Rodzaje cięgien stosowane

w kablobetonie i

strunobetonie

W strunobetonie stosowane są:
a)

Druty gładkie od ф1 do ф3,5 ze stali ciągnionej na zimno

b)

Druty do ф5 ze stali węglowej profilowane, nagniatane lub falowane

c)

Pręty profilowane ze stali stopowych o przekroju owalnym,
żebrowane, skręcane i inne.

d)

Sploty obejmujące 2, 3, 7 lub 19 drutów ф2,5 do ф5 ze stali
węglowej, ciągnionej na zimno.

Aktualnie stosowane są druty ф2,5 oraz sploty 2 ф2,5; 7 ф2,5; 7

ф5; 19 ф2,5

wyłącznie ze stali wysokowęglowej ciągnionej na zimno.

W kablobetonie stosowane są:
a)

Druty gładkie od ф5 do ф8 ze stali wysokowęglowych w wiązkach
lub rzadziej – pojedynczo

b)

Sploty lub liny rożnych średnic ze stali wysokowęglowej,

c)

Pręty od ф10 do ф40 ze stali stopowych

Rys. 2.20 przedstawia przekroje splotów. Środkowy drut splotu jest o nieco

powiększonej średnicy. Ma to na celu swobodne rozmieszczenie drutów
wokół drutu rdzeniowego, a ewentualne drobne szczeliny zapewniają
penetrację zaczynów cementowych. Daje to podwójną korzyść –
zabezpieczenie przeciwkorozyjne i zwiększoną przyczepność cięgien.

Dla realizacji dużych sił stosowane są ostatnio kable liniowe złożone ze

splotów. Krajowym przykładem takiego cięgna, opracowanego dla
realizacji mostowych, jest kabel typu 7 x 7 ф5 o nośności rzędu 140 T
przy średnicy cięgna 52 mm.

Dobór rodzaju i ilości cięgien

Powszechnie stosowane typy kabli i zakotwień :

a) Kabel Freyssineta – to cięgno wielożyłowe, koncentryczne, z

zakotwieniem blokującym typu stożkowego. Obecnie stosuje się
stalową płytę bloku kotwiącego i poprzecznie nacinany stożek.
Zakotwienia żelbetowe były z reguły zabetonowywane w
elemencie. Obecnie zakotwienia stalowe stosowane są jako
zewnętrzne. Zakotwienie polega na wtłaczaniu stożka między
naciągnięte druty. Pełne zakotwienie zachodzi po zwolnieniu
naciągu, kiedy to wsteczny wślizg stożka z drutami ostatecznie
zaklinowuje kabel.
Najnowsze modyfikacje kabli opracowane w Polsce polegają na
zastosowaniu dwuwarstwowego układu drutów
w liczbie 24 do 48 ϕ5 lub ϕ7.
Celem tych modyfikacji jest
uzyskanie większej nośności przy

niewiele większych wymiarach

zakotwień.

System Freyssineta

Rys. 3.23. Przekrój kabla dwuwarstwowego 24 ϕ5

System Freyssineta

Powszechnie stosowane typy kabli i zakotwień :

b) Kabel BBR – jest to kabel wielożyłowy, koncentryczny z

zakotwieniem głowicowym. Podstawową cechą kabla jest
zamocowanie pojedynczych drutów w płytach stalowych przez
plastyczne odkucie główek, analogicznie do odkuwek nitów. W
jednej płycie kotwi się od kilku do ponad 50 drutów ϕ5 do 8 mm,
dzięki czemu uzyskuje się cięgna o nośności 20 – 200 T.

Rys. 3.27.

Zakotwienia
systemu BBRV

System BBRV

Dobór kabli sprężających (przykład

liczbowy)

Dane do zadania:
Beton B40

- siła sprężająca
- siła zrywająca linę wg katalogu Freyssineta

- charakterystyczna wytrzymałość betonu na ściskanie

Wymagana ilość kabli:

Przyjęto 5 kabli Freyssineta (55 splotów o średnicy 15,7 mm klasy I 860)
Pole powierzchni przekroju kabli -

kN

P

40000

0



kN

P

vk

15345



MPa

f

R

ck

bk

30





2

1

5

,

412

50

,

82

5

cm

A

p







vk

o

P

P

n





55

,

0

74

,

4

15345

55

,

0

40000







n

Stany graniczne nośności – moment

niszczący

Zginany przekrój sprężony może ulec zniszczeniu wskutek :

a) Zerwania lub nadmiernego odkształcenia stali sprężającej
• Gdy nośność stali sprężającej jest niższa niż nośność betonu strefy

rozciąganej i z chwilą zarysowania następuje zarysowanie stali.

