(predpätého železobetónu) je stavebný materiál určený na prekonanie neschopnosti betónu odolávať značným ťahovým napätiam. Konštrukcie z predpätého železobetónu majú v porovnaní s nepredpätým betónom výrazne menšie priehyby a zvýšenú odolnosť voči trhlinám pri rovnakej pevnosti, čo umožňuje premostiť väčšie rozpätia pri rovnakom priereze prvku.
Pri výrobe železobetónu sa výstuž položí z ocele s vysokou pevnosťou v ťahu, potom sa oceľ natiahne špeciálnym zariadením a položí sa betónová zmes. Po zatuhnutí sa predpínacia sila uvoľneného oceľového drôtu alebo lana prenáša na okolitý betón tak, že sa stlačí. Toto vytváranie tlakových napätí umožňuje čiastočne alebo úplne eliminovať ťahové napätia z prevádzkového zaťaženia.
Metódy napínania výstuže:
Grants Pass, predpätý železobetónový most v Botanical Gardens, Oregon, USA
Podľa typu technológie sa zariadenie delí na:
- napätie na dorazoch (pred uložením betónu do debnenia);
- napätie na betóne (po uložení a vytvrdnutí betónu).
Častejšie sa druhá metóda používa pri stavbe mostov s veľkými rozpätiami, kde sa jedno pole robí v niekoľkých etapách (záchyty). Materiál vyrobený z ocele (kábel alebo výstuž) sa vloží do formy na zabetónovanie do kanálov (vlnitá tenkostenná kovová alebo plastová rúra). Po výrobe monolitickej konštrukcie sa kábel (výstuž) do určitej miery ťahá špeciálnymi mechanizmami (zdviháky). Potom sa do potrubia káblom (výstužou) čerpá tekutý cementový (betónový) roztok. To zaisťuje pevné spojenie segmentov mostného poľa.
Zatiaľ čo napätie na dorazoch implikuje iba priamy tvar napínanej výstuže, dôležitým rozlišovacím znakom napätia na betóne je schopnosť napínať výstuž zložitého tvaru, čo zvyšuje účinnosť výstuže. Napríklad pri mostoch sa výstužné prvky zdvíhajú vo vnútri nosných železobetónových nosníkov v úsekoch nad podperami „býkov“, čo im umožňuje efektívnejšie využiť ich napätie na zabránenie priehybu.
Eugene Freycinet (Francúzsko) a Viktor Vasiljevič Michajlov (Rusko) stáli pri zrode predpätého železobetónu.
Predpätý železobetón je hlavným materiálom medzipodlažných stropov výškových budov a ochranných kontajnmentov jadrových reaktorov, ako aj stĺpov a stien budov v priestoroch so zvýšeným
Moderné metódy rámovej konštrukcie využívajú technológiu predpínania železobetónových konštrukcií. Predpäté konštrukcie- železobetónové konštrukcie, v ktorých je napätie umelo vytvorené počas výroby napínaním časti alebo celej pracovnej výstuže (stlačenie časti alebo celého betónu).
Stlačenie betónu v predpätých konštrukciách o vopred stanovenú hodnotu sa uskutočňuje napínaním výstužných prvkov, ktoré majú po fixácii a uvoľnení napínacích zariadení tendenciu vrátiť sa do pôvodného stavu. Zároveň je zošmyknutie výstuže v betóne vylúčené ich vzájomnou prirodzenou priľnavosťou, prípadne bez priľnavosti výstuže k betónu - špeciálnym umelým kotvením koncov výstuže do betónu.
Odolnosť proti trhlinám predpätých konštrukcií je 2 - 3 krát vyššia ako odolnosť proti trhlinám železobetónových konštrukcií bez predpätia. Je to spôsobené tým, že predbežné stlačenie betónu výstužou výrazne prevyšuje konečnú deformáciu napätia betónu.
Predpätý betón umožňuje znížiť spotrebu vzácnej ocele v stavebníctve v priemere až o 50 %. Predbežné stlačenie natiahnutých zón betónu výrazne oneskoruje moment praskania v natiahnutých zónach prvkov, obmedzuje šírku ich otvoru a zvyšuje tuhosť prvkov prakticky bez ovplyvnenia ich pevnosti.
Výhody technológie predpínania pre železobetón
Predpäté konštrukcie sa ukazujú ako ekonomické pre budovy a konštrukcie s rozpätiami, zaťažením a pracovnými podmienkami, v ktorých je použitie železobetónových konštrukcií bez predpätia technicky nemožné, alebo spôsobuje nadmernú spotrebu betónu a ocele na zabezpečenie požadovanej tuhosti a únosnosti konštrukcií. .
Predpätie, ktoré zvyšuje tuhosť a odolnosť konštrukcií proti vzniku trhlín, zvyšuje ich odolnosť pri práci pod vplyvom opakovaného zaťaženia. Je to spôsobené znížením poklesu napätia výstuže a betónu spôsobeného zmenou veľkosti vonkajšieho zaťaženia. Správne navrhnuté predpäté konštrukcie a budovy sú bezpečnejšie na prevádzku a spoľahlivejšie, najmä v seizmických oblastiach. S nárastom percenta vystuženia sa v mnohých prípadoch zvyšuje seizmická odolnosť predpätých konštrukcií. Je to spôsobené tým, že v dôsledku použitia pevnejších a ľahších materiálov sa časti predpätých konštrukcií vo väčšine prípadov ukážu ako menšie v porovnaní so železobetónovými konštrukciami bez predpätia rovnakej únosnosti, a teda pružnejšie a ľahký.
