(esijännitetty teräsbetoni) on rakennusmateriaali, joka on suunniteltu poistamaan betonin kyvyttömyys kestää merkittäviä vetorasituksia. Esijännitetystä teräsbetonista valmistetuilla rakenteilla, verrattuna jännittämättömiin, on huomattavasti pienemmät taipumat ja lisääntynyt murtumiskestävyys, ja niillä on sama lujuus, mikä mahdollistaa suurempien jännevälien sillantamisen elementin yhtä suurella osalla.
Teräsbetonin valmistuksessa raudoitus asetetaan teräksestä, jolla on korkea vetolujuus, sitten terästä venytetään erityisellä laitteella ja betoniseos asetetaan. Kovettumisen jälkeen löystyneen teräslangan tai -kaapelin esijännitysvoima siirtyy ympäröivään betoniin niin, että se puristuu kokoon. Tämä puristusjännitysten luominen mahdollistaa käyttökuorman vetojännitysten osittaisen tai kokonaan eliminoinnin.
Vahvistuksen kiristysmenetelmät:
Grants Pass, esijännitetty teräsbetonisilta kasvitieteellisessä puutarhassa, Oregon, USA
Tekniikan tyypin mukaan laite on jaettu:
- rajoittimien jännitys (ennen betonin asettamista muottiin);
- betonin jännitys (betonin levityksen ja kovettumisen jälkeen).
Useammin toista menetelmää käytetään suurten jänteiden siltojen rakentamisessa, jossa yksi jänne tehdään useissa vaiheissa (kouristukset). Teräksestä valmistettu materiaali (kaapeli tai raudoitus) asetetaan muottiin betonoitavaksi kanaviksi (aallotettu ohutseinäinen metalli- tai muoviputki). Monoliittisen rakenteen valmistuksen jälkeen kaapelia (vahviketta) vedetään tietyssä määrin erityisillä mekanismeilla (jakkeilla). Sen jälkeen kanavaan pumpataan nestemäistä sementti- (betoni)liuosta kaapelilla (raudoitus). Tämä varmistaa sillan jännevälien vahvan liitoksen.
Kun rajoittimien jännitys tarkoittaa vain jännitetyn raudoituksen suoraviivaista muotoa, betonin jännityksen tärkeä erottuva piirre on kyky kiristää monimutkaisen muotoista raudoitusta, mikä lisää raudoituksen tehokkuutta. Esimerkiksi silloissa vahvistuselementit nostetaan kantavien teräsbetonipalkkien sisään osissa "bull"-tukien yläpuolelle, jolloin ne voivat käyttää jännitystä tehokkaammin taipumisen estämiseen.
Eugene Freycinet (Ranska) ja Viktor Vasilyevich Mikhailov (Venäjä) olivat esijännitetyn teräsbetonin luomisen lähtökohtana.
Esijännitetty teräsbetoni on päämateriaali kerrostalojen kerrosten välisissä lattioissa ja ydinreaktorien suojarakennuksessa sekä rakennusten pylväissä ja seinissä lisääntyneillä alueilla
Nykyaikaiset runkorakentamisen menetelmät käyttävät teräsbetonirakenteiden esijännitystekniikkaa. Esijännitetyt rakenteet- teräsbetonirakenteet, joissa jännitys luodaan keinotekoisesti valmistuksen aikana kiristämällä osaa tai kokonaan työstettävästä raudoituksesta (koko betonin tai osan puristaminen).
Betonin puristus esijännitetyissä rakenteissa ennalta määrätyllä määrällä suoritetaan kiristämällä lujiteelementtejä, jotka kiinnittymisen ja kiristyslaitteiden irrottamisen jälkeen pyrkivät palaamaan alkuperäiseen tilaansa. Samanaikaisesti raudoituksen luisuminen betonissa on suljettu pois niiden keskinäisen luonnollisen tarttuvuuden vuoksi tai ilman raudoituksen tarttumista betoniin - erityisellä keinotekoisella raudoituksen päiden kiinnityksellä betoniin.
Esijännitettyjen rakenteiden murtolujuus on 2 - 3 kertaa suurempi kuin teräsbetonirakenteiden halkeamankestävyys ilman esijännitystä. Tämä johtuu siitä, että betonin alustava puristus raudoituksella ylittää merkittävästi betonin jännityksen lopullisen muodonmuutoksen.
Esijännitetyn betonin avulla voidaan vähentää niukan teräksen kulutusta rakentamisessa keskimäärin jopa 50 %. Betonin venytettyjen vyöhykkeiden alustava puristus hidastaa merkittävästi elementtien venytettyjen alueiden halkeiluhetkeä, rajoittaa niiden aukon leveyttä ja lisää elementtien jäykkyyttä käytännössä vaikuttamatta niiden lujuuteen.
Teräsbetonin esijännitystekniikan edut
Esijännitetyt rakenteet osoittautuvat taloudellisiksi rakennuksille ja rakenteille, joissa on jännevälit, kuormitukset ja työolosuhteet, joissa teräsbetonirakenteiden käyttö ilman esijännitystä on teknisesti mahdotonta tai aiheuttaa liiallista betonin ja teräksen kulutusta rakenteiden vaaditun jäykkyyden ja kantokyvyn saavuttamiseksi. .
