Předpjatý beton

PŘEDNÁŠKA č. 1 Téma: podstata obyčejného a předpjatého železobetonu Plán: 1.1. Historie vývoje železobetonu (stručné informace). 1.2. Podstata železobetonu. Jeho výhody a nevýhody. 1.3. Předpjatý železobeton: jeho podstata a způsoby vytváření předpětí. 1.4. Oblasti použití železobetonu.

1.1.Historie vývoje železobetonu.

Železobetonové konstrukce se poprvé objevily v roce 1850 ve Francii (inženýr Lambo) – byla postavena loď, jejíž rám se skládal z kovové sítě, která byla z obou stran omítnuta cementovou maltou. V roce 1861 ve Francii (inženýr Coignet) vydal první knihu o železobetonu, ve které popsal možné konstrukce ze železobetonu. V roce 1867 byl zaznamenán první patent na výrobu železobetonových konstrukcí – byl to francouzský zahradník Monier, který použil železobetonové květináče. Konec XNUMX. století je považován za první etapu vývoje železobetonu. V této době se objevil návrh žebrového monolitického stropu, který navrhl francouzský inženýr Hennebique.

Doporučené materiály

Jednopodlažní průmyslová budova s ​​železobetonovým rámem
Budova
14patrový 84bytový bytový dům
Budova
Návrh třípokojového obytného domu
Budova
Architektonická a stavební akustika
Budova
Vypracování pracovního projektu (WPP) pro stavbu budovy
Budova
Montáž prefabrikovaných železobetonových konstrukcí jednopodlažní průmyslové budovy
Budova

Ve 30-40 letech dvacátého století byly široce používány monolitické rámové konstrukce a tenkostěnné prostorové konstrukce – válcové kupolové pláště. Toto období je považováno za druhou etapu vývoje železobetonu. Myšlenka na vytvoření předpínacích konstrukcí vznikla v roce 1910 v Německu (inženýr Bach). Byla provedena řada experimentů s předpjatými nosníky. V roce 1928 ve Francii Freycinet zdůvodnil potřebu použít jako výztuž vysokopevnostní ocel a vysoké počáteční napětí. Třetí etapa vývoje železobetonových konstrukcí byla doprovázena procesem industrializace a rozvojem teoretických základů železobetonu.

