Svaki građevinski inženjer mora znati odgovor na ovo pitanje jer se smatra najvažnijim pitanjem za građevinskog inženjera.
Prednapeti beton je jedan od najvažnijih dijelova konstrukcije, a vi morate i morate imati odgovarajuće znanje o njemu. Da ga razumemo detaljno.
Prednapregnuta betonska konstrukcija razlikuje se od konvencionalne armiranobetonske konstrukcije zbog primjene početnog opterećenja na konstrukciju prije njegove upotrebe. Prvobitno opterećenje ili prednapregnutost se primjenjuju kako bi se konstrukciji omogućilo da se suprotstavi naprezanjima koja se javljaju tokom njegovog servisnog perioda. Unapređenje struktura je uvedeno krajem devetnaestog veka. Koncept prednaprezanja postojao je prije primjene u betonu.
Dva su primjera prednaprezanja prije razvoja prednapetog betona
Prisilno pričvršćivanje metalnih traka na drvenim bačvama Metalne trake izazivaju stanje početne kompresije obruča, kako bi se suprotstavila napetosti obruča uzrokovane punjenjem tekućine u buradima
Prethodno zatezanje žbica u točku bicikla. Prednapon zupčanika u kotaču bicikla se primjenjuje do te mjere da će uvijek postojati zaostala napetost
Za beton se uzrokuju unutrašnja naprezanja (obično pomoću zateznog čelika) iz sljedećih razloga. Vlačna čvrstoća betona je samo oko 8% do 14% njene tlačne čvrstoće. Pukotine imaju tendenciju da se razvijaju u ranim fazama opterećenja kod elastičnih elemenata kao što su grede i ploče. Da bi se spriječile takve pukotine, sila pritiska se može pogodno primijeniti u okomitom smjeru. Prednaprezanje povećava sposobnost savijanja, smicanja i torzionog djelovanja elastičnih elemenata. U cevima i rezervoarima za skladištenje tečnosti, opterećenja na oprugu se mogu efikasno suzbiti kružnim prednaprezanjem.
Sljedeća skica objašnjava primjenu prednaprezanja.
Postavite i rastegnite šipke od mekog čelika pre betoniranja
Slika - Prednaprezanje betonskih greda mekim čeličnim šipkama
Šipke od plemenitog čelika se rastežu i beton se izlije oko njih. Nakon stvrdnjavanja betona oslobađa se napetost u šipkama. Šipke će pokušati da povrate svoju prvobitnu dužinu, ali to sprečava okolni beton na koji je čelik vezan. Tako je beton sada u stanju pre-kompresije. Sposoban je da se suprotstavi zateznom naprezanju, kao što je to što nastaje od opterećenja prikazanog u sljedećoj skici.
Međutim, rani pokušaji prednaprezanja nisu bili potpuno uspješni. Primijećeno je da se učinak prednaprezanja s vremenom smanjuje. Kapaciteti članova opterećenja su bili ograničeni. Pod stalnim opterećenjima, nađeno je da su članovi propali. To je bilo zbog sledećeg razloga. Beton se skuplja sa vremenom. Štaviše, pod stalnim opterećenjem, naprezanje u betonu se povećava s vremenom. To je poznato kao naprezanje pri puzanju. Smanjenje dužine uslijed puzanja i skupljanja primjenjivo je i na ugrađeni čelik, što rezultira značajnim gubitkom vlačnog naprezanja.
Oblici čelika za prednaprezanje
Žice - žica za naprezanje je jedna jedinica od čelika.
Pramenovi - Dve, tri ili sedam žica su namotane da formiraju prednaprezanu nit.
Tendon- Grupa vlakana ili žica je namotana da formira tetivu za prednaprezanje.
Kabel - grupa tetiva formira kabl za prednaprezanje.
Šipke - tetiva može biti napravljena od jedne čelične šipke. Prečnik šipke je mnogo veći od prečnika žice.
Priroda betonskog čelika
Vezana tetiva - Kada postoji adekvatna veza između tetive za prednaprezanje i betona, ona se naziva vezana tetiva. Prednapete i zalepljene tetive nakon zatezanja su spojene tetive.
