IV.16. Materiały i podstawy projektowania belek sprężonych.
Konstrukcje sprężone – konstrukcje w których celowo wprowadzono wstępny ucisk taki, który po zsumowaniu z naprężeniami od obciążeń zewnętrznych da bezpieczną pracę konstrukcji; strunobetonowe – prefabrykowane, sprężenie przenoszone przez przyczepność kablobetonowe – sprężenie zakotwione klinem bądź śrubami
Różnice i podobieństwa prętowych konstrukcji żelbetowych i sprężonych.
Żelbet
Sprężone
1. Praca przekroju
około 2/3 wysokości przekroju (strefa rozciągana) nie pracuje – jest niewykorzystana
Pm,µ – siła sprężająca po stratach całkowitych,
Po – początkowa wartość siły sprężającej,
Mg1 – moment od ciężaru własnego,
Mg2 – moment od obciążeń stałych,
Mp – moment od obciążeń zmiennych.
Nie ma strefy rozciąganej w przekroju lub jest ona niewielka.
2. Zbrojenie
Zbrojenie pasywne
Zbrojenie pasywne – żebrowane, gł. dla przeniesienia naprężeń skurczowych i dla transportu, minimalne konstrukcyjne,
Zbrojenie aktywne – działające cały czas, o wysokiej wytrzymałości.
3. Zarysowanie przekroju
Moment rysujący: Mcr = fctm × Wc,
fctm - wytrzymałość betonu na rozciąganie,
Mcr o małej wartości,
zarysowanie jest zjawiskiem naturalnym,
nie dopuszczenie do zarysowania oznaczałoby niewykorzystanie nośności,
po odciążeniu rysy pozostaną nie zamknięte.
Przekrój jest ściskany, a więc nie ma rys. Można dopuścić do niewielkiego zarysowania
W przypadku przeciążenia:
powstaje dodatkowa siła DPm,t wskutek odkształcenia elementu. Po odciążeniu rysy ulegają zamknięciu.
4. Przenoszenie ciężaru własnego
Ciężar jest bardzo duży. Stosuje się lekkie kruszywo aby go zminimalizować.
Do rozpiętości krytycznej jest przenoszony „za darmo”. Momenty od sprężania i ciężaru własnego się znoszą. Powyżej lkr przenoszona jest tylko część ciężaru.
5. Ugięcia konstrukcji
Często jest to warunek decydujący.
Poprzez uciąglenie zmniejsza się ugięcia.
Nie można stosować dużych rozpiętości.
Można regulować ugięcia poprzez wygięcie elementu w trakcie sprężania.
fu – ugięcie od działających obciążeń,
fw – wygięcie wywołane sprężeniem,
f = fu - fw
Ugięcia mogą być zerowe. Dlatego stosowane są duże rozpiętości.
6. Siły poprzeczne.
Siły poprzeczne zależą od obciążenia i rozpiętości. Nie mamy na nie wpływu.
Siły poprzeczne są redukowane przez pionową składową siły sprężającej.
Pt
Pt ×sina (a
Pt ×cosa
a - kąt odgięcia cięgien,
Qzred = Q (g+Dg+p) - S Pt×sina
Poprzez odpowiednie odgięcie cięgien można zredukować siłę poprzeczną do 0.
Dodatkowe cechy konstrukcji sprężonych:
- lepsza praca pod obciążeniami dynamicznymi,
- mniejszy przekrój,
- mniejsza ilość stali (30 ¸ 50 %), stal sprężająca jest 3x droższa.
Wady konstrukcji sprężonych:
- mała odporność pożarowa,
- konieczność odpowiedniego zabezpieczenia antykorozyjnego i prawidłowa eksploatacja konstrukcji,
- konieczna duża precyzja wykonania i projektowania.
Podstawy projektowania przekrojów sprężonych w ujęciu stanów granicznych użytkowalności i nośności.
Stany obciążeniowe:
1. Sytuacja początkowa (siła Pmo, ciężar własny – zarysowanie od góry),
2. Sytuacja przejściowa przy transporcie, montażu (siła Pmt, obciążenia stałe),
3. Sytuacja użytkowa (Pmt, obciążenia zmienne).
SGN - założenia:
1. Zasada płaskich przekrojów (liniowości odkształceń),
2. Pomija się wytrzymałość betonu na rozciąganie,
3. Pełna przyczepność pomiędzy betonem i stalą (na granicy: beton-stal powstają te same odkształcenia),
4. Przyjmuje się obliczeniowe wykresy s - e dla betonu, stali zbrojeniowej i stali sprężającej,
5. Wykresy odkształceń przekroju odpowiadają odpowiednio regułom 3 punktów obrotu.
Wykres s - e dla stali sprężającej.
fpk – wytrzymałość charakterystyczna stali sprężającej, gs = 1,25
Maksymalne naprężenia w cięgnach sprężających:
- w stanie początkowym: so.max £ 0,80 fpk i so.max £ 0,90 fp0.1k
- po stratach doraźnych: so.max £ 0,75 fpk i so.max £ 0,85 fp0.1k
- po stratach całkowitych: so.max £ 0,65 fpk
fp0.1k – charakterystyczna granica sprężystości stali sprężającej.
Sprawdzenie SGN w sytuacji początkowej można pominąć, jeżeli:
sg £ fctm , sd £ (0,5 ¸0,7) fcm - w zależności od elementu i rodzaju sprężenia.
sg (sd) – naprężenia na górnej (dolnej) krawędzi belki,
Jeżeli nie zachodzi ten warunek, można obciążyć belkę od góry – wtedy następuje relaksacja stali i zmniejszenie siły.
SGN w sytuacji użytkowej – tok postępowania:
- zakłada się idealny rozkład odkształceń (odkształcenia w betonie i stali osiągają wartość graniczną: ec = 0,35%, es = 1%),
- oblicza się wysokość strefy ściskanej x,
- oblicza się odkształcenie stali sprężającej ep jako sumę odkształcenia początkowego, od ciężaru własnego i obciążeń stałych oraz spowodowanego obciążeniem zewnętrznym,
- oblicza się naprężenie w stali sprężającej sp i w zbrojeniu pasywnym ss,
- oblicza się siłę podłużną: NRd = afcdAcc,eff + Ascssc - Asss - Apsp
- jeżeli NRd > NSd – przekrój strefy ściskanej jest za duży (obrót wokół A)
jeżeli NRd < NSd – obrót wokół B,
- iteracja do momentu równości NRd i NSd,
- sprawdzenie nośności: SMw środku ciężkości stali sprężającej = 0
MRd = afcdScc,eff + Asc(dp – a2)ssc + As(d - dp)ss
...
raku2592