Принципы использования преднапряжения в монолитных конструкциях

Одним из наиболее перспективных направлений развития монолитного железобетона является применение при возведении пролетных конструкций преднапряжения с натяжением на бетон в построечных условиях (постнапряжение).

Преднапряжение может осуществляться как со сцеплением напрягаемой арматуры с бетоном, так и без сцепления. Технология со сцеплением арматуры с бетоном показала себя как эффективная при возведении мостовых пролетов и массивных балочных конструкций. Система без сцепления является эффективной при возведении конструкций сравнительно небольшого сечения.
Отличие технологии постнапряжения от широко известного преднапряжения, осуществляемого в условиях завода ЖБИ, заключается в том, что напрягаемая арматура натягивается после бетонирования и набора бетоном достаточной передаточной прочности (порядка 70-80% марочной прочности).

Для того чтобы обеспечить возможность натяжения арматуры после твердения бетона, арматура должна иметь возможность свободного перемещения в бетоне. Для этого напрягаемая арматура заключается в пластиковую (для системы без сцепления) или металлическую (для системы со сцеплением) трубку. Передача усилий на бетон осуществляется при помощи устанавливаемых на концы напрягаемых элементов анкерных устройств. Как правило, для преднапряжения используются арматурные канаты .
Канат в конструкции раскладывается между верхней и нижней сеткой арматуры в соответствии с формой эпюры изгибающих моментов (линией главных растягивающих напряжений). Захват каната на анкере осуществляется при помощи клинового цангового захвата (рис. 1).

После набора бетоном проектной передаточной прочности с одной или двух сторон производится натяжение каната при помощи гидравлического домкрата. В зависимости от типа раскладки каната возникающие при натяжении усилия вызывают напряжения обжатия бетона и при криволинейности раскладки канатной арматуры разгружающие усилия по длине пролета (рис. 2).

Европейская и американская практика на протяжении 40 лет показывает, что в плитах перекрытий применение преднапряжения позволяет сократить толщину плиты с 1/30 пролета до 1/40 – 1/45 пролета. Сокращение армирования при этом достигается на кубический метр до 35–45 кг ненапрягаемой арматуры и 10–15 кг напрягаемых канатов.
Помимо пролетных конструкций применение системы возможно в различных конструкциях на грунтовом основании. Среди наиболее распространенных областей применения подобных систем в западной практике являются конструкции фундаментных плит и промышленных бетонных полов одноэтажных производственных зданий и торговых центров.

При проектировании преднапряженных конструкций с системой преднапряжения без сцепления с бетоном следует руководствоваться принципом, что преднапряженная арматура передает усилия на бетон не по всей длине, а только в местах анкеровки на торцах конструкции, а также в местах перегиба канатов. Соответственно, преднапряжение должно быть принято в расчете как приложенные к конструкции внешние силы. Силы, возникающие в местах перегиба канатов, зависят в первую очередь от геометрии каната и усилий в нем. Как правило, в конструкциях применяется два типа раскладки канатов – свободная, при которой фиксируются только анкерные элементы, и фиксированная, с фиксированием каната на подкладках. При свободной раскладке геометрия каната определяется его жесткостными характеристиками, собственным весом и габаритами конструкции.
При раскладке каната в конструкции геометрия каната описывается выражением y(x). Соответственно, угол наклона каната в точке относительно оси конструкции описывается как y’(x), а возникающая в этой точке сила – y’’(x). Во время расчета полученные в зависимости от геометрии каната силы прикладываются к расчетной схеме конструкции, и статический расчет производится традиционным образом, либо в ручную, либо используя компьютерные программы метода конечных элементов.
Группой компаний «ПРОМСТРОЙКОНТРАКТ» было создано совместное предприятие с австрийским холдингом Dywidag Systems International, основной задачей которого является продвижение на российском рынке технологии предварительного напряжения в монолитном строительстве. За год нашей компанией было реализовано 6 объектов с применением технологии преднапряжения. Как наиболее простая в применении и наиболее эффективная, использовалась технология преднапряжения без сцепления канатной арматуры с бетоном.
Среди наиболее значимых объектов перекрытия торговых центров «Мега» в Москве и г. Екатеринбурге, где были использованы различные типы преднапряженных перекрытий (балочное сборно-монолитное, монолитное балочное и плоская плита).

Москва, тел. 8 (495) 247-9091
Санкт-Петербург,
тел.: (812) 251-9970, 251-8441, 251-8706,
факс (812) 251-8437