Потери предварительного напряжения в арматуре.

Как показывают результаты экспериментов, предварительные напряжения в арматуре не остаются постоянными на протяжении срока эксплуатации конструкции, а изменяются, т.е. уменьшаются во времени. Численное значение такого уменьшения называют потерями предварительного напряжения в арматуре.

Потери предварительного напряжения в арматуре разделяют на первые потери (до передачи усилия натяжения на бетон) и вторые потери (после передачи усилия натяжения на бетон).

Факторы, вызывающие потери предварительного напряжения в арматуре:

1. Релаксация арматуры – уменьшение напряжений в арматуре при постоянной длине с течением времени. Релаксация вызывается перестройкой кристаллической структуры металла при достаточно длительном действии нагрузки.

Потери от релаксации для горячекатаной арматуры определяют по формулам:

При механическом способе натяжения - .

При электротермическом способе натяжения -

2. Температурный перепад между упорами и элементом. При термической обработке железобетонных элементов натянутая арматура расширяется от дополнительного нагрева в бетоне, за счет чего напряжения в арматуре уменьшаются. Температурный перепад определяется как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилие натяжения. В этом случае:

При отсутствии точных данных о технологии изготовления элемента допускается принимать

3. Деформация формы (упоров) при неодновременном натяжении арматуры на форму. При натяжении арматуры на форму происходит ее деформация, в результате чего в ранее натянутых арматурных стержнях напряжения уменьшаются. Потери от деформации формы определяются по формуле:

, где

- число групп стержней натягиваемых не одновременно;

- сближение упоров по линии действия усилия предварительного обжатия;

- расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии точных данных допускается принимать .

При электротермическом способе натяжения арматуры деформации формы не учитываются, так как они должны быть учтены при определении полного удлинения арматуры.

4. Деформация анкеров, расположенных у натяжных устройств. Потери от деформации анкеров вычисляются по формуле:

, где

- обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров;

- расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии точных данных допускается принимать .

При электротермическом способе натяжения арматуры деформации анкеров не учитываются, так как они должны быть учтены при определении полного удлинения арматуры.

5. Усадка бетона - уменьшение линейных размеров элемента, а так как заключенная в элементе арматура деформируется (т.е. уменьшается в размерах) совместно с бетоном, то в элементах без предварительного напряжения усадка приводит к появлению сжимающих напряжений в арматуре без внешней нагрузке, а в предварительно напряженных элементах к уменьшению предварительного напряжения.

Потери от усадки бетона вычисляются по формуле:

, где

- относительная деформация усадки бетона, принимаемая равной:

для бетонов класса В35 и ниже;

для бетонов класса В40 и ниже;

для бетонов класса В45 и выше.

Допускается потери от усадки вычислять более точными методами.

6. Ползучесть бетона. Ползучесть бетона приводит к уменьшению линейных размеров элемента, а так как заключенная в элементе арматура деформируется (т.е. уменьшается в размерах) совместно с бетоном, в предварительно напряженных элементах к уменьшению предварительного напряжения.

Потери предварительного напряжения от ползучести бетона вычисляются по формуле:

, где

- коэффициент ползучести бетона, определяемый по табл. 2.6 [4].

- коэффициент приведения арматуры к бетону.

- Коэффициент армирования, принимаемый , где - площадь рассматриваемой напрягаемой арматуры, - площадь сечения элемента.

- напряжение в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой напрягаемой арматуры, определяемое как для упругих изотропных материалов по приведенному сечению:

- усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь, равное

, при отсутствии напрягаемой арматуре в сжатой зоне элемента:

- эксцентриситет усилия относительно центра тяжести приведенного сечения:

, при отсутствии напрягаемой арматуре в сжатой зоне элемента:

, тогда

- расстояние между центрами тяжести рассматриваемой напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента.

- изгибающий момент от собственного веса элемента, действующий в стадии обжатия в рассматриваемом сечении.

- площадь приведенного сечения

- момент инерции приведенного сечения

если , потери от усадки и ползучести принимаются равными нулю.

Если передаточная прочность бетона меньше 70% класса бетона , то при определении потерь предварительного напряжения от ползучести значения и принимаются при

Предварительные напряжения в бетоне при передаче усилия предварительного напряжения не должны превышать:

если напряжения уменьшаются или не изменяются при действии внешних нагрузок - ;

если напряжения увеличиваются при действии внешних нагрузок - .

Напряжения в бетоне в данном случае определяются у наиболее обжатой грани сечения, т.е.:

Значение момента определяется для сечения, в котором разгружающее действие этого момента минимально (например, в сечении, проходящем через конец длины зоны передачи напряжений).

Длину зоны передачи предварительного напряжения на бетон для арматуры без дополнительных анкерующих устройств определяют по формуле:

и принимают не менее и 200мм, а для арматурных канатов не менее 300мм.

- предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом первых потерь;

- расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, равное

- коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры и принимаемый равным:

2,5 – для горячекатаной арматуры периодического профиля;

2,2 – для арматурных канатов диаметром 9мм и более.

1,8 – для холоднотянутой проволочной арматуры диаметром 4мм и более;

1,7 – для холоднотянутой проволочной арматуры диаметром 3мм и арматурных канатов диаметром 6мм.

При мгновенной передаче усилия обжатия на бетон значение увеличивается в 1,25 раза.

При диаметре стержней более 18мм мгновенная передача усилий не допускается.