Предварительно напряженный бетон - Википедия - Prestressed concrete

шесть цифр, показывающих силы и результирующее отклонение балки
Сравнение без предварительного напряжения луч (вверху) и предварительно напряженная бетонная балка (внизу) под нагрузкой:
1. Ненапряженная балка без нагрузки
2. Ненапряженная балка с нагрузкой
3. Прежде чем бетон затвердеет, заделанные в бетон арматуры натягиваются.
4. После затвердевания бетона арматура прикладывает к бетону сжимающее напряжение.
5. Предварительно напряженная балка без нагрузки
6. Предварительно напряженная балка с нагрузкой.

Предварительно напряженный бетон это форма конкретный используется в строительстве. Это существенно «предварительно напряжено» (сжатый ) во время производства таким образом, чтобы усилить его против растягивающих усилий, которые будут существовать во время эксплуатации.[1][2]:3–5[3]

Это сжатие производится натяжение из высокопрочных «арматурных элементов», расположенных внутри или рядом с бетоном, и делается для улучшения эксплуатационных характеристик бетона.[4] Сухожилия могут состоять из одиночных провода, многопроволочный пряди или стержни с резьбой, которые чаще всего изготавливаются из высокопрочные стали, углеродное волокно или же арамидное волокно.[1]:52–59 Суть предварительно напряженного бетона состоит в том, что после приложения начального сжатия получаемый материал имеет характеристики высокопрочного бетона при любых последующих воздействиях. силы сжатия и из пластичной высокопрочной стали при воздействии силы натяжения. Это может привести к повышению конструкционной способности и / или исправность по сравнению с традиционно железобетон во многих ситуациях.[5][2]:6 В предварительно напряженном железобетонном элементе внутренние напряжения вводятся запланированным образом, так что напряжения, возникающие в результате наложенных нагрузок, противодействуются в желаемой степени.

Предварительно напряженный бетон используется в большом количестве строительных и гражданских конструкций, где его улучшенные характеристики позволяют продлить срок службы. пролеты, меньшая толщина конструкции и экономия материала по сравнению с простыми железобетон. Типичные приложения включают небоскребы, плиты жилые, фундаментные системы, мост и плотина конструкции, силосы и танки, промышленные тротуары и конструкции ядерного сдерживания.[6]

Впервые использованный в конце девятнадцатого века,[1] предварительно напряженный бетон развился за предварительное натяжение включать пост-напряжение, который возникает после заливки бетона. Системы натяжения могут быть классифицированы как моностран, где каждая жила или проволока напряжены индивидуально, или многониточный, где все пряди или провода в сухожилии подвергаются нагрузке одновременно.[5] Сухожилия могут быть расположены либо в объем бетона (внутреннее предварительное напряжение) или полностью за пределами из него (внешнее предварительное напряжение). В то время как в предварительно напряженном бетоне используются арматуры, непосредственно связанные с бетоном, в бетоне с последующим напряжением могут использоваться армированные или несвязанные арматуры.

Предварительно напряженный бетон

три фигуры; более темная зеленая плита предварительно натянута в более светлой зеленой отливке
Процесс предварительного натяжения

Предварительно напряженный бетон - это вариант предварительно напряженного бетона, в котором арматура натянута. прежний к заливаемому бетону.[1]:25 Бетон сцепляется с сухожилиями, лечит, после чего анкерное крепление сухожилий освобождается, и сухожилие силы натяжения переносятся на бетон как сжатие за счет статическое трение.[5]:7

Форма для бетонного двутавра с арматурой в нижней части
Предварительно натянутая балка моста в сборном железобетонном слое с однорядными жилами, выходящими через опалубка

Предварительное натяжение является обычным сборное производство технология, при которой конечный бетонный элемент изготавливается удаленно из места окончательной конструкции и после отверждения транспортируется на площадку. Для этого требуются прочные, стабильные точки анкерного крепления, между которыми растягиваются сухожилия. Эти анкерные крепления образуют концы «станины», которая может во много раз превышать длину изготавливаемого бетонного элемента. Это позволяет строить несколько элементов непрерывно за одну операцию предварительного натяжения, что позволяет добиться значительного повышения производительности и экономии за счет масштаба.[5][7]

Сумма залога (или адгезия ) достижимая между только что затвердевшим бетоном и поверхностью арматуры имеет решающее значение для процесса предварительного натяжения, так как она определяет, когда можно безопасно освободить анкерные крепления арматуры. Более высокая прочность сцепления в бетоне раннего возраста ускорит производство и сделает производство более экономичным. Для этого предварительно натянутые жилы обычно состоят из отдельных одиночных проводов или жил, что обеспечивает большую площадь поверхности для склеивания, чем пучки жил.[5]

Кран маневрирует по бетонной доске
Укладка предварительно натянутой пустотной доски

В отличие от армированного бетона, предварительно напряженного (см. Ниже), стержни предварительно напряженных бетонных элементов обычно образуют прямые линии между концевыми анкерами. Где "профилированные" или "арпированные" сухожилия[8] требуются один или несколько промежуточных уклоняющиеся расположены между концами сухожилия, чтобы удерживать сухожилие с желаемым нелинейным выравниванием во время натяжения.[1]:68–73[5]:11 Такие отклонители обычно действуют против значительных сил и, следовательно, требуют прочной системы фундамента с литой станиной. Прямые арматуры обычно используются в «линейных» сборных элементах, таких как мелкие балки, полые доски и плиты; тогда как профилированные арматуры чаще встречаются в более глубоких сборных балках и балках мостов.

Предварительно напряженный бетон чаще всего используется для изготовления несущих конструкций. балки, плиты перекрытия, пустотные доски, балконы, перемычки, ведомый геморрой, резервуары для воды и бетон трубы.

