Ненапрягаемая арматура: 2. Виды и классы

2. Виды и классы

Способ изготовления и форма поверхности определяет вид арматуры. Различают арматуру:

1. Стержневую: горячекатаную, термоупрочнённую и термомеханически упрочнённую;

2. Проволочную: холоднотянутую обыкновенную и высокопрочную.

3. По начальному напряженному состоянию: напрягаемую и ненапрягаемую.

Горячекатаная арматура – это стальная арматура в виде отдельных стержней круглого, эллиптического, квадратного и других сечений.

Предпочтение отдают круглому сечению, потому что такая арматура наиболее технологична в изготовлении и не имеет острых углов, врезающихся в бетон и способствующих образованию трещин. Класс такой арматуры обозначают буквой А и римской цифрой в старом СНиПе 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» (чем больше цифра, тем выше прочность), а в еще не утвержденном пособию к СНиП 52-01-2003 обычными цифрами:

— А-I(А 240) – гладкая;

— А-II(А 300), А-III(А 400), А-IV, А-V,A-VI– периодический профиль.

Ат-III, Ат-IV, Ат-V, Ат-VI– термически и термомеханически упрочнённая, т.е. подвергаемая после проката упрочняющей термической обработке;

А-IIIв – упрочнённая вытяжкой.

Холоднотянутая арматура– это стальная проволочная арматура. Обозначают буквой В от слова «волочение».

Вр-I(В500) – периодического профиля;

В-II– гладкая высокопрочная;

Вр-II– высокопрочная рифлёная;

К-7, К-19 – проволочные канаты соответственно семи- и девятнадцатипроволочные и др.

Арматура периодического профиля– это арматура, на поверхности которой имеются часто расположенные кольцевые выступы, обеспечивающие надёжное сцепление с бетоном без устройства анкерных крюков на концах стержней.

Ненапрягаемая арматура – арматура, укладываемая без предварительного натяжения (напряжения).

В качестве ненапрягаемой арматуры преимущественно применяют сталь классов А-III (А400), А-IVC, Вр-I (В500), А-I (А240), А-II (А300), допускается применение А-1V.

Ненапрягаемая арматура классов А-I (А240), А-II(А300) ,А-III (А400), Вр-I (В500), A-IVC – сваривают контактной и дуговой сваркой

По способу производства стыки стержней делятся на сварные, несварные (внахлёстку), по месту изготовления – заводские и монтажные.

Несварные стыки менее экономичны, поэтому их применяют только для стыкования термически упрочнённой стержневой арматуры.

В зависимости от вида арматуры и условий изготовления применяют разные виды сварных стыков:

-контактные;

-ванные в инвентарной форме;

-тавровые и т.д.

Сварные стыки выполняются в соответствии с ГОСТ. Стыки с накладками и внахлёстку применяют, если не удаётся точно подогнать торцы стыкуемых стержней. Сварные стыки можно размещать в любом месте стержня, однако рабочие стержни не рекомендуют сваривать в зонах наибольших усилий. Стыки с накладками в местах им насыщения бетона арматурой, дабы не мешать бетонированию.

Напряженная и напрягаемая арматура в плитах: расчет, ГОСТ, анкеровка

Известно, что бетон прекрасно выдерживает сжимающие нагрузки, но разрушается уже при 10 % значений подобных нагрузок, действующих на растяжение. Именно для усиления способности противостоять растяжению бетон в плитах армируют каркасом со стальными рифлёными стержнями.

Для чего требуется предварительно напряжённое армирование

Арматура в изделиях может быть ненапрягаемой и напрягаемой. Первый вид выполняет функцию пассивного армирования — оно не работает, пока плита не изогнётся от собственного веса или от воздействия поперечной нагрузки. Только в этот момент нижние армирующие стержни будут противодействовать растяжению, но бетон уже получит свою долю растяжения и отреагирует сетью мелких трещин.

Чтобы избежать их появления и повысить прочность плиты при воздействии изгибающих нагрузок, армирующие конструкции при изготовлении бетонных плит предварительно напрягают. Железобетон с напряжённой арматурой находится постоянно в активном состоянии.

