Предварительно напряжённый железобетон «преднапряженный железобетон» (Prestressed concrete) — это строительный материал, предназначенный для преодоления неспособности бетона сопротивляться значительным растягивающим напряжениям. Конструкции из преднапряженного железобетона по сравнению с ненапряженным имеют значительно меньшие прогибы и повышенную трещиностойкость, обладая одинаковой прочностью, что позволяет перекрывать большие пролёты при равном сечении элемента.
Преимущества предварительно напряженного железобетона конструктивных (возможность придания железобетонным предварительно напряженным мостам различных форм, соответствующих конструктивным, технологическим и архитектурно-планировочным требованиям). В результате развития теории расчета практики проектирования и накопления опыта строительства предварительно напряженных железобетонных мостов созданы новые конструктивные формы и решения: технологических (возможность сооружения мостов больших пролетов индустриальными методами из элементов полной заводской готовности и др.); экономических (значительно меньший расход металла по сравнению со стальными мостами, сокращение эксплуатационных затрат и т. д.).
Применение предварительно напряженных железобетонных конструкций:
Арматура высокой прочности не может быть полностью использована в обычных железобетонных конструкциях вследствие чрезмерного развития трещин в бетоне при больших напряжениях в арматуре.
Этот недостаток исключается в предварительно напряжённых конструкциях. В таких конструкциях железобетон имеет предварительные (до действия эксплуатационной нагрузки) напряжения — растягивающие в арматуре и сжимающие в бетоне. Предварительно напряжённое состояние достигается в процессе изготовления конструкций, обычно искусственным натяжением арматуры до или после бетонирования.
Применение высокопрочной арматуры в сочетании с предварительным, напряжением сокращает расход стали до 40—50% и бетона до 10—20%. Предварительное напряжение не только повышает трещиностойкость железобетона при полном использовании высокой прочности стали, но и улучшает упругие свойства конструкций, увеличивает жёсткость и водонепроницаемость их.
В жилищно-гражданском строительстве имеют широкое применение предварительно напряженные железобетонные конструкции (балки и элементы настила перекрытий, прогоны, стеновые панели и панели перекрытий и др.).
Материалы для предварительно напряженных железобетонных конструкций:
Для предварительно напряженных железобетонных конструкций применяются бетоны преимущественно высокомарочные, начиная от марка 200 до 600 и выше. Кубиковая прочность бетона к моменту предварительного напряжения должна составлять не менее 70% от его проектной марки.
Наиболее целесообразной арматурой является высокопрочной из твердой углеродистой стали. Специально для предварительно напряженных железобетонных конструкций выпуск каются высокопрочная гладкая проволока и высокопрочная проволока периодического профиля.
Нормативные сопротивления высокопрочной арматуры находятся в пределах от 12 000 до 20 000 кг/см2.
Высокопрочную проволоку применяют в изделиях массового назначения, изготовляемых непрерывным армированием (плиты и линейные конструкции, напорные трубы) в большепролетных покрытиях (фермы, балки, затяжки арок и др.), в пространственных конструкциях (оболочки, складки, купола и др.), в специальных конструкциях (мачты и опоры электропередачи, аэродромные покрытия и др.).
Горячекатаную повышенной прочности арматуру применяют в конструкциях настилов, панелях перекрытий, плитах и балках покрытий, при повышенных требованиях огнестойкости и при стендовом изготовлении подкрановых балок. Использование горячекатаной арматуры также целесообразно в железобетонных конструкциях, в которых допускается образование трещин.
Идея предварительно напряженных конструкций вызвана к жизни главным образом стремлением получить конструкции, безопасные в отношении: образования трещин.
Причина образования трещин в обычном железобетоне:
кроется в малой растяжимости бетона. Первые трещины в бетоне появляются уже при удлинении 0,1—0,15 мм/м, тогда как растянутая арматура при эксплуатационной нагрузке (например, при qa = 1250 кг/см2) получает удлинение в 4—6 раз большее, т. е. при эксплуатационной нагрузке всегда в растянутой зоне бетона имеются волосные трещины (невидимые).
Вследствие малой растяжимости бетона нерационально применять высокопрочную сталь в обычных железобетонных конструкциях, работающих на изгиб; при почти одинаковой величине модуля упругости для разных
сталей из условия eа =ga/Ea, что если при обычной мягкой стали в бетоне наблюдаются волосные трещины, то при арматуре из высокопрочной (твердой) стали (Ra — 15 000 - 20 000 кг/см2) получаются недопустимые трещины.
Предварительно напряженные конструкции могут быть сборными, сборно-монолитными и монолитными
Сборно-монолитные конструкции обычно состоят из сборных предварительно напряженных элементов и из относительно большого объема бетона, укладываемого в конструкцию на месте (в построечных условиях).
Предварительно напряженные конструкции могут быть блочными, составленными из отдельных заранее изготовленных частей; при этом натяжение арматуры используется одновременно как средство для соединения отдельных частей. Применяется несколько методов натяжения арматуры — механический, электротермический и электротермомеханический.
Изготовление предварительно напряженных конструкций требует особой тщательности. Например, некачественное заполнение канала цементным раствором при инъецировании может привести к коррозии арматуры, снижению прочности и долговечности конструкции.
В статье используются материалы из следующих источников:
https://stroyone.com/material/prestressed-concrete.html
https://www.masterovoi.ru/vidy-predvaritelno-napryazhennyh-elementov