Пост-напряженный бетон

четыре диаграммы, показывающие нагрузки и силы на балку
Силы на пост-напряженный бетон с профилированным (изогнутым) стержнем
Дюжина параллельных кабелей по отдельности прикрепляется к сборке.
Фиксация сухожилия после натяжения; видны клинья, состоящие из четырех частей, удерживающие каждую прядь

Пост-напряженный бетон - это вариант предварительно напряженного бетона, в котором арматура натянута. после окружающая бетонная конструкция была отлита.[1]:25

Арматура не находится в прямом контакте с бетоном, а заключена в защитную гильзу или канал, который либо заливается в бетонную конструкцию, либо размещается рядом с ней. На каждом конце арматуры имеется анкерная сборка, прочно прикрепленная к окружающему бетону. После заливки и схватывания бетона арматура натягивается («нагружается»), протягивая концы арматуры через анкерные крепления, прижимая ее к бетону. Большие силы, необходимые для натяжения арматуры, приводят к значительному постоянному сжатию, приложенному к бетону, когда арматура «заблокирована» в анкеровке.[1]:25[5]:7 Метод фиксации концов сухожилий в анкеровке зависит от состава сухожилия, при этом наиболее распространенными системами являются анкеровка с круглой головкой (для проволочных жил), разрезной клин анкеровка (для прядей) и резьбовой анкеровка (для стержней).[1]:79–84

Т-образный участок моста через реку.
Строящийся уравновешивающий мост. Каждый добавленный сегмент поддерживается пост-натянутыми сухожилиями.

Системы герметизации сухожилий изготавливаются из пластика или оцинкованный стальные материалы, и подразделяются на два основных типа: те, в которых элемент арматуры впоследствии соединяется с окружающим бетоном посредством внутренних затирка воздуховода после напряжения (связанный пост-натяжение); и те, где сухожильный элемент постоянно деприклеивается к окружающему бетону, обычно с помощью смазанный оболочка над прядями сухожилий (несвязанный пост-натяжение).[1]:26[5]:10

Заливка воздуховодов / гильз в бетон до того, как произойдет какое-либо натяжение, позволяет легко «профилировать» их до любой желаемой формы, включая включение вертикальных и / или горизонтальных кривизна. Когда сухожилия натянуты, это профилирование приводит к реакция силы, передаваемые на затвердевший бетон, и их можно выгодно использовать для противодействия любым нагрузкам, впоследствии приложенным к конструкции.[2]:5–6[5]:48:9–10

Связанное пост-натяжение

Отдельный якорь с фиксаторами сухожилий
Многожильный анкер для пост-натяжения

При последующем натяжении связки жилы прочно связаны с окружающим бетоном за счет на месте затирка их герметизирующего воздуховода (после натяжения сухожилий). Эта затирка выполняется для трех основных целей: для защиты сухожилий от коррозия; для постоянного «закрепления» предварительного натяжения сухожилия, тем самым устраняя долгосрочную зависимость от систем концевого крепления; и улучшить некоторые структурное поведение окончательной бетонной конструкции.[9]

В связанном пост-натяжении обычно используются сухожилия, каждое из которых содержит связки элементов (например, жилы или проволоки), размещенных внутри единого жильного канала, за исключением стержней, которые в большинстве случаев используются отдельно. Такое объединение обеспечивает более эффективные процессы установки арматуры и затирки, поскольку для каждого полного армирования требуется только один комплект концевых анкеров и одна операция затирки. Воздуховоды изготовлены из прочного и устойчивого к коррозии материала, такого как пластик (например, полиэтилен ) или же оцинкованный сталь, и может быть круглой или прямоугольной / овальной формы в поперечном сечении.[2]:7 Используемые размеры сухожилий сильно зависят от области применения, начиная от строительство обычно работает с использованием от 2 до 6 прядей на сухожилие для специализированных плотина работает с использованием до 91 нити на сухожилие.

Изготовление связанных арматурных элементов обычно осуществляется на месте, начиная с установки концевых анкеров на опалубка, размещая жильный воздуховод к профилям необходимой кривизны и протягивая (или продевая) жилы или провода через воздуховод. После бетонирования и натяжения воздуховоды залитый под давлением и напряженные концы сухожилий запечатаны против коррозия.[5]:2

Незакрепленное пост-натяжение

подготовленные бетонные формы с сеткой из арматуры и воздуховодов
после удаления форм видны выходящие из протоков сухожилия
Пост-натяжение несвязанных плит. (Вверху) Видны установленные пряди и краевые анкеры, а также предварительно изготовленные спиральные пряди для следующей заливки. (Внизу) вид с торца плиты после зачистки форм, показывающий отдельные пряди и углубления для анкерных напряжений.

Последующее натяжение без сцепления отличается от пост-натяжения со связкой тем, что дает сухожилиям постоянную свободу продольный движение относительно бетона. Чаще всего это достигается заключением каждого отдельного элемента сухожилия в пластиковую оболочку, заполненную коррозия - запрещающий смазывать, обычно литий основан. Крепления на каждом конце сухожилия переносят натяжение силы к бетону, и требуются для надежного выполнения этой роли в течение всего срока службы конструкции.[9]:1

Незакрепленное пост-натяжение может принимать форму:

  • Отдельные стренги, помещенные непосредственно в бетонную конструкцию (например, здания, плиты грунта), или
  • Связанные пряди, индивидуально смазанные и покрытые оболочкой, образующие единую жилу внутри герметичного канала, который помещается либо внутри, либо рядом с бетоном (например, сжимаемые анкеры, внешнее дополнительное натяжение)