1.2. Podstata železobetonu. Jeho výhody a nevýhody

Beton a ocel mají různé fyzikální a mechanické vlastnosti. Beton je umělý kámen a jako všechny přírodní kameny dobře odolává stlačení a je mnohem méně odolný v tahu. Pevnost betonu v tahu je 10¸15krát nižší než v tlaku. Ocel má výrazně větší pevnost a stejně dobře odolává tlaku i tahu. Podstatou železobetonu je, že představuje racionální spojení těchto dvou materiálů – betonu a oceli, které spolu spolupracují až do destrukce. Níže je uvedena standardní definice železobetonu, která stručně odráží jeho podstatu. Železobeton je složitý stavební materiál sestávající z betonu a ocel kování, deformující dohromady až po destrukci konstrukce. Ve výše uvedené definici jsou zvýrazněna klíčová slova, která odrážejí podstatu materiálu. Abychom identifikovali roli každého z zvýrazněných konceptů, podívejme se podrobněji na podstatu každého z nich. Beton je umělý kámen, který má jako každý kamenný materiál poměrně vysokou odolnost v tlaku a jeho pevnost v tahu je 10-20krát menší. Ocelová výztuž má poměrně vysokou odolnost vůči tlaku i tahu. Kombinace těchto dvou materiálů v jednom umožňuje racionálně využívat výhody každého z nich. Obr. 1. Porovnání chování betonových (a) a železobetonových (b) nosníků při zatížení: F – maximální zatížení (únosnost), které betonový nosník unese; N – totéž pro železobetonový nosník. Pomocí příkladu beton nosníky, uvažujme, jak je pevnost betonu využita v ohybovém prvku (obr. 1a). Když se paprsek ohne nad neutrální vrstvou, vznikají tlaková napětí a spodní zóna se natáhne. Maximální napětí v řezech budou v krajních horních a spodních vláknech řezu Jakmile je nosník zatížen, napětí v tahové zóně dosáhnou tahové pevnosti betonu R_bt, krajní vlákno praskne, tzn. objeví se první trhlina. Následovat bude křehké selhání, tzn. lom paprsku. Napětí v tlačené oblasti betonu s_bc v okamžiku destrukce bude pouze 1/10 ¸ 1/15 pevnosti betonu v tlaku R_b, tj. pevnost betonu ve stlačené zóně bude využita o 10 % nebo méně. Pomocí příkladu železobeton nosníky s výztuží, uvažujme, jak se zde používá pevnost betonu a výztuže. První trhliny v tahové zóně betonu se objeví při téměř stejném zatížení jako v betonovém nosníku. Na rozdíl od betonového nosníku však výskyt trhliny nevede ke zničení železobetonového nosníku. Po vzniku trhlin bude tahová síla v úseku s trhlinou absorbována výztuží a nosník bude schopen odolat zvyšujícímu se zatížení. K porušení železobetonového nosníku dojde pouze tehdy, když napětí ve výztuži dosáhnou meze kluzu a napětí v tlačené oblasti dosáhnou pevnosti betonu v tlaku. V tomto případě zpočátku, když je ve výztuži dosažena mez kluzu s_tech, nosník se začne intenzivně ohýbat v důsledku rozvoje plastických deformací ve výztuži. Tento proces pokračuje, dokud není beton stlačené zóny rozdrcen, když dosáhne své pevnosti v tlaku. R_b. Protože úroveň napětí v betonu a výztuži je v tomto stavu mnohem vyšší než hodnota R_bt, pak to znamená, že to musí být způsobeno větší zátěží (N na Obr. 1-b). Výkon — proveditelnost železobetonu spočívá ve skutečnosti, že tahové síly jsou absorbovány výztuží a tlakové síly jsou absorbovány betonem. Proto, hlavní účel armatur v železobetonu je to ona, kdo musí absorbovat napětí kvůli nevýznamné pevnosti betonu v tahu. Pomocí výztuže lze zvýšit nosnost ohýbacího prvku oproti betonu více než 20krát. Deformace kloubu beton a v něm instalovaná výztuž je zajištěna o adhezní sílykteré vznikají při tuhnutí betonové směsi. V tomto případě se adheze tvoří v důsledku několika faktorů, a to: za prvé v důsledku adheze (přilepení) cementové pasty k výztuži (podíl této adhezní složky je samozřejmě malý); za druhé v důsledku stlačení výztuže betonem v důsledku jejího smršťování během tuhnutí; za třetí, kvůli mechanickému záběru betonu na periodickém (vlnitém) povrchu výztuže. U periodické profilové výztuže je přirozeně tato složka adheze nejvýznamnější, proto je