Для чего используют преднапряженную арматуру
Что такое предварительно напряженные железобетонные конструкции: преимущества и недостатки
Преднапряженный бетон относится к категории строительных материалов, для производства которого применяется стальная арматура высокой прочности и бетонная смесь. Благодаря особой технологии производства он сопротивляется значительному растягивающему напряжению. Преднапряженный железобетон характеризуется прочностью и повышенной трещиностойкостью.
Определение
Предварительно напряженными железобетонными конструкциями называют стройматериал, во время производства которого бетон поддается начальной расчетной напряженностью сжатия. Во время изготовления материала предварительно формируется напряжение растяжения в стальной арматуре, которая характеризуется высоким уровнем прочности. Она используется для обжатия бетона на участках, которые будут поддаваться напряжению во время эксплуатации.
При сжатии не наблюдается проскальзывания арматуры, так как она скрепляется с материалом и в торце имеет анкерное закрепление. Железобетонный состав армируется, что позволяет уравновесить напряженность. Если в процессе эксплуатации на стройматериал воздействуют полезные нагрузки, то это не приводит к образованию трещин, что продляет срок его службы.
Преимущества
Недостатки
Для того чтобы обеспечить предварительное напряжение железобетонных конструкций, нужно использовать специальное оборудование. Продукция нуждается в бережном хранении, правильной транспортировке и профессиональном монтаже. Это не приведет к аварийному состоянию строительного материала еще до его эксплуатации.
Продольное растягивающее усилие приведет к появлению трещин, которые снизят несущую способность.
Для обеспечения прочности на осевое растяжение нужно использовать металлоемкую опалубку. Это увеличивает расход стали.
Для того чтобы обеспечить тепло- и звукопроводность, нужно использовать компенсирующие материалы. Такие конструкции характеризуются более низким порогом огнестойкости.
В соответствии с сущностью предварительно напряженного железобетона можно сделать выводы, что он не переносит воздействие щелочей, солей, кислот и т.д. При этом наблюдается снижение несущей способности изделий, а также их разрушение. Недостатком конструкции является их внушительный вес.
Материалы для конструкций
Железобетон относится к категории многокомпонентных строительных материалов. Он состоит из бетона и стальной арматуры. Во время проектирования железобетона определяются параметры качества материалов в соответствии со стандартами ГОСТ.
Бетон
Смесь настаивается не менее 28 дней, что позволит получить предварительное напряжение материала. На начальном этапе эксплуатации может наблюдаться частичная утрата напряженного качества бетоном, что объясняется снижением напряженности стальных элементов. Определение нормального сечения железобетонного элемента осуществляется в соответствии с проектом и требованиями дальнейшей эксплуатации.
Арматура
Стальная арматура должна быть напряженной и стойкой к растяжению в процессе всего срока эксплуатации. Она способна выдерживать нагрузки длительное время, что исключит возможность раскрытия трещин на бетоне. Для производства стройматериала применяют высокопрочную сталь, которая имеет незначительную текучесть. Расчетные характеристики стали должны полностью соответствовать ползучести бетона.
Изготовление железобетонных конструкций проводится с использованием арматурной проволоки:
Железобетонные конструкции изготавливаются с использованием холоднодеформированной, горячекатаной упрочненной арматуры, сварных каркасов, канатов. Площадь сечения арматуры напрямую зависит от размеров готового железобетонного изделия. Проволока и канаты имеют серповидное и кольцевое сечение, а арматура – гладкое и периодическое. Сталь должна иметь соответствующую поперечную силу. Текучесть металла по отношению к удлинению должна составлять 0,2 процента.
В соответствии с параметрами растянутого волокна класс прочности арматуры должен быть 0,95 и больше. Она должна характеризоваться холодостойкостью и пластичностью. Оптимальное усилие в напрягаемой арматуре обеспечивается благодаря формированию сложной пространственной поверхности. Именно поэтому материал должен поддаваться свариванию.
Напряжение арматуры во время производства обеспечивается механическими или электротермическими способами. В первом случае это достигается с применением грузов, домкратов и рычагов. Электротермический способ требует заготовить стержни нужной длины, на концах которых располагаются анкера. Их нагревают до 400 градусов, что приводит к их удлинению. В таком состоянии проводится закрепление арматуры на опорах. При охлаждении стержни укорачиваются, но анкера не дают это сделать, что приводит к появлению напряжения.
