Každý stavební inženýr musí znát odpověď na tuto otázku, protože je považován za nejdůležitější otázku pro stavebního inženýra.
Předpjatý beton je jednou z nejdůležitějších částí stavby a měli byste a měli byste o tom mít řádné znalosti. Pochopme to podrobně.
Předpjatá betonová konstrukce je odlišná od konvenční železobetonové konstrukce v důsledku aplikace počátečního zatížení konstrukce před jejím použitím. Počáteční zatížení nebo předpětí je aplikováno tak, aby umožnilo konstrukci působit proti namáhání vznikajícímu v průběhu jeho provozní doby. Předpětí konstrukcí bylo zavedeno na konci devatenáctého století. Předpětí existovalo před aplikací v betonu.
Jsou zde uvedeny dva příklady předpětí před vývojem předpjatého betonu
Přilnavost kovových pásků na dřevěných sudech Kovové pásy indukují stav počáteční stlačení obruče, aby působily proti napnutí obruče způsobené naplněním kapaliny v sudech.
Předpětí paprsků v jízdním kole. Předpětí paprsku v kole jízdního kola je aplikováno v takovém rozsahu, že v paprsku bude vždy zbytkové napětí
U betonu vznikají vnitřní pnutí (obvykle pomocí napnuté oceli) z následujících důvodů. Pevnost betonu v tahu je pouze asi 8% až 14% její pevnosti v tlaku. Praskliny mají tendenci vyvíjet se v raných fázích zatížení v ohybových členech, jako jsou nosníky a desky. Aby se takovým trhlinám zabránilo, může být tlaková síla vhodně aplikována v kolmém směru. Předpětí zvyšuje ohybové, smykové a torzní schopnosti ohybových prvků. V trubkách a skladovacích nádržích na kapalina mohou být tahová napětí obruče účinně vyvážena kruhovým předpětím.
Následující náčrt vysvětluje použití předpětí.
Před betonováním položte a natáhněte měkké ocelové tyče
Obrázek - Předpětí betonových nosníků pomocí ocelových prutů
Měkké ocelové tyče jsou natažené a kolem nich se nalije beton. Po vytvrzení betonu se uvolní napětí v tyčích. Tyče se budou snažit znovu získat svou původní délku, ale tomu brání okolní beton, ke kterému je ocel připojena. Beton je tak nyní účinně ve stavu předkomprese. Je schopna působit proti tahovému namáhání, jako je například zatížení uvedené v následujícím náčrtu.
Časné pokusy o předpětí však nebyly zcela úspěšné. Bylo pozorováno, že vliv předpětí se časem snižuje. Zatížitelnost prutů byla omezena. Při trvalém zatížení se zjistilo, že členové selhávají. To bylo z následujícího důvodu. Beton se časem smršťuje. Navíc při trvalém zatížení se deformace v betonu zvyšuje s časovým zvýšením. Toto je známé jako creepová deformace. Snížení délky v důsledku tečení a smrštění je také použitelné pro zapuštěnou ocel, což má za následek značné ztráty v tahu v tahu.
Formy předpínací oceli
Dráty- Předpínací drát je jeden celek vyrobený z oceli.
Prameny - dva, tři nebo sedm drátů jsou navinuty, aby vytvořily předpínací provaz.
Tendon - Skupina provazců nebo drátů je navinuta do předpínací výztuže.
Kabel - Skupina předpínacích kabelů.
Tyče- Šlachu lze vytvořit z jediné ocelové tyče. Průměr tyče je mnohem větší než průměr drátu.
Povaha rozhraní beton-ocel
Lepená šlacha - Je-li mezi předpínací výztuží a betonem odpovídající vazba, nazývá se lepená šlacha. Předpjaté a injektované předpjaté šlachy jsou vázané šlachy.
Nepodvázaná šlacha - Pokud mezi předpínací výztuží a betonem neexistuje vazba, nazývá se nenavázaná šlacha. Není-li po dodatečném napnutí aplikována spárovací hmota, je šlacha nespojená šlacha. Stupně zatížení Analýza předpjatých prvků může být odlišná pro různé stupně zatížení.
