Всеки граждански инженер трябва да знае отговора на този въпрос, защото той се счита за най-важния въпрос за строителния инженер.
Предварително напрегнатият бетон е една от най-важните части на конструкцията и вие трябва и трябва да имате подходящи познания за него. Нека го разберем подробно.
Предварително напрегнатата бетонна конструкция е различна от конвенционалната стоманобетонна конструкция, поради прилагането на първоначално натоварване върху конструкцията преди нейното използване. Първоначалният товар или предварително напрежение се прилагат, за да се даде възможност на конструкцията да противодейства на напреженията, възникващи по време на експлоатационния му период. В края на деветнадесети век е въведено предварително напрежение на конструкциите. Концепцията за предварително напрягане е съществувала преди приложенията в бетона.
Осигурени са два примера за предварително напрягане преди разработването на предварително напрегнат бетон
Принудително монтиране на метални ленти върху дървени бъчви Металните ленти предизвикват първоначално сгъстяване на обръча, за да се противодейства на опъна на обръча, причинен от пълнене на течност в бъчвите.
Предварително опъване на спиците в колело за велосипеди. Предварителното напрежение на спица в колело за велосипеди се прилага до такава степен, че винаги да има остатъчно напрежение в спицата
За бетона се предизвикват вътрешни напрежения (обикновено с помощта на опъната стомана) поради следните причини. Якостта на опън на бетона е само около 8% до 14% от неговата якост на натиск. Пукнатините са склонни да се развиват в ранните етапи на натоварване в гъвкави елементи като греди и плочи. За да се предотвратят такива пукнатини, силата на натиск може да се приложи подходящо в перпендикулярна посока. Предварителното натоварване увеличава възможностите на огъване, срязване и усукване на гъвкавите елементи. В тръбите и резервоарите за съхранение на течности, опънатите напрежения на обръча могат да бъдат ефективно противодействани от кръговото предварително напрягане.
Следващата скица обяснява прилагането на предварително напрягане.
Поставете и разтегнете меките стоманени пръчки преди бетонирането
Фигура- Предварително напрежение на бетонни греди с меки стоманени пръти
Ленти от мека стомана се опъват и около тях се излива бетон. След втвърдяване на бетона се освобождава напрежението в прътите. Прътовете ще се опитат да си възвърнат първоначалната дължина, но това се предотвратява от заобикалящия бетон, към който е свързана стоманата. По този начин бетонът сега е в състояние на предварително компресиране. Той е в състояние да противодейства на напрежението на опън, което възниква от товара, показан на следващата скица.
Но ранните опити за предварително напрягане не бяха напълно успешни. Наблюдава се, че ефектът от предварително напрягане намалява с времето. Товароносимостта на членовете беше ограничена. При продължително натоварване членовете бяха открити за фалит. Това се дължи на следната причина. Бетонът се свива с времето. Освен това при продължително натоварване, напрежението в бетона нараства с увеличаване на времето. Това е известно като напрежение на пълзене. Намаляването на дължината, дължащо се на пълзене и свиване, е приложимо и за вградената стомана, което води до значителна загуба на опън на опън.
Форми на предварително напрегната стомана
Проводници- Предварително напрегната жица е единична изработена от стомана.
Направления - Два, три или седем жици са навити, за да образуват предварително напрежение.
Сухожилие - група от нишки или жици са навити, за да образуват предварително напрежение на сухожилието.
Кабел - Група сухожилия образуват кабел за предварително напрягане.
Барове - А сухожилие може да се състои от една стоманена лента. Диаметърът на пръта е много по-голям от диаметъра на тел.
Същност на интерфейса от стоманобетон
Свързано сухожилие - Когато има адекватна връзка между предварително напрягащото сухожилие и бетона, тя се нарича свързано сухожилие. Предварително опънати и запълнени след напрегнати сухожилия са свързани сухожилия.