adheze periodické profilové výztuže k betonu několikanásobně vyšší než u výztuže s hladkým povrchem. Samotná existence železobetonu a jeho dobrá trvanlivost se ukázala jako možná díky výhodné kombinaci některých důležitých fyzikálních a mechanických vlastností betonu a ocelové výztuže, a to: 1) beton při tvrdnutí pevně přilne k ocelové výztuži a při zatížení , oba tyto materiály jsou deformovány společně; 2) beton a ocel mají podobné hodnoty koeficientů lineární tepelné roztažnosti. Proto při změně okolní teploty v rozmezí +50 o C ¸ -70 o C nedochází k porušení adheze mezi nimi, protože jsou deformovány o stejnou míru; 3) beton chrání výztuž před korozí a přímým ohněm. První z těchto okolností zajišťuje trvanlivost železobetonu a druhá zajišťuje jeho požární odolnost v případě požáru. Tloušťka ochranné vrstvy betonu je stanovena přesně z podmínek pro zajištění potřebné trvanlivosti a požární odolnosti železobetonu. Při použití železobetonu jako materiálu pro stavební konstrukce je velmi důležité porozumět výhodám a nevýhodám materiálu, což umožní jeho racionální použití a sníží nepříznivý dopad jeho nevýhod na výkon konstrukce. NA ctnosti (pozitivní vlastnosti) železobetonu patří: 1. Trvanlivost – při správném provozu mohou železobetonové konstrukce sloužit neomezeně dlouhou dobu bez snížení únosnosti. 2. Dobrá odolnost proti statickému a dynamickému zatížení. 3. Požární odolnost. 4. Nízké provozní náklady. 5. Levné a dobrý výkon. K hlavnímu nevýhody železobetonu zahrnují: 1. Významnou mrtvou váhu. Tato nevýhoda je do určité míry eliminována použitím lehkého kameniva a také použitím progresivních dutých a tenkostěnných konstrukcí (tedy volbou racionálního tvaru průřezu a obrysu konstrukcí). 2. Nízká trhlinová odolnost železobetonu (z výše probíraného příkladu vyplývá, že v tahovém betonu by při provozu konstrukce měly být trhliny, které nesnižují únosnost konstrukce). Tuto nevýhodu lze snížit použitím předpjatého železobetonu, který slouží jako radikální prostředek ke zvýšení jeho odolnosti proti trhlinám (podstata předpjatého železobetonu je diskutována v tématu 1.3 níže. 3. Zvýšená zvuková a tepelná vodivost betonu v některých případy vyžaduje dodatečné náklady na tepelnou nebo zvukovou izolaci budov 4. Nemožnost jednoduché kontroly zkontrolovat výztuž vyráběného prvku 5. Obtíže při zpevňování stávajících železobetonových konstrukcí při rekonstrukci. budovy, když se zvyšuje jejich zatížení. 1.3. Předpjatý železobeton: jeho podstata a způsoby vytváření předpětí Někdy tvorba trhlin v konstrukcích, ve kterých jsou provozní podmínky nepřijatelné (například v nádržích, potrubích, konstrukcích pracujících pod vlivem agresivního prostředí). K odstranění této nevýhody železobetonu se používají předpjaté konstrukce. Tímto způsobem je možné zabránit vzniku trhlin v betonu a snížit deformaci konstrukce během provozu. Podívejme se na stručnou definici předpjatého betonu. Předepjaté nazývají železobetonovou konstrukci, ve které se během výrobního procesu v betonu části konstrukce, která je během provozu vystavena napětí, vytváří značná tlaková napětí (obr. 2). Počáteční tlaková napětí v betonu se zpravidla vytvářejí pomocí předpjaté vysokopevnostní výztuže. Tím se zvyšuje odolnost proti trhlinám a tuhost konstrukce a také se vytvářejí podmínky pro použití vysokopevnostní výztuže, což vede k úspoře kovu a. snížení nákladů na konstrukci. Jednotková cena výztuže klesá se zvyšující se pevností výztuže. Proto je vysokopevnostní výztuž mnohem výnosnější než konvenční výztuž. Nedoporučuje se však používat vysokopevnostní výztuž v konstrukcích bez předpětí, protože při vysokých tahových napětích ve výztuži se trhliny v tahových zónách betonu výrazně otevřou, čímž se sníží požadované výkonnostní vlastnosti konstrukce. Rýže. 2. K podstatě předpjatého železobetonu: a – konstrukce ve fázi stlačení betonu předpínací výztuží; b – ve fázi provozu (N – vnější zatížení konstrukce; Р – síla před tlakem ve výztuži): Výhody předpjatého železobetonu oproti klasickému betonu je především jeho vysoká odolnost proti trhlinám; zvýšená strukturální tuhost (v důsledku zpětného ohýbání získaného při stlačení konstrukce); lepší odolnost vůči dynamickému zatížení; odolnost proti korozi; trvanlivost; i určitý ekonomický efekt dosažený použitím vysokopevnostní výztuže. V předpjatém nosníku pod zatížením (obr. 2) je beton vystaven tahovým napětím až po vymizení počátečních tlakových napětí. Na příkladu dvou nosníků je vidět, že trhliny v předpjatém nosníku vznikají při vyšším zatížení, ale zatížení při porušení pro oba nosníky je blízké hodnotě, protože mezní napětí ve výztuži a betonu těchto nosníků jsou stejná. . Také průhyb předpjatého nosníku je mnohem menší. Při výrobě předpjatých železobetonových konstrukcí v továrních podmínkách jsou možná dvě základní schémata vytváření předpětí v železobetonu: předpětí s napínáním výztuže na dorazech a na betonu. Při zatažení za dorazy Výztuž se umístí do formy před betonováním prvku, jeden konec se zafixuje na doraz, druhý se napne zvedákem nebo jiným zařízením na řízený tah. Poté se výrobek betonuje, napařuje a poté, co beton získá potřebnou krychlovou pevnost, aby absorboval tlak R_bp výztuž se uvolní ze zarážek. Výztuž, která se snaží zkrátit v mezích pružných deformací, je-li adheze k betonu, ji táhne s sebou a stlačuje (obr. 3-a). Při napínání výztuže na beton (obr. 3-b) nejprve se vyrobí betonový nebo lehce vyztužený prvek a poté, co beton dosáhne pevnosti R_bp vytvořit v něm předběžné tlakové napětí. To se provádí následovně: předpjatá výztuž se vloží do žlábků nebo drážek ponechaných při betonáži prvku a napne se pomocí zvedáku, spočívajícího přímo na konci výrobku. V tomto případě dochází ke stlačení betonu již během procesu napínání výztuže. U této metody je napětí ve výztuži řízeno po stlačení betonu. Kanály v betonu, které přesahují průměr výztuže o (5¸15) mm, se vytvářejí uložením následně odstraněných tvarovek dutin (ocelové spirály, pryžové trubky atd.). Přilnavost výztuže k betonu je dosažena díky skutečnosti, že po stlačení je injektována (cementová pasta nebo malta je čerpána do kanálů pod tlakem přes T – ohyby – instalované při výrobě prvku). Pokud je předpínací výztuž umístěna na vnější straně prvku (prstencová výztuž potrubí, nádrží apod.), pak se její navíjení se současným stlačením betonu provádí speciálními navíjecími stroji. V tomto případě se na povrch prvku po napnutí výztuže nanese ochranná vrstva betonu. Zastavovací napínání je průmyslovější metodou v tovární výrobě. Napětí na beton se používá především u velkorozměrových konstrukcí vytvořených přímo na místě jejich výstavby. Napětí výztuže na dorazech lze provádět nejen pomocí zvedáku, ale také pomocí elektrotermické metody. K tomu se tyče s pěchovanými hlavami zahřejí elektrickým proudem na 300 – 350°C, vloží se do formy a zajistí se v dorazech formy. Když se během ochlazování obnoví původní délka, výztuž se natáhne. Výztuž lze napínat i elektrotermomechanickou metodou (kombinace prvních dvou metod). Rýže. 3. Způsoby vytváření předpětí v železobetonu: a – s napínací výztuží na dorazech; b – s napětím na betonu. Doporučujeme zhlédnout přednášku „4 Anaerobní vyhnívání a aerobní stabilizace kalu“. 1.4. Oblasti použití železobetonu. Železobeton se používá téměř ve všech oblastech průmyslové a občanské výstavby: – ​​V průmyslových a občanských stavbách se z železobetonu zhotovují: základy, sloupy, střešní a podlahové desky, stěnové panely, nosníky a vazníky, jeřábové nosníky, tzn. téměř všechny rámové prvky jednopodlažních a vícepodlažních budov. — Speciální konstrukce při výstavbě průmyslových a občanských komplexů – opěrné zdi, bunkry, sila, nádrže, potrubí, podpěry elektrického vedení atd. — Ve vodním stavitelství a stavbě silnic se železobeton používá k výrobě přehrad, náspů, mostů, silnic, přistávacích drah atd.

