Напряженно армированный железобетон (леонард)



Скачать книгу бесплатно!

0.6494  

...подождите пожалуйста, добавляется отзыв...


--------------- page: ; remove-txt -----------

--------------- page: 2 -----------
5РАЫЫВЕТ0Ы

РОК 01Е РКАХ13
Уоп
Ог.-1п§. Ргйг ЬеопЬапЙ
Вега1епс1ег 1п§ешеиг УВ1.,

УБ1., ОА1., М. А5СЕ

8{ий§аг1
ВЕКЬШ 1955
--------------- page: 3 -----------
Ф. ЛЕОНГАРДТ
НАПРЯЖЕННО АРМИРОВАННЫЙ

ЖЕЛЕЗОБЕТОН

И ЕГО ПРАКТИЧЕСКОЕ

ПРИМЕНЕНИЕ
Перевод с немецкого

д-ра техн. наук В. К- Житомирского
Под редакцией и с предисловием

канд. техн. наук Г. И. Бердичевского
Сканирование — студентОбЗ

Обработка — Аглшо
ИШ.ги
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И АРХИТЕКТУРЕ
Москва 1957 г.
--------------- page: 4 -----------
Книга представляет собой перевод с немецкого

монографии, посвященной практике проектирования

и возведения конструкций и сооружений из напряженно армированного железобетона.
В книге рассмотрены следующие основные вопросы: материалы для предварительно напряженного

железобетона, анкерные и натяжные устройства, специальное оборудование различных типов, данные о

потерях напряжений и их учете, принципы конструирования напряженно армированных конструкций и

особенности процессов их возведения или изготовления, методы расчета и подбора сечений, данные об

огнестойкости и др.
Книга предназначена для инженеров-строителей.
--------------- page: 5 -----------
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА К РУССКОМУ ПЕРЕВОДУ
Многочисленные серьезные преимущества напряженно армированного

железобетона обеспечили ему одно из ведущих мест в современном строительстве за рубежом.
Повышение общего технического уровня ряда отраслей строительства,

а также новые плодотворные идеи и направления, характерные, например, для развития железобетонного мостостроения последних лет,

резервуаростроения, покрытий больших пролетов и др., вызваны к жизни

именно широким применением напряженно армированных конструкций в

самых различных областях. Как справедливо отмечается в предисловии

автора настоящей книги, новые предложения и заявки на патенты, связанные с напряженным армированием, образовали в последние годы во

всех странах мира настоящий поток. Такое положение, характерное, между

прочим, в свое время и для начального периода применения обычного железобетона, свидетельствует о непрекращающемся процессе развития этого

нового конструктивного направления.
Вместе с тем можно отметить немало признаков стабилизации современного состояния напряженно армированного железобетона. Закрепился

и получил широкое распространение ряд практически проверенных конструктивных систем и основных технологических приемов; сформулированы специфические требования к бетону и сталям; систематизированы

важнейшие результаты теоретических и опытных исследований; на их

основе во многих странах регламентированы методы проектирования и

расчета напряженно армированных конструкций и изделий.
Известным признаком такой стабилизации является, кроме того, отмечающийся за последние годы выход в свет в ряде стран значительного

количества монографий, в которых обобщается опыт проектирования и возведения конструкций и сооружений из напряженно армированного железобетона и синтезированы материалы исследований.
К числу таких монографий может быть отнесена и настоящая книга

видного немецкого инженера и исследователя Ф. Леонгардта, автора и

строителя ряда оригинальных сооружений из напряженно армированного

железобетона, в том числе нескольких крупных многопролетных мостов

своей системы, тонкостенных большепролетных покрытий и др.
В книге Ф. Леонгардта достаточно полно представлены разнообразные

вопросы, связанные с проектированием и изготовлением современных напряженно армированных конструкций. Например, подробно рассмотрены:

материалы для предварительно напряженного железобетона; практические

данные об усадке и ползучести бетона и об упруго-пластических деформациях сталей; анкерные и натяжные устройства, специальное оборудование

различных типов; потери напряжений и способы борьбы с ними; принципы

конструирования; специфические технологические и производственные

процессы; методы расчета конструкций (в том числе и статически неопределимых) и подбора сечений элементов.
--------------- page: 6 -----------
Более схематично изложены вопросы устойчивости напряженно армированных элементов, их работы под пульсирующей нагрузкой, огнестойкости и т. д.
Помимо такой комплексности содержания, важной особенностью данной монографии является ее практическая направленность, подчеркнутая

и в названии книги. Эта направленность четко выдержана автором в

общем построении книги: вопросы конструкции и технологии, как правило,

предваряют вопросы расчета и теории; наряду с этим книга отличается

ясными формулировками и определениями, конкретными рекомендациями

и указаниями, обилием числовых характеристик и других аналогичных

материалов.
Характерны в этом отношении несколько необычные по форме, но интересные по замыслу так называемые «заповеди», помещенные впереди

текста. Автор попытался сконцентрировать в них главнейшие, по его мнению, специфические требования, которыми следует руководствоваться

инженеру, работающему в области напряженно армированного железобетона.
Важной частью книги являются тщательно разработанные, хорошо

скомпонованные иллюстрации и, в частности, не всегда обычные для нашей технической литературы, подробные пояснения на рисунках и под

ними, облегчающие усвоение текстового материала и практическое использование графиков.
Указанные достоинства книги Ф. Леонгардта наряду с достаточно высоким научным уровнем изложения определяют ее значительный интерес

для наших читателей. Издание ее перевода облегчит советским инженерам

изучение и освоение зарубежного опыта в данной области и его использование при решении важных задач, связанных с осуществляемым в нашей

стране интенсивным развитием напряженно армированного железобетона.
Следует коротко остановиться на некоторых недочетах книги, в которой не все представляется в равной степени ценным и бесспорным. Одним

из серьезных недостатков книги является то, что в ней не отражен значительный опыт проектирования и строительства напряженно армированных

конструкций, накопленный в Советском Союзе, Венгрии, Польше, Югославии, Чехословакии и ряде других стран. Это имеет место во всех главах книги, включая обзорную главу и заключительный исторический

очерк, а также библиографический перечень.
Надлежащее отражение работ, выполненных в данной области в упомянутых странах, особенно механизированных способов изготовления, и,

в частности, разработанного в СССР метода непрерывного армирования

обогатило бы содержание книги и сделало бы ее более полноценной.
Незаслуженно мало внимания уделено автором сборным конструкциям

и изделиям; почти не рассмотрены вопросы их заводского изготовления; не

рассмотрены вопросы стоимости и трудоемкости напряженно армированного железобетона. Отметим, что отражение вопросов экономики находит

в настоящее время должное место в ряде зарубежных изданий по напряженно армированному железобетону1.
Критические замечания могли бы быть высказаны по поводу некоторых

теоретических положений, использованных для учета явлений ползучести,

и особенно по отношению к методам расчета и подбора сечений, довольно

громоздких по построению и спорных по существу. Следует иметь в виду,

что эти методы основываются на зарубежных нормативных требованиях,

отличающихся от принятых в Советском Союзе, и, следовательно, их прак1 См. например, Т. Ы п, Оез1^п о! ргез^геззес! сопсге!е з^пкйигез, Нью-Йорк,

1955, стр, 393—406; Ь, В о и г д 1 п е, ЕхёсиНоп с!и Ьё1оп ргёсоп1гаш1, Париж, 1954,

стр. 95—102 и др.
6
--------------- page: 7 -----------
тическая ценность для нашего читателя невелика; поэтому мы не сочли

целесообразным подробно комментировать эти разделы. Изложение указанных методов и приемов расчета сохранено при переводе без изменений

для наиболее полного ознакомления наших читателей с состоянием этих

вопросов.
В книге имеютсщи другие недостатки. Часть из них отмечена и оговорена в подстрочных" примечаниях, число и объем которых сведены к минимуму; другие, несомненно, будут выявлены и критически оценены взыскательным читателем.
Необходимо отметить, что русский перевод немецкого текста, относящегося к такой далеко не установившейся области строительной техники,

как напряженно армированный железобетон, и его редактирование изобиловали серьезными трудностями, главным образом в вопросах терминологии. В связи с этим могли оказаться неустраненными неточности и шероховатости смыслового и редакционного характера.
Замечания об обнаруженных недостатках, равно как и пожелания о

целесообразных исправлениях, будут приняты с благодарностью и учтены

при дальнейших изданиях.
Г. Я. Бердичевский
--------------- page: 8 -----------
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр
Предисловие редактора к русскому переводу
Из предисловия автора
Десять заповедей инженера по напряженно армированному
железобетону
Условные обозначения
Глава 1. Основные понятия напряженно армированного
железобетона
Глава 2. Материалы
Глава 3. Анкерные устройства и стыки натягиваемой арматуры
Глава 4. Натяжные устройства п осуществление предварительного напряжения
Глава 5. Степени предварительного напряжения . . . 189

Глава б. Значение сцепления арматуры с бетоном . . . 197

Глава 7. Потери при последующем натяжении и способы
борьбы с ними
Глава 8. Нагнетание раствора в каналы для восстановления сцепления
Глава 9. Передача усилий обжатия
Глава 10. Основные принципы конструирования . . . 291

Глава 11. Расчет напряженно армированных несущих конструкций
Глава 12. Расчетное определение влияния усадки и ползучести бетона
Глава 13. Проверка запаса прочности . . . . . • . 434

Глава 14. Вопросы устойчивости напряженно армированных
элементов
Глава 15. Работа напряженно армированных конструкций
под пульсирующей нагрузкой
Глава 16. Некоторые особые области применения предварительного напряжения
Глава 17. Вопросы огнестойкости .
Глава 18. Важнейшие испытания напряженно армированных конструкций до разрушения
Глава 19. Рекомендации по производству работ . . . 553

Гл а в а 20. К истории развития напряженно армированных
железобетонных конструкций ... .
Литература
--------------- page: 9 -----------
Моим высокочтимым учителям

проф. д-ру ОТТО ГРАФУ,

проф. д-ру ЭМИЛЮ МЕРШУ,

проф. д-ру КАРЛУ ШЕХТЕРЛЕ

с благодарностью посвящается
--------------- page: 11 -----------
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ АВТОРА
В этой книге делается попытка на основе долголетней деятельности

автора и накопленного им опыта возведения сооружений из напряженно

армированного железобетона изложить основы проектирования и выполнения таких конструкций. Прежде всего следует ознакомить практиков

проектирования и производственников с этой новой областью строительных конструкций, которая с необычайной быстротой распространилась и

подверглась разработке за последние годы. Автор отдает себе отчет в том,

что эта область все еще продолжает быстро развиваться, но практика настолько ушла вперед от подготовки инженеров и технического персонала,

что все более настоятельно требуется создать возможности для ее систематического изучения. Автор взялся за эту трудную задачу прежде всего

потому, что неоднократно предлагавшаяся им организация специальных

курсов для подготовки инженеров в области напряженно армированного

железобетона, к сожалению, не была осуществлена.
Полное использование высокопрочных материалов в напряженно армированном железобетоне предполагает основательное знание их свойств;

поэтому рассмотрение основных качеств бетона и стали, которые важны

для напряженно армированных конструкций, выполнено достаточно подробно, хотя многое представляет собой повторение того, что можно найти

в общеизвестных учебниках и пособиях для инженеров-строителей. Это

сделано для удобства читателей-инженеров, которые могут возобновить

необходимые им в этой области знания.
Конструктивные и практические вопросы разработаны в книге подробнее, чем вопросы теории, которые изложены без подробностей новейших

научных изысканий, по возможности просто, чтобы их мог понять рядовой

инженер. Книга задумана как практическое пособие для строителя и поэтому ей неуместно блистать трудно постигаемыми теориями.
Возможные способы создания предварительного напряжения рассмотрены не в виде изложения применяемых в данный момент методов; мы

пытались дать обзор основных видов решений проблемы и пояснить их на

примерах обычно применяемых способов. Методы сами находятся в состоянии непрерывного развития; многообразие их со временем исчезнет,

сохранятся лишь немногие, наилучшие решения, а основы — останутся.
Особенности передачи обжатия на бетон рассматриваются в книге тщательно и подробно, так как на практике в этой области встречается больше

всего упущений. Мы намеренно предпослали рассмотрение конструктивных

форм и технологии напряженно армированных конструкций их статическому расчету.
Глава о расчете конструкций не содержит новой статики напряженно

армированного железобетона, так как таковой вообще не существует. В

книге именно показано, что подлежит расчету и к а к следует при этом

использовать общеизвестные приемы статики. Для облегчения некоторых
11
--------------- page: 12 -----------
расчетных приемов приведены таблицы и графики. Краткие примеры расчетов будут вскоре изданы дополнительно.
Главы 14, 15 и 18 еще не доработаны, так как это задержало бы выход

книги в свет; эти главы будут завершены во втором издании, ко времени

которого появятся также и результаты дальнейших опытов или же станут

доступны для опубликования имеющиеся опыты.
Осуществленные конструкции, как правило, не описываются; с ними

следует ознакомиться по многочисленным публикациям. Исключение сделано для особых областей пременения: предварительно напряженных резервуаров, труб, дорожных покрытий и шпал, осуществление которых

частично привело к возникновению особых методов, не описанных в предшествующих' главах.
Особое значение придавалось точности и ясности определений и стандартности обозначений. Автор надеется, что эти обозначения, согласованные с проектом норм БШ 1037 «Стандартные обозначения в инженерностроительном деле», когда-нибудь будут приняты везде.
Количество трудов по напряженно армированному железобетону сильно разрослось. Поэтому в списке литературы указаны не все работы в этой

области, а лишь те, которые использованы в тексте.
Книге предпосланы «Десять заповедей инженера по напряженно армированному железобетону», содержащие наиважнейшие особенности, на

которые специалист, работающий в этой области, должен обращать особенное внимание в отличие от привычных приемов своей практической

деятельности. «Правила по расчету и изготовлению напряженно армированных железобетонных конструкций» — ОВД 4227 (октябрь 1953 г.)

