Під попереднім напруженням розуміють контрольоване прикладання натягу до бетону за допомогою натягу сталевих сухожилків. Сухожилля будуть виготовлені з високоміцної сталі і можуть складатися з проводів, шнурів або прутків.

У цій Інструкції інші форми попереднього напруження не розглядаються.

20.1.2. Види попереднього напруження

Відповідно до положення сухожилля щодо поперечного перерізу, попереднє напруження може бути:

  • а) Інтер’єр. У цьому випадку сухожилля розташоване всередині бетонного перерізу.
  • б) Зовнішній. У цьому випадку сухожилля розташоване за межами бетону поперечного перерізу і всередині його краю.

З урахуванням моменту напруження щодо бетонування елемента, попереднє напруження може бути:

  • а) З попередньо напруженими підкріпленнями. Бетонування проводиться після того, як арматура була натягнута і тимчасово закріплена в нерухомих елементах. Коли бетон набуває достатньої міцності, арматура звільняється від своїх тимчасових анкерів, і завдяки зчепленню зусилля, раніше введене в арматуру, передається на бетон.
  • б) З посиленими підкріпленнями. Бетонування проводиться перед натягуванням активних арматур, які зазвичай розміщені в каналах або оболонках. Коли бетон набув достатнього опору, арматура натягується і кріпиться.

З точки зору умов зчеплення сухожилля, попереднє напруження може бути:

  • а) Прихильник. Це випадок попереднього напруження попередньо напруженою арматурою або арматурою, що натягується, при якій після натягування здійснюється впорскування матеріалу, який забезпечує належне зчеплення між арматурою та бетоном елемента (стаття 36.2).
  • б) Неприхильний. Це випадок попереднього напруження з посиленою арматурою, в якій ін’єкції, які не створюють зчеплення між арматурою та бетоном елемента, використовуються як захисні системи для арматури (стаття 36.3).

20.2. Сила попереднього напруження
20.2.1. Обмеження сили

Сила натягу Po повинна забезпечувати на активному армуванні напруження s p0, не більше в будь-якій точці, ніж нижче з наступних двох значень:

  • 0,75 fpmaxk
  • 090 фпк

де:

  • fpmaxk Максимальна характеристична одиниця навантаження.
  • fpk характеристична межа текучості.

Тимчасово ця напруга може бути збільшена до нижчого з наступних значень:

  • 0,85 fpmaxk
  • 095 фпк

за умови, що при закріпленні арматури в бетоні відбувається відповідне зменшення натягу так, що виконується обмеження попереднього пункту.

20.2.2. Втрати в шматках з поштовою бронею

20.2.2.1. Оцінка миттєвих втрат міцності

Миттєві втрати сили - це ті, які можуть виникнути під час напружувальної операції та в момент закріплення активного підсилення і залежать від характеристик досліджуваного елемента конструкції. Його значення в кожному розділі:

де:

  • D P1 Втрата сили в досліджуваному перерізі внаслідок тертя уздовж попередньо напруженого каналу.
  • D P2 Втрати сили в досліджуваному перерізі через проникнення клинів в анкери.
  • D P3 Втрата сили в досліджуваному перерізі через еластичне вкорочення бетону.

20.2.2.1.1. Втрата сили внаслідок тертя

Теоретичні втрати сили внаслідок тертя між арматурою та попередньо напруженими оболонками або трубопроводами залежать від сумарної кутової різниці a лінії сухожилля між розглянутою секцією та активним кріпленням, що зумовлює напруження в такому перерізі; відстані х між цими двома перерізами; коефіцієнта m тертя в кривій та коефіцієнта K тертя по прямій, або паразитного тертя. Ці втрати будуть оцінюватись із зусилля напруги P0.

Втрати на тертя в кожному розділі можна оцінити за виразом:

де:

  • м Коефіцієнт тертя в кривій.
  • Сума абсолютних значень кутових коливань (послідовних відхилень), виміряних у радіанах, що описують сухожилля на відстані x. Слід пам’ятати, що тракт сухожилля може мати викривлену криву, і його слід оцінювати в просторі.
  • K Коефіцієнт паразитного тертя, на лінійний метр.
  • x Відстань, у метрах, між розглянутою секцією та активним якорем, що зумовлює його напруження (див. рисунок 20.2.2.1.1).