Esijännitys, joka lisää rakenteiden jäykkyyttä ja halkeilukestävyyttä, lisää niiden kestävyyttä työskennellessä toistuvilla kuormituksilla. Tämä johtuu raudoituksen ja betonin jännityshäviön vähenemisestä, joka johtuu ulkoisen kuormituksen suuruuden muutoksesta. Oikein suunnitellut esijännitetyt rakenteet ja rakennukset ovat turvallisempia käyttää ja luotettavampia erityisesti seismisellä alueella. Vahvistuksen prosenttiosuuden kasvaessa esijännitettyjen rakenteiden seisminen vastustuskyky monissa tapauksissa kasvaa. Tämä johtuu siitä, että vahvempien ja kevyempien materiaalien käytön ansiosta esijännitettyjen rakenteiden poikkileikkaukset osoittautuvat useimmissa tapauksissa pienemmiksi verrattuna teräsbetonirakenteisiin ilman esijännitystä samaa kantokykyä ja siten joustavampia ja joustavampia. kevyt.
Suurimmassa osassa kehittyneitä ulkomaita esijännitettyä teräsbetonia käytetään jatkuvasti kasvavissa määrin rakennusten lattiarakenteiden ja pinnoitteiden valmistukseen eri käyttötarkoituksiin, merkittävä osa tuotteista käytetään konepajarakenteissa ja liikennerakentamisessa; rakennusten ulkoisen arkkitehtonisen suunnittelun elementtien tuotanto ilmestyi.
Maailmanlaajuinen kokemus esijännitetekniikan käytöstä
Monoliittinen teräsbetoni on maailmassa pääosin esijännitettyä. Ensinnäkin tällä tavalla pystytetään suurivälisiä rakenteita, asuinrakennuksia, patoja, energiakomplekseja, tv-torneja ja paljon muuta. Monoliittisesta esijännitetystä teräsbetonista valmistetut tv-tornit näyttävät erityisen vaikuttavilta, ja niistä tulee monien maiden ja kaupunkien nähtävyyksiä. Toronton tv-torni on maailman korkein vapaasti seisova teräsbetonirakennelma. Sen korkeus on 555 metriä.
Trefoil-tornin poikkileikkaus on osoittautunut erittäin onnistuneeksi esijännitysraudoituksen sijoittamiseen ja betonointiin liukumuotteihin. Tuulen kaatumismomentti, jolle tämä torni on suunniteltu, on lähes puoli miljoonaa tonnimetriä ja tornin maaosan omapaino hieman yli 60 tuhatta tonnia.
Saksassa ja Japanissa käsittelylaitosten munanmuotoisia säiliöitä rakennetaan laajalti monoliittisesta esijännitetystä teräsbetonista. Tähän mennessä tällaisia säiliöitä on rakennettu yhteensä yli 1,2 miljoonalla kuutiometrillä. Tämän tyyppisten erillisten rakenteiden kapasiteetti on 1-12 tuhatta kuutiometriä.
Ulkomailla monoliittiset laatat, joiden jänneväli on korotettu ja joissa on betonin raudoitusjännitys, ovat yleistymässä. Pelkästään Yhdysvalloissa tällaisia rakenteita pystytetään vuosittain yli 10 miljoonaa kuutiometriä. Kanadassa rakennetaan huomattava määrä tällaisia laattoja.
Viime aikoina monoliittisten rakenteiden esijännitysraudoitusta käytetään yhä enemmän ilman tarttumista betoniin, ts. kanavia ei ruiskuteta, ja vahvistus on joko suojattu korroosiolta erityisillä suojapäällysteillä tai käsitelty korroosionestoaineilla. Siten pystytetään siltoja, suurivälisiä rakennuksia, korkeita rakennuksia ja muita vastaavia esineitä.
 |
Perinteisten rakentamistarkoitusten lisäksi monoliittinen esijännitetty teräsbetoni on löytänyt laajan käyttökohteen ydinvoimaloiden reaktorisäiliöissä ja suojakuorissa. Maailman ydinvoimalaitosten kokonaiskapasiteetti on yli 150 miljoonaa kW, josta monoliittisesta esijännitetystä teräsbetonista rakennettujen laitosten, reaktorisäiliöiden ja suojakuorten kapasiteetti on lähes 40 miljoonaa kW. Ydinvoimaloiden suojakuorista on tullut pakollisia. Juuri tällaisen kuoren puuttuminen aiheutti Tšernobylin katastrofin.
Offshore-öljynporauslautat ovat erinomainen esimerkki esijännitetyn teräsbetonin rakennuskyvystä. Tällaisia mahtavia rakenteita on pystytetty maailmaan yli kaksi tusinaa.
Norjassa vuonna 1995 rakennetun Troll-lavan kokonaiskorkeus on 472 metriä, mikä on puolitoista kertaa Eiffel-tornia korkeampi. Laturi asennettiin yli 300 metrin syvyyteen mereen ja se on suunniteltu kestämään hurrikaanimyrskyn vaikutus, jonka aallonkorkeus on 31,5 m. Sen valmistukseen käytettiin 250 tuhatta kuutiometriä. lujaa betonia, 100 tuhatta tonnia tavallista terästä ja 11 tuhatta tonnia esijännitettyä raudoitusterästä. Alustan arvioitu käyttöikä on 70 vuotta.
Siltarakentaminen on perinteisesti ollut laaja esijännitetyn teräsbetonin käyttöalue. Esimerkiksi USA:ssa on rakennettu yli 500 tuhatta teräsbetonisiltaa eri jänneväleillä. Viime aikoina sinne on rakennettu yli kaksi tusinaa pituudeltaan 600-700 m pitkiä 600-700 m köysisiltoja, joiden keskijännevälit ovat 192-400 m. Extra-luokan siltoja rakennetaan esijännitetystä teräsbetonista, jotka rakennetaan yksittäisten projektien mukaan. Sillat, joiden jänneväli on jopa 50 m, pystytetään esivalmistettuna versiona teräsbetonisista esijännitetyistä palkeista.
