46. Что означают 100 суток для преднапряженного железобетона?

Это срок с момента изготовления конструкции, в течение которого она должна быть загружена проектной нагрузкой. Дело в том, что формулы для определения потерь напряжений от усадки и ползучести бетона выведены исходя из этого срока. Если конструкция загружена в более раннем возрасте, то это даже хорошо: меньше потери напряжений, больше сила обжатия, выше жесткость и трещиностойкость. Если конструкция пролежала на складе более 100 суток, то потери напряжений превысят расчетные значения. Такую конструкцию необходимо пересчитать (а иногда и испытать) и, возможно, придется использовать под более низкую нагрузку.

Перерасчет начинается с того, что проектные потери от усадки и длительной ползучести умножают на коэффициент jl = 4t/(100+3t), где    t – фактический возраст изделия в сутках. Далее с учетом измененной силы обжатия вновь проверяют жесткость и трещиностойкость.

47. Что такое коэффициент точности натяжения?

В производстве любых изделий могут быть неточности, которые заранее учитывают и допускают в ограниченных размерах. Одной из них при изготовлении преднапряженных изделий является погрешность в натяжении арматуры, что вызывает увеличение или уменьшение величины предварительного напряжения ssp по сравнению с расчетной – это учитывается умножениемssp на коэффициент точности натяжения gsp. Если неблагоприятное влияние на работу конструкции оказывает пониженное значение ssp (например, на образование трещин в зоне, растянутой при эксплуатации), то gsp < 1; если повышенное (например, на прочность в стадии обжатия), тоgsp > 1. При подсчете потерь напряжений, ширины раскрытия трещин и прогибов допускается принимать gsp = 1. Значения gsp приведены в Нормах проектирования.

Не следует путать gsp с допустимым отклонением p. Если p используют при назначении проектной величины предварительного напряжения, то gsp – при расчете непосредственно самих сечений.

48. Почему положение силы обжатия P не всегда совпадает с центром тяжести напрягаемой арматуры?

Усадка и ползучесть бетона вызывают не только потери напряжений в напрягаемой арматуре, но и сжимающие напряжения в ненапрягаемой арматуре ss и ss´ (рис. 22). В результате, после вторых потерь сила обжатия Р из усилия натяжения арматуры превращается в равнодействующую всех внутренних сил в сечении: Р = sspAsp - ssAs - ss´As´, а ее эксцентриситет относительно центра тяжести (ц.т.) сечения равен

еор= (sspAspysp- ssAsys+ ss´As´ys´) /P, т.е. не совпадает с ysp. Напряжения ss и ss´ в ненапрягаемой арматуре определяют по тем же формулам Норм, что и потери напряжений s8 и s9 в напрягаемой

Рис.22, Рис.23

49. Что такое приведенные сечения?

Бетон и арматура, хотя и работают совместно, но имеют разные модули упругости: при одинаковых деформациях в них возникают разные напряжения. Чтобы подсчитать их, сечения приводят к одному материалу (обычно к бетону) через коэффициент приведения a = Еs / Eb, где Еs и Еb – модули упругости арматуры и бетона (начальный). Такие сечения называют приведенными. Поясним примером.

Требуется определить напряжения в бетоне преднапряженного элемента, обжатого осевой силой Р = sspAsp, где Аsp – площадь сечения напрягаемой арматуры. После обжатия элемент упруго укорачивается на величину Dl, или eb = Dl/ l (рис. 23,а), причем вместе с бетоном укорачивается и напрягаемая арматура: Desp = eb. Усилие в ней падает на величину DР = DsspAsp = DespEsAsp.

Поскольку Desp = eb, а Еs = aЕb, то Dssp= DespEs = ebaEb = (sbp/Eb)aEb=  =asbp, где sbp – установившееся напряжение в бетоне. Условие равновесия: Р – DР = Nbp, или Р = Nbp + DP, где Nbp=sbpAb - усилие, воспринимаемое бетоном, Аb – площадь бетонного сечения, DР = DsspAsp =asbpAsp. Отсюда Р = sbpАb +asbpAsp = sbpAred, где Аred =Аb + aAsp - площадь приведенного сечения. Тогда sbp = P/Ared.

Следовательно, чтобы вычислить напряжения в бетоне при обжатии, вовсе не обязательно учитывать упругое укорочение арматуры и падение в ней усилия Р - достаточно первоначальное значение Р поделить на площадь приведенного сечения.

В более сложных случаях одной площади недостаточно. Например, чтобы вычислить sbp в любой точке приведенного сечения при внецентренном обжатии (рис. 23,б) требуется знать статический момент Sred (для нахождения центра тяжести приведенного сечения) и момент инерции Jred. Тогда sbp = Р/Ared  ±  Peopy/Jred, где y – расстояние от центра тяжести до интересующей точки.

50. Чем отличаются стадии работы обычных и преднапряженных железобетонных элементов?

Рассмотрим работу центрально растянутого элемента (рис. 24) с обычной (а) и напрягаемой (б) арматурой. У элемента с обычной арматурой до приложения внешней нагрузки напряжения отсутствуют (если пренебречь влиянием усадки) – стадия 1. С приложением внешней силы N в бетоне и арматуре появились растягивающие напряжения (стадия 2), причем из условия совместности деформаций в арматуре напряжения в a раз больше, чем в бетоне: ebt = es; sbt = Ebeb; ss = Eses, откуда ss = sbtEs/Eb= asbt. По мере роста N бетон достигает предела прочности на растяжение (sbt =Rbt), а напряжения в арматуре составляют ss = 2aRbt, где цифра 2 учитывает удвоение, по сравнению с упругой частью, деформаций в бетоне ebt к моменту его разрыва (см. диаграмму на рис.1). Внешняя сила N на момент образования трещин (разрыва бетона) составляет Ncrc = = Nbt + Ns = RbtAb + 2aRbtAs = Rbt (Ab + 2aAs), где Аb и As – площади сечения соответственно бетона и арматуры. После образования трещин вся нагрузка воспринимается арматурой (стадия 3): N = ssAs.

Рис. 34

У элемента с напрягаемой арматурой на стадии 1 арматура натянута и закреплена на упорах, в ней проявились первые потери (кроме потерь от быстронатекающей ползучести). Стадия 2 – натяжение отпущено, бетон обжат силой Р1 = ssp1Asp, напряжения в нем sbp1 = P1 /Ared, напряжения в арматуре уменьшились за счет быстронатекающей ползучести и упругого укорочения бетона и составили ssp1 – asbp1. Стадия 3 – проявляются вторые потери, сила обжатия уменьшается до величины Р2, напряжения в бетоне – до величины sbp2 = P2 /Ared, а напряжения в арматуре – до величины ssp2 – asbp2. Стадия 4 – приложена внешняя нагрузка N, по мере роста которой напряжения в бетоне sbp2 падают до нуля, а напряжения в арматуре растут на величину asbp2 – сила обжатия бетона Р2 погашена, элемент возвращается в исходное положение на стадии 1, но с одной существенной оговоркой: в бетоне проявились деформации усадки и ползучести, а в арматуре безвозвратно потеряна часть напряжений. Условие равновесия: N = P2 = ssp2Asp. Стадия 5 – бетон растягивается до напряжений sbt  = Rbt при нагрузке Ncrc.