Nevezana tetiva - Kada nema veze između tetive za prednaprezanje i betona, ona se naziva nevezana tetiva. Kada se nakon nanošenja zatezanja ne primijeni žbuka, tetiva je nevezana tetiva. Faze opterećenja Analiza prednapregnutih dijelova može biti različita za različite stupnjeve opterećenja.
Faze utovara su sledeće.
1) Početno: Može se podijeliti u dvije faze.
a) Tokom zatezanja čelika
b) Kod prenošenja prednaprezanja na beton.
2) Srednji: Uključuje opterećenja prilikom transporta prednapregnutih elemenata.
3) Završno: Može se podijeliti u dvije faze.
a) Prilikom rada, tokom rada.
b) U krajnjoj liniji, tokom ekstremnih događaja
Prednosti prednaprezanja
Prednapinjanje betona ima nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalni armirani beton (RC) bez prednaprezanja. Potpuno prednapregnuti betonski element se obično podvrgava kompresiji tokom radnog veka. Ovo ispravlja nekoliko nedostataka betona. U tekstu koji slijedi široko se spominju prednosti prednapregnutog betonskog elementa sa ekvivalentnim članom RC. Za svaki efekat navedene su koristi.
Odjeljak ostaje nepokvaren pod servisnim opterećenjima.
Smanjenje korozije čelika Povećanje trajnosti.
Koristi se cijeli odjeljak
Veći moment inercije (veća krutost)
Manje deformacija (poboljšana upotrebljivost).
Povećanje kapaciteta smicanja.
Pogodan za upotrebu u posudama pod pritiskom, konstrukcijama za zadržavanje tečnosti. Poboljšane performanse (otpornost) pri dinamičkom i zamornom opterećenju.
Veliki odnosi između raspona i dubine Veći rasponi mogući sa prednaprezanjem (mostovi, zgrade sa velikim prostorom bez kolona) Tipične vrijednosti odnosa raspona i dubine u pločama date su u nastavku.
Ne prednapregnuta ploča 28: 1 Prednapeta ploča 45: 1 Za isti raspon, manje dubine u odnosu na RC član.
Smanjenje sopstvene težine.
Više estetske privlačnosti zbog vitkih dijelova
Ekonomičnije sekcije.
Pogodan za montažnu gradnju
Prednosti montažne montaže su sljedeće.
Brza izgradnja
Bolja kontrola kvaliteta
Smanjeno održavanje pogodno za repetitivnu konstrukciju.Višestruka upotreba oplate.
Smanjenje oplate.
Dostupnost standardnih oblika.
Naknadno zatezanje
Prestressing sistemi su se razvili tokom godina i razne kompanije su patentirale svoje proizvode. Detaljne informacije o sistemima su date u katalozima proizvoda i brošurama koje izdaju kompanije. U Odjeljku 12 IS 1343: 1980 postoje opće smjernice za prednaprezanje. Informacije date u ovom odjeljku su uvodne prirode, s naglaskom na osnovne pojmove sistema. Sistemi i uređaji za prednaprezanje opisani su posebno za dva tipa prednaprezanja, prednaprezanja i naknadnog zatezanja. Ovaj odeljak pokriva post-zatezanje. Sistemi i uređaji za prednaprezanje pokriva prednapetost. U post-zatezanju, napetost se nanosi na tetive nakon stvrdnjavanja betona. Faze post-zatezanja su opisane u nastavku.
Faze post-zatezanja
U post-zateznim sistemima, kanali za tetive (ili pramenove) se postavljaju zajedno sa armaturom pre livenja betona. Žile se postavljaju u kanale nakon lijevanja betona. Kanal sprečava kontakt između betona i tetiva tokom operacije zatezanja. Za razliku od prethodnog zatezanja, tetive se izvlače sa reakcijom koja djeluje protiv očvrslog betona. Ako su kanali ispunjeni fugom, onda je poznato kao vezano post-zatezanje. Fugirna masa je čista cementna pasta ili pijesak-cementni malter s prikladnim dodatkom.
U nepovezanom post-zatezanju, kao što ime sugeriše, kanali se nikada ne fuguju, a tetiva se drži u naponu isključivo krajnjim sidrištima. Sljedeća skica prikazuje shematski prikaz fugiranog post-napetog člana. Profil kanala ovisi o uvjetima oslanjanja. Za jednostavno oslonjeni element, kanal ima progibni profil između krajeva. Za neprekidni član, kanal propada u rasponu i svinje iznad nosača.
