состояния предварительно напряженных элементов

 

Рассмотрим характер изменения напряженного состояния в нормальном сечении изгибаемого элемента, предварительное напряжение в котором создается путем натяжения арматуры на упоры. При этом имеют место следующие состояния:

· Состояние 1 (рис. 3.5, а). В зоне элемента, растянутой от внешней нагрузки, располагается напрягаемая арматура с площадью сечения A_sp, а в сжатой — напрягаемая арматура с площадью сечения A'_sp, причем A_sp > A'_sp. Нижняя и верхняя арматуры натягиваются с напряжением σ_sp и σ'_sp и закрепляются на упорах.

· Состояние 2 (рис. 3.5, б). Во время укладки и твердения бетона предварительные напряжения в арматуре уменьшаются вследствие потерь за счет обжатия анкеров, деформации упоров, релаксации напряжений в арматуре, температурного перепада (при пропаривании изделия).

· Состояние 3 (рис. 3.5, в). После приобретения бетоном передаточной прочности R_bp арматуру освобождают с упоров, и она, стремясь укоротиться, обжимает элемент. В зависимости от места приложения равнодействующей усилий от предварительного обжатия все сечение может быть сжато или частично растянуто в верхней зоне. В процессе обжатия элемента в бетоне проявятся деформации быстронатекающей ползучести σ₆, которые приведут к увеличению потерь. Кроме того, в арматуре произойдет снижение напряжений за счет упругого обжатия бетона. Из условий совместной деформации арматуры и бетона ε_s = ε_b (где ε_b = σ_bp/Е_b; ε_s = σ_s/E_s; σ_bp — напряжение в бетоне от сил обжатия), снижение напря­жений в арматуре будет Δσ_s = E_s σ_bp /E_b=ασ_bp. Напряже­ния в арматуре в конце обжатия элемента составят σ_sp — σ_loss1—ασ_bp и σ'_sp — σ'_loss1—ασ'_bp. В случае несимметричного армирования (A_sp >A'_sp) и внецентренного обжатия элемент получит выгиб.

Рис. 3.5. Напряженное состояние предварительно

напряженного изгибаемого элемента

 

· Состояние 4 (рис. 3.5, г). С течением времени вследствие проявления усадки и ползучести бетона арматура после укорочения элемента продолжает терять предварительное напряжение, т.е. происходят вторые потери σ_loss2. Упругие напряжения в бетоне также снижаются и достигают σ_bp1. С учетом всех потерь и упругого обжатия бетона установившиеся напряжения в напряженной арматуре составят σ_sp — σ_loss1— σ_loss2 – ασ_pb1 = σ_sp — σ_loss—ασ_pb1; σ'_sp — σ'_loss— ασ'_pb1.

Состояния 1...4 имеют место до загружения элемента. После приложения внешней нагрузки изгибающий момент создает двузначную эпюру напряжений, сжатие со стороны арматуры A'_sp и растяжение со стороны арматуры A_sp. Эти напряжения суммируются с напряжениями от предварительного обжатия, вследствие чего со стороны арматуры A'_sp сжимающие напряжения в бетоне увеличиваются, а со стороны A_sp уменьшаются.

· Состояние 5 (рис. 3.5, д). При некоторых значениях внешней нагрузки напряжения предварительного обжатия в бетоне на уровне арматуры A_sp достигнут нуля, а напряжения в арматуре A'_sp при этом возрастут и будут равны σ'sp—σ'loss. В дальнейшем работа элемента будет характеризоваться тремя стадиями, аналогичными тем, которые претерпевает изгибаемый элемент без предварительного напряжения (см. § 2.2).

· Состояние 6 (рис. 3.5, е). При увеличении нагрузки напряжение крайнего волокна бетона растянутой зоны достигнет R_bt,ser (стадия 1а), а деформации его увеличатся на ε_bt = R_bt,ser/E_bt,pl = 2R_bt,ser/E_b. Вследствие совместности деформаций (ε_s = ε_bt) напряжения в арматуре A'_sp возрастут на Δσ_s = Δε_sE_s = 2αR_b и будут равны σ'_sp — σ'_loss+2αR_bt,ser.

Таким образом, в предварительно напряженных сечениях при изгибе (как и при растяжении) перед образованием трещин напряжение в арматуре больше, чем в обычных железобетонных сечениях, на (σ_sp — σ_loss). Этим и объясняется повышенная трещиностойкость предварительно напряженных железобетонных конструкций.

· Состояние 7 (рис. 3.5, ж). Образуются трещины в растянутой зоне (стадия II), все растягивающие уси­лия в сечении с трещиной воспримутся арматурой A_sp, при этом соответственно возрастут напряжения в бетоне сжатой зоны.

· Состояние 8 (рис. 3.5, ж). При достижении растянутой арматурой A_sp предельных напряжений R_s,ser, а в сжатом бетоне — R_b,ser наступит разрушение элемента (стадия III).

Таким образом, предварительное напряжение практически не оказывает влияния на несущую способность элементов.

При натяжении арматуры на бетон общая картина изменения напряженного состояния поперечных сечений элемента аналогична рассмотренной. Некоторое отличие состоит в значении напряжений, контролируемых при натяжении арматуры, определении потерь предварительного напряжения и последовательности их проявления.

 

    ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ:

1. Сущность предварительного напряжения.

2. Каковы преимущества предварительно напряженных конструкций?

3. В чем отличие схем натяжения напрягаемой арматуры на упоры и

на бетон?

4. Какие технологические способы существуют для создания

предварительного напряжения?

5. Как осуществляется анкеровка напрягаемой арматуры?

6. Как назначается предварительное напряжение в арматуре?

Для чего вводится коэффициент точности натяжения?

7. Виды потерь предварительного напряжения. Потери до и после

обжатия бетона.

8. Как определяются напряжения в бетоне при обжатии?

9. Последовательность изменения напряженного состояния предварительно напряженных изгибаемых элементов.

10. Как назначается передаточная прочность бетона?