Vo väčšine vyspelých krajín sa predpätý železobetón používa v čoraz väčšom objeme na výrobu podlahových konštrukcií a náterov budov na rôzne účely, významná časť výrobkov používaných v inžinierskych stavbách a v dopravnom staviteľstve; objavila sa výroba prvkov vonkajšieho architektonického riešenia budov.
Svetové skúsenosti s používaním prednapäťovej technológie
Vo svete je monolitický železobetón prevažne predpätý. V prvom rade sa týmto spôsobom stavajú veľkorozponové stavby, obytné budovy, priehrady, energetické komplexy, televízne veže a mnohé ďalšie. Televízne veže vyrobené z monolitického predpätého železobetónu vyzerajú obzvlášť pôsobivo a stávajú sa atrakciami mnohých krajín a miest. Torontská televízna veža je najvyššia voľne stojaca železobetónová konštrukcia na svete. Jeho výška je 555 m.
Pri ukladaní predpínacej výstuže a betonáži v posuvnom debnení sa veľmi osvedčil prierez trojlístkovej veže. Moment prevrátenia vetra, na ktorý je táto veža navrhnutá, je takmer pol milióna ton metrov s vlastnou hmotnosťou prízemnej časti veže niečo vyše 60 tisíc ton.
V Nemecku a Japonsku sú nádrže v tvare vajca pre čistiarne vo veľkej miere postavené z monolitického predpätého železobetónu. K dnešnému dňu boli vybudované takéto nádrže s celkovou kapacitou viac ako 1,2 milióna metrov kubických. Samostatné konštrukcie tohto typu majú kapacitu od 1 do 12 tisíc metrov kubických.
V zahraničí sa stále viac používajú monolitické dosky so zvýšeným rozpätím s napätím výstuže na betóne. Len v USA sa ročne postaví viac ako 10 miliónov metrov kubických takýchto stavieb. Značné množstvo takýchto dosiek sa vyrába v Kanade.
V poslednej dobe sa predpínacia výstuž v monolitických konštrukciách čoraz viac využíva bez adhézie k betónu, t.j. kanály nie sú injektované a výstuž je buď chránená pred koróziou špeciálnymi ochrannými krytmi, alebo ošetrená antikoróznymi zlúčeninami. Vznikajú tak mosty, budovy s veľkým rozpätím, výškové budovy a iné podobné objekty.
 |
Okrem tradičných stavebných účelov našiel monolitický predpätý železobetón široké uplatnenie v reaktorových nádobách a plášťoch kontajnmentov pre jadrové elektrárne. Celková kapacita jadrových elektrární vo svete presahuje 150 miliónov kW, z toho kapacita elektrární, reaktorových nádob a plášťov kontajnmentu, ktoré sú postavené z monolitického predpätého železobetónu, je takmer 40 miliónov kW. Ochranné obaly pre jadrové elektrárne sa stali povinnými. Neprítomnosť takejto škrupiny spôsobila katastrofu v Černobyle.
Ropné plošiny na mori sú ukážkovým príkladom stavebných schopností predpätého železobetónu. Vo svete bolo postavených viac ako dve desiatky takýchto grandióznych stavieb.
Platforma Troll, postavená v roku 1995 v Nórsku, má celkovú výšku 472 m, čo je jeden a pol krát viac ako Eiffelova veža. Platforma je inštalovaná na morskej časti s hĺbkou viac ako 300 ma je navrhnutá tak, aby odolala nárazom hurikánovej búrky s výškou vlny 31,5 m. Na jej výrobu bolo vynaložených 250 tisíc metrov kubických. vysokopevnostného betónu, 100-tisíc ton bežnej ocele a 11-tisíc ton predpínacej betonárskej ocele. Odhadovaná životnosť platformy je 70 rokov.
Mostné stavby sú tradične rozsiahlou oblasťou použitia pre predpätý železobetón. Napríklad v USA postavili viac ako 500-tisíc železobetónových mostov rôznych rozpätí. V poslednom období tam boli vybudované viac ako dve desiatky lanových mostov s dĺžkou 600-700 m so stredovými rozpätiami od 192 do 400 m. Mimoriadkové mosty sú postavené z predpätého železobetónu, ktoré sú postavené podľa jednotlivých projektov. Mosty s rozpätím do 50 m sú postavené v prefabrikovanom vyhotovení zo železobetónových predpätých nosníkov.
 |
| Most "Normandia" |
Pokroky v konštrukcii mostov z predpätého betónu sú dostupné aj v iných krajinách. V Austrálii v Brisbane postavili trámový most so stredovým rozpätím 260 m, najväčší spomedzi mostov tohto typu. Lanový most Barrnos de Luna v Španielsku má rozpätie 440, Anasis v Kanade – 465, Hong Kongský most – 475 m.Najväčšie rozpätie má oblúkový most v Juhoafrickej republike – 272 m. -pevné mosty patria k mostu v Normandii, ktorého rozpätie je 864 m. O nič horšie ako most Vasco de Gama v Lisabone, postavený pre svetovú výstavu EXPO-98. Celková dĺžka tohto mosta je vyše 18 km. Jeho hlavné nosné konštrukcie - pylóny a polia - sú vyrobené z betónu s pevnosťou v tlaku viac ako 60 MPa. Garantovaná životnosť mosta je 120 rokov podľa kritéria trvanlivosti betónu (v Rusku sa v posledných rokoch častejšie stavajú mosty veľkých rozpätí z ocele).