Несвързано сухожилие - Когато няма връзка между сухожилието за предварително напрягане и бетона, това се нарича несвързано сухожилие. Когато варовикът не се прилага след натягане, сухожилието е несвързано сухожилие. Етапи на натоварване Анализът на предварително напрегнатите елементи може да бъде различен за различните етапи на натоварване.
Етапите на натоварване са следните.
1) Първоначално: Може да се раздели на два етапа.
а) По време на опъване на стомана
б) При прехвърляне на предварително напрягане към бетон.
2) Междинно: Това включва товари по време на транспортиране на предварително напрегнатите елементи.
3) Окончателна: Тя може да бъде разделена на два етапа.
а) По време на работа, по време на работа.
б) Накрая, при екстремни събития
Предимства на предварително напрежение
Предварителното напрягане на бетона има няколко предимства в сравнение с традиционния стоманобетон (RC) без предварително напрягане. Изцяло предварително напрегнатият бетонен елемент обикновено се подлага на компресия по време на експлоатационния живот. Това отстранява няколко недостатъка на бетона. Следващият текст широко споменава предимствата на предварително напрегнати бетонови елементи с еквивалентен RC елемент. За всеки ефект са изброени ползите.
Разделът остава неизчистен при експлоатационни натоварвания.
Намаляване на корозия на стоманата Увеличаване на издръжливостта.
Използва се пълен раздел
По-висок момент на инерция (по-висока твърдост)
По-малко деформации (подобрена експлоатационна годност).
Увеличаване на капацитета на срязване.
Подходящ за използване в съдове под налягане, задържащи течности структури. Подобрени експлоатационни характеристики (гъвкавост) при динамично и уморено натоварване.
Високи съотношения между дълбочина и дълбочина По-големи разстояния са възможни при предварително напрягане (мостове, сгради с големи пространства без колони). По-долу са дадени типични стойности на съотношенията между дълбочина и дълбочина в плочите.
Плоскости без предварително напрежение 28: 1 Предварително напрегната плоча 45: 1 За същия диапазон, по-малка дълбочина в сравнение с RC елемента.
Намаляване на собственото тегло.
По-естетичен облик поради тънките участъци
По-икономични секции.
Подходящ за сглобяемо строителство
Предимствата на сглобяемото строителство са следните.
Бързо строителство
По-добър контрол на качеството
Намалена поддръжка, подходяща за повтарящо се строителство. Многократно използване на кофраж.
Намаляване на кофража.
Наличност на стандартни форми.
Пост-опъване
С течение на годините системите за предварително напрежение са се развили и различни компании са патентовали своите продукти. Подробна информация за системите е дадена в продуктовите каталози и брошури, публикувани от компаниите. Съществуват общи насоки за предварително напрягане в раздел 12 на IS 1343: 1980. Информацията, дадена в този раздел, е уводна по природа, с акцент върху основните понятия на системите. Системите и устройствата за предварително напрягане са описани поотделно за двата вида предварително напрягане, предварително опъване и след натягане. Този раздел обхваща последващо опъване. Системи и устройства за предварително опъване покриват предварително опъване. При по-нататъшно натягане, напрежението се прилага към сухожилията след втвърдяване на бетона. Етапите на пост-опъване са описани по-нататък.
Етапи на последващо опъване
В системи след натягане, каналите за сухожилията (или нишките) се поставят заедно с армировката преди отливането на бетон. Сухожилията се поставят в каналите след отливането на бетон. Каналът предотвратява контакта между бетона и сухожилията по време на операцията на опъване. За разлика от предварително опъване, сухожилията се издърпват с реакцията, действаща срещу втвърдения бетон. Ако каналите са запълнени с фуги, тогава тя е известна като свързващо постнатягане. Фугата е чиста циментова паста или пясъчно-циментова замазка, съдържаща подходяща смес.