Različite faze operacije nakon zatezanja sažete su kako slijedi.
Lijevanje betona.
Postavljanje tetiva.
Postavljanje bloka za sidrenje i utičnice. Nanošenje napetosti na tetive.
Sjedenje klinova.
Sečenje tetiva
Armirani beton (RC) je kompozitni materijal u kojem je relativno mala vlačna čvrstoća i duktilnost betona suprotstavljena uključivanjem armature koja ima veću vlačnu čvrstoću ili duktilnost. Ojačanje je obično, iako ne nužno, čelične armaturne šipke (rebar) i obično je pasivno ugrađeno u beton prije postavljanja betona. Sheme ojačanja su općenito konstruirane tako da se odupru vlačnim naprezanjima u određenim dijelovima betona koja mogu uzrokovati neprihvatljivo pucanje i / ili strukturalno oštećenje. Moderni armirani beton može sadržavati različite materijale za armiranje od čelika, polimera ili alternativnog kompozitnog materijala u kombinaciji sa armaturom ili ne. Armirani beton može također biti trajno napet (u naponu), kako bi se poboljšalo ponašanje konačne konstrukcije pod radnim opterećenjima. U Sjedinjenim Američkim Državama, najčešći načini za to su poznati kao pre-zatezanje i post-zatezanje.
Za jaku, duktilnu i izdržljivu konstrukciju armatura mora imati najmanje slijedeća svojstva:
Visoka relativna snaga.
Visoka tolerancija na zatezanje.
Dobra veza sa betonom, bez obzira na pH, vlagu i slične faktore.
Termička kompatibilnost, ne izazivajući neprihvatljiva naprezanja kao odgovor na promjenjive temperature.
Trajnost u betonskom okruženju, bez obzira na koroziju ili stalni pritisak.
Upotreba u građevinarstvu
Konopi krova Sagrada Familia u izgradnji (2009)
· Mnogi različiti tipovi konstrukcija i komponenti konstrukcija mogu se graditi pomoću armiranog betona, uključujući ploče, zidove, grede, stupove, temelje, okvire i još mnogo toga.
Armirani beton se može klasificirati kao beton prefabrikovan ili lijevan.
Projektovanje i implementacija najefikasnijeg sistema podova je ključ za stvaranje optimalnih građevinskih struktura. Male promjene u dizajnu podnog sustava mogu imati značajan utjecaj na materijalne troškove, plan gradnje, maksimalnu čvrstoću, operativne troškove, razine zauzetosti i krajnju upotrebu zgrade.
Bez armiranja, izgradnja modernih konstrukcija sa konkretnim materijalom ne bi bila moguća.
Ključne karakteristike
Tri fizikalne karakteristike daju armiranom betonu svoja posebna svojstva:
Koeficijent toplotne ekspanzije betona je sličan koeficijentu čelika, eliminišući velika unutrašnja naprezanja zbog razlika u toplinskom širenju ili kontrakciji.
Kada se cementna pasta unutar betona učvrsti, to odgovara površinskim detaljima čelika, što omogućava da se svaki napon učinkovito prenosi između različitih materijala. Obično su čelične šipke hrapave ili valovite kako bi se dodatno poboljšala veza ili kohezija između betona i čelika.
Alkalna hemijska sredina koju obezbeđuju alkalna rezerva (KOH, NaOH) i portlandit (kalcijum hidroksid) sadržana u očvrsnutoj cementnoj pasti uzrokuje formiranje pasivirajućeg filma na površini čelika, što ga čini mnogo otpornijim na koroziju nego što bi to bilo biti u neutralnim ili kiselim uslovima. Kada je cementna pasta izložena zraku i meteorska voda reagira s atmosferskim CO2, portlandit i kalcijev silikat hidrat (CSH) kaljene cementne paste postupno postaju gazirani i visoki pH se postupno smanjuje od 13,5 - 12,5 do 8,5, pH vode u ravnoteži s kalcitom (kalcijev karbonat) i čelik se više ne pasivira.
