Контролируемые напряжения в напрягаемой арматуре

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ АРМАТУРЫ

Напряжения в элементах предварительно напряженных конструкций следует определять по контролируемому усилию за вычетом (СП МиТ п. 7.14)):

· первых потерь — на стадии обжатия бетона;

· первых и вторых потерь — на стадии эксплуатации.

К первым потерям следует относить:

а) в конструкциях с натяжением арматуры на упоры потери вследствие:

1) деформации анкеров;

2) трения арматуры об огибающие приспособления;

3) релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных);

4) температурного перепада;

5) быстронатекающей ползучести;

6) деформации форм (при натяжении арматуры на формы);

б) в конструкциях с натяжением арматуры на бетон — потери вследствие:

1) деформации анкеров;

2) трения арматуры о стенки закрытых и открытых каналов;

3) релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных).

Ко вторым потерям следует относить:

а) в конструкциях с натяжением арматуры на упоры — потери вследствие:

1) усадки и ползучести бетона;

2) релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных).

б) в конструкциях с натяжением арматуры на бетон — потери вследствие:

1) усадки и ползучести бетона;

2) релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных);

3) смятия под витками спиральной или кольцевой арматуры, навиваемой на бетон;

4) деформации стыков между блоками в составных по длине конструкциях.

Значения потерь предварительного напряжения арматуры следует определять согласно приложению «Р» СП Мосты и трубы:

№	Фактор, вызывающий потери предварительного напряжения	Значение потерь предварительного напряжения, МПа
1	Релаксация напряжений арматуры : 1) при механическом способе натяжения арматуры: - проволочной     - cтержневой     2) при электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения стержневой арматуры	где:  - предварительные напряжения в арматуре без учета потерь;  - нормативное сопротивление напрягаемой арматуры растяжению.   Если вычисленные значения потерь от релаксации напряжений оказываются отрицательными, их следует принимать равными нулю.
2	Температурный перепад при натяжении на упоры (разность температуры натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилие натяжения при прогреве бетона)	Для бетона классов - В25 – В40: - В45 и выше где  – разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров (вне зоны нагрева), воспринимающих усилие натяжения, °С. Расчетное значение  при отсутствии точных данных следует принимать равным 65 °С. Потери от температурного перепада не учитываются, если температура стенда равна температуре нагреваемой арматуры или если в процессе термообработки производится подтяжка напрягаемой арматуры на величину, компенсирующую потери от температурного перепада
	Деформация анкеров, расположенных у натяжных устройств, при натяжении: - на упоры     - на бетон	где  - сжатие опрессованных шайб, смятие высаженных головок и т.п., принимаемое равным 2 мм на каждый анкер;  - длина участка пучка (на котором происходят потери напряжений от данного фактора), уменьшенная в два раза, мм;  - модуль упругости напрягаемой арматуры.   где:  - обжатие шайб под анкерами и обмятие бетона под шайбами, равное 0,5 мм на каждый шов, но не менее 2 мм на каждый анкер, за который производится натяжение;  - деформация арматурного элемента относительно анкера, принимаемая равной: для анкера стаканного типа, в котором проволока закрепляется с помощью сплава, бетона, конусного закрепления, высаженных головок, – 2 мм на анкер; для конусных анкеров пучков из арматурных канатов класса К7 – 8 мм на анкер.
4	Трение арматуры: - о стенки закрытых и открытых каналов при натяжении арматуры на бетон     - об огибающие приспособления	где:  - предварительные напряжения в арматуре без учета потерь; e – основание натурального логарифма;  - коэффициенты, значения которых принимаются согласно таблице «Р.2» СП Мосты и трубы; x – длина участка от натяжного устройства до расчетного сечения, м;  - суммарный угол поворота оси арматуры, рад.   где: При применении промежуточных отклоняющих упорных устройств, раздельных для каждого арматурного элемента и имеющих перемещение (за счет поворота) вдоль стенда, потери от трения об упорные устройства допускается не учитывать.
5	Деформация стальной формы при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций с натяжением на упоры	где ;  - сближение упоров на линии действия усилия предварительного напряжения, определяемое из расчета деформаций формы;  - расстояние между наружными гранями упоров; n - число групп арматурных элементов, натягиваемых не одновременно;  - модуль упругости стали форм.   При отсутствии данных о технологии изготовления и конструкции форм потери от деформации форм следует принимать равными 30 Мпа.
6	Быстронатекающая ползучесть при натяжении на упоры для бетона : - естественного твердения   - подвергнутого тепловой обработке	где:  - определяется на уровне центров тяжести соответствующей продольной арматуры с учетом потерь по поз. 1–5 настоящей таблицы.   Потери вычисляются по формулам поз. 6а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 0,85.
7	Усадка бетона при натяжении: 1) на упоры   - бетон естественного твердения   - бетон с тепловой обработкой   2) на бетон независимо от условий твердения	Бетон классов по прочности на сжатие, Мпа:     В35 и ниже В40 В45 и выше   40     50     60     35     40     50       30       35       40
8	Ползучесть бетона	где:  – то же, что и в поз. 6 настоящей таблицы, но с учетом потерь по поз. 1– 6;  – передаточная прочность (прочность (соответствующая классу) бетона в момент передачи на него усилия в процессе изготовления и монтажа);  – коэффициент, принимаемый равным для бетона: естественного твердения – 1,0; подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении – 0,85.
9	Смятие под витками спиральной или кольцевой арматуры, наматываемой на бетон (при диаметре конструкции  до 3 м)
10	Деформация обжатия стыков между блоками (для конструкций, состоящих из блоков)	где n – число швов конструкции и оснастки по длине натягиваемой арматуры;  – обжатие стыка, принимаемое равным для стыков: заполненных бетоном – 0,3 мм; клееных после отверждения клея – 0,0; L – длина участка пучка (на котором происходят потери напряжений от данного фактора), уменьшенная в два раза, мм.