Германского комитета по железобетону — использованы в книге относительно мало, так как они без того должны быть настольной книгой каждого немецкого инженера по предварительно напряженному железобетону.

Кроме того; эти правила будут неоднократно пересматриваться, прежде

чем будут согласованы различные точки зрения на напряженно армированный железобетон, на основе дальнейшего опыта, практики и экспериментов. В данной книге в некоторых случаях защищаются несколько отклоняющиеся от «Правил» взгляды, тщательно обоснованные автором.
' В заключение — несколько замечаний об использованных патентах.
Старейшие патенты по напряженно армированному железобетону насчитывают^ более 70 лет, и срок их давно истек. Но с тех пор не прекращается представление новых заявок на патенты в этой области и в последние годы они образовали настоящий поток, в котором ориентируются

лишь немногие.
Чтобы избежать связанных с патентными делами трудностей, автор

принципиально не приводит в этой книге никаких охранных прав. Каждый, кто работает в данной области, пусть сам ориентируется в положении дела с патентами, сам достает

разрешение на применение защищенных патентами методов или же применяет методы, патентные права на которые истекли.
Лишь в отдельных, исключительных, случаях делались ссылки на патенты, если по упомянутым методам отсутствуют другие сведения в печати.

В остальном следует обращаться к указателю патентов в области напряженно армированного железобетона в известной книге Мёлля [214].
Автор будет весьма благодарен читателям ■ за указания возможных

ошибок в книге или за сообщение каких-либо опытных данных, отличающихся от тех, которыми он располагал, так как новый научный‘Материал

можно лишь таким путем освободить от недостатков субъективного характера.
Штуттгарт^ 1954 г.
Ф. Леонгйрдт
--------------- page: 13 -----------
ДЕСЯТЬ ЗАПОВЕДЕЙ ИНЖЕНЕРА ПО НАПРЯЖЕННО АРМИРОВАННОМУ
ЖЕЛЕЗОБЕТОНУ
При проектировании
1.
где возможно укорочение.
Позаботься о том, чтобы элементы конструкции имели возможность укорачиваться

в направлении действия предварительных сжимающих напряжений!
2.
тральной линии обжимаемого бетонного элемента приводит к появлению боковых составляющих усилий натяжения.
Учитывай все боковые составляющие усилий взаимодействия арматуры и бетона!
3.
тия бетона!
Назначай размеры поперечных сечений элемента, особенно вблизи натягиваемой

арматуры, прежде всего такими, чтобы облегчить условия бетонирования; в противном

случае строитель будет вынужден применять жидкий «кисель», а не жесткую бетонную

смесь, необходимую для получения высокопрочного бетона напряженно армированных

конструкций.
4.
действии постоянной нагрузки и не полагайся на сопротивление бетона растяжению.
5.
рования, особенно на участках непосредственной передачи усилий обжатия на бетоне.
При изготовлении и возведении
6.
обычная арматурная сталь; она чувствительна к ржавчине, надрезам, загибам, высокой

температуре.
Обращайся с ней аккуратно!
Укладывай элементы натягиваемой арматуры с большой точностью, экономно и

так, чтобы они не могли преждевременно сместиться, иначе ты будешь наказан повышенным трением арматуры о бетон при ее последующем натяжении.
7.
рошее уплотнение и чтобы деформации подмостей не приводили к растрескиванию

бетона в раннем возрасте. Бетонируй очень тщательно, так как недостатки бетонирования будут мстить за себя при натяжении,
8.
конструкция в направлении ее обжатия.
Применяй деревянные или резиновые прокладки для распределения напряжений в

местах сосредоточенной передачи усилий обжатия с арматуры на бетон.
9.
таким путем предотвратить образование усадочных температурных трещин.
Производи полное натяжение арматуры лишь тогда, когда бетон набрал достаточную прочность. Учти, что наибольшее напряжение возникает в бетоне бодьшей частью

именно при натяжении арматуры.
Осуществляй натяжение медленно и постоянно контролируй силу натяжения и давление на манометре домкрата. Веди тщательно журнал процесса натяжения!
10.
сти и промывки водой. Убедись в том, что в растворе не отслаивается вода, применяй

механическое перемешивание раствора и нагнетай его медленно, не прибегая к слишком

высокому давлению.
Избегай производить нагнетание раствора в морозную погоду!
--------------- page: 14 -----------
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Внешние силы
Направленные вниз — положительны.
Направленные вверх — отрицательны.
V
рицательно1;
V
положительно;

тельное напряжение (натяжения, обжатия) в момент времени 1 *= 0, до проявления усадки и ползучести;
Уос — усилие, создающее предварительное напряжение в момент

I —ъ°, после проявления усадки и ползучести;
Уоо
а)“ у0 ;
У\> — усилия натяжения, обжатия (в

сечениях 1, 2 ..,);
А К— временное повышение V для

преодоления трения и т. п.;
А — потеря усилия натяжения, например вследствие усадки и

ползучести;
I] — усилие, создаваемое изменением направления элемента натягиваемой арматуры (боковая составляющая);
и — распределенная боковая составляющая усилия, действующего в натянутой арматуре;
% — постоянная нагрузка (собственный вес);
р, Р— полезная нагрузка, переменная

напрузка.
Внутренние усилия

Растяжение — положительно.

Сжатие — отрицательно.
2Г — растягивающее усилие в арматуре;
2Вг — растягивающее усилие в арматуре при ее разрушении;

нутой зоне бетона изгибаемого элемента;
-О — равнодействующая сжимающих

усилий в сжатой зоне изгибаемого элемента;
равнодействующая сжимающих

усилий в сжатой зоне изгибаемого элемента в момент ее разрушения;
а— коэффициент полноты эпюры

сжимающих напряжений.

Изгибающие моменты М

(Поперечные силы соответственно

обозначаются так же)
Мё — от постоянной (весовой) нагрузки;
Мр — от полезной или переменной

нагрузки;
М$+р— от постоянной и полезной нагрузки;
Мяо — от силы натяжения в момент

времени ^=0;
М°у — статически определимый момент от предварительного напряжения;
Му — статически неопределимый момент от предварительного напряжения;
Му =М® + — изгибающий момент

от предварительного напряжения;
МВг — расчетный разрушающий момент;

нием температуры;
Мл — момент от усадки.
Длины
Расстояния, считая от нижнего края сечения
е — до линии центров тяжести Р;

е01— До линии центров тяжести сечений канала;,

тянутой арматуры;
ее — до линии центров тяжести ненатянутой арматуры;

еп — до линии центров тяжести сечения нетто (без сечения канала) ;
е{ — до линии центров тяжести приведенного сечения.
Расстояния до центров тяжести
у — от краев сечения, центров тяжести арматуры и т. п. до ли-
1 В формулах величина V введена со своим знаком; при вычислениях по формулам нужно подставлять в них абсолютное значение V.
14
--------------- page: 15 -----------
нии центров тяжести Рь; вниз—

положительны, вверх —■ отри-

цательны;
Уо1> Уъ> Уе — значение индексов то

же, что у е;

у0 — от верхнего края сечения до

центра тяжесЦг;

уа — от нижнего края сечения до

центра тяжести;

х — расстояние нейтральной оси от

сжатого края сечения;

хВг — расстояние нейтральной оси от

сжатого края сечения в стадии

разрушения;

г — плечо внутренней пары — расстояние между равнодействующими внутренних усилий В

и
X — относительное расстояние нейтральной оси от сжатого края

сечения; х — уку;
Р— коэффициент;
$х — расстояние сжимающего усилия

от сжатого края сечения;
1и — длина участка передачи усилий

обжатия в анкере.
Высоты, толщины и т. п.
Н — полная высота сечения;
Ие — расстояние ненатянутой арматуры (ее центра тяжести) от

сжатого края сечения;
Ну — расстояние от центра тяжести

натянутой арматуры до сжатого края сечения;
/ — стрела подъема оси натянутой

арматуры параболического

очертания;

й — толщина плиты, высота ребра

и т. п.;
О
г — радиус отгиба;
5
щади сечения относительно

линии, проходящей через центр

тяжести всего сечения.
Площади

Ре — площадь сечения ненатянутой

арматуры;
Ру — площадь сечения натягиваемой

арматуры;
?С1 — площадь сечения канала для

арматуры;
Рп~Р — Р01 — площадь поперечного

сечения нетто;
(п
щадь поперечного

сечения;
Р& — площадь всего поперечного сечения бетона;
Рьг — площадь сечения растянутой

зоны бетона;
Ръа — площадь сечения сжатой зоны

бетона.
Коэффициенты, углы

Ре

6
сечения бетона);
Р
^ ~ 6(/Р^"л:) ~~ К0ЭФФициент армирования растянутой зоны

(зональный коэффициент армирования);
V
Уу — коэффициент запаса прочности,
полученный из расчета по пределу прочности стали;

полученный из расчета по пределу прочности бетона;
И- — коэффициент трения, относящийся к известным баковым

силам;
I*' — коэффициент трения (эмпирическая величина);
V
у, а — углы между направлениями

при изменении направления арматуры;
у — конечная величина меры ползучести;
ср* — величина меры -ползучести, в

момент времени 1\

к\, — коэффициенты ползучести в зависимости от степени вызревания и от вида бетона;
т — коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона).
Напряжения
Растягивающие — положительны.
Сжимающие — отрицательны.
а — полное напряжение, действующее в натягиваемой арматуре;
'IV —’ предварительное напряжение

арматуры;

арматуры в момент времени

^ ™ 0, т. е. до проявления

усадки и ползучести;

исходное (контрольное) напряжение арматуры;

напряжение арматуры, получаемое на стенде при оь = 0 ;
°уоо — предварительное напряжение

арматуры после проявления

усадки и ползучести в момент

времени / = °°;
ое — напряжение, действующее в

ненатягиваемой арматуре;
оез — предел текучести ненатягивае-

мой арматуры;
°о,2— технический (условный) предел

текучести стали (соответствующий остаточной относительной

деформации, равной 0,2°/о);
•— предел текучести стали;
15
--------------- page: 16 -----------
оь — напряжение в бетоне;
&Ьо — напряжение в бетоне в момент

времени I — 0, т. е. большей

частью напряжение от ^ + ^0*
®Ьг — растягивающее напряжение в

бетоне;

тоне;
а2— главное растягивающее напряжение;
■ад — главное сжимающее напряжение;
■—■ напряжение от усадки;


нагрузки;
^еВг— напряжение в ненатягиваемой

арматуре от разрушающей нагрузки;
Р8р вг — напряжение в натягиваемой арматуре от разрушающей нагрузки;

по контуру отверстия).
Пределы прочности

сжатии (кубиковая прочность)

при кубике 20X20 см;
/ /
$Ь' ЬЬ — Предел ' прочности, уменьшенный в 1,75 раза (коэффициент

запаса ч ~ 1,75);
р; = у^23;
®р>кр — призменная прочность бетона;
$Ьг — предел прочности бетона при

растяжении;
Ро/ — предел выносливости бетона;
Р-и/га или ^28 — кубиковая прочность бе-

тона при сжатии через 28 дней

при твердении в соответствии с

ЭШ 1048;

Р# —- прочность сцепления, сопро-
*
Деформации
Укорочения — отрицательны.
Удлинения.— положительны,

еь — укорочение или удлинение бетона;
еЬ макс— максимальное (предельное)

укорочение бетона перед разрушением;
гЪъо — упругое укорочение бетона под

действием Vо (обжатие);

ед — укорочение бетона от ползучести;

пературы;
ее — относительное удлинение ненатягиваемой арматуры;

е^р — то же, натягиваемой арматуры;

% • е<г7°° — удлинение арматуры при

ее натяжении;
Ед — удлинение арматуры от действия только внешней нагрузки

'после перехода к стадии 2, т. е.,

начиная с момента достижения

бетоном нулевого напряжения,

°Ьг = 0'’

удлинение;

стенде и = 0;

ьр1 — пластическое удлинение;
9ю — удлинение при разрыве стального стержня длиной 10 й\

евк — удлинение стали от ползучести;
Еь — модуль упругости бетона;
Е , Еу — модуль упругости стали, применяемой для натягиваемой

арматуры;
Её — модуль упругости стали, применяемой для ненатягиваемой

арматуры;
Сокращения
о. в. — относительная влажность;

В 300 — марка бетона, для которого 1^28 = 300 кг/см2.
--------------- page: 17 -----------
Глава 1
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ НАПРЯЖЕННО

АРМИРОВАННОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
1. 1. НЕДОСТАТОЧНАЯ ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
Прочность бетона при растяжении, как известно, составляет только

около 7ю его прочности при сжатии и в большинстве случаев не может

быть даже использована, так как неизбежные собственные напряжения

частично или полностью поглощают способность бетона противостоять

растяжению. Разности температур, возникающие уже при схватывании

вследствие экзотермии или позже под действием атмосферных влияний, различных условий усадки или ограничения усадки, создаваемые

арматурой, вызывают значительные собственные растягивающие и сжимающие напряжения. Кроме того, в рабочих швах возникают участки с

пониженным сопротивлением растяжению. Указанные причины приводят

к тому, что в неармированном бетоне и без воздействия внешней нагрузки

с течением времени могут возникать трещины ([70], стр. 18). Поэтрму давно уже перестали учитывать сопротивление бетона растяжению из-за его

малой надежности и перешли к армированию бетона закладываемой в

него сталью, способной воспринять растягивающее усилие в

зонах образования трещин и

помешать их раскрытию.
Вследствие недостаточной

прочности бетона при растяжении и значительных собственных растягивающих напряжений армированный бетон рассчитывают по классической теории железобетона без учета