Области использования конструкций
Применение преднапряженных конструкций рекомендуется при нецелесообразности использования обычного железобетона. Они являются идеальным вариантом при необходимости обеспечения несущей прочности. Применение напряженных железобетонных конструкций осуществляется в различных сферах строительства – промышленной, гражданской, специальной, гидротехнической.
Железобетонные конструкции применяются для сооружения мостов, которые имеют широкие пролеты. Их рекомендовано использовать для строительства напорных трубопроводов и плотин. С помощью ЖБИ проводится монтаж водонепроницаемых емкостей.
Конструкции широко применяются для создания подпорных стен и ограждающих панелей. Если возникает необходимость в возведении фундамента или лестничного марша, то применяются железобетонные конструкции. Их используют для строительства помещений в сейсмо- и взрывоопасных районах. С помощью ЖБИ формируются сборно-монолитные конструкции. Они заключаются в соединении арматурой отдельных преднапряженных сборных элементов. С применением железобетонных конструкций возводятся колонны, а также столбы линий электропередач. С их применением создаются каркасы тоннелей.
Вывод
Преднапряженные ЖБИ характеризуются наличием большого количества преимуществ, поэтому их широко применяют в строительстве. Наличие недостатков объясняется недостаточным качеством проектирования, изготовления и монтажа. Благодаря положительным характеристикам конструкций они широко применяются в возведении разнообразных сооружений.
Назначение и преимущества эксплуатации предварительно напряженной арматуры
Прочность бетонной поверхности в процессе растяжения значительно уступает данному параметру при сжатии. Под чрезмерным перегрузом балка рушится от получения в растянутой области некоторого уровня напряжений еще до момента исчерпания прочности сжатого участка. Разрушение возникает быстро, вместе с формированием трещинообразных дефектов в бетоне посередине пролета либо под грузом.
Самым результативным средством, которое дает возможность применять сталь без снижения эксплуатационных характеристик ж/б конструкций, является напряжение в результате натяжки прутьев и обжима цементного раствора.
Назначение конструкций
В строительных работах для формирования ж/б каркасов все чаще стали использовать предварительно напряженную арматуру. Особенность ее напряжения в том, что рабочий элемент в начале процесса бетонировки испытывает натяжение в результате электротеплового или механического (домкратного) воздействия. По окончании затвердевания бетонной смеси данное натяжение убирается, из-за чего она, пытаясь вернуть свою исходную форму, передает бетону остаточную силу сжатия.
Такой вид ж/б материалов в сравнении с традиционными способен выдерживать многократно увеличенные нагрузки, обладает повышенной трещиностойкостью и жесткостью. Эти качества позволяют снизить непосредственное сечение каркасов, уменьшив таким образом расходование вспомогательных элементов: арматуры и цементной смеси.
Полученные в результате использования преднапряженной арматуры ж/б брусья, активно задействуются при выпуске комплексных ж/б конструкций для жилищно-гражданского строительного сектора (межэтажные перекрытия, основные части лестничных пролетов, балконов), конструировании водонапорных станций, ж/д шпал, цилиндровых баков, контейнеров для силосования и прочего.
Производство арматуры
Плоские и объемные каркасы производятся на арматурно-сварочных предприятиях и в специализированных мастерских, оборудованных высокоэффективным оснащением. На таких заводах рационализация состоит в производстве масштабной сборки элементов армирования с учетом допустимых размеров транспорта и грузоподъемных характеристик монтажно-наладочных агрегатов.
Формируя предварительное напряжение арматуры, в бетоне заблаговременно создают первоначальное обжатие по периметру каркаса или лишь в конкретной области, где присутствуют натяжные напряжения. Степень обжатия должна быль больше натяжных напряжений, которые возникают в бетонном пласте в процессе его эксплуатации (около 55 кГс/см2). Обжим бетонной подушки проводят за счет энергии упругого последействия, образующей напряженное состояние конструкции.
Напрягаемые элементы армирования делают из проволоки высокой прочности, а также однопрутковой или горячепрокатной стали. На выбор готовой продукции влияет категория оборудования, на котором производится ее натяжка.
При выпуске ж/б изделий с напряжением арматуры используют 1-осный и объемный обжим цементной смеси. 1-осный осуществляется проволочной связкой либо специальными стержнями, располагающимися по продольной оси продукции. Объемный – путем навивания нагруженной проволоки в разных направлениях. Кроме этого, допускается проволочное обвитие на готовом изделии, однако требуется дальнейшее предохранение элементов конструкции достаточным бетонным слоем.