активної арматури

Дані, що відповідають значенням m і K, повинні бути визначені експериментально, враховуючи застосовану процедуру попереднього напруження. За відсутності конкретних даних можна використовувати експериментальні значення, санкціоновані практикою.

20.2.2.1.2. Втрати на проникнення клину

У коротких прямих сухожилках після зачеплення втрату сили внаслідок проникнення клину, D P2 можна вивести за виразом:

де:

  • проникнення клину.
  • L Загальна довжина прямого сухожилля.
  • Еп Модуль поздовжньої деформації активної арматури.
  • Ap Активна арматурна секція.

В інших випадках прямих сухожиль та у всіх випадках кривих ліній втрата напруги внаслідок проникнення клина буде оцінюватися з урахуванням тертя в протоках. Для цього можливі варіації m і K при опущенні сухожилля щодо значень, що з'являються при натягуванні.

20.2.2.1.3. Втрати внаслідок пружного укорочення бетону

У разі армувань, що складаються з декількох сухожиль, які послідовно затягуються, при затягуванні кожного сухожилля виробляється нове еластичне укорочення бетону, яке у пропорційній частині, що відповідає цьому укороченню, скидає раніше закріплені.

Коли напруження стиснення на рівні баріцентра активної арматури у фазі натягування помітні, величина цих втрат, D P3, може бути розрахована, якщо сухожилля послідовно напружуватись за одну операцію, припускаючи, що всі сухожилля зазнати рівномірного вкорочення - функції числа n, які послідовно підтягуються, за допомогою виразу:

де:

  • Ap Загальний переріз активної арматури.
  • s cp Напруження стиснення, на рівні центру ваги активного підкріплення, що створюється силою P0- D P1- D P2 і силами, зумовленими діями, що діють в момент натягу.
  • Еп Модуль поздовжньої деформації активної арматури.
  • Ecj Модуль поздовжньої деформації бетону для віку j, що відповідає моменту навантаження активного армування.

20.2.2.2. Відстрочені втрати попереднього напруження

Відкладені втрати - це ті втрати, які виникають з часом після закріплення активного підсилення. Ці втрати по суті обумовлені вкороченням бетону усадкою та повзучістю та розслабленням сталі таких арматур.

На повзучість бетону та розслаблення сталі впливають самі втрати, і тому важливо врахувати цей інтерактивний ефект.

Поки не проводиться більш детальне вивчення взаємодії цих явищ, відкладені втрати можна апроксимувати згідно з таким виразом:

де:

  • Yp Відстань від центру ваги активної арматури до центру ваги ділянки.
  • n Коефіцієнт еквівалентності = Ep/Ec.
  • j (t, t0) Коефіцієнт повзучості для віку завантаження, рівного віку бетону на момент напруження (t0) (див. 39.8).
  • e cs Деформація усадки, що розвивається після операції напруження (див. 39.7).
  • s cp Напруження в бетоні волокна, що відповідає центру ваги активного армування внаслідок дії попереднього напруження, власної ваги та мертвого навантаження.
  • Ds pr Релаксаційні втрати при постійній довжині. Це можна оцінити, використовуючи такий вираз: Ds pr = r f · (Pki/Ap), де r f - значення релаксації при незмінній довжині в нескінченний час (див. 38.9), а Ap - загальна площа активного підкріплення. Pki - характеристичне значення початкової сили попереднього напруження, враховуючи миттєві втрати.
  • Змінна площа ділянки бетонної секції.
  • Ic Інерція бетонного перерізу.
  • c Коефіцієнт старіння. Спрощено та для нескінченних оцінок можна прийняти c = 0,80.