Technológia predpínania monolitického železobetónu v Rusku
V Rusku tvoria tieto výrobky viac ako tretinu celkovej produkcie prefabrikovaných prvkov. V zahraničí je veľmi rozšírené nedebnenie doskových konštrukcií na dlhých stojanoch. Tam je bežnou praxou výroba dosiek s rozpätím do 17 m, výškou sekcie 40 cm pre zaťaženie do 500 kgf / m2. Vo Fínsku sa duté železobetónové dosky pri rovnakom zaťažení vyrábajú s výškou prierezu dokonca 50 cm s rozpätím až 21 m, to znamená, že použitie predpätia umožňuje výrobu prefabrikovaných prvkov kvalitatívnej inú úroveň. Napätie výstuže lana na takýchto stojanoch je spravidla skupinové napätie s nosnosťou zdviháka 300-600 ton.Dnes sú vyvinuté rôzne systémy bez debnenia na dlhých stojanoch Spyrol, Spankrit, Spandex, Max Roth, Partek a iné, vyznačujúce sa vysokou produktivitou, použitou výstužou, technologickými požiadavkami na betón, tvarom prierezu panelov a ďalšími parametrami. Na stojanoch dlhých až 250 m sa doska vyrába rýchlosťou až 4 m / min, v balíku je možné betónovať 6 dosiek na výšku. Šírka dosiek dosahuje 2,4 m, s maximálnym rozpätím 21 m. Len dosky Spencrit sa v USA spotrebujú cez 15 miliónov m2 ročne.
Kedysi sa aj v Rusku objavili dlhé stojany na beztvaré lisovanie pomocou technológie Max Roth. Táto technológia však nezískala ďalšie uznanie. V konštrukčných systémoch budov, ktoré sú v našej krajine široko používané, sa spojenie prvkov uskutočňuje prostredníctvom vložených častí. V doskách vyrobených na dlhých stojanoch, spravidla extrúziou, sú možnosti umiestnenia zabudovaných dielov obmedzené. Pre prefabrikované monolitické budovy však môžu nájsť najširšie rozšírenie dosky bez zabudovaných dielov, čo je prípad v zahraničí, najmä v škandinávskych krajinách a USA.
Neskôr sa linky Partek objavili v Rusku (v závode ZhBK-17 v Moskve, Petrohrade, Barnaule), čo naznačuje vznik dopytu po takýchto platniach. Zlepšenie konštrukčných systémov budov bude určite impulzom pre rozvoj technológie výroby panelových výrobkov.
Dlhotrvajúca ruská stagnácia v oblasti aplikácie predpätého železobetónu je čiastočne spôsobená tým, že sme nedostali riadnu štúdiu a aplikáciu predpätých konštrukcií s napätím výstuže na betón, a to aj v stavebných podmienkach.
"Enerprom" začína rozvíjať tento smer a ponúka množstvo zariadení vlastného dizajnu na implementáciu tejto technológie.
Podstata železobetónu. Jeho výhody a nevýhody
Železobetón je komplexný stavebný materiál pozostávajúci z betón a oceľ armatúry, deformujúce sa spolu až po deštrukciu konštrukcie.
Vo vyššie uvedenej definícii sú zvýraznené kľúčové slová, ktoré odrážajú podstatu materiálu. Aby sme identifikovali úlohu každého zo zvýraznených konceptov, uvažujme podrobnejšie o podstate každého z nich.
Betón je umelý kameň, ktorý má ako každý iný kamenný materiál dostatočne vysokú odolnosť proti tlaku a jeho pevnosť v ťahu je 10 - 20 krát menšia.
Oceľová výstuž má pomerne vysokú odolnosť voči tlaku aj ťahu.
Kombinácia týchto dvoch materiálov v jednom umožňuje racionálne využívať výhody každého z nich.
Napríklad betón nosníky, zvážte, ako sa používa pevnosť betónu v ohybovom prvku (obr. 1a). Keď je nosník ohnutý nad neutrálnou vrstvou, vznikajú tlakové napätia a spodná zóna sa napína. Maximálne napätia v sekciách budú v extrémnych horných a dolných vláknach sekcie Hneď ako pri zaťažení nosníka dosiahnu napätia v ťahovej zóne medzu pevnosti v ťahu R bt, okrajové vlákno sa pretrhne, t.j. objaví sa prvá trhlina. Nasledovať bude krehké zničenie, t.j. zlomenina lúča. Napätia v stlačenej zóne betónu s pred Kr v momente zničenia bude len 1/10 ¸ 1/15 konečnej pevnosti betónu v tlaku R b, t.j. pevnosť betónu v stlačenej zóne sa využije o 10 % alebo menej.