В несвързаното след напрежението, както подсказва името, каналите никога не са запълнени и сухожилието се държи в напрежение единствено от крайните закрепвания. Следващата скица показва схематично изображение на фугиран елемент след поставяне. Профилът на канала зависи от условията на поддръжка. За просто поддържащ елемент каналът има увиснал профил между краищата. За непрекъснат елемент каналът пропада в участъка и свинете над опората.
Различните етапи на операцията след натягане са обобщени, както следва.
Леене на бетон.
Поставяне на сухожилията.
Поставяне на блока за закрепване и крик. Прилагане на напрежение към сухожилията.
Седалки на клиновете.
Рязане на сухожилията
Армиран бетон (RC) е композитен материал, при който относително ниската якост на опън и пластичността на бетона се противодействат от включването на армировка с по-голяма якост на опън или пластичност. Армировката обикновено е, макар и не задължително, стоманени армировъчни пръти (арматура) и обикновено се вкарва пасивно в бетона преди бетоновите комплекти. Армировъчните схеми обикновено са проектирани да издържат на напреженията на опън в определени участъци от бетона, които могат да причинят неприемливи пукнатини и / или структурни повреди. Модерният стоманобетон може да съдържа разнообразни армировъчни материали, изработени от стомана, полимери или алтернативен композитен материал заедно с арматура или не. Стоманобетонът може също така да бъде постоянно напрегнат (в напрежение), така че да се подобри поведението на крайната конструкция при работни товари. В Съединените щати най-често срещаните методи за това са известни като предварително напрежение и след натягане.
За силна, пластична и дълготрайна конструкция армировката трябва да има поне следните свойства:
Висока относителна сила.
Висока толерантност на опън.
Добра връзка с бетона, независимо от pH, влага и други подобни фактори.
Термична съвместимост, която не причинява неприемливи напрежения в отговор на променящите се температури.
Устойчивост в бетонната среда, независимо от корозия или продължително натоварване.
Използване в строителството
Арматура на покрива на Sagrada Família в строителството (2009)
· Много различни видове конструкции и компоненти на конструкциите могат да бъдат изградени от стоманобетон, включително плочи, стени, греди, колони, фундаменти, рамки и др.
Армиран бетон може да се класифицира като сглобяем или бетонен на място.
Проектирането и внедряването на най-ефективната подова система е от ключово значение за създаването на оптимални строителни конструкции. Малките промени в дизайна на подова система могат да имат значително въздействие върху материалните разходи, графика на строителството, крайната здравина, експлоатационните разходи, нивата на заетост и крайната употреба на сградата.
Без укрепване не би било възможно изграждането на съвременни конструкции с конкретен материал.
Основни характеристики
Три физични характеристики придават на стоманобетона неговите специални свойства:
Коефициентът на термично разширение на бетона е подобен на този на стомана, като елиминира големите вътрешни напрежения, дължащи се на разлики в топлинното разширение или свиване.
Когато циментовата паста в бетона се втвърди, тя съответства на повърхностните детайли на стоманата, което позволява ефективно пренасяне на напрежение между различните материали. Обикновено стоманените пръти са грапави или вълнообразни, за да се подобри допълнително свързването или сцеплението между бетона и стоманата.
Алкалната химическа среда, осигурена от алкалния резерв (КОН, NaOH) и порталнити (калциев хидроксид), съдържаща се в закалената циментова паста, предизвиква образуването на пасивиращ филм върху повърхността на стоманата, което го прави много по-устойчив на корозия, отколкото би било да бъде в неутрални или кисели условия. Когато циментовата паста е изложена на въздуха и метеорната вода реагира с атмосферния СО2, портландът и калциевият хидрат (CSH) на втвърдената циментова паста постепенно се газират и високата стойност на рН постепенно намалява от 13,5 - 12,5 до 8,5, рН вода в равновесие с калцит (калциев карбонат) и стоманата вече не е пасивирана.