20.2.3. Втрата сили на деталі з попередньо напруженим підкріпленням

Для попередньо напруженого армування втрати, які слід врахувати з моменту натягування до передачі сили натягу на бетон:

  • а) Проникнення клинів.
  • б) Релаксація при кімнатній температурі до перенесення.
  • в) Додаткове розслаблення якоря через, коли це доцільно, процес нагрівання.
  • d) Теплове розширення якоря, де це можливо, внаслідок процесу нагрівання.
  • e) Вилучення до передачі.
  • f) Миттєве пружне укорочення при перенесенні.

Затримки втрат після передачі будуть отримані так само, як і при напруженій арматурі, використовуючи значення втягування та релаксації, що виникають після передачі.

20.3. Структурні ефекти попереднього напруження

Структурні ефекти попереднього напруження можуть бути представлені як за допомогою набору еквівалентних сил самобалансування, так і набору накладених деформацій. Обидва методи призводять до однакових результатів.

20.3.1. Моделювання ефектів попереднього напруження з використанням еквівалентних сил

Система еквівалентних сил отримується з балансу кабелю і утворюється за допомогою:

  • Сили та моменти, зосереджені в якорях.
  • Нормальні сили до сухожиль, що виникають внаслідок кривизни та зміни напрямку сухожиль.
  • Дотичні сили, зумовлені тертям.

Значення сил і моментів, сконцентрованих в анкерах, виводиться з величини зусилля попереднього напруження в зазначених точках, розрахованого відповідно до розділу 20.2, з геометрії кабелю та з геометрії анкерної зони (див. Рисунок 20.3 .1).

Для конкретного випадку балок, що мають симетрію відносно вертикальної площини, в якорі буде горизонтальна та вертикальна складові зусилля попереднього напруження та згинальний момент, вирази яких даватимуться:

  • Pk, H = Pkcos a
  • Pk, V = Pksen a
  • Mk = Pk, H e

де:

  • Кут, утворений попередньо напруженим шляхом відносно прямої лінії елемента, на якорі.
  • Pk Сила в сухожиллі згідно з 20.2.
  • e Ексцентриситет сухожилля по відношенню до центру ваги секції.

Нормальні сили, розподілені вздовж сухожилля, n (x), є функцією сили попереднього напруження та кривизни сухожилля в кожній точці, 1/r (x). Тангенціальні сили, t (x), пропорційні нормалям через коефіцієнт тертя m, відповідно до:

20.3.2. Моделювання ефектів попереднього напруження за допомогою накладених штамів

В якості альтернативи, у випадку лінійних елементів, структурні ефекти попереднього напруження можуть бути введені шляхом застосування накладених деформацій та кривизни, які в кожному перерізі будуть отримані за допомогою:

де:

  • e p Осьова деформація внаслідок попереднього напруження.
  • EC Модуль поздовжньої деформації бетону.
  • Змінна площа ділянки бетонної секції.
  • Ic Інерція бетонного перерізу.
  • e Ексцентриситет попереднього напруження щодо центру ваги бетонної ділянки.

20.3.3. Ізостатичні та гіперстатичні сили попереднього напруження

Структурні напруги, зумовлені попереднім напруженням, традиційно визначають, розрізняючи:

  • Ізостатичні напруження
  • Гіперстатичні зусилля

Ізостатичні сили залежать від сили попереднього напруження та ексцентриситету попереднього напруження відносно центру ваги ділянки, і їх можна аналізувати на рівні ділянки. Гіперстатичні напруження, як правило, залежать від схеми попереднього напруження, умов жорсткості та умов опори конструкції, і їх потрібно аналізувати на рівні конструкції.

Сума ізостатичних та гіперстатичних сил попереднього напруження дорівнює сумарним зусиллям, що виробляються попереднім напруженням.

Коли граничний стан вичерпання перевіряється на нормальні навантаження секцій з прикріпленою арматурою, відповідно до критеріїв, викладених у статті 42.є, розрахункові сили повинні включати гіперстатичну частину структурного ефекту попереднього напруження з урахуванням його значення відповідно до з критеріями в розділі 13.2. Ізостатичну частину попереднього напруження враховують при оцінці опору ємності секції з урахуванням відповідної попередньої деформації в прикріпленому активному армуванні.