 |
| Silta "Normandia" |
Esijännitetyn betonisiltarakentamisen edistysaskeleita on saatavilla myös muissa maissa. Australiassa Brisbanessa rakennettiin palkkisilta, jonka keskijänneväli oli 260 m, suurin tämän tyyppisistä silloista. Espanjan Barrnos de Luna -köysillan jänneväli on 440, Kanadan Anasis -465, Hongkongin sillan jänneväli - 475 m. Etelä-Afrikan kaarisillalla on suurin jänneväli - 272 m. Köysiradan maailmanennätys. pysyneet sillat kuuluvat Normandian sillalle. , jonka jänneväli on 864 m. EXPO-98 maailmannäyttelyä varten rakennettu Vasco de Gama -silta ei ole sitä paljoa huonompi. Tämän sillan kokonaispituus on yli 18 km. Sen päätukirakenteet - pylväät ja jännevälit - on valmistettu yli 60 MPa:n puristuslujuudesta betonista. Sillan taattu käyttöikä on betonin kestävyyskriteerin mukaan 120 vuotta (Venäjällä viime vuosina suurijännesiltoja rakennetaan useammin teräksestä).
Monoliittinen teräsbetonin esijännitystekniikka Venäjällä
Venäjällä näiden tuotteiden osuus esivalmistettujen elementtien kokonaistuotannosta on yli kolmannes. Ulkomailla laattarakenteiden muottivalulla pitkillä telineillä on merkittävä levinneisyys. Siellä tavanomainen käytäntö on valmistaa laattoja, joiden jänneväli on enintään 17 m, poikkileikkauskorkeus 40 cm kuormalla enintään 500 kgf / m2. Suomessa valmistetaan samalla kuormituksella onteloteräsbetonilaattoja, joiden poikkileikkauskorkeus on jopa 50 cm ja jänneväli on jopa 21 m, eli esijännityksen avulla voidaan valmistaa laadukkaasti esivalmistettuja elementtejä. eri taso. Köysiliitosten jännitys tällaisissa telineissä on pääsääntöisesti ryhmäjännitystä nostimen kapasiteetilla 300-600 tonnia.Tänään on kehitetty erilaisia järjestelmiä ilman muottipuristusta pitkille telineille Spyrol, Spancrit, Spandex, Max Roth, Partek ja toiset, joille on ominaista korkea tuottavuus, käytetty raudoitus, betonin tekniset vaatimukset, paneelien poikkileikkauksen muoto ja muut parametrit. Enintään 250 m pituisilla telineillä laatta valmistetaan nopeudella 4 m/min asti, pakkauksessa voidaan betonoida 6 laatta korkeuteen. Laattojen leveys on 2,4 m ja jänneväli 21 m. Vain Spenkrit-laattoja käytetään Yhdysvalloissa yli 15 miljoonaa m2 vuodessa.
Aikoinaan Venäjälläkin ilmestyi pitkiä telineitä Max Roth -teknologialla muotoillulle muovaukselle. Tämä tekniikka ei kuitenkaan ole saanut lisälaajentumista. Maassamme laajasti käytetyissä rakennusten rakennejärjestelmissä elementtien liittäminen suoritetaan upotettujen osien kautta. Pitkille telineille valmistetuissa laatoissa on pääsääntöisesti ekstruusiolla mahdollisuudet upotettujen osien sijoittamiseen rajalliset. Monoliittisissa elementtirakennuksissa laatat, joissa ei ole upotettuja osia, voivat kuitenkin löytää laajimman levinneisyyden, mikä on tilanne ulkomailla, erityisesti Skandinavian maissa ja USA:ssa.
Myöhemmin Partek-linjat ilmestyivät Venäjälle (ZhBK-17-tehtaalla Moskovassa, Pietarissa, Barnaulissa), mikä osoittaa tällaisten levyjen kysynnän syntymistä. Rakennusten rakenteellisten järjestelmien parantaminen antaa varmasti sysäyksen paneelituotteiden valmistustekniikan kehitykselle.
Venäjän pitkittynyt pysähdys esijännitetyn teräsbetonin käyttöalalla johtuu osittain siitä, että emme ole saaneet kunnollista tutkimusta ja soveltamista esijännitettyjen rakenteiden raudoituksen jännityksellä betoniin, mukaan lukien rakennusolosuhteet.
Enerprom alkaa kehittää tätä suuntaa ja tarjoaa useita omia suunnittelemiaan laitteita tämän tekniikan toteuttamiseen.
Teräsbetonin ydin. Sen edut ja haitat
Teräsbetoni on monimutkainen rakennusmateriaali, joka koostuu betoni ja terästä varusteet, muodonmuutos yhdessä rakenteen tuhoutumiseen asti.
Yllä olevassa määritelmässä avainsanat on korostettu, jotka kuvastavat materiaalin olemusta. Kunkin korostetun käsitteen roolin tunnistamiseksi tarkastelkaamme yksityiskohtaisemmin kunkin niistä olemusta.
Betoni on tekokivi, jolla, kuten kaikilla kiviaineilla, on riittävän korkea puristuskestävyys ja sen vetolujuus on 10-20 kertaa pienempi.
Teräsvahvikkeella on riittävän korkea kestävyys sekä puristuksessa että vedossa.
Yhdistämällä nämä kaksi materiaalia yhdessä voit käyttää järkevästi kunkin niistä etuja.
Esimerkiksi betoni palkit, harkitse kuinka betonin lujuutta käytetään taivutetussa elementissä (kuva 1a). Kun palkki taivutetaan neutraalikerroksen yläpuolelle, syntyy puristusjännityksiä ja alempi vyöhyke venyy. Poikkileikkauksen suurimmat jännitykset ovat osan äärimmäisissä ylä- ja alakuiduissa Heti kun palkkia kuormitettaessa jännitykset vetovyöhykkeellä saavuttavat lopullisen vetolujuuden R bt, reunakuitu katkeaa, ts. ensimmäinen halkeama ilmestyy. Tätä seuraa hauras tuho, ts. säteen murtuma. Jännityksiä betonin puristuneella alueella s eKr tuhoutumishetkellä on vain 1/10 ¸ 1/15 betonin puristuslujuudesta R b, eli betonin lujuutta puristusvyöhykkeellä käytetään 10 % tai vähemmän.
