Vsak gradbeni inženir mora poznati odgovor na to vprašanje, ker je to najpomembnejše vprašanje za inženirja gradbeništva.
Prednapeti beton je eden najpomembnejših delov konstrukcije, zato morate imeti ustrezno znanje o njem. Razumimo ga podrobno.
Prednapeta betonska konstrukcija se razlikuje od konvencionalne armiranobetonske konstrukcije zaradi uporabe začetne obremenitve na konstrukciji pred njeno uporabo. Začetna obremenitev ali prednapetost se uporabita, da omogočita konstrukciji, da se izogne obremenitvam, ki nastanejo med njegovim obratovanjem. Napetost struktur je bila uvedena v poznem devetnajstem stoletju. Koncept prednapenjanja je obstajal pred uporabo v betonu.
Na voljo sta dva primera prednapenjanja pred razvojem prednapetega betona
Pritrditev kovinskih trakov na lesene sode Kovinski trakovi povzročijo stanje začetne stiskanja obroča, da bi preprečili napetost obroča, ki jo povzroča polnjenje tekočine v sodih
Prednapetost napere v kolesnem kolesu. Prednapetost zobnika v kolesnem kolesu se izvaja do te mere, da bo vedno obstajala preostala napetost v \ t
Za beton nastanejo notranje napetosti (običajno s pomočjo napetega jekla) iz naslednjih razlogov. Natezna trdnost betona je le okoli 8% do 14% njene tlačne trdnosti. Razpoke se ponavadi razvijejo v zgodnjih fazah obremenitve v upogibnih delih, kot so tramovi in plošče. Za preprečitev takšnih razpok se lahko tlačna sila ustrezno uporabi v pravokotni smeri. Prednapenjanje povečuje upogibne, strižne in torzijske sposobnosti upogibnih elementov. V ceveh in rezervoarjih za tekočine se lahko natezne obremenitve obroča učinkovito preprečijo s krožnim prednapenjanjem.
Naslednja skica pojasnjuje uporabo prednapenjanja.
Pred betoniranjem položite in raztegnite jeklene palice
Slika - Prednapenjanje betonskih nosilcev z mehkimi jeklenimi palicami
Palice iz nerjavečega jekla se raztegnejo in okoli njih se vlije beton. Po utrjevanju betona se sprosti napetost v palicah. Palice bodo poskušale povrniti svojo prvotno dolžino, vendar to preprečuje okoliški beton, na katerega je jeklo vezano. Tako je beton zdaj v stanju prednapetosti. Zmožen je preprečevati natezno napetost, kot je posledica obremenitve, prikazane v naslednji skici.
Toda zgodnji poskusi prednapenjanja niso bili povsem uspešni. Ugotovljeno je bilo, da se je učinek prednapenjanja sčasoma zmanjšal. Zmogljivosti članov so bile omejene. Pri trajnih obremenitvah so ugotovili, da člani ne uspejo. To je bilo zaradi naslednjega razloga. Beton se s časom skrči. Poleg tega se pri trajni obremenitvi obremenitev v betonu povečuje s časom. To je znano kot deformacija. Zmanjšanje dolžine zaradi lezenja in krčenja se uporablja tudi za vgrajeno jeklo, kar povzroči znatno izgubo natezne napetosti.
Oblike jekla za prednapenjanje
Žice - žica za prednapenjanje je enota iz jekla.
Prameni - Dva, tri ali sedem žic so naviti, da tvorijo vrv za prednapenjanje.
Tendon- Skupina pramenov ali žic je navitih, da tvorijo prednapenjalno kito.
Cable- Skupina kite tvori prednapenjalni kabel.
Palice - Kita je lahko sestavljena iz ene jeklene palice. Premer palice je veliko večji od premera žice.
Narava vmesnika za betonsko jeklo
Vezana tetiva - Če je med kablom za prednapenjanje in betonom ustrezna vez, se to imenuje vezana kita. Prednapete in zatesnjene tetive po napetosti so lepljene kite.
Nepovezana kita - Če ni nobene vezi med prednapenjalno tetivo in betonom, se to imenuje nevezana kita. Kadar se po naknadnem napetosti ne uporabi žleb, je tetiva nepovezana kita. Stopnje obremenitve Analiza prednapetih elementov je lahko različna za različne stopnje obremenitve.