Силы напряжения, сжимающие плиту в осевом направлении, компенсируют эксплуатационные силы, вызванные собственным весом и нагрузкой. Растрескивания в напряжённой плите практически не происходят, она способна выдерживать более высокие, чем ненапряжённая плита, нагрузки. Кроме того, напряжённую плиту делают тоньше (140 мм вместо 170), что снижает расход бетона.

Натяжение напрягаемой арматуры

При изготовлении плит (дорожных, перекрытия, аэродромных) применяют метод, называемый натяжение на упоры. Он заключается в том, что арматурные стержни, уложенные в форму до заливки бетона, подвергают растяжению. Его осуществляют двумя способами:

• механическим;
• электротермическим;
• комбинированным, сочетающим оба предыдущих.

При механическом способе стержни анкеруют и растягивают гидравлическими домкратами. Заливают в форму бетон, уплотняют его и выдерживают до набора 70 %-й прочности. Затем зажимы снимают, и сила натяжения стержней через анкеры и рифление передаётся на бетон. Изделие становится плитой с предварительно напряжённой арматурой.

Анкеровка напряжённой арматуры

Анкеровку или установку на стержни анкерных элементов выполняют с помощью:

• опрессованных в холодном состоянии шайб;
• высаженных головок, получаемых разогревом и расплющиванием концов стержней;
• привариваемых цилиндрических коротышей;
• спиралей из проволоки;
• инвентарных зажимов.

Требования к предварительно напряжённой арматуре

Для изготовления напряжённых железобетонных конструкций применяют специальные виды арматурной стали, обладающие высокими значениями рабочих напряжений (от 5000 до 7200 кгс/см²). В перечень этих материалов входят арматурные стали:

• А600, А600С и Ат600С — 5400 кгс/см²;
• А800 и Ат800 — 6000 кгс/см²;
• А800 и Ат800 — 7200 кгс/см² и другие.

Классы стали на напрягаемую арматуру устанавливают нормативные документы, по которым выпускаются изделия, в частности, ГОСТ 25912-2015 и другие. Расчет напряженной арматуры производится при проектировании изделия. Отклонения замеряемых напряжений от проектных значений не должно превышать 10 %.

Железобетонные изделия с предварительно напрягаемой арматурой являются основными конструктивными элементами, аэродромов, многоэтажных и высотных зданий, и масштабных сооружений. Например, в нашем ассортименте любые плиты перекрытия доступны для вашего выбора.

7 Расчет ненапрягаемой арматуры

Открыть тему с навигацией

Следующая глава в настоящее время доступна только на английском языке.

7.1 Бетон 2D-данные

• Данные участника
• Данные штамповки (подробнее в главе «8.1 Данные штамповки»)

Эти данные стержня можно создать, выбрав эти два элемента в Бетонном дереве и выбрав соответствующий 2D-стержень, где должны быть определены эти данные. Эти вновь созданные настройки будут загружены из глобальных настроек по умолчанию и могут быть изменены в соответствии с потребностями пользователя.

Рис. 39 Бетонная ферма с данными бетонного элемента

Данные бетонного элемента для плиты S138 могут выглядеть следующим образом

Рис. 40 Данные бетонного элемента для плиты S138

Рис. 41 Данные бетонного элемента в 3D-окне

7.2 Подкрепление пользователя

Эффекты предварительного напряжения при расчете ненапряженной арматуры в 2D элементах в версии SCIA Engineer 2011 учитываются автоматически лишь частично.

Внутренние усилия автоматически учитываются при расчете, но площадь напрягаемой арматуры автоматически не учитывается. Это вызывает еще один обходной путь, как учитывать количество предварительного напряжения арматуры для проектирования или других проверок.

Настоящая арматура с постнапряжением может быть заменена ненапряженной арматурой, которая вводится как Freebars. Freebars можно ввести из Concrete > Freebars. Геометрия свободных стержней будет такой же, как и геометрия предварительно натянутого сухожилия.

Рис. 42 Штанги в бетонном дереве

Материал этих надставок также должен быть изменен. Мы создаем совершенно новый материал на основе ненапряженного материала с модифицированным модулем упругости до 195 ГПа и напряжениями на растяжение.

