background image

KONSTRUKCJE Z BETONU SPRĘŻONEGO

Na podstawie:

Stefan Pyrak, Konstrukcje z betonu, WSiP, Warszawa 2001

Krzysztof Dyduch Wit Derkowski
ZAGADNIENIA TECHNOLOGICZNE I MATERIAŁOWE W KONSTRUKCJACH SPRĘŻONYCH, XVII 
OGÓLNOPOLSKA KONFERENCJA WARSZTAT PRACY PROJEKTANTA KONSTRUKCJI
Ustroń, 20 ÷ 23 lutego 2002 r.

background image

Wiadomości podstawowe

Konstrukcje z betonu, w których w wyniku 

Celowego wprowadzenia trwałych sił 

sprężających

spowodowano wystąpienie stanu naprężenia

przeciwnego do powstającego od działania 

obciążeń

 

określa się jako  

konstrukcje z betonu 

sprężonego

Sprężenie umożliwia wyeliminowanie naprężeń
rozciągających w betonie
 i dzięki temu 
chroni go przed wystąpieniem zarysowań.

background image

Wiadomości podstawowe

Elementy konstrukcyjne spręża się zazwyczaj
Różnego rodzaju cięgnami, najczęściej ze stali
o wysokiej wytrzymałości. 

Cięgna naciąga się odpowiednią 

siłą sprężającą

.

Siła ta jednak zmniejsza się wskutek tzw. 
strat sprężania — doraźnych i opóźnionych — 
i z upływem czasu osiąga wartość, którą 
traktuje się jako 

trwałą siłę sprężającą

.

background image

ZASADA PRACY ELEMENTÓW SPRĘŻONYCH 

Belka swobodnie podparta i wykresy naprężeń normalnych:

a) sprężenie siłą P
b) sprężenie siłą P i obciążenie siłami zewnętrznymi

background image

ZASADA PRACY ELEMENTÓW SPRĘŻONYCH

Jeśli np. prostokątną w przekroju 
belkę swobodnie podpartą, przed jej 
obciążeniem zewnętrznym, sprężyć 
siłą 

= 0,5b • h • σ 

przyłożoną w 1/3 wysokości, tj. w 
skrajnym dolnym punkcie rdzenia 
przekroju, 
to siła ta spowoduje w przekrojach 
belki wystąpienie naprężeń 
normalnych ściskających o wykresie 
trójkątnym jak na rysunku a
).

background image

ZASADA PRACY ELEMENTÓW SPRĘŻONYCH

Następnie rozpatrywaną belkę można 
poddać działaniu obciążenia zewnętrznego,
które w przekroju o największym 

momencie 

zginającym 

spowoduje wystąpienie 

naprężeń

normalnych o wykresie liniowym

 — w 

górnej

 strefie przekroju ściskających, a w strefie
dolnej rozciągających (rys. b)
.

background image

ZASADA PRACY ELEMENTÓW SPRĘŻONYCH

Naprężenia te zsumują się z naprężeniami 
od sprężenia siłą P

W wyniku otrzymuje się w całym przekroju 
naprężenia ściskające o wykresie 
trójkątnym.

Z wykresu tego wynika, że dzięki 
sprężeniu wyeliminowano naprężenia 
rozciągające w przekrojach belki, co 
jednocześnie chroni ją przed 
zarysowaniem.

 

Jest to istotna zaleta konstrukcji z betonu 
sprężonego.

background image

ZASADA PRACY ELEMENTÓW SPRĘŻONYCH

Rolę zbrojenia sprężającego (cięgien 
sprężających) określa się jako aktywną, 
sprężenie powoduje wystąpienie 
naprężeń w przekrojach elementu przed 
poddaniem go działaniu obciążenia 
zewnętrznego.

W zależności od sposobu przekazywania 
siły sprężającej z cięgien na beton 
rozróżnia się zasadniczo dwa rodzaje 
konstrukcji z betonu sprężonego: 

strunobeton i kablobeton

.

background image

STRUNOBETON

KOLEJNOŚĆ CZYNNOŚCI PODCZAS SPRĘŻANIA :

1.  Cięgna sprężające ułożone miedzy 

nieprzesuwnymi blokami oporowymi 
napina się 
i kotwi za pomocą uchwytów 
opartych o te bloki,

background image

STRUNOBETON

2.  Formę elementu, przez którą przebiegają 

cięgna, wypełnia się mieszanką betonową i 
mieszankę tę zagęszcza się za pomocą 
wibrowania.

background image

STRUNOBETON

3. Po stwardnieniu mieszanki i osiągnięciu 

przez beton odpowiedniej wytrzymałości 
zwalania się naciąg — napięte i 
połączone dzięki przyczepności 
(zespoleniu) z betonem cięgna dążą do 
skrócenia się i ściskają element.