Esimerkiksi teräsbetoni raudoituksella varustetut palkit harkitsevat kuinka betonin ja raudoituksen lujuutta käytetään tässä. Ensimmäiset halkeamat betonin vetovyöhykkeellä ilmaantuvat käytännössä samalla kuormituksella kuin betonipalkissa. Mutta toisin kuin betonipalkki, halkeaman esiintyminen ei johda teräsbetonipalkin tuhoutumiseen. Halkeamien ilmaantumisen jälkeen raudoitus absorboi murtuman osan vetovoiman ja palkki pystyy ottamaan vastaan kasvavan kuormituksen. Teräsbetonipalkin tuhoutuminen tapahtuu vasta, kun raudoituksen jännitykset saavuttavat myötörajan ja puristusvyöhykkeen jännitykset saavuttavat betonin puristuslujuuden. Samalla aluksi, kun myötöraja s tek saavutetaan raudoituksessa, palkki alkaa taipua voimakkaasti johtuen raudoituksen plastisten muodonmuutosten kehittymisestä. Tämä prosessi jatkuu, kunnes puristusvyöhykkeellä oleva betoni murskataan, kun se saavuttaa lopullisen puristuslujuutensa R b. Koska jännitystaso betonissa ja raudoitteessa tässä tilassa on paljon korkeampi kuin arvo R bt, tämä tarkoittaa, että sen täytyy johtua suuremmasta kuormituksesta ( N kuvassa 1-b). Lähtö- teräsbetonin tarkoituksenmukaisuus on, että raudoitus havaitsee vetovoimat ja betoni puristusvoimat. Siten, varusteiden päätarkoitus teräsbetonissa on se, että juuri hänen pitäisi havaita jännitys betonin merkityksettömän vetolujuuden vuoksi. Vahvikkeiden avulla taivutetun elementin kantokykyä betoniin verrattuna voidaan lisätä yli 20 kertaa.
Betonin ja siihen asennetun raudoituksen liitosmuodonmuutos varmistetaan adheesiovoimat jotka syntyvät betoniseoksen kovettumisen aikana. Tässä tapauksessa tarttuminen muodostuu useista tekijöistä, nimittäin: ensinnäkin sementtipastan tarttumisesta (liimautumisesta) lujitteeseen (on ilmeistä, että tämän tartuntakomponentin osuus on pieni); toiseksi, koska raudoitus puristuu betoniin sen kutistumisen vuoksi kovettumisen aikana; kolmanneksi johtuen betonin mekaanisesta kosketuksesta raudoituksen jaksoittaiseen (uritettuun) pintaan. Luonnollisesti jaksoittaisella profiililla raudoituksessa tämä tartuntakomponentti on merkittävin, joten jaksollisen profiilin raudoituksen tarttuvuus betonilla on useita kertoja suurempi kuin sileällä pinnalla varustetun raudoituksen tarttuvuus.
Teräsbetonin olemassaolo ja sen hyvä kestävyys osoittautuivat mahdollisiksi joidenkin betonin ja teräsraudoituksen tärkeiden fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien hyödyllisen yhdistelmän ansiosta, nimittäin:
1) kovettumisen aikana betoni kiinnittyy lujasti teräsraudoitteeseen ja kuormituksen alaisena molemmat materiaalit muotoutuvat yhteen;
2) betonilla ja teräksellä on läheiset lineaarisen lämpölaajenemiskertoimien arvot. Tästä syystä kun ympäristön lämpötila muuttuu +50 o C ¸ -70 o C sisällä, niiden välinen tartunta ei riko, koska ne muuttavat saman verran;
3) betoni suojaa raudoitusta korroosiolta ja suoralta tulen vaikutukselta. Ensimmäinen näistä olosuhteista varmistaa teräsbetonin kestävyyden ja toinen - sen palonkestävyyden tulipalon sattuessa. Betonin suojakerroksen paksuus määräytyy tarkalleen olosuhteista, joilla varmistetaan teräsbetonin vaadittu kestävyys ja palonkestävyys.
Käytettäessä teräsbetonia rakennusrakenteiden materiaalina on erittäin tärkeää ymmärtää materiaalin edut ja haitat, mikä mahdollistaa sen järkevän käytön, mikä vähentää sen puutteiden haitallista vaikutusta rakenteen suorituskykyyn.
TO meriitit teräsbetonin (positiivisia ominaisuuksia) ovat:
1. Kestävyys - kunnollisella toiminnalla teräsbetonirakenteet voivat palvella loputtomiin kantokykyä heikentämättä.
2. Hyvä kestävyys staattisia ja dynaamisia kuormia vastaan.
3. Palonkestävyys.
4. Alhaiset käyttökustannukset.
5. Halpaus ja hyvä suorituskyky.
Pääasiaan teräsbetonin haitat liittyä:
1. Merkittävä kuollut paino. Tämä haitta on jossain määrin eliminoitu käytettäessä kevyitä kiviaineksia sekä käytettäessä progressiivisia onttoja ja ohutseinäisiä rakenteita (eli valitsemalla rationaalinen muoto poikkileikkauksille ja rakenteiden ääriviivat).
2. Teräsbetonin alhainen halkeamankestävyys (edellä esitetystä esimerkistä seuraa, että vetobetonissa tulee olla halkeamia rakenteen käytön aikana, mikä ei vähennä rakenteen kantavuutta). Tätä haittaa voidaan vähentää käyttämällä esijännitettyä teräsbetonia, joka toimii radikaalina keinona lisätä sen halkeamiskestävyyttä (esijännitetyn teräsbetonin olemusta käsitellään alla kohdassa 1.3).