Рис. 43 Материал фиктивного предварительного напряжения

Диаметр фиктивного стержня рассчитывается по площади прядей. Предположим, что в одном сухожилии 3 тяжа.

Мы можем отобразить количество определенного пользователем армирования (перекладины, представляющие сухожилия) в сервисах Design ULS или Design ULS+SLS. В следующей таблице вы можете увидеть результаты поощрения пользователей.

Это количество может отображаться только в том случае, если у нас есть один и тот же материал пользовательской арматуры и спроектированной арматуры. Поэтому необходимо заменить материал надставок на B500B.

Следствием этого являются разные цвета полосок в линии пролета.

Значение Asw, конечно же, равно нулю, так как в этот момент не определена поперечная пользовательская арматура.

7.3 Расчет необходимой площади ненапрягаемой арматуры

7.3.1 Конструкция ULS

Расчет необходимой площади ненапрягаемой арматуры выполняется в разделе Бетон > 2D элемент > Проект элемента > Проект элемента ULS.

Рис. 44 Конструкция УЛС в дереве

Перед началом процедуры проектирования мы рекомендуем пользователю проверить настройки положения детализации 2D-конструкций в разделе «Настройка бетона» > «Положения детализации» > 2D-конструкции и плиты.

Рис. 45 Условия детализации для 2D в бетонной установке

Армирование конструкции можно разделить на пять групп:

В нашем примере имеется определенное количество перенапряженных сухожилий. Таким образом, мы могли бы спроектировать только дополнительное армирование, которое необходимо добавить к текущему армированию, но из-за проблемы, упомянутой в примечании в главе «7.1 2D-данные бетона» (различные материалы), мы должны рассчитать необходимое армирование и уменьшить это количество на подкрепление пользователя. Это процедура, как мы можем получить дополнительное количество подкрепления. Упомянутые ниже результаты оцениваются для реальной структуры сухожилия для комбинации ULS_long и охватывают эффект сдвига в SR2.

7.3.2 Конструкция ULS+SLS

Расчет необходимой площади ненапрягаемой арматуры выполняется в разделе Бетон > 2D-стержень > Конструкция стержня > Расчет стержня ULS+SLS. Теория дизайна подробно объясняется в [5].

Рис. 46 Конструкция ULS+SLS

Процедура расчета ненапрягаемой арматуры для обоих состояний (ULS+SLS) состоит из следующих шагов.

1. Проект необходимой арматуры для ULS
2. Расчет необходимой арматуры для SLS

1. Конструкция для SLS означает минимальную площадь армирования для достижения максимально допустимого значения ширины трещины (в зависимости от класса воздействия).
2. Проверка арматуры, разработанной для ULS, выполняется и для SLS

1. ЕСЛИ Да ТО Дизайн завершен
2. ЕСЛИ НЕТ ТО Расчет дополнительного армирования между SLS и ULS

Design SLS не рассчитывает армирование с учетом ограничения напряжения или деформации.

Ограниченные значения ширины трещины не реализованы в версии 2010.1. Это означает, что пользователь должен вручную настроить максимальную ширину трещины для ненапряженного бетона в настройках бетона. Но в нашем случае мы используем монопряди, которые представляют собой несвязанные арматуры, а предельные значения такие же, как и для ненапряженного бетона.

Классы необходимы для проектирования ULS+SLS. Классы описаны в главе «2.6 Классы». Необходим только один класс, который содержит ULS_long и SLS_QP_long.

Требуемые дополнительные площади для класса ULS+SLS для каждой поверхности и направления следующие. Мы можем разделить проектную арматуру на пять групп:

7.

Упомянутые ниже результаты оцениваются для реальной структуры сухожилия для комбинированного класса ULS+SLS (ULS_long+SLS_QP_long) и охватывают эффект сдвига в SR2.

2D-конструкция предварительно напряжена. Для этого типа конструкции появляется предупреждение W18, а другие предупреждения или ошибки отображаются в фоновом режиме. Можно установить OFF W18 в конкретном решателе, и тогда вы сможете увидеть конкретные предупреждения и ошибки в структуре. Но в текущей версии это невозможно.

