Технические характеристики предварительно напряженной стали в предварительно напряженном бетоне
Для изготовления предварительно напряженных бетонных конструкций обычно используется высокопрочная сталь, состоящая из проволоки, прутков или прядей. Высокая прочность стали на растяжение обычно достигается за счет незначительного увеличения содержания углерода в стали по сравнению с низкоуглеродистой сталью.
Высокопрочная сталь обычно содержит от 0,6 до 0,85% углерода, от 0,7 до 1% марганца, 0,05% серы и фосфора.
Слитки высокоуглеродистой стали подвергаются горячей прокатке в прутки и холодной вытяжке через фильеры для уменьшения диаметра и увеличения прочности на разрыв.
Прочность проволоки повышается благодаря холодному волочению. Затем холоднотянутая проволока подвергается закалке для улучшения своих свойств.
Отпуск, старение или снятие напряжения путем термической обработки проволоки при температуре 150-420°C повышает прочность на разрыв. Эти холоднотянутые проволоки обычно выпускаются номинального размера диаметром 2,5, 3, 4, 5, 7 и 8 мм.
Сталь для предварительного напряжения, в соответствии с кодексом, должна быть любого из следующих типов:
- Обычная жесткотянутая стальная проволока, соответствующая IS: 785(часть 1)-1966 и IS: 1785(часть 2)-1967,
- Холоднотянутая проволока с насечками,
- высокопрочный стальной пруток, соответствующий стандарту IS: 2090- 1962, и
- прядь без покрытия, соответствующая стандарту IS: 6006-1970.
Стальная проволока с жесткой вытяжкой которые имеют насечки или обжим, предпочтительны для предварительно напряженных элементов, так как их характеристики сцепления превосходят обычные проволоки.
Обычно пряди состоят из двух, трех или семи проволок размером от 2 до 5 мм. Спиралевидная форма скрученных проволок в пряди улучшает прочность соединения. Двух- и трехслойные пряди состоят из проволок диаметром 2 мм и 3 мм, а семислойная прядь изготавливается путем скручивания проволок диаметром от 2 до 5 мм.
Прутки из высокопрочной стали обычно используемые для предварительного напряжения, производятся номинальными размерами 10, 12, 16, 20, 22, 25, 28 и 32 мм в диаметре. Предел прочности при растяжении прутков не сильно зависит от диаметра. Это объясняется тем, что высокая прочность прутков обусловлена легированием, а не холодной обработкой, как в случае с проволокой.
Минимальный характерный предел прочности при растяжении высокопрочных прутков согласно кодексу составляет 980 Н/мм2. Их испытательное напряжение должно быть не менее 80% от минимальной заданной прочности на растяжение. Удлинение при разрыве должно составлять 10% для указанной длины стержня.
Указывается, что вся преднапряженная сталь не должна иметь расслоений, вредных растяжений, дефектов поверхности, грубых, неровных и несовершенных кромок и других дефектов, которые могут ухудшить ее использование в преднапряженном бетоне. Небольшая ржавчина на поверхности арматуры может быть допущена при условии отсутствия видимой поверхностной точечной коррозии.
Если изготавливаются какие-либо муфты или другие подобные приспособления, используемые в сочетании с проволокой или стержнями, они должны иметь предел прочности не меньше, чем индивидуальная прочность проволоки или стержней, которые соединяются.
В кодексе указано, что модуль упругости стальных сухожилий должен определяться путем испытаний образцов стали, которые будут фактически использоваться в строительстве. В противном случае это значение может быть получено от производителя стали. Если это также невозможно, то можно использовать следующие значения.
Тип стали
Модуль упругости Юнга (E) в кН/мм2
Обычная холоднотянутая проволока
210
Прутки из высокопрочной стали, прокатные или термически обработанные
200
Пряди
195
Предел прочности при растяжении обыкновенной стальной проволоки твердой вытяжки зависит от ее диаметра. Предел прочности при растяжении уменьшается с увеличением диаметра проволоки. Характеристики прочности при растяжении и удлинения холоднотянутой проволоки с ослабленным напряжением согласно IS: 1785 (Part1)-1983 приведены в следующей таблице:
Номинальный диаметр (мм)
Минимальная прочность на разрыв (Н/мм2)
Удлинение (%)
2.5
2010
3.0
1865
4.0
1715
5.0
1570
6.0
1470
7.0
1375
Допустимые напряжения в стали
Согласно индийскому кодексу, допустимые напряжения в сухожилиях во время начального предварительного напряжения не должны превышать 80% от характерной прочности сухожилий на растяжение. Окончательное предварительное напряжение после учета всех потерь предварительного напряжения должно быть не менее 45% от характерной прочности на растяжение сухожилий.
Ненапряженная арматура
В предварительно напряженной бетонной конструкции наряду с сухожилиями необходимо использовать ненапрягаемую арматуру. Это необходимо, так как растягивающие напряжения, возникающие в результате предварительного напряжения, действуют в боковых направлениях. Эти напряжения воспринимаются ненапрягаемой арматурой, которая устанавливается в дополнение к сухожилиям в поперечном и продольном направлениях.
Ненапрягаемая арматура также необходима для восприятия напряжений, возникающих во время транспортировки предварительно напряженных бетонных элементов.
Арматура, используемая в качестве ненапрягаемой стали, должна быть одного из следующих типов:
- Что такое арматура? Типы и марки стальной арматуры.
- Преднапряженная кладка – методы преднапряжения, преимущества и применение.
- Передовые композиционные материалы (ACM).
- Ремонт арматуры: Методы и процедуры.
- Что такое стальная арматура? Виды и свойства стальной арматуры.
- Что такое преднапряженный бетон?.
- Детализация железобетонных балок в соответствии с кодексом ACI.