Создав искусственный камень – бетон, свойства которого можно регулировать по своему усмотрению, ученые нашли и способ борьбы с его основным недостатком – низкой прочностью при растяжении. При металлической арматуре бетон хоть и не разрушается при растяжении, но трескается. Это отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах железобетонных конструкций и сооружений. Создание на стадии изготовления или строительства напряженного состояния в конструкции, когда знак напряжения в бетоне противоположен знаку напряжения от эксплуатационной нагрузки, является одним из крупнейших достижений инженерной мысли в XX столетии.

У истоков этой концепции стояли Эжен Фрейссине (Франция) и Виктор Васильевич Михайлов (Россия), который в 1936 году защитил, посвященную этому методу диссертацию. Требуемое напряжение в бетоне создается за счет передачи усилия натяжения арматурных элементов. Простыми словами арматурный элемент железобетонной конструкции растягивают почти до разрыва, после чего он стремится вернуться в первоначальное состояние, т.е. сжаться, тем самым создавая усилие обжатия бетона в растянутой зоне. В связи с этим различают два вида предварительного напряжения по способу натяжения арматуры: Способ натяжения арматуры на упоры производится на стендах в заводских условиях. Арматурные элементы растягивают, затем в форму заливают бетон и после набора им требуемой прочности арматуру «отпускают». Создается эффект обжатия бетона. В первом случае в тело конструкции на стадии опалубочных работ и армирования укладываются каналообразователи из тонколистовой стали. После бетонирования в образовавшиеся полости вводятся арматурные элементы из высокопрочной стали (канаты). Затем производят механическое натяжение при помощи гидравлического домкрата и иньецирование полости бетоном под давлением. После твердения происходит сцепление арматурного элемента с бетоном. В случае применения систем без сцепления в тело конструкции на стадии производства опалубочных работ и армирования укладываются специальные канаты заводского изготовления в пластиковой трубке (геометрические, механические параметры, и потери натяжения от релаксации отражены в таблицах 1 и 2). Таблица 1. Геометрические характеристики каната Таблица 2. Механические и реологические свойства каната Все пространство между трубкой и канатом заполнено антикоррозионным составом, который также способствует уменьшению сил трения при натяжении каната. Затем, как и в случае со сцеплением, происходит бетонирование, набор требуемой прочности и механическое натяжение канатов. Передача усилий натяжения осуществляется при помощи анкерных устройств, состоящих из анкерной плиты и зажима. Анкерная плита может быть как прямоугольной так и круглой формы. Также существует мультианкер для фиксации сразу 4-х канатов. Геометрические свойства анкеров отражены в таблице 3. Рис. 1 Моноанкер Рис. 2 Мультианкер Таблица 3. Геометрические характеристики анкеров Зажим состоит из трех цанговых элементов с внутренней резьбой. После натяжения зажим расклинивается в анкерной плите. Работа по предварительному напряжению железобетонных монолитных конструкций в построечных условиях сводится к нарезке канатов требуемой длины, устройству анкеров, раскладке канатов в проектное положение и натяжению, т.е. не сложнее обычного армирования, и не требует высоко квалифицированного персонала. Рис.3 Схема устройства свободного анкера В основе экономической эффективности лежит принцип использования канатов, свитых из высокопрочной проволоки с пределом прочности в 4..5 раз превышающим аналогичный показатель обычной арматурной стали. Иными словами на одни и те же напряжения, полученные из статического расчета, требуется заложить в 4..5 раз меньше канатов из высокопрочной стали по сравнению с арматурой. Тогда как стоимость канатов выше на 50..60 %, т.е. даже не в два раза. Европейская и американская практика на протяжении 40 лет показывает, что в плитах перекрытий применение преднапряжения позволяет сократить толщину плиты с 1/30 пролета до 1/40 – 1/45 пролета. Сокращение армирования при этом достигается на кубический метр до 35-45 кг ненапрягаемой арматуры и 10-15 кг напрягаемых канатов. Среди наиболее распространенных областей применения подобных систем в западной практике являются конструкции фундаментных плит, перекрытий, промышленных бетонных полов производственных зданий и торговых центров. Изложенная выше технология является наиболее перспективной и актуа

17.04.2021