Механический метод натяжения арматуры предусматривает растяжку ее под продольной нагрузкой, создаваемой домкратными узлами. Изделие первоначально натягивают до силы, равной 50% от проектной величины. Потом ее увеличивают еще на 10% и выдерживают 5 мин. После этого степень натяга снижают до проектного уровня.
Электротермический метод заключается в том, что растяжение арматуры происходит в результате электронагрева до некоторой температуры. По окончании термовоздействия горячий стержень устанавливается в упорах, которые эффективно препятствуют укорочению его длины при остывании. Затем после полного затвердевания бетона с арматурных стержней снимают крепежи, а сила натяжения переходит в бетонную плоскость.
Для этого метода натяжения применяют аппараты с параллельным и последовательным усилием на несколько стержневых опор. По сравнению с предыдущим способом, данная методика требует менее сложного оснащения и является не такой трудоемкой.
Принцип формирования напряженной арматуры осуществляется при соблюдении определенных закономерностей.
Преимущества напряженных ж/б каркасов
Напрягаемая арматура в плитах
Известно, что бетон прекрасно выдерживает сжимающие нагрузки, но разрушается уже при 10 % значений подобных нагрузок, действующих на растяжение. Именно для усиления способности противостоять растяжению бетон в плитах армируют каркасом со стальными рифлёными стержнями.
Для чего требуется предварительно напряжённое армирование
Арматура в изделиях может быть ненапрягаемой и напрягаемой. Первый вид выполняет функцию пассивного армирования — оно не работает, пока плита не изогнётся от собственного веса или от воздействия поперечной нагрузки. Только в этот момент нижние армирующие стержни будут противодействовать растяжению, но бетон уже получит свою долю растяжения и отреагирует сетью мелких трещин.
Чтобы избежать их появления и повысить прочность плиты при воздействии изгибающих нагрузок, армирующие конструкции при изготовлении бетонных плит предварительно напрягают. Железобетон с напряжённой арматурой находится постоянно в активном состоянии.
Силы напряжения, сжимающие плиту в осевом направлении, компенсируют эксплуатационные силы, вызванные собственным весом и нагрузкой. Растрескивания в напряжённой плите практически не происходят, она способна выдерживать более высокие, чем ненапряжённая плита, нагрузки. Кроме того, напряжённую плиту делают тоньше (140 мм вместо 170), что снижает расход бетона.
Натяжение напрягаемой арматуры
При изготовлении плит (дорожных, перекрытия, аэродромных) применяют метод, называемый натяжение на упоры. Он заключается в том, что арматурные стержни, уложенные в форму до заливки бетона, подвергают растяжению. Его осуществляют двумя способами:
При механическом способе стержни анкеруют и растягивают гидравлическими домкратами. Заливают в форму бетон, уплотняют его и выдерживают до набора 70 %-й прочности. Затем зажимы снимают, и сила натяжения стержней через анкеры и рифление передаётся на бетон. Изделие становится плитой с предварительно напряжённой арматурой.
Электротермический способ заключается в пропускании через стержни тока большой силы. От его действия они разогреваются и удлиняются по оси. В этот момент заливают бетон. После его схватывания и упрочнения ток выключают, стержни остывают, но укорачиваться им мешает сцепление с бетоном, поэтому арматура напрягается.
В промышленности чаще используют электротермический метод, как более простой.
Анкеровка напряжённой арматуры
Анкеровку или установку на стержни анкерных элементов выполняют с помощью:
Требования к предварительно напряжённой арматуре
Для изготовления напряжённых железобетонных конструкций применяют специальные виды арматурной стали, обладающие высокими значениями рабочих напряжений (от 5000 до 7200 кгс/см²). В перечень этих материалов входят арматурные стали:
Классы стали на напрягаемую арматуру устанавливают нормативные документы, по которым выпускаются изделия, в частности, ГОСТ 25912-2015 и другие. Расчет напряженной арматуры производится при проектировании изделия. Отклонения замеряемых напряжений от проектных значений не должно превышать 10 %.
Железобетонные изделия с предварительно напрягаемой арматурой являются основными конструктивными элементами, аэродромов, многоэтажных и высотных зданий, и масштабных сооружений. Например, в нашем ассортименте любые плиты перекрытия доступны для вашего выбора.
Что такое напрягаемая арматура и где используется?
Один из способов сделать железобетон более прочным и долговечным — это использовать стальную арматуру с предварительным напряжением. Такой вариант позволяет изделию прослужить дольше и взять на себя большую нагрузку, однако при этом нуждается в более крупном вложении сил и средств.