Napríklad železobetón nosníky s výstužou zvážte, ako sa tu používa pevnosť betónu a výstuže. Prvé trhliny v ťahovej zóne betónu sa prejavia prakticky pri rovnakom zaťažení ako v betónovom nosníku. Na rozdiel od betónového nosníka však výskyt trhliny nevedie k zničeniu železobetónového nosníka. Po objavení sa trhlín bude ťahová sila v úseku s trhlinou absorbovaná výstužou a nosník bude schopný absorbovať zvyšujúce sa zaťaženie. K deštrukcii železobetónového nosníka dôjde až vtedy, keď napätia vo výstuži dosiahnu medzu klzu a napätia v stlačenej zóne dosiahnu medzu pevnosti betónu v tlaku. Zároveň sa najskôr pri dosiahnutí medze klzu s tek vo výstuži začne nosník intenzívne ohýbať v dôsledku vývoja plastických deformácií vo výstuži. Tento proces pokračuje, kým sa betón v stlačenej zóne nerozdrví, keď dosiahne svoju konečnú pevnosť v tlaku R b. Pretože úroveň napätí v betóne a výstuži je v tomto stave oveľa vyššia ako hodnota R bt, potom to znamená, že to musí byť spôsobené väčšou záťažou ( N na obr. 1-b). Záver- výhodnosť železobetónu spočíva v tom, že ťahové sily sú vnímané výstužou a tlakové sily sú vnímané betónom. teda hlavný účel armatúr v železobetóne spočíva v tom, že je to ona, kto musí vnímať napätie v dôsledku nevýznamnej pevnosti betónu v ťahu. Pomocou výstuže je možné zvýšiť nosnosť ohýbaného prvku v porovnaní s betónovým viac ako 20-krát.
Deformácia spoja betónu a v ňom inštalovanej výstuže je zabezpečená o adhézne sily ktoré vznikajú pri tuhnutí betónovej zmesi. V tomto prípade sa adhézia vytvára v dôsledku niekoľkých faktorov, a to: po prvé v dôsledku adhézie (lepenia) cementovej pasty na výstuž (je zrejmé, že podiel tejto zložky adhézie je malý); po druhé, v dôsledku stlačenia výstuže betónom v dôsledku jej zmršťovania počas tvrdnutia; po tretie, v dôsledku mechanického záberu betónu na periodickom (ryhovanom) povrchu výstuže. Prirodzene, pre výstuž s periodickým profilom je táto zložka adhézie najvýznamnejšia, preto je adhézia výstuže periodického profilu s betónom niekoľkonásobne vyššia ako pri výstuži s hladkým povrchom.
Samotná existencia železobetónu a jeho dobrá trvanlivosť sa ukázali ako možné vďaka výhodnej kombinácii niektorých dôležitých fyzikálnych a mechanických vlastností betónu a oceľovej výstuže, a to:
1) betón po vytvrdnutí pevne priľne k oceľovej výstuži a pri zaťažení sa oba tieto materiály spolu deformujú;
2) betón a oceľ majú blízke hodnoty koeficientov lineárnej tepelnej rozťažnosti. To je dôvod, prečo pri zmene okolitej teploty v rozmedzí +50 o C ¸ -70 o C nedochádza k narušeniu adhézie medzi nimi, pretože sú deformované rovnako;
3) betón chráni výstuž pred koróziou a priamym pôsobením ohňa. Prvá z týchto okolností zabezpečuje trvanlivosť železobetónu a druhá - jeho požiarna odolnosť v prípade požiaru. Hrúbka ochrannej vrstvy betónu sa presne určuje z podmienok na zabezpečenie požadovanej trvanlivosti a požiarnej odolnosti železobetónu.
Pri použití železobetónu ako materiálu pre stavebné konštrukcie je veľmi dôležité pochopiť výhody a nevýhody materiálu, čo umožní jeho racionálne použitie, čím sa zníži nepriaznivý vplyv jeho nedostatkov na výkon konštrukcie.
TO zásluhy(pozitívne vlastnosti) železobetónu zahŕňajú:
1. Trvanlivosť - pri správnej prevádzke môžu železobetónové konštrukcie slúžiť neobmedzene dlho bez zníženia únosnosti.
2. Dobrá odolnosť voči statickému a dynamickému zaťaženiu.
3. Požiarna odolnosť.
4. Nízke prevádzkové náklady.
5. Lacnosť a dobrý výkon.
K hlavnému nevýhody železobetónu týkať sa:
1. Významná mŕtva hmotnosť. Táto nevýhoda je do určitej miery odstránená pri použití ľahkého kameniva, ako aj pri použití progresívnych dutých a tenkostenných konštrukcií (teda voľbou racionálneho tvaru rezov a obrysov konštrukcií).
2. Nízka odolnosť železobetónu voči trhlinám (z vyššie uvažovaného príkladu vyplýva, že v napnutom betóne by počas prevádzky konštrukcie mali byť trhliny, ktoré neznižujú únosnosť konštrukcie). Túto nevýhodu je možné znížiť použitím predpätého železobetónu, ktorý slúži ako radikálny prostriedok na zvýšenie jeho odolnosti voči trhlinám (podstatou predpätého železobetónu sa zaoberáme v téme 1.3 nižšie.