3. Betonin lisääntynyt äänen- ja lämmönjohtavuus vaatii joissain tapauksissa lisäkustannuksia rakennusten lämmön- tai äänieristyksestä.
4. Yksinkertaisen ohjauksen mahdottomuus tarkastaa valmistetun elementin vahvistus.
5. Vaikeudet olemassa olevien teräsbetonirakenteiden vahvistamisessa rakennusten saneerauksen aikana, kun niihin kohdistuva kuormitus kasvaa.
Esijännitetty teräsbetoni: sen olemus ja esijännityksen luomismenetelmät
Joskus halkeamien muodostuminen rakenteissa, joissa se ei ole hyväksyttävää käyttöolosuhteiden vuoksi (esimerkiksi säiliöissä; putket; rakenteet, jotka toimivat aggressiivisten väliaineiden vaikutuksen alaisena). Tämän teräsbetonin haitan poistamiseksi käytetään esijännitettyjä rakenteita. Näin voidaan välttää halkeamien syntyä betoniin ja vähentää rakenteen muodonmuutoksia käyttövaiheessa.
Harkitse esijännitetyn teräsbetonin lyhyttä määritelmää.
Teräsbetonirakennetta kutsutaan esijännitetyksi, jossa valmistusprosessin aikana syntyy merkittäviä puristusjännityksiä sen rakenteen osan betoniin, johon käytön aikana kohdistuu jännitystä (kuva 2).
Pääsääntöisesti alkupuristusjännitykset betonissa luodaan käyttämällä esijännitettyä lujaa raudoitusta.
Tämä lisää rakenteen murtolujuutta ja jäykkyyttä sekä luo edellytykset lujan raudoituksen käytölle, mikä johtaa metallin säästöihin ja rakenteen kustannusten laskuun.
Vahvistuksen ominaiskustannukset pienenevät raudoituksen lujuuden kasvaessa. Siksi lujat liittimet ovat paljon kannattavampia kuin perinteiset. Ei kuitenkaan ole suositeltavaa käyttää lujaa raudoitusta rakenteissa ilman esijännitystä, koska raudoituksen suurilla vetojännityksillä betonin vetovyöhykkeiden halkeamat avautuvat merkittävästi, mikä heikentää rakenteen vaadittua suorituskykyä.
Edut esijännitetty teräsbetoni ennen tavallista - tämä on ensinnäkin sen korkea halkeilukestävyys; rakenteen lisääntynyt jäykkyys (johtuen rakenteen puristuksen aikana saadusta käänteistaivutuksesta); parempi kestävyys dynaamisille kuormituksille; korroosionkestävyys; kestävyys; sekä tietty taloudellinen vaikutus, joka saavutetaan käyttämällä erittäin lujaa vahvistusta.
Esijännitetyssä palkissa kuormitettuna (kuva 2) betoniin kohdistuu vetojännitys vasta sen jälkeen, kun alkuperäiset puristusjännitykset on kumottu. Kahden palkin esimerkki osoittaa, että esijännitettyyn palkkiin muodostuu halkeamia suuremmalla kuormituksella, mutta molempien palkkien murtokuorma on arvoltaan lähellä, koska näiden palkkien raudoituksen ja betonin murtojännitykset ovat samat. Esijännitetyn palkin taipuma on myös paljon pienempi.
Tehtaalla esijännitettyjen teräsbetonirakenteiden tuotannossa on kaksi perusmallia esijännityksen luomiseksi teräsbetoniin:
esijännitys raudoituksen jännityksellä pysäyttimissä ja betonissa.
Pysäkkeitä vedettäessä raudoitus tuodaan muottiin ennen elementin betonointia, sen toinen pää kiinnitetään rajoittimeen, toinen vedetään tunkilla tai muulla laitteella kontrolloituun kireyteen. Sitten tuote betonoidaan, höyrytetään ja kun betoni on saavuttanut vaaditun kuutiolujuuden puristuksen havaitsemiseksi R bp liittimet irrotetaan pysäyttimistä. Vahvike, joka yrittää lyhentää kimmoisten muodonmuutosten rajoissa, tarttuessaan betoniin vetää sitä pitkin ja puristaa sitä (kuva 3-a).
Kun raudoitusta kiristetään betoniin (kuva 3-b) ensin valmistetaan betoni tai heikosti vahvistettu elementti, sitten kun betoni saavuttaa lujuuden R bp luo siihen alustavan puristusjännityksen. Tämä tehdään seuraavalla tavalla: esijännitetty raudoitus työnnetään elementin betonoinnin aikana jääneisiin kanaviin tai uriin ja kiristetään tunkilla, lepäämällä suoraan tuotteen päähän. Tässä tapauksessa betonin puristuminen tapahtuu jo raudoituksen kiristysprosessissa. Tällä menetelmällä raudoituksen jännityksiä hallitaan betonin puristuksen päätyttyä. Betonissa olevat kanavat, jotka ylittävät raudoituksen halkaisijan (5 - 15) mm, luodaan asettamalla myöhemmin poistetut tyhjiönmuodostajat (terässpiraalit, kumiputket jne.). Vahvikkeen tarttuminen betoniin saavutetaan johtuen siitä, että ne ruiskutetaan puristuksen jälkeen (sementtitahnaa tai laastia ruiskutetaan kanaviin paineen alaisena t-haarojen kautta, jotka on asetettu elementin valmistuksen aikana). Jos esijännitysraudoitus sijaitsee elementin ulkopuolella (putkilinjojen, säiliöiden jne. rengasvahvistus), sen käämitys ja betonin samanaikainen puristus suoritetaan erityisillä käämityskoneilla. Tässä tapauksessa raudoituksen kiristyksen jälkeen elementin pinnalle ruiskutetaan suojaava betonikerros.
