Виды предварительного напряжения и регулирования сталежелезобетонных строений
|
Способы предварительного напряжения и регулирования силовых факторов в сталежелезобетонных пролетных строениях очень разнообразны. Это объясняется, во-первых, особенностями возведения, осуществляемого в несколько этапов, и, во-вторых, сочетанием специфики железобетонных и стальных конструкций. Предварительное напряжение и регулирование осуществляют с целью получения экономии стали и обеспечения трещиностойкости железобетона. Экономии стали достигают созданием искусственных предварительных моментов и усилий, обратных по направлению моментам и усилиям от внешних вертикальных нагрузок, перераспределением внутренних силовых факторов в пределах поперечных сечений, обеспечивающим полное использование как стали, так и железобетона, и заменой части обычной прокатной стали более эффективной высокопрочной арматурой. Трещиностойкость железобетону придают путем предварительного обжатия его тем или иным способом. До последнего времени в литературе преобладало мнение, что «предварительное напряжение» является частным случаем более общего понятия «регулирование». Это вносило некоторую нечеткость в назначение коэффициентов перегрузки, могущих иметь разные величины для постоянных нагрузок от собственного веса конструкций и для воздействий искусственных усилий предварительного напряжения. С нашей точки зрения, принятой в Технических указаниях BCH 92-63, «предварительным напряжением» следует именовать специальное искусственное создание системы силовых факторов, не зависящих от собственного веса конструкции. Балластные при-грузки и противовесы, временно или постоянно устанавливаемые на конструкцию специально для осуществления ее предварительного напряжения, не включаются в понятие «конструкция»; соответственно силовые факторы от веса балластных пригрузок и противовесов входят в систему предварительного напряжения. «Регулированием» следует называть, строго говоря, только специальное изменение или перераспределение силовых факторов от собственного веса конструкции, осуществляемое изменением схемы работы в ходе возведения конструкции и загружения ее весом своих составных частей, а не приложением к конструкции искусственных воздействий. Предварительное напряжение может быть внутренним и внешним. Внутреннее предварительное напряжение заключается в создании внутри конструкции желательной искусственной взаимно уравновешенной системы силовых факторов, в частности: а) натяжением высокопрочной арматуры или других элементов, обжимающих основную конструкцию; б) обжатием железобетонной плиты горизонтальными домкратами; в) вертикальными перемещениями или временной балластной пригрузкой с перераспределением усилий между стальными и железобетонными частями поперечных сечений; в этом способе стальную часть конструкции выгибают до объединения ее с железобетонной плитой, а после объединения приложенные для выгиба усилия снимают. Внешнее предварительное напряжение состоит в искусственном приложении усилий, уравновешенных вне конструкции и остающихся на период эксплуатации, например: а) устройством противовесов на консолях; б) избыточным натяжением анкерных опорных закреплений; в) избыточным натяжением дополнительных кабелей в распорных висячих и вантовых схемах и искусственным увеличением распора в арочных, висячих и вантовых распорных схемах. Регулирование силовых факторов от собственного веса конструкции может осуществляться, например: а) устройством временных шарниров или разрывов в статически неопределимых системах; б) включением в работу крайних опор неразрезной балки после прогибов консолей промежуточной схемы под действием собственного веса части конструкции; в) включением в работу после воспринятия части постоянной нагрузки новых элементов, например превращающих балочную схему в рамную; г) изменением соотношения между частями постоянных нагрузок, воспринимаемых до и после объединения стали с железобетоном. В инженерной практике «регулированием» называют также искусственные перемещения, например: а) смещения опор, придающие конструкции начальный выгиб; б) изменения длин подвесок или вант в висячих и вантовых конструкциях. Если перемещения производят в статически неопределимой схеме, то по направлениям перемещений прикладывают соответствующие искусственные усилия (например, домкратами). Таким образом, согласно нашей терминологии правильнее было бы называть эти операции «предварительным напряжением». Однако можно называть их и «регулированием силовых факторов от собственного веса», если искусственные перемещения не превосходят перемещений, возможных по тем же направлениям от собственного веса при изменении схемы конструкции. Важно только к усилиям, развиваемым домкратами или другими искусственными средствами, принимать коэффициенты перегрузки, присущие воздействиям предварительного напряжения. «Предварительное напряжение» и «регулирование» так часто применяются в сочетании друг с другом и понятия эти так тесно связаны между собой, что нет необходимости излишне разграничивать эти термины. Следует отметить, что, вообще говоря, любое распределение силовых факторов, полученное в результате регулирования воздействий собственного веса, можно получить и предварительным напряжением, т. е. без изменения схемы конструкции в ходе ее загружения, но с приложением искусственных воздействий. Однако обратного сказать нельзя — если искусственные перемещения превосходят перемещения, возможные по тем же направлениям от собственного веса при изменении схемы конструкции, то нельзя получить регулированием воздействий собственного веса такие же суммарные силовые факторы, которые получаются добавлением к воздействиям собственного веса еще и предварительного напряжения. Недостаточно глубокая проработка вопроса о предварительном напряжении и регулировании может привести к усложнению производства работ, удлинению сроков строительства и увеличению стоимости сооружения. Поэтому решение вопроса о необходимости и целесообразности предварительного напряжения и регулирования, выбор способа и определение соответствующих парам составляют один из наиболее сложных этапов проектирования, от которого в значительной степени зависит эффективность многих сталежелезобетонных конструкций. До введения новых Технических условий CH 200-62 и Технических указаний BCH 92-63 условия трещиностойкости железобетона в сталежелезобетонных конструкциях специально не регламентировались, что позволяло проектировщикам за счет снижения эксплуатационных качеств конструкции обходиться без предварительного напряжения (и без усиленного армирования) в ряде систем, имеющих железобетон в растягиваемых зонах. С введением четких требований к трещиностойкости применение предварительного напряжения в сталежелезобетонных пролетных строениях значительно увеличивается. |