3. Zvýšená zvuková a tepelná vodivosť betónu si v niektorých prípadoch vyžaduje dodatočné náklady na tepelnú alebo zvukovú izoláciu budov.
4. Nemožnosť jednoduchého ovládania kontroly výstuže vyrábaného prvku.
5. Ťažkosti pri spevňovaní existujúcich železobetónových konštrukcií pri rekonštrukciách budov, keď sa zvyšuje ich zaťaženie.
Predpätý železobetón: jeho podstata a spôsoby vytvárania predpätia
Niekedy tvorba trhlín v konštrukciách, v ktorých je to neprijateľné z dôvodu prevádzkových podmienok (napríklad v nádržiach; potrubiach; konštrukciách pracujúcich pod vplyvom agresívnych médií). Na odstránenie tejto nevýhody železobetónu sa používajú predpäté konštrukcie. Tak je možné vyhnúť sa vzniku trhlín v betóne a znížiť deformáciu konštrukcie počas fázy prevádzky.
Zvážte stručnú definíciu predpätého železobetónu.
Železobetónová konštrukcia sa nazýva predpätá, pri ktorej sa počas výrobného procesu vytvárajú značné tlakové napätia v betóne tej časti konštrukcie, ktorá je počas prevádzky namáhaná (obr. 2).
Typicky sa počiatočné tlakové napätia v betóne vytvárajú pomocou predpätej vysokopevnostnej výstuže.
To zvyšuje lomovú húževnatosť a tuhosť konštrukcie, ako aj vytvára podmienky pre použitie vysokopevnostnej výstuže, čo vedie k úsporám kovu a zníženiu nákladov na konštrukciu.
Špecifické náklady na výstuž klesajú so zvyšovaním pevnosti výstuže. Preto sú tvarovky s vysokou pevnosťou oveľa výnosnejšie ako konvenčné. Neodporúča sa však používať vysokopevnostnú výstuž v konštrukciách bez predpätia, pretože pri vysokých ťahových napätiach vo výstuži sa výrazne otvoria trhliny v ťahových zónach betónu, pričom sa zníži požadovaný výkon konštrukcie.
Výhody predpätý železobetón pred obvyklým - to je predovšetkým jeho vysoká odolnosť proti praskaniu; zvýšená tuhosť konštrukcie (v dôsledku spätného ohybu získaného pri stlačení konštrukcie); lepšia odolnosť voči dynamickému zaťaženiu; odolnosť proti korózii; trvanlivosť; ako aj určitý ekonomický efekt dosiahnutý použitím vysokopevnostnej výstuže.
V predpätom nosníku pri zaťažení (obr. 2) betón podlieha ťahovým napätiam až po zrušení počiatočných tlakových napätí. Príklad dvoch nosníkov ukazuje, že trhliny v predpätom nosníku sa vytvárajú pri vyššom zaťažení, ale medzné zaťaženie pre oba nosníky je blízka hodnota, pretože medzné napätia vo výstuži a betóne týchto nosníkov sú rovnaké. Oveľa menší je aj priehyb predpätého nosníka.
Pri výrobe predpätých železobetónových konštrukcií v závode sú možné dve základné schémy vytvárania predpätia v železobetóne:
predpätie s napínaním výstuže na dorazoch a na betóne.
Pri ťahaní zarážok výstuž sa pred zabetónovaním prvku privedie do formy, jej jeden koniec sa upevní na doraz, druhý sa ťahá zdvihákom alebo iným zariadením do riadeného ťahu. Potom sa výrobok betónuje, naparuje a po získaní betónu požadovanej kubickej pevnosti na vnímanie tlaku R bp armatúry sa uvoľnia z dorazov. Výstuž, ktorá sa snaží skrátiť v medziach elastických deformácií, za prítomnosti adhézie k betónu, ju unáša a stláča (obr. 3-a).
Pri ťahaní výstuže na betón (obr. 3-b) najprv sa vyrobí betón alebo slabo vystužený prvok a potom, keď betón dosiahne pevnosť R bp vytvoriť v ňom predbežné tlakové napätie. Robí sa to nasledujúcim spôsobom: predpätá výstuž sa vloží do žliabkov alebo drážok, ktoré zostali pri betonáži prvku, a napne sa pomocou zdviháka, ktorý spočíva priamo na konci výrobku. V tomto prípade dochádza k stlačeniu betónu už v procese napínania výstuže. Pri tejto metóde sú napätia vo výstuži kontrolované po ukončení stláčania betónu. Kanály v betóne, presahujúce priemer výstuže o (5 - 15) mm, sa vytvárajú ukladaním následne vyťažených tvarovačov dutín (oceľové špirály, gumené rúrky a pod.). Priľnavosť výstuže k betónu sa dosiahne tým, že sa po stlačení injektujú (cementová pasta alebo malta sa vstrekuje do kanálov pod tlakom cez T - vetvy položené pri výrobe prvku). Ak je predpínacia výstuž umiestnená na vonkajšej strane prvku (kruhová výstuž potrubí, nádrží atď.), potom sa jej navíjanie za súčasného stláčania betónu vykonáva pomocou špeciálnych navíjacích strojov. V tomto prípade sa po napnutí výstuže na povrch prvku nastrieka ochranná betónová vrstva.