Kao pravilo, samo da bi se dalo ideju po redu veličine, čelik je zaštićen na pH iznad ~ 11, ali počinje da korodira ispod ~ 10 u zavisnosti od karakteristika čelika i lokalnih fizičko-hemijskih uslova kada beton postaje gaziran. Karbonatiranje betona i ulazak klorida su glavni razlozi za kvarove armaturnih šipki u betonu.
Relativna površina poprečnog presjeka čelika potrebna za tipični armirani beton je obično vrlo mala i varira od 1% za većinu greda i ploča do 6% za neke stupove. Armaturne šipke su normalno poprečnog presjeka i variraju u promjeru. Armirane betonske konstrukcije ponekad imaju odredbe poput ventiliranih šupljih jezgri za kontrolu njihove vlage i vlage.
Raspodjela betona (unatoč karakteristikama armature) po poprečnom presjeku vertikalnih armiranobetonskih elemenata je nehomogena
Ojačanje i terminologija greda
Dva ukrštena greda sastoje se od parkirne garažne ploče koja će sadržavati i armaturni čelik i ožičenje, razvodne kutije i druge električne komponente potrebne za ugradnju nadsvjetla za nivo garaže ispod njega.
Greda se savija u momentu savijanja, što dovodi do male zakrivljenosti. Na vanjskoj strani (zatezanje lica) zakrivljenosti beton doživljava naprezanje na zatezanje, dok na unutrašnjem licu (kompresivno lice) doživljava pritisak naprezanja.
Pojedinačno ojačana greda je ona u kojoj je betonski element samo ojačan u blizini vlačne površine, a armatura, nazvana zateznim čelikom, je dizajnirana da se odupre napetosti.
Dvostruko ojačana greda je ona u kojoj je osim vlačnog ojačanja betonski element ojačan u blizini kompresivne površine kako bi se beton opirao kompresiji. Potonja armatura se naziva kompresioni čelik. Kada je zona kompresije betona neadekvatna da bi se oduprla momentu pritiska (pozitivan momenat), potrebno je osigurati dodatno ojačanje ako arhitekt ograniči dimenzije sekcije.
Pod-ojačana greda je ona u kojoj je kapacitet zatezanja vlačne armature manji od kombinovanog kompresionog kapaciteta betona i kompresionog čelika (pod-ojačano na zateznoj površini). Kada je armiranobetonski element podložan povećanom momentu savijanja, zatezni čelik se povećava dok beton ne dostiže svoj krajnji kvar. Kao što je napetost čelika prinosa i rastezanja, "pod-ojačani" beton također daje na duktilan način, pokazujući veliku deformaciju i upozorenje prije svog krajnjeg neuspjeha. U ovom slučaju granica popuštanja čelika regulira dizajn.
Prejako ojačana greda je ona u kojoj je zatezna moć zateznog čelika veća od kombinovanog kapaciteta kompresije betona i kompresionog čelika (prejako ojačana na zateznoj površini). Tako se "pregrađeni betonski" snop otkazuje drobljenjem betona tlačne zone i prije nego što čelik zateže zonu napetosti, što ne daje nikakvo upozorenje prije kvara jer je kvar trenutno.
Balansirano ojačana greda je ona u kojoj i kompresivna i zatezna zona dosežu prinos pri istom nametnutom opterećenju na gredu, a beton će se slomiti i vlačni čelik će istodobno popuštati. Ovaj kriterij za projektovanje je, međutim, rizičan kao i pregrađeni beton, jer je neuspjeh iznenadan kako beton istodobno gnječi prinos zateznog čelika, što daje vrlo malo upozorenja na nevolje u zatezanju.
Elementi koji nose čelik-armirani beton treba normalno da budu projektovani tako da budu pod-ojačani tako da će korisnici strukture dobiti upozorenje o predstojećem rušenju.
Karakteristična snaga je čvrstoća materijala gdje manje od 5% uzorka pokazuje manju čvrstoću.
Konstruktivna snaga ili nominalna jačina je čvrstoća materijala, uključujući i faktor sigurnosti materijala. Vrijednost faktora sigurnosti općenito se kreće od 0,75 do 0,85 u dozvoljenom naprezanju.
Krajnje granično stanje je teorijska točka neuspjeha s određenom vjerojatnošću. Navedeno je pod faktorskim opterećenjima i faktorskim otporima.
