действующим нагрузкам. Затирочная смесь представляет собой цемент и воду в сочетании с добавками или без них. Песок в этой затирке не используется.
2. Несвязанная конструкция
Если для заполнения пространства между воздуховодом и сухожилием не используется цементный раствор, это называется несвязанной конструкцией. В этом случае сталь оцинковывается для защиты от коррозии. Для оцинковки используется гидроизоляционный материал.
Читать далее: Преднатяжение и постнатяжение в конструкции предварительно напряженной бетонной смеси
Преимущества преднапряженного бетона
Основными преимуществами предварительно напряженного бетона являются:
Недостатки преднапряженного бетона
- Преднапряженная кладка – методы преднапряжения, преимущества и применение.
- Плита с постнатяжением – принцип работы, компоненты и конструкция.
- Предварительное и последующее натяжение в конструкции из преднапряженного бетона.
- Виды систем предварительного напряжения и анкерных креплений в преднапряженном бетоне.
- Методы улучшения пластичности балок RCC с помощью стержней из армированного волокнами полимера.
- 5 типов лент, используемых в геодезии.
- Проектирование преднапряженного железобетона – концепция.