• Gdy stal sprężająca zostaje zerwana po zarysowaniu, ale przed

wyczerpaniem nośności ściskanej strefy betonu.

• Gdy wskutek znacznych odkształceń stali sprężającej następuje

zwężenie strefy ściskanej betonu w takim stopniu, że nie jest ona
w stanie przenieść sil ściskających i beton ulega zmiażdżeniu.

b) Zmiażdżenia betonu w strefie ściskanej przed wyczerpaniem

nośności stali sprężającej

• Po zarysowaniu betonu.
• Przed zarysowaniem, gdy w skutek bardzo niskiego położenia osi

ciężkości naprężenia ściskające narastają znacznie szybciej od
rozciągających.

Stany graniczne nośności – moment

niszczący

Warunki bezpieczeństwa wg PN-91 S-10042

Sprawdzenie na nośność graniczną wywołaną wyczerpaniem nośności

strefy

rozciąganej przy zginaniu.

Moment niszczący odpowiadający wyczerpaniu nośności strefy

rozciąganej przekroju elementu sprężonego poddanego zginaniu
powinien względem maksymalnego momentu charakterystycznego
(wywołanego obciążeniami charakterystycznymi) spełniać następujący
warunek :

M

k

– moment charakterystyczny

s

2

– globalny współczynnik bezpieczeństwa ze względu na wyczerpanie

nośności w strefie rozciąganej elementu sprężonego obciążonego

momentem

zginającym

k

p

R

M

s

M





2

,

Stany graniczne nośności – moment

niszczący

Sprawdzenie na nośność graniczną wywołaną wyczerpaniem

wytrzymałości betonu na ściskanie

 
Moment niszczący odpowiadający zmiażdżeniu betonu w strefie

ściskanej pod

wpływem obciążenia momentem zginającym powinien względem

momentu charakterystycznego, czyli wywołanego obciążeniami
charakterystycznymi spełniać warunek:

M

k

– moment charakterystyczny

s

3

– globalny współczynnik bezpieczeństwa ze względu na

wyczerpanie nośności w strefie ściskanej betonu przy obciążeniu
momentem zginającym

k

c

R

M

s

M





3

,

Stany graniczne nośności – warunek

bezpieczeństwa

Jako moment niszczący należy przyjąć wartość mniejszą spośród

wartości

i .

Charakterystyczne momenty niszczące powinny spełniać następujące

warunki:

 - dla układu obciążeń podstawowych

- dla układu wyjątkowego

p

R

M

,

c

R

M

,

k

p

R

M

M



 0

,

2

,

k

c

R

M

M



 4

,

2

,

k

p

R

M

M



 8

,

1

,

k

c

R

M

M



 1

,

2

,

Moment niszczący

Z warunku równowagi sił w przekroju otrzymuje się :

A )

dla przypadku zniszczenia ze względu na stal :

h – całkowita wysokość przekroju
a

p

– odległość środka ciężkości stali sprężającej od skrajnych

rozciąganych włókien przekroju

x

0

– połowa wysokości strefy ściskanej

c – współczynnik charakteryzujący przyczepność cięgien

sprężających do betonu , (kablobeton c=0,9)
1,0 – przyczepność gwarantowana w strunobetonie
0,85 - 0,9 - pełna współodkształcalność stali i betonu nie jest
pewna

)

(

1

,

o

p

p

pk

p

R

x

a

h

A

f

c

M













2

279

2790

5

,

1

1860

5

,

1

cm

kN

p

pk

MPa

f

f













Moment niszczący

Pole strefy ściskanej:

Moment niszczący:

lim

,

lim

,

lim

,

0

2

80

,

74

187

40

,

0

187

33

220

40

,

0

61

,

25

23

,

51

5

,

0

5

,

0

23

,

51

674

25

,

34526

674

25

,

34526

5

,

412

279

90

,

0

0

,

3

1

1

ef

ef

p

ef

ef

cc

ef

pl

pk

ck

cc

x

x

cm

x

cm

a

h

d

d

x

x

cm

x

x

cm

b

A

x

cm

b

cm

A

f

c

f

A





























































kNm

kNcm

M

p

R

74

,

167165

46

,

16716574

)

