33. Почему в качестве напрягаемой арматуры не применяют “мягкую” сталь?

Не потому, что она “мягкая“, а потому, что у нее низкая прочность. Если ее натянуть даже до предела текучести, то со временем от воздействия усадки, ползучести бетона и других причин (см. вопрос 40) от преднапряжения почти ничего не останется, арматура “потеряет” свои начальные напряжения почти полностью. Тем не менее “мягкую” сталь класса А-III можно использовать в качестве преднапряженной арматуры, если ее заранее натянуть (вытянуть) до напряжений 450…500 МПа, превышающих предел текучести, а затем отпустить. После такой процедуры прежняя площадка текучести исчезает, а новая, очень небольшая площадка находится примерно на 1/3 выше прежней (рис. 16). Такая сталь называется “сталью, упрочненной вытяжкой” и обозначается А-IIIв.

Рис. 15, Рис. 16, Рис. 17

34. Почему в обычных конструкциях не применяют “твердую” сталь?

У “твердых” (высокопрочных) сталей расчетные сопротивления достигают 1000 МПа и более, в то время как при допустимом раскрытии трещин на ширину 0,2...0,3 мм напряжения в арматуре составляют всего 250...350 МПа. Ясно, что при таких напряжениях прочностные возможности высокопрочной арматуры используются слабо, поэтому ее применение попросту неэффективно.

35. Не снижается ли прочность напрягаемой арматуры в результате ее натяжения?

На первый взгляд, должна снижаться: ведь к началу приложения внешней нагрузки арматура уже натянута и часть своей прочности успела использовать. В действительности дело обстоит иначе. При передаче на бетон силы обжатия Р арматура и бетон совместно укорачиваются, поэтому в арматуре растягивающее усилие уменьшается на величину DР, а бетон обжимается силой Nb = P – DP. Чтобы восстановить исходное состояние, к железобетонному элементу нужно приложить внешнюю растягивающую силу N = Nb + DP, т.е. N = P (рис. 17). Следовательно, прочность арматуры сохраняется.

36. Чем  ограничивается  величина  преднапряжения арматуры ssp?

Верхний предел ssp ограничивается расчетным сопротивлением стали для 2-й группы предельных состояний Rs,ser (численно равным нормативному сопротивлению Rsn). При этом, чтобы избежать обрыва арматуры при случайном ее перенапряжении, учитывается возможное отклонение р проектной величины ssp, поэтому ssp ≤ Rs,ser - р. Другой предел ограничивается величиной 0,3Rs,ser + p, ниже которого преднапряжение бессмысленно. Значения р даны в Нормах проектирования.

37. Как натягивают арматуру?

Натягивают механическим (гидродомкраты, грузы, рычаги) или электротермическим методами. Сущность второго состоит в следующем: заготавливают стержни определенной, точно выверенной длины с анкерами по концам (см. вопрос 39), нагревают их сильным током до температуры не выше 350…400^оС (иначе произойдет разупрочнение стали). При нагреве стержни удлиняются и в таком состоянии их закрепляют на упорах. В процессе охлаждения стержни стремятся укоротиться, т.е. вернуться в исходное состояние, но упоры этому препятствуют – в результате, в арматуре возникают растягивающие напряжения.

38. Можно ли натягивать электротермическим методом арматуру классов Ат-VII, B-II, Bp-II, K-7, K-19?

Канаты натягивать нельзя, потому что невозможно обеспечить одинаковый нагрев всех проволок. Все остальное можно, но не имеет смысла, так как нагрев до 350…400^оС позволяет достичь предварительного напряжения не выше 650...700 МПа, в то время как прочностные возможности этих классов стали намного выше. Для натяжения подобной арматуры разработан электротермомеханический метод, совмещающий электротермический и механический методы, однако широкого распространения он не получил. Поэтому арматуру перечисленных классов натягивают преимущественно механическим способом.

39. Как закрепляют арматуру при натяжении?

Закрепляют с помощью специальных анкеров (рис. 18). Это могут быть инвентарные (многоразовые) зажимы клинового (а) и цангового (б) типа или анкера однократного использования: утолщения (головки) с шайбами (в), обжимные шайбы (г) и т.д. При натяжении на бетон применяют стационарные анкера различных систем, которые обычно являются неотъемлемой частью железобетонного элемента.

Рис. 18

40. Что такое потери напряжений в арматуре?            

От момента натяжения арматуры до начала приложения внешней нагрузки на конструкцию часть величины предварительного напряжения ssp безвозвратно теряется в результате релаксации напряжений стали, температурного перепада, деформации анкеров, трения отогнутой арматуры, деформации формы, ползучести и усадки бетона и т.д.

Влияние релаксации, ползучести и усадки на напряжения в арматуре отражены соответственно в вопросах 14, 5 и 6. Заметим лишь, что ползучесть очень интенсивно проявляется в первые минуты после обжатия бетона, а затем постепенно затухает, поэтому ее разделяют на две части: быстронатекающую, которая проявляется уже в процессе обжатия, и длительную, которая продолжается вплоть до приложения эксплуатационной нагрузки.