Д.Р.МАИЛЯН, Р.Л.МАИЛЯН, доктора техн. наук, профессора, М.В.ОСИПОВ, магистрант (Ростовский-на-Дону государственный строительный ун-т), Железобетонные балки с предварительным напряжением на отдельных участках
В изгибаемых свободно опертых по концам железобетонных элементах моменты достигают наибольших значений, как правило, на участках, расположенных посередине пролета, в сечениях же приопорных участков они существенно снижаются. В изгибаемых элементах с ненапрягаемой арматурой рабочая продольная арматура, подобранная по максимальным значениям изгибающих моментов, в целях сокращения ее расхода, в приопорных сечениях в соответствии с эпюрой моментов может быть частично оборвана, поскольку необходимость в ней на этих участках уменьшается.
В балках с предварительно напряженной арматурой при существующих способах их изготовления обрыв преднапряженной арматуры в пролете не представляется возможным, ее приходится протягивать на всю длину элемента и заанкеривать на торцах. Это приводит к излишнему расходу стали, а также к некоторым негативным явлениям, рассматриваемым ниже.
Предварительное растяжение арматуры растянутой зоны усилием Р приводит к образованию моментов Мр=Р (уц-а), где уц - расстояние от линии действия усилия Р до оси, проходящей через центр тяжести приведенного сечения железобетонной балки. Поддействием этих моментов балка получает выгиб, который уменьшает суммарный прогиб балки при приложении внешней нагрузки q, что весьма важно, особенно в большепролетных конструкциях. Однако при достаточно большом значении момента Мр на верхней грани балки по всей длине возможно образование трещин. Эти трещины в пролетных сечениях балки под воздействием внешней нагрузки закрываются, тем не менее несколько снижают жесткость сечений.
Закрытие трещин происходит лишь в пролетных сечениях, в которых отрицательные моменты погашаются положительными моментами от внешней нагрузки. В приопорных же сечениях отрицательные моменты, вызванные преднап- ряжением, также как и трещины, вызванные ими, остаются непогашенными. Кроме того, усилия пред- напряжения Р, приложенные к торцам балки могут вызвать разрушение бетона от местного сосредоточенного сжатия. Во избежание этого, приопорные участки балки приходится дополнительно армировать сетками, устанавливаемыми в плоскостях сечений с определенным шагом. Такие сетки необходимы также для предотвращения образования трещин и раскола бетона при отпуске преднапряжения, сопровождающегося увеличением диаметра арматуры на длине зоны анкеровки при связанного с ним радиального давления на бетон.
При больших значениях усилия преднапряжения Р в целях уменьшения раскрытия трещин на верхней грани предварительную растянутую арматуру нередко располагают также у верхней грани балки. Это, однако, при значениях преднапряжения ст8р больше расчетного сопротивления арматуры сжатию Rsc, может привести к снижению несущей способности балки.
Во избежание разрушения торцов железобетонных балок и образования трещин на приопорных участках предварительно растянутую арматуру на концевых участках иногда отгибают, что увеличивает также сопротивление балок поперечным силам. Это, как правило, возможно лишь при натяжении арматуры на бетон, что требует устройства каналов и их инъецирования после натяжения арматуры.
Арматуру сжатой зоны железобетонных изгибаемых элементов, как известно, в ряде случаев (особенно при 4 близком к ?r) целесообразно подвергать предварительному сжатию. Это позволяет значительно увеличить предельные суммарные напряжения сжатия в арматуре, достигаемые при разрушении бетона сжатой зоны. Сжимающие напряжения в арматуре при этом составляют Rsc+asp, где стзр-значение предварительного сжатия арматуры. Открыв таким образом путь к полной реализации механических свойств высокопрочной арматуры в сжатой зоне, можно существенно сократить расход расчетной сжатой арматуры.
Для осуществления этого предложения авторами разработана специальная технология изготовления железобетонных конструкций с переменным вдоль элемента предварительным напряжением. При бето
При воздействии на железобетонных элемент предварительных напряжений на ограниченном участке длиной /1 вдоль последнего образуются моменты Мр=Р(уц-а) и Mc=?c(h- уц-а) соответственно от усилия предварительного растяжения арматуры растянутой зоны и предварительного сжатия арматуры сжатой зоны. Эти моменты на участке /., частично погашают моменты Mq от внешней нагрузки (позиция в на рисунке). Поскольку на концевых участках балки моменты Мр и Мс равны нулю, то образование трещин на верхней грани балок на этих участках исключается.
При таком решении ликвидируется также основной недостаток железобетонных элементов с предварительно сжатой арматурой - передача растягивающих напряжений на бетон при отпуске предварительно сжатой арматуры, что вызывает образование начальных технологических трещин. В предложенном способе набетонка 8 верхнего участка балки укладывается после создания предварительного сжатия арматуры, заанкеренной в бетоне на концевых участках балки, поэтому в набетонке 8 трещины не образуются.
При создании преднапряжений традиционными способами с помощью домкратов если натяжение стержней производится неодновременно в арматурных стержнях, натянутых ранее, преднапряжение уменьшается из-за дополнительного обжатия бетона, что снижает технические характеристики и учитывается при проектировании и расчете конструкций. При изготовлении же железобетонных конструкций предложенным способом в случае не одновременного натяжения арматурных стержней падение преднапряжения в ранее натянутых стержнях легко ликвидировать путем дополнительного поворота натяжных муфт.
Расчеты показывают, что создание требуемого преднапряжения в арматурных стержнях с помощью вращения муфт может осуществляться вручную. Так, при диаметре высокопрочной арматуры, равном 14 мм,для создания преднапряжения 600...800 МПа при муфте с углом наклона резьбы 2,10 и шаге 1,5 мм требуемый крутящий момент составляет всего 6... 8 кН-см.
Следует отметить, что устройство резьбы на концах арматурных стержней снижает площадь их сечений, что однако не влияет на несущую способность балки, так как ослабление сечений приходится на участки с пониженным значением изгибающих моментов.
Бетон и железобетон, 2002 №2