Ťahové napínanie je priemyselnejšou metódou v továrenskej výrobe. Napätie na betón sa používa predovšetkým pri veľkorozmerných konštrukciách vytvorených na mieste.
Napätie výstuže dorazy je možné vykonávať nielen pomocou zdviháka, ale aj elektrotermicky. Na tento účel sa tyče s rozrušenými hlavami zahrejú elektrickým prúdom na 300 - 350 ° C, privedú sa do formy a upevnia sa v dorazoch formy. Keď sa počas procesu chladenia obnoví počiatočná dĺžka, výstuž sa natiahne. Kotvu je možné napínať aj elektrotermomechanickým spôsobom (je to kombinácia prvých dvoch spôsobov).
Železobetón sa používa takmer vo všetkých oblastiach priemyselnej a občianskej výstavby:
V priemyselných a občianskych stavbách sa železobetón používa na: základy, stĺpy, strešné a podlahové dosky, stenové panely, nosníky a priehradové nosníky, žeriavové nosníky, t.j. takmer všetky prvky rámov jedno- a viacpodlažných budov.
Špeciálne konštrukcie na výstavbu priemyselných a občianskych komplexov - oporné múry, bunkre, silá, nádrže, potrubia, podpery elektrického vedenia atď.
V hydrotechnike a stavbe ciest sa zo železobetónu vyrábajú hrádze, násypy, mosty, cesty, pristávacie dráhy atď.
Hlavné výhody železobetónu sú: vysoká pevnosť, požiarna odolnosť, trvanlivosť, jednoduchosť tvarovania. Betónový nosník (obrázok nižšie), ktorý pri ohýbaní podlieha ťahu pod neutrálnou osou a tlaku nad ňou, má nízku únosnosť v dôsledku slabej odolnosti betónu voči ťahu. Zároveň nie je plne využitá pevnosť betónu v stlačenej zóne. V tomto ohľade sa nevystužený betón neodporúča používať v konštrukciách určených na prácu v ohybe alebo ťahu, pretože rozmery takýchto prvkov by boli neúmerne veľké.
Betónové konštrukcie sa používajú najmä vtedy, keď pracujú v tlaku (steny, základy, oporné konštrukcie, fúzy a pod.) a len niekedy pri práci v ohybe pri nízkych ťahových napätiach, ktoré nepresahujú pevnosť betónu v ťahu.
Železobetónové konštrukcie, vystužené v ťahanej zóne výstužou, majú výrazne vyššiu únosnosť. Takže únosnosť železobetónového nosníka (obr. nižšie) s výstužou uloženou na dne je 10-20 krát väčšia ako únosnosť betónového nosníka rovnakých rozmerov. V tomto prípade je plne využitá pevnosť betónu v stlačenej zóne nosníka.
Prevádzkové schémy prvkov pri zaťažení
Ako výstuž sa používajú oceľové tyče, drôty, valcované profily, ako aj sklolaminát, syntetické materiály, drevené tyče, bambusové kmene.
Konštrukcie sú zosilnené nielen vtedy, keď pracujú v ťahu a ohybe, ale aj v tlaku (obr. vyššie). Keďže oceľ má vysokú pevnosť v ťahu a tlaku, jej začlenenie do stlačených prvkov výrazne zvyšuje ich únosnosť. Spoločnú prácu materiálov s rôznymi vlastnosťami, ako je betón a oceľ, zabezpečujú tieto faktory:
- priľnavosť výstuže k betónu, ku ktorej dochádza počas tvrdnutia betónovej zmesi; v dôsledku adhézie sa oba materiály spolu deformujú;
- blízke hodnoty koeficientov lineárnych teplotných deformácií (pre betón 7 · 10 -6 -10 · 10 -6 1 / deg, pre oceľ 12 · 10 -6 1 / deg), čo vylučuje výskyt počiatočných napätí v materiáloch a sklzovej výstuži v betóne so zmenami teploty do 100 ° С;
- spoľahlivá ochrana ocele, uzavretej v hutnom betóne, pred koróziou, priamym pôsobením ohňa a mechanickým poškodením.
Charakteristickým znakom železobetónových konštrukcií je možnosť praskania v napnutej zóne pri pôsobení vonkajších zaťažení. Otvorenie týchto trhlín v mnohých konštrukciách počas fázy prevádzky je malé (0,1-0,4 mm) a nespôsobuje koróziu výstuže ani narušenie normálnej prevádzky konštrukcie. Sú však konštrukcie a konštrukcie, v ktorých je podľa prevádzkových podmienok vznik trhlín neprípustný (napr. tlakové potrubia, vaničky, nádrže a pod.) alebo je potrebné zmenšiť šírku otvoru. V tomto prípade sú tie oblasti prvku, v ktorých sa pri pôsobení prevádzkového zaťaženia objavujú ťahové sily, vopred (pred pôsobením vonkajších zaťažení) predpätím výstuže vystavené intenzívnemu stlačeniu. Takéto konštrukcie sa nazývajú predpäté. Predbežné stlačenie konštrukcií sa vykonáva najmä dvoma spôsobmi: napnutím výstuže na dorazoch (pred betonážou) a na betóne (po betonáži).