Elementy strunobetonowe są wykonywane 
wyłącznie w wytwórniach jako 

prefabrykowane.

background image

ELEMENTY KABLOBETONOWE

Sprężanie elementu kablobetonowego.

background image

ELEMENTY KABLOBETONOWE 

W formie 

elementu kablobetonowego

 

układa się zbrojenie ze zwykłej stali 
zbrojeniowej oraz elementy formujących 
kanały kablowe. Następnie formę wypełnia 
się mieszanką betonową, którą zagęszcza 
się za pomocą wibrowania. 

Gdy beton osiągnie odpowiednią 
wytrzymałość, przez uformowane w 
betonowym elemencie podłużne kanały 
kablowe przeciąga się cięgna sprężające, 
kotwi  je w prasach i napina (rys. a) 

background image

ELEMENTY KABLOBETONOWE 

 

SPOSÓB ZAKOTWIENIA KABLA

 

PRZEKRÓJ POPRZECZNY CIĘGNA 
NISKOTARCIOWEGO:

 

1 – osłonka polietylenowa 
zewn.; 
2 – iniekcja cementowa; 
3 – splot; 
4 – smar antykorozyjny; 
5 -osłonka polietylenowa 
wewn.

background image

ELEMENTY KABLOBETONOWE

Zbrojenie sprężające można też ułożyć 
w formie przed zabetonowaniem 
elementu.

Umieszcza się je wtedy w odpowiedniej 
osłonce (najczęściej metalowej), aby nie 
dopuścić do bezpośredniego zetknięcia 
się tego zbrojenia z betonem.

Konstrukcje kablobetonowe wykonuje się 
jako prefabrykowane i monolityczne. 

background image

ELEMENTY KABLOBETONOWE

Istotną cechą tych konstrukcji jest 
możliwość wykonywania na budowie 
elementów z oddzielnych prefabrykatów, 
których styki wypełnia się zaprawą. 

Belka kablobetonowa z oddzielnych prefabrykatów

 

background image

ELEMENTY KABLOBETONOWE

Po naciągnięciu i zakotwieniu cięgien 
kanały 

kablowe wypełnia się 

materiałem, który ma zapewnić 
ochronę cięgien przed korozją.

 

Jeżeli do wypełnienia stosuje się emulsję 
cementową, to zapewnia się również 
wystąpienie sił przyczepności między 
stalą i betonem; otrzymuje się tzw. 
konstrukcje kablobetonowe z 
przyczepnością. 

background image

ELEMENTY KABLOBETONOWE

Gdy ochrona antykorozyjna cięgien jest 
zapewniana za pomocą smarów, 
wosków
 lub smół niezapewniających 
współpracy betonu i stali, wtedy 
uzyskuje się tzw. 

konstrukcje 

kablobetonowe bez przyczepności

.

Konstrukcje, w których cięgna 
sprężające są umieszczone poza 
przekrojem betonowym
 nazywa się 

konstrukcjami kablobetonowymi o 
cięgnach zewnętrznych

.

background image

ELEMENTY KABLOBETONOWE

Uwaga !

Wprowadzona siła sprężająca zmniejsza 
się wskutek oddziaływania różnych 
czynników podczas wykonywania 
elementów oraz 
z upływem czasu. 

Oznacza to, że występują straty siły 
sprężającej, które należy uwzględnić 
w projektowaniu konstrukcji z betonu 
sprężonego. 

background image

Beton i stal w konstrukcjach 

sprężonych 

BETON

W konstrukcjach strunobetonowych należy 
stosować beton co najmniej klasy B37, a w 
konstrukcjach kablobetonowych — co 
najmniej klasy B30
. Oprócz dużej 
wytrzymałości beton powinien charakteryzować 
się dużym współczynnikiem sprężystości, bardzo 
dobrą przyczepnością do stali (szczególnie w 
strunobetonie) oraz szczelnością. 
Wymaga to m.in. zastosowania właściwego 
cementu i kruszywa, starannego zagęszczenia 
mieszanki betonowej oraz odpowiedniego 
pielęgnowania betonu podczas jego dojrzewania.

background image

Beton i stal w konstrukcjach 

sprężonych

Do sprężania konstrukcji należy stosować 
cięgna sprężające ze stali wysokiej 
wytrzymałości. Wysoką wytrzymałość stali 
sprężającej uzyskuje się przez zastoso wanie 
przeróbki plastycznej (przeciągania na 
zimno) i obróbki cieplnej (hartowania). 