Для чего требуется предварительно напряжённое армирование
Арматура в изделиях может быть ненапрягаемой и напрягаемой. Первый вид выполняет функцию пассивного армирования — оно не работает, пока плита не изогнётся от собственного веса или от воздействия поперечной нагрузки. Только в этот момент нижние армирующие стержни будут противодействовать растяжению, но бетон уже получит свою долю растяжения и отреагирует сетью мелких трещин.
Чтобы избежать их появления и повысить прочность плиты при воздействии изгибающих нагрузок, армирующие конструкции при изготовлении бетонных плит предварительно напрягают. Железобетон с напряжённой арматурой находится постоянно в активном состоянии.
Силы напряжения, сжимающие плиту в осевом направлении, компенсируют эксплуатационные силы, вызванные собственным весом и нагрузкой. Растрескивания в напряжённой плите практически не происходят, она способна выдерживать более высокие, чем ненапряжённая плита, нагрузки. Кроме того, напряжённую плиту делают тоньше (140 мм вместо 170), что снижает расход бетона.
Что из себя представляет преднапряженное ЖБИ?
В целях борьбы с низкой прочностью при растяжении искусственного бетонного камня создают напряжение на этапе производства в бетоне противоположной к эксплуатационным характеристикам, что позволяет эффективно применять свойства бетона при его сжатии. Арматурную сталь в железобетонном изделии растягивают, а по полному затвердевании залитого бетонного раствора ее избавляют от натяжения. Стальные прутья сжимаются и оказывают непосредственное влияние на слой бетона. Предварительное напряжение увеличивает предел растяжимости бетона за счет суммирования 2-х деформаций: растяжения и предсжатия.
Сжатие и растяжение материала делает его более устойчивым к нагрузкам.
Преднапряженный железобетон не подвержен растрескиванию бетонного слоя зоне конструкции с растяжением, а также при его применении сокращается количество используемой арматуры. Если при этом применять высокопрочный металл и бетон, можно добиться снижения весовых показателей железобетонных конструкций, увеличить их срок эксплуатации. Основные характеристики для этого вида ЖБИ установлены ГОСТом 26633–91, а значения и размеры арматуры установлены СП 52—101—2003.
Посмотреть «ГОСТ 26633-91-3» или
Посмотреть «СП 52-101-2003» или
Натяжение напрягаемой арматуры
При изготовлении плит (дорожных, перекрытия, аэродромных) применяют метод, называемый натяжение на упоры. Он заключается в том, что арматурные стержни, уложенные в форму до заливки бетона, подвергают растяжению. Его осуществляют двумя способами:
При механическом способе стержни анкеруют и растягивают гидравлическими домкратами. Заливают в форму бетон, уплотняют его и выдерживают до набора 70 %-й прочности. Затем зажимы снимают, и сила натяжения стержней через анкеры и рифление передаётся на бетон. Изделие становится плитой с предварительно напряжённой арматурой.
Электротермический способ заключается в пропускании через стержни тока большой силы. От его действия они разогреваются и удлиняются по оси. В этот момент заливают бетон. После его схватывания и упрочнения ток выключают, стержни остывают, но укорачиваться им мешает сцепление с бетоном, поэтому арматура напрягается. В промышленности чаще используют электротермический метод, как более простой.
Что такое напрягаемая арматура и где используется?
Самым прочным и распространенным материалом в строительстве считается бетон. Однако он имеет ряд недостатков и слабых сторон. Поэтому для того чтобы избавить материал от каких-либо слабых сторон, его стали усиливать арматурой. В свою очередь, арматура также может быть различных типов и сортов – напрягаемой или ненапрягаемой, или продольной/поперечной. Кроме того, арматура может быть анкерной, монтажной или конструктивной. В этой статье мы поговорим о напрягаемой арматуре и о том, в каких целях её используют и для чего она нужна.
Для изготовления качественного, сверхпрочного железобетонного строения используют напрягаемую арматуру. По своим свойствам, от обычной прутковой арматуры она отличается более высокой прочностью и стойкостью. Изготавливают её в виде проволоки или стержня, имеющего диаметр 5-35 мм.
Любой строительный материал, в том числе напрягаемая арматура, должна пройти сертификацию и получить допуск от соответствующих органов надзора, так как именно она играет одну из важнейших ролей в строении, прочности и долговечности конструкции здания. Напрягаемая арматура помогает бетонной конструкции выдерживать очень большие растягивающие нагрузки. Поэтому, при изготовлении материала арматуру натягивают (в зависимости от технологии, различными методами).
Напряжение арматуры помогает устранить растягивающие нагрузки во время эксплуатации. Наиболее распространенными способами напряжения являются механический и электротермический способы. При механическом напряжении арматуру «вытягивают» с помощью винтового или гидравлического домкрата. Используя электротермический способ, арматура поддается воздействию высокого значения электрического тока, под воздействием которого, арматура интенсивно нагревается и удлиняется до необходимых размеров. Также, существует электротермомеханический способ, в котором объединяются оба вышеописанных способа напряжения арматуры.
Бетонная конструкция с напрягаемой арматурой широко применяется в качестве основного материала для обустройства перекрытий, в высотном и многоэтажном строительстве. Напрягаемая арматура находит применение в зданиях с повышенной нагрузкой, в промышленном строительстве – например, для строительства защитной оболочки ядерного реактора, а также для строительства мостов, переправ и судостроения.
Технологий устройства арматуры в бетоне также бывает нескольких видов. Например, напрягаемую арматуру натягивают на упоры, которые в свою очередь приводят в опалубку еще до того, как заливается бетонная смесь. Другая технология заключается в натяжении арматуры уже после заливки бетонной смеси и её предварительном наборе прочности. Причем, использование второго способа предусматривает укладку арматуры в специальных чехлах из гофрированных или пластиковых труб.
Анкеровка напряжённой арматуры
Анкеровку или установку на стержни анкерных элементов выполняют с помощью:
Требования к предварительно напряжённой арматуре
Для изготовления напряжённых железобетонных конструкций применяют специальные виды арматурной стали, обладающие высокими значениями рабочих напряжений (от 5000 до 7200 кгс/см²). В перечень этих материалов входят арматурные стали:
Классы стали на напрягаемую арматуру устанавливают нормативные документы, по которым выпускаются изделия, в частности, ГОСТ 25912-2015 и другие. Расчет напряженной арматуры производится при проектировании изделия. Отклонения замеряемых напряжений от проектных значений не должно превышать 10 %.
Железобетонные изделия с предварительно напрягаемой арматурой являются основными конструктивными элементами, аэродромов, многоэтажных и высотных зданий, и масштабных сооружений. Например, в нашем ассортименте любые плиты перекрытия доступны для вашего выбора.
Способы напряжения
Если предварительно напрячь прокат, то растягивающая нагрузка во время использования снизится. Можно сделать это при помощи механики, применяя винтовой или гидравлический домкрат. Также применяется электротермический способ. В этом случае прутья подвергаются воздействию электротока, который разогревают металл, а потом удлиняют, то есть растягивают его.
Наконец, последний способ, самый технически совершенный — это электротермомеханический. Он соединяет в себе два первых варианта. Ток помогает разогреть и слегка удлинить металлопрокат, а механические приспособления более легко и точно вытягивают стержни.
Область применения
Чаще всего напрягаемая металлическая арматура нужна для возведения перекрытий между этажами при строительстве многоэтажного здания. Кроме того, ее часто используют для бетонных стен и колонн, которые возводятся в районе повышенной опасность, то есть, где возможен сход почв, землетрясения, взрывы и другие крупные колебания.
Напрягаемая арматура часто необходима в мостостроении, а также обязательно применяется при сооружении защитной оболочки в ядерной промышленности.
Наконец, ее можно взять просто для обустройства фундамента здания, в котором будет значительная нагрузка на основание.
Закладка бетона
Есть два способа, которыми напрягаемую арматуру встраивают в бетон. Первый, классический, заключается в обработке стержней до заливки бетона, а затем в создании обычной железобетонной конструкции.
Второй осуществляется уже после того, как блок фундамента залит и застыл. В таком случае арматура кладется внутрь в специальном чехле (например, в виде гофрированной трубы), а лишь затем проводится процедура натяжения.
Мы предлагает различные варианты и комплексный заказ металлопроката — обсудите все нюансы с нашими менеджерами!
Преимущества и недостатки
Среди основных преимуществ выделяют следующие:
Производство позволяет тратить гораздо меньше арматуры на данный материал.
Предварительно напряженный железобетон имеет и свои минусы:
Применение бетона в предварительно напряженном состоянии
Преднапряженный бетон используется в разных отраслях строительства для сооружения:
Из материала можно возводить телебашни.
Из такого бетона создают стены, панели ограждения, лестничные марши, основу фундаментов, колонны, столбы линий электропередач, каркасы подземных тоннелей и прочее. Напрягающий цемент для производства изделий из железобетона обеспечит дополнительную водонепроницаемость и прочность конструкции.