6

,

25

33

220

(

5

,

412

279

90

,

0

,

















Warunek bezpieczeństwa

Moment niszczący M

R,p

odpowiadający wyczerpaniu nośności

strefy rozciąganej elementu sprężonego poddanego zginaniu
powinien względem maksymalnego momentu
charakterystycznego (wywołanego obciążeniami
charakterystycznymi) spełniać następujący warunek:

s

2

– globalny współczynnik bezpieczeństwa ze względu na

wyczerpanie nośności w strefie rozciąganej (s

2

= 2,0)

M

k

– moment charakterystyczny

k

p

R

M

s

M





2

,

kNm

kNm

00

,

86278

74

,

167165

00

,

43139

0

,

2

74

,

167165







Moment niszczący

B )

dla przypadku zniszczenia ze względu na beton :

S

c

– moment statyczny ściskanej strefy betonu względem środka

ciężkości rozciąganej stali sprężającej.

Względna wysokość umownej strefy ściskanej x nie może

przekraczać wartości granicznych równych:

- dla betonów klas B30, B35 x ≤ 0,45h

1

,

- dla betonów klas B40, B50 B60 x ≤ 0,40h

1

.

c

ck

c

R

S

f

M





,

cm

d

x

ef

8

,

74

187

40

,

0

40

,

0

lim

,











Moment niszczący

Moment niszczący:

3

44

,

6014479

)

4

,

17

112

(

337

8

,

34

)

112

8

,

54

(

674

40

cm

S

c



















kNm

kNcm

M

c

R

38

,

180434

32

,

18043438

44

,

6014479

0

,

3

,









Warunek bezpieczeństwa

Warunek bezpieczeństwa ze względu na beton:

s

3

– globalny współczynnik bezpieczeństwa ze względu na

wyczerpanie nośności w ściskanej betonu (s

3

= 2,4)

k

p

R

M

s

M





3

,

kNm

kNm

6

,

103533

38

,

180434

00

,

43139

4

,

2

38

,

180434







Rodzaje strat sił sprężających w

elementach strunobetonowych

Należy uwzględniać następujące straty doraźne sił sprężających w

elementach

strunobetonowych spowodowane:
a) sprężystym odkształceniem betonu w chwili zwolnienia cięgien ΔP

bv

,

b) tarciem przy łamanych trasach cięgien ΔP

t

,

c) poślizgami cięgien w urządzeniach kotwiących ΔP

p

,

d) odkształceniami elementów oporowych ΔP

F

,

e) różnicą temperatur w cięgnach i urządzeniach oporowych ΔP

T

,

oraz straty reologiczne wywołane:
f) skurczem i pełzaniem betonu ΔP

v0

,

g) relaksacją stali sprężającej w cięgnach ΔP

r

.

Jeśli istnieją udokumentowane dane dotyczące strat w urządzeniach

kotwiących wg poz. c), należy je wprowadzić do obliczeń. Należy dążyć do
ograniczenia lub eliminacji strat przez odpowiednie zwiększenie
początkowego naciągu.

W przypadku naciągu grupowego zaleca się chwilowe przeciąganie cięgien w

celu

zmniejszenia strat wymienionych w poz. b) i g).

Rodzaje strat sił sprężających w

elementach kablobetonowych

W cięgnach sprężających elementy kablobetonowe należy uwzględniać

następujące straty sił sprężających spowodowane:

a) tarciem kabli w osłonie ΔP

tk

,

b) sprężystym odkształceniem betonu przy naciągu kabli ΔP

bvk

,

c) poślizgiem cięgien w urządzeniach kotwiących ΔP

pk

,

oraz straty reologiczne wywołane:

d) skurczem i pełzaniem betonu ΔP

v0

,

e) relaksacją stali sprężającej w cięgnach ΔP

r

.

Należy dążyć do ograniczenia lub eliminowania wszystkich strat przez

odpowiednie

zwiększenie początkowego naciągu kabli, zaś ograniczenia strat

wywołanych wpływami wg poz. a), b), c) i e) przez chwilowe dodatkowe
przeciążenie kabli ponad poziom siły

początkowej.