Työntöjännitys on teollisempi menetelmä tehdastuotannossa. Betonin jännitystä käytetään pääasiassa suurissa, suoraan työmaalla luotuissa rakenteissa.
Harjatangon jännitys pysähdykset voidaan suorittaa paitsi tunkilla, myös sähkötermisesti. Tätä varten tangot, joissa on häiriintynyt pää, kuumennetaan sähkövirralla 300 - 350 ° C:seen, tuodaan muottiin ja kiinnitetään muotin pysäyttimiin. Kun alkuperäinen pituus palautuu jäähdytyksen aikana, vahvistusta venytetään. Ankkuria voidaan myös kiristää sähkötermomekaanisella menetelmällä (se on kahden ensimmäisen menetelmän yhdistelmä).
Teräsbetonia käytetään lähes kaikilla teollisuus- ja siviilirakentamisen aloilla:
Teollisuus- ja siviilirakennuksissa teräsbetonia käytetään: perustuksissa, pylväissä, katto- ja lattialaatoissa, seinäpaneeleissa, palkkeissa ja ristikoissa, nosturipalkeissa, ts. lähes kaikki yksi- ja monikerroksisten rakennusten runkojen elementit.
Erikoisrakenteet teollisuus- ja siviilikompleksien rakentamiseen - tukiseinät, bunkkerit, siilot, säiliöt, putkistot, voimansiirtotornit jne.
Vesirakentamisessa ja tienrakennuksessa teräsbetonista valmistetaan padot, penkereet, sillat, tiet, kiitotiet jne.
Teräsbetonin tärkeimmät edut ovat: korkea lujuus, palonkestävyys, kestävyys, muotoilun helppous. Betonipalkilla (kuva alla), johon kohdistuu jännitys neutraaliakselin alapuolella ja puristus sen yläpuolella taivutuksen aikana, on alhainen kantavuus johtuen betonin heikosta vetolujuudesta. Samaan aikaan betonin lujuutta puristusvyöhykkeellä ei hyödynnetä täysin. Tässä suhteessa raudoittamatonta betonia ei suositella käytettäväksi rakenteissa, jotka on suunniteltu toimimaan taivutus- tai jännitysolosuhteissa, koska tällaisten elementtien mitat olisivat kohtuuttoman suuria.
Betonirakenteita käytetään pääasiassa puristustöissä (seinät, perustukset, tukirakenteet, viikset jne.) ja vain toisinaan taivutettaessa pienillä vetojännityksillä, jotka eivät ylitä betonin vetolujuutta.
Teräsbetonirakenteilla, jotka on vahvistettu venytetyllä alueella raudoituksella, on huomattavasti suurempi kantokyky. Joten teräsbetonipalkin kantokyky (kuva alla), jossa on raudoitus pohjaan, on 10-20 kertaa suurempi kuin samankokoisen betonipalkin kantokyky. Tässä tapauksessa betonin lujuus palkin puristusvyöhykkeellä hyödynnetään täysin.
Kuormitettujen elementtien toimintakaaviot
Vahvikkeena käytetään terästankoja, lankoja, valssattuja profiileja sekä lasikuitua, synteettisiä materiaaleja, puutankoja, bamburunkoja.
Rakenteet vahvistetaan paitsi kun ne toimivat jännityksessä ja taivutuksessa, myös puristuksessa (kuva yllä). Koska teräksellä on korkea veto- ja puristuskestävyys, sen sisällyttäminen puristetuihin osiin lisää merkittävästi niiden kantokykyä. Eri ominaisuuksien omaavien materiaalien, kuten betonin ja teräksen, yhteistyöskentely varmistetaan seuraavilla tekijöillä:
- raudoituksen tarttuminen betoniin, joka tapahtuu betoniseoksen kovettumisen aikana; tarttumisesta johtuen molemmat materiaalit muotoutuvat yhteen;
- läheiset lineaaristen lämpötilan muodonmuutosten kertoimet (betonille 7 · 10 -6 -10 · 10 -6 1 / astetta, teräkselle 12 · 10 -6 1 / astetta), mikä sulkee pois alkujännitysten esiintymisen materiaaleissa ja luistoraudoituksissa betonissa, jonka lämpötila vaihtelee jopa 100 ° С;
- Tiheään betoniin suljetun teräksen luotettava suoja korroosiolta, suoralta tulipalolta ja mekaanisilta vaurioilta.
Teräsbetonirakenteiden ominaisuus on halkeilumahdollisuus jännitysalueella ulkoisten kuormien vaikutuksesta. Näiden halkeamien avautuminen monissa rakenteissa käyttövaiheessa on pieni (0,1-0,4 mm) eivätkä aiheuta raudoituksen korroosiota tai häiriöitä rakenteen normaalissa toiminnassa. On kuitenkin olemassa rakenteita ja rakenteita, joissa halkeamien muodostuminen käyttöolosuhteiden mukaan ei ole hyväksyttävää (esim. paineputket, tarjottimet, säiliöt jne.) tai aukon leveyttä on pienennettävä. Tässä tapauksessa ne elementin vyöhykkeet, joissa vetovoimat ilmaantuvat käyttökuormituksen vaikutuksesta, puristetaan voimakkaasti etukäteen (ennen ulkoisten kuormien kohdistamista) esijännittämällä raudoitus. Tällaisia rakenteita kutsutaan esijännitetyiksi. Rakenteiden esipuristus suoritetaan pääasiassa kahdella tavalla: kiristämällä raudoitus rajoittimiin (ennen betonointia) ja betoniin (betonoinnin jälkeen).
