Детали проектирования

Позиционирование арматуры

Толщина предварительно напряженных перекрытий меньше толщины традиционных перекрытий из обычного бетона. Учитывается эффект балансировки, вызванный укладкой арматуры, являющейся частью перекрытия, как это продемонстрировано на рисунке. Вдоль пролетов отклоняющая сила арматуры воздействует на бетон, и контрастируют силе тяжести.

Позиционирование арматуры

Поперечные компоненты и осевые силы, вызванные постнапряжением

Принцип эквивалентной арматуры

Принцип эквивалентной арматуры

В местах, где изгиб арматуры меняет направление, например, на опорах, отклоняющая сила арматуры тянет вниз, направляя потоки напряжения к вертикальным элементам. Данную систему можно сравнить с прикрепленной к опорам решеткой, натяжение которой передается бетону. Количество арматуры берется с расчетом, чтобы она могла гарантировать заданный процент стабильности и выдерживать вес перекрытия. Данный процент зависит от отношения общей нагрузки и длительной нагрузки и обычно варьируется между 70 и 130 %. Для перекрытий жилых или офисных строений с нагрузкой между 3 и 4 КН/м2и 1 KН/м2длительной нагрузки берут в расчет 90 % от собственного веса, для перекрытий с большей длительной нагрузкой - 100 % от собственного веса.

Кроме улучшения характеристик перекрытия с точки зрения многофункциональности и устойчивости к образованию трещин не надо забывать об общем эффекте на поведение перекрытия, создающегося напряжением осевого сжатия при постнапряжении. За отсутствием значительных ограничений, данный вид напряжения сжатия нейтрализует часть напряжения, способствующее образованию трещин, возникающее при воздействии той части нагрузок, которая не сбалансирована силами, индуцированными арматурой. Обычно в постнапряженных перекрытиях показатель данного напряжения варьируется от 1.0 до 2.5 Н/мм2.

Минимальная пропорция расчета толщины (просвет/толщина) для данных видов перекрытий. При незначительных нагрузках (3.5 KН/м2) и отсутствии необходимости устройства отверстий постнапряженные перекрытия могут иметь толщину до 1/40 самой большой секции. Для сравнения: около 1/30 для перекрытий с использованием традиционной арматуры. С увеличением нагрузки уменьшается показатель соотношения просвет/толщина, в особенности, если показатель части случайной нагрузки превышает показатель длительной нагрузки. Общее количество постнапряжения нельзя просто увеличить для уравновешивания повышенной случайной нагрузки, необходимо спроектировать перекрытия большей толщины с учетом провеса.

Стыки

Стыки

Использование постнапряженного бетона, в частности бетона с арматурой без сцепления, требует учета некоторых отличных от стандартных принципов проектировки. Проблема, которая чаще всего возникает при проектировке строений, это расположение мест стыков перекрытий, стен и между стенами и перекрытиями. К сожалению, по данной проблематике невозможно предоставить объяснения общего характера, т.к. существует ряд аспектов за и против. В основном надо учитывать два аспекта:

  • крайнее предельное состояние (безопасность и надежность)
  • горизонтальное смещение (предельное рабочее состояние)

Роль стыков в крайнем предельном состоянии

Если учитывать поведение коллапса конструкции, то рекомендуем полностью избегать стыков, т.к. каждый из них представляет собой прерывание целостности конструкции и снижает ее прочность. В случае предварительно напряженных перекрытий с арматурой без сцепления действию изгиба способствует монолитность конструкции, что приводит к значительному увеличению предельной нагрузки.

Влияние действия изгиба

Влияние действия изгиба на несущую способность перекрытия

Влияние на предельное рабочее состояние

В конструкциях без расширительных швов могут появиться трещины из-за горизонтальных смещений, которые возникают ввиду следующих причин:

  • усадка бетона;
  • тепловое расширение;
  • укорачивание при постнапряжении;
  • тягучесть бетона.

Средний показатель усадки бетона можно отразить следующим образом:

  • Усадка бетона DLcs = -0,25 мм/м
  • Тепловое расширение DLct = от -0,25 мм/м до +0.15 мм/м
  • Укорачивание DLcel = -0,05 мм/м (при постнапряжении 1.5 Н/мм2и Ec= 30 KН/ мм2)
  • Тягучесть бетона DLcc = -0,15 мм/м

Данные значения необходимо откорректировать в зависимости от особенностей местности и условий. После принятия решения об устройстве стыков, должны обязательно учитываться полные смещения перекрытий, стен и опор, а также их динамика. Обязательно учесть проблематику деформации фундамента. Горизонтальные смещения могут быть частично уменьшены или предотвращены на стадиях строительства при помощи соответствующих мер (например, оставить зазор, бетонируемый по окончанию строительства). Усадка: при высыхании бетон дает усадку и ее степень зависит от пропорции воды и цемента, от размеров сечения, от вида созревания и от процента влажности окружающей среды. Укорачивание из-за усадки можно уменьшить на половину при помощи устройства временных стыков.

Температура: данный феномен в значительной степени зависит от разницы температуры между компонентами конструкции и их разными показателями коэффициентов теплового расширения. В конструкциях закрытого типа, неподверженных атмосферным явлениям, перекрытия и стены подвержены низкому термическому градиенту и, соответственно, низким колебаниями температуры. В то время как стены с внешней стороны и верхняя часть конструкции подвержены высокому термическому градиенту. С особой осторожностью подходить к соединениям между перекрытиями и элементам из иных материалов.

Фото реализованного стыка Фото реализованного стыка

Фото реализованного стыка

Укорачивание по степени упругости и вязкости при постнапряжении: Укорачивание (деформация) по степени упругости незначительно; бетон заливается по отсекам, которые позже подвергаются натяжению, что гарантирует незначительную деформацию перекрытия. Деформация по вязкости воздействует по всей длине перекрытия. Укорачивание после постнапряжения считается незначительным, если средние показатели напряжения центренного сжатия находятся в пределах scpm = 1,5 N/mm2 и 2,5 N/mm2.

Укорачивание по степени упругости