Stupně zatížení jsou následující.
1) Počáteční: Může být rozdělen do dvou fází.
a) Během napínání oceli
b) Při přenosu předpětí na beton.
2) Meziprodukt: Zahrnuje zatížení během přepravy předpjatých prvků.
3) Závěrečné: Může být rozděleno do dvou fází.
a) Při provozu, během provozu.
b) Konečně, během extrémních událostí
Výhody předpětí
Předpětí betonu má několik výhod oproti tradičnímu železobetonu (RC) bez předpětí. Plně předpjatý betonový člen je obvykle vystaven stlačení během životnosti. Tím se odstraní několik nedostatků betonu. Následující text obecně uvádí výhody předpjatého betonového prvku s ekvivalentním členem RC. Pro každý efekt jsou uvedeny přínosy.
Sekce zůstává nezatížená při provozním zatížení.
Snížení koroze oceli Zvýšení životnosti.
Využívá se celá sekce
Vyšší moment setrvačnosti (vyšší tuhost)
Méně deformací (zlepšená použitelnost).
Zvýšení smykové kapacity.
Vhodné pro použití v tlakových nádobách, kapalných zadržovacích strukturách. Zlepšený výkon (pružnost) při dynamickém a únavovém zatížení.
Vysoké poměry rozpětí k hloubce Větší rozpětí je možné s předpětím (mosty, budovy s velkými prostory bez sloupců) Níže jsou uvedeny typické hodnoty poměrů rozpětí k hloubce v deskách.
Předpínací deska 28: 1 Předpjatá deska 45: 1 Pro stejné rozpětí, menší hloubka ve srovnání s RC členem.
Snížení vlastní hmotnosti.
Estetičtější vzhled díky štíhlým sekcím
Ekonomičtější sekce.
Vhodné pro prefabrikované stavby
Výhody konstrukce prefabrikátů jsou následující.
Rychlá konstrukce
Lepší kontrola kvality
Omezená údržba vhodná pro opakovanou konstrukciVýroba bednění.
Redukce bednění.
Dostupnost standardních tvarů.
Dodatečné napínání
V průběhu let se vyvinuly předpínací systémy a různé společnosti patentovaly své výrobky. Podrobné informace o systémech jsou uvedeny v produktových katalogech a brožurách vydávaných firmami. Obecné zásady předpětí jsou uvedeny v § 12 IS 1343: 1980. Informace uvedené v této části jsou úvodní povahy, s důrazem na základní pojmy systémů. Předpínací systémy a zařízení jsou popsány pro dva typy předpětí, předpínání a dodatečné předpínání, zvlášť. Tato sekce pokrývá dodatečné napínání. Předpínací systémy a zařízení, kryty předpětí. Při dodatečném napnutí se napětí po vytvrzení betonu aplikuje na šlachy. Dále jsou popsány stupně dodatečného napínání.
Fáze dodatečného napínání
V post-napínacích systémech jsou kanály pro šlachy (nebo prameny) umístěny spolu s výztuží před litím betonu. Šlachy jsou umístěny v potrubí po odlití betonu. Potrubí zabraňuje kontaktu betonu s výztuhami během napínacího procesu. Na rozdíl od předpětí jsou šlachy taženy reakcí působící proti vytvrzenému betonu. Pokud jsou kanály vyplněny spárovací hmotou, pak je známa jako lepené dodatečné napínání. Injektážní hmota je čistá cementová pasta nebo pískovcová malta obsahující vhodnou přísadu.
V nespojeném dodatečném napínání, jak název napovídá, kanály nejsou nikdy zalité a šlacha je udržována v napětí pouze koncovými kotevními úchyty. Následující náčrtek znázorňuje schematické znázornění drážkovaného post-napnutého členu. Profil kanálu závisí na podmínkách podepření. U jednoduše podepřeného členu má kanál mezi konci konce profilu. Pro nepřetržitého člena, průchod potrubí klesá v rozpětí a prasata přes podporu.
Různé stupně operace dodatečného napínání jsou shrnuty následovně.
Odlévání betonu.
Umístění šlach.
Umístění kotevního bloku a zdviháku.
Sezení klínů.