V prvom prípade sa pred betonážou konštrukcie výstuž vytiahne a upevní na dorazoch alebo koncoch formy (obr. nižšie). Potom sa prvok betónuje. Potom, čo betón nadobudne potrebnú pevnosť na zachytenie predtlakových síl (prenosová pevnosť), výstuž sa uvoľní od zarážok a v snahe skrátiť betón stlačí. K prenosu sily na betón dochádza v dôsledku priľnavosti medzi výstužou a betónom, ako aj pomocou špeciálnych kotevných zariadení umiestnených v betóne konštrukcie, ak je priľnavosť nedostatočná.
V druhom prípade sa najskôr vyrobí betónový alebo slabo vystužený prvok s kanálmi alebo drážkami (obr. nižšie). Keď betón dosiahne požadovanú prenosovú pevnosť, do žliabkov (drážok) sa vloží výstuž, ktorá sa utiahne dorazom napínacieho nástavca na konci prvku a ukotví. Betón je teda stlačený. Na vytvorenie priľnavosti výstuže k betónu sa do kanálov vstrekuje cementová alebo cementovo-piesková malta. Ak je predpínacia výstuž umiestnená na vonkajšom povrchu prvku (kruhová výstuž potrubí, nádrží a pod.), potom sa jej navíjanie so súčasným stláčaním betónu vykonáva špeciálnymi navíjacími strojmi. Po napnutí výstuže sa na povrch prvku nastriekaním nanesie ochranná vrstva betónu. Napínanie výstuže je možné vykonať mechanickými, elektrotermickými, kombinovanými a fyzikálno-chemickými metódami.
Metódy predpínania
a - napätie na dorazoch; b - napätie na betóne; I - napätie výstuže a betonáž prvku; II, IV - hotový prvok; III - prvok počas napínania výstuže; 1 - dôraz; 2 - zdvihák; 3 - kotva
Pri mechanickom spôsobe sa armatúry napínajú hydraulickými alebo skrutkovými zdvihákmi, navíjacími strojmi a inými mechanizmami. Pri elektrotermálnej metóde sa armatúra zahreje elektrickým prúdom na 300-350 °C, vloží do formy a upevní na dorazy. Počas chladiaceho procesu sa výstuž skracuje a dostáva predbežné ťahové napätia. Kombinovaná metóda napínania kombinuje elektrotepelné a mechanické metódy napínania výstuže vykonávané súčasne. Fyzikálno-chemickou metódou sa napätie výstuže dosahuje v dôsledku expanzie betónu pripraveného na špeciálnom napäťovom cemente (NC) pri jeho hydrotermálnej úprave.
Výstuž uložená v betóne zabraňuje zväčšeniu jej objemu a naťahovaniu a v betóne vznikajú tlakové napätia. Výstuž sa napína na dorazy mechanickými, elektrotepelnými alebo kombinovanými metódami a na betón - iba mechanicky.
Hlavnou výhodou predpätých konštrukcií je vysoká odolnosť proti vzniku trhlín. Pri zaťažení predpätého prvku vonkajším zaťažením vopred vytvorené tlakové napätia v betóne ťahovej zóny zhasnú a až potom vznikajú ťahové napätia. Čím vyššia je pevnosť betónu a ocele, tým väčšia predtlak môže byť vytvorená v prvku.
Použitie vysokopevnostných materiálov umožňuje znížiť spotrebu výstuže o 30-70% v porovnaní s nenamáhaným železobetónom. Znižuje sa aj spotreba betónu a hmotnosť konštrukcie. Vysoká odolnosť predpätých konštrukcií navyše zvyšuje ich tuhosť, vodeodolnosť, mrazuvzdornosť, odolnosť voči dynamickému zaťaženiu a životnosť.
Nevýhody predpätého železobetónu zahŕňajú skutočnosť, že proces je značne pracná výroba konštrukcií. Okrem toho je potrebné použiť špeciálne vybavenie a vysokokvalifikovaných pracovníkov.
Napäto-deformačné stavy predpätých prvkov po vytvorení trhlín v betóne ťahovej zóny sú podobné ako u prvkov bez predpätia.
Železobetónové konštrukcie sú základom moderného stavebníctva. Majú však značné nedostatky spojené predovšetkým s nedostatočnou nosnosťou a tvorbou trhlín v kameni pri prevádzkovom zaťažení. Zlepšenie technológie výroby betónových výrobkov a oceľovej výstuže viedlo k vytvoreniu predpätého železobetónu, ktorý má množstvo výhod.
Definícia
Predpäté železobetónové konštrukcie sú stavebné výrobky, ktorých betón je vo fáze vytvárania nútený dostať počiatočné návrhové napätie v tlaku. Vzniká v dôsledku predbežného vytvárania ťahového napätia v pracovnej vysokopevnostnej výstuži a jej stláčania betónu v tých oblastiach, ktoré majú počas prevádzky zaznamenať napätie (priehyb). Pri stlačení výstuž nekĺže, pretože je prilepená k materiálu alebo je držaná ukotvením výstuže na koncoch výrobkov. Ťahové napätie, ktoré železobetónová skladba získava pomocou výstuže, teda vyrovnáva napätie predbežného stlačenia kameňa.