Ensimmäisessä tapauksessa raudoitus vedetään ennen rakenteen betonointia ja kiinnitetään muotin vasteisiin tai päihin (kuva alla). Sitten elementti betonoidaan. Kun betoni on saavuttanut tarvittavan lujuuden esipuristusvoimien havaitsemiseksi (siirtolujuus), raudoitus vapautuu vasteista ja lyhentäessään se puristaa betonin. Voiman siirtyminen betoniin tapahtuu raudoituksen ja betonin välisen tarttuvuuden vuoksi sekä rakenteen betonissa olevien erityisten ankkurilaitteiden avulla, jos tartunta on riittämätön.
Toisessa tapauksessa valmistetaan ensin betoni tai heikosti vahvistettu elementti kanavilla tai urilla (kuva alla). Kun betoni saavuttaa vaaditun siirtolujuuden, raudoitus työnnetään kanaviin (uriin), kiristetään elementin päässä olevalla vetokiinnityksellä ja ankkuroidaan. Siten betoni puristetaan. Vahvikkeen tarttuvuuden aikaansaamiseksi betoniin ruiskutetaan sementti- tai sementti-hiekkalaastia kanaviin. Jos esijännitysvahvike sijaitsee elementin ulkopinnalla (putkilinjojen, säiliöiden jne. rengasvahvistus), sen käämitys samanaikaisesti betonin puristamisella suoritetaan erityisillä käämityskoneilla. Vahvistuksen kiristyksen jälkeen elementin pinnalle levitetään suojakerros ruiskuttamalla. Vahvistusjännitys voidaan tehdä mekaanisilla, sähkötermisillä, yhdistetyillä ja fysikaalis-kemiallisilla menetelmillä.
Esijännityksen luomismenetelmät
a - rajoittimien jännitys; b - jännitys betoniin; I - elementin raudoituksen ja betonoinnin jännitys; II, IV - valmis elementti; III - elementti raudoituksen kiristyksen aikana; 1 - painotus; 2 - tunkki; 3 - ankkuri
Mekaanisella menetelmällä liitokset kiristetään hydraulisilla tai ruuvitukilla, kelauskoneilla ja muilla mekanismeilla. Sähkötermisellä menetelmällä ankkuri kuumennetaan sähkövirralla 300-350 °C:seen, laitetaan muottiin ja kiinnitetään pysäyttimiin. Jäähdytysprosessissa raudoitus lyhenee ja saa alustavat vetojännitykset. Yhdistetty kiristysmenetelmä yhdistää samanaikaisesti suoritettavat sähkötermiset ja mekaaniset raudoituksen kiristysmenetelmät. Fysikaalis-kemiallisella menetelmällä raudoituksen jännitys saavutetaan erityiselle jännityssementille (NC) valmistetun betonin paisumisen seurauksena sen hydrotermisen käsittelyn aikana.
Betoniin upotettu raudoitus estää sen tilavuuden kasvun ja venymisen sekä betoniin syntyy puristusjännitystä. Vastikkeiden raudoituksen kiristys tehdään mekaanisesti, sähkötermisellä tai yhdistetyllä menetelmällä ja betonin - vain mekaanisesti.
Esijännitettyjen rakenteiden tärkein etu on korkea halkeilunkestävyys. Kun esijännitetty elementti kuormitetaan ulkoisella kuormalla vetovyöhykkeen betonissa, ennalta luodut puristusjännitykset sammuvat ja vasta sitten syntyy vetojännitys. Mitä suurempi betonin ja teräksen lujuus on, sitä enemmän elementtiin voidaan luoda esipuristusta.
Lujien materiaalien käyttö mahdollistaa raudoituksen kulutuksen vähentämisen 30-70 % verrattuna jännittämättömään teräsbetoniin. Myös betonin kulutus ja rakenteen paino vähenevät. Lisäksi esijännitettyjen rakenteiden korkea halkeamiskestävyys lisää niiden jäykkyyttä, vedenkestävyyttä, pakkaskestävyyttä, dynaamisten kuormien kestävyyttä ja kestävyyttä.
Esijännitetyn teräsbetonin haittoja ovat se, että prosessi on merkittävä työvoimavaltainen rakenteiden valmistus. Lisäksi tarvitaan erikoislaitteita ja korkeasti koulutettuja työntekijöitä.
Esijännitettyjen elementtien jännitys-venymätilat vetovyöhykkeen betoniin halkeamien muodostumisen jälkeen ovat samanlaisia kuin elementeissä ilman esijännitystä.
Teräsbetonirakenteet ovat nykyaikaisen rakentamisen perusta. Niissä on kuitenkin merkittäviä puutteita, jotka liittyvät ensinnäkin riittämättömään kantavuuteen ja halkeamien muodostumiseen kiveen käyttökuormituksen aikana. Betonituotteiden ja teräsraudoituksen valmistustekniikan parantaminen on johtanut esijännitetyn teräsbetonin luomiseen, jolla on useita etuja.
Määritelmä
Esijännitetyt teräsbetonirakenteet ovat rakennustuotteita, joiden betoni joutuu luomisvaiheessa vastaanottamaan alkuperäisen suunnittelun puristusjännityksen. Se syntyy johtuen alustavasta vetojännityksen muodostumisesta työskenneltävässä korkealujuusraudoitteessa ja sen puristumisesta betoniin niillä alueilla, jotka joutuvat kokemaan jännitystä (poikkeamaa) käytön aikana. Puristamalla vahvike ei luista, koska se kiinnittyy materiaaliin tai pysyy kiinni ankkuroimalla vahvistus tuotteiden päihin. Näin ollen vetojännitys, jonka teräsbetonikoostumus saa raudoituksen avulla, tasapainottaa kiven esipuristuksen jännitystä.