Для отдельных прядей жилы не используются дополнительные воздуховоды, и операция заливки цементным раствором после напряжения не требуется, в отличие от связанного после натяжения. Долговременная защита жилы от коррозии обеспечивается комбинированными слоями смазки, пластиковой оболочки и окружающего бетона. Там, где жилы объединяются в одну несвязанную жилу, используется охватывающий канал из пластика или оцинкованной стали, а его внутренние свободные пространства заделываются после напряжения. Таким образом обеспечивается дополнительная защита от коррозии за счет смазки, пластиковой оболочки, раствора, внешней оболочки и окружающих бетонных слоев.[9]:1

Сухожилия с индивидуальной смазкой и оболочкой обычно изготавливаются за пределами предприятия экструзия процесс. Стальная прядь без покрытия подается в камеру для смазки, а затем проходит в экструзионную установку, где расплавленный пластик образует сплошное внешнее покрытие. Готовые пряди могут быть отрезаны по длине и снабжены «тупиковыми» анкерными узлами в соответствии с требованиями проекта.

Сравнение склеенного и несвязанного последующего натяжения

Как связанные, так и несвязанные технологии пост-натяжения широко используются во всем мире, и выбор системы часто продиктован региональными предпочтениями, опытом подрядчика или наличием альтернативных систем. Любой из них может создавать прочные конструкции, соответствующие нормам, отвечающие требованиям проектировщика по прочности и удобству эксплуатации.[9]:2

Преимущества, которые может дать связанное пост-натяжение перед несвязанными системами:

  • Снижение зависимости от целостности анкерного крепления на конце
    После натяжения и затирки связующие арматуры соединяются с окружающим бетоном по всей длине с помощью высокопрочных раствор. После затвердевания этот раствор может передать всю силу натяжения сухожилия на бетон на очень коротком расстоянии (примерно 1 метр). В результате любое непреднамеренное отрывание сухожилия или отказ концевого крепления оказывает лишь очень локальное влияние на работу сухожилия и почти никогда не приводит к выбросу сухожилия из анкерного крепления.[2]:18[9]:7
  • Повысился невероятная сила в изгиб
    С приклеенным постнатяжением, любое изгиб конструкции напрямую сопротивляется сухожилием напряжения в том же месте (т.е. перераспределения деформации не происходит). Это приводит к значительному увеличению растяжение напряжения в сухожилиях, чем если бы они не были скреплены, позволяя предел текучести должны быть реализованы, и обеспечить более высокую предельную нагрузочную способность.[2]:16–17[5]:10
  • Улучшенный контроль трещин
    При наличии бетона треск, связанные арматуры реагируют аналогично обычной арматуре (арматуре). С арматурой, прикрепленной к бетону с каждой стороны трещины, обеспечивается большее сопротивление расширению трещины, чем с несвязанными арматурами, что позволяет во многих нормах проектирования указывать пониженные требования к армированию для связанного последующего натяжения.[9]:4[10]:1
  • Улучшенная огневая характеристика
    Отсутствие перераспределения деформации в связанных сухожилиях может ограничить влияние любого локализованного перегрева на всю структуру. В результате склеенные конструкции могут демонстрировать более высокую способность противостоять условиям огня, чем несвязанные.[11]

Преимущества несвязанного пост-натяжения по сравнению со связанными системами:

  • Способность быть сборный
    Несвязанные арматуры могут быть легко изготовлены за пределами стройплощадки вместе с концевыми анкерными креплениями, что упрощает монтаж во время строительства. Дополнительный время выполнения заказа может потребоваться разрешение на этот процесс изготовления.
  • Улучшенный сайт продуктивность
    Исключение процесса затирки после напряжения, необходимого в связанных конструкциях, повышает производительность труда на объекте при несвязанном последующем напряжении.[9]:5
  • Улучшенная установка гибкость
    Несвязанные одножильные арматуры имеют большую гибкость в обращении, чем соединенные воздуховоды во время установки, что позволяет им лучше отклоняться в обход рабочих проходов или препятствий.[9]:5
  • Уменьшенный бетонное покрытие
    Несвязанные арматуры могут позволить некоторое уменьшение толщины бетонного элемента, поскольку их меньший размер и повышенная защита от коррозии могут позволить разместить их ближе к бетонной поверхности.[2]:8
  • Более простая замена и / или регулировка
    Будучи постоянно изолированными от бетона, несвязанные арматуры могут быть легко сняты с напряжений, повторно напряжены и / или заменены в случае их повреждения или необходимости изменения уровней силы в процессе эксплуатации.[9]:6
  • Превосходная перегрузочная способность
    Несмотря на более низкую предельную прочность, чем у связанных сухожилий, способность несвязанных сухожилий перераспределять деформации по всей длине может обеспечить им превосходное предварительное обрушение. пластичность. В крайних случаях несвязанные сухожилия могут прибегать к цепная связь -типа действия вместо чистого изгиба, что позволяет значительно увеличить деформация до разрушения конструкции.[12]

Прочность сухожилий и защита от коррозии

Длительная долговечность является важным требованием для предварительно напряженного бетона, учитывая его широкое использование. Исследования долговечности предварительно напряженных конструкций в процессе эксплуатации проводятся с 1960-х годов.[13] и антикоррозионные технологии для защиты сухожилий постоянно совершенствовались с момента разработки первых систем.[14]

Долговечность предварительно напряженного бетона в основном определяется уровнем защиты от коррозии, обеспечиваемой любым высокопрочным стальным элементам в предварительно напряженных арматурах. Также критически важна защита, обеспечиваемая сборкам концевых анкеров несвязанных арматурных стержней или систем тросовых опор, поскольку анкерные крепления обоих из них требуются для сохранения усилий предварительного напряжения. Отказ любого из этих компонентов может привести к высвобождению сил предварительного напряжения или физическому разрыву напряженных сухожилий.