7.3.2.2 Расчет поперечной арматуры

Оценка требуемых площадей поперечной арматуры может быть выполнена для

• Переменный наклон стойки – программа оптимизирует угол тета (рекомендуется)
• Наклон фиксированной стойки — значение котангенса установлено на 2,48 (макс. = 2,5)

Результаты требуемых площадей снова показаны в следующей таблице для реальной арматуры и плиты S138. Вы можете видеть, что требуемые площади ниже для случая с фиксированным наклоном распорки.

Рекомендуемый вариант — использование регулируемого наклона стойки.

7.3.3 Резюме из проекта ULS+SLS продольной арматуры

Самые большие требуемые площади приходится на верхнюю арматуру над колоннами. Эти области являются проблематичными во время нашего проектирования по нескольким причинам

• Эффект сдвига — области над колоннами очень чувствительны к учету или неучету эффекта сдвига на требуемых участках продольной арматуры. Если мы можем пренебречь эффектом сдвига, мы получим гораздо меньшие значения требуемых площадей. Объяснение, когда мы можем пренебречь эффектом сдвига, следующее:

• Проверка на продавливание — эффект сдвига может быть проверен в этой конструкции или также может быть проверен во время проверки на продавливание (Максимальная допустимая нагрузка бетонной стойки). Поэтому мы можем пренебречь эффектом сдвига при расчете продольной арматуры, если мы также выполняем проверку на продавливание.
• Пределы дополнительной силы, вызванной сдвигом – в главе 6.2.3(7) описывается предел дополнительной продольной силы, вызванной сдвигом (Med,max/z). Этот предел не проверяется программой. Поэтому при проектировании можно учитывать гораздо большие продольные силы (выше допустимых). Опять же, мы можем сравнить значения для плиты S138 с реальной арматурой 9.0014

Если вы посмотрите в таблицу ниже, вы увидите значения дополнительных продольных усилий из-за сдвига. Вы получаете эти значения, когда вычисляете разницу между значениями с (SR2) и без эффекта сдвига. Значения вблизи опоры почти в два раза больше, если учитывать эффект сдвига. Тогда дополнительная продольная сила от сдвига равна

Это значение намного выше допустимого (в 3 раза). Из приведенного выше исследования мы можем предположить, что мы можем пренебречь эффектом сдвига, потому что мы получаем очень большое значение дополнительной продольной силы из-за сдвига.

• Максимальный процент армирования – другим ограничением при проектировании является максимальный процент армирования. Значение по умолчанию — 4 % (9.2.1.1(3) из «EN 1992-1-1 Еврокод 2, Проектирование бетонных конструкций — Часть 1: Общие нормы и правила для зданий, Европейский комитет по стандартизации, декабрь 2004 г.»). Этот предел превышен для данного случая (см. неопределяемые места над колонками для случая с реальным сухожилием). Если мы увеличим этот процент до 5%, армирование может быть рассчитано с учетом этого условия.

Немецкое национальное приложение позволяет армировать до 8% площади бетона. Это означает, что увеличение процента с 4% до 5%, вероятно, не повлияет на конструкцию конструкции и может быть сделано. Но мы не соответствуем строгому общему Еврокоду.

Вы можете найти результаты для конструкции с реальной арматурой и для плиты S138 класса ULS+SLS для верхней арматуры (Ar1+) в следующей таблице.

Однако, если мы пренебрежем эффектом сдвига, мы все равно получим некоторые неразрабатываемые места над колоннами (пустые области над колоннами для отсутствия эффекта сдвига и предела армирования 4%). Решение состоит в том, чтобы ввести столбцы с заголовком (см. главу «7.4 Определение заголовка столбца».)

7.4 Определение заголовка колонны

По причинам, описанным в предыдущих главах, кажется эффективным ввести заголовки столбцов в структуру. Головки колонн, как показано на следующем рисунке, были смоделированы. Исходя из пролета L=90,0 м внешнее расстояние составляет 2,7 м, а внутреннее эффективное расстояние составляет 1,8 м (см. следующий рисунок). Глубина оголовка 0,625+0,290=0,915м.

Рис. 47 Размеры головки колонны

Головка колонны моделируется как часть существующих перекрытий. Подобласти определяются из компонентов Структура > 2D-элемент > 2D-элемент.

