Предварителното напрежение се разбира като контролирано прилагане на опън върху бетона чрез опъване на стоманени сухожилия. Сухожилията ще бъдат направени от високоякостна стомана и могат да бъдат изградени от жици, шнурове или пръти.

В тази инструкция не се разглеждат други форми на предварително напрежение.

20.1.2. Видове предварително напрежение

Според положението на сухожилието по отношение на напречното сечение, предварителното напрежение може да бъде:

  • а) Интериор. В този случай сухожилието се намира вътре в бетонното напречно сечение.
  • б) Екстериор. В този случай сухожилието се намира извън бетона на напречното сечение и вътре в ръба на същото.

Според момента на напрежение по отношение на бетонирането на елемента, предварителното напрежение може да бъде:

  • а) С предварително опънати армировки. Бетонирането се извършва след като армировките са опънати и временно закотвени в неподвижни елементи. Когато бетонът придобие достатъчна якост, армировките се освобождават от техните временни анкери и, като се придържат, силата, въведена преди това в армировките, се прехвърля върху бетона.
  • б) С подсилени усилвания. Бетонирането се извършва преди опъването на активните армировки, които обикновено се намират в канали или обвивки. Когато бетонът придобие достатъчно съпротивление, армировката се опъва и анкерира.

От гледна точка на условията на сцепление на сухожилията, предварителното напрежение може да бъде:

  • а) Привърженик. Такъв е случаят на предварително напрежение с предварително напрегната армировка или армировка след напрежение, при което след опъване се извършва инжектиране с материал, който осигурява подходящо сцепление между армировката и бетона на елемента (член 36.2).
  • б) Непридържащи се. Такъв е случаят на предварително напрежение с армировка след напрежение, при която инжекции, които не създават сцепление между армировката и бетона на елемента, се използват като защитни системи за армировката (член 36.3).

20.2. Сила за предварително напрежение
20.2.1. Ограничение на силата

Силата на опъване Po трябва да осигурява на активната армировка напрежение s p0, не по-голямо във всяка точка от по-ниското от следните две стойности:

  • 0,75 fpmaxk
  • 090 fpk

където:

  • fpmaxk Максимално характеристично единично натоварване.
  • fpk Характеристична граница на добив.

Временно това напрежение може да бъде увеличено до по-ниската от следните стойности:

  • 0,85 fpmaxk
  • 095 fpk

при условие, че при закрепване на армировката в бетона има подходящо намаляване на напрежението, така че да е изпълнено ограничението от предходния параграф.

20.2.2. Загуби на парчета с армировка след рамото

20.2.2.1. Оценка на моментни загуби на якост

Моменталните загуби на сила са тези, които могат да възникнат по време на стресиращата операция и в момента на закрепване на активните армировки и зависят от характеристиките на изследвания структурен елемент. Стойността му във всеки раздел е:

където:

  • D P1 Загуба на сила в разглеждания участък поради триене по предварително напрегнатия канал.
  • D P2 Загуби на сила в разглеждания участък поради проникване на клинове в анкерите.
  • D P3 Загуба на сила в разглеждания участък поради еластично скъсяване на бетона.

20.2.2.1.1. Загуба на сила поради триене

Теоретичните загуби на сила поради триене между армировките и предварително напрегнатите обвивки или тръбопроводи зависят от общото изменение на ъгъла a на линията на сухожилието между разглеждания участък и активното закрепване, което обуславя напрежението в такъв участък; на разстоянието х между тези две секции; на коефициента m на триене в крива и на коефициента K на триене по права линия или паразитно триене. Тези загуби ще бъдат оценени от усилващата сила P0.

Загубите от триене във всяка секция могат да бъдат оценени чрез израза:

където:

  • m Коефициент на триене в кривата.
  • сума от абсолютните стойности на ъгловите вариации (последователни отклонения), измерени в радиани, които описват сухожилието на разстояние х. Трябва да се помни, че пътят на сухожилията може да бъде изкривена крива и след това трябва да се оцени в пространството.
  • K Коефициент на паразитно триене, на линеен метър.
  • x Разстояние, в метри, между разглеждания участък и активната котва, която обуславя напрежението в него (виж фигура 20.2.2.1.1).