 

Суммарное значение первых и вторых потерь  не должно приниматься менее 98 Мпа (СП МиТ п. 7.14).

III. Анкерные устройства

На концах пучков из параллельных проволок или прядей устраивают концевые анкеры, служащие для натяжения пучков и для закрепления их концов после натяжения. Конусный анкер (рис. 2, а) состоит из колодки (1) с коническим отверстием и конусной пробки (2), входящей в это отверстие. Проволоки пучка проходят через щель между колодкой и пробкой и закрепляются в домкрате. После натяжения пучка пробку запрессовывают в колодку при помощи домкрата, зажимая проволоки и обеспечивая их закрепление.

Рис. 2 – Конусные анкеры

 

Конусные анкеры можно применять в конструкциях с натяжением арматуры на бетон в качестве постоянных концевых закреплений пучков, а в конструкциях с натяжением арматуры на упоры в качестве инвентарных закреплений пучков на упорах. Для мощных пучков, состоящих из прядей, используют конусные анкеры, имеющие в конусных пробках пазы для каждой пряди (рис. 2, б). Такие анкеры закрепляют до 12 семипроволочных прядей из проволок d = 5 мм.

Надежное закрепление арматуры достигается с применением холодной высадки на концах проволок, образующей бочкообразную головку, диаметр которой в 1,5 раза превышает диаметр проволоки. Для закрепления проволок достаточно пропустить их сквозь анкер так, чтобы головки опирались на него (рис. 3). Основная часть такого анкера – пакет из пластин (1), в которых сделаны полукруглые пазы для проволок (5). Пластины стянуты болтами (2), на наружной поверхности пакета имеется резьба, на которую навинчивают стальное кольцо–корпус (4) анкера. Внутреннюю резьбу корпуса в верхней части используют для закрепления тяжа домкрата. На наружную резьбу корпуса навинчивают гайку (3), с помощью которой фиксируют усилие натяжения пучка.

Рис. 3 – Сборный натяжной анкер для пучка из 48 проволок с высаженными головками

 

Для конструкций с натяжением арматуры на упоры предусматривают дополнительное закрепление мощных пучков в бетоне, так как одного сцепления арматуры с бетоном недостаточно. Для этого применяют промежуточные анкеры, чаще всего каркасно–стержневые МИИТа (рис. 3).

 

Каркасно–стержневой анкер закрепляет пучок в бетоне благодаря расчленению его на отдельные пряди с небольшим числом проволок. При этом обеспечивается доступ бетона ко всем проволокам, которые трижды перегибаются в бетоне. Жесткость на перегибах, а также силы трения препятствуют продергиванию проволок.

В каркасно–стержневом анкере для пучка из 28 проволок d = 5 мм (рис. 3, 4) пучок разделен на четыре пряди по семь проволок враждой Пряди поддерживают в разведенном положении диафрагмой (3) с пазами (6) и перегибают на ней в середине анкера, а также на скрутках из мягкой проволоки (1) в начале и конце анкера. Неизменность положения диафрагмы обеспечивают центральным стержнем (4). В стержне имеются отверстия (2) для заводки концов проволоки скруток. Чтобы скрутки не смещались при натяжении пучка, к концам центрального стержня приварены крестообразные упоры из планок или круглых стержней (5), которые служат также для сохранения рассредоточенного положения прядей и препятствуют скручиванию прядей по длине анкера. Планки / имеют размеры 10×15×56. Крест (8) выполнен из арматуры ∅8 (l = 55).

