Předpjatý beton

Hlavní výhody železobetonu jsou: vysoká pevnost, požární odolnost, trvanlivost, snadnost tvarování. Betonový nosník (obr. níže), který při ohybu podléhá tahu pod neutrální osou a tlaku nad ní, má nízkou únosnost kvůli slabé pevnosti betonu v tahu. V tomto případě není pevnost betonu v tlačené zóně plně využita. V tomto ohledu se nevyztužený beton nedoporučuje pro použití v konstrukcích určených pro práci v ohybu nebo tahu, protože rozměry takových prvků by byly neúnosně velké.

Betonové konstrukce se používají především při práci v tlaku (stěny, základy, opěrné konstrukce, opěry atd.) a jen někdy při práci v ohybu při malých tahových napětích nepřesahujících pevnost betonu v tahu.

Železobetonové konstrukce, vyztužené v tahové zóně výztuží, mají výrazně vyšší únosnost. Únosnost železobetonového nosníku (obr. níže) s níže položenou výztuží je tedy 10-20krát větší než únosnost betonového nosníku stejné velikosti. V tomto případě je plně využita pevnost betonu v tlačené oblasti nosníku.

Schémata činnosti prvků při zatížení

Jako výztuž se používají ocelové tyče, dráty, válcované profily, ale i sklolaminát, syntetické materiály, dřevěné tyče a bambusové kmeny.

Konstrukce se vyztužují nejen při práci v tahu a ohybu, ale i v tlaku (obr. výše). Protože ocel má vysokou pevnost v tahu a tlaku, její začlenění do stlačených prvků značně zvyšuje jejich nosnost. Společná práce materiálů s různými vlastnostmi, jako je beton a ocel, je zajištěna následujícími faktory:

1. adheze výztuže k betonu, ke které dochází při tuhnutí betonové směsi; v důsledku adheze se oba materiály deformují dohromady;
2. koeficienty lineárních teplotních deformací, které se blíží hodnotě (pro beton 7·10 -6 -10·10 -6 1/deg, pro ocel 12·10 -6 1/deg), což eliminuje výskyt počátečních napětí v materiálech a prokluz výztuže v betonu při změnách teploty do 100 °C;
3. spolehlivá ochrana oceli uzavřené v hutném betonu před korozí, přímým ohněm a mechanickým poškozením.

Charakteristickým rysem železobetonových konstrukcí je možnost tvorby trhlin v tahové zóně při působení vnějších zatížení. Otevření těchto trhlin v mnoha konstrukcích během provozu je malé (0,1-0,4 mm) a nezpůsobuje korozi výztuže ani narušení běžného provozu konstrukce. Existují však konstrukce a konstrukce, u kterých je vzhledem k provozním podmínkám vznik trhlin nepřípustný (např. tlaková potrubí, žlaby, nádrže apod.) nebo je nutné zmenšit šířku otvoru. V tomto případě jsou ty zóny prvku, ve kterých se objevují tahové síly vlivem provozního zatížení, předem (před působením vnějšího zatížení) vystaveny intenzivnímu stlačení předpětím výztuže. Takové konstrukce se nazývají předpjaté. Předběžné stlačení konstrukcí se provádí především dvěma způsoby: napínáním výztuže na zarážky (před betonáží) a na beton (po betonáži).

V prvním případě se před betonáží konstrukce výztuž napne a zajistí na dorazy nebo konce bednění (obr. níže). Poté se prvek betonuje. Poté, co beton získá potřebnou pevnost, aby odolal silám předběžného stlačení (přenosová pevnost), výztuž se uvolní z dorazů a ve snaze zkrátit beton stlačí. K přenosu síly na beton dochází v důsledku adheze mezi výztuží a betonem a také prostřednictvím speciálních kotevních zařízení umístěných v betonu konstrukce, pokud je adheze nedostatečná.

Ve druhém případě se nejprve vyrobí betonový nebo lehce vyztužený prvek s žlábky nebo drážkami (obr. níže). Když beton dosáhne požadované přenosové pevnosti, do žlábků (drážek) se vloží výztuž, napne se napínacím zařízením opřeným o konec prvku a ukotví. Beton je tedy stlačen. Pro vytvoření adheze mezi výztuží a betonem se do kanálů vstřikuje cementová nebo cemento-písková malta. Pokud se předpjatá výztuž nachází na vnějším povrchu prvku (prstencová výztuž potrubí, nádrží apod.), pak se navíjí za současného stlačení betonu pomocí speciálních navíjecích strojů. Po napnutí výztuže se na povrch prvku nanese stříkaným betonem ochranná vrstva betonu. Napínání výztuže lze provádět mechanickými, elektrotermickými, kombinovanými a fyzikálně-chemickými metodami.

Metody vytváření předpětí

a – napětí na dorazech; b – napětí na betonu; I – napínání výztuže a betonáž prvku; II, IV – hotový prvek; III – prvek při napínání výztuže; 1 – důraz; 2 – zvedák; 3 – kotva

Při mechanickém způsobu se výztuž napíná pomocí hydraulických nebo šroubových zvedáků, navíjecích strojů a dalších mechanismů. U elektrotermické metody se výztuž zahřeje elektrickým proudem na 300-350 °C, vloží do formy a zajistí na dorazy. Během procesu ochlazování se výztuž zkracuje a přijímá předběžná tahová napětí. Kombinovaná metoda napínání kombinuje elektrotepelné a mechanické metody napínací výztuže, prováděné současně. Fyzikálně-chemickou metodou je tahu výztuže dosaženo v důsledku expanze betonu připraveného speciálním tahovým cementem (NC) při jeho hydrotermální úpravě.