растянутой зоны бетона и воспринимают растяжение только

стальной арматурой (фиг. 1.1).
Предполагаемые при таком

расчете трещины действительно

возникают при полной нагрузке,

даже если они и не видны

невооруженным глазом. Соответствующим распределением арматуры и путем применения стержней

специальной формы, обеспечивающей их хорошее сцепление с бетоном,

удается уменьшить расстояние между трещинами и благодаря этому добиться их малого раскрытия. Основываясь на имеющихся данных, можно

считать, что для сооружений, расположенных на открытом воздухе, трещины шириной в 0,2 мму а для сооружений в сухих помещениях шириной

0,3 мм еще не опасны. Наблюдались, однако, серьезные повреждения, вызванные образованием трещин, в особенности в тех случаях, когда защит-
-.1 I
&<
Поперечное
Сёчепиё
напряжения при

йеснопрчмом

числе трещин
г10Пряп*ения при

ИОНРЧН0** числе

трещин
Фиг. 1.1. В железобетонной конструкции

растянутая зона бетона считается разорванной, и растягивающее усилие передается

только через арматуру
2 — 3206
17
--------------- page: 18 -----------
ный слой бетона слишком тонок или когда разрушению способствовали

тяжелые атмосферные условия, морская вода, дымовые газы и т. п.
Возникновение трещин в бетоне с самого начала применения железобетона считалось мало приемлемым явлением. Поэтому скоро пришли к

мысли предохранять бетон от образования трещин, подвергая его сжатию,

т. е. предварительному напряжению, путем растяжения арматуры (гл. 20).
1. 2. ОСНОВНАЯ ИДЕЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Основная идея предварительного напряжения состоит в создании до

приложения эксплуатационной нагрузки обжатия в бетоне там, где в результате воздействия нагрузки будут вызваны растягивающие напряжения; благодаря этому в

растянутой зоне бетона

должны быть преодолены эти предварительно сжимающие напряжения раньше, чем возникнет действительное

растяжение.
Чтобы пояснить сказанное, проследим ход

первых простейших опытов по предварительному напряжению с некоторыми изменениями

(фиг. 1. 2).
В бетонную призму

заложен стальной стер-

жень, снабженный на

концах анкерными плитками, резьбой и гайками; после затвердения

бетона стержень растягивают при помощи гаек.

Примем, что стержень

может скользить в бетоне без трещин; тогда он по всей своей длине подвергнется удлинению

в соответствии с напряжением. Это удлинение играет большую роль. Вызванная натяжением стержня растягивающая сила приложена через гайки

и опорные или анкерные плитки к бетону и вызывает в нем желаемые напряжения сжатия. Бетон при этом укорачивается, и размеры концевых

участков стального стержня, выступающих из бетонной призмы, возрастут как за счет удлинения стержня, так и за счет укорочения бетона. Таким образом, измеренное общее перемещение концов стержня относительно

бетонной призмы будет состоять из удлинения стали и обжатия бетона.
Бетонный брус, подвергнутый такому сжатию, мы называем напряженно армированным. Усилие растяжения в стальном стержне

есть предварительное натяжение V, которое действует на бетонный элемент в виде системы внешних сил, находящихся в равновесии и не вызывающих поэтому никаких реакций в опорах статически определимой балки.
Для упрощения мы сначала расположили стальной стержень центрально и таким образом создали в бетоне равномерное сжимающее напряжение.
Если мы теперь поместим эту предварительно напряженную железобетонную призму как балку на две опоры (фиг. 1. 3), то в ней возникнут
‘‘-И“
Фиг. 1. 2. Бетонная призма, подвергнутая предварительному напряжению при помощи центрально расположенного стального стержня
18
--------------- page: 19 -----------
изгибающие моменты, вызывающие равные сжимающие и растягивающие

напряжения, накладывающиеся на предварительные напряжения.
При этом сжимающие напряжения, вызванные предварительным напряжением, в сжатом поясе увеличатся, а в растянутом поясе — уменьшатся; в бетоне не будут возникать растягивающие напряжения, пока

напряжения изгиба будут

оставаться меньше предварительных напряжений

сжатия (<УЬг<С<*ьу)- Предварительно напряженная

железобетонная балка воспринимает, следовательно,

в некоторой мере усилия

изгиба без возникновения

растягивающих напряжений, так как в растянутой зоне действуют предварительные сжимающие

напряжения, которые нужно еще преодолеть. В бетоне при этом не образуется трещин, он работает, как материал, сопротивляющийся растяжению, а балка работает

полным сечением и должна поэтому рассчитываться как однородный

брус (стадия 1, принятая

в теории железобетона).
Только когда напряжения изгиба превзойдут предварительные сжимающие напряжения

возникнут действительные растягивающие напряжения, и при

дальнейшем повышении нагрузки после преодоления ненадежного сопротивления бетона растяжению образуются трещины, как в обычном

железобетоне (стадия 2). При этом рабочее сечение внезапно изменяется и вместо сплошного прямоугольного оно преображается в небольшую сжатую зону, показанную на фиг. 1. 1; кроме того, действует еще

растягивающая сила только в стальном стержне, если не учитывать сопротивление бетона растяжению. Это скачкообразное изменение сечения

будет иметь значение дальше, при рассмотрении напряжений в стали и

коэффициентов запаса прочности.
Если мы вспомним, что сжимающие напряжения бетона имеют верхний

предел, определяемый его пределом прочности и требуемым запасом прочности, то станет ясно, что предварительные напряжения сжатия при изгибе уменьшают несущую способность сжатой зоны; в то же время в растянутой зоне сжимающие напряжения полностью используются как напряжения, снимаемые впоследствии напряжениями от нагрузки, и потому

желательны. Таким образом, центральное приложение силы натяжения

для создания предварительного напряжения при изгибе в одном направлении недостаточно целесообразно, так как при этом не удается полностью

использовать работу верхней зоны на сжатие»
Лучше поэтому поместить натягиваемый стержень, как показано на

фиг. 1. 4, внецентренно, например в нижней крайней точке ядра сечения

(при прямоугольном сечении — на } высоты); при этом в результате

одного только предварительного напряжения получаем треугольную
°Ь0
Только усилие пред Только изгибаю- Сумма М +

ваоительного натяжения щий момент
М

Ьг Ьи
Фиг. 1. 3. Призма фиг. 1. 2, опертая как балка на

две опоры. Наложение предварительных напряжений на напряжения от изгиба
2*
19
--------------- page: 20 -----------
т
1
Нагруженная предвари-.

тельно напряженная 1

балка
Ш.
эпюру сжимающих напряжений, на которую накладываются напряжения

от изгиба под воздействием внешней нагрузки.
Как можно видеть, теперь удается использовать допускаемое напряжение сжатия как при создании предварительного напряжения (внизу),
так и при изгибе (вверху).
Только усилие предварительного Эффективное
натяжения. Бална невесома
грузки действует постоянно, то можно натягиваемый

стержень расположить ниже

ядра сечения, т. е. допустить

возникновение растягивающего напряжения в верхней

зоне балки под воздействием

одной только силы натяжения стержня. Это растягивающее напряжение может
быть доведено до величины,

равной сжимающему напряжению, возникающему в

верхней зоне от изгиба под

постоянной нагрузкой (фиг.
1. 5). Так как момент Ме

от постоянной нагрузки над

опорой равен нулю, то натягиваемый стержень надо в

этом сечении снова расположить в крайней точке ядра

сечения, чтобы избежать возникновения вверху растягивающих напряжений. Следовательно, натягиваемый стержень должен

быть искривлен.
Таковы простые основные идеи применения предварительно напряженного железобетона, выте-
Топьно пред- напряжения Суммарное '

дарительное изгиба только напряжение
Только усилив пред- Только изгибаю-

дарительного натр- щий момент

жения
Фиг. 1. 4. Натянутый стержень расположен

нижней точке ядра сечения
кающие из рассмотрения

условий работы при изгибе.
Если искусственно созданные сжимающие напряжения достаточны по

величине и действуют

именно в тех сечениях, где

впоследствии возникнет

растяжение, то, действительно, возможно избежать образования трещин

в бетоне и таким образом

устранить причины более

раннего разрушения, вызываемого их появлением.
„1 ^
на
7 узки
|
^ А
нагрузкой
Остается на напряжение

изгиба от полезной нагрузки 6а
Фиг. 1. 5. Натянутый стержень расположен в

середине балки настолько ниже ядра сечения, что

предварительное напряжение и момент М^ в сумме дают вверху = О
1. 3. ПОТЕРЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ОТ УСАДКИ И ПОЛЗУЧЕСТИ
Несмотря на простоту этих основных идей, потребовались десятилетия,

чтобы превратить предварительно напряженный железобетон в пригодный
20
--------------- page: 21 -----------
для строительства материал. В первую очередь это было связано с тем,

что сначала для создания предварительного напряжения применялась

обычная арматурная сталь, которую в то время растягивали до напряжения всего 600 кг/см2, что дает при модуле упругости 2 100 000 кг/см2 удлинение только в 0,3%о (см. гл. 20, о работах Кенена). Очень скоро пришлось убедиться, что в балках, подвергнутых предварительному напряжению при столь малом удлинении стальной арматуры, через некоторое

время все же образуются трещины. Сейчас мы знаем, что это объясняется

укорочением бетонных элементов вследствие усадки и ползучести бетона

(см. гл. 2. 23 и 2. 24), которые проявляются медленно, с течением времени,

и потому сначала не улавливались. Вследствие этой последующей пластической деформации укорочения бетона, естественно, становится снова короче и растянутый стальной стержень; в результате исчезает сила натяжения, сжимавшая бетон и создававшая предварительное напряжение.

вания и хранения составляет от 0,2 до 0,5%о. Ползучесть бетона, находящегося под напряжением, представляет собой медленное пластическое

укорочение, превышающее соответствующее упругое укорочение и достигающее иногда четырехкратной величины последнего.
При тогдашних видах бетона относительно низкого качества последующее относительное укорочение бетонных элементов могло легко достигать

примерно 0,5%о; оно было, следовательно, гораздо больше, чем удлинение

стали от натяжения, т. е. предварительно растянутые стержни становились

ненапряженными и предварительное напряжение сжатия исчезало.
Многочисленным исследователям на протяжении истекших десятилетий

удалось установить закономерности и величины усадки и ползучести бетона и разработать такие бетоны, которые обладают не только высокой

прочностью, но также малыми усадкой и ползучестью. До сего времени

все же не удалось полностью устранить вредное влияние укорочения, проявляющегося во времени.
Сейчас мы знаем, что почти все материалы, начиная от некоторой величины напряжений, в большей или меньшей степени обнаруживают ползучесть; стали также свойственна ползучесть, т. е. в ней в дополнение к

упругому удлинению с течением времени проявляется еще пластическое

удлинение, уменьшающее напряжения, если длина растянутого стального

стержня остается постоянной. Сила натяжения, создающая предварительное напряжение, вследствие этого уменьшается. Необходимо, следовательно, знать также и характеристики ползучести сталей (см. 2. 13) и учитывать их.
Таким образом, применяя предварительно напряженный железо-бетон,

мы всегда должны считаться с возможностью уменьшения первоначально

приложенной силы натяжения вследствие укорочения бетона от усадки и

ползучести или ползучести стали.
1. 4. НЕОБХОДИМОСТЬ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ
Чтобы достигнуть все же эффективного предварительного напряжения,

Мы должны применять для натяжения те стали, удлинение которых во

много раз больше, чем последующее укорочение бетона (гл. 20, работы

Диля и Фрейсине), так как лишь при этом значительная часть силы натяжения сохранится на долгое время. При натяжении сталей с пределом

прочности от 10 до 20 т/см2 можно достигнуть удлинения от 3 до 6%о.

Такую высоконапряженную сталь можно рассматривать как пружину,

удлинение которой равно удлинению, вызванному натяжением (фиг. 1.6).

Усилие, действующее в растянутой пружине, теряет в своей величине про-
21
--------------- page: 22 -----------
порционально уменьшению длины пружины вследствие усадки и ползучести бетона. Удлинение пружины должно быть поэтому велико по сравнению с этим укорочением бетона, раз требуется сохранение достаточной

силы натяжения. Необходимо, следовательно, стремиться применять сталь

возможно более высокой прочности, чтобы иметь возможность располагать

большими величинами предварительных удлинений арматуры.
Отсюда вытекает, что предварительное напряжение, создаваемое без

такого сильного «пружинного» эффекта, например путем защемления

между двумя мощными неподвижными упорами (скалами), имеет сомнительную ценность, так как вследствие неизбежного укорочения бетона это

предварительное напряжение в значительной мере или даже полностью

перестанет действовать. Чем выше прочность стали, тем меньшее дополнительное количество стали и бетона потребуется для компенсаций потерь

предварительного напряжения. С другой стороны, выбор необходимой

прочности той стали, которая применяется для создания предварительного напряжения, зависит от ее стоимости. Если сталь не дефицитна, то

может оказаться экономически приемлемой и сталь средней прочности,

хотя бы и пришлось дополнительно расходовать значительный процент бетона и стали для компенсации потерь предварительного напряжения, чтобы

сохранить на длительное время достаточно большую силу натяжения.
Сохранению силы натяжения, создающей предварительное напряжение, естественно, способствуют все те меры, которые уменьшают последующее укорочение бетона: применение высокопрочного бетона, обладающего малой усадкой, назначение не чрезмерно высокого значения предварительного сжимающего напряжения и не слишком раннее приложение

усилий предварительного напряжения (см. гл. 2. 21 и далее).
1. 5. ВЫВОДЫ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К РАСЧЕТУ И ВЫБОРУ

ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИИ
Величины укорочений от усадки и ползучести должны быть учтены;

при расчете и определении размеров конструкций из предварительно,

напряженного железобетона, чтобы установить, достаточно ли устано-.

вившееся предварительное напряжение сжатия для того, чтобы бетоном

могли быть восприняты растягивающие напряжения после его укорочения. Этого условия, однако, недостаточно. Необходимо, кроме того, убедиться в допустимости величин сжимающих или растягивающих напряжений, вызываемых действием первоначальной, более высокой силы,

натяжения. Если сила натяжения действует вне ядра сечения, то на одной

из-граней сечения могут возникнуть растягивающие напряжения, величину

которых также следует ограничить, чтобы избежать образования трещин

(фиг. 1. 5). Нужно поэтому каждый раз рассматривать условия, как до,

так и после проявления усадки и ползучести бетона.
Так как начальные предварительные напряжения ослабляются из-за

усадки и ползучести, а величина предварительного напряжения назначается с учетом того, что она будет уменьшаться при действии растяжения, вызываемого полезной нагрузкой, то при создании предварительного

напряжения в начальный момент I = 0, когда полезная нагрузка отсутствует, допускаются более высокие напряжения, чем в обычных железобетонных конструкциях. Таким образом, нужно различать два вида допускаемых напряжений: те напряжения, которые возникают только при

создании предварительного напряжения в момент I = 0 и уменьшаются

от всех последующих влияний — полезной нагрузки, усадки и ползучести,

и те напряжения, которые растут с увеличением нагрузки.
Назначение более высокого допустимого предела для напряжений

первого вида оправдано, так как при возможных перегрузках это не отра22
--------------- page: 23 -----------
зится на общей надежности, учитывая, что раз созданные величины предварительных напряжений больше не могут возрасти.
Следовательно, расчет напряженно армированных конструкций приходится вести, ориентируясь на большее число случаев нагрузки или условий чем при расчете обычного железобетона (см. 11. 1), и при этом еще

принимать во внимание два вида допускаемых напряжений.
I.
С ПРИМЕНЕНИЕМ НАПРЯЖЕННО АРМИРОВАННЫХ

КОНСТРУКЦИЙ
В конструкциях из предварительно напряженного железобетона в

результате натяжения арматуры возникают и действуют напряжения

определенной величины. Если конструктор ориентируется на повышенные

допускаемые напряжения по отношению к начальному состоянию конструкции, то в ней будет действовать система напряжений, более высоких, чем даже те, которые возникают в сооружениях из обычного

железобетона только при полной эксплуатационной нагрузке. Вследствие

искусственно созданной силы натяжения арматура также работает на

полное допускаемое напряжение, в то время как в сооружениях из обычного железобетона напряжения в арматуре редко достигают допускаемой

величины даже при полной эксплуатационной нагрузке. Это обстоятельство нужно всегда иметь в виду при изготовлении напряженно армированных конструкций, чтобы помнить об ответственности, связанной с осуществлением таких конструкций. Прочность бетона, так же как и прочность

стали, принятая в основу расчета, должна быть установлена с достаточной надежностью, так как при осуществлении предварительного напряжения мы исходим из пониженного запаса прочности строительных материалов — более низкого, чем обычно. Вполне справедливы утверждения,

что уже при создании предварительного напряжения мы по существу

начинаем испытание материалов, примененных в конструкции, и что в

конце процесса предварительного напряжения достигаются такие значения напряжений, которые, как правило, не бывают превзойдены при

дальнейшей работе конструкции.
Силы натяжения арматуры большей частью достаточно велики и приложены к элементу с небольшим эксцентриситетом. При незначительном

изменении величины этого эксцентриситета изгибающие моменты, особенно в легких конструкциях, меняются относительно сильно именно потому, что сила натяжения велика. Необходимо поэтому добиваться строгого соблюдения расчетного положения силы натяжения в натуре. Имевшее место до сих пор в строительной практике небрежное отношение к

точности размеров железобетонных конструкций при применении предварительно напряженного железобетона совершенно недопустимо.
Ответственность, связанная с проектированием и изготовлением конструкций из предварительно напряженного железобетона, приводит к

требованию, чтобы этим занимались такие инженеры и организации, которые приобрели в этой области достаточные познания 'и опыт и могут

обеспечить тщательное осуществление этих конструкций.
1.
С течением времени развились различные виды напряженно армированных конструкций, которые мы кратко опишем. В первую очередь нужно

различать такие конструкции по времени приложения силы натяжения

арматуры, которую обычно называют напряженной арматурой.
23
--------------- page: 24 -----------
1.
вается на так называемом натяжном стенде, а затем производится бетонирование. Стенд может состоять из длинных полос, по концам которых

имеются мощные упоры, обеспечивающие восприятие сил натяжения. Для

коротких элементов применяют жесткие формы, способные воспринять

сжатие от усилий, передаваемых натянутой арматурой.
Когда бетон затвердеет, концы арматуры освобождают, и обжатие передается на бетон.
2.
нию, помещается или вне тела бетона, или в каналах внутри тела бетона,

в которых она могла бы скользить в продольном направлении. Натяжные

устройства при натяжении арматуры опираются на уже затвердевший

бетон. После натяжения арматура анкеруется по концам, и таким образом обжатие передается бетону.
Различают нижеследующие виды соединения бетона с натянутой арматурой.
3.
вающим непрерывную связь арматуры с окружающим бетоном так, что

исключена возможность взаимного сдвига. При натяжении до бетонирования сцепление возникает просто потому, что бетонная смесь обволакивает

растянутую проволоку. При натяжении после бетонирования каналы

после натяжения арматуры заполняются под давлением цементным раствором, который затвердевает и восстанавливает сцепление. Как и в

железобетоне, сцепление зависит в первую очередь от склеивания цементного теста со сталью, а после образования трещин — от сопротивления

трению, которое препятствует скольжению, или же от сопротивления срезу

выступов на стенках каналов и на поверхности стержней арматуры периодического профиля. Как и в железобетоне, существуют различные виды и

степени сцепления.
, 4. Напряженно армированный железобетон без сцепления отличается

тем, что между бетоном и натянутой арматурой не создается никакой

связи, препятствующей взаимному сдвигу. Можно, например, расположить напряженную арматуру вне сечения бетонного элемента или же,

покрыв стальные стержни битумом, забетонировать их и использовать

пленку битума как защитное покрытие при натяжении, отказываясь, таким

образом, от эффекта сцепления. Такой тип конструкции относится к виду

напряженно армированной без сцепления, хотя пленка битума создает по

меньшей мере частичное сцепление.
В напряженно армированном железобетоне с восстановленным сцеплением бетон подвергается предварительному напряжению, когда сцепления еще нет, и, следовательно, возникают такие условия, при которых

нужно учитывать свойства напряженно армированного железобетона без

сцепления.
Использование напряженно армированных конструкций без сцепления

целесообразно также в тех случаях, когда приходится считаться со сравнительно высокими потерями предварительных напряжений от усадки и

ползучести и т. п,, например при применении стали не очень высокой

прочности, в результате чего для поддержания достаточного предварительного напряжения сжатия приходится спустя некоторое время производить натяжение еще раз. В этом случае говорят о «повторном натяжении».
Следует различать нижеследующие виды анкеровки натянутой

арматуры.
5. Анкеровка концов специальными анкерами, например стальными

плитами, в которых растянутые стальные стержни закрепляются при

помощи гаек, клиньев, головок и т. п.
24
--------------- page: 25 -----------
6^ Анкеровка концов одним только сцеплением с бетоном, обычно-

поверхностным сцеплением или сцеплением, в котором используется

работа выступов на срез.
% Анкеровка забетонированных концов, имеющих форму петель, крюков и т. п.
Що степени предварительного напряжения различают:
8. «Полное» предварительное напряжение (или собственно напряженно*

армированный железобетон), при котором, как правило, исключена возможность появления растягивающих напряжений в бетоне1, путем выбора

надлежащей величины предварительного напряжения при достаточнобольшом значении ядрового расстояния.
9; «Ограниченное», или «неполное», предварительное напряжение, при

котором допускается возникновение в бетоне растягивающих напряжений,,

однако настолько ограниченной величины, что появление волосных трещин

возможно лишь в крайнем случае. В дальнейшем будут указаны целесообразные области применения полного и неполного предварительного-

напряжения.
10.
вается величина растягивающих напряжений. Конструкции такого типа

не относятся к напряженно армированным железобетонным конструкциям; их следует

рассматривать как

обычные железобетонные с уменьшенным трегцинообразо-
Удлинение
пружины
у$к
||лллммл^

ЧЛАЛЛЛАЛЛЛЛЛАЛЛЛ/'
«н:
с
Укорочение от усадки

I ^ и ползучести
члл/
уАЛЛЛЛАЛАЛАЛАЛДАЛА/\
■"л
Уменьшение удлинения

прумины
Фиг. 1. 6. Предварительно напряженная арматура действует как растянутая пружина. Укорочение бетона от

усадки и ползучести уменьшает усилие в пружине пропорционально уменьшению ее удлинения
ванием и рассчитывать как изгибаемые

с учетом наличия

продольной силы.
Рассмотрим еще

«пружинный» эффект

предварительного напряжения (фиг. 1.6).
11.
пружинный эффект

имеет место, когда

предварительное
удлинение пружины, т. е. натягиваемой арматуры, в несколько раз-

больше, чем укорочение бетона, благодаря чему потери предварительного

напряжения относительно невелики.
12.
мой арматуры, выполняемой из стали средней прочности, или, например,

при создании предварительного напряжения бетонной полки, в балке

комбинированной конструкции, только за счет предварительного изгиба

стальной балки. Потери напряжений при этом велики.
13.
отсутствует, когда обжимаемый бетонный элемент расположен между

жесткими упорами, так что «ход» пружины представлен только упругим

(начальным) укорочением бетона и почти полностью поглощается деформациями обратного знака, вызываемыми температурой, усадкой или ползучестью. В результате большая часть предварительного напряжения

теряется (см. гл. 12. 2). Такие конструктивные приемы создания предва1 Здесь и ниже предусматривается работа конструкции в условиях воздействия

эксплуатационной нагрузки. (Прим. редактора.)
--------------- page: 26 -----------
рительного напряжения могут применяться лишь в исключительных случаях, например для кратковременных целей или с условием последующей

регулировки силы натяжения.
Далее различают:
14.
например, для растянутых стержней (подвесок) или для растянутых

поясов. В этом случае все сечение бетона благодаря предварительному

натяжению арматуры подвергается равномерному сжатию (фиг. 1.2).
15.
целесообразно для балок, работающих на изгиб, и т. п.
При этом благодаря внецентренному расположению натянутой арматуры (совместное действие изгиба и осевого сжатия) в сечении возникает

треугольная или трапецевидная эпюра сжимающих напряжений (фиг. 1. 3

и 1. 4).
16.
напряжение статически неопределимых конструкций, определяемое тем,

что натяжение арматуры не сказывается на величине опорных реакций

(см. 11. 71 и 11. 721). Оно не имеет практического значения и даже

нежелательно.
17.
струкции, представляющее собой тот случай, когда в результате воздействия натяжения арматуры и собственного веса конструкции удается

избежать прогиба ее оси. В этом случае моменты от натяжения и от собственного веса должны уравновешиваться, так что действует только нормальная сила. В большинстве случаев стремление к этому противоречит

самому смыслу предварительного напряжения — повысить сопротивление

как растянутой, так и сжатой зоны по отношению к воздействию эксплуатационной нагрузки. Кроме того, соблюдение поставленного условия сохранения формы нарушается вследствие усадки и ползучести.
18.
зависимости от того, подвергают ли бетон предварительному напряжению

только в одном направлении или еще и в другом, лежащем большей

частью под прямым углом к первому направлению, или даже еще и в

третьем направлении — под прямым углом к плоскости, определяемой

первыми двумя.
Отметим здесь, что одноосное сжатие в одном направлении может

вызывать также появление сжимающего напряжения в поперечном направлении, если поперечная деформация бетона ограничивается арматурой.
1.
Виды натягиваемой арматуры различают по тому, состоит ли она из

одиночных натягиваемых элементов или же объединена в общий составной элемент. При небольших усилиях натяжения применяют одиночные

натягиваемые элементы, при больших усилиях экономичными и целесообразными оказываются составные групповые элементы.
Натягиваемая арматура может состоять из проволок или из стержней

крупного диаметра. Проволоки можно соединять в параллельные пучки.

Их тогда называют арматурными пучками. Большое число объединенных

в одно целое параллельных проволок называют проволочным пакетом.
Группы скрученных вместе проволок в количестве от двух до семи

называют проволочными прядями. Несколько параллельных прядей в

зависимости от их числа называют пучком прядей или пакетом прядей.
Применяются, впрочем, в качестве натягиваемой арматуры проволочные канаты, в которых скручено более семи проволок или несколько

прядей.
26
--------------- page: 27 -----------
Различаются далее прямолинейная или криволинейная напряженная

арматура (фиг. 1. 7). Прямолинейная напряженная арматура применяется

большей частью при стендовом изготовлении и натягивается до бетонирования* хотя и тут можно расположить арматуру не по прямой при помощи растяжек, зажимов и других приспособлений, воспринимающих боковые составляющие.
Криволинейная напряженная арматура может иметь плавное искривление или располагаться по ломаной. Применение такой арматуры имеет
целью учесть изменение величины изгибающего момента по длине балки

или улучшить работу конструкции на

поперечную силу. Криволинейная

напряженная арматура применяется
Прямолинейная напряженная ар- преимущественно для натяжения по-

матцра
^
иридолинейная напряженная ар-

мат ура
и Н— -I—Н"
Напряженная арматура, искривленная по ломаной линии
Фиг. 1. 7. Прямолинейная непрерывно искривленная или искривленная по ломаной напряженная

арматура в простой балке
Фиг. 1. 8. Боковые силы, возникающие от изменения направления

напряженной арматуры

вую силу (фиг. 1.8), наличие которой должно учитываться. Если натяжение производится после бетонирования, то натягиваемая арматура на

участке изменения направления должна быть оперта на конструкцию,

чтобы она могла воспринять эту боковую силу. В зависимости от характера этого опирания при движении арматуры во время натяжения возникает большее или меньшее сопротивление трению, которое уменьшает

натяжение. Вопросу трения натягиваемой арматуры посвящена гл. 7.
В дальнейшем будут рассмотрены еще другие виды напряженной арматуры.
1.
НАПРЯЖЕНИЯХ СТАЛИ
Различают: начальное усилие натяжения-К0 (в момент ^=0), действующее при создании предварительного напряжения до проявления потерь А

усилия натяжения вследствие усадки и ползучести и установившееся (длительно действующее) усилие натяжения К*, после проявления усадки и

ползучести бетона и в некоторых случаях ползучести стали; рассчитывают, что это усилие даже по прошествии многих лет в какой-то мере

будет еще существовать (^= оо).
При натяжении арматуры, осуществляемом до бетонирования, значение

Щ по всей длине элемента одинаково. При натяжении после бетонирования вследствие упомянутых выше сопротивлений трению величина Уо по
27
--------------- page: 28 -----------
длине может уменьшиться. В этом случае говорят о потерях предварительного напряжения от трения.
Чтобы обеспечить создание необходимой величины предварительного

напряжения, несмотря на потери от трения, допускается временное повышение расчетного усилия натяжения на величину А К В этом случае говорят о временном превышении силы натяжения У0

или о временном перенапряжении.
Величина Vсо, как правило, имеет в каждом сечении другое значение,

так как постоянно действующая сила сжатия в разных сечениях различна
и,
обозначением усилий натяжения напряжения, возникающие в арматуре

при создании предварительного напряжения, обозначают соответственно

через и . Величина сг^ обычно принимается равной допускаемой величине предварительного напряжения стали
меньше, чем <Рею , на величину потери предварительного напряжения А сг^

или <тА вследствие усадки и ползучести бетона.
При натяжении до бетонирования первые потери напряжений стали

возникают уже в результате упругого укорочения бетона при освобождении натягиваемой арматуры от зажимов. Поэтому в данном случае можно

допускать более высокое
Напряжения арматуры, монолитно связанной с бетоном, возрастают,

если предварительно сжатый ею бетон подвергнется растяжению, под воздействием внешней нагрузки. Это увеличение напряжений стали незначительно, пока в бетоне не возникают трещины. Оно равно п аь, где п — известное отношение модуля упругости стали к модулю упругости бетона.

Для предварительно напряженного железобетона нужно в это выражение

подставлять действительное значение отношения п, а не обычное для железобетона п = 15.
При осуществлении предварительного напряжения после бетонирования постоянная (весовая) нагрузка конструкции не вызывает напряжений

в стали, превышающих если собственный вес действует уже во время

процесса натяжения.
Эксплуатационная нагрузка всегда вызывает возрастание напряжений

стали на величину оер=падрт При «полном» предварительном напряжении это увеличение настолько мало, что им можно пренебречь, имея в виду

наступающее после создания предварительного напряжения уменьшение

напряжений стали вследствие усадки и ползучести, т. е. принимают а0^ =

= не вычитая вер. Это, впрочем, оправдано только в том случае, еслк

аер очень мало по сравнению с например < 6%. Для сталей средней

прочности часто приходится принимать с*^1 — аер.
1.
В сечениях напряженно армированного железобетонного изгибаемого

элемента различают предварительно обжатые зоны растяжения и сжатия

(фиг. 1. 9) .
В подвергнутой предварительному обжатию растянутой зоне сжимающие напряжения сг^, вызванные этим обжатием, снимаются действием

эксплуатационной нагрузки, а при дальнейшем повышении нагрузки могут

возникнуть действительные растягивающие напряжения. Следует учесть,

что эти предварительные сжимающие напряжения вследствие усадки и

ползучести уменьшаются до величины . Они действуют таким образом

лишь временно, и все позднейшие факторы уменьшают их. Поэтому в пред-
28
--------------- page: 29 -----------
варительно обжатой зоне растяжения допускаются более высокие сжимающие напряжения бетона, чем это обычно принято в железобетоне.
Наоборот, в сжатой зоне предварительные сжимающие напряжения в

результате действия эксплуатационной нагрузки, усадки и ползучести возрастают. Здесь, следовательно, необходимо ориентироваться на обычные

величины допускаемых напряжений.
Аналогично тому,^ как это делается для арматуры, следует различать и

для бетона напряжйшя до и после проявления усадки и ползучести
К и °*в)-
Необходимо, как уже указывалось,, учитывать, действует ли в момент

создания предварительного напряжения расчетный собственный вес и проявляется ли он в пол-
йо п.
V
м*
У+М о
Сжатая
==! / зона
^4 = °°
зПредбарительно

оожатая зона ра

стятения
Фиг. 1. 9. Предварительно обжатые зоны

ния и сжатия
растя же-
НОЙ мере. Сборная балка для покрытия, изготовленная из предварительно напряженного

железобетона, не подвергается, например, во

время создания предварительного напряжения

воздействию веса кровли; на балку действует

в лучшем случае только

ее собственный вес —
часть общего веса покрытия. Следовательно, моменту от силы натяжения

противодействует вначале только часть проявляющегося позже момента

от постоянной нагрузки (фиг. 1. 10). Это приводит к тому,^что сначала

обжатие зоны растяжения будет очень высоким, а в верхней зоне могут

даже возникнуть 'нежелательные растягивающие напряжения, которые исчезнут, когда будет

Остается приложена остальная

ма м0
грузки. В таких случаях

расчет балки из предварительно напряженного железобетона должен правильно учитывать различные условия

производства строительных работ. При создании предварительного напряжения после

бетонирования можно

в таких случаях избежать нежелательных напряжений в бетоне,

прилагая сначала только часть силы натяжения с учетом лишь частичного действия постоянной нагрузки. В этом случае говорят о частичном предварительном напряжении

или о предварительном напряжении ступенями.
При рассмотрении напряжений в бетоне нужно еще учитывать способ

приложения сил натяжения (гл. 9), в зависимости от которого в бетоне

возникают зачастую поперечные растягивающие напряжения от изгиба

или от расклинивающих сил и значительные сдвигающие напряжения.

Выбор способа передачи на бетон сил, создающих предварительное наНетелате/?ыюе

| растяжение
Слишком большое

ойтатш
Фиг. 1. 10. При полной постоянной нагрузке (вверху)

напряжения предварительно напряженной балки вполне

приемлемы. При монтаже, однако, действует только ^

часть собственного веса; вследствие этого в верхней

зоне могут возникнуть нежелательные растягивающие

напряжения
29
--------------- page: 30 -----------
пряжение, должен осуществляться в увязке с видом анкеровки арматуры

и требует особого расчетного и опытного обоснования.
Боковые силы, возникающие при воздействии криволинейной натянутой арматуры, вызывают дополнительные напряжения, которые должны

учитываться соответствующим образом.
При конструировании предварительно напряженных железобетонных

элементов нужно помнить, что каждое изменение размеров сечения вдоль
линии действия силы натяжения соответствует изменению направления линии центров тяжести в подвергаемом предварительному сжатию элементе и, следовательно, вызывает 'появление боковых сил,

действие которых нужно учитывать (фиг.
1.
зано с уменьшением величин предварительных сжимающих напряжений. В пред-

варительно напряженных железобетонных

элементах нельзя поэтому применять переменные размеры сечений с такой же легкостью, как в обычном железобетоне; необходимо тщательно продумывать последствия переменности

размеров сечения.
1.
Напряжения при изгибе в предварительно напряженных железобетонных элементах изменяются непропорционально изменению моментов от

внешних нагрузок. Когда превзойдена допустимая (эксплуатационная)

нагрузка, напряжение изменяется скачкообразно вместе с возникновением

трещин в растянутой зоне бетона. При дальнейшем повышении нагрузки

отклонение от линейного закона на графиках деформаций арматуры и бетона становится все больше. Закон Гука, таким образом, при перегрузках

уже не действителен.
Как известно, при линейном законе изменения напряжений надежность

сооружения обеспечивается просто тем, что выдерживается допускаемая

величина максимального напряжения при действии эксплуатационных нагрузок, которая лежит ниже разрушающего напряжения или предела текучести, в соответствии с заданным коэффициентом запаса. При применении

предварительно напряженного железобетона этот привычный способ обеспечения надежности неприемлем. Надежность сооружения в данном случае должна быть обоснована расчетом по разрушающей стадии; этот вопрос подробно рассмотрен в гл. 13.
Целесообразно все же здесь вникнуть в изменение напряжений в арматуре предварительно напряженной балки при ее нагружении до разрушения. Вначале от натяжения в арматуре возникают очень высокие напряжения (фиг. 1. 12), которые немного уменьшаются вследствие усадки и

ползучести бетона. При нагружении напряжения возрастают в соответствии с удлинением бетона приблизительно линейно на величину паь, где

аь — уменьшение сжимающего напряжения в бетоне на линии оси рассматриваемой растянутой арматуры. Это увеличение напряжений в арматуре

незначительно, пока бетон работает совместно с арматурой. Как только,

однако, в растянутой зоне бетона появится волосная трещина, возникает

внезапный скачок напряжения, так как сталь должна воспринять все то

растяжение, которому до образования трещины противостояло еще сечение бетона. Вследствие скачкообразного изменения напряжений в арматуре сцепление между ней и бетоном на участках, прилегающих к трещине, •

нарушается, отчего трещина немного раскрывается. При этом нейтраль-
I
сечрний
Фиг. 1. 11. В каждом месте изменения размеров сечения сжатого

элемента в бетоне возникают боковые силы
30
--------------- page: 31 -----------
ная ось смещается вверх, что приводит сначала к небольшому снижению

напряжений. При дальнейшем нагружении напряжения в арматуре растут

все быстрее, что отражается искривлением линии диаграммы деформации.

Аналогично изменяются скачком и сжимающие напряжения в бетоне при

переходе от стадии 1 к стадии 2.
Кривая зависимости прогибов от нагрузки для предварительно напряженной балки (фиг^1. 13) имеет точку перелома, которая позволяет су-

щить о появлении первой трещины в бетоне лучше, чем обнаружение этой

трещины при помощи лупы.
нагрузка
Лербая
трещи на
6еи - предварительное напряжение 7|~~ Потеря &
Напряжение (или

удлинение) стали
Фиг. 1. 12. Изменение напряжений в напряженной стальной арматуре при повышении нагрузки

до разрушения
, нагрузка —-
Предварительно

^/^напряженный трпезобетоя
1
Унагрузпа, при которой

поябляется трещина ^ *" "
]
/
/
^ Обыкновенный

^' железобетон
/
У
1 Прогиб
Стадия
Стадия 2
Фиг. 1. 13. Кривая зависимости

прогиба предварительно напряженной железобетонной балки

от нагрузки
1.
НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ)
Если в балке при превышении эксплуатационной нагрузки достигаются

серьезные остаточные деформации, это свидетельствует о достижении нагрузкой своей «критической величины». В стальных конструкциях, например, это происходит при превышении предела текучести. Аналогично этому

и в конструкции из предварительно напряженного железобетона остаточные деформации возникают тогда, когда будет значительно превзойден

предел, характеризуемый удлинением стали в 0,2% (см. гл. 2. 1), и остаточные удлинения стали станут больше, чем деформации, создаваемые

предварительным напряжением. Если надо вычислить величину критической нагрузки, то нужно, следовательно, определить ту нагрузку, при которой может быть достигнуто столь большое остаточное удлинение арматуры (см. гл. 13).
1.
Для нахождения коэффициента запаса против появления трещин определяется та нагрузка, при которой возможно появление первой трещины

в бетоне, т. е. нагрузка, при которой будет превышен предел прочности

бётона при растяжении. Коэффициент запаса против появления трещин

равен отношению этой вызывающей трещину нагрузки к допускаемой нагрузке. Сам по себе этот коэффициент запаса представляет сомнительное

понятие, принимая во внимание неопределенность величины предела прочности бетона при растяжении и его пластические деформации. Это понятие
31
--------------- page: 32 -----------
не имеет для предварительно напряженного железобетона того значения,

которое придается ему в применении к обычному железобетону, так как

мы создаем предварительное напряжение именно для того, чтобы исключить появление трещин при эксплуатационных нагрузках или хотя бы под

действием собственного веса. Поэтому для практических целей нет нужды

определять коэффициент запа-са против появления трещин1.
1.
При применении ограниченного предварительного напряжения могут

возникнуть трещины даже при нагрузках, вызывающих растягивающие

напряжения в бетоне, по величине меньшие, чем допускаемые главным

образом благодаря воздействию температуры и усадки. Большие бетонные

массивы подвержены трещинообразованию вследствие влияния таких же

воздействий. Обычно принято для «защиты» от таких трещин укладывать

ненапряженную арматуру. Нужно, однако, ясно представлять себе, что эта

арматура не препятствует самому образованию трещин, а только немного

замедляет их развитие, уменьшает расстояние между ними и тем самым

их раскрытие, так что вместо немногих зияющих трещин образуется множество волосных. Трещины распределяются по бетону. Таким образом,

получается не защита против появления трещин вообще, а защита против

раскрытия немногочисленных трещин; этим способом стремятся добиться

столь малого расстояния между трещинами, чтобы при эксплуатационных нагрузках трещины оставались волосными и невидимыми. Благодаря малому расстоянию между трещинами поведение конструкции при

приближении к разрушению также улучшается.
Арматура, укладываемая для распределения трещин, используется

также и для работы на растяжение, следовательно, для повышения запаса

прочности. Меры защиты против образования и раскрытия трещин будут

рассмотрены в гл. 10 и 11.
1.
НАПРЯЖЕННОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
Большой интерес, вызываемый предварительно напряженным железобетоном, был бы необоснованным, если бы благодаря его применению не

достигались существенные выгоды по сравнению с обычным железобетоном. Вкратце преимущества предварительно напряженного железобетона

могут быть сформулированы нижеследующим образом.
1.
позволяет обеспечить полную защиту от коррозии заложенной в бетон

арматуры.
2.
железобетоном, так как растянутая зона бетона тоже полностью работает.

Экономия арматурной стали значительно выше и составляет от 60 до 80°/о,

что прежде всего объясняется высокими напряжениями сталей, применяемых для предварительного напряжения.
3.
женного железобетона, как это видно уже из фиг. 1. 13. При одинаковой
1 Эти соображения следует считать спорными. Проверка трещиноустойчивости, как

известно, предписывается нашими нормативными требованиями для большинства видов

напряженно армированных конструкций. (Прим, редактора.)
32
--------------- page: 33 -----------
высоте и тех же допускаемых напряжениях прогибы предварительно напряженного элемента составляют приблизительно 1и прогибов элементов

Из обычного железобетона. Деформации предварительно напряженных

железобетонных элементов даже заметно меньше, чем деформации сравнимой конструкции из стали марки Ст. 52. Сравнение отношений соответствующих величин напряжений при полезной нагрузке к модулю упругости для того и другого материала дает следующий результат:
предварительно напряженный железобетон
— =
Еь 300 ООО
сталь марки Ст. 52
2100 000
Таким образом, деформация балки из предварительно напряженного

железобетона составляет только около 33% деформации сравнимой балки

из стали марки Ст. 52.
Малая величина деформаций позволяет добиваться большей ажурности конструкций и приводит к малым амплитудам колебаний. Она делает

предварительно напряженный железобетон особенно пригодным для растянутых элементов и поясов, удлинения которых должны быть возможно

наименьшими, имея в виду уменьшение деформации конструкции в целом.
4.
зобетона полностью восстанавливать свою несущую способность после значительных перегрузок без серьезных неприятных последствий (Ы§Ь гезь

Напсе). Возникшие временно трещины закрываются снова полностью

(см. фиг. 16. 51).
5.
предварительно напряженного железобетона, чем у конструкций из других

материалов, выше даже, чем у стальных конструкций нормального типа

(клепаных или сварных). Этот высокий предел выносливости прежде всего

связан с незначительным изменением величины напряжений в растянутой

арматуре. Это обстоятельство делает предварительно напряженный железобетон особенно выгодным для конструкций, испытывающих динамические нагрузки, например для железнодорожных мостов (см. гл. 15).
3 - 3206
--------------- page: 34 -----------
Глава 2
2. МАТЕРИАЛЫ
2.
2. 11. ТРЕБОВАНИЯ К СТАЛИ ДЛЯ НАТЯГИВАЕМОЙ АРМАТУРЫ
Для предварительно напряженного железобетона применимы только»

высокопрочные стали, так как часть удлинения при натяжении, а тем

самым и часть силы натяжения теряется вследствие пластического укорочения бетона. Сила натяжения уменьшается на величину, зависящую

от отношения укорочения бетона к начальному удлинению стали

(фиг. 1. 6). Относительная потеря силы натяжения тем меньше, чем

больше полученное при натяжении стальной арматуры упругое удлинение.
Так как модуль упругости стали изменяется лишь в небольших пределах — от 1 900 до 2 150 кг!см2 (за исключением канатов), то достижимое

удлинение зависит почти исключительно от предела прочности и соответствующего допускаемого напряжения стали. Чем более высоким напряжениям и, следовательно, удлинениям можно подвергнуть сталь, тем меньше

будет количество стали, в некотором смысле напрасно затраченное в

связи с учетом потерь напряжений.
Укорочение бетона от усадки и ползучести колеблется в пределах от

0,5 до 1,5 мм!ж (см. гл. 2. 23 и 2. 24) при использовании его в сооружениях и зданиях, где возможно высыхание бетона, и от 0,3 до 1 мм!м в

мостах (большая влажность воздуха). Если натягиваемая стальная арматура укорачивается на такую величину, то потеря напряжения в ней

составляет от 1 000 до 3 000 кг!см2 в первом случае и от 600 до 2 000 кг!см?

во втором. Применяя сталь марки Ст. 90 с пределом прочности
9
что в конструкциях зданий потери силы натяжения могут достигнуть 60%,

а в мостах — 44%, если только не применять повторного натяжения, как

это делается при изготовлении железнодорожных шпал. Применение стали

марки Ст. 180 позволяет снизить эти потери до 37% или соответственно*

до 22% (фиг. 2. 1).
Понятно поэтому, что для предварительно напряженного железобетона

стремятся применять стали с высоким пределом прочности. В Швейцарии

поэтому не допускается совсем применение для предварительно напряженного железобетона сталей с пределом прочности ниже 120 кг!мм2'

[144]. В Германии из практических соображений с успехом применяется

сталь марки Ст. 90, при этом мирятся с повышенным расходом стали,

возникающим в связи с высоким процентом потери силы натяжения, или*

же умеряют этот дополнительный расход, применяя ограниченное предварительное напряжение при пониженных величинах постоянных сжимающих напряжений.
1
натяжения стеклянных нитей. Эту мысль в свое время высказал Фрейсине ([214],

см. стр. 158 и далее). В США сейчас ведутся исследования в этой области. Здесь будут

рассмотрены только применяемые сейчас виды стали.
34
--------------- page: 35 -----------
Прочностные качества стали определяются тем, что при достижении

поедела прочности сталь должна сохранять известную вязкость, которая

оценивается по удлинению при разрыве и испытанием на загиб. Эта вязкость требуется в связи с необходимостью отгиба арматуры и возможной

концентрацией напряжений в местах анкеровки. Вязкость, кроме того,

помогает предотвратить внезапные разрушения при перегрузках, о которых не сигнализирдет в достаточной мере деформации. Предел прочности
Фиг. 2. 1. Потери в процентах силы натяжения, создающей

предварительные напряжения, вследствие пластического

укорочения бетона при различных пределах прочности стали

и бетонах марок 300 и 600; слева — для умеренных величин усадки и ползучести, справа — для значительных
достаточно вязких сталей в настоящее время составляет от 180 до

200 кг/мм2. Предел прочности очень тонкой проволоки (рояльной) при

еще достаточной вязкости может быть повышен до 240 кг/мм2. Если предел прочности еще больше повышают, то сталь становится жестче и вследствие этого мало пригодной для строительных целей.
Высокая прочность арматуры может быть получена следующими

тремя путями:
1)
гирующими добавками (специальные стали);
2)
3)
обработки легированная сталь сильно нагревается, затем быстро охлаждается до определенной температуры в масле или расплавленном свинце,

а затем еще раз отпускается при более высокой температуре.
Основное значение при оценке сталей для натягиваемой арматуры

имеет диаграмма деформаций (кривая а — е) до разрушения. Твердые

стали и некоторые виды термически улучшенных сталей характерны линейностью зависимости сг — е до точки вблизи ясно выраженного предела

текучести (фиг. 2. 2). Холоднотянутые и многие термически улучшенные стали переходят в пластическую область постепенно. Начало отклонения линии а—е от прямой определяет собой предел упругости. Для

характеристики сталей, кроме того, по нормам фШ 50144, 50145 и 50146)

установлены:
9*0,01— технический предел упругости (удлинение 0,01%);
9о,а— технический предел текучести (удлинение 0,2%).
35
--------------- page: 36 -----------
Эти обозначения относятся к тем напряжениям, при которых остаточная деформация при первом медленном постепенном нагружении составляет 0,01% и соответственно 0,2%. Достигнутое удлинение

при разгрузке уже не исчезает полностью (фиг. 2. 2), Остаточные удлинения, как правило, появляются с началом отклонения от прямолинейного

закона деформирования (от закона Гука).
Фиг. 2. 2. Характерные точки графиков деформации сталей,

применяемых для напряженной арматуры
Для дальнейшей оценки линии а —- е большей частью не требуется дополнительных характеристических данных за исключением удлинения при

разрыве 5, для определения которого важное значение имеет длина, к которой отнесено это удлинение. При оценке сталей для натягиваемой арматуры удлинение при разрыве относится к длине^равной \Ы

при круглых стержнях ($10), или к длине, равной 11,3 1/р при любых

других типах сечений фШ 50146). Оно должно составлять не менее 4%.
Если взять за основу большие длины, то удлинение при разрыве будет

значительно меньше, так как сильное местное удлинение в шейке, в месте

разрыва, окажется отнесенным к большей длине. Не следует, таким образом, представлять себе дело так, что длинная стальная проволока вытянется на 4% своей длины раньше, чем разорвется; если для этой стали

’610 =4%, проволока удлинится только на 1,5*4-2,5% своей полной длины.

Удлинение проволоки будет определяться той величиной равномерного удлинения, которое будет достигнуто при максимальной

нагрузке. Однако зачастую удлинения длинного стержня при разрыве

оказываются ниже возможного равномерного удлинения.
Указанные характеристики даже для одного и того же вида стали не

представляют собой абсолютно точных величин; приходится считаться с

областью рассеяния или допусками, которые могут составлять от 2 до

■5% и должны располагаться выше гарантированных значений.
Допускаемое напряжение стали выражается в процентах к пределу

текучести (или к величине напряжения при остаточном удлинении 0,2%)

или к пределу прочности. У многих сортов стали это допускаемое напряжение выше предела упругости, так что удлинение, возникающее при
36
--------------- page: 37 -----------
ведет себя далее в этой области, как
создании предварительного напряжения, нельзя рассчитывать по модулю

упругости Е =~-> пользуясь прямолинейным участком диаграммы ст —е.
В этом случае относящееся к напряжению ^ удлинение находят

прямо по диаграмме деформирования ст — е, которую для этого должен

представлять завод-поставщик (фиг. 2. 3). Если напряжение взято

не на много выше цредела упругости, то имеют место лишь малые оста-

. точные деформации, которые проявляются только при нескольких начальных нагружениях и большей частью совсем исчезают после 3—6-го на-

гружения; сталь упрочняется и

вполне упругая. Правда, при

этом устанавливается несколько меньший модуль Е1), чем в

области низких напряжений

(фиш 2. 3).
Для расчета напряжений в

арматуре при предварительном

напряжении со сцеплением нужно поэтому установить наклон

линии ст—е, определяемый через

Еу приблизительно на высоте

су; этот наклон после часто

повторяющихся малых изменений напряжения вокруг этой

точки делается постоянным.
Для обычной точности расчета

большей частью достаточно

знать модуль упругости Е прямолинейного участка диаграммы су — е; только для прядей и

канатов важно знать Ег^ш
Для защиты от хрупкого

разрушения в местах перегиба
или в других подобных условиях государственные железные дороги требуют нижеследующих испытаний на загиб для проволок с И < 8 мм*.
а)
сгибания и разгибания
Испытание проводится на образце необработанной и незаржавленной

проволоки, предназначенной для напряженной арматуры. Проволоку изгибают на ооравке диаметром 101) (где О — диаметр или толщина испытываемой стали с округлением до целого числа миллиметров) на 90°, давая

ей свободно пружинить (под нагрузкой), затем отгибают обратно и, наконец, нагружают до разрыва в соответствии с нормами (ОШ 50146).
Снижение предела прочности после загиба не должно быть более 5%.
б)
шения
бталь для напряженной арматуры загибают и разгибают на 90° (под

нагрузкой) в обе стороны (считая от положения прямой проволоки) до

наступления разрушения на оправке диаметром: 51) — для холоднотянутой проволоки и 101) —■ для термически улучшенной проволоки (где О —

диаметр испытываемой стали с округлением до целого числа миллиметров). В остальном испытание ведется по БШ 51211. Требуемое число
Фиг. 2. 3. Нахождение удлинения соответствующего
предварительному напряже-

Е по
НИЮ, И модуля упругости Еу по кривой
0 — е стали, применяемой в качестве предварительно напряженной арматуры
*
зЙЫеп», БАГ51, 1954.
37
--------------- page: 38 -----------
загибов и разгибаний, которое проволока должна выдержать до излома,

пока не установлено, но должно быть, очевидно, не менее 3—5.
в)
Это испытание выполняется по ОШ 1065 (лист 4), причем загиб производится вокруг оправки диаметром 5Д.
При заказе стали для напряженной арматуры должны быть гарантированы следующие характеристики; 1) максимальный предел прочности

при растяжении; 2) предел текучести ст, или напряжение ст0>2 при остаточном удлинении 0,2%; 3) максимальная потеря при предварительном напряжении ст* вследствие ползучести стали (при постоянной длине); 4) минимальное сечение проволоки; 5) соответствие требованиям испытания

на загиб; 6) наличие требуемого 510.
Должны быть также выполнены следующие требования.
Проволока диаметром менее 10 мм должна быть защищена упаковкой

от ржавления, в особенности проволока из термически улучшенной стали.

Проволока диаметром от 5 до 8 мм должна поставляться на барабанах

диаметром не менее 1,8 м.
При определении веса нужно предусматривать прибавку на плюсовый

допуск заказываемого сечения в размере от 2 до 3% для холоднотянутой

проволоки и от 3 до 5% для катаной.
Кроме того, расчетчику, выполняющему статический расчет, и инженеру, ответственному за осуществление предварительного напряжения,

должна быть представлена диаграмма деформаций до разрыва для выбранного сорта стали с указанием возможных отклонений (допусков).
2. 12. СОРТА СТАЛИ
В этом разделе будут описаны употребительные в Германии стали для

напряженной арматуры и их свойства. Перечень этих сталей приведен в

конце раздела.
2.
Производством твердых сталей для напряженно армированных конструкций уже много лет занимается металлургический завод в Рейнгау-

зене. Вначале завод изготовлял специальную сталь Ст. 70/105 (первое

число обозначает предел текучести, второе — предел прочности) диаметром от 8 до 12 мм следующего состава:
0,7% С, 0,3% 51, 1,2% Мп (поМёршу).
Так как эта сталь не годилась для стержней больших диаметров и для

холодной накатки резьбы, то позже перешли к несколько более дешевой
стали — Ст. 60/90, тоже кремне-марганцо-

вистой (сталь «Сигма»), которая поставлялась диаметрами

от 15 до 32 мм, причем преимущественно 18 и 26 мм. В последнее время (с

1954 г.) эта сталь заменена Ст. 75/105.
График деформаций для этой стали

меняется по прямой
-60/90
ММ
. у .

\
1
1
1 '
7 пред^
1 тепуч1
?п
?сг
Пи
1
I
/Е- 2Ю0000 «г/смг;
1 область рассеяния та<-
/еп ± 2°/о
■ “* <
1
I
1 .
, . 1* '
Удлинение при разрыве &ю~
Фиг. 2. 4. График деформации стали «Сигма» —

Ст. 60/90 металлургического завода в Рейнгаузене
38
--------------- page: 39 -----------
пинии с модулем Е=2 100 т/см2 до напряжения 5,5 т/см2. Между 6 и

6 5 т/см2 появляется отчетливо выраженный предел текучести, после

которого удлинение быстро растет, достигая при пределе прочности

9__Ю,5 т/см2 относительного удлинения при разрыве, равного 10—12%

(фиг. 2. 4).
Сталь Ст. 90 хорошо поддается холодному деформированию. Она

также обладает свариваемостью, хотя ее сварка должна выполняться

особенно тщательнб! Так, например, при контактной сварке оплавлением

'необходимо точно и надежно регулировать силу тока, время нагрева и

давление в стыке. Приемы контактной стыковой сварки, обычно применяемые при работе со сталями Ст. 37 и Ст. 52, непригодны для Ст. 90.

Пока что для строительных целей нельзя рекомендовать использование

обычных сварных стыков применительно к стержням из Ст. 90.
Обычная торговая длина стержней из стали Ст. 90 равна 14 м; однако

могут поставляться и стержни длиной до 22 м, если для транспортировки

используются соответствующие перевозочные средства.
2.
Повышение прочности стали холодным наклепом известно уже очень

давно. Еще в 1873 г. этим способом изготовляли высокопрочную проволоку. Катаная проволока сначала патентируется, т. е. нагревается до

900—1000° с последующим охлаждением в свинцовой или соляной бане

до 450—550°, чтобы получить благоприятную для наклепа сорбитную

структуру. Затем проволоку протягивают черед волочильную доску, причем диаметр ее уменьшается, а длина увеличивается. С течением времени

техника получения холоднотянутой проволоки развилась и усовершенствовалась. Имеются накопленные за несколько десятилетий соответствующие

опытные данные о приемлемых составах стали (от 0,4 до 0,8% С, от 0,5 до

0,7°/о Мп + от 0,12 до 0,2% 31; содержание фосфора и серы не более чем

по 0,035%), ее плавке и промежуточной и последующей обработке.
Хорошо известны также свойства таких сталей и их поведение при

любых видах нагружения. Эти стали показали хорошие качества в применении к кабелям больших висячих мостов и в проволочных канатах

всех видов. Однако эти стали не поддаются сварке и чувствительны к

нагреву (см. 2. 14).
Холоднотянутая сталь поставляется преимущественно в виде тонкой

проволоки. Чем меньше диаметр проволоки, тем больше можно повысить

ее прочность. При диаметрах от 2 до 3 мм можно считать обычным предел

прочности 180 кг/мм2, а при диаметрах от 6 до 10 мм — 150—130 кг/мм2.

В исключительных случаях можно получать поставки с еще более высокой

прочностью. Применяя старение (см. 2. 123), можно еще более повысить

предел прочности. Сейчас для раздельного армирования проволоками

преимущественно используются стали, подвергшиеся старению.
График деформации холоднотянутой проволоки (фиг. 2. 5) сначала

ймеет прямолинейный участок с несколько большим наклоном, чем у

твердых сталей: модуль упругости проволоки в этой области равен 1 950—■
2
Црямой и идет с медленно возрастающей кривизной дальше к точке разрыва; на графике, следовательно, нет нарушения непрерывности в виде

предела текучести.
Относительное удлинение при разрыве образца длиной 10с? обычно

составляет от 4 до 8%, т. е. меньше, чем у твердых сталей. Однако медленное постоянное нарастание удлинения приводит к тому, что при пере39
--------------- page: 40 -----------
напряжении, вызванном превышением нагрузки над допустимой, задолго

до разрыва появляется ясно заметная, предвещающая разрушение деформация; в этой связи пониженное значение удлинения при разрыве не

является недостатком.
Способность к деформированию в холодном состоянии и вязкость холоднотянутых сталей приемлемы, если только не заходить слишком далеко с повышением прочности. Во всяком случае они достаточны, чтобы

можно было без затруднений

выполнять анкеровку крюками

или перегибы стержней при

анкеровке клиньями.
Поверхность холоднотянутых проволок благодаря про-

цессу волочения получается

гладкой, желаемое сечение выдерживается очень точно. Круглую проволоку можно получать

с диаметром через 1/10 мм, с

малыми допусками. Молено также получать трапецевидные,

прямоугольные или квадратные

сечения со слегка скругленными углами.
Длина проволоки зависит от

принятого на заводе веса бухты,

который находится в пределах

от 60 до 120 кг. При диаметре
3
составляет 2 150 м, при диаметре 5 мм — 770 м. Проволока

поставляется смотанной в бухты; куски нужной длины отрезаются на строительной площадке. Если хотят, чтобы проволока ложилась прямо и не закручивалась, то ее нужно заказывать выпрямленной и

свернутой в бухты большого диаметра; при такой намотке деформации

не выходят за пределы упругости, и, следовательно, проволока спружинит

и выпрямится. При малых диаметрах не всегда удается изготовить проволоку, свободную от закручивания, если только не подвергнуть ее старению в прямых кусках. Для

сматывания с бухты применяют решетчатые стальные вертушки, которые предотвращают

возможность внезапных скачков пружинящей натянутой

проволоки (фиг. 2. 6).
Отметим особый вид холоднотянутой 'проволоки, изготовляемой фирмой «Фельтен и

Гильом»; это крученая плоская

проволока («Нептун») [109],

оказывающая большое сопротивление скольжению в бетоне

благодаря своей ‘винтообразной

поверхности (фиг. 2. 7),
Фиг. 2. 6. Устройство для разматывания Обычно холоднотянутая сталь

бухт высокопрочной проволоки
Фиг. 2. 5. График деформации холоднотянутой проволоки из термически улучшенной стали
40
--------------- page: 41 -----------
применяется либо в виде отдельных проволок, либо в виде параллельных

пучков или кабелей. Малые диаметры — от 2 до 4 мм — применяются

большей частью в виде прядей из двух, трех или семи проволок. Пряди иа

семи проволок и канаты, сворачиваемые в бухты, можно заготовлять очень

длинными, сращивая срезанные под острым углом концы проволок спай-
Фиг. 2. 7. Витые пряди из двух, трех и семи проволок. Ёверху при-

веден общий вид проволоки «Нептун»
кой на твердом припое; прочность места спайки при этом достигает примерно 60°/о прочности проволоки. Места спайки отдельных проволок смещают друг относительно друга не меньше чем на 3 м, так что прочность

семипроволочной пряди снижается от такого соединения не более чем

на 10%. В пучках из многих проволок этот процент еще меньше в соответствии с долей участия отдельной проволоки в сечении, Это уменьшение прочности в стыке проволок практически не учитывается ни в

висячих мостах, ни в предварительно напряженном железобетоне, так как такое

выполнение стыка оправдано

многолетней практикой. Длина ограничивается только

допустимым для транспортировки весом прядей или канатов, свернутых в бухты.
Простые пучки из круглых проволок или проволочные канаты со многими прядями уже применялись для

напряженно армированных

конструкций.
Излюбленный в строительстве и пригодный также

для напряженно армированного железобетона вид каната представляют собой патентованные канаты с замкнутой оболочкой

(фиг. 2. 8), состоящие внутри из круглых проволок, затем из клиновидных, а снаружи из 2-образных. Эти канаты отличаются особенно малой

величиной внутренних пустот 10%) и плотно замкнутыми наружными
Фиг. 2. 8. Конструкция патентованного каната

с замкнутой оболочкой диаметром 54 мм,

Ре = 19,75 см2
41
--------------- page: 42 -----------
слоями. Чтобы повысить сопротивляемость коррозии, отдельные проволоки при изготовлении каната пропускают через ванну со свинцовым суриком, так что промежутки, прежде всего между 2-образными проволоками, заполняются сплошь. Когда канат находится под напряжением,

свинцовый сурик вдавливается в эти промежутки. Диаметры канатов

составляют от 30 до 125 мм, средняя прочность около 15 т/см2.
Удлинение прядей и канатов больше, чем удлинение отдельной прово-

-локи и зависит от шага скрутки. Шагом скрутки называют длину
одного витка проволоки. Ее указывают

иногда в абсолютных

величинах, иногда

как отношение диаметра пряди или каната к шагу скрутки.

Например, шаг скрутки 1 : 10 означает

для пряди диаметром
10
проволока образует

один виток на длине

100 мм.
Для предварительно напряженного

железобетона употребительны сравнительно большие шаги скрутки от 1 : 10

до 1 : 14, так как

при меньших шагах

скрутки увеличиваются удлинение и так

называемая вытяжка каната. Изменение шага скрутки

на ±10% оказывает

на очертание линии

о—е влияние, не выходящее за пределы

нормальной области

отклонений. Под вытяжкой каната понимается то удлинение,

которое вследствие

вытяжки проволок

в витках проявляется

как неупругое удлинение. Вытяжку каната нельзя устранить для длительных условий работы

путем так называемой предварительной
обтяжки на специальном стенде, -так как при каждом перегибе каната,

которое потребуется затем для его транспортировки, эта вытяжка уменьшается непостоянным образом.
•Фиг. 2. 9. Диаграммы деформаций прядей из семи про-

волок (см. текст) и патентованного каната с замкнутой

оболочкой (по фиг. 2. 8). Вверху — до разрыва,

внизу — до при больших размерах удлинения
42
--------------- page: 43 -----------
Предел прочности прядей или канатов понижен по сравнению с прочностью прямой проволоки на 2—6°/о. Поэтому при поставке должно быть

согласовано не только желаемое качество проволоки, но и гарантируемый

минимальный предел прочности пряди или каната. На фиг. 2. 9 показан

график деформаций употребительной семипроволочной пряди, из проволоки диаметром 3 мм\ шаг скрутки 140 мм, качество проволоки соответствует Ст. 180, гарантированный минимальный предел прочности пряди

от 170 до 175 кг/мл$. На фиг. 2. 9 нанесена также линия а — е патентованного каната с замкнутой оболочкой конструкции, показанной на фиг. 2. 8.

Рекомендуется при применении канатов, когда создается натяжение, несколько раз перейти через заданное номинальное значение силы натяжения на 5-т-Ю°/о, учитывая, что эти канаты ведут себя, как не вполне

упругие. Уже после немногих циклов изменения напряжений перестают

наблюдаться остаточные удлинения, зависящие от вытяжки каната [47].
Проволоки малого диаметра до применения в дело нужно тщательно

защищать от возможности ржавления, чтобы не ослабить их сечение. По

данным опыта, семипроволочная прядь из проволоки диаметром 3 мм

Ш\ 180 после полугодового незащищенного пребывания на открытом

воздухе не теряет заметным образом первоначальной прочности. Ржавление, следовательно, у холоднотянутых проволок идет не настолько

быстро, чтобы следовало опасаться ослабления сечения в промежутке

между установкой проволоки и ее натяжением.
При применении холоднотянутой проволоки следует учитывать ползучесть стали, которая будет подробно рассмотрена в 2. 13.
В Германии производством холоднотянутых сталей для предварительно

напряженного железобетона первым занялось акционерное общество

железа и стали «Фельтен и Гильом»; 'общество поставляет проволоку,

пряди и канаты.
2.
(отпущенные) стали
Старением называется отпуск холоднотянутой проволоки при температурах от 150 до 400° С (в зависимости от длительности процесса старения) в качестве последующей обработки. Старение повышает сг0)2 на

20 “г* 40%, предел прочности — на 5 -г- 9°/о и улучшает предел выносливости и удлинение при разрыве. Проволоку легче предохранить от закручивания, ее ползучесть уменьшается, вязкость проволоки в основном сохраняется. Холоднотянутая, подвергнутая старению проволока, следовательно, более пригодна для предварительно напряженного железобетона,

чем просто холоднотянутая, но несколько дороже. Ее применяют предпочтительно в виде отдельных проволок и проволочных пакетов, но не

для прядей и канатов [154].
Фирма «Фельтен и Гильом» в 1954 г. поставляла почти исключительно

подвергнутую старению проволоку для напряженной арматуры в бухтах

диаметром от 2 до 2,5 м следующего качества:
Диаметр в мм
5—6
5—8
6—10
Модуль упругости подвергнутых старению проволок составляет от

2 100 000 до 2 200 000 кг!см2, т. е. выше, чем у твердых сталей; это следует учитывать при определении напряжений по удлинениям.
43
--------------- page: 44 -----------
2.
Кроме волочения, применяются и другие способы холодного наклепа

для повышения предела текучести и прочности, например последующая

холодная прокатка, холодное кручение (сталь «Тор») или наклеп ковкой.