 

Рис. 3 – Каркасно–стержневой анкер

 

Рис. 4 – Общий вид каркасно–стержневого анкера

 

Основные размеры каркасно–стержневых анкеров приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - основные размеры каркасно–стержневых анкеров

Наименование размеров	Обозначения	Число проволок в пучке, мм
		24	48
Диаметр диафрагмы (3)		80	120
Толщина диафрагмы (3)		8	10
Диаметр стержня-фиксатора (4)		14	20
Длина стержня-фиксатора (4)		270	370
Диаметр проволок скруток (1)	-	4	4

 

РАССТАНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ АРМАТУРЫ (ХОМУТОВ)

1. Хомуты в элементах, воспринимающих поперечную силу, устанавливаются по расчету, включая расчет по сечению между хомутами. В стенках толщиной до 50 см, в пределах приопорных участков длиной, равной 1/4 пролета, считая от оси опоры, шаг хомутов принимают не более 15 см (СП МиТ п. 7.143).

2. На среднем участке балки длиной, равной 1/2 пролета, шаг хомутов принимается не более 20 см. При толщине стенок более 50 см максимальный шаг хомутов в середине пролета допускается увеличивать на 5 см.

3. Допускается применение сдвоенных хомутов из арматуры одного класса и диаметра.

4. В сплошных плитах балластного корыта железнодорожных мостов и проезжей части автодорожных мостов, имеющих высоту 30 см и менее, хомуты при отсутствии сжатой расчетной арматуры допускается не устанавливать.

5. Уширение поясов должно быть армировано замкнутыми хомутами из арматурных стержней периодического профиля; ветви хомутов должны охватывать весь наружный контур поясов.

6. В зоне расположения концевых анкеров напрягаемых арматурных элементов следует устанавливать дополнительную поперечную (косвенную) арматуру по расчету на местные напряжения. Дополнительную арматуру выполняют из стержней периодического профиля с шагом между ними не более, см: 10 — в сетках; 6 — в спиралях. Длина участка расстановки дополнительных хомутов в курсовом проекте принимается равной – «2h₀».

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ АРМАТУРЫ

Напряжения в элементах предварительно напряженных конструкций следует определять по контролируемому усилию за вычетом (СП МиТ п. 7.14)):

· первых потерь — на стадии обжатия бетона;

· первых и вторых потерь — на стадии эксплуатации.

К первым потерям следует относить:

а) в конструкциях с натяжением арматуры на упоры потери вследствие:

1) деформации анкеров;

2) трения арматуры об огибающие приспособления;

3) релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных);

4) температурного перепада;

5) быстронатекающей ползучести;

6) деформации форм (при натяжении арматуры на формы);

б) в конструкциях с натяжением арматуры на бетон — потери вследствие:

1) деформации анкеров;

2) трения арматуры о стенки закрытых и открытых каналов;

3) релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных).

Ко вторым потерям следует относить:

а) в конструкциях с натяжением арматуры на упоры — потери вследствие:

1) усадки и ползучести бетона;

2) релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных).

б) в конструкциях с натяжением арматуры на бетон — потери вследствие:

1) усадки и ползучести бетона;

2) релаксации напряжений в арматуре (в размере 50 % полных);

3) смятия под витками спиральной или кольцевой арматуры, навиваемой на бетон;

4) деформации стыков между блоками в составных по длине конструкциях.

Значения потерь предварительного напряжения арматуры следует определять согласно приложению «Р» СП Мосты и трубы:

№	Фактор, вызывающий потери предварительного напряжения	Значение потерь предварительного напряжения, МПа
1	Релаксация напряжений арматуры : 1) при механическом способе натяжения арматуры: - проволочной     - cтержневой     2) при электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения стержневой арматуры	где:  - предварительные напряжения в арматуре без учета потерь;  - нормативное сопротивление напрягаемой арматуры растяжению.   Если вычисленные значения потерь от релаксации напряжений оказываются отрицательными, их следует принимать равными нулю.
2	Температурный перепад при натяжении на упоры (разность температуры натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилие натяжения при прогреве бетона)	Для бетона классов - В25 – В40: - В45 и выше где  – разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров (вне зоны нагрева), воспринимающих усилие натяжения, °С. Расчетное значение  при отсутствии точных данных следует принимать равным 65 °С. Потери от температурного перепада не учитываются, если температура стенда равна температуре нагреваемой арматуры или если в процессе термообработки производится подтяжка напрягаемой арматуры на величину, компенсирующую потери от температурного перепада
	Деформация анкеров, расположенных у натяжных устройств, при натяжении: - на упоры     - на бетон	где  - сжатие опрессованных шайб, смятие высаженных головок и т.п., принимаемое равным 2 мм на каждый анкер;  - длина участка пучка (на котором происходят потери напряжений от данного фактора), уменьшенная в два раза, мм;  - модуль упругости напрягаемой арматуры.   где:  - обжатие шайб под анкерами и обмятие бетона под шайбами, равное 0,5 мм на каждый шов, но не менее 2 мм на каждый анкер, за который производится натяжение;  - деформация арматурного элемента относительно анкера, принимаемая равной: для анкера стаканного типа, в котором проволока закрепляется с помощью сплава, бетона, конусного закрепления, высаженных головок, – 2 мм на анкер; для конусных анкеров пучков из арматурных канатов класса К7 – 8 мм на анкер.
4	Трение арматуры: - о стенки закрытых и открытых каналов при натяжении арматуры на бетон     - об огибающие приспособления	где:  - предварительные напряжения в арматуре без учета потерь; e – основание натурального логарифма;  - коэффициенты, значения которых принимаются согласно таблице «Р.2» СП Мосты и трубы; x – длина участка от натяжного устройства до расчетного сечения, м;  - суммарный угол поворота оси арматуры, рад.   где: При применении промежуточных отклоняющих упорных устройств, раздельных для каждого арматурного элемента и имеющих перемещение (за счет поворота) вдоль стенда, потери от трения об упорные устройства допускается не учитывать.
5	Деформация стальной формы при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций с натяжением на упоры	где ;  - сближение упоров на линии действия усилия предварительного напряжения, определяемое из расчета деформаций формы;  - расстояние между наружными гранями упоров; n - число групп арматурных элементов, натягиваемых не одновременно;  - модуль упругости стали форм.   При отсутствии данных о технологии изготовления и конструкции форм потери от деформации форм следует принимать равными 30 Мпа.
6	Быстронатекающая ползучесть при натяжении на упоры для бетона : - естественного твердения   - подвергнутого тепловой обработке	где:  - определяется на уровне центров тяжести соответствующей продольной арматуры с учетом потерь по поз. 1–5 настоящей таблицы.   Потери вычисляются по формулам поз. 6а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 0,85.
7	Усадка бетона при натяжении: 1) на упоры   - бетон естественного твердения   - бетон с тепловой обработкой   2) на бетон независимо от условий твердения	Бетон классов по прочности на сжатие, Мпа:     В35 и ниже В40 В45 и выше   40     50     60     35     40     50       30       35       40
8	Ползучесть бетона	где:  – то же, что и в поз. 6 настоящей таблицы, но с учетом потерь по поз. 1– 6;  – передаточная прочность (прочность (соответствующая классу) бетона в момент передачи на него усилия в процессе изготовления и монтажа);  – коэффициент, принимаемый равным для бетона: естественного твердения – 1,0; подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении – 0,85.
9	Смятие под витками спиральной или кольцевой арматуры, наматываемой на бетон (при диаметре конструкции  до 3 м)
10	Деформация обжатия стыков между блоками (для конструкций, состоящих из блоков)	где n – число швов конструкции и оснастки по длине натягиваемой арматуры;  – обжатие стыка, принимаемое равным для стыков: заполненных бетоном – 0,3 мм; клееных после отверждения клея – 0,0; L – длина участка пучка (на котором происходят потери напряжений от данного фактора), уменьшенная в два раза, мм.

 

Суммарное значение первых и вторых потерь  не должно приниматься менее 98 Мпа (СП МиТ п. 7.14).

КОНТРОЛИРУЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В НАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРЕ

Предварительное напряжение арматуры характеризуют значения начального (контролируемого) усилия, прикладываемого к концам напрягаемой арматуры через натяжные устройства, и установившегося усилия, равного контролируемому за вычетом потерь, произошедших к рассматриваемому моменту времени.

Напряжения в арматуре, соответствующие контролируемому усилию, не должны превышать расчетных сопротивлений напрягаемой арматуры на растяжение, с учетом коэффициента условий работы равным 1,10 для стержневой арматурной стали, а также арматурных элементов из высокопрочной проволоки (СП МиТ п. 7.45):

                                (9.1)