Назначение величины предварительного натяжения

Предварительное натяжение назначают в зависимости от вида стали, способа натяжения и т. п. Обычно, чем выше предварительное напряжение арматуры, тем больше его положительное влияние на работу конструкций. Однако при этом должна быть исключена возможность развития микротрещин и разрушения бетона усилием обжатия. Максимальное предварительное напряжение арматуры ограничено опасностью ее обрыва и возможным развитием неупругих деформаций. Вместе с тем значение предварительного натяжения не должно быть слишком низким, поскольку при малом обжатии бетона эффект предварительного напряжения невысок и будет утрачен с течением времени вследствие потерь предварительного напряжения в арматуре, что вызовет чрезмерное раскрытие трещин.

В связи с этим на основании опыта изготовления и эксплуатации конструкций нормы рекомендуют назначать предварительное напряжение стержневой и проволочной арматуры σ_sp в следующих пределах [1]:

σ_sp ≤ R_s,ser – p и σ_sp ≥ 0,3 R_s,ser + p

где p — допустимое отклонение предварительного напряжения арматуры, принимаемое: при механическом способе натяжения 0,05 σ_sp; при электротермическом 30 + 360/l, МПа; l — длина стержня, м.

Начальное напряжение в арматуре рекомендуется назначить таким, чтобы сжимающие напряжения в бетоне от обжатия σ_bp не превышали (0,85...0,95) R_bp — когда напряжения обжатия уменьшаются при действии внешней нагрузки, и (0,65...0,70) R_bp — когда напряжения обжатия увеличиваются при действии внешней нагрузки. При более высоком обжатии бетона значительно возрастают деформации ползучести, что приводит к большим потерям предварительного напряжения.

Вследствие погрешностей, вызванных различными производственными факторами, фактическое предварительное напряжение может отличаться от расчетного σ_sp. Это учитывается с помощью коэффициента точности натяжения [1]

Коэффициент γ_sp зависит от величины и способа натяжения, числа напрягаемых стержней и других факторов. Знак «+» принимают, когда увеличение усилия обжатия сверх проектного неблагоприятно сказывается на работе конструкции (при расчете прочности в стадии обжатия и т. п.), знак «—» — когда снижение предварительного напряжения отрицательно влияет на работу конструкций (например, при расчете по закрытию трещин).

Потери предварительного напряжения. Опыты показывают, что начальное предварительное напряжение арматуры не остается постоянным, с течением времени оно уменьшается вследствие потерь, обусловленных физико-механическими свойствами материалов, технологией изготовления и конструкцией элементов. Различают следующие виды потерь предварительного напряжения [1]:

· 1. Потери σ₁ от релаксации напряжений происходят в натянутой на упоры арматуре при неизменной ее длине. Эти потери зависят от вида арматуры и способа натяжения. Например, в стержневой арматуре при механическом способе натяжения σ₁ = 0,l σ_sp — 20, при электротермическом и электротермомеханическом σ₁ = 0,03 σ_sp.

· 2. Потери σ₂ от температурного перепада происходят при изготовлении предварительно напряженных элементов c натяжением на упоры в результате тепловой обработки железобетонных изделий, вследствие чего напрягаемая арматура стремится увеличить свою длину. Поскольку расстояние между упорами остается неизменным, это ведет к снижению напряжений (МПа) в арматуре σ₂ = 1,25 Δt для бетонов классов ниже В40, σ₂ = 1,0 Δt для бетонов классов В45 и выше, где Δt — разность между температурой арматуры и упоров, воспринимающих усилия натяжения; при отсутствии фактических принимают Δt = 65°С.

· 3. Потери σ₃ от деформаций анкеров, расположенных у натяжных устройств, вследствие обжатия шайб, смятия высаженных головок, смещения стержней в зажимах σ₃ = E_sΔl/l, где Δl = 2 мм — при обжатии опрессованных шайб или смятии высаженных головок; l — расстояние между точками закрепления натягиваемого стержня, мм. При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформаций анкеров в расчете не принимают во внимание, так как они учтены при определении удлинения арматуры при разогреве.

· 4. Потери σ₄ напряжений в арматуре от трения ее о стенки каналов или поверхность конструкций (при натяжении на бетон), об огибающие приспособления (при натяжении на упоры).

· 5. Потери σ₅ от деформации стальных форм зависят от конструкции, длины формы и т. п. При отсутствии данных о технологии изготовления и конструкции формы принимают σ₅ = 30 МПа.

· 6. Потери σ₆ от быстронатекающей ползучести развиваются в процессе обжатия бетона напрягаемой арматурой. Величина этих потерь зависит от прочности бетона к моменту обжатия, уровня напряжений (соотношений σ_bp/R_bp) и условий твердения.