предварително напрежение

Данните, съответстващи на стойностите на m и K, трябва да бъдат дефинирани експериментално, като се вземе предвид използваната процедура за предварително напрежение. При липса на конкретни данни могат да се използват санкционирани от практиката експериментални стойности.

20.2.2.1.2. Загуби от проникване на клин

На кратки прави сухожилия след зачестяването, загубата на сила поради проникване в клин, D P2 може да се установи чрез израза:

където:

  • проникване на клина.
  • L Обща дължина на правите сухожилия.
  • Ep Модул на надлъжна деформация на активната армировка.
  • Ap Активна котва секция.

В останалите случаи на прави сухожилия и във всички случаи на извити линии, загубата на напрежение поради проникване в клин ще бъде оценена, като се вземе предвид триенето в каналите. За това възможните вариации на m и K при спускане на сухожилието по отношение на стойностите, които се появяват при опъване.

20.2.2.1.3. Загуби поради еластично скъсяване на бетона

В случай на укрепвания, съставени от няколко сухожилия, които се затягат последователно, при затягане на всяко сухожилие се получава ново еластично скъсяване на бетона, което изхвърля, в пропорционалната част, съответстваща на това скъсяване, предварително закотвеното.

Когато напреженията на сгъстяване на нивото на барицентъра на активната армировка във фазата на опъване са осезаеми, може да се изчисли стойността на тези загуби, D P3, ако сухожилията са последователно напрегнати в една операция, като се приеме, че всички сухожилия са подложени равномерно съкращаване, функция на броя n от тях, които се затягат последователно, чрез израза:

където:

  • Ap Общо сечение на активната армировка.
  • s cp Напрежение на компресия, на нивото на центъра на тежестта на активните армировки, произведени от силата P0- D P1- D P2 и силите, дължащи се на действията, действащи в момента на опъване.
  • Ep Модул на надлъжна деформация на активната армировка.
  • Ecj Модул на надлъжна деформация на бетона за възраст j, съответстващ на момента на натоварване на активните армировки.

20.2.2.2. Отсрочени загуби от предварително напрежение

Отложените загуби са тези, които възникват с течение на времето, след като активната армировка е закотвена. Тези загуби се дължат основно на скъсяването на бетона чрез свиване и пълзене и на отпускането на стоманата на такива армировки.

Плъзгането на бетона и отпускането на стоманата се влияят от самите загуби и следователно е важно да се вземе предвид този интерактивен ефект.

Докато не се извършва по-подробно проучване на взаимодействието на тези явления, забавените загуби могат да бъдат апроксимирани съгласно следния израз:

където:

  • Yp Разстояние от центъра на тежестта на активната армировка до центъра на тежестта на участъка.
  • n Коефициент на еквивалентност = Ep/Ec.
  • j (t, t0) коефициент на пълзене за възраст на натоварване, равна на възрастта на бетона в момента на напрежение (t0) (виж 39.8).
  • e cs Деформация на свиване, която се развива след операцията по натоварване (вж. 39.7).
  • s cp Напрежение в бетона във влакното, съответстващо на центъра на тежестта на активните армировки поради действието на предварително напрежение, собственото тегло и мъртвия товар.
  • Ds pr Релаксационни загуби при постоянна дължина. Може да се оцени, като се използва следният израз: Ds pr = r f · (Pki/Ap), където r f е стойността на релаксацията с постоянна дължина за безкрайно време (виж 38.9), а Ap е общата площ на активните армировки. Pki е характерната стойност на първоначалната сила на предварително напрежение, отчитаща моментните загуби.
  • Ac Площ на бетонната секция.
  • Ic Инерция на бетонната секция.
  • c Коефициент на стареене. Опростено и за безкрайни оценки на времето може да се приеме c = 0,80.