Výhody
Predpätý železobetón na dlhú dobu odkladá čas začiatku tvorby rozštiepení vo výrobkoch, pracuje na priehybe, znižuje hĺbku ich otvorenia. Súčasne výrobky získavajú zvýšenú tuhosť bez zníženia ich pevnosti.
Predpäté železobetónové nosníky majú tendenciu dobre fungovať pri stlačení a priehybe, pričom majú rovnakú pevnosť pozdĺž dĺžky, čo vám umožňuje zväčšiť šírku prekrývajúcich sa rozpätí. V takýchto konštrukciách sa zmenšujú rozmery prierezu, čím sa znižuje objem a hmotnosť prvkov komponentu (o 20 - 30%), ako aj spotreba cementu. Racionálnejšie využitie vlastností ocele umožňuje znížiť (tyč a drôt) až o 50%, najmä z vysokopevnostných tried (A-IV a vyššie), ktoré majú výraznú pevnosť v ťahu. Chemická neutralita betónu voči oceli pomáha chrániť výstuž pred koróziou. Zvýšená odolnosť voči prasklinám zároveň chráni namáhanú výstuž pred koróziou v konštrukciách, ktoré sú pod stálym tlakom vody, iných kvapalín a plynov.
Konštrukčné metódy budov používané v rámových konštrukciách sú založené na technológii predpínania železobetónových konštrukcií počas výstavby. Napínacia výstuž, lisujúca betón montážnych jednotiek, zabezpečuje ich praktické dokovanie výrazným znížením spotreby kovu v spojoch. Prefabrikáty a prefabrikáty-monolitické výrobky zo železobetónových namáhaných konštrukcií môžu pozostávať z dosadajúcich dielcov s rovnakým prierezom, ktoré sú na okrajoch vyrobené z nepredpätého ľahkého (ťažkého) betónu a zaťaženým fragmentom je predpätý železobetón. Takéto výrobky majú zvýšenú odolnosť kompenzovaním opakujúcich sa dynamických vplyvov.
Táto vlastnosť umožňuje tlmiť zmeny napätí v betóne a výstuži spôsobené kolísaním vonkajšieho zaťaženia. Zvýšená seizmická odolnosť budov je zvýšená vďaka vysokej konštrukčnej stabilite namáhaného železobetónu, ktorý stláča ich jednotlivé fragmenty. Predpätá konštrukcia poskytuje väčšiu bezpečnosť, pretože jej zničeniu predchádza priehyb mimo limitu, ktorý signalizuje vyčerpanie pevnosti konštrukcie.
Nedostatky
Stav predpätia v materiáli sa dosahuje špeciálnym zariadením, presnými výpočtami, prácnym návrhom a nákladnou výrobou. Výrobky vyžadujú starostlivé skladovanie, prepravu a inštaláciu, ktoré nespôsobujú havarijný stav ani pred použitím.
Koncentrované zaťaženie môže podporovať pozdĺžne trhliny, ktoré znižujú nosnosť. Chybné výpočty v dizajne a technológii výroby môžu spôsobiť úplné zničenie vytvoreného železobetónového výrobku na sklze. Predpäté konštrukcie vyžadujú vysokopevnostné debnenie náročné na kov, zvýšenú spotrebu ocele na uloženie a výstuž.
Veľké hodnoty zvukovej a tepelnej vodivosti vyžadujú umiestnenie kompenzačných materiálov v kamennom telese. Takéto železobetónové konštrukcie poskytujú nižší prah požiarnej odolnosti (v dôsledku nižšej kritickej teploty ohrevu predpätej betonárskej ocele) v porovnaní s konvenčným železobetónom. Konštrukcia predpätého betónu je kriticky ovplyvnená vylúhovaním, roztokmi kyselín a síranov, solí, čo vedie ku korózii cementového kameňa, praskaniu a korózii výstuže. To môže viesť k prudkému zníženiu únosnosti ocele a náhlemu krehkému lomu. Medzi nevýhody patrí aj značná hmotnosť výrobkov.
Materiály pre konštrukcie
Železobetón je viaczložkový materiál, ktorého hlavnými zložkami sú betón a oceľová výstuž. Ich kvalitatívne parametre sú určené špeciálnymi konštrukčnými požiadavkami na konštrukčné prvky v mieste použitia.
Betón
Formy na odlievanie betónu s predpínacími tyčami. Predpätie v železobetóne je zabezpečené použitím ťažkých kompozícií s priemernou objemovou hmotnosťou od 2200 do 2500 kg / m3, ktoré majú triedy pevnosti v osovom ťahu vyššie ako Bt0,8, pevnosť od B20 a viac, vodotesné triedy od W2 a vyššie, mrazuvzdornosť od F50 ... Požiadavky na výrobky zaručujú betón so štandardnou pevnosťou nie nižšou ako stanovená s pravdepodobnosťou 0,95 (v 95% prípadov). Pred predpätím materiálu musí zmes starnúť minimálne 28 dní. V počiatočných fázach prevádzky je betónový kameň schopný čiastočne stratiť svoju namáhanú kvalitu v dôsledku všeobecného poklesu napätia ocele (až o 16%). Koeficient spoľahlivosti materiálu v ťahu a tlaku v medzných stavoch je stanovený pre použiteľnosť najmenej 1,0.