Введение
Форма бетона, используемая в строительстве. Предварительно напряженный бетон – это форма бетона, используемая в строительстве. Он существенно "предварительно напрягается" (сжимается) в процессе производства, чтобы повысить его сопротивление растягивающим усилиям, возникающим при эксплуатации. Это сжатие достигается путем натяжения высокопрочных "тендонов", расположенных внутри или вблизи бетона, с целью улучшения эксплуатационных характеристик бетона. Тендоны могут состоять из отдельных проволок, многопроволочных пучков или резьбовых стержней, которые чаще всего изготавливаются из высокопрочных сталей, углеродного волокна или арамидного волокна. Впервые применен в конце девятнадцатого века.
Prestressed concrete is a form of concrete used in construction. It is substantially "prestressed" (compressed) during production, in a manner that strengthens it against tensile forces which will exist when in service. This compression is produced by the tensioning of high strength "tendons" located within or adjacent to the concrete and is done to improve the performance of the concrete in service. Tendons may consist of single wires, multi wire strands or threaded bars that are most commonly made from high tensile steels, carbon fiber or aramid fiber. First used in the late nineteenth century,
The amount of bond (or adhesion) achievable between the freshly set concrete and the surface of the tendons is critical to the pre tensioning process, as it determines when the tendon anchorages can be safely released. Higher bond strength in early age concrete will speed production and allow more economical fabrication. To promote this, pre tensioned tendons are usually composed of isolated single wires or strands, which provides a greater surface area for bonding than bundled strand tendons. are required, one or more intermediate deviators are located between the ends of the tendon to hold the tendon to the desired non linear alignment during tensioning. Bonded post tensioning characteristically uses tendons each comprising bundles of elements (e. g., strands or wires) placed inside a single tendon duct, with the exception of bars which are mostly used unbundled. This bundling makes for more efficient tendon installation and grouting processes, since each complete tendon requires only one set of end anchorages and one grouting operation. Ducting is fabricated from a durable and corrosion resistant material such as plastic (e. g., polyethylene) or galvanised steel, and can be either round or rectangular/oval in cross section. Improved fire performanceThe absence of strain redistribution in bonded tendons may limit the impact that any localised overheating has on the overall structure. As a result, bonded structures may display a higher capacity to resist fire conditions than unbonded ones. The benefits that unbonded post tensioning can offer over bonded systems are:
Ability to be prefabricatedUnbonded tendons can be readily prefabricated off site complete with end anchorages, facilitating faster installation during construction. Additional lead time may need to be allowed for this fabrication process. Improved site productivityThe elimination of the post stressing grouting process required in bonded structures improves the site labour productivity of unbonded post tensioning.
Количество сцепления (или адгезии), достижимое между затвердевшим бетоном и поверхностью тендонов, имеет решающее значение для процесса предварительного напряжения, поскольку определяет момент безопасного освобождения анкеров тендонов. Более высокая прочность сцепления в бетоне раннего возраста ускоряет производство и позволяет снизить затраты на изготовление. Для этого предварительно напряженные тендоны обычно состоят из изолированных отдельных проволок или пучков, что обеспечивает большую площадь поверхности для сцепления, чем тендоны из сгруппированных пучков. Если это необходимо, между концами тендона устанавливаются один или несколько промежуточных отклонителей для поддержания необходимого нелинейного выравнивания во время натяжения. Посленапряжение с обеспечением сцепления обычно использует тендоны, каждый из которых состоит из пучков элементов (например, проволок или пучков), помещенных внутрь единого канала для тендона, за исключением стержней, которые в основном используются без пучков. Такая группировка упрощает установку и заливку тендонов, поскольку для каждого тендона требуется только один комплект концевых анкеров и одна операция заливки. Каналы изготавливаются из прочного и коррозионностойкого материала, такого как пластик (например, полиэтилен) или оцинкованная сталь, и могут иметь круглое или прямоугольное/овальное поперечное сечение. Повышенная огнестойкость. Отсутствие перераспределения напряжений в тендонах с обеспечением сцепления может ограничить влияние локального перегрева на общую конструкцию. В результате конструкции с обеспечением сцепления могут обладать большей способностью сопротивляться воздействию огня, чем конструкции без сцепления. Преимущества посленапряжения без обеспечения сцепления по сравнению с системами с обеспечением сцепления:
Возможность предварительного изготовления. Тендоны без обеспечения сцепления могут быть легко изготовлены за пределами строительной площадки, включая концевые анкеры, что облегчает и ускоряет монтаж. Для этого процесса изготовления может потребоваться дополнительное время. Повышение производительности на строительной площадке. Исключение процесса заливки после натяжения, необходимого в конструкциях с обеспечением сцепления, повышает производительность труда при посленапряжении без обеспечения сцепления.
Prestressed concrete is a form of concrete used in construction. It is substantially "prestressed" (compressed) during production, in a manner that strengthens it against tensile forces which will exist when in service. This compression is produced by the tensioning of high strength "tendons" located within or adjacent to the concrete and is done to improve the performance of the concrete in service. Tendons may consist of single wires, multi wire strands or threaded bars that are most commonly made from high tensile steels, carbon fiber or aramid fiber. First used in the late nineteenth century,
The amount of bond (or adhesion) achievable between the freshly set concrete and the surface of the tendons is critical to the pre tensioning process, as it determines when the tendon anchorages can be safely released. Higher bond strength in early age concrete will speed production and allow more economical fabrication. To promote this, pre tensioned tendons are usually composed of isolated single wires or strands, which provides a greater surface area for bonding than bundled strand tendons. are required, one or more intermediate deviators are located between the ends of the tendon to hold the tendon to the desired non linear alignment during tensioning. Bonded post tensioning characteristically uses tendons each comprising bundles of elements (e. g., strands or wires) placed inside a single tendon duct, with the exception of bars which are mostly used unbundled. This bundling makes for more efficient tendon installation and grouting processes, since each complete tendon requires only one set of end anchorages and one grouting operation. Ducting is fabricated from a durable and corrosion resistant material such as plastic (e. g., polyethylene) or galvanised steel, and can be either round or rectangular/oval in cross section. Improved fire performanceThe absence of strain redistribution in bonded tendons may limit the impact that any localised overheating has on the overall structure. As a result, bonded structures may display a higher capacity to resist fire conditions than unbonded ones. The benefits that unbonded post tensioning can offer over bonded systems are:
Ability to be prefabricatedUnbonded tendons can be readily prefabricated off site complete with end anchorages, facilitating faster installation during construction. Additional lead time may need to be allowed for this fabrication process. Improved site productivityThe elimination of the post stressing grouting process required in bonded structures improves the site labour productivity of unbonded post tensioning.
Приложения
Предварительно напряженный бетон – это чрезвычайно универсальный строительный материал, благодаря почти идеальному сочетанию двух его основных компонентов: высокопрочной стали, предварительно растянутой для реализации всей ее прочности, и современного бетона, предварительно сжатого для минимизации образования трещин при растяжении. Примеры применения: World Tower, Сидней; St George Wharf Tower, Лондон; CN Tower, Торонто; Круизный терминал Kai Tak и Международный коммерческий центр, Гонконг; Ocean Heights 2, Дубай; Eureka Tower, Мельбурн; Torre Espacio, Мадрид; Guoco Tower (Tanjong Pagar Centre), Сингапур; Международный аэропорт Загреб, Хорватия; и Capital Gate, Абу-Даби, ОАЭ.
Мосты
Бетон является наиболее популярным конструкционным материалом для мостов, и часто используется предварительно напряженный бетон. При исследовании в 1940-х годах для применения на мостах с высокой несущей способностью, преимущества этого типа мостов перед более традиционными конструкциями заключались в более быстром монтаже, экономичности и долговечности, а также в меньшей подверженности колебаниям. Одним из первых мостов, построенных по такой технологии, является железнодорожный виадук Адам, построенный в Великобритании в 1946 году. К 1960-м годам предварительно напряженный бетон во многом вытеснил железобетонные мосты в Великобритании, а коробчатые балки стали доминирующей формой. В мостах с небольшим пролетом, около 100 метров, предварительное напряжение обычно применяется в виде предварительно напряженных сборных балок или плит. В сооружениях средней длины, около 100 метров, как правило, используются сборные сегментные конструкции, конструкции сбалансированных консолей и конструкции постепенного надвига. Для самых длинных мостов предварительно напряженные бетонные пролетные строения часто являются неотъемлемой частью вантовых конструкций.
Плотины
Бетонные плотины используют предварительное напряжение для противодействия всплытию и повышения их общей устойчивости с середины 1930-х годов. Предварительное напряжение также часто применяется при реконструкции плотин, например, для усиления конструкции или при увеличении высоты гребня или водосброса. Чаще всего предварительное напряжение плотин реализуется в виде посленатяжных анкеров, бурящихся в бетонную структуру плотины и/или в нижележащие слои горных пород. Такие анкеры обычно состоят из многопроволочных стальных пучков или отдельных резьбовых стержней, выполняющих роль сухожилий. Сухожилия закрепляются в бетоне или скале своим дальним (внутренним) концом и имеют значительную "свободную длину с разрывной зоной" на внешнем конце, позволяющую сухожилиям растягиваться при натяжении. После натяжения сухожилия могут быть полностью закреплены в окружающем бетоне или скале, либо (что более распространено) их проволоки постоянно заключаются в антикоррозионную смазку на свободной длине для обеспечения долгосрочного мониторинга нагрузки и возможности повторного натяжения.
Сило и резервуары
Круговые емкости для хранения, такие как силосы и резервуары, могут использовать силы предварительного напряжения для непосредственного сопротивления внешнему давлению, создаваемому хранимыми жидкостями или сыпучими материалами. Горизонтально изогнутые преднапрягающие элементы устанавливаются внутри бетонной стенки, образуя серию обручей, расположенных по высоте конструкции. При натяжении эти элементы создают в конструкции как осевое (сжимающее), так и радиальное (направленное внутрь) усилие, которое непосредственно противодействует нагрузкам от хранимого материала. Если величина предварительного напряжения рассчитана таким образом, чтобы всегда превышать растягивающие напряжения, возникающие под нагрузкой, в бетоне стенки будет поддерживаться постоянное остаточное сжатие, способствующее сохранению водонепроницаемости и отсутствию трещин.
Ядерная и взрывная
Предварительно напряженный бетон зарекомендовал себя как надежный строительный материал для сооружений, предназначенных для удержания высокого давления, таких как корпуса ядерных реакторов и здания укрытий, а также защитные стены для резервуаров нефтехимической промышленности, способные выдерживать взрывы. Применение предварительного напряжения для придания таким конструкциям начального состояния двухосного или трехосного сжатия повышает их сопротивление растрескиванию и протечкам бетона, обеспечивая надежную, резервированную и контролируемую систему удержания давления. Корпуса ядерных реакторов и укрытий обычно оснащаются отдельными наборами постнатяжных канатов, изогнутых по горизонтали или вертикали, для полного охвата активной зоны реактора. Защитные стены, например, для резервуаров сжиженного природного газа (СПГ), как правило, используют слои горизонтально изогнутых обручных канатов для удержания, в сочетании с вертикально расположенными петлевыми канатами для предварительного напряжения стен по оси.