Современные системы предварительного напряжения обеспечивают долгий срок службы за счет решения следующих задач:

  • Затирка сухожилий (склеенные сухожилия)
    Связанные арматуры состоят из пучков жил, помещенных в каналы, расположенные в окружающем бетоне. Чтобы обеспечить полную защиту связанных жил, каналы должны быть заполнены под давлением антикоррозийный затирка, не оставляя пустот после натяжения прядей.
  • Покрытие сухожилий (несвязанные сухожилия)
    Несвязанные жилы состоят из отдельных жил, покрытых антикоррозийной смазкой или воском и снабженных прочной пластмассовой гильзой или оболочкой по всей длине. Гильза должна быть неповрежденной по всей длине арматуры, и она должна полностью входить в анкерные фитинги на каждом конце арматуры.
  • Двухслойная инкапсуляция
    Предварительное напряжение сухожилий, требующее постоянного мониторинг и / или регулировка усилия, например подпорки и анкеры плотин, подвергающихся повторному напряжению, обычно используют двухслойную защиту от коррозии. Такие жилы состоят из отдельных жил, покрытых консистентной смазкой и покрытых гильзой, собранных в пучок жил и помещенных в капсулу. полиэтилен наружный воздуховод. Оставшееся пустое пространство внутри воздуховода залит под давлением, обеспечивая многослойную барьерную систему полиэтилен-раствор-пластик-жир для защиты каждой пряди.
  • Защита от якоря
    Во всех установках с последующим натяжением защита концевых анкеров от коррозии важна, что особенно важно для несвязанных систем.

Ниже перечислены несколько событий, связанных с долговечностью:

  • Мост Инис-и-Гвас, Западный Гламорган, Уэльс, 1985 г.
    Однопролетный, сборно-сегментный конструкция 1953 года постройки с продольным и поперечным натяжением. Коррозия атаковали недостаточно защищенные сухожилия, где они пересекали на месте суставы между сегментами, приводящие к внезапному коллапсу.[14]:40
  • Мост через реку Шельда, Мелле, Бельгия, 1991 г.
    Трехпролетный предварительно напряженный консольная конструкция построен в 1950-х годах. Неадекватный бетонное покрытие в стороне абатменты привел к стяжке кабеля коррозия, что привело к прогрессирующему выходу из строя основного пролета моста и гибели одного человека.[15]
  • UK Highways Agency, 1992
    После обнаружения коррозии сухожилий на нескольких мостах в Англии Управление автомобильных дорог объявило мораторий на строительство новых мостов с последующим натяжением с внутренним цементным раствором и приступило к 5-летней программе проверок существующего мостового фонда с последующим натяжением. Мораторий был снят в 1996 году.[16][17]
  • Пешеходный мост, Charlotte Motor Speedway, Северная Каролина, США, 2000 г.
    Многопролетная конструкция из стали и бетона, построенная в 1995 году. Несанкционированный химический был добавлен к сухожильному раствору для ускорения строительства, что привело к коррозии предварительно напряженных прядей и внезапному обрушению одного пролета, в результате чего многие зрители получили травмы.[18]
  • Хаммерсмит эстакада Лондон, Англия, 2011 г.
    Шестнадцатипролетная предварительно напряженная конструкция, построенная в 1961 году. Коррозия от дороги антиобледенительные соли был обнаружен в некоторых из предварительно напряженных сухожилий, что потребовало первоначального закрытия дороги, пока были проведены дополнительные исследования. Последующий ремонт и усиление с использованием внешнего дополнительного напряжения был проведен и завершен в 2015 году.[19][20]
  • Виадук Петрулла, Сицилия, Италия, 2014 г.
    Один пролет виадука обрушился 7 июля из-за коррозии арматуры после натяжения.
  • Обрушение моста в Генуе, 2018. Понте Моранди был вантовым мостом, характеризующимся конструкцией из предварительно напряженного бетона для опор, пилонов и настила, очень небольшим количеством опор, всего лишь два на пролет, и гибридной системой для опор, построенных из стальных тросов с предварительно напряженным заливка бетонных снарядов. Бетон подвергался предварительному напряжению только до 10 МПа, в результате чего он был склонен к образованию трещин и проникновению воды, что вызывало коррозию закладной стали.
  • Эстакада Черчилля, Ливерпуль, Англия
    Въездные эстакады были закрыты в сентябре 2018 года после того, как инспекции выявили некачественный бетон, коррозию сухожилий и признаки разрушения конструкции. Снос запланирован на 2019 год.[21]

Приложения

Предварительно напряженный бетон - это очень универсальный строительный материал, поскольку он представляет собой почти идеальную комбинацию двух его основных составляющих: высокопрочной стали, предварительно растянутой, что позволяет легко реализовать ее полную прочность; и современный бетон, предварительно сжатый для минимизации растрескивания под действием растягивающих усилий.[1]:12 Его широкий спектр применения отражается в его включении в основные нормы проектирования, охватывающие большинство областей строительного и гражданского строительства, включая здания, мосты, плотины, фундаменты, тротуары, сваи, стадионы, силосы и резервуары.[6]

Строительные конструкции

Строительные конструкции обычно должны удовлетворять широкому спектру структурных, эстетических и экономических требований. Среди них важными являются: минимальное количество (интрузивных) опорных стен или колонн; небольшая толщина (глубина) конструкции, позволяющая разместить служебные помещения или дополнительные этажи в многоэтажном строительстве; быстрые циклы строительства, особенно для многоэтажных домов; и низкая стоимость единицы площади, чтобы максимизировать рентабельность инвестиций владельца здания.