Като основно правило, само за да се даде представа за порядъка, стоманата се защитава при рН над ~ 11, но започва да корозира под ~ 10 в зависимост от характеристиките на стоманата и местните физико-химични условия, когато бетонът се газира. карбонатирането на бетона заедно с навлизането на хлорид са сред главните причини за отказ на армировъчните пръти в бетон.
Относителната площ на напречното сечение на стомана, необходима за типичния стоманобетон, обикновено е доста малка и варира от 1% за повечето греди и плочи до 6% за някои колони. Укрепващите пръти обикновено са кръгли в напречно сечение и се различават по диаметър. Стоманобетонните конструкции понякога имат разпоредби като вентилирани кухи жила за контролиране на влагата и влажността им.
Разпределението на бетонните (въпреки усилващите) якостни характеристики по напречното сечение на вертикалните стоманобетонни елементи е нехомогенно
Укрепване и терминология на гредите
Две пресичащи се греди вградени в паркова гаражна плоча, които ще съдържат армировъчна стомана и окабеляване, разклонителни кутии и други електрически компоненти, необходими за инсталиране на осветителното тяло за нивото на гаража под него.
Лъч се огъва под огъващ момент, което води до малка кривина. На външната страна на лицето (на опън) на извивката бетонът изпитва напрежението на опън, докато на вътрешната страна (при компресионното лице) се усеща напрежение на натиск.
Единична армирана греда е тази, в която бетонният елемент е само подсилен близо до лицевата страна на опън и армировката, наречена напрегната стомана, е проектирана да издържи напрежението.
Двойно подсилена греда е тази, в която, освен армировката на опън, бетонният елемент също е подсилен в близост до компресиращото лице, за да помогне на бетона да устои на компресия. Последната армировка се нарича компресираща стомана. Когато зоната на компресия на бетона е неподходяща да устои на момента на натиск (положителен момент), трябва да се предвиди допълнителна армировка, ако архитектът ограничи размерите на секцията.
Под-армирана греда е тази, при която капацитетът на опън на опънната армировка е по-малък от комбинирания капацитет на сгъстяване на бетона и компресионната стомана (подсилена при опън). Когато стоманобетонният елемент е подложен на нарастващ огъващ момент, натягащата стомана дава добив, докато бетонът не достига крайното си състояние на повреда. Тъй като напрегнатата стомана добива и се разтяга, един "под-подсилен" бетон също се отваря по еластичен начин, проявявайки голяма деформация и предупреждение преди крайния провал. В този случай границата на провлачване на стоманата регулира конструкцията.
Свръх усилена греда е тази, при която капацитетът на опън на опъващата стомана е по-голям от комбинирания капацитет за сгъстяване на бетона и компресионната стомана (свръх усилена при опън). Така "свръх-стоманобетонната" греда се проваля чрез смачкване на бетона на компресионната зона и преди стоманата на опънната зона, която не дава никакво предупреждение преди отказ, тъй като отказът е мигновен.
Балансираната армирана греда е тази, при която както компресивните, така и зоните на опън достигат при едно и също натоварено натоварване върху гредата, а бетонът ще се смачка и стоманата на опън ще добие едновременно. Този критерий за проектиране е също толкова рискован, колкото свръх-армиран бетон, тъй като отказът е внезапно, тъй като бетонът се раздробява едновременно с добивите на опън на стоманата, което дава много малко предупреждение за бедствие при отказ на напрежение.
Елементите, носещи стоманобетонни стоманобетонни елементи, обикновено трябва да бъдат проектирани така, че да бъдат подсилени, така че потребителите на конструкцията да получават предупреждение за предстоящо срутване.
Характерната сила е якостта на материала, където по-малко от 5% от пробата показва по-ниска якост.
Конструктивната якост или номиналната якост е здравината на материала, включително и материалният коефициент на безопасност. Стойността на коефициента на безопасност обикновено варира от 0.75 до 0.85 в конструкцията на допустимото напрежение.
Крайното гранично състояние е теоретичната точка на неуспех с определена вероятност. Той се посочва при факторизирани товари и съпротивителни фактори.