Předpjatý beton (předpjatého betonu, strunový beton) je stavební materiál určený k překonání neschopnosti betonu odolávat významným tahovým napětím [1]. Konstrukce z předpjatého železobetonu mají oproti nepředpjatému betonu výrazně nižší průhyby a zvýšenou odolnost proti trhlinám při stejné pevnosti, což umožňuje pokrýt větší rozpony při stejném průřezu prvku.

Při výrobě železobetonu se položí ocelová výztuž s vysokou pevností v tahu, poté se ocel napne speciálním zařízením a položí se betonová směs. Po ztuhnutí se předpínací síla uvolněného ocelového drátu nebo lanka přenese na okolní beton tak, že dojde k jeho stlačení. Toto vytváření tlakových napětí umožňuje částečně nebo úplně eliminovat tahová napětí z provozního zatížení.

Výstavba kontejnmentového pláště JE Balakovo. Dobře viditelné jsou kryty pro uložení kabelů, které vytvářejí předpětí

Způsoby napínací výztuže:

• mechanická metoda – tah, obvykle pomocí hydraulických nebo šroubových zvedáků [2];
• elektrotermální metoda tahu – tah pomocí elektrického proudu k ohřevu výztuže, při kterém je výztuž prodloužena na určité hodnoty [3];
• elektrotermomechanická – metoda kombinující mechanickou a elektrotermickou.

Most z předpjatého betonu v botanické zahradě v Grants Pass, Oregon, USA

Podle typu technologie se zařízení dělí na:

• napětí na dorazech (před položením betonu do bednění);
• napětí na betonu (po položení a zpevnění betonu).

Častěji se druhý způsob používá při stavbě mostů s velkými rozpětími, kdy se jedno pole zhotovuje ve více etapách (záchytech) [4]. Ocelový materiál (lanko nebo výztuž) se vkládá do formy pro betonáž do tvarovek kanálů (vlnitá tenkostěnná kovová nebo plastová trubka). Po vyrobení monolitické konstrukce se kabel (výztuž) do určité míry napíná pomocí speciálních mechanismů (zvedáků). Poté se do formovače kanálu pomocí kabelu (výztuže) načerpá tekutá cementová (betonová) malta. To zajišťuje pevné spojení mezi segmenty mostního pole.

Zatímco zastavovací napínání implikuje pouze přímou formu napínané výztuže, důležitým rozlišovacím znakem napínání betonu je schopnost napínat výztuž složitých tvarů, což zvyšuje účinnost výztuže. Například u mostů jsou výztužné prvky zvednuty uvnitř nosných železobetonových nosníků v oblastech nad „býčími“ podpěrami, což umožňuje efektivněji využít jejich napětí k zabránění průhybu.

Počátky vzniku předpjatého železobetonu byli Eugene Freycinet (Francie) a Viktor Vasiljevič Michajlov (SSSR) [5].

Předpjatý beton je hlavním materiálem pro mezipodlažní stropy výškových budov a ochranné kontejnmenty jaderných reaktorů, stejně jako sloupy a stěny budov v oblastech se zvýšeným seismickým [6] a nebezpečím výbuchu [7].

Socha „Vlast“ ve Volgogradu byla vyrobena z bloků předpjatého železobetonu.

Viz také [upravit | upravit kód]

• Konstrukce odolná proti zemětřesení
• Výztuž (železobeton)

Poznámky [upravit | upravit kód]

1. ↑Napjatý železobeton(nespecifikováno) . Datum přístupu: 25. srpna 2008.Archivováno z originálu 5. února 2009.
2. ↑Mechanický způsob napínání výztuže(nespecifikováno) . Datum přístupu: 30. října 2008.Archivováno z originálu 6. března 2016.
3. ↑Elektrotermický způsob napínání výztuže(nespecifikováno) . Datum přístupu: 30. října 2008.Archivováno z originálu 4. března 2016.
4. ↑Předpjatý železobeton: stav a vyhlídky použití(nespecifikováno) . Datum přístupu: 25. srpna 2008.Archivováno z originálu 10. února 2012.
5. ↑(nespecifikováno) . Datum přístupu: 28. května 2011.Archivováno z originálu 16. ledna 2012.
6. ↑ Předpětím indukovaný rámový systém na Earthquake Protector(nespecifikováno) . Datum přístupu: 26. srpna 2008.Архивировано 13. září 2008 года.
7. ↑ Archivováno 17. prosince 2008.

Odkazy [upravit | upravit kód]

• Archivováno 4. března 2016 na Wayback Machine.