Рис. 48 Подрегионы

3D-экран конструкции с головками колонн показан на следующем рисунке.

Рис. 49Общий вид плиты с головками колонн

Рис. 50 Визуализированная 3D-модель плиты с оголовком колонны

Необходимо ввести локальное измельчение сетки над заголовками столбцов. Как правило, используется размер сетки с длиной конечного элемента, равной 0,6 м. Линейное локальное измельчение сетки с коэффициентом 1,5 следует использовать над головками колонн. Уточнение локальной сетки определяется в разделе Расчет, сетка > Уточнение локальной сетки > Уточнение сетки узла. Этот параметр зависит от уровня проекта (требуется уровень Advanced).

Рис. 51 Локальное измельчение сетки

Локальное измельчение сетки графически отображается с помощью шариков.

Рис. 52 Локальное измельчение сетки на всей конструкции

7.4.1.1 Расчет продольной арматуры конструкции с оголовками колонн

При подготовке этого руководства было обнаружено, что наилучшей оценкой требуемых площадей для этого типа конструкции является расположение В узлах ср.

Приведенные ниже результаты оцениваются для реальной напрягаемой конструкции с оголовками колонн для комбинированного класса ULS+SLS (ULS_long+SLS_QP_long), и эти результаты не учитывают влияние сдвига (см. главу «7.3.3 Сводка по расчету ULS+SLS продольной арматуры» )

Когда мы снова сосредоточимся на плите S138, мы увидим точные значения требуемых площадей. Для внешней колонны мы также можем исследовать плиты S128 и S135.

Это общая необходимая площадь. Существует также пользовательское усиление сухожилиями. Таким образом, количество дополнительного армирования представляет собой разницу между пользовательской и требуемой областями. Вы можете увидеть подробную информацию о необходимых областях для каждого региона в следующей таблице.

В плите также есть специальные участки, в которых закрепляются напрягаемые элементы. Интенсивность напряжений в этих областях слишком велика, поэтому проектирование таких областей невозможно. Для надлежащего исследования зоны ниже анкеров необходимо провести специальный анализ, например анализ распорок и связей. Это не является частью данного руководства.

7.5 Определение дополнительного необходимого армирования

Дополнительная ненапряженная арматура была разработана для каждой поверхности в ULS+SLS в главе выше. Теперь эти требуемые области должны быть определены как пользовательское реальное армирование. Арматура над колоннами должна быть рассчитана на прямоугольные участки не менее L/4 в каждом направлении над колоннами. Мы увеличиваем значение до L/3,5 для внутренних столбцов. Имеется в виду армирование прямоугольной сеткой.

• 5,1 м x 5,1 м над внутренними колоннами
• 3,6 м x 3,6 м над внешними колоннами

7.5.1 Определение дополнительной продольной арматуры

Дополнительная продольная арматура определяется с помощью сервисного 2D-элемента > Армирование 2D.

Рис. 53 Армирование 2D

Наконец, будет добавлено дополнительное армирование, рассчитанное в предыдущей главе. Мы можем добавить стержни или арматурную сетку. Настройки армирования для обеих поверхностей следующие:

Текущая версия SEN не может рассчитать дополнительное армирование с большим количеством материала ненапрягаемой арматуры

Армирование может отображаться для каждой поверхности отдельно. Окончательная форма нижней и верхней двухмерной пользовательской арматуры следующая.

Окончательное армирование вместе с сухожилиями следующее

Рис. 54 Окончательное армирование плиты

Рис. 55 Фрагмент внутренней колонны

Открыть тему с навигацией

Связанная и несвязанная система пост-натяжения

Пост-натяжение часто решает проблемы проектирования и строительства, которые другие методы строительства просто не могут решить. Это достигается путем заливки бетона в предварительно собранные формы в сочетании с арматурой и арматурой из стального троса (пряди). Эти тросы натянуты (растянуты) примерно до трех четвертей их предельной прочности. Как только бетон застынет до необходимой прочности, напряжение снимается. Стальные тросы, реагирующие на высвобождение, передают растягивающие напряжения бетону, делая его еще более прочным. Когда дело доходит до пост-натяжения, часто возникает дилемма, какую систему пост-натяжения выбрать: склеенную или несвязанную.