Edut
Esijännitetty teräsbetoni lykkää pitkään taipumiseen toimivien tuotteiden halkeamien muodostumisen alkamisajankohtaa, vähentää niiden avautumissyvyyttä. Samalla tuotteet saavat lisää jäykkyyttä heikentämättä niiden lujuutta.
Esijännitetyt teräsbetonipalkit toimivat yleensä hyvin puristuksessa ja taipumisessa, ja niillä on sama lujuus koko pituudelta, mikä mahdollistaa päällekkäisten jänteiden leveyden lisäämisen. Tällaisissa rakenteissa poikkileikkauksen mitat pienenevät, joten komponenttielementtien tilavuus ja paino (20 - 30%) sekä sementin kulutus vähenevät. Teräksen ominaisuuksien rationaalisempi käyttö mahdollistaa (tanko ja lanka) vähentämisen jopa 50 %:iin, erityisesti lujista laatulajeista (A-IV ja korkeammat), joilla on merkittävä vetolujuus. Betonin kemiallinen neutraalisuus teräkseen nähden auttaa suojaamaan raudoitusta korroosiolta. Samalla lisääntynyt halkeamankestävyys suojaa jännittynyttä raudoitusta ruostumiselta rakenteissa, jotka ovat jatkuvassa veden, muiden nesteiden ja kaasujen paineessa.
Runkorakentamisessa käytetyt talonrakennusmenetelmät perustuvat teräsbetonirakenteiden esijännitysteknologiaan rakentamisen aikana. Asennusyksiköiden betonia puristava vetoraudoitus varmistaa niiden käytännöllisen kiinnityksen vähentämällä merkittävästi metallin kulutusta liitoksissa. Teräsbetonijännitettyjen rakenteiden esivalmistetut ja monoliittiset elementtituotteet voivat koostua saman poikkileikkauksen omaavista rajoittuvista osista, jotka on valmistettu reunoista jännittämättömästä kevyestä (raskasta) betonista ja kuormitettu fragmentti on esijännitettyä teräsbetonia. Nämä tuotteet ovat lisänneet kestävyyttä kompensoimalla toistuvia dynaamisia vaikutuksia.
Tämä ominaisuus mahdollistaa ulkoisten kuormien vaihteluiden aiheuttamien jännitysten muutosten vaimentamisen betonissa ja raudoituksissa. Rakennusten lisääntynyt seisminen kestävyys lisääntyy jännittyneen teräsbetonin korkean rakenteellisen stabiilisuuden vuoksi, mikä puristaa yksittäisiä fragmentteja. Esijännitetty rakenne lisää turvallisuutta, koska sen tuhoamista edeltää rajan ulkopuolinen taipuma, joka ilmaisee rakenteen lujuuden loppumisen.
haittoja
Materiaalin esijännitystila saavutetaan erikoislaitteistolla, tarkoilla laskelmilla, työvoimavaltaisella suunnittelulla ja kalliilla tuotannolla. Tuotteet vaativat huolellista varastointia, kuljetusta ja asennusta, jotka eivät aiheuta hätätilaa edes ennen käyttöä.
Keskittyneet kuormat voivat johtaa pitkittäisiin halkeamiin, jotka heikentävät kantavuutta. Suunnittelu- ja tuotantoteknologian virhearvioinnit voivat aiheuttaa luodun teräsbetonituotteen täydellisen tuhoutumisen liukukäytävällä. Esijännitetyt rakenteet vaativat lujaa metallia kuluttavaa muottia, lisääntynyttä teräksen kulutusta upotuksessa ja raudoituksissa.
Suuret äänen- ja lämmönjohtavuusarvot vaativat kompensoivien materiaalien sijoittamista kivirunkoon. Tällaiset teräsbetonirakenteet tarjoavat alhaisemman palonkestävyyskynnyksen (johtuen esijännitetyn raudoitusteräksen alhaisemmasta kriittisestä kuumennuslämpötilasta) verrattuna tavanomaiseen teräsbetoniin. Esijännitetyn betonin rakenteeseen vaikuttavat kriittisesti huuhtoutuminen, happojen ja sulfaattien liuokset, suolat, jotka johtavat sementtikiven korroosioon, halkeilemiseen ja raudoituksen korroosioon. Tämä voi johtaa teräksen kantokyvyn jyrkkään laskuun ja äkilliseen hauraaseen murtumaan. Haittoja ovat myös tuotteiden merkittävä paino.
Materiaalit rakenteisiin
Teräsbetoni on monikomponenttinen materiaali, jonka pääkomponentit ovat betoni- ja teräsraudoitus. Niiden laatuparametrit määräytyvät rakenneosien erityisten suunnitteluvaatimusten mukaisesti käyttöpaikalla.
Betoni
Betonivalumuotit esijännitystangoilla. Teräsbetonin esijännitys varmistetaan käyttämällä raskaita koostumuksia, joiden keskitiheys on 2 200 - 2 500 kg / m3 ja joiden aksiaalivetolujuusluokka on yli Bt0,8, lujuus B20 ja enemmän, vedenpitävät arvot W2 ja korkeammat, pakkaskestävyys alkaen F50... Tuotteiden vaatimukset takaavat betonin, jonka standardilujuus ei ole alempi kuin vahvistettu, todennäköisyydellä 0,95 (95% tapauksista). Seoksen tulee vanheta vähintään 28 päivää ennen materiaalin esijännitystä. Betonikivi voi käytön alkuvaiheessa menettää osittain jännittyneisyytensä johtuen yleisestä teräksen jännityksen alenemisesta (jopa 16 %). Materiaalin luotettavuuskerroin jännityksessä ja puristuksessa rajatiloissa on asetettu käyttökelpoisuudelle vähintään 1,0.