Loading AI tools
Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Konstrukcja sprężona – konstrukcja żelbetowa, w której w sposób celowy i kontrolowany wprowadza się siły wewnętrzne przeciwdziałające efektom takim jak odkształcenia i rysy, wywoływanym przez obciążenia zewnętrzne[1].
Za początek stosowania konstrukcji sprężonych uważa się próby sprężania wykonywane przez Jacksona w Stanach Zjednoczonych i Döhringa w Europie w 1888 r. Próbowano w ten sposób wyeliminować wady żelbetu, zwłaszcza jego małą odporność na zarysowanie. Przez następne 40 lat nie udało się zastosować sprężenia na skalę techniczną głównie z powodu stosowania niewłaściwych materiałów oraz dużych strat sprężenia spowodowanych odkształceniami betonu i relaksacją stali. Dopiero od 1930 roku, dzięki pracom Eugéne Freyssineta oraz postępowi w dziedzinie technologii betonu i stali m.in. użycia stali o wysokiej wytrzymałości w cięgnach sprężających uzyskano zadowalające wyniki zastosowania konstrukcji sprężonych. Rzeczywisty rozwój tej technologii nastąpił po II wojnie światowej, kiedy oprócz gwałtownego postępu w technice, zaistniała potrzeba odbudowy zniszczonych obiektów przy jednoczesnym deficycie materiałów budowlanych. W 1952 r. powstało Międzynarodowe Stowarzyszenie Konstrukcji Sprężonych, od 1988 r. będące częścią Międzynarodowego Stowarzyszenia Betonu Konstrukcyjnego. W Polsce konstrukcje sprężone wprowadzono na początku lat 50, niedługo potem stosowano je na masową skalę w postaci prefabrykatów – dźwigarów, płyt dachowych i stropowych czy podkładów kolejowych[1][2]. Za pierwszy most sprężony w Polsce uważa się zbudowany w 1953 roku most płytowy w Końskich o rozpiętości 12,6 m zaprojektowany przez T. Kluza[3].
| Cecha | Żelbet | Strunobeton | Kablobeton |
|---|---|---|---|
| Naciąg cięgien | – | przed zabetonowaniem | po zabetonowaniu |
| Zakotwienie | – | przez przyczepność | dociskowe, kotwy |
| Trasa cięgien | – | prosta lub łamana | zakrzywiona, kable umieszczane w strefach naprężeń rozciągających |
| Miejsce wytwarzania | plac budowy, wytwórnia prefabrykatów | wytwórnia prefabrykatów | plac budowy, wytwórnia prefabrykatów |
| Wytrzymałość betonu na ściskanie | 15–60 MPa w zależności od sposobu wykonania | 60–100 MPa | 37–45 MPa |
| Rodzaj stali | niskowęglowa | wysokowęglowa lub stopowa | |
| Charakterystyczna granica plastyczności stali | 190–500 MPa | 800–1860 MPa | 800–1860 MPa |
| Maksymalna rozpiętość belek | do ok. 20 m | do ok. 42,5 m, ograniczone sposobem transportu | do ok. 300 m, z reguły ponad 12 m |
| Ognioodporność | bardzo dobra | dobra | |
| Zarysowania | niemal nieuniknione | ograniczone lub brak | |
| Szczelność | ograniczona | całkowita | |
| Zastosowanie | uniwersalny materiał budowlany | płyty pełne lub otworowe, stropowe lub dachowe, podkłady kolejowe, słupy trakcyjne | mosty belkowe lub ramowe, zbiorniki, dźwigary dachowe, obudowy reaktorów, ściany oporowe i zapory wodne |
Metoda torów naciągowych – służy do masowej produkcji elementów strunobetonowych. Tory to konstrukcje trwale połączone z podłożem. Składają się z masywnych bloków oporowych rozdzielonych płytą żelbetową. Długość torów waha się od 30 do 250 m, a ich siła naciągowa zawiera się w granicach od 250 do 10 000 kN. Produkcja elementów zaczyna się od umieszczenia i rozciągnięcia drutów na blokach oporowych. Następnie na całej długości toru układa się formy, w których umieszcza się ewentualne dodatkowe zbrojenie, a następnie układa i zagęszcza mieszankę betonową. W celu przyspieszenia wiązania mieszanki stosowane są różne zabiegi. Następnie zwalnia się naciąg, rozformowuje elementy i obcina wystające cięgna[2].