Řezání šlach
Vyztužený beton (RC) je kompozitní materiál, ve kterém je relativně nízká pevnost v tahu a tažnost betonu ovlivněna začleněním výztuže, která má vyšší pevnost v tahu nebo tažnost. Výztuž je obvykle, i když ne nutně, ocelovými výztužnými pruty (výztužnými pruty) a obvykle je pasivně uložena v betonu před betonovými sadami. Výztužná schémata jsou obecně navržena tak, aby odolávala tahovým napětím v určitých oblastech betonu, což by mohlo způsobit nepřijatelné praskání a / nebo strukturální selhání. Moderní železobeton může obsahovat různé výztužné materiály vyrobené z oceli, polymerů nebo alternativního kompozitního materiálu ve spojení s výztuží nebo ne. Vyztužený beton může být také trvale napínán (v tahu), aby se zlepšilo chování finální konstrukce při pracovních zatíženích. Ve Spojených státech, nejvíce obyčejné metody dělat toto být známý jako pre-napínání a post-napínání.
Pro silnou, tvárnou a trvanlivou konstrukci musí mít výztuž alespoň následující vlastnosti:
Vysoká relativní pevnost.
Vysoká tolerance tahového napětí.
Dobré spojení s betonem, bez ohledu na pH, vlhkost a podobné faktory.
Tepelná kompatibilita, která v důsledku měnících se teplot nezpůsobuje nepřijatelné napětí.
Trvanlivost v betonovém prostředí, bez ohledu na korozi nebo trvalé napětí.
Použití ve stavebnictví
Rebary střechy Sagrady Famílie ve stavebnictví (2009)
• Pomocí železobetonu, včetně desek, stěn, trámů, sloupů, základů, rámů a dalších konstrukcí, lze postavit mnoho různých typů konstrukcí a konstrukčních částí konstrukcí.
Vyztužený beton lze klasifikovat jako prefabrikovaný nebo betonovaný beton.
Návrh a implementace nejúčinnějšího podlahového systému je klíčem k vytvoření optimálních stavebních konstrukcí. Malé změny v konstrukci podlahového systému mohou mít významný vliv na materiálové náklady, plán výstavby, konečnou pevnost, provozní náklady, úroveň obsazenosti a konečné využití budovy.
Bez vyztužení by nebylo možné stavět moderní konstrukce s betonovým materiálem.
Klíčové charakteristiky
Tři fyzikální vlastnosti dávají železobetonu zvláštní vlastnosti:
Koeficient tepelné roztažnosti betonu je podobný jako u oceli, čímž se eliminují velká vnitřní napětí v důsledku rozdílů v tepelné roztažnosti nebo kontrakcích.
Když cementová pasta uvnitř betonu ztvrdne, odpovídá povrchovým detailům oceli, což umožňuje účinné přenášení napětí mezi různými materiály. Obvykle jsou ocelové tyče zdrsněné nebo vlnité pro další zlepšení vazby nebo soudržnosti mezi betonem a ocelí.
Alkalické chemické prostředí, které poskytuje alkalická rezerva (KOH, NaOH) a portlandit (hydroxid vápenatý) obsažený ve vytvrzené cementové pastě, způsobí, že se na povrchu oceli vytvoří pasivační fólie, což jej činí mnohem odolnějším vůči korozi než by to bylo v případě, že by se vytvořila vrstva alkalického kovu. být v neutrálních nebo kyselých podmínkách. Když je cementová pasta vystavena vzduchu a meteorická voda reaguje s atmosférickým CO2, portlandit a hydrát vápenatého křemičitanu (CSH) vytvrzené cementové pasty se postupně sýtí oxidem uhličitým a vysoké pH se postupně snižuje z 13,5 - 12,5 na 8,5, pH vody v rovnováze s kalcitem (uhličitan vápenatý) a ocel již není pasivována.
V zásadě platí, že pouze pro představu o řádech, je ocel chráněna při pH nad ~ 11, ale začíná korodovat pod ~ 10 v závislosti na charakteristikách oceli a místních fyzikálně-chemických podmínkách, kdy se beton stává syceným oxidem uhličitým. Mezi hlavní příčiny selhání výztužných prutů v betonu patří karbonizace betonu spolu s pronikáním chloridů.
Relativní průřezová plocha oceli potřebná pro typický železobeton je obvykle poměrně malá a pohybuje se od 1% u většiny trámů a desek až po 6% u některých sloupů. Výztužné tyče jsou normálně kulaté v průřezu a liší se v průměru. Vyztužené betonové konstrukce mají někdy taková opatření, jako jsou ventilovaná dutá jádra pro kontrolu jejich vlhkosti a vlhkosti.
Rozložení betonových (i přes výztužné) pevnostní charakteristiky podél průřezu svislých železobetonových prvků je nehomogenní
Posílení a terminologie nosníků
Dva protínající se nosníky, které jsou součástí parkovací garáže, které budou obsahovat jak výztužnou ocel, tak i elektroinstalaci, rozvodné skříně a další elektrické komponenty potřebné k instalaci stropního osvětlení pro úroveň garáže pod ní.
Nosník se ohýbá pod ohybovým momentem, což má za následek malé zakřivení. Na vnější straně (tahová plocha) zakřivení betonu dochází k namáhání v tahu, zatímco na vnitřní straně (tlaková plocha) dochází k tlakovému namáhání.
Jednostranně vyztužený nosník je ten, ve kterém je betonový prvek pouze vyztužen v blízkosti tažné plochy a výztuž, zvaná tahová ocel, je navržena tak, aby odolávala napětí.
Dvojnásobně vyztužený nosník je ten, ve kterém je kromě tažné výztuže betonový prvek také vyztužen v blízkosti tlakové plochy, aby pomohl betonu odolávat stlačení. Tato výztuž se nazývá kompresní ocel. Je-li kompresní zóna betonu nedostatečná k tomu, aby odolávala tlakovému momentu (kladnému momentu), musí být zajištěno dodatečné vyztužení, pokud architekt omezuje rozměry sekce.
Spevněný nosník je ten, ve kterém je tahová síla výztužné výztuže menší než kombinovaná stlačovací kapacita betonu a tlakové oceli (zesílené v tahu). Když je železobetonový prvek vystaven zvyšujícímu se ohybovému momentu, tahová ocel dosahuje, když beton nedosahuje svého konečného stavu poruchy. Jak tažná ocel poskytuje a protahuje se, "pod-vyztužený" beton také produkuje tažným způsobem, vykazující velkou deformaci a varování před jeho konečným selháním. V tomto případě řídí návrh mez kluzu oceli.
Příčně vyztužený nosník je ten, ve kterém je tahová síla tažné oceli větší než kombinovaná stlačovací kapacita betonu a tlakové oceli (nadměrně vyztužená v tahu). Nosník „železobetonový beton“ tak selže drcením betonu v tlakové zóně a před tím, než dojde k výtlaku ocelové zóny napětí, což neposkytuje žádné varování před poruchou, protože porucha je okamžitá.
Vyvážený vyztužený nosník je ten, ve kterém jak kompresní, tak i tahové zóny dosahují poddajnosti při stejném zatížení na nosníku, a beton se rozdrcuje a tahová ocel bude současně poskytovat. Toto konstrukční kritérium je však jako riskantní jako železobetonový beton, protože porucha je náhlá, protože beton současně drtí výtěžky z tažné oceli, což dává velmi malé varování před poruchami v důsledku výpadku napětí.
Ocelové železobetonové momenty nesoucí prvky by měly být normálně navrženy tak, aby byly zesíleny tak, aby uživatelé konstrukce obdrželi varování o hrozícím kolapsu.
Charakteristickou pevností je pevnost materiálu, kde méně než 5% vzorku vykazuje nižší pevnost.
Konstrukční pevnost nebo jmenovitá pevnost je pevnost materiálu, včetně faktoru bezpečnosti materiálu. Hodnota bezpečnostního faktoru se obecně pohybuje v rozmezí od 0,75 do 0,85 v návrhu přípustného napětí.
Konečný mezní stav je teoretický bod selhání s určitou pravděpodobností. Uvádí se při faktickém zatížení a naměřených odporech.