Výztuž zapuštěná do betonu brání zvětšování jeho objemu a protahování a v betonu vznikají tlaková napětí. Výztuž se napíná na dorazy mechanickými, elektrotepelnými nebo kombinovanými metodami a na beton – pouze mechanicky.

Hlavní výhodou předpjatých konstrukcí je jejich vysoká odolnost proti trhlinám. Při zatížení předpjatého prvku vnějším zatížením v betonu tahové zóny předem vytvořená tlaková napětí zaniknou a teprve poté vznikají tahová napětí. Čím vyšší je pevnost betonu a oceli, tím větší je předtlak, který lze v prvku vytvořit.

Použití vysokopevnostních materiálů umožňuje snížit spotřebu výztuže o 30-70% oproti nepředpjatému železobetonu. Sníží se také spotřeba betonu a hmotnost konstrukce. Vysoká odolnost předpjatých konstrukcí navíc zvyšuje jejich tuhost, voděodolnost, mrazuvzdornost, odolnost proti dynamickému zatížení a životnost.

Mezi nevýhody předpjatého železobetonu patří skutečnost, že proces vyžaduje značnou pracnost při výrobě konstrukcí. Kromě toho je potřeba používat speciální vybavení a vysoce kvalifikované pracovníky.

Napěťově-deformační stavy předpjatých prvků po vzniku trhlin v betonu tahové zóny jsou obdobné jako u prvků bez předpětí.

Železobetonové konstrukce se v moderním stavebnictví rozšířily. Ale oproti jiným stavebním materiálům mají nejen řadu výhod, ale také některé nevýhody. V oblasti, kde je umístěna nepředpínací výztuž, dochází k takovým deformacím, že beton již neposkytuje požadovanou odolnost proti trhlinám. V této situaci je nutné vytvořit tlaková napětí. Efektivním řešením tohoto problému je použití vysokopevnostní předpjaté výztuže.

• Předpjatý beton
• Kotvy zemní
• Spoj výztuže
• Seismická izolace
• Posuv mostu
• Metoda těžkého zvedání
• Kabelové systémy

Konzultace

Oblasti použití předpjatého betonu:
Jaderné elektrárny
Mostní konstrukce
Sportovní zařízení
Nádrže, sila

předpjatého betonu

Pro stavbu konstrukcí určených pro velké zatížení, stejně jako při vytváření velkých rozpětí, se často používají železobetonové prvky velkého průřezu. Toto řešení není optimální:

Zvyšuje se spotřeba výztuže a betonu;
Vlastní hmotnost konstrukce se výrazně zvyšuje;
Vyžaduje se složitější konstrukční a inženýrská řešení.

Implementace takového řešení v konečném důsledku znamená zvýšení nákladů a prodloužení doby výstavby. To je účel použití této technologie.

Existuje další, optimálnější řešení, které vám umožňuje opustit taková opatření. A tím je předpínání železobetonových konstrukcí.

Pro vytváření konstrukcí z předpjatého betonu se používají dvě hlavní metody – tah na beton a tah na dorazy.

Na beton

Podstatou této metody je instalace speciálních formovačů kanálů, uvnitř kterých jsou umístěny výztužné prameny. Instalace se provádí během procesu zpevňování konstrukce. Po zabetonování a získání dostatečné pevnosti betonu se jeden konec nosníku zafixuje v pasivní kotvě a druhý se napne hydraulickým zvedákem a následně klínovými svorkami v aktivní kotvě. Výztužné prameny, které se snaží vrátit do původního stavu, stlačují železobetonovou konstrukci – tak se vytváří zpětný ohyb.

Na zastávkách

Podstata této metody je jiná – je založena na průchodu výztužného nosníku nejen bedněním vyráběného železobetonového prvku, ale i mimo tuhou krabicovou konstrukci, často nazývanou stojan. Na jednom konci stojanu jsou prameny upevněny v tzv. slepé kotvě.

Napínání výztužných pramenů se provádí pomocí zvedáku. Na konci tohoto procesu je konec zajištěn v aktivní kotvě. Beton se poté umístí do bednění a následuje údržba. Poté, co beton získá přenosovou pevnost, jsou prameny mezi koncem bednění a stojanem odříznuty.

Ořezávání se provádí symetricky podél jednotlivých drátů svazku. Nosník, zbavený svého tuhého upevnění, má tendenci se zkracovat, ale přítomnost vnitřních kotev mu neumožňuje definitivní návrat do původního stavu, což umožňuje stlačení železobetonové konstrukce a vytvoření zpětného ohybu.

Výhody předpínacího betonu

Zkušenosti s výstavbou předpjatých železobetonových konstrukcí ukazují, že použití této technologie má mnoho výhod – umožňuje:

výrazně zkrátit dobu výstavby konstrukce;
snížit průřez konstrukcí a v důsledku toho snížit spotřebu materiálu;

snížit vlastní hmotnost konstrukce, která je kritická při práci při dynamickém zatížení;

vzpřímené konstrukce s velkými rozpětími;
zvýšit odolnost proti trhlinám.

Oblasti použití technologie přímo souvisí s jejími specifiky. Nejlépe se ukazuje v následujících projektech: