Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Технология строительного производства»

В.В. ЛатышС.Н. Леонович

«Технология предварительного напряжения монолитныхжелезобетонных конструкций в построечных условиях»

Учебное пособие для студентов специальности 1 70 02 01«Промышленное и гражданское строительство»

Минск 2006

2

УДК 624.012.46 (075.8)ББК 38.626.1я7

Л 27

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. Богомолов Ю.М.д-р техн. наук, проф. Батяновский Э.И.

Л 27 Латыш В.В., Леонович С.Н.Технология предварительного напряжения монолитных железо-

бетонных конструкций в построечных условиях: Учебное пособиедля студентов специальности 1 70 02 01 «Промышленное и граж-данское строительство» – Мн., БНТУ, 2006. – 45 с.

ISBN

Учебное пособие разработано в соответствии с учебным планомподготовки студентов специальности «Промышленное и граждан-ское строительство», программой дисциплины «Технология строи-тельного производства».

В данной работе рассматривается технологическая процеду-ра преднапряжения в построечных условиях, объясняются понятия,относящиеся к предварительно напряженному железобетону. Дают-ся дополнительные сведения и указания, касающиеся материаловдля преднапряженных железобетонных конструкций и технологиипроведения работ по преднапряжению в построечных условиях.

УДК 624.012.46 (075.8)ББК 38.626.1я7

ISBN © Латыш В.В., Леонович С.Н., 2006

3

В в е д е н и е

Основной строительный материал XXI века, железобетон, вовсем мире заслуженно пользуется вниманием ученых отрасли. Соз-дав искусственный камень, ученые нашли и способ борьбы с егоосновным недостатком ― низкой прочностью при растяжении.Создание на стадии изготовления или строительства напряженногосостояния в конструкции является одним из крупнейших достиже-ний инженерной мысли XX столетия.

В СССР предварительное напряжение применялось весьма ши-роко в промышленном, жилищном, транспортном и специальномстроительстве. Преднапряженных конструкций выпускалось более30 млн. м3 в год, что существенно больше, чем в какой-либо другойстране.

Отрицательным моментом развития советской строительнойнауки являлось то, что не получили должного изучения и примене-ния предварительно-напряженные конструкции с натяжением арма-туры на бетон, в том числе в построечных условиях. В связи с этимпрактически отсутствует современное эффективное отечественноеоборудование для реализации такой технологии на практике.

Между тем в мире из преднапряженного монолитного железобе-тона возводятся промышленные, гражданские и жилые здания, пло-тины и энергетические комплексы, телебашни и многое другое.

В настоящее время в нашей республике широкое распростране-ние получило строительство зданий и сооружений каркасной кон-структивной системы из монолитного бетона. Основными достоин-ствами монолитного домостроения по сравнению с другими видамистроительства является:

· снижение расхода бетона и массы здания по сравнению сбескаркасной крупнопанельной системой при узком шагевнутренних поперечных стен;

· возможность большого разнообразия объемно-планировочных решений и реализации «гибкой планиров-ки», а также лучших условий для модернизации и перепла-нировки;

· возможность рационального использования первых этажейжилых многоэтажных зданий для размещения в них поме-

4

щений социально-бытового назначения практически без до-полнительных затрат, характерных для КПД;

· высокая сопротивляемость внешним воздействиям;· строгое распределение конструктивных функций каркаса и

ограждения;· архитектурная выразительность здания в целом.

Однако существуют и недостатки. Это перенесение технологи-ческих процессов изготовления конструкций в условия строитель-ной площадки, производство работ, связанных с бетонированиемконструкций, в зимний период. Но основной недостаток монолит-ного железобетона - это увеличение, по сравнению со сборнымиконструкциями, расхода арматуры и бетона.

Повышенный расход бетона является следствием трудоемкостипустотообразования в условиях строительной площадки, что приво-дит к неэффективному использованию механических свойств бето-на.

Значительный перерасход арматуры вызван изготовлением же-лезобетонных элементов без предварительного напряжения, кото-рое увеличивает жесткость и трещиностойкость конструкций. Этоявляется определяющим фактором при проектировании больше-пролетных конструкций.

Применение преднапряжения, как показывает опыт зарубежныхстроителей, позволяет получить следующие результаты: приобрете-ние высокой несущей способности перекрытий всего за 3-4 дня;снижение суммарных трудозатрат на строительство более чем в 2раза; экономическая эффективность проведения работ; сокращениерасхода стали и бетона до 50%, а, следовательно, и облегчение зда-ния в 2-3 раза, что позволяет увеличить его высотность; удешевле-ние стоимости фундаментов; значительное увеличение пролетовперекрытия; уменьшение его толщины; повышение сейсмостойко-сти, надежности и долговечности.

Перекрытия из предварительно напряженного бетона находятсвое применение в первую очередь там, где требуется сделать рас-стояние между несущими колоннами более 9 м, при возведениимасштабных объектов: крупных торговых центров, паркингов,складских, спортивных сооружений, отелей, промышленных зданийи мостов.

5

Таким образом, преднапряжение железобетонных конструкций вусловиях строительной площадки является существенным факто-ром, позволяющим снизить стоимость нового строительства, а так-же является эффективным методом усиления при реконструкциизданий и сооружений.

В данной работе рассматривается основная идея преднапряже-ния, объясняются понятия, относящиеся к предварительно напря-женному железобетону. Даются дополнительные сведения и указа-ния, касающиеся строительных материалов для преднапряженныхжелезобетонных конструкций и технологии проведения работ попреднапряжению.

6

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Арматура — линейно протяженные элементы в железобетоннойконструкции, предназначенные для восприятия растягивающих(главным образом) и сжимающих усилий. В зданиях и сооруженияхприменяют стальную арматуру в виде проволоки, стержней и витыхканатов.

Арматура напрягаемая — арматура, подвергаемая предвари-тельному натяжению перед либо в процессе передачи усилия обжа-тия на бетон. В данной работе используется собирательное понятиенапрягаемый арматурный элемент применительно к напрягаемойарматуре с анкерами.

Класс арматуры по прочности на растяжение — показатель,характеризующий ее механические свойства согласно требованиямсоответствующих стандартов, обозначаемый буквой S и числом, со-ответствующим нормативному сопротивлению арматуры в МПа(Н/мм2) (например, S1400).

Класс бетона по прочности - количественная величина, характе-ризующая качество бетона, соответствующая его гарантированнойпрочности на осевое сжатие, обозначаемая буквой С и числами, вы-ражающими значения нормативного сопротивления и гарантирован-ной прочности в Н/мм2 (МПа), например, С12/15 (перед чертой — зна-чение нормативного сопротивления fck, Н/мм2, после черты — гаран-тированная прочность бетона fс,

Gcube, Н/мм2).

- Конструкции предварительно напряженные железобе-тонные — конструкции, в которых начальное натяжение напрягае-мой арматуры обеспечивает необходимую степень обжатия бетона впроцессе их изготовления и эксплуатации. Следует различать:

- конструкции предварительно напряженные с натяжением ар-матуры на упоры - конструкции, в которых натяжение напрягаемойарматуры выполняют до их бетонирования, а усилие предваритель-ного обжатия передают на затвердевший бетон, имеющий требуемуюначальную прочность, главным образом, посредством сил сцепленияарматуры с бетоном конструкции;

- конструкции предварительно напряженные с натяжением ар-матуры на бетон - конструкции, в которых натяжение арматуры вы-полняют непосредственно на затвердевший бетон заданной прочно-

7

сти, а усилие предварительного обжатия передается на конструкциюпри помощи механического закрепления арматуры с возможным по-следующим инъецированием каналов раствором или другими мате-риалами;

- конструкции самонапряженные — конструкции, в которыхнатяжение арматуры осуществляется при расширении напрягающегобетона в процессе его твердения, а усилие предварительного обжатияпередается на конструкцию посредством сил сцепления арматуры сбетоном либо за счет механического закрепления.

Кроме того, различают:- конструкции предварительно напряженные без сцепления

арматуры с бетоном, располагаемой в каналах, в которых антикорро-зионную защиту арматуры обеспечивают при помощи специальныхпокрытий;

- конструкции предварительно напряженные с внешним арми-рованием, в которых рабочее армирование размещают вне бетонногосечения со специальной защитой арматуры от коррозии и воздейст-вия огня;

- конструкции предварительно напряженные со смешаннымармированием, в которых лишь часть рабочей арматуры подвергаютпредварительному напряжению.

Степень преднапряжения. Полное преднапряжение предполага-ет отсутствие растягивающих напряжений в бетоне при действииполной полезной нагрузки. Однако следует учитывать растягиваю-щие напряжения, возникающие в зоне анкеровки арматуры при спус-ке ее натяжения, главные растягивающие напряжения при срезе икручении элемента, а также растягивающие напряжения, возникаю-щие в поперечном направлении при действии сил сцепления или оттемпературных воздействий.

Ограниченное преднапряжение предполагает ограничение вели-чины растягивающих напряжений в бетоне при действии полнойэксплуатационной нагрузки.

Частичное преднапряжение используется в том случае, если нетограничений на величину растягивающих напряжений в бетоне придействии полной эксплуатационной нагрузки. Ширину раскрытиятрещин ограничивают установкой обычной ненапрягаемой арматуры.

8

Конструктивное преднапряжение (в Австрии говорят о слабомпредварительном напряжении) применяется в несущих железобетон-ных конструкциях (кроме консольного типа), чтобы избежать уст-ройства температурных швов и обеспечить монолитность работы приобразовании трещин (например, в массивных гидротехнических со-оружениях). Если напрягаемый арматурный элемент установлентолько для повышения трещиностойкости и уменьшения деформа-тивности конструкции и не учитывается при расчете ее несущей спо-собности.

Прочность бетона передаточная– прочность бетона (кубиковая)к моменту его обжатия усилием предварительного натяжения арма-туры.

9

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

2.1. Идея предварительного напряжения

Недостаточную прочность бетона на растяжение уже давно пыта-лись устранить созданием сжимающих усилий в растянутой от внеш-ней нагрузки зоне элемента за счет его преднапряжения. Растяжение вбетоне появится только тогда, когда под действием нагрузки будутпогашены созданные искусственным путем сжимающие напряжения.

Принцип осуществления этой идеи показан на примере простойоднопролетной балки (рис. 2.1). В растянутой зоне балки установ-лен гладкий стальной стержень с анкерными шайбами, резьбой игайками на концах. При завинчивании гаек стержень напрягается,вызванные в нем силы растяжения через анкерные шайбы действуютна бетон как усилия предварительного обжатия P с эксцентрисите-том e относительно нейтральной оси. Пренебрегая собственным ве-сом балки, можно полагать, что от действия продольной сжимающейсилы P и момента преднапряжения:

ePM ×= ,элемент получит выгиб вверх. При этом в растянутой от эксплуа-

тационной нагрузки зоне элемента возникнут значительные сжи-мающие напряжения, а верхние волокна сжатой (в стадии эксплуа-тации) зоны будут испытывать незначительное растяжение, если ве-личина e > h/6.

Если учитывать собственный вес балки g и действие, полез-ной нагрузки р , то возникающие при этом напряжения σg+р наложат-ся на соответствующие значения напряжений от усилия преднапря-жения σP.

Степень преднапряжения можно выбирать так, что при полнойэксплуатационной нагрузке напряжения в нижних волокнах предва-рительно обжатой зоны элемента будут равны нулю. В этом случаемы говорим о полном преднапряжении. Не всегда необходимо избегатьпоявления растягивающих напряжений в бетоне при действии на-грузки, тем более что наряду с напрягаемыми арматурными элемен-тами в конструкции, как правило, устанавливается и обычная нена-прягаемая арматура.

10

а)

б) полное преднапряжение

ограниченное преднапряжение

напряжения в бетоне в середине пролетабалки

Рис.2.1. Изменение напряженного состояния изгибаемого железобетонногоэлемента в процессе его преднапряжения и действия эксплуатационной нагрузки

а – усилие преднапряжения (без учета собственного веса балки) ; б – усилие пред-напряжения, собственный вес балки g и полезная нагрузка р

Поэтому во многих случаях возможно допустить появление в бе-тоне растягивающих напряжений при действии полной эксплуата-ционной нагрузки, вследствие которых могут появиться волосяныетрещины. Если растягивающие напряжения в бетоне не превышаютдопустимых значений, говорят об ограниченном преднапряжении, а ес-ли величина растягивающих напряжений не ограничивается и растя-нутая арматура устанавливается из условия недопущения чрезмер-ного раскрытия трещин, — то о частичном преднапряжении.

Если интенсивность нагрузки, действующей на преднапряжен-ную балку, превышает эксплуатационные значения, то в любом случаев предварительно обжатой растянутой зоне появится трещина. Дляобеспечения несущей способности элемента напрягаемая арматура вме-сте с обычной арматурой должна воспринимать растягивающие уси-лия в сечении с трещиной. Прочность сжатой зоны балки (как и вэлементе без преднапряжения) должна быть достаточной для воспри-ятия действующих сжимающих усилий. Следовательно, принципы

11

обеспечения несущей способности обычных и преднапряженных же-лезобетонных элементов одинаковы. Различие состоит только в том,что часть удлинений арматуры в преднапряженной балке выбираетсязаранее, при натяжении арматуры. При этом в бетоне растянутой зо-ны отсутствуют деформации и трещины. Предварительный выборчасти удлинений возможен только в высокопрочной арматуре, кото-рая в обычных ненапрягаемых элементах из-за возможного наруше-ния сцепления и чрезмерного раскрытия трещин не используется.

После преднапряжения из-за проявляющихся во времени усадки иползучести бетона продолжается дальнейшее укорочение волокон внаправлении расположения напрягаемой арматуры. По этой причинепроисходят потери преднапряжения. Величина потерь тем больше,чем выше деформации сжатия в бетоне от действия усилия предвари-тельного обжатия.

Таким образом, предварительное напряжение железобетонныхконструкций позволяет получить следующие эффекты:

· снизить расход стали благодаря применению арматуры по-вышенной и высокой прочности при её эффективном использовании;

· увеличить сопротивление конструкции образованию трещинв бетоне (трещиностойкость) и ограничение их ширены раскрытия;

· повысить жесткость конструкции (или снизить её деформа-тивность), благодаря чему удается перекрывать большие пролеты ивозводить сверхвысокие сооружения;

· снизить собственный вес конструкции в результате уменьше-ния размеров сечений при применении бетонов повышенной прочно-сти и, соответственно, расхода бетона, что в большинстве случаевприводит к снижению стоимости конструкции;

· повысить выносливость конструкций, работающих под воз-действием многократно повторяющихся нагрузок;

· повысить устойчивость сжатых элементов.

2.2 Способы создания предварительного напряжения

В зависимости от технологических особенностей натяжения арма-турных элементов различают следующие способы натяжения арма-туры:

· электротермический;

12

· механический;· комбинированный или электротермомеханический;· физико-химический способ.

Электротермический способ заключается в том, что необходимоеотносительное удлинение напрягаемой арматуры, соответствующееначальному контролируемому напряжению, получают электриче-ским нагревом арматуры до соответствующей температуры с после-дующей фиксацией ее на упорах заданной длины, соответствующейтребуемому удлинению для создания напряжения после ее остыва-ния.

В СССР предложение об использовании электротока для напря-жения арматуры при ее остывании было сделано В.В. Михайловым в1932 г.

Исследованию влияния электронагрева на свойства проволочнойарматуры посвящено значительное количество работ. Анализ полу-ченных результатов показывает, что электронагрев арматуры до 250-300°С либо приводит к некоторому повышению ее физико-механических характеристик, либо в отдельных случаях вызываетнезначительное их уменьшение. При дальнейшем росте температурыпроисходит снижение прочностных и упругих характеристик прово-лочной арматуры.

У высокопрочной проволоки и канатов величина предварительно-го напряжения обычно составляет 1000—1120 МПа и значительнопревосходит условный предел упругости стали. Для получения тако-го напряжения арматуру необходимо нагреть до температуры500―550°С, что приводит к рекристаллизации и разупрочнению ста-ли и, как следствие, ― к образованию пластических деформаций,которые будут возникать при остывании арматуры.

В канатах же, кроме пластических деформаций самой проволоки,возникают конструктивные деформации вследствие неплотного при-легания наружных проволок к центральной

В настоящее время этот метод является одним из основных призаводском изготовлении конструкций. Вместе с тем, как по экономи-ческим, так и техническим показателям данный способ предвари-тельного напряжения является наименее эффективным и должен вперспективе уступить место механическому натяжению арматуры.

13

При механическом способе необходимое относительное удлине-ние арматуры, соответствующее заданному контролируемому на-пряжению в ней, получают вытяжкой арматурного элемента натяж-ными механизмами.

Электротермомеханический способ, представляет собой совокуп-ность электротермического и механического способов натяженияарматуры.

Физико-химический способ, позволяет осуществлять натяжениеарматуры, располагаемой в конструкции и имеющей обеспеченноесцепление с бетоном, за счет энергии расширения напрягающего бе-тона в процессе твердения.

Из всех выше указанных способов, для натяжения арматуры в ус-ловиях строительной площадки широкое применение получил меха-нический способ натяжения. Признанными лидерами в этой областиявляются компании Франции (Freyssinet), Германии ("DYWIDAGSystems international"), США ("Structural Group"), Японии.

В нашей республике в настоящее время специалистами Брестско-го государственного технического университета (В.В. Тур, А.А. Кон-дратчик и др.) ведутся исследования в области создания преднапря-жения с использованием напрягающих бетонов.

14

3. МАТЕРИАЛЫ

3.1. Требования, предъявляемые к бетону

Для предварительно напряженных конструкций необходим бо-лее прочный бетон. Выбор класса бетона производится на основа-нии технико-экономического анализа в зависимости от назначенияконструкции, вида и класса напрягаемой арматуры, ее диаметра.При арматуре из высокопрочной проволоки и стальных канатовприменяется преимущественно бетон классов C25/30, C30/37, аиногда C40/50, а при стержневой арматуре — классов C25/30. Дляпредварительно напряженных элементов из тяжелого и легкого бе-тонов класс бетона, в котором расположена напрягаемая арматура,должен приниматься в зависимости от вида и класса напрягаемойарматуры, ее диаметра и наличия анкерных устройств не нижеклассов, указанных в табл. 3.1.

Передаточная прочность бетона, т.е. прочность бетона к моментуего обжатия, назначается не ниже 50% от класса, указанного втабл. 3.1, и должна составлять не менее 11 МПа, а при стержневойарматуре классов А-VI* и Ат-VI и арматурных канатах классов К-7и К-19 не менее 15,5 МПа.

Экспериментальным путем выявлено, что с повышением классабетона сверх C40/50 модуль упругости нарастает незначительно.Усадка и ползучесть высокопрочных бетонов на 10...20 % меньшебетонов средней прочности. С нарастанием прочности эти значенияуменьшаются. Поэтому высокопрочные бетоны рационально при-менять в предварительно напряженных конструкциях, так как поте-ри напряжений уменьшаются.

Примечание: в работе используется обозначение класса арматуры в соответст-вии со СНиП 2.03.01-84*

15

Минимальный класс бетона, принимаемыйдля предварительно напряженных конструкций

Вид и класс напрягаемой арматуры Класс бетонане ниже

Проволочная арматура:

класса В-II с анкерами C16/20

класса Вр-П без анкеров, при диаметре прово-локи до 5 мм (включительно)

C16/20

то же при диаметре 6 мм и более С25/30

классов К-7 и К-19 С25/30

Стержневая арматура без анкеров диаметром:от 10 до 18 мм (включительно) классов:А-IV и Ат-IVс C12/15

А-V и Ат-V C16/20

Ат-VI C20/25

от 20 мм и более классов:

А-IV и Ат-IV C16/20

А-V и Ат-V C20/25

А-VI и Ат-VI С25/30

Примечание: обозначение классов арматуры в соответствии соСНиП .2.03.01-84*

3.2. Арматурные изделия и анкеры напряженной арматуры

В современных предварительно напряженных конструкцияхприменяют стали разных видов и марок. Арматурные стали, приме-няемые в предварительно напряженных конструкциях, должны об-ладать рядом характерных свойств для обеспечения оптимальных

16

конструктивных решений. Наиболее важными характеристикамисталей являются высокие пределы текучести и прочности, хорошиеупругие и пластические свойства, достаточно высокий предел вы-носливости, способность арматуры надежно работать совместно сбетоном на всех стадиях службы конструкции.

В предварительно напряженных конструкциях наибольшая эко-номия стали достигается, как правило, при использовании для на-прягаемой арматуры высокопрочной проволоки. Однако примене-ние ее в виде отдельных проволок увеличивает трудоемкость уста-новки и натяжения арматуры. Густая сетка арматуры в растянутойзоне затрудняет работы по захвату и равномерному натяжению ар-матуры. Малый диаметр проволок нередко вызывает затруднения сразмещением большого их числа в сечении элемента, поэтому приодиночном расположении проволок приходится увеличивать габа-риты сечений, применять мелкий щебень, более подвижные бетон-ные смеси и частично терять полезную высоту сечения. Кроме того,применение большого числа густо расположенных проволок значи-тельно усложняет процесс заготовки, увеличивает время уплотне-ния бетона и процент брака конструкций.

Указанные недостатки устраняются при применении той же вы-сокопрочной проволоки, но в виде пучков и прядей с различнымчислом проволок, снабженных специальными анкерами, много-прядных канатов (тросов) без органического сердечника. Одно-слойные пряди от трех до шести проволок свиваются без сердечни-ка, пряди из семи проволок имеют проволочный сердечник.

Характерным для развития предварительно напряженных желе-зобетонных конструкций за рубежом является широкое применениеразного вида пучков, канатов из высокопрочной проволоки, терми-чески упрочненной катанки и высокопрочной стержневой армату-ры.

Наиболее распространенными способами закрепления пучков поконцам являются анкеры типа Э. Фрейсине, гильзовые и типа ББРВ.Анкеры типа Фрейсине выполняются в виде колодок и коническихклиньев (рис. 3.1), преимущественно стальных. В стальных колод-ках запрессовывается до 30 проволок диаметром 7 мм с усилиемнатяжения около 1000 кН.

Широко применяются в странах Западной Европы анкеры арма-турных пучков типа ББРВ (Швейцария), выполняемые закреплени-

17

ем проволок в отверстиях стальных колодок путем холодной за-прессовки концов. В настоящее время такие пучки применяются сусилием натяжения 3000...8000 кН. Они состоят из высокопрочныхпроволок (67...180 штук) диаметром 7 мм. Натяжение пучков типаББРВ производится гидродомкратами. Контроль за натяжениемосуществляется по вытяжке, показаниям манометра и динамометра.Способ ББРВ благодаря его универсальности применим для разныхвидов сооружений. Он экономный и надежный. Различают несколь-ко типов анкеров в зависимости от диаметра пучков, размеров шайби опорных плит.

Рис. 3.1. Конструкции анкеров, выпускаемые фирмой «Фрейсине» (Франция)

Большое применение за рубежом получила прядевая арматура извысокопрочной проволоки. Преимущественно используются семи-проволочные пряди. Для анкеровки пучков из прядей применяютсяцанговые анкеры. При этом анкеровка производится в стальной ко-лодке, предназначенной для одной пряди в виде обоймы с кониче-ским отверстием или для группы прядей с несколькими отверстия-ми и для отдельных проволок. Натяжение прядей осуществляетсягидравлическими домкратами разной мощности.

За рубежом используются различные системы арматурных пуч-ков и канатов, составленные из прядей, а также натяжных анкеров иустройств, характеризующихся автоматичностью действия и быст-ротой оперирования.

18

3.3. Стыки и соединения напрягаемых арматурных элементов

Стержневая арматура поставляется длиной от 15 до 30 м, поэто-му при более длинных напрягаемых арматурных элементах должнастыковаться. Проволочная и прядевая арматура имеет, как правило,достаточную длину, но при строительстве зданий и сооружений боль-шой протяженности и она требует дополнительных мероприятий,обеспечивающих стыковку арматуры по длине. Стыковка арматурыосуществляется с помощью конструктивных элементов называемыхмуфтами. Западными производителями разработаны различные реше-ния таких соединений представленные на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Типы муфтовых соединений

В зависимости от принципа соединения различают резьбовые иклиновидные соединительные муфты

Напрягаемую стержневую арматуру проще всего стыковать спомощью трубообразных муфт, имеющих внутреннюю резьбу длянавинчивания на стыкуемые стержни. Внутренняя резьба можетиметь одно направление по всей длине муфты или на половине дли-ны иметь противоположное направление. Как правило, в муфтеимеется отверстие, через которое можно контролировать положе-ние концов арматурных стержней.

19

Диаметр гофрированного каналообразователя в области стыко-вой муфты должен увеличиваться. Это увеличение определяетсядлиной перемещения арматуры при натяжении в месте расположе-ния муфты. Резьбовые муфты используются также в качестве со-единительных анкеров.

Для стыковки напрягаемой проволочной арматуры может при-меняться стык с использованием клиновидной муфты (рис. 3.4).Клин, состоящий из трех частей, встроен во внутреннюю часть гиль-зы. Там же находится пружина, которая при смещении концов про-волоки сжимается и освобождает место для клиньев. Требуемое по-перечное давление развивается при напряжении, сопровождающемсяпроскальзыванием клиньев.

1 4

23

Рис .3.4. Вариант стыкового соединения с помощью клиньев,удерживаемых в тонкой гильзе пружиной:

1 – гильза; 2 – клин; 3 – пружина; 4 – проволока

3.4. Трубчатые каналообразователи

При преднапряжении на бетон конструкции напрягаемую арма-туру устанавливают в трубчатые каналообразователи, где она имеетвозможность свободного скольжения. Каналообразователи изготав-ливаются, как правило, из тонколистовой, вальцованной в холодномсостоянии стали толщиной от 0.2 до 0.35 мм (рис. 3.5).

20

Рис. 3.5. Гофрированные оболочки из стали

Вальцевание осуществляется в поперечном направлении, по вин-тообразной линии. Соединять трубчатые гофрированные каналооб-разователи можно с помощью муфт.

Поперечные волны (гофры) делают каналообразователь болеежестким, и улучшает сцепление между бетоном и раствором дляинъецирования. Кроме того, они обладают относительно неболь-шим радиусом кривизны, что позволяет наматывать на катушки итранспортировать с помощью лебедки, напрягаемые арматурныеэлементы большой длины.

Требования, предъявляемые к трубчатым каналообразователям(DIN 18553):

― достаточная жесткость, позволяющая даже при нагрузке1000 Н избежать вмятин на поверхности;

― плотность стыков и швов, не позволяющая протекать це-ментному молоку;

― значительная длина поставки, уменьшающая число возмож-ных стыков.

Отводы от канала для нагнетания цементного раствора и выпус-ка воздуха чаще всего выполняется из искусственных материалов.Из искусственных материалов выполняются и сами каналообразо-ватели в преднапряженных железобетонных конструкциях без сце-пления напрягаемой арматуры с бетоном. Диаметр каналообразова-теля должен быть несколько больше (5—15 мм) диаметра напря-гаемого арматурного элемента.

21

3.5. Требования, предъявляемые к инъекционным растворам

Для обеспечения сцепления напрягаемой арматуры с бетоном идля ее защиты от коррозии в канал под давлением нагнетается рас-твор.

Требования, предъявляемые к цементному раствору для инъеци-рования в соответствии с немецкими нормами DIN4227, ч.5:

· уменьшение объема раствора вследствие седиментации иусадки не должно превышать 2%;

· хорошая подвижность, сохраняющаяся до окончания про-цесса инъецирования;

· цилиндрическая прочность раствора на сжатие (размеры ци-линдра D=10 см; H=12 см.) 7дней твердения должна составлять неменее 20 МПа, после 28 дней – 30 МПа;

· морозостойкость(не должно быть увеличение в объеме приоднократном замораживании до –20°С в возрасте 3 дней при хране-нии при 5°С).

Использование глиноземистых цементов запрещается. Для при-готовления раствора используют специальные разжижаемые запол-нители. Для обеспечения защиты арматуры от коррозии ни цемент,ни заполнители не должны содержать хлоридов. Содержание дру-гих видов добавок должно также контролироваться. Содержаниеводы определяется необходимой подвижностью раствора (36-44литра воды на 100 кг. цемента, что соответствует В/Ц—0.35-034).Добавки в большинстве случаев не улучшают качества раствора, ихвес не должен превышать 20% от веса цемента.

При напрягаемых арматурных элементах с редким расположени-ем проволок рекомендуется использовать песок с крупностью зерендо 1 мм. Большие пустоты в каналах (например, гильзы специаль-ных анкеров) заполняются гравием крупностью от 3 до 7 мм или от7 до 15 мм и потом инъецируются раствором. Раствор для инъеци-рования перемешивается не менее 4 мин. в быстро вращающейсяустановке.

В условиях низких температур для инъецирования вместо це-ментного раствора, как правило, применяют различные полимер-ные, однако это примерно в 10 раз дороже, чем цементный раствор.

22

3.6. Гидравлические домкраты для предварительного натяже-ния арматуры

Напрягаемые арматурные элементы при натяжении испытываютзначительные напряжения. Даже при маленьких поперечных сеченияхарматуры необходимо наличие больших растягивающих усилий,которые проще всего создавать с помощью гидравлических дом-кратов (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Гидравлические домкраты, применяемыедля предварительного напряжения арматуры на бетон

Для создания сжатия в домкрате с помощью мощного насосаосуществляется давление жидкости (масляной эмульсии или жид-кого масла) на дно цилиндра.

С помощью усилия, создаваемого домкратом, напрягаемый арма-турный элемент растягивается, в то время как под действием гидрав-лического давления поршень выходит из цилиндра. Создаваемоеза счет хода поршня удлинение напрягаемого арматурного элементазависит от длины цилиндра.

Гидравлическое давление фиксируется на манометре. Максимальнодопустимое значение давления зависит от действующего в стенкецилиндра кольцевого растягивающего усилия и от производитель-ности насоса. Проверку манометров и домкратов осуществляют вспециальных лабораториях. Усилие натяжения может измерятьсятакже с помощью динамометра, располагаемого между домкратом ианкерной пластиной.

Зная производительность насоса, можно определить время натя-жения, необходимое для достижения расчетного удлинения напря-гаемого арматурного элемента.

Для соединения насоса и домкрата используются гибкие шланги,способные выдерживать высокие давления. Для больших домкратов

23

используются бесшовные высоконапорные трубопроводы из сталиили меди (их внутренний диаметр 4—6 мм) с соединительнымимуфтами и вентилями, рассчитанными на высокое давление.

Для напрягаемых арматурных элементов, устанавливаемых вгофрированные каналообразователи, используются домкраты скольцевыми поршнями, через центральные отверстия которых про-пускаются напрягаемые стержни, закрепляемые на анкерной голов-ке. Поршень упирается или в анкерную пластину, или непосредст-венно в затвердевший бетон.

При работе с домкратами необходимо соблюдать меры предос-торожности. Неплотности в высоконапорных трубопроводах могутпривести к опасным последствиям. Шланги должны быть в хоро-шем состоянии, жесткие трубопроводы необходимо защищать отмеханических повреждений. Все установки высокого давленияочень чувствительны, поэтому должны содержаться в чистоте.

24

4. ТЕХНОЛОГИЯ НАТЯЖЕНИЯ АРМАТУРЫ НА БЕТОНКОНСТРУКЦИИ

4.1. Подготовительные работы

От правильного преднапряжения существенно зависят эксплуа-тационная способность и долговечность железобетонных конструк-ций. Поэтому натяжение арматуры должно осуществляться подконтролем персонала, обслуживающего конструкцию.

Перед преднапряжением следует убедиться, что препятствий дляпредусмотренных деформаций элемента нет. В программе работ поосуществлению преднапряжения устанавливаются место и времяпроведения операции, для каждого напрягаемого арматурного эле-мента указываются требуемые значения усилий натяжения с удли-нениями. Программой предусматривают также мероприятия, на-правленные на компенсацию трения, проскальзывания клиньев ванкерах и д.т. Характеристики для каждого напрягаемого арматур-ного элемента должны регистрироваться в таблицах. Бетон (осо-бенно в зоне напрягаемой арматуры) должен обладать необходимойминимальной прочностью (см. раздел 3.1). В зимнее время необхо-димо следить за тем, чтобы железобетонная конструкция не нахо-дилась в условиях более низких температур, чем те, при которыхпроисходило хранение бетонных кубиков.

Установки для натяжения арматуры должны быть исправными,домкраты и манометры ― испытанными и оттарированными. Ан-керные детали очищают, поверхность клиньев в случае необходи-мости смазывают.

4.2. Очередность проведения отдельных операций

Преднапряжение лучше всего осуществлять поэтапно. В началь-ной стадии целесообразно умеренное предварительное напряжение,которое препятствует появлению температурных и усадочных тре-щин в молодом бетоне. Отдельные напрягаемые арматурные эле-менты могут натягиваться на 30-50% от окончательного усилия на-тяжения, если бетон в зоне анкеровки набрал достаточную проч-ность. Возможно позднее полное преднапряжение. При этом бетон

25

перед загружением достигает высокой прочности, что обеспечиваетмалые потери и деформации вследствие усадки и ползучести.

Указанные рекомендации по ряду производственных и техниче-ских причин могут оказаться не приемлемыми. В этих случаях нуж-но обеспечить защиту конструкции от преждевременного охлажде-ния и высушивания путем устройства теплоизоляционного по воз-можности паронепроницаемого слоя. Если растянутая в стадииэксплуатации зона элемента под действием усилия обжатия испы-тывает значительные сжимающие напряжения, то целесообразнымявляется более позднее полное преднапряжение.

Если железобетонные конструкции изготовляются с использова-нием лесов и подмостей, то в условиях статического загруженияпроверяют, влияет ли их упругость на включение в работу собст-венного веса конструкций при её преднапряжении. Если нет, то лесаили подмости убирают.

4.3. Последовательность создания преднапряжения

Большинство отдельных напрягаемых арматурных элементовнеобходимо натягивать в такой последовательности, чтобы предна-пряжение по всему сечению конструкции нарастало равномерно.Начинают обычно с элементов, заанкеренных в средней зоне попе-речного сечения.

Если преднапряжение производится в продольном и поперечномнаправлениях, то в общем случае в первую очередь осуществляютнатяжение тех напрягаемых арматурных элементов, которые распо-ложены перпендикулярно к главной оси железобетонного элемента(например, плита пролетного строения моста). Напрягаемые арма-турные элементы, располагаемые в поперечных балках, пустотныхнастилах и конструкциях коробчатого сечения и снизу, и сверху,натягиваются поочередно один за другим. Натяжение можно начи-нать и с продольных арматурных элементов, если от 30 до 50% по-перечного преднапряжения распределено по длине конструкции.

Напрягаемые арматурные элементы с промежуточными анкера-ми, которые не проходят через всю железобетонную конструкцию,могут натягиваться только тогда, когда зона промежуточной анке-ровки уже сжата усилием натяжения. Если установка избыточногоколичества обычной ненапрягаемой арматуры в зоне промежуточ-

26

ной анкеровки исключает появление трещин, то этим указаниемможно пренебречь.

4.4. Процесс предварительно напряжения

Напрягаемая арматура закрепляется непосредственно или с ис-пользованием вспомогательного оборудования в домкрате, которыйупирается в затвердевший бетон конструкции (рис.4.1).

Рис. 4.1. Процесс натяжение арматуры на бетон конструкции

После этого с помощью насоса высокого давления создают уси-лие натяжения, по перемещения поршня в цилиндре устанавливаютудлинение и измеряют его на домкрате.

Создаваемые в процессе натяжения усилия тщательно измеряюти заносят в таблицу (см. прил. 1), в которой для сравнения имеютсяих допустимые значения. Если допустимые значения не достигнутыи разность составляет более 4%, то устанавливают причины. Если вотдельном напрягаемом арматурном элементе отклонение превы-шает 15% или среднее отклонение всех находящихся в поперечномсечении напрягаемых арматурных элементов больше 5%, то, со-гласно DIN 4227, необходимо уведомлять об этом строительныйнадзор.

Давление на манометр должно достигать указанных в таблицедопустимых значений. Если при этом достигаются требуемые удли-нения арматуры, то могут устанавливаться анкеры. Если же необхо-

27

димо удлинение не достигнуто, то может быть увеличено усилиенатяжения (не более чем на 5% по сравнению с нормативными зна-чениями) или уменьшено трение за счет ослабления арматуры и ееповторного натяжения. Удлинение арматуры при натяжении опре-деляется по перемещению поршня в цилиндре домкрата, чаще всегос помощью простой шкалы. Также может измеряться по числу по-воротов анкерной гайки.

Точность измерений усилий натяжения зависит от длины напря-гаемого арматурного элемента и должна составлять не менее +2%.При длине арматуры до 5 м применяют микрометр или индикатор сточностью измерений до 0.2 мм. При большей длине пригоден от-счет по миллиметровой шкале.

При расчете удлинения принимаются во внимание проскальзы-вание клиньев, зависящее от способа натяжения, или деформацияанкеров при передаче усилия преднапряжения на анкерную зонуэлемента. Если это не учитывается, то должно быть обеспечено со-ответствующее перенапряжение.

4.5. Неравномерность перемещений напрягаемой арматуры

Если удлинение арматуры не соответствует натяжению, преждевсего, следует проверить манометр. Другими причинами могутбыть недостаточные значения коэффициента трения и волнистости,ослабление анкеровки, минусовой допуск на величину поперечногосечения арматуры или модуля упругости (его учитывают заранеепри вычислении удлинения), разрыв проволоки, который можноопределить по щелчку и резкому с качку стрелки манометра в об-ратном направлении.

Причиной очень малого перемещения напрягаемой арматурыможет быть повышенное трение (например, из-за коррозии илиуменьшения скольжения при нагнетании цементного раствора).Трение устраняют многократным ослабление и натяжением армату-ры.

Существенно уменьшает перемещение напрягаемой арматурысоответствующее требуемому уровню преднапряжения, плюсовойдопуск на величину поперечного сечения арматуры или модуля де-формаций. Размеры поперечных сечений арматуры должны контро-

28

лироваться при поставке. Допуски можно учитывать также при рас-чете перемещений напрягаемой арматуры.

4.6. Виды потерь предварительного напряжения

Усилие предварительного напряжения не остается постояннымво времени в результате потерь, начинающихся практически с мо-мента натяжения арматурных элементов и развивающихся в тече-ние всего периода эксплуатации конструкции. Интенсивность по-терь предварительного напряжения является максимальной в на-чальный период после передачи усилия обжатия.

Можно условно выделить две группы потерь предварительногонапряжения в зависимости от этапов его создания в конструкции:

· первые потери, происходящие в процессе изготовления кон-струкции и обусловленные, главным образом, технологией натяже-ния арматурных элементов;

· вторые потери, обусловленные, главным образом, реологи-ческими свойствами материалов, происходящие после передачиусилия обжатия и развивающиеся во времени в процессе эксплуата-ции конструкции.

К первым потерям при изготовлении конструкции с натяжениемарматуры на бетон относятся:

· потери, вызванные трением арматуры о стенки каналов илио поверхность бетона конструкции;

· потери, вызванные проскальзыванием напрягаемой армату-ры в анкерных устройствах.

Вторые потери, развивающиеся после передачи усилия обжатия:· потери, обусловленные упругими деформациями бетона;· потери от длительной релаксации напрягаемой арматуры;· потери от усадки бетона;· потери от ползучести бетона.

Как показывают экспериментальные исследования, в предвари-тельно напряженных элементах, когда натяжение арматуры осуще-ствляется на бетон, наблюдается ощутимое изменение усилия в на-прягаемой арматуре по длине элемента. Это является результатомпроявления потерь предварительного напряжения, главным обра-зом, от трения напрягаемой арматуры о стенки канала. Это, прежде

29

всего, относится к напрягаемой арматуре, располагаемой в узкихканалах, имеющих сложную трассу продольной оси (изменяющихнаправление в процессе натяжения), а также при навивке арматурына цилиндрические сооружения.

В момент передачи усилия предварительного напряжения на бе-тон происходит упругое обжатие последнего. При натяжении арма-туры на бетон упругое обжатие происходит в процессе созданияпредварительного напряжения.

В случае, когда предварительное напряжение в конструкциях снатяжением на бетон создают при помощи одного стержня, упругоеобжатие происходит до анкеровки и не вызывает этого вида потерь.Если же последовательно осуществляют натяжение несколькостержней, то избежать потерь от упругого обжатия не удается. По-тери обусловлены тем, что каждый последующий напрягаемыйстержень вызывает сокращение стержней, которые до этого ужебыли натянуты и заанкерены.

При проектировании чаще всего важно знать потери не в отдель-ных стержнях, а суммарное значение потерь.

Под действием нагрузки в углеродистой проволоке обнаружива-ются заметные нарастания деформаций, называемые ползучестью.Ползучесть, проявившаяся в двух-, трехмесячном возрасте выдер-живания конструкции под нагрузкой, составляет 60% от полнойползучести при неограниченном выдерживании арматурной сталипод нагрузкой. Для предварительно напряженных конструкций пла-стические деформации ползучести стали не играют столь большойроли, как ползучесть бетона, так как деформация ползучести сталиограничена деформациями бетона и свободно проявляться не мо-жет. Деформация ползучести всегда сопровождается явлением ре-лаксации напряжений стали, т.е. уменьшением напряжений во вре-мени при зафиксированной длине.

Потери предварительного напряжения, вызванные упругим об-жатием бетона в конструкциях с натяжением арматуры на бетон,составляют от 1 до 4%. При программировании натяжения эти по-тери могут быть достаточно просто исключены путем некоторойтехнологической «перетяжки». Наибольшую «перетяжку» должныиспытывать стержни, напрягаемые первыми, а последние в ней ненуждаются вовсе.

30

Усадочные деформации бетона сопровождаются сжимающиминапряжениями в арматуре, что приводит к уменьшению растяги-вающих напряжений, созданных в арматуре при ее натяжении. Принатяжении на упоры потери от усадки больше, чем при натяжениина бетон, где к моменту натяжения арматуры усадка бетона частич-но произошла. Потери напряжения арматуры от усадки бетона за-висят также от класса бетона и условий его твердения.

Ползучесть бетона, как и усадка, уменьшает удлинение натяну-той арматуры, а, следовательно, и предварительное напряжение вней.

Таким образом, при расчете удлинения необходимого для созда-ния предварительного напряжения необходимо учитывать влияниекак технологических, так и реологических факторов.

В общем случае удлинение напрягаемой арматуры определяетсяпо формуле:

escptot lllll D+D+D+D+D 1

где plD ― удлинение напрягаемой арматуры, необходимое дляполучения заданного усилия предварительного напряжения;

clD ― удлинение, компенсирующее упругие деформации бе-тона;

1slD ― удлинение, учитывающее возможное проскальзыва-ние или величины деформаций в жестком анкере, зависящее от виданатяжного устройства;

elD ― удлинение арматурного элемента в домкрате (при дли-не l > 10 м).

4.7. Натяжение арматуры на бетон конструкции с последую-щим инъецированием канала цементным раствором

После натяжения арматуры как можно быстрее должны бытьобеспечены ее защита от коррозии и сцепление с бетоном. И то идругое выполняется последующим нагнетанием цементного раство-ра в канал с напрягаемой арматурой (требования к растворусм. гл. 3.5).

31

Правильное проведение работ по нагнетанию цементного рас-твора в каналы железобетонных конструкций в такой же степениважно, как и правильное преднапряжение. Из опыта западных фирмизвестно, что большинство обрушений преднапряженных железо-бетонных конструкций происходило из-за неправильного проведен-ного нагнетания раствора. Поэтому необходимо осуществлять кон-троль за выполнением этого процесса.

Непосредственно перед нагнетанием раствора канал с напрягае-мой арматурой промывают водой, чтобы проверить его проходи-мость, увлажнить поверхность канала и арматурных проволок.Кроме того, это мероприятие исключает засорение канала вследст-вие засыхания раствора.

Температура напрягаемых арматурных элементов не должнабыть ниже +5°С. После длительного морозного периода для про-мывки можно использовать теплую воду.

С помощью проверенных насосов цементный раствор от местарасположения анкера через ревизии медленно и под низким давле-нием подается в канал. Именно при медленном нагнетании возмож-но полное заполнение раствором узкого пространства канала повсей его длине. Значительное давление не рекомендуется, т.к. подего воздействием могут появиться не желательные трещины. Присоздании в насосе высокого давления может быть нарушен процесснагнетания раствора, т.к. в канале образуется пробка. В этом случаеследует немедленно освободить канал от свежего раствора и уста-новить причину пробки.

Воздух из канала вытесняется, когда раствор нагнетается от на-прягаемых арматурных элементов, расположенных на самом низ-ком уровне в направлении отверстия для удаления воздуха.

При большой кривизне расположения напрягаемых арматурныхэлементов рекомендуется устанавливать ревизии для нагнетанияраствора в самых низких точках, а ревизии для удаления воздуха —в самых верхних. Ревизии в низких точках одновременно служатдля спуска промывочной воды. По окончании процесса нагнетанияревизии должны быть плотно закрыты, чтобы исключить вытеканиераствора.

32

5. КОРРОЗИЯ НАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРЫ

Коррозия сокращает срок службы зданий и сооружений. Сталидля напрягаемой арматуры более чувствительны к коррозии, вызван-ной действием химических агентов, чем обычные стали или армату-ра. Коррозия, протекающая в местах образовавшихся трещин, приво-дит к хрупкому разрушению напряженных сталей.

Различают электрохимическую и катодную коррозию.Электрохимическая коррозия возможна, когда возникает электри-

ческий потенциал при наличии влажности и химического реагента(например, кислоты). В металле образуются раковины или язвы, воз-никает опасность концентрации напряжений в арматуре. При прово-лочной напрягаемой арматуре малых сечений коррозия более опасна,чем при обычной низколегированной арматуре больших диаметров.Так, в мостовых сооружениях напрягаемая арматура в виде канатовиз проволок диаметром 5 мм, уложенная в канал конструкции и неимеющая специальной защиты от коррозии, уже через 6 — 7 месяцевтеряет свои прочностные свойства.

Еще более опасной является так называемая межкристаллитная(катодная) коррозия. Она происходит при наличии влажности, растя-гивающих напряжений и химикалий (хлоридов, нитратов, сульфидов,сульфатов и некоторых кислот). Этот незаметный снаружи вид кор-розии приводит к появлению мелких царапин, а через некоторое вре-мя — к разрушению стали. Раньше межкристаллитная коррозиявстречалась довольно редко, сейчас она все чаще является причинойполного отказа напрягаемых арматурных элементов.

С точки зрения коррозии опасны следующие химические реаген-ты:

- нитраты ― способствуют развитию коррозии в местах обра-зовавшихся трещин;

- сульфиды ― приводят к водородному охрупчиванию;- хлориды ― ведут к точечной коррозии и при этом к концен-

трации напряжений, способствуют водородному охрупчиванию,разъедают бетон.

33

5.1. Рекомендации по обеспечению стойкости против коррозии

Должны строго соблюдаться указания по защите напрягаемой ар-матуры от коррозии во время транспортировки, хранения, переработ-ки, изготовления, а также обработки в период между процессом на-тяжения и бетонированием или нагнетанием цементного раствора вканалы железобетонных конструкций.

Заполнитель, цемент, вода, добавки бетона и раствора для нагне-тания не должны содержать агрессивных элементов. Особенно тща-тельно нужно следить за содержанием сульфидов. Хлориды должныбыть полностью исключены.

Структура бетона должна быть плотной, число воздушных пор недолжно превышать нормативных значений с точки зрения морозо-стойкости бетона.

В конструктивном плане строго соблюдают (или превышают на5—10 мм) предписанную нормами толщину защитного слоя бетонадля ненапрягаемой арматуры.

Согласно [1], для предварительно напряженных конструкций с на-тяжением арматуры на бетон толщина защитного слоя бетона должнабыть не менее 40 мм и не менее (рис. 5.1):

— диаметра канала Æk;— ширины bk или половины высоты hk канала (если он прямо-

угольный);— максимального размера крупного заполнителя dg плюс 5 мм;— показателей табл. 5.1.

Рис.5.1. Расположение напрягаемых элементовв сечении при натяжении арматуры на бетон

34

Концы напрягаемой арматуры или анкера должны быть защище-ны от коррозии специальным долговечным антикоррозионным по-крытием, цементным раствором (d ³ 15 мм).

Принципиально важно, чтобы напрягаемые арматурные элементынаходились внутри контура ненапрягаемой арматуры, так как приэтом возможные трещины раскрываются на уровне напрягаемых ар-матурных элементов меньше, чем на поверхности бетона, а их шири-на не превышает допустимых значений.

Таблица 5.1.Минимально допустимая толщина защитного слоя бетона

Класс по условиям эксплуатации

ПоказательХО ХС1

ХС2,XC3,XC4

XD1, XD2,XD3,XF1, XF2,XF3, XF4

XA1 XA2 XA3

Минимальныйразмер защит-ного слоя, мм

20 30 35 50 35 40 50

Нагнетание раствора в каналы с уложенными напрягаемыми ар-матурными элементами должно надежно контролироваться. С этойцелью составляют протокол проводимых операций.

35

Таблица 5.2

Условия расположения напрягаемой арматуры в сечения

Способ натяженияарматуры

Вид арматуры

Расположение арматуры(канатов) в сечении

Значе-ния рас-стояниймеждустерж-нями,

мм Прово-лока

Кана-ты Стержни

На бетон

Расположение в каналах

c ≥ Æk05 ; dg + 5 bk; hk

с1 ≥ Æk05 ; dg + 5 bk; 0,5hk

с2 ≥ Æk04 ; dg + 5 bk

Обозначения, принятые в таблице:

dg – максимальный размер крупного заполнителя;

Æk – диаметр круглого канала

bk, hk – ширина и высота прямоугольного канала.

36

6. ОГНЕСТОЙКОСТЬ ПРЕДНАПРЯЖЕННОГОЖЕЛЕЗОБЕТОНА

На первый взгляд такая постановка вопроса кажется странной,ведь железобетонные конструкции, в противоположность, скажемдревесине, не горят. Действительно, высокая огнестойкость ― важ-ное преимущество железобетона, выделяющее его среди другихстроительных материалов. Однако после длительного воздействияогня даже железобетонные колонны или балки не могут уже выпол-нять своей основной функции ― нести нагрузку, быть несущейконструкцией. Дело в том, что и железобетон и арматура, жесткие ипрочные в обычных условиях, в большей степени теряют эти свой-ства при температуре выше 200―300°С. При этом бетон начинаетразрушаться, а арматура приобретает значительные пластическиедеформации.

Особой осторожности требует преднапряженный железобетон.Предварительное напряжение тем и хорошо, что позволяет умень-шить материалоёмкость конструкции, сделать сечение железобе-тонного элемента более «легким», изящным, применить не обыч-ную, а высокопрочную арматуру, но зато в меньшем количестве илиболее тонкую. Однако легкость и изящество преднапряженного же-лезобетона ― свойства ценные в обычных условиях, окажутся от-рицательными при пожаре. Ведь тонкие элементы прогреваютсянасквозь гораздо быстрее, чем массивные.

37

7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ СМОНОЛИТНЫМ БЕЗРИГЕЛЬНЫМ ПРЕДНАПРЯЖЁННЫМ

КАРКАСОМ

Как уже сообщалось, здания, выполненные с использованиемпреднапряжения, обладают рядом преимуществ (см. раздел 2.1). Вданной главе приводятся практические данные, полученные в ре-зультате сравнительного анализа проектов выполненных москов-скими проектными институтами.

Экономической оценке и анализу были подвергнуты следующиеконструктивно-технологические схемы возведения монолитныхзданий:

проект №1 (тр.) – безригельный каркас без преднапряжения(ОАО «Моспроект»);

проект №2 (тр.) – безригельный каркас без преднапряжения(ЗАО «Курортпроект»);

проект №3 (ин.) – безригельный преднапряжённый каркас соступенчато-вспарушенным перекрытием с натяжением арматуры набетон (ГУП «НИИЖБ»);

проект №4 (ин.) – безригельный преднапряжённый каркас на-тяжением арматуры на бетон (ГУП «НИИЖБ»);

проект №5 (ин.) – безригельный преднапряжённый каркас(ГУП «НИИЖБ»);

проект №6 (тр.) – безригельный каркас без преднапряжения(ГУП «НИИЖБ»);

проект №7 (тр.) – каркас без преднапряжения (ГУП «ПИ– 2»).В среднем по уровню себестоимости возведение зданий из моно-

литного железобетона с использованием преднапряжённой армату-ры по сравнению с возведением зданий с применением напрягаемойарматуры для пролетов до 7,2 м даёт эффект равный 11,9 у.е. с м2

общей площади (рис. 7.1).Из распределения значений себестоимости заметно, что между

наиболее эффективным (3 вариант) и наименее эффективным (7 ва-риант) проектами в каждом квадратном метре общей площади зда-ний наблюдается практически двукратная разница (рис. 7.2).

38

КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ МОНОЛИТНЫХ ЗДАНИЙ

СЕ

БЕС

ТО

ИМ

ОС

ТЬ

М*2

ОБЩ

ЕЙ

ПЛ

ОЩ

АД

И (У

.Е.)

45,5

57,4

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

с преднапряжением без преднапряжения

Рис 7.1 Сравнительная гистограмма значений себестоимости строительства зданийиз монолитного железобетона с применением (слева) и без применения (справа)

преднапряжённой арматуры(значения себестоимости приведены в у.е. из расчёта на м2 общей площади).

Ниже приводятся данные сравнения двух других проектов.Расчёт и анализ произведён исходя из следующих технических

характеристик объекта, обеспечивающих сопоставимость сравни-ваемых вариантов строительства:

1. общая площадь здания – 45000 м2;2. размер сетки колонн – 7,2´7,2 м;3. расчётная нагрузка – 1200 кг/м2.

Рассматриваются две конструктивно-технологические схемывозведения железобетонного каркаса здания:

1 проект (баз.) – монолитный каркас без преднапряжения (ЗАО«Моспромстрой»):

- расход бетона на м2 общей площади каркаса – 0,261 м3;- расход арматуры на м2 общей площади каркаса – 45 кг;- толщина перекрытия – 250 мм.

39

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

СЕ

БЕ

СТ

ОИ

МО

СТ

Ь М

*2 О

БЩ

ЕЙ

ПЛ

ОЩ

АД

И (У

.Е.)

49,7 47,4

40,8

47,1 48,5

55,0

70,0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4 5 6 7

2 проект (ин.) – монолитный безригельный преднапряжённыйкаркас (ГУП «НИИЖБ»):

- расход бетона на м2 общей площади каркаса – 0,208 м3;- расход арматуры на м2 общей площади каркаса – 18 кг;- толщина перекрытия – 200 мм.

Рис 7.2. Уровень себестоимости монолитного строительства в зависимости отконструктивных решений заложенных в проектных разработках

(значения себестоимости приведены в у.е. из расчёта на м2 общей площади)

С целью оценки уровня экономической эффективности внедре-ния каждого из исследуемых вариантов строительства, произведёнсметный расчёт стоимости возведения каркаса на основании рабо-чих чертежей объекта.

Полученные результаты сравнительного анализа экономическойэффективности строительства по каждому из изучаемых вариантовприведены в таблице 7.1.

40

Таблица 7.1

Экономические показатели возведения каркаса здания(показатели приведены из расчёта на м2 общей площади)

Общая се-бестоимость

Прямыезатраты

Затратына сырьё иматериалы

Затратына зара-ботнуюплату

Затраты наэксплуатациюмашин и обор.

Разработ-чик

руб. руб. руб. руб. руб.ЗАО«Моспром-строй»

57 291 750 51 869 524 47 782 303 2 451 146 1 636 076

ГУП«НИИЖБ» 46 517 199 38 069 585 31 412 722 4 003 896 2 652 966

Основные показатели экономического эффекта от внедрения ин-новационного проекта строительства, предложенного ГУП«НИИЖБ» (проект №2) по отношению к базовому проекту ЗАО«Моспромстрой» (проект №1), приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2

Экономический эффект от внедрения инновационного проекта«монолитный безригельный преднапряжённый каркас»

(ГУП «НИИЖБ»)Сравнительный экономический

эффектЭкономические показателистроительства руб. %

Общая себестоимость 10 775 000 19

41

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в виду возросшей доли монолитного строитель-ства в республике, исследование процесса преднапряжения армату-ры в условиях строительной площадки является весьма актуальнойзадачей, позволяющей снизить стоимость нового строительства, атакже является эффективным методом усиления при реконструкциизданий и сооружений.

В настоящее время в республике есть опыт по применению са-монапрягающих бетонных смесей, однако в этом случае не до концарешен вопрос потерь предварительного напряжения, связанных среологическими свойствами бетона. Поэтому механический способнатяжения арматуры на бетон является более приемлемым.

Перспективным является направление по применению комбини-рованного преднапряжения, в котором механический способ натя-жения арматуры на бетон сочетается с физико-химическим, позво-ляющим снизить негативное влияние ползучести и усадки бетона.

42

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

А. Нормативные документы1. СНБ 5.03.01-02. «Конструкции бетонные и железобетон-

ные». – Мн.: Стройтехнорм, 2002 г. – 140 с.2. СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструк-

ции». – М.: ЦИИТП Госстроя СССР, 1989. – 80 с.Б. Научно – технические и методические издания3. Дрозд Я.И., Пастушков Г.П. Предварительно напряженные

железобетонные конструкции. – Мн.: Вышэйшая школа, 1984. –208 с.

4. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции.Общий курс. – М.: Стройиздат, 1991. – 770 с.

5. Железобетонные конструкции. Основы теории, расчета иконструирования: Учеб. Пособие / Н.П. Блещик, Д.Д. Жуков,Д.Н. Лазовский и др.; Под ред. проф. Т.М. Пецольда и проф.В.В. Тура. – Брест: БГТУ, 2003. – 380 с.

6. Леонгардт Ф., Предварительно напряженный железобетон /Пер. с нем. В.Н. Гагарина. – М.: Стройиздат, 1983. – 246 с., – Пере-вод изд.: Spannbeton / F. Leonhardt. – Springer – Verlag. – 1980.

7. Предварительно напряженный железобетон: (По материа-лам VI Международного конгресса ФИП) / К.В. Михайлов,Г.И. Бердичевский, В.В. Михайлов, Л.В. Захаров. – М.: Стройиздат,1973. – 255 с.

8. Предварительно напряженный железобетон: (По материа-лам Международного конгресса, Лондон, 1978 г.) / Ю.В. Зайцев,В.Г. Крамарь. – М.: Знание, 1980. – 63 с.

9. Предварительно напряженный железобетон: (По материа-лам IХ Международного конгресса ФИП, Прага, 1970 г.) / К.В. Ми-хайлов, Г.И. Бердичевский, Ю.С. Волков и др. – М.: Стройиздат,1986. – 255 с.

10. Тур В.В. Экспериментально–теоретические основы предва-рительного напряжения конструкций при применении напрягающе-го бетона. – Брест: БГТУ, 1998. – 246 с.

11. Потерщук В.А., Пецольд Т.М., Пастушков Г.П., Тур В.В.Конструктивная система многоэтажного каркасного здания с пло-скими сборно-монолитными перекрытиями.// Перспективы разви-тия новых технологий в строительстве и подбор инженерных кад-

43

ров республики Беларусь: сб. науч. труд. – Брестский Политехниче-ский Институт, 1997. – С. 111.

12. Кондратчик Н.И., Тур В.В., Кондратчик А.А. Железобетон-ные конструкции из напрягающего бетона с арматурой, преднапря-женной механическим способом. // Перспективы развития новыхтехнологий в строительстве и подбор инженерных кадров респуб-лики Беларусь: сб. науч. труд. – Брестский Политехнический Ин-ститут, 1997. – С. 82.

13. Мордич А.И., Вигдорчик Р.И. Современные архитектурно–конструктивные системы многоэтажных гражданских зданий. // Со-временные конструктивно–технологические системы зданий истроительные материалы. // Сб. трудов. – Мн.: «Редакция журнала«Тыдзень», 1997. – С. 20.

14. Киреева С.В., Румянцев И.А. Влияние возраста бетона в мо-мент загружения на его ползучесть. – Киев: НИИСП, 1970. – 96 с.

15. Семенов А.И. Предварительно напряженный железобетон свитой проволочной арматурой. – М.: Стройиздат, 1976. – 208 с.

44

Реги

стра

цион

ная

карт

а пр

оизв

одст

ва р

абот

по

натя

жен

ию а

рмат

уры

ПРИ

ЛО

ЖЕН

ИЕ

1

45

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Типы трубчатых каналообразователейМеталлические гофрированные каналы

(DSI, Германия)

Таблица П. 2.1Геометрические размеры каналов

Тип арматуры Размеры оболочки0.5" 0.6" I.D. O.D.5901 6801/6901 20 255902 6802/6902 40 455903 6803/6903 50 555904 6804/6904 55 605905 6805/6905 60 655907 6806/6906 65 705909 6807/6907 65 705912 6809/6909 75 805915 6812/6912 80 855920 6815/6915 90 955927 6819/6919 95 1005932 6822/6922 100 1055937 6827/6927 110 118

- 6837/6937 130 138

46

Пластмассовые гофрированные каналы(DSI, Германия)

Таблица П. 2.2Геометрические размеры каналовТип

арматурыТип

арматуры Диаметр Толщинастенки

I.D. O.D. tТип

сечения 0.5" 0.6" mm mm mm5905-5909 6505-6907 59 73 25912-5915 6909-6912 76 91 2.55919-5927 6915-6919 100 116 3круглое5932-5937 6922-6927 130 147 3.5

Таблица П. 2.3Геометрические размеры каналов

Типарматуры

Типарматуры a x b A Ч B Толщина

стенкиТип се-чения

0.5" 0.6" мм мм ммоваль-

ное 5905 6904 72/21 86/35 2

47

ПРИЛОЖЕНИЕ 3Типы анкеровАнкер тип SD

(DSI, Германия)

Таблица П. 3.1Технические характеристики

Тип0.5"

pkf

1860МПа

Предельнаянагрузка

Ш 12.9 mm(186 kN perstandart), кН

kN

Тип0.6"

pkf

1860МПа

Предель-ная на-грузкаШ 15.7

mm (279kN per

standart)kN

A

mm

B

mm

C

mm

D

mm5904 744 6903 837 125 140 41 2005905 930 6904 1,116 135 160 41 2005907 1,302 6905 1,395 150 180 40 3005908 1,488 6906 1,674 165 205 44 2705909 1,674 6907 1,953 170 215 44 270

- - 6908 2,232 180 230 48 3255912 2,232 6909 2,511 190 245 48 325

48

Плоский анкер тип FA (DSI, Германия)

Таблица П. 3.2Технические характеристики

Тип0.5"

pkf

1860МПа

Пре-дельнаянагруз-

каШ 12.9

mm(186 kN

perstandart

), кН

kN

Тип0.6"

pkf

1860МПа

Пре-дельнаянагруз-

каШ 15.7

mm(279 kN

perstandart)

kN

A

mm

B

mm

C

mm

D

mm

DA

mm

DB

mm- - 6803 837 100 255 57 152 152 152

5904 744 6804 1,116 100 330 57 220 220 220

49

Анкер наружного натяжения тип W(DSI, Германия)

1- анкерная пластина;2- корпус, набитый смазкой;3- переходной канал;4- заглубляемый канал;5- полиэтиленовый (PE) канал;6- проволока c PE покрытием;7- инъекционный раствор.

Таблица П. 3.3Технические характеристики

Тип W С проволокой размером 0.6"класса St 1570/1770

число проволочек в сечении 7 9 12 15 19анкернаяпластина

mm Ш a 245 285 315 355 395

анкерный диск mm Ш b 170 190 210 235 250канал, заделываемый

в конструкцииmm Ш c 130 150 165 186 197

переходной канал mm d 280 280 350 450 450PE канал mm Ш e 90 100 110 125 140

В25 330 380 430 500 560В35 305 355 400 470 525

минимальное рас-стояние между цен-

трами анкеров

mm

В45 280 330 370 430 480В25 185 210 235 270 300В35 175 200 220 255 285

минимальное рас-стояние

до кромки элемента

mm

В45 160 185 205 235 260

50

ПРИЛОЖЕНИЕ 4Типы муфтовых соединенийМуфта тип D (DSI, Германия)

Таблица П. 4.1Технические характеристики

Тип 0,5"

pkf

1860МПа

Предельнаянагрузка

Ш 12.9 mm(186 kN perstandart), кН

kN

Тип 0.6"

pkf

1860МПа

Предельнаянагрузка

Ш 15.7 mm(279 kN per

standart)kN

B

mm

C

mm

D

mm5903 558 6803 837 150 100 505904 744 6804 1,116 200 110 555905 930 6805 1,395 250 120 605907 1,302 6807 1,953 250 125 655909 1,674 6809 2,511 300 140 755912 2,232 6812 3,348 350 160 805915 2,790 6815 4,185 350 180 905920 3,720 6819 5,301 400 200 955922 4,092 6822 6,138 400 220 1005927 5,022 6827 7,533 400 240 110

51

Муфта тип R (DSI, Германия)

Таблица П. 4.2Технические характеристики

Тип0.5"

pkf

1860МПа

Пре-дель-наяна-

грузкаШ

12.9mm(186

kN perstandart), кН

kN

A

mm

B

mm

C

mm

D

mm

Тип0.6"

pkf

1860МПа

Пре-дель-наяна-

грузкаШ

15.7mm(279

kN perstandar

t)

kN

A

mm

B

mm

C

mm

D

mm

5909 1,674 226 140 105 300 6805 1,395 207 140 110 3305912 2,232 226 150 105 350 6807 1,953 207 140 110 3305915 2,790 248 165 150 450 6809 2,511 226 150 105 3505920 3,720 266 190 110 450 6812 3,348 248 165 105 4505927 5,022 320 250 120 650 6815 4,185 266 190 110 4505932 5,952 340 275 125 620 6819 5,301 289 205 120 5805937 7,533 380 300 135 650 6822 6,138 340 275 125 620

6827 7,533 380 300 135 650

52

Муфта тип М/МЕ с плавающим анкерным блоком(DSI, Германия)

Таблица П. 4.3Технические характеристики

Тип0.6"

pkf

1860МПа

Предель-ная на-грузкаШ 15.7

mm (265kN per

standart),кНkN

Предельнаянагрузка

Ш 15.7 mm(279 kN per

standart)

kN

A

mm

B

mm

C

mm

D

mm

AD

mm

BD

mm

E

mm

6901 265 279 98 55 200 20 - - -6902 530 558 90 105 120 45 60 70 2006904 1,060 1,116 130 160 120 55 60 130 6506906 1,590 1,674 130 160 120 65 70 130 6506908 2,120 2,232 130 210 120 75 70 170 1,0506910 2,650 2,790 168 210 120 80 100 170 1,1506912 3,180 3,348 168 210 120 80

53

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Типы гидравлических домкратов(DSI, Германия)

Tensa SM200 HoZ 950/1700 HoZ 3000/4000 HoZ 6800

типдомкрата

длинаL

диаметрD

ходпоршня

площадьпоршня усилие 1) вес

[mm] [mm] [mm] [cm2] [kN] [kg]

SM 200 842 98 200 47.13 198 19

HoZ950/100

621 203 100 161.98 972 65

HoZ1700/150

803 280 150 298.45 1,745 160

HoZ3000/250

1,137 385 250 508.94 3,054 400

HoZ4000/250

1,271 482 250 894.57 4,204 600

6800 1,150 560 300 1,237.01 6,803 1,185

9750 1,170 680 300 1772.45 9,748 1,770

15000 1,640 980 500 2695.29 15,000 5,500

Табл. П.5.1Технические характеристики домкратов

1) без трения

54

типдомкрата A B C D E F G H K L

SM 200 8801) 370 - 80 100 75 50 120 100 230/270

HoZ950/100

621 350 150 - 220 200 130 190 260 300/400

HoZ1700/150

803 490 180 - 270 230 170 220 340 450/600

HoZ3000/250

1,130 650 220 300 360 320 220 310 440 350/600

HoZ4000/250

1,235 740 220 300 420 360 270 320 540 450/800

6800 1,421 - 80 - - 330 310 410 620 -/1200

9750 1,470 - 120 - - 380 390 550 740 -/1,200

1) включая ход поршня.

Геометрические характеристики

Табл. П.5.2

55

CОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ................................................................................3

1. Основные понятия .......................................................................62. Предварительно напряженные железобетонные конструкции ..9

2.1. Идея предварительного напряжения .................................92.2. Способы создания предварительного напряжения ...........11

3. Материалы ...................................................................................143.1. Требования, предъявляемые к бетону ...............................143.2. Арматурные изделия и анкеры напряженной арматуры ..153.3. Стыки и соединения напрягаемых арматурных

элементов ...........................................................................183.4. Трубчатые каналообразователи.........................................193.5. Требования, предъявляемые к инъекционным

растворам ...........................................................................213.6. Гидравлические домкраты для предварительного

напряжения арматуры........................................................224. Технология натяжения арматуры на бетон конструкции...........24

4.1. Подготовительные работы.................................................244.2. Очередность проведения отдельных операций.................244.3. Последовательность создания преднапряжения ...............254.4. Процесс предварительного напряжения ...........................264.5. Неравномерность перемещений напрягаемой арматуры..274.6. Виды потерь предварительного напряжения ....................284.7. Натяжение арматуры на бетон конструкции с

последующим инъецированием канала цементнымраствором ...........................................................................30

5. Коррозия напрягаемой арматуры................................................325.1. Рекомендации по обеспечению стойкости против

коррозии .............................................................................336. Огнестойкость преднапряженного железобетона ......................367. Экономическая эффективность зданий с монолитным безригельным напряженным каркасом.......................................37

Заключение ..................................................................................41Список использованной литературы ..........................................42Приложения .................................................................................44

56

Учебное изданиеЛатыш Владимир ВячеславовичЛеонович Сергей Николаевич

ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯМОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В

ПОСТРОЕЧНЫХ УСЛОВИЯХ

Учебное пособие для студентов специальности1 70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство»

Подписано в печатьФормат 60´84 1/16. Бумага офсетная.

Отпечатано на ризографе. Гарнитура Таймс.Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж 100. Заказ .

Издатель и полиграфическое исполнение:Белорусский национальный технический университет.

ЛИ № 02330/0131627 от 01.04.2004.220013, Минск, проспект Независимости, 65.