Metoda form sztywnych – formy sztywne pełnią rolę formy elementów, jednocześnie przenosząc siły naciągu. Mogą być trwale połączone z podłożem lub częściej przenośne lub przesuwne[2].
Urządzenia naciągowe – stosowane przy sprężaniu elementów kablobetonowych. Urządzenia składają się z pras hydraulicznych oraz uchwytów cięgien. Istnieje wiele sposobów montażu oraz rodzajów kotwień w zależności od użytego rozwiązania. Siły naciągu pras zawierają się w przedziale od 70 do 180 kN. Po zakończeniu sprężania konieczne jest wypełnienie kanałów kablowych zawiesiną cementową (tzw. iniekcja) w celu ochrony kabla przed korozją[2].
Od betonu wymaga się następujących właściwości:
W konstrukcjach sprężonych stal występuje jako tradycyjne zbrojenie, jak i elementy sprężające. Własności stali przeznaczonej na zbrojenie są identyczne jak w żelbecie, natomiast od stali sprężającej wymaga się:
W elementach strunobetonowych kotwienie cięgien jest zapewnione dzięki przyczepności na powierzchni styku z betonem. Charakterystyczną cechą jest występowanie pełnego sprężenia w pewnej odległości od początku elementu nazywanej długością zakotwienia. Na długości tej naprężenia zmieniają się od zera do wartości maksymalnej występującej w dalszej części przekroju. Jest to spowodowane zmniejszaniem się średnicy prętów wraz z ich wydłużaniem. Po zwolnieniu cięgno dąży do zwiększenia swojej średnicy do wartości początkowej, przez co na długości zakotwienia przyjmuje kształt klina co korzystnie wpływa na współpracę betonu i stali. Na długość zakotwienia istotnie wpływa sposób zwolnienia napiętego cięgna, przy nagłym zwolnieniu (np. przez przecięcie pręta) długość ta może wzrosnąć dwukrotnie, spowodowane jest to uszkodzeniem warstwy betonu bezpośrednio przylegającej do cięgna. Siłę przyłożoną do stali należy zmniejszać powoli i równomiernie, jednocześnie we wszystkich wiązkach występujących w elemencie. W przypadku kablobetonu współpraca betonu i stali zależy od elementów kotwiących przekazujących naprężenia ze stali na beton[2].
W ogólnym przypadku projektowanie elementu sprężonego różni się od projektowania tradycyjnego elementu żelbetowego koniecznością wyznaczenia siły sprężającej tak, żeby wyeliminować naprężenia rozciągające z przekroju. Siła sprężająca powinna być odpowiednio zmniejszona o występujące w elemencie straty:
Siły sprężające nie mogą spowodować zniszczenia betonu[1].
Podstawowym błędem prowadzącym bezpośrednio do katastrofy konstrukcji jest brak odpowiedniego zabezpieczenia stali przed korozją. Niewłaściwe otulenie cięgien, nieszczelność powierzchni betonu lub usterki lokalne (odpryski, rysy) mogą spowodować przedostanie się związków chemicznych przyspieszających korozję do cięgien. Budowle, w których na skutek korozji stalowe elementy utraciły zdolność przenoszenia naprężeń niespodziewanie waliły się bez uprzednich oznak uszkodzenia. Przykładem tego rodzaju katastrofy była awaria mostu Ynys-y-Gwas w południowo-zachodniej Walii[6].
Poza opisanymi zastosowaniami sprężenia w nowoprojektowanych konstrukcjach żelbetowych, możliwe jest wykorzystanie sprężenia zewnętrznego do wzmocnienia istniejących konstrukcji podczas ich napraw lub modernizacji. Są to tzw. czynne (lub aktywne) metody wzmocnienia konstrukcji[8]. Najczęściej stosowane są następujące metody:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
