В предварительно напряженных бетонных конструкциях предварительное напряжение создается путем растяжения стальных проволок и их крепления к бетону. Поэтому системы предварительного напряжения должны включать в себя, в основном, метод растяжения стали и метод ее крепления к бетону.
Для предварительного и последующего натяжения применяются различные системы.
Типы систем преднапряжения
1. Система предварительного натяжения
При предварительном натяжении часто используется система Хойера или метод длинной линии. Две насыпные головки или опоры, независимо закрепленные на земле, располагаются на расстоянии нескольких метров друг от друга, между ними натягивается 100 м проволоки. Для проводов устанавливаются формы. Вокруг проводов укладывается бетон.
С помощью этой системы Хойера можно изготовить несколько элементов вдоль одной линии. Этот метод экономичен и используется почти на всех заводах предварительного натяжения.
Для натяжения используется гидравлический домкрат. Провода захватываются на переборках с помощью клиньев с раздвоенным конусом. Эти клинья изготавливаются из конических штифтов. Плоская поверхность штифта имеет зазубрины для захвата проволоки (рис. 1 и 2).
Существует еще один метод предварительного натяжения, известный как система Шорера. В этой системе центральная труба из высокопрочной стали передает предварительное напряжение от окружающих проволок, и весь узел устанавливается на место и бетонируется.
После того, как бетон набирает достаточную прочность, труба удаляется, и предварительное напряжение передается бетону через связь. Отверстие, оставленное трубой, затирается.
Преимуществом системы предварительного натяжения является отсутствие затрат на концевые анкеры, резиновый сердечник или металлическую оболочку, необходимые для системы постнатяжения. Существует большая уверенность в силе предварительного напряжения. В конструкциях с постнатяжением уверенность в силе зависит от двух концевых анкеров.
Недостатки этой системы заключаются в том, что концевые опоры должны быть очень прочными и поставляются только на заводы по производству сборных конструкций. Это, естественно, ограничивает размер элемента, так как большие размеры трудно транспортировать с завода на место строительства. Потери больше в предварительно напряженных элементах.
Типичная станина для предварительного натяжения
Типичная система захвата проволоки
2. Система пост-натяжения
Металлическая труба или гибкий шланг по намеченному профилю помещается внутрь формы и укладывается бетон. Затем гибкий шланг удаляется, оставляя канал внутри конструкции. В канал вставляется стальной трос.
Трос закрепляется на одном конце элемента и натягивается с помощью гидравлического домкрата на другом конце. После натяжения трос закрепляется и на другом конце. Таким образом, система натяжения состоит из концевых анкерных креплений и домкратов.
Популярными системами натяжения являются следующие:
1. Система Фрейссине
Система Фрейссине была введена французским инженером Фрейссине, и это был первый метод. Высокопрочные стальные проволоки диаметром 5 мм или 7 мм в количестве 8 или 12, 16 или 24 штук объединяются в трос со спиральной пружиной внутри. Пружина сохраняет правильное расстояние между проволоками. Трос вставляется в канал.
Система пост-натяжения Фрейссине
Анкерное устройство состоит из бетонного цилиндра с концентрическим коническим отверстием и рифлением на его поверхности, а также конической пробки, имеющей на своей поверхности канавки (рис. 3). По этим канавкам на концах проходят стальные проволоки. Бетонный цилиндр сильно армирован.
Элементы изготавливаются с установленным на место цилиндром. Провода натягиваются с помощью домкратов двойного действия Freyssinet, которые могут протягивать через соответствующие канавки все провода в кабеле одновременно.
Один конец проводов закрепляется, а другой тянется до тех пор, пока провода не растянутся до необходимой длины. Затем внутренний поршень в домкрате проталкивает вилку в цилиндр, чтобы захватить провода.
2. Система Магнел-Блатон
В системе Freyssinet несколько проводов натягиваются одновременно. В системе Магнел-Блатон одновременно натягиваются два провода. Этот метод был введен известным инженером, профессором Магнелем из Бельгии.
В этой системе анкерное устройство состоит из многослойной пластины с пазами для фиксации проводов и клиньев, которые также имеют пазы. Каждая пластина несет восемь проводов.
Между двумя концами расстояние между проволоками поддерживается распорками. Применяются провода 5 мм или 7 мм. Кабели состоят из проводов, кратных 8. В особых условиях используются кабели с 64 проводами.
Специально разработанный домкрат протягивает два провода за один раз и закрепляет их. Проволока с многослойной плитой с использованием конического клина показана на рис.4.
Анкерное крепление системы Магнела
3. Система Гиффорда Удалла
Эта система, созданная в Великобритании, широко используется в Индии. Это однопроволочная система. Каждый провод напрягается независимо с помощью домкрата двойного действия. Любое количество проводов может быть сгруппировано вместе для формирования кабеля в этой системе. В этой системе существует два типа анкерных устройств.
a) Трубчатые анкерные устройства
б) Пластинчатые анкеры
Трубчатое анкерное крепление состоит из опорной плиты, анкерных клиньев и анкерных захватов. Анкерная плита может быть квадратной или круглой и иметь 8 или 12 конических отверстий для размещения отдельных проволок предварительного напряжения. Эти провода фиксируются в конических отверстиях с помощью анкерных клиньев.
Кроме того, в опорной плите предусмотрено отверстие для ввода цементного раствора. Анкерные клинья представляют собой конусные клинья с зубцами на плоской поверхности.
Имеется трубчатый узел, который представляет собой изготовленный из стали компонент, включающий упорную пластину, стальную трубу с окружающей спиралью. Этот узел крепится к концевым заслонкам и образует эффективный литой компонент анкерного крепления (рис. 5).
Пластинчатое анкерное крепление
4. Система Ли МакКолла
Этот метод используется для предварительного напряжения стальных стержней. Диаметр прутка составляет от 12 до 28 мм. Прутки с резьбой на концах вставляются в выполненные каналы. После растяжения стержней до необходимой длины они затягиваются гайками против опорных пластин, предусмотренных на концевых участках элемента (рис.6).
Концевое анкерное крепление для системы Ли МакКолла
5. Другие методы предварительного напряжения
a) Электрическое преднапряжение
При этом методе арматурные стержни покрываются термопластичным материалом, таким как сера или низкоплавкий сплав, и закапываются в бетон. После схватывания бетона через стержень пропускается электрический ток низкого напряжения, но высокой силы тока.
Электрический ток нагревает пруток, и он удлиняется. Прутки, снабженные резьбой на другом конце, затягиваются против тяжелых шайб, после получения требуемого удлинения. Когда пруток остывает, развивается предварительное напряжение, и связь восстанавливается за счет затвердевания покрытия.
б) Химическое предварительное напряжение
Химическое преднапряжение осуществляется с помощью расширяющегося цемента. Предварительное напряжение может быть применено путем введения стали в бетон из расширяющегося цемента. Сталь удлиняется под действием расширения бетона и таким образом получает предварительное напряжение. Сталь, в свою очередь, создает в бетоне сжимающее напряжение.
Читайте также: Методы сборных железобетонных конструкций
Читайте далее:- Классификация каналов на основе различных факторов.
- Виды потерь в преднапряжении предварительно напряженного бетона.
- Преднапряженная кладка – методы преднапряжения, преимущества и применение.
- Анкеры в каменных конструкциях – типы, установка, длина и прочность анкеров.
- Суэцкий канал: Особенности строительства крупнейшего в мире экономического маршрута.
- Предварительное и последующее натяжение в конструкции из преднапряженного бетона.
- Что такое преднапряженный бетон?.