В Англии и США изготовляется наклепанная круглая сталь диаметром

25 мм с о-о,2 =94 кг/мм2 и аВг =110 кг/мм2 (Ъес. Мс. Са11, МасаНоу Ш.)7

содержащая ^0,6% С, 1,9% 51, 1,0% Мп [136].
Холодной прокаткой изготовляют тонкие полосы, так называемую полосовую пружинную сталь, которая обладает свойствами, аналогичными

свойствам холоднотянутой проволоки; ее применяли в закрученном виде

для предварительно напряженного железобетона. Однако никаких преимуществ перед более дешевой проволокой при этом не выявилось.
2.
Повышение прочности сталей термической обработкой известно уже

несколько сот лет и широко применяется; вспомним хотя бы о закаливании кованых мечей или инструмента. В машиностроении этот процесс

настолько привычен, что при нормировании методы термической обработки обозначаются кратким термином «улучшение». По определению

норм ЭШ 17014 под улучшением понимается «термическая обработка для

получения высокой вязкости с определенной прочностью при растяжении,

осуществляемая, как правило, путем закаливания и последующего отпуска, большей частью при высокой температуре».
После проката
структура:
твердость
по Роквеллу: 32—35
предел прочности

при растяжении
в кг(мм2:
Фиг. 2. 10. Изменения структуры стали «Сигма» (металлургический завод в

Рейнгаузене) при термическом улучшении
Для строительных сталей повышение прочности термическим улучшением стало применяться только в последнем десятилетии [164].
Термическое улучшение употребительных сортов проволоки для напряженной арматуры состоит в нагреве примерно до 800° С, быстром

охлаждении в масле и вслед за тем отпуске в свинцовой ванне приблизительно при 500° С. Необходимо точно выдерживать температуры, относящиеся к тому или иному составу стали. При такой обработке происходят
44
--------------- page: 45 -----------
существенные изменения структуры, показанные на фиг. 2. 10. В конце

обработки получается очень мелкозернистая структура.
Термически улучшенная проволока не сваривается и чувствительна к

нагреву (см. 2. 14). Например, на металлургическом заводе в Рейнгаузене

имел место случай разрушения проволоки при умеренных напряжениях.

Было установлено, что причиной разрушения послужило незначительное

местное оплавление, причиненное, возможно, сварочным устройством

(фиг. 2. 11). Фотография шлифа этого места показывает видоизменение

структуры от нагрева; в оплавленном месте — грубая структура литого
Фиш 2; 11. Местные оплавления овальной проволоки периодического профиля, вызванные, возможно, сварочным аппаратом, привели к ее хрупкому разрушению. Структура

оплавленного места показана на фотографии вверху
металла, в то время как рядом сохранилось очень мелкое зерно улучшенной стали. Небольшое повреждение поверхности повело к хрупкому из-

лому без деформации. Этот пример показывает, как тщательно нужно

защищать стали для напряженной арматуры от неосторожного обращения.

Термическое улучшение сильно повышает предел прочности и предел

упругости; модуль упругости при этом равен приблизительно 2 100 т/см2.

После перехода через напряжение с02 или через предел текучести удлинение начинает расти, т. е, линия сг — е достигает максимальной точки, не

искривляясь. Удлинение при разрыве составляет 5—6°/о (фиг. 2. 12).

У многих сортов стали наблюдается перелом кривой а — г в точке, соответствующей пределу текучести.
Неоднократно высказывалось мнение, что особенно выгоден очень

высокий предел сто,2, т. е. прямолинейное очертание графика с — в почти

До разрыва. Это, однако, неверно, если иметь в виду надежность. Прямолинейность графика а —е означает, что при переходе через допускаемую

нагрузку удлинения арматуры еще долго остаются малыми, вследствие

чего мала и деформация конструкции. Так как при этом вслед за 0*0,2 на

ближайшем участке а — е очень быстро приходит в точку разрыва, то и

сооружение разрушается без желательного предупреждения, в качестве
45
--------------- page: 46 -----------
Фиг. 2. 12. Кривая о — в термически улучшенной

проволоки (металлургический завод в Рейнгаузене)
которого1 может быть использована бросающаяся в глаза деформация

конструкции. Следует поэтому поднятый особо высоко предел <то,2 скорее

считать недостатком, с точки зрения надежности сооружения. Страдает

также и вязкость стали. В современных сталях для напряженной арматуры поэтому избегают слишком высокого

предела ао,з, который

должен быть ниже

0,88 авг*
К тому же высокий предел его,2 сильно снижается при сгибании и разгибании

проволоки диаметром

5 мм даже при больших радиусах кривизны (диаметр оправки

~ 840 мм) [213]

(фиг. 2. 13). Правда,

это явление можно

устр анить, пр именяя

отпуск или холодную

вытяжку; но в напряженной арматуре мы

встречаемся со сгибанием и разгибанием

без последующей обработки, и поэтому

высокий предел а0,2

не может быть использован.
В термически улучшенных сталях незначительные повреждения поверхности проволоки, например небольшие раковины

коррозионного происхождения, приводят к

ясно выраженному

хрупкому разрушению,

главным образом при

низкой температуре

или резком нагружении, особенно в местах

перегиба. В 1952 г. на

мосту через Меллен-

бах в Форарльберге и

через Дунай в Донау-

мюнстере много часов

спустя после создания

предварительного на-
л о ю -о
Фиг. 2. 13. Влияние пластической деформации изгиба г ппполя ппгтяттпгк

и последующего отпуска и правки на диаграмму де- 1 ииьида иирвалои»

формирования стали «Сигма» — Ст. 145/160 диамет- МНОГО проволок. При-

ром 5,2 мм (по Енихе)
46
--------------- page: 47 -----------
Ста/Пг „С'иъмй-у л .

?Я5/15а
Диаметр ила ри^мерог в у>--
коисталлйческая коррозия, вызванная атмосферным воздействием паров-

определенных кислот; развитию коррозии благоприятствовало напряжение проволоки.
Коррозия проникает между кристаллами; на микрофотографии шлифа

она видна как трещинка. Не раз термически улучшенные проволоки ломались из-за этих коррозионных

трещин, от напряжений изгиба,

вызванных кривизной проволоки,

при ее сматывании в бухты. Эти

явления связаны, вероятно, с химическим составом стали и со степенью термического улучшения;

принятыми новыми мерами они

должны быть устранены.
Ввиду этого поставки термически улучшенных сталей должны

поручаться особенно надежным

заводам; их свойства должны

строго проверяться, диаметр бухты должен быть достаточно велик,

причем в период поставки в течение хранения проволоки вплоть до

ее применения в изделиях должна

обеспечиваться безупречная защита от ржавчины.
В Германии термически улучшенная катаная проволока под

названием сталь «Сигма» (Ст.
145/160 или Ст. 135/150) изготовляется металлургическим заводом

в Рейнгаузене [190]. Номинальные

диаметры поставляемой заводом

круглой проволоки — от 5,2 до
9
овальные проволоки с полученными прокаткой небольшими поперечными ребрами (фиг. 2, 14).
Вес бухты составляет до 200 кг.
Эта проволока подвергается термическому улучшению в прокатанном виде, и потому ее сечения

определяются с допусками для

проката, которые недавно снижены до 4- 0,1 мм.
Так как при изготовлении напряженно армированных конструкций

важно точно знать сечение арматуры, то рекомендуется до применения
Фиг. 2. 14. Сталь «Сигма» для напряженной арматуры круглая и овальная периодического профиля
Фиг. 2. 15. Проволока «Нептун» с поперечными ребрами
47
--------------- page: 48 -----------
в дело такой стали определить ее действительные сечения. Если несколько круглых проволок одновременно анкеруется клиньями, то нужно,

кроме того, проверить, нет ли заметных отклонений от круглой формы

сечения.
Акционерное общество «Фельтен и Гильом» (завод Карлсверк, Кельн)

применяет термическое улучшение тянутой проволоки диаметром от 4 до
10
ная улучшенная проволока). Волочение исключает прокатные дефекты.

Поверхность вследствие термического улучшения получается несколько

более шероховатой, чем у холоднотянутой проволоки; однако она глаже,

чем у термически улучшенной катаной проволоки. Стремясь получить нужную вязкость стали, завод не выходит за пределы «прочности 150 кг/см2.

Завод изготовляет также сталь типа «Нептун» с поперечными ребрами

(фиг. 2. 15).
Не принято изготовлять из термически улучшенной проволоки пряди

или канаты.
В дальнейшем можно ожидать, что будут изготовляться термически

улучшенные стержни большого диаметра. В США собираются производить с помощью особого метода электроулучшения хромо-молибденовые

стали для предварительно напряженного железобетона с пределом прочности* до 200 кг/мм2. В Германии также известны легированные стали со

столь же высокими показателями термического улучшения, однако они

пока слишком дороги для применения их в напряженно армированных

конструкциях.
2. 13. ПОЛЗУЧЕСТЬ СТАЛЕЙ
2.
% %

/
Теперь известно, что у всех видов стали в области высоких напряжений проявляется ползучесть, т. е. при длительном пребывании под напряжениями выше технического предела упругости ст0>01 наблюдается пластическая деформация, превосходящая начальное упругое удлинение и

большей частью прекращающаяся через некоторое время. Эта ползучесть

■стали была отмечена Вика [1] еще в 1834 г., но затем была забыта и

вновь открыта [57, 63] только в связи с использованием высоких напряжений, обычных для предварительно напряженного железобетона. С тех

пор ползучесть была измерена на различных видах стали. У холодному^ тянутых сталей соответственно их

низкому техническому пределу

упругости его,01 ползучесть сильнее,

чем у термически улучшенных; однако после старения поведение холоднотянутых сталей при испытании на ползучесть улучшается.
В большинстве случаев ползучесть исследуется при постоянной

нагрузке. При этом получаются

кривые ползучести (фиг. 2. 16),

из которых видно, что удлинение

ползучести в первые часы растет

резко, затем быстро спадает и в

большинстве случаев через 8—20

дней приостанавливается. Дли-
1500 Часы
Ст ИЛ
6
§ т

^ 0,08
Фиг. 2. 16, Ползучесть холоднотянутой

проволоки диаметром 5 мм под постоянной нагрузкой, проявляющаяся в росте

удлинения (по Маньелю)
48
--------------- page: 49 -----------
Перечень сталей, применяемых для напряженной арматуры
Вид стали
Марка
Размер

сечения

в мм
Предел
прочности
аВг
в кг(мм*
Предел

текучести

или Од^

в кг!мм2
Удлинение

при разрыве э10

в %
Технический предел

ползучести

в кг (мм2
Завод-
изготовитель
Твердая
^таль
Ст, 60/90 .
Л
0 18,26(32)
90
60
10
55
Завод 1

Рейн-

гаузе-

не
(сталь

„Сигма" 1
Ст. 75/105
0 18,26
105
75
___
Прокатная,

термически

. улучшенная
Ст. 145/160
0 5,2
160
145
6
120
Овальная с

ребрами

8/2,8
Ре — 20 мм*
160
145
5
120
Овальная с

ребрами

9/4,2
30мм2
160
145
5
120
Ст. 135/150
0 8
150
135
6
110
Тянутая и

термически

улучшенная
Ст. 140/150
От 04 до 06
150
140
От 7 до 8
120
Завод в

Кельне

„Карле-

верк"

(акционерное

общество

железа

и
стали

„Фель-

тен и

Г иль-

оми)
Ст. 120/130
От07 до 010
130
120
От 7 до 8
100
Крученая и

термически

улучшенная
Сталь

„Нептун"

с поперечными ребрами
От № 20 до

№ 60

Ре = от 20

до 60 мм2
От 150

до 130
От 140

до 120
От 7 до 8
100
Тянутая,

подвергнутая старению
Ст. 160/170
От 03 до 06
180
160
От 7 до 8
120
Ст. 150/170
От 05 до 08
170
150
От 7 до 8
115
Ст. 140/160
От 06 до 010
160
140
От 7’до 8
110
Могут поставляться стали с низкой прочностью
Патентиро-

ванная тянутая и

крученая
Сталь
„Нептун“
От № 2 до

№ 14
Ре~ от 2 до

14 мм2
От 190

до 150
От 160

до 135
От 6до 7
От 115

до 110
Патентиро-

ванная тянутая и

сплетенная

в канат
Пряди из

2, 3, 5 или

7 проволок
От 2 до 3

(отдельные

проволоки)
180
(пряди)
155
От 6 до 7
115
Канаты различной конструкции и размера
4 — 3206
49
--------------- page: 50 -----------
|[—Приблизительно 6Н *
го\
О, Ц-
ен в °/с0
о,в
Фиг.
сти
17. Суммарные удлинения от ползучехолоднотянутых проволок, имеющих

различный предел текучести а0 2 > при различных постоянных напряжениях (по Рошу)
2,
'ек
тельная остаточная деформация

(деформация от ползучести) тем

больше, чем ближе напряжение

к пределу а0,2.
Рош приводит кривые, показанные на фиг. 2. 17, для определения общей длительной остаточной деформации гек патентирова'н-

ной холоднотянутой проволоки; на

графиках -по вертикальной оси отложено поддерживаемое постоянным напряжение Качество

стали характеризуется пределом

о'о.г-Как можно ©идеть, ползучесть

наступает, приблизительно, начиная с 0,5<уо,э, и при 0,65 сто,2 деформация от ползучести составляет

только 0,2% или около 4% от общего удлинения. В Германии допускаемые напряжения большей

частью не превышают 0,65 сто,2,

так как переход за это значение

означал бы превышение 0,55 о
Вместо простого способа измерения удлинения висящей прово-
ьо
Измеряется Д/
Фиг. 2. 18. Натянутая прядь в подземном помещении, где производится измерение ползучести («Фельтен и Гильом»)
50
% от ду
Фиг. 2.19. Кривая ползучести семипроволочной пряди (холоднотянутая проволока из Ст. 180). Из опыта по схеме фиг. 2. 18
--------------- page: 51 -----------
локи на заводе «Фельтен и Гильом» неоднократно проводились измерения на свободно натянутых прядях длиной 100 ж (фиг. 2. 18), причем измерялось увеличение прогиба при постоянной длине пролета. Температурные изменения учитывались расчетом. На фиг. 2. 19 показана

полученная на этой установке кривая ползучести семипроволочной пряди

из холоднотянутой