— Реклама —

В пост-натяжении есть две разные техники; скрепленные и несвязанные. Благодаря этим методам, используемым для сухожилий/прядей, возможна более гибкая и быстрая конструкция.

Несклеенная система пост-натяжения обычно состоит из одиночных (моно) прядей или стержней с резьбой, которые остаются несвязанными с окружающим бетоном, что дает им свободу локального перемещения относительно элемента конструкции. Пряди в несвязанных однопрядных системах покрыты специальной смазкой, а наружный слой бесшовного пластика выдавливается за одну непрерывную операцию для защиты от коррозии. Он обычно используется в новом строительстве для приподнятых плит, плит на уровне земли, балок и переходных балок, балок, стен жесткости и матовых фундаментов. Легкая и гибкая несвязанная монопрядь может быть легко и быстро установлена, что обеспечивает экономичное решение.

Склеенное пост-натяжение включает в себя сухожилия от одной до нескольких прядей (многопрядей) или стержней. В клеевых системах предварительно напряженная сталь заключена в гофрированный металлический или пластиковый канал. После того, как сухожилие нагружено, в канал вводят цементный раствор, чтобы связать его с окружающим бетоном. Кроме того, цементный раствор создает щелочную среду, которая обеспечивает защиту напрягаемой стали от коррозии. Склеенные многожильные системы, хотя и широко используются в новом строительстве мостов и транспортных сооружений, могут быть успешно применены и уже успешно применяются в коммерческих строительных конструкциях. Когда эти многоручьевые системы используются для больших конструктивных элементов, таких как балки и переходные фермы, преимущества конструкции включают увеличенную длину пролета и грузоподъемность, а также уменьшенный прогиб.

Последующее натяжение со склеиванием и без склеивания

Требование к армированию PT для склеенной системы сравнительно больше, чем для несвязанной системы. Это можно объяснить потерями на трение. Коэффициент трения для склеенных напрягающих элементов больше, чем для несвязанных напрягающих элементов, что приводит к потере эффективного напряжения в напрягающих элементах, что в конечном итоге приводит к потере эффективного усилия предварительного напряжения в сечении. Следовательно, количество напрягаемых элементов, необходимых для связанной PT-системы, по сравнению с несвязанной PT-системой, больше для той же силы предварительного напряжения.

Требование к армированию без PT для связанных PT систем, чем для несвязанных PT систем, сравнительно больше. Но это связано с тем, что для клеевой системы минимальное количество арматуры, не являющейся PT, как это предусмотрено нормами, составляет 0,12% от сечения. Следовательно, рассматриваемые стержни являются проходными и урезание не производится. Но для несвязанной системы PT армирование без PT, заданное программным обеспечением, является укороченным, в котором стержни являются либо верхним, либо нижним армированием. Сравнение между ними приведено ниже.

• В коррозионно-агрессивных средах клеевые системы обладают значительными конструктивными преимуществами, которые приводят к экономии жизненного цикла, по сравнению с несклеенными постнатяжениями
• Последующее натяжение со склеиванием обеспечивает устойчивость к прогрессирующему разрушению, а затем пост-натяжение без приклеивания
• Скрепленное пост-натяжение сухожилия обладает способностью развивать силу на относительно коротком расстоянии по своей длине по сравнению с несклеенным пост-натяжением
• Клеевые системы постнатяжения обеспечивают гибкость, когда будущие изменения конструкции здания необходимы больше, чем несклеенные постнатяжения
• Уменьшение прогиба несвязанной балки по сравнению со склеенной балкой.
• Уменьшение сдвига несвязанной балки по сравнению со связанной балкой
• Уменьшение верхнего напряжения несвязанной балки по сравнению со скрепленной балкой
• Уменьшение нижнего напряжения несвязанной балки по сравнению со скрепленной балкой
• Уменьшение изгибающего момента несвязанной балки по сравнению со скрепленной балкой

Гибридная модель с несвязанной и склеенной системой пост-натяжения

Склеенные и несвязанные системы могут быть смешаны в конструкции.