Предварительное напряжение бетона позволяет вводить в конструкцию «уравновешивающие» силы для противодействия нагрузкам в процессе эксплуатации. Это дает много преимуществ строительным конструкциям:

  • Более длинные пролеты при той же глубине конструкции
    Балансировка нагрузки приводит к снижению прогибов при эксплуатации, что позволяет увеличивать пролеты (и уменьшать количество опор) без увеличения глубины конструкции.
  • Уменьшенная толщина конструкции
    Для заданного пролета меньшие прогибы при эксплуатации позволяют использовать более тонкие структурные секции, что, в свою очередь, приводит к меньшей высоте от этажа до этажа или большему пространству для обслуживания здания.
  • Более быстрое время зачистки
    Обычно строительные элементы из предварительно напряженного бетона полностью нагружаются и становятся самонесущими в течение пяти дней. На этом этапе они могут снять опалубку и повторно развернуть ее в следующую секцию здания, что ускоряет «время цикла» строительства.
  • Сниженные материальные затраты
    Сочетание уменьшенной толщины конструкции, уменьшенного количества обычного армирования и быстрого строительства часто приводит к тому, что предварительно напряженный бетон демонстрирует значительную экономическую выгоду в строительных конструкциях по сравнению с альтернативными конструкционными материалами.

Некоторые известные строительные конструкции, построенные из предварительно напряженного бетона, включают: Сиднейский оперный театр[22] и Мировая Башня, Сидней;[23] Башня Сент-Джордж-Уорф, Лондон;[24] Си-Эн Тауэр, Торонто;[25] Круизный терминал Кай Так[26] и Центр международной торговли, Гонконг;[27] Оушен Хайтс 2, Дубай;[28] Эврика Тауэр, Мельбурн;[29] Torre Espacio, Мадрид;[30] Башня Гуоко (Центр Танджонг Пагар), Сингапур;[31] Загреб международный аэропорт, Хорватия;[32] и Capital Gate, Абу-Даби, ОАЭ.[33]

Гражданские сооружения

Мосты

Бетон - самый популярный конструкционный материал для мостов, и часто применяется предварительно напряженный бетон.[34][35] При исследовании в 1940-х годах для использования на мостах для тяжелых условий эксплуатации, преимущества этого типа моста по сравнению с более традиционными конструкциями заключались в том, что он быстрее устанавливается, более экономичен и долговечен, а мост менее подвижен.[36][37] Одним из первых мостов, построенных таким образом, является Адам Виадук, железнодорожный мост постройки 1946 г. в г. Великобритания.[38] К 1960-м годам предварительно напряженный бетон в значительной степени вытеснил железобетонные мосты в Великобритании, причем коробчатые балки были доминирующей формой.[39]

В короткопролетных мостах от 10 до 40 метров (от 30 до 130 футов) предварительное напряжение обычно применяется в виде предварительно напряженных сборных железобетонных конструкций. фермы или доски.[40] Конструкции средней длины от 40 до 200 метров (от 150 до 650 футов), как правило, используют сборно-сегментные конструкции. на месте уравновешенно-консольный и постепенно запускаемые проекты.[41] Для самых длинных мостов конструкции перекрытий из предварительно напряженного бетона часто являются неотъемлемой частью вантовые конструкции.[42]

Плотины

Бетонные плотины использовали предварительное напряжение для противодействия поднятию и повышения их общей устойчивости с середины 1930-х годов.[43][44] Предварительное напряжение также часто модернизируется как часть работ по восстановлению плотины, например, для структурного усиления или при подъеме гребней или водосбросов.[45][46]

Чаще всего предварительное напряжение плотины принимает форму анкеров с последующим натяжением, просверленных в бетонной конструкции плотины и / или в нижележащих пластах породы. Такие анкеры обычно содержат арматуру из высокопрочных стальных пучков или отдельных стержней с резьбой. Сухожилия цементируются в бетоне или скале на их дальнем (внутреннем) конце и имеют значительную «отсоединенную» свободную длину на их внешнем конце, что позволяет сухожилиям растягиваться во время натяжения. Сухожилия могут быть по всей длине прикреплены к окружающему бетону или горной породе после растяжения или (чаще) иметь пряди, постоянно заключенные в антикоррозионную смазку по всей свободной длине, чтобы обеспечить длительный мониторинг нагрузки и возможность повторного напряжения.[47]

Силосы и резервуары

Круглые складские конструкции, такие как силосы и резервуары, могут использовать силы предварительного напряжения для непосредственного сопротивления внешнему давлению, создаваемому хранимыми жидкостями или сыпучими материалами. Горизонтально изогнутые арматуры устанавливаются внутри бетонной стены, образуя серию обручей, расположенных вертикально вверх по конструкции. При растяжении эти сухожилия оказывают на конструкцию как осевые (сжимающие), так и радиальные (направленные внутрь) силы, которые могут напрямую противодействовать последующим накопительным нагрузкам. Если величина предварительного напряжения рассчитана таким образом, чтобы всегда превышать растягивающие напряжения, создаваемые нагрузками, в бетоне стены будет существовать постоянное остаточное сжатие, помогающее поддерживать водонепроницаемую структуру без трещин.[48][49][50]:61

Конструкции ядерной и взрывобезопасной защиты

Предварительно напряженный бетон зарекомендовал себя как надежный строительный материал для защитных конструкций высокого давления, таких как корпуса ядерных реакторов и защитные сооружения, а также защитные стены нефтехимических резервуаров. Использование предварительного напряжения для приведения таких конструкций в начальное состояние двухосного или трехосного сжатия увеличивает их сопротивление растрескиванию и утечке бетона, обеспечивая при этом надежную, резервную и контролируемую систему сдерживания давления.[51][52][53]:585–594

Ядерный реактор и защитная оболочка обычно используют отдельные наборы пост-напряженных арматурных элементов, изогнутые горизонтально или вертикально для полного охвата активной зоны реактора. Стены сдерживания взрыва, например, для сжиженный природный газ (СПГ) в резервуарах обычно используются слои изогнутых по горизонтали арматурных стержней для удержания в сочетании с вертикально изогнутыми стержнями для предварительного напряжения осевой стенки.