Stali sprężającej nie można spawać i 
zgrzewać

.

Cięgna sprężające mogą stanowić 
pojedyncze druty lub wykonane z nich — 
skręcone mechanicznie — sploty. 

background image

.

Wykresy zależności σ—ε  dla stali 

sprężającej i zbrojeniowej.

 

Za górną granicę wytrzymałości stali 
sprężającej przyjmuje się 2200 MPa.

background image

Układy cięgien w elementach 

STRUNOBETONOWYCH 

background image

Układy cięgien w elementach 

KABLOBETONOWYCH 

Klasa ekspozycji                        X0          XC1         XC2 i XC3        XC4        XD1 ÷ XD3      
XS1 ÷ XS3
Minimalne grubości otule-          10            20                30                 35                 50             
      50
nią cięgien stalowych [mm]

background image

Układy cięgien w elementach 

KABLOBETONOWYCH 

background image

Układy cięgien w elementach 

KABLOBETONOWYCH 

STABILIZACJA KABLI SPRĘŻAJĄCYCH W PRZEKROJU

background image

Cięgna w elementach KABLOBETONOWYCH

 

SPOSOBY KOTWIENIA KABLI SPRĘŻAJĄCYCH

 

background image

WŁAŚCIWOŚCI BETONU 

SPRĘŻONEGO. 

1. Beton w całym przekroju pracuje na 

ściskanie

a wiec jego podstawowa 

zaleta — duża wytrzymałość na ściskanie 

— może być w pełni wykorzystana.

2. Do sprężenia należy stosować 

stal o 

wysokiej wytrzymałości

gdyż straty 

sprężania związane z odkształceniami 

technologicznymi betonu występującymi z 

upływem czasu wynoszą 250 ÷ 350 MPa. 

W tej sytuacji stosowanie stali zwykłej 

(mającej wytrzymałość około 7-krotnie 

mniejszą niż stal sprężająca) byłoby 

nieefektywne. 

background image

WŁAŚCIWOŚCI BETONU 

SPRĘŻONEGO

3. Sprężenie powoduje wystąpienie naprężeń 

przeciwnych do naprężeń od obciążeń, a 
także 

przeciwnych odkształceń 

(ugięć).

 Wpływa zatem na 

zmniejszenie 

ugięć elementu

co jest dodatkową 

zaletą konstrukcji z betonu sprężonego. 
Dzięki temu elementy tych konstrukcji 
mogą mieć duże rozpiętości, 
konkurencyjność dla konstrukcji stalowych. 

background image

WŁAŚCIWOŚCI BETONU 

SPRĘŻONEGO

4. Elementy z betonu sprężonego mogą mieć 

mniejsze wymiary przekroju poprzecznego 
niż odpowiednie elementy żelbetowe, a 
tym samym być od nich lżejsze.

5. Konstrukcje z betonu sprężonego 

charakteryzują się dużą 
pracochłonnością wykonania. 

6. Do sprężania niezbędne są specjalne, 

skomplikowane urządzenia i odpowiedni 
sprzęt.

 

background image

ZASTOSOWANIE

 KONSTRUKCJI 

SPRĘŻONYCH

Konstrukcje z betonu sprężonego znalazły 

zastosowanie we wszystkich rodzajach 

budownictwa, zwłaszcza w budownictwie 

przemysłowym i inżynierskim. 
Wśród najczęściej stosowanych 

elementów

 z betonu sprężonego można 

wymienić: 

dźwigary 

    płyty dachowe, 

płyty stropowe, 

   belki podsuwnicowe, 

słupy elektroenergetyczne, 

podkłady kolejowe. 

background image

ZASTOSOWANIE

 KONSTRUKCJI 

SPRĘŻONYCH

Wśród wykonywanych 

konstrukcji

  z 

betonu sprężonego wymienić można: 

1. mosty, 
2. zbiorniki, 
3. wieże telewizyjne, 
4. obudowy bezpieczeństwa 

reaktorów jądrowych   i inne


Document Outline