Stopnje obremenitve so naslednje.
1) Začetno: Razdeljeno je lahko na dve stopnji.
a) Med napenjanjem jekla
b) Pri prenosu prednapenjanja na beton.
2) Vmesna: To vključuje obremenitve med prevozom prednapetih elementov.
3) Končno: Lahko se razdeli na dve stopnji.
a) Med obratovanjem, med delovanjem.
b) Na koncu, med ekstremnimi dogodki
Prednosti napetosti
Prednapenjanje betona ima številne prednosti v primerjavi s tradicionalnim armiranobetonskim betonom (RC) brez prednapenjanja. Povsem prednapetega betonskega elementa se običajno izpostavi stiskanju med življenjsko dobo. To popravi več pomanjkljivosti betona. Naslednje besedilo na splošno omenja prednosti prednapetega betonskega elementa z enakovrednim RC-elementom. Za vsak učinek so navedene ugodnosti.
Odsek ostane nepokvarjen pod delovnimi obremenitvami.
Zmanjšanje korozije jekla Povečanje trajnosti.
Uporabljen je celoten del
Višji vztrajnostni moment (večja togost)
Manj deformacij (izboljšana uporabnost).
Povečanje strižne zmogljivosti.
Primerna za uporabo v tlačnih posodah, konstrukcijah za zadrževanje tekočin. Izboljšana zmogljivost (odpornost) pri dinamični in utrujenosti.
Visoka razmerja med globino in globino Večji razponi pri prednapenjanju (mostovi, zgradbe z velikimi prostimi kolonami) Tipične vrednosti razmerij med globino in globino v ploščah so navedene spodaj.
Ne-prednapetostna plošča 28: 1 Prednapeta plošča 45: 1 Za enak razpon manjša globina v primerjavi z RC elementom.
Zmanjšanje lastne teže.
Več estetske privlačnosti zaradi vitkih odsekov
Bolj ekonomični odseki.
Primerna za montažno montažo
Prednosti montažne montaže so naslednje.
Hitra gradnja
Boljši nadzor kakovosti
Zmanjšano vzdrževanje, primerno za ponavljajočo se gradnjo. Večkratna uporaba opažev.
Zmanjšanje opažev.
Razpoložljivost standardnih oblik.
Naknadno napenjanje
Sistemi za prednapenjanje so se z leti razvijali in različna podjetja so patentirala svoje izdelke. Podrobne informacije o sistemih so navedene v katalogih izdelkov in brošurah, ki jih objavljajo podjetja. Obstajajo splošne smernice za prednapenjanje v oddelku 12 IS 1343: 1980. Informacije v tem poglavju so uvodne narave, s poudarkom na osnovnih pojmih sistemov. Sistemi in naprave za prednapenjanje so opisani ločeno za dve vrsti prednapenjanja, prednapetja in naknadnega napenjanja. Ta razdelek pokriva naknadno napenjanje. Sistemi in naprave za napenjanje pokrivajo prednapetje. Pri naknadnem napenjanju se napetost po utrjevanju betona nanese na kite. V nadaljevanju so opisane stopnje po napenjanju.
Stopnje po napenjanju
V sistemih po napenjanju so kanali za kite (ali prameni) nameščeni skupaj z ojačitvijo pred litjem betona. Kite se postavijo v kanale po litju betona. Vod preprečuje stik med betonom in tetivami med napenjanjem. Za razliko od predhodnega napenjanja se kabli potegnejo z reakcijo, ki deluje proti utrjenemu betonu. Če so kanali napolnjeni z injekcijsko maso, potem je znana kot vezana naknadna napetost. Fugirna masa je čista cementna pasta ali peskano-cementna malta, ki vsebuje primerno zmes.
V nevezanem post-napenjanju, kot že ime pove, se kanali nikoli ne utrdijo in tetiva drži v napetosti izključno s končnimi pritrdišči. Naslednja skica prikazuje shematski prikaz fugiranega dela po napetosti. Profil kanala je odvisen od podpornih pogojev. Za preprosto podprt element ima kanal napetega profila med koncema. Pri neprekinjenem elementu je cev spuščena v razponu in prašičih nad nosilcem.
Različne faze delovanja po napenjanju so povzete na naslednji način.
Litje betona.
Namestitev tetiv.
Namestitev sidrnega bloka in dvigala.
Sedenje klinov.
Rezanje tetiv
Ojačani beton (RC) je kompozitni material, v katerem so relativno nizke natezne trdnosti in duktilnosti betona izničene z vključitvijo ojačitve z večjo natezno trdnostjo ali duktilnostjo. Ojačitev je običajno, čeprav ne nujno, jeklena armaturna palica (armatura) in je običajno pasivno vgrajena v beton pred betonskimi sklopi. Ojačitvene sheme so na splošno zasnovane tako, da se upirajo nateznim napetostim v določenih predelih betona, ki lahko povzročijo nesprejemljive razpoke in / ali strukturne okvare. Sodobni armirani beton lahko vsebuje različne armirne materiale iz jekla, polimerov ali nadomestnih kompozitnih materialov v povezavi z armaturo ali ne. Ojačan beton je lahko tudi trajno napet, da se izboljša obnašanje končne konstrukcije pod delovnimi obremenitvami. V Združenih državah Amerike so najpogostejše metode za to imenovane prednapenjanje in naknadno napenjanje.
Za močno, duktilno in trajno konstrukcijo mora armatura imeti vsaj naslednje lastnosti:
Visoka relativna moč.
Visoka toleranca natezne napetosti.
Dobra vez na beton, ne glede na pH, vlago in podobne dejavnike.
Toplotna kompatibilnost, ki ne povzroča nesprejemljivih obremenitev kot odziv na spreminjajoče se temperature.
Trajnost v betonskem okolju, ne glede na korozijo ali trajno obremenitev.
Uporaba v gradbeništvu
Žičnice strehe Sagrada Familia v gradnji (2009)
· Veliko različnih vrst konstrukcij in delov konstrukcij je mogoče zgraditi z armiranobetonskim elementom, vključno s ploščami, stenami, nosilci, stebri, temelji, okvirji in še več.
Ojačan beton lahko razvrstimo v beton, ki je izdelan iz betona.
Oblikovanje in izvedba najučinkovitejšega sistema tal je ključnega pomena za ustvarjanje optimalnih gradbenih konstrukcij. Majhne spremembe v zasnovi talne naprave lahko pomembno vplivajo na materialne stroške, načrt gradnje, končno trdnost, obratovalne stroške, stopnjo zasedenosti in končno uporabo stavbe.
Brez okrepitve gradnja sodobnih konstrukcij s konkretnim materialom ne bi bila mogoča.
Ključne značilnosti
Tri fizikalne lastnosti dajejo armiranim betonom njene posebne lastnosti:
Koeficient toplotnega raztezanja betona je podoben koeficientu jekla, kar odpravlja velike notranje napetosti zaradi razlik v toplotnem raztezanju ali krčenju.
Ko se cementna pasta v betonu strdi, je to v skladu s površinskimi podrobnostmi jekla, kar omogoča učinkovito prenašanje napetosti med različnimi materiali. Običajno so jeklene palice hrapave ali valovite, da se dodatno izboljša povezava ali kohezija med betonom in jeklom.
Alkalno kemijsko okolje, ki ga zagotavljajo alkalne rezerve (KOH, NaOH) in portlandit (kalcijev hidroksid) v utrjeni cementni pasti, povzroči nastanek pasivirne folije na površini jekla, zaradi česar je veliko bolj odporna proti koroziji, kot bi bilo biti v nevtralnih ali kislih pogojih. Ko je cementna pasta izpostavljena zraku in meteorna voda reagira z atmosferskim CO2, se portlandit in kalcijev silikat hidrat (CSH) kaljene cementne paste postopoma karatizirajo, visok pH pa se postopoma zmanjšuje od 13,5 do 12,5 do 8,5, pH pa pri pH vode v ravnotežju s kalcitom (kalcijev karbonat) in jeklo ni več pasivirano.
Kot pravilo palca je jeklo zaščiteno pri pH nad ~ 11, vendar se začne jemati pod ~ 10, odvisno od lastnosti jekla in lokalnih fizikalno-kemijskih pogojev, ko beton postane gaziran. karbonatiranje betona skupaj s vdori klorida je eden glavnih razlogov za odpoved armaturnih palic v betonu.
Relativna površina preseka jekla, ki je potrebna za značilen armirani beton, je običajno zelo majhna in se giblje od 1% za večino gred in plošč do 6% za nekatere stebre. Ojačitvene palice so navadno okroglega prereza in se razlikujejo po premeru. Armirane betonske konstrukcije imajo včasih določbe, kot so prezračevana votla jedra za nadzor njihove vlage in vlage.
Porazdelitev betonskih (kljub ojačanju) lastnosti trdnosti vzdolž prečnega prereza vertikalnih armiranobetonskih elementov je nehomogena
Okrepitev in terminologija nosilcev
Dve križni gredi sta sestavni del garažne plošče, ki bo vsebovala armaturno jeklo in ožičenje, priključne doze in druge električne komponente, ki so potrebne za vgradnjo nadzemne razsvetljave za nivo garaže pod njo.
Žarek se upogiba pod upogibnim momentom, kar povzroči majhno ukrivljenost. Na zunanji strani (natezna površina) ukrivljenosti beton doživlja natezno napetost, medtem ko na notranji strani (stisnjen obraz) doživlja stiskanje.
Posamezno ojačan žarek je tisti, v katerem je betonski element le okrepljen v bližini natezne ploskve in je ojačitev, imenovana napenjalno jeklo, zasnovana tako, da se upira napetosti.
Dvakrat ojačan snop je tisti, v katerem je poleg natezne ojačitve tudi betonski element okrepljen v bližini stiskalne površine, da se beton upira kompresiji. Ta ojačitev se imenuje stiskanje jekla. Če tlačna cona betona ni zadostna, da bi se upirala kompresijskemu trenutku (pozitivni trenutek), je treba zagotoviti dodatno ojačitev, če arhitekt omeji dimenzije odseka.
Pod-ojačani žarek je tisti, pri katerem je napetostna zmogljivost natezne ojačitve manjša od kombinirane kompresijske zmogljivosti betona in stiskalnega jekla (pod-ojačana na natezni ploskvi). Kadar je armiranobetonski element podvržen vedno večjemu upogibnemu momentu, se napetost jekla doseže, medtem ko beton ne doseže končnega stanja okvare. Ker napetost jekla daje in razteza, "pod-ojačani" beton prav tako doseže duktilen način, ki kaže veliko deformacijo in opozorilo pred svojim končnim neuspehom. V tem primeru je meja obremenitve jekla odvisna od konstrukcije.
Preveč ojačan žarek je tisti, pri katerem je napetostna zmogljivost napenjalnega jekla večja od kombinirane kompresijske zmogljivosti betona in stiskalnega jekla (preveč ojačana na natezni površini). Tako "pregreti betonski" nosilec odpove z zmečkanjem betona na tlačni coni in pred donosom jeklene napenjalne cone, ki ne zagotavlja nobenega opozorila pred neuspehom, ker je okvara trenutna.
Uravnoteženo ojačani žarek je tisti, pri katerem tako tlačna kot natezna cona dosežeta ob enaki naloženi obremenitvi žarka, beton pa se bo zdrobil in natezno jeklo bo istočasno izteklo. Ta kriterij za projektiranje je sicer tvegan kot pregret beton, ker je odpoved nenadna, saj beton hkrati tvori natezno jeklo, kar zelo malo opozarja na stisko pri napetosti.
Elementi nosilci armiranega jekla, ki so ojačani z jeklom, morajo biti običajno zasnovani tako, da so podcenjeni, tako da bodo uporabniki strukture dobili opozorilo o bližajočem se porušitvi.
Značilna trdnost je trdnost materiala, kjer manj kot 5% vzorca kaže manjšo trdnost.
Konstrukcijska trdnost ali nazivna jakost je trdnost materiala, vključno s faktorjem varnosti materiala. Vrednost varnostnega faktorja se običajno giblje od 0,75 do 0,85 v dovoljeni konstrukciji stresa.
Končno mejno stanje je teoretično neustrezno točko z določeno verjetnostjo. Navedeno je pod faktoring obremenitvami in faktorskimi upori.
