Сущность предварительного напряжения арматуры

Прочность бетона на растяжение в несколько раз ниже прочности на сжатие. При действии нагрузки бетонная балка разрушается от достижения в растянутой зоне предельных растягивающих напряжений задолго до исчерпания прочности сжатой зоны. Разрушение происходит внезапно, одновременно с образованием трещин в бетоне средней части пролета или под грузами.

Наиболее эффективным мероприятием, обеспечивающим использование стали повышенной прочности в бетоне растянутой зоны железобетонных конструкций без снижения их эксплуатационных качеств, является предварительное напряжение путем искусственного натяжения арматуры и обжатия бетона.

Железобетонными предварительно напряженными называются такие конструкции, изделия и элементы, в которых предварительно, т. е. в процессе изготовления, искусственно создаются собственные напряжения сжатия всего или части бетона и растяжения всей или части арматуры. Напряжения должны быть оптимально распределены в элементах конструкции.

Сущность процесса предварительного напряжения железобетона заключается в следующем. В железобетонной конструкции для арматуры применяют высокопрочную сталь. Перед укладкой бетона в конструкцию стальной арматурный стержень растягивают до напряжений в нем, меньших предела упругости, и затем конструкцию бетонируют. При затвердевании бетона происходит сцепление с ним растянутого стержня. Когда прочность бетона оказывается достаточной для обжатия, равной 0,7 или близкой к проектной, снимают усилия, растягивающие стержень. Стержень стремится вернуться к первоначальной (до приложения растягивающего усилия) длине. Бетон, сцепившийся со стержнем, не дает ему сократиться, воспринимая сжимающее усилие от стержня. В таком положении бетон оказывается сжатым, а стержень — растянутым.

Повышение трещиностойкости и жесткости предварительно напряженных железобетонных конструкций можно проследить по схеме работы центрально растянутых обычных и предварительно напряженных железобетонных элементов (34). Из схемы видно, что если внешняя нагрузка не превышает усилий обжатия бетона, то в предварительно напряженном элементе не появляются трещины, если же внешняя нагрузка превышает усилие обжатия, то трещины появляются, но после снятия нагрузки снова закрываются. В обычном железобетонном элементе трещины появляются раньше, они раскрываются шире и не закрываются после снятия внешней нагрузки.