Тумбы и тротуары

Тяжелонагруженные бетонные плиты основания и тротуары могут быть чувствительны к растрескиванию и последующему износу из-за дорожного движения. В результате предварительно напряженный бетон регулярно используется в таких конструкциях, так как его предварительное сжатие обеспечивает бетону способность противостоять вызывающим трещины растягивающим напряжениям, возникающим при нагрузке в процессе эксплуатации. Эта трещиностойкость также позволяет изготавливать отдельные секции плиты с большей заливкой, чем для обычного железобетона, что приводит к более широким зазорам между стыками, снижению затрат на стыки и меньшим проблемам с долгосрочным обслуживанием стыков.[53]:594–598[54] Также были успешно проведены начальные работы по использованию предварительно напряженного железобетона для дорожных покрытий, где скорость и качество строительства были отмечены как благоприятные для этого метода.[55]

Некоторые известные строительные конструкции, построенные с использованием предварительно напряженного бетона, включают: Межсетевой мост, Брисбен, Австралия;[56] Инчхонский мост, Южная Корея;[57] Плотина Roseires, Судан;[58] Wanapum Dam, Вашингтон, США;[59] Резервуары СПГ, Саут-Хук, Уэльс; Силосы для цемента, Бревик Норвегия; Мост автобана A73, Долина Иц, Германия; Останкинская телебашня, Москва, Россия; Си-Эн Тауэр, Торонто, Канада; и Ядерный реактор Рингхальса, Видебергсхамн, Швеция.[51]:37

Проектные агентства и нормативные документы

Во всем мире существует множество профессиональных организаций, которые продвигают передовой опыт проектирования и строительства предварительно напряженных бетонных конструкций. В США к таким организациям относятся Институт пост-натяжения (PTI) и Институт сборного и предварительно напряженного бетона (PCI).[60] Подобные органы включают Канадский институт сборного железобетона / предварительно напряженного бетона (CPCI),[61] Британская ассоциация пост-напряженности,[62] Институт пост-натяжения Австралии[63] и Южноафриканская ассоциация пост-напряженности.[64] В Европе есть аналогичные национальные ассоциации и учреждения.

Важно отметить, что эти организации не являются органами власти строительные нормы или стандартов, а скорее существуют для содействия пониманию и развитию конструкций из предварительно напряженного бетона, кодексов и передовых методов.

Правила и требования к детализации арматуры и предварительно напряженных арматурных элементов определяются отдельными национальными нормами и стандартами, такими как:

  • Европейский стандарт EN 1992 -2:2005 – Еврокод 2: Проектирование бетонных конструкций;
  • Стандарт США ACI318: Требования строительных норм и правил для железобетона; и
  • Австралийский стандарт АС 3600-2009: Конструкции бетонные.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j Lin, T.Y .; Бернс, Нед Х. (1981). Проектирование предварительно напряженных бетонных конструкций (Третье изд.). Нью-Йорк, США: John Wiley & Sons. ISBN  0-471-01898-8.
  2. ^ а б c d е ж грамм Международная федерация бетона (февраль 2005 г.). Бюллетень fib 31: Пост-натяжение в зданиях (PDF). FIB. ISBN  978-2-88394-071-0. Получено 26 августа 2016.
  3. ^ Американский институт бетона. «CT-13: Конкретная терминология ACI». Американский институт бетона. Фармингтон-Хиллз, Мичиган, США: ACI. Получено 25 августа 2016. Бетон с последующим напряжением - это «конструкционный бетон, в который были введены внутренние напряжения для снижения потенциальных растягивающих напряжений в бетоне, возникающих в результате нагрузок».
  4. ^ Warner, R. F .; Rangan, B.V .; Холл, А. С .; Фолкс, К. А. (1988). Бетонные конструкции. Южный Мельбурн, Австралия: Эддисон Уэлсли Лонгман. С. 8–19. ISBN  0-582-80247-4.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j k Warner, R. F .; Фолкс, К. А. (1988). Предварительно напряженный бетон (2-е изд.). Мельбурн, Австралия: Лонгман Чешир. С. 1–13. ISBN  0-582-71225-4.
  6. ^ а б Институт пост-натяжения (2006). Руководство по пост-натяжению (6-е изд.). Феникс, Аризона, США: PTI. стр.5 –54. ISBN  0-9778752-0-2.
  7. ^ Tokyo Rope Mfg Co Ltd. "Руководство по предварительному натяжению CFCC" (PDF). MaineDOT. Получено 19 августа 2016.
  8. ^ «Сухожилия, имеющие одно или несколько отклонений от прямой линии по вертикали или горизонтали между концами конструкции»
  9. ^ а б c d е ж грамм час я Аалами, Биджан О. (5 сентября 1994 г.). «Несвязанные и клееные системы пост-натяжения в строительстве» (PDF). Технические примечания PTI. Феникс, Аризона, США: Институт пост-напряжений (5). Получено 23 августа 2016.
  10. ^ Аалами, Биджан О. (февраль 2001 г.). «Неперепрессованная арматура в конструкциях пост-напряженных зданий» (PDF). Техническая публикация ADAPT (P2-01). Получено 25 августа 2016.
  11. ^ Бейли, Колин Дж .; Эллободи, Эхаб (2009). «Сравнение несвязанных и связанных пост-напряженных бетонных плит в условиях пожара». Структурный инженер. 87 (19). Получено 22 августа 2016.
  12. ^ Бонди, Кеннет Б. (декабрь 2012 г.). «Двусторонние плиты пост-натяжения со связанными арматурой» (PDF). PTI Journal. США: Институт пост-напряжения. 8 (2): 44. Получено 25 августа 2016.
  13. ^ Сциллард, Рудольф (октябрь 1969). «Исследование прочности предварительно напряженных бетонных конструкций» (PDF). Журнал PCI: 62–73. Получено 7 сентября 2016.
  14. ^ а б Подольный, Вальтер (сентябрь 1992 г.). «Коррозия предварительно напряженных сталей и ее смягчение» (PDF). Журнал PCI. 37 (5): 34–55. Дои:10.15554 / pcij.09011992.34.55. Получено 7 сентября 2016.
  15. ^ Де Шуттер, Герт (10 мая 2012 г.). Повреждение бетонных конструкций. CRC Press. С. 31–33. ISBN  9780415603881. Получено 7 сентября 2016.
  16. ^ Ryall, M. J .; Woodward, R .; Милн, Д. (2000). Управление мостом 4: осмотр, обслуживание, оценка и ремонт. Лондон: Томас Телфорд. С. 170–173. ISBN  9780727728548. Получено 7 сентября 2016.
  17. ^ УХОДИТ. «Системы пост-натяжения». www.ukcares.com. УХОДИТ. Получено 7 сентября 2016.
  18. ^ КДЕС. "Corrosdion Failures: Обрушение моста на автостраде Лоу". www.nace.org. КДЕС. Архивировано из оригинал 24 сентября 2016 г.. Получено 7 сентября 2016.
  19. ^ Эд Дэйви и Ребекка Кафе (3 декабря 2012 г.). "Отчет TfL предупредил о риске обрушения эстакады Хаммерсмит". BBC News, Лондон. Получено 3 декабря 2012.
  20. ^ Фрейсине. «Продление жизни на эстакаде Хаммерсмит». www.freyssinet.com. Freyssinet. Получено 7 сентября 2016.
  21. ^ «Грэм начнет снос эстакад в Ливерпуле в следующем месяце | Construction Enquirer». www.constructionenquirer.com.
  22. ^ Австралийское общество истории инженерии и технологий. "Инженерная прогулка по Сиднейскому оперному театру" (PDF). ashet.org.au. АШЕТ. Получено 1 сентября 2016.
  23. ^ Мартин, Оуэн; Лал, Налеан. «Структурный проект 84-этажной башни World Tower в Сиднее» (PDF). ctbuh.org. Совет по высотным зданиям и городской среде обитания. Получено 1 сентября 2016.
  24. ^ "Тауэр, Уан Сент-Джордж-Уорф, Лондон, Великобритания". cclint.com. CCL. Получено 1 сентября 2016.
  25. ^ Knoll, Франц; Проссер, М. Джон; Выдра, Джон (май – июнь 1976 г.). "Предварительная подготовка Си-Эн Тауэр" (PDF). Журнал PCI. 21 (3): 84–111. Дои:10.15554 / pcij.05011976.84.111.
  26. ^ VSL. «Здание круизного терминала Кай Так - Гонконг» (PDF). vslvietnam.com. VSL. Получено 1 сентября 2016.
  27. ^ ARUP. «Центр международной торговли (ICC)». www.arup.com. ARUP. Получено 2 сентября 2016.
  28. ^ CM Engineering Consultants. «Ocean Heights 2, Дубай, ОАЭ». www.cmecs.co. CMECS. Получено 1 сентября 2016.
  29. ^ Дизайн Строить Сеть. «Эврика Тауэр, Мельбурн, Виктория, Австралия». www.designbuild-network.com. Дизайн Построить Сеть. Получено 1 сентября 2016.
  30. ^ Мартинес, Хулио; Гомес, Мигель (июль 2008 г.). "Torre Espacio. Структура здания". Hormigon y Acero. Мадрид, Испания. 59 (249): 19–43. ISSN  0439-5689. Получено 1 сентября 2016.
  31. ^ Сеть BBR (2016). "Достижение неба" (PDF). Connaect. 10: 51. Получено 2 сентября 2016.
  32. ^ Сеть BBR (2016). «Ворота в Юго-Восточную Европу» (PDF). Connaect. 10: 37–41.
  33. ^ Шофилд, Джефф (2012). «Пример использования: Capital Gate, Абу-Даби» (PDF). Журнал CTBUH (11). Получено 2 сентября 2016.
  34. ^ Ман-Чунг, Тан (2007). «Эволюция мостовой технологии» (PDF). Материалы симпозиума IABSE: 7. Получено 5 сентября 2016.
  35. ^ Хьюсон, Найджел Р. (2012). Мосты из предварительно напряженного бетона: проектирование и строительство. ЛЕД. ISBN  9780727741134. Получено 2 сентября 2016.
  36. ^ Р. Л. Мильмойл (20 сентября 1947 г.). «Предварительно напряженные бетонные мостовые балки проходят испытания в Англии». Железнодорожный век. 123. Издательская компания "Симмонс-Бордман". С. 54–58.
  37. ^ «История предварительно напряженного бетона в Великобритании». Кембриджский университет. 2004. Архивировано с оригинал 25 августа 2018 г.. Получено 25 августа 2018.
  38. ^ Историческая Англия. "Адам Виадук (1061327)". Список национального наследия Англии. Получено 25 августа 2018.
  39. ^ «История бетонных мостов». Группа разработки бетонных мостов. Получено 25 августа 2018.
  40. ^ Главные дороги Западной Австралии. «Руководство по проектированию конструкций» (PDF). www.mainroads.wa.gov.au. MRWA. стр. 17–23. Получено 2 сентября 2016.
  41. ^ ЛаВиолетт, Майк (декабрь 2007 г.). Методы строительства мостов с использованием поэтапного запуска (PDF). ААШТО. п. Приложение.
  42. ^ Леонхардт, Фриц (сентябрь 1987 г.). «Вантовые мосты из предварительно напряженного бетона». Журнал PCI. 32 (5): 52–80. Дои:10.15554 / pcij.09011987.52.80. Архивировано из оригинал 16 сентября 2016 г.. Получено 7 сентября 2016.
  43. ^ Рёмерманн, А. К. (февраль 1965 г.). «Предварительно напряженные бетонные дамбы: 1936-1964 гг.» (PDF). Журнал PCI. 10: 76–88. Дои:10.15554 / pcij.02011965.76.88. Получено 2 сентября 2016.
  44. ^ Браун, Э. Т. (февраль 2015 г.). «Горно-инженерный проект анкеров пост-растяжения для плотин - Обзор». Журнал механики горных пород и инженерной геологии. 7 (1): 1–13. Дои:10.1016 / j.jrmge.2014.08.001.
  45. ^ Институт инженеров Австралии. «Дамба Катагунья, Тасмания» (PDF). www.engineersaustralia.org.au. IEAust. Получено 2 сентября 2016.
  46. ^ Сюй, Хайсюэ; Бенмокран, Брахим (1996). «Укрепление существующих бетонных дамб с помощью анкеров с последующим натяжением: обзор современного состояния». Канадский журнал гражданского строительства. 23 (6): 1151–1171. Дои:10.1139 / l96-925. Получено 2 сентября 2016.
  47. ^ Кэвилл, Брайан (20 марта 1997 г.). «Наземные анкеры с очень высокой пропускной способностью, используемые для укрепления бетонных гравитационных плотин». Материалы конференций. Лондон, Великобритания: Институт инженеров-строителей: 262.
  48. ^ Пристли, М. Дж. Н. (июль 1985 г.). «Анализ и проектирование предварительно напряженных круглых бетонных резервуаров» (PDF). Журнал PCI: 64–85. Дои:10.15554 / pcij.07011985.64.85. Получено 5 сентября 2016.
  49. ^ Гали, Амин (12 мая 2014 г.). Круглые складские задачи и силосы (Третье изд.). CRC Press. С. 149–165. ISBN  9781466571044. Получено 5 сентября 2016.
  50. ^ Gilbert, R.I .; Mickleborough, N.C .; Ранзи, Г. (17 февраля 2016 г.). Расчет предварительно напряженного бетона по AS3600-2009 (Второе изд.). CRC Press. ISBN  9781466572775. Получено 5 сентября 2016.
  51. ^ а б Бангаш, М. Ю. Х. (2011). Конструкции для ядерных установок - анализ, проектирование и строительство. Лондон: Спрингер. С. 36–37. ISBN  978-3-642-12560-7. Получено 5 сентября 2016.
  52. ^ Гервик, Бен К. (13 февраля 1997 г.). Строительство предварительно напряженных бетонных конструкций (Второе изд.). Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. С. 472–494. ISBN  0-471-53915-5. Получено 5 сентября 2016.
  53. ^ а б Раджу, Кришна (1 декабря 2006 г.). Предварительно напряженный бетон (PDF) (Четвертое изд.). Нью-Дели: Тата Макгроу Хилл. ISBN  0-07-063444-0. Получено 5 сентября 2016.
  54. ^ «Строительство плит с последующим натяжением на грунте». www.concreteconstruction.net. Бетонная конструкция. Получено 5 сентября 2016.
  55. ^ Мерритт, Дэвид; Роджерс, Ричард; Расмуссен, Роберт (март 2008 г.). Демонстрационный проект строительства сборного предварительно напряженного бетонного покрытия на межштатной автомагистрали 57 недалеко от Сикестона, штат Миссури (PDF). Федеральное управление шоссейных дорог США DOT. Получено 5 сентября 2016.
  56. ^ Коннолл, Джон; Уиллер, Пол; Пау, Эндрю; Михов, Михо. «Проект главных пролетов моста Второго шлюза, Брисбен» (PDF). www.cmnzl.co.nz. Получено 2 сентября 2016.
  57. ^ ДИВИДАГ. «Мост Инчхон, Сеул, Южная Корея». www.dywidag-systems.a. DYWIDAG. Получено 2 сентября 2016.
  58. ^ «СРГ Дистанционные проекты» (PDF). www.srglimited.com.au. SRG Limited. п. 10. Получено 6 сентября 2016.
  59. ^ Эберхардт, А .; Велтроп, Дж. А. (август 1965 г.). "Предварительно напряженные анкеры грузоподъемностью 1300 тонн стабилизируют плотину" (PDF). Журнал PCI. 10 (4): 18–43. Дои:10.15554 / pcij.08011965.18.36. Получено 6 сентября 2016.
  60. ^ Институт сборного / предварительно напряженного бетона
  61. ^ Канадский институт сборного / предварительно напряженного бетона
  62. ^ Ассоциация пост-напряжения
  63. ^ Институт пост-натяжения Австралии
  64. ^ Южноафриканская ассоциация почтовых напряжений

внешняя ссылка