Что дает усиление балок затяжками?

Продольные затяжки в виде арматурных стержней или прокатных профилей располагают вдоль растянутой грани балок и закрепляют на торцах. Под воздействием внешней нагрузки балка прогибается, а ее опорные сечения (торцы) поворачиваются (рис. 57). При повороте торцы увлекают за собой затяжку, удлиняют ее и вызывают в ней растягивающее усилие, которое, в свою очередь, действует на балку в виде сжимающей силы Р. От этой силы в балке возникает разгружающий момент М_p=-Р_е, где е — расстояние от силы Р до центра тяжести сечения. В отличие от усиления шпренгелем, поперечные силы здесь не уменьшаются и разгружение опорных участков (наклонных сечений) не происходит.

Чем больше снято нагрузки с балки до начала усиления, тем больше последующие углы поворота торцов, тем больше и усилие Р. Разумеется, при этом требуется заранее устранить (выбрать) начальную слабину затяжки. Но даже и при условии полного предварительного снятия нагрузки напряжения в затяжке достигнут небольшой величины — как правило, не более 100 МПа. Ведь она работает как внешняя арматура без сцепления с бетоном, у которой растягивающие напряжения по длине постоянны, в то время как рабочая арматура балки в опасных сечениях испытывает куда более высокие напряжения. Поэтому в затяжках создают предварительное напряжение, которое позволяет значительно увеличить силу обжатия Р и, соответственно, увеличить разгружающий момент M_p.

Расчет затяжек можно выполнять приближенно. Из требуемой величины разгружающего момента M_p находят величину Р, а далее из выражения Р = [(100ΔM_m/M_tot) + σ_sp] A_ssγ_ss ≤ 0,8R_sA_ss. находят требуемую площадь сечения A_ss стержней затяжки, задавшись величиной их предварительного напряжения σ_sp. Здесь ΔM_m и М_tot — величины соответственно дополнительного изгибающего момента, возникающего от прикладываемой после усиления нагрузки, и изгибающего момента от полной нагрузки (без учета M_p), γ_ss=0,85 — коэффициент, учитывающий потери напряжений. Размерность в формуле приведена в Н и мм, при размерности в кг и см коэффициент 100 заменяется на 1 000.

Однако область применения затяжек относительно невелика, поскольку реальное опирание конструкций существенно отличается от идеального. В частности, у однопролетных железобетонных балок перекрытий и покрытий (а равно и ферм покрытий) в сборных каркасных зданиях опорные закладные детали приваривают к закладным деталям колонн, т. е. шарнирно-подвижные опоры у них отсутствуют. Это значит, что фактический поворот торцов меньше теоретического, а самое главное — расстояние между опорами, т. е. крайними точками нижней грани, остается неизменным. Поэтому даже предварительное напряжение затяжек такие конструкции практически не разгружает (почти все усилие Р передается не на растянутую зону, а на опорные закладные детали). Столь же бессмысленно усиливать затяжками многопролетные неразрезные балки и балки (ригели) монолитных рамных каркасов.