20.2.3. Загуба на сила в части с предварително напрегната армировка

За предварително напрегнатите армировки загубите, които трябва да се вземат предвид от момента на опъване до прехвърлянето на силата на опъване към бетона, са:

  • а) Проникване на клинове.
  • б) Релаксация при стайна температура до прехвърляне.
  • в) Допълнително отпускане на котвата поради, ако е приложимо, в процеса на нагряване.
  • г) Термично разширение на котвата, когато е приложимо, поради процеса на нагряване.
  • д) Оттегляне преди прехвърляне.
  • е) Моментално еластично скъсяване при прехвърляне.

Забавените загуби след прехвърлянето ще се получат по същия начин, както при армировката след напрежение, като се използват стойностите на прибиране и отпускане, които възникват след прехвърлянето.

20.3. Структурни ефекти от предварително напрежение

Структурните ефекти от предварителното напрежение могат да бъдат представени, използвайки както набор от еквивалентни сили за самобалансиране, така и набор от наложени деформации. И двата метода водят до едни и същи резултати.

20.3.1. Моделиране на ефектите от предварително напрежение с използване на еквивалентни сили

Системата от еквивалентни сили се получава от везната на кабела и се формира от:

  • Сили и моменти, концентрирани в котвите.
  • Нормални сили към сухожилията, произтичащи от кривина и промени в посоката на сухожилията.
  • Тангенциални сили поради триене.

Стойността на силите и моментите, концентрирани в анкерите, се извежда от стойността на силата на предварително напрежение в споменатите точки, изчислена в съответствие с раздел 20.2, от геометрията на кабела и от геометрията на анкерната зона (виж фигура 20.3 .1).

За конкретния случай на греди, със симетрия по отношение на вертикална равнина, в анкера ще има хоризонтален и вертикален компонент на силата на предварително напрежение и момент на огъване, чиито изрази ще бъдат дадени чрез:

  • Pk, H = Pkcos a
  • Pk, V = Pksen a
  • Mk = Pk, Н е

където:

  • при Ъгъл, образуван от предварително напрегнатата линия спрямо директрисата на елемента, при котвата.
  • Pk Сила в сухожилието съгласно 20.2.
  • e Ексцентричност на сухожилието спрямо центъра на тежестта на секцията.

Нормалните сили, разпределени по сухожилието, n (x), са функция на силата на предварително напрежение и кривината на сухожилието във всяка точка, 1/r (x). Тангенциалните сили, t (x), са пропорционални на нормалите чрез коефициента на триене m, според:

20.3.2. Моделиране на ефектите на предварително напрежение чрез наложени щамове

Като алтернатива, в случай на линейни елементи, структурните ефекти от предварителното напрежение могат да бъдат въведени чрез прилагане на наложени деформации и кривини, които във всеки участък ще бъдат дадени от:

където:

  • e p Аксиална деформация поради предварително напрежение.
  • Ec Модул на надлъжна деформация на бетона.
  • Ac Площ на бетонната секция.
  • Ic Инерция на бетонната секция.
  • e Ексцентричност на предварително напрежение спрямо центъра на тежестта на бетонната секция.

20.3.3. Изостатични и хиперстатични сили на предварително напрежение

Структурните напрежения, дължащи се на предварително напрежение, традиционно се определят чрез разграничаване между:

  • Изостатични напрежения
  • Хиперстатични усилия

Изостатичните сили зависят от силата на предварително напрежение и ексцентричността на предварително напрежение спрямо центъра на тежестта на секцията и могат да бъдат анализирани на ниво секция. Хиперстатичните напрежения като цяло зависят от схемата на предварително напрежение, условията на твърдост и поддържащите условия на конструкцията и трябва да бъдат анализирани на ниво структура.

Сумата от изостатичните и хиперстатичните сили на предварително напрежение е равна на общите сили, произведени от предварително напрежение.

Когато граничното състояние на изчерпване се проверява спрямо нормални натоварвания на секции с прилепнала армировка, в съответствие с критериите, посочени в член 42.є, изчислителните усилия трябва да включват хиперстатичната част от структурния ефект на предварителното напрежение, като се има предвид стойността му в съответствие с с критериите в раздел 13.2. Изостатичната част на предварителното напрежение се взема предвид при оценка на съпротивляващия капацитет на участъка, като се вземе предвид съответната предварителна деформация в залепващата активна армировка.