Напряженные железобетонные конструкции

Предваритель­но-напряженными железобетонными конструкциями на­зываются конструкции, в которых в процессе их изгото­вления искусственно создано напряженное состояние: бетон сжат, а арматура растянута. Цель предваритель­ного напряжения — обжать бетон в тех зонах конструк­ции, где под нагрузкой будет возникать растяжение. На­тяжение арматуры, как это будет разъяснено ниже, является лишь средством для обжатия бетона.

Для уяснения сущности предварительного напря­жения вспомним, что в бетоне растянутой зоны обычных железобетонных элементов происходит раннее образова­ние трещин. Напряжения в арматуре к моменту обра­зования трещин (стадия 1а) невелики. При последующем увеличении нагрузки ра­стут напряжения в арматуре и трещины раскрываются. Если элемент имеет арматуру из стали классов А-I, A-II, A-III; то напряжения возрастут в 5— 8 раз.

При таком увеличении напряжений в арматуре ши­рина раскрытия трещин незначительна и в обычных кон­струкциях вполне приемлема, так как не нарушает их эксплуатационных качеств. При таком большом росте напряжений в арматуре элемент в эксплуатационной стадии будет иметь сильно раскрытые трещины (зияющие) и поэтому лишится не­обходимых эксплуатационных качеств (жесткости, дол­говечности и т. д.). Следовательно, применять высоко­прочную арматуру для армирования обычных железобе­тонных элементов нельзя. Между тем применение высо­копрочной арматуры экономически выгодно, так как требуемое ее количество уменьшается пропорционально увеличению прочности, а стоимость возрастает незначительно. Удельной стоимостью арматуры называют отношение ее цены к расчетному сопротивлению Ra.

С увеличением прочности арматуры снижается ее удельная стоимость, и следовательно, возрастает эконо­мическая эффективность.

В предварительно-напряженных элементах бетон рас­тянутой зоны обжат. Возникающие при приложении на­грузки растягивающие напряжения уменьшают предва­рительно созданные сжимающие напряжения в бетоне. Бетон начинает работать на растяжение только после полного погашения предварительного обжатия, но к это­му времени к элементу уже приложена вся (или почти вся) эксплуатационная нагрузка. Таким образом, благо­даря предварительному напряжению конструкции отда­ляется момент образования в ней трещин (повышается трещиностойкость).

Предварительно-напряженные конструкции при дей­ствии эксплуатационных нагрузок не имеют трещин в бетоне растянутой зоны или (если это допускается) име­ют трещины малого раскрытия, поэтому в предваритель­но-напряженных конструкциях высокопрочная арматура может быть эффективно использована. Благодаря отсутствию трещин в конструкции жесткость и долговеч­ность ее повышаются (это в ряде случаев позволяет уменьшить размеры сечения и массу конструкции), а в конструкциях, в которых размер бетонного сечения определяется трещиностойкостью (стенки резервуаров, труб и т. д.), значительно экономится бетон.