Напряженная и напрягаемая арматура в плитах: расчет, ГОСТ, анкеровка

Известно, что бетон прекрасно выдерживает сжимающие нагрузки, но разрушается уже при 10 % значений подобных нагрузок, действующих на растяжение. Именно для усиления способности противостоять растяжению бетон в плитах армируют каркасом со стальными рифлёными стержнями.

Для чего требуется предварительно напряжённое армирование

Арматура в изделиях может быть ненапрягаемой и напрягаемой. Первый вид выполняет функцию пассивного армирования — оно не работает, пока плита не изогнётся от собственного веса или от воздействия поперечной нагрузки. Только в этот момент нижние армирующие стержни будут противодействовать растяжению, но бетон уже получит свою долю растяжения и отреагирует сетью мелких трещин.

Чтобы избежать их появления и повысить прочность плиты при воздействии изгибающих нагрузок, армирующие конструкции при изготовлении бетонных плит предварительно напрягают. Железобетон с напряжённой арматурой находится постоянно в активном состоянии.

Силы напряжения, сжимающие плиту в осевом направлении, компенсируют эксплуатационные силы, вызванные собственным весом и нагрузкой. Растрескивания в напряжённой плите практически не происходят, она способна выдерживать более высокие, чем ненапряжённая плита, нагрузки. Кроме того, напряжённую плиту делают тоньше (140 мм вместо 170), что снижает расход бетона.

Натяжение напрягаемой арматуры

При изготовлении плит (дорожных, перекрытия, аэродромных) применяют метод, называемый натяжение на упоры. Он заключается в том, что арматурные стержни, уложенные в форму до заливки бетона, подвергают растяжению. Его осуществляют двумя способами:

• механическим;
• электротермическим;
• комбинированным, сочетающим оба предыдущих.

При механическом способе стержни анкеруют и растягивают гидравлическими домкратами. Заливают в форму бетон, уплотняют его и выдерживают до набора 70 %-й прочности. Затем зажимы снимают, и сила натяжения стержней через анкеры и рифление передаётся на бетон. Изделие становится плитой с предварительно напряжённой арматурой.

Электротермический способ заключается в пропускании через стержни тока большой силы. От его действия они разогреваются и удлиняются по оси. В этот момент заливают бетон. После его схватывания и упрочнения ток выключают, стержни остывают, но укорачиваться им мешает сцепление с бетоном, поэтому арматура напрягается.
В промышленности чаще используют электротермический метод, как более простой.

Анкеровка напряжённой арматуры

Анкеровку или установку на стержни анкерных элементов выполняют с помощью:

• опрессованных в холодном состоянии шайб;
• высаженных головок, получаемых разогревом и расплющиванием концов стержней;
• привариваемых цилиндрических коротышей;
• спиралей из проволоки;
• инвентарных зажимов.

Требования к предварительно напряжённой арматуре

Для изготовления напряжённых железобетонных конструкций применяют специальные виды арматурной стали, обладающие высокими значениями рабочих напряжений (от 5000 до 7200 кгс/см²). В перечень этих материалов входят арматурные стали:

• А600, А600С и Ат600С — 5400 кгс/см²;
• А800 и Ат800 — 6000 кгс/см²;
• А800 и Ат800 — 7200 кгс/см² и другие.

Классы стали на напрягаемую арматуру устанавливают нормативные документы, по которым выпускаются изделия, в частности, ГОСТ 25912-2015 и другие. Расчет напряженной арматуры производится при проектировании изделия. Отклонения замеряемых напряжений от проектных значений не должно превышать 10 %.

Железобетонные изделия с предварительно напрягаемой арматурой являются основными конструктивными элементами, аэродромов, многоэтажных и высотных зданий, и масштабных сооружений. Например, в нашем ассортименте любые плиты перекрытия доступны для вашего выбора.

2. Виды и классы

Способ изготовления
и форма поверхности определяет вид
арматуры. Различают арматуру:

1.
Стержневую: горячекатаную, термоупрочнённую
и термомеханически упрочнённую;

2. Проволочную:
   холоднотянутую обыкновенную и
   высокопрочную.

3. По
   начальному напряженному состоянию:
   напрягаемую и ненапрягаемую.

Горячекатаная
арматура
– это стальная арматура в виде отдельных
стержней круглого, эллиптического,
квадратного и других сечений.

Предпочтение
отдают круглому сечению, потому что
такая арматура наиболее технологична
в изготовлении и не имеет острых углов,
врезающихся в бетон и способствующих
образованию трещин. Класс такой арматуры
обозначают буквой А и римской цифрой в
старом СНиПе 2.03.01-84* «Бетонные и
железобетонные конструкции» (чем больше
цифра, тем выше прочность), а в еще не
утвержденном пособию к СНиП 52-01-2003
обычными цифрами:

—
А-I(А 240) – гладкая;

—
А-II(А 300), А-III(А 400), А-IV, А-V,A-VI–
периодический профиль. Такая сталь не
подвергается после проката упрочняющей
термической обработке.

Ат-III,
Ат-IV, Ат-V,
Ат-VI– термически и
термомеханически упрочнённая, т.е.
подвергаемая после проката упрочняющей
термической обработке;

А-IIIв
– упрочнённая вытяжкой.

Холоднотянутая
арматура– это стальная проволочная
арматура. Обозначают буквой В от слова
«волочение».

Вр-I(В500) – периодического профиля;

В-II– гладкая высокопрочная;

Вр-II– высокопрочная рифлёная;

К-7,
К-19 – проволочные канаты соответственно
семи- и девятнадцатипроволочные и др.

Арматура
периодического профиля– это
арматура, на поверхности которой имеются
часто расположенные кольцевые выступы,
обеспечивающие надёжное сцепление с
бетоном без устройства анкерных крюков
на концах стержней.

Ненапрягаемая
арматура
– арматура, укладываемая без
предварительного натяжения (напряжения).

В
качестве ненапрягаемой арматуры
преимущественно применяют сталь классов
А-III
(А400), А-IVC,
Вр-I
(В500), А-I
(А240), А-II
(А300), допускается применение А-1V.

Ненапрягаемая
арматура классов А-I
(А240), А-II(А300)
,А-III
(А400), Вр-I
(В500), A-IVC
– сваривают контактной и дуговой
сваркой

Напрягаемая
арматура
— преимущество сталь классов Ат-VI,
Ат-V
в элементах длиной до 12 м, допускается
также сталь классов А-IV
, А-V,
А-VI;
при большой длине – сталь классов В-II,
Вр-II,
К-7, К-19.

По
способу производства стыки стержней
делятся на сварные,
несварные (внахлёстку),
по месту изготовления – заводские
и монтажные.

Несварные
стыки менее экономичны, поэтому их
применяют только для стыкования
термически упрочнённой стержневой
арматуры.

В
зависимости от вида арматуры и условий
изготовления применяют разные виды
сварных стыков:

-контактные;

-ванные в инвентарной
форме;

-внахлёстку;

-тавровые и т.д.

Сварные
стыки выполняются в соответствии с
ГОСТ. Стыки с накладками и внахлёстку
применяют, если не удаётся точно подогнать
торцы стыкуемых стержней. Сварные стыки
можно размещать в любом месте стержня,
однако рабочие стержни не рекомендуют
сваривать в зонах наибольших усилий.
Стыки с накладками в местах им насыщения
бетона арматурой, дабы не мешать
бетонированию.

Железобетонные конструкции: обычный железобетон в сравнении с предварительно напряженным бетоном

Термины, которые следует знать:

• пост-натяжение: метод предварительного напряжения, при котором стальные пряди натягиваются после заливки бетона
• предварительно напряженный: бетон, который подвергается внутренним напряжениям от армирующих стальных прядей для компенсации напряжения растяжения будущих нагрузок
• предварительное натяжение: метод предварительного напряжения, при котором стальные пряди натягиваются перед заливкой бетона

Арматура

• : прозвище арматурного стержня, используемого для повышения прочности бетона на растяжение

.

• арматурный стержень (арматура): стальные стержни, пряди или металлическая ткань, помещенные в бетонные плиты, балки или колонны для повышения их прочности
• железобетон (ЖБ): композит из двух материалов: бетона и арматурной стали (стержни и сетка), использующий лучшее из обоих свойств

Механика материалов

Механика материалов — это термин, используемый для описания того, как различные типы материалов ведут себя под нагрузкой. В этой статье основное внимание уделяется тому, как ведет себя бетон при сжимающих и растягивающих нагрузках. Мы также рассмотрим некоторые из методов, применяемых для устранения слабых сторон материала, что в результате делает бетон прочным и, следовательно, обычным материалом, используемым в качестве конструкционного компонента в коммерческих зданиях.

Стандартный бетон хорошо реагирует на сжимающее напряжение, но плохо на растягивающее; поэтому армирование используется для повышения прочности материала. Бетон сопротивляется напряжению сжатия, а арматура обеспечивает прочность против напряжения растяжения.

ПРИМЕЧАНИЕ. Бетон расширяется или растягивается при растягивающем напряжении и сжимается или укорачивается при сжимающем напряжении .

Бетон обычно считается хрупким материалом; таким образом, без армирования он будет испытывать хрупкое разрушение как вид отказа. Хрупкий излом — это вид разрушения при растяжении, означающий, что до полной потери прочности материал практически не проявляет признаков того, что что-то не так. Окончательный отказ является относительно внезапным. Армирование в бетоне изменяет режим хрупкого разрушения на вязкое разрушение; поэтому до полной потери прочности станут видны трещины. Следовательно, существует видимое предупреждение перед окончательным отказом.

Механика бетона говорит нам, что бетон сам по себе не является хорошим конструкционным материалом, тем более что бетон в процессе эксплуатации подвергается значительному растягивающему напряжению и различным нагрузкам. Таким образом, весь бетон армируется, чтобы противостоять приложенным растягивающим усилиям и контролировать развитие растрескивания при растяжении под нагрузкой.

Железобетон

Железобетон (ЖБ) представляет собой смесь двух материалов: бетона и арматурной стали (стержни и сетки). Арматурная сталь, также называемая арматурой, встраивается в бетон, чтобы два материала могли совместно противостоять приложенным силам. Обратите внимание, что арматурная сталь, установленная таким образом, часто называется обычной или обычной арматурой.

Обычная арматура — это форма пассивной арматуры, при которой арматурная сталь не сопротивляется натяжению до тех пор, пока не растянется, что часто означает, что бетон должен треснуть, прежде чем арматурная сталь сможет противостоять растягивающему напряжению. Другими словами, растрескивание может активировать прочность арматурной стали, поэтому деформация бетона может присутствовать, но поддается управлению материалом. Арматурную сталь часто укладывают вверху и внизу плит.

Обычный армированный бетон также может быть усилен предварительно натянутыми или постнапряженными стальными арматурными прядями. Когда эти методы реализованы, материал в совокупности называется предварительно напряженным бетоном. Это форма активной арматуры, которая, как следует из названия, означает, что бетон подвергается предварительному напряжению перед вводом в эксплуатацию. Предварительно напрягается за счет растяжения (натяжения) прядей стальной арматуры.

Два метода предварительного напряжения описаны ниже:

1. Предварительное натяжение: Бетон заливается вокруг предварительно натянутых прядей стальной арматуры. Эти пряди натянуты на бетонный каркас между двумя точками крепления. Бетон приклеивается к стальным прядям, и как только бетон достигает заданной прочности на сжатие, прядки стальной арматуры освобождаются. В этом методе, когда бетон затвердевает и предварительно натянутые пряди стальной арматуры освобождаются, напряжение передается внутрь бетона в виде сжатия за счет трения с арматурой.
2. Последующее натяжение: Бетон заливается вокруг рукавов или воздуховодов, и через них продеваются арматурные пряди для предварительного натяжения. Как только бетон достигает заданной прочности на сжатие, пряди стальной арматуры растягиваются с помощью гидравлических домкратов и постоянно закрепляются на каждом конце. Гильзы или трубы обычно заполняются цементным раствором. Последующее натяжение также достигается за счет того, что пряди стальной арматуры в некоторой степени могут свободно перемещаться в бетоне. В этом случае прядь стальной арматуры смазывают антикоррозионной смазкой и обшивают. Это называется несвязанным пост-натяжением. В этом методе к бетону применяется постоянное сжатие, когда прядь стальной арматуры постоянно закреплена.

В обоих методах предварительного напряжения растяжение прядей является формой напряжения, которое сжимает бетон. Это, в свою очередь, создает внутренние напряжения, которые противодействуют напряжениям растяжения от будущих эксплуатационных нагрузок. Подводя итог, можно сказать, что предварительное напряжение повышает прочность бетона на растяжение, поскольку будущие эксплуатационные нагрузки должны компенсировать предварительное напряжение сжатия. Предварительно напряженный бетон часто используется в проектах гражданского строительства, таких как настилы мостов, а также в следующих элементах коммерческих зданий: балконах, перемычках, плитах перекрытий, балках, фундаментных слоях и конструкциях парковок.

Распространенные дефекты железобетона

Трещины — распространенный и хорошо заметный дефект железобетона. Инспекторы должны учитывать, что не все наблюдаемые трещины могут негативно повлиять на структурную целостность бетонных элементов. Один тип трещин называется пластической осадкой, и он обычно образуется над стальной арматурой и выровнен по ней. Другой тип растрескивания называется коррозией арматуры и также образуется над арматурой. Некоторые дефекты появляются в течение нескольких часов после затвердевания бетона, в то время как для развития других требуются годы. В любом случае инспекторы должны сообщать о признаках трещин в соответствии с их расположением и характеристиками.

Нуждается ли бетон в качестве структурного компонента в армировании?

Стандартный бетон без армирования не подходит для использования в качестве конструкционного элемента в коммерческих зданиях, поскольку он имеет низкую прочность на растяжение и под нагрузкой развивается растрескивание при растяжении. Естественно, бетон хорошо реагирует на сжимающее напряжение; таким образом, армирование используется для обеспечения прочности против растягивающего напряжения и для подавления растрескивания (и полного разрушения).

При этом бетон, испытывающий значительные прилагаемые нагрузки, должен иметь армирование. Но хотя армирование делает бетон прочнее, некоторые бетонные конструкции и элементы могут не иметь армирования или нуждаться в нем. Это включает в себя подъезды к жилым домам, полы в гаражах и ступени.

Заключение

Решения о том, какие материалы использовать при строительстве различных типов коммерческих сооружений, принимаются на стадии предварительного проектирования. Бетонные конструктивные элементы могут включать балки и колонны, рамы, диафрагмы и/или стены жесткости. Инспекторам коммерческой недвижимости важно понимать базовую механику обычных материалов и методов, включая предварительное напряжение бетона, чтобы компетентно проверять и составлять отчеты о большинстве коммерческих конструкций.

Бетонные конструкции и методы их возведения могут быть довольно сложными. Инспекторы коммерческой недвижимости должны иметь профессионального инженера или специалиста по ремонту и техническому обслуживанию бетона в своей команде специальных консультантов. Некоторые инженеры проводят всю свою карьеру, изучая и специализируясь на технологиях строительства из бетона.

Дополнительные ресурсы для инспекторов коммерческой недвижимости:

• Курс оценки конструкций коммерческих зданий
• Контрольный список структурной оценки
• Типы систем сопротивления боковым силам в коммерческих зданиях

предварительное напряжение%20армирование%20%28предварительное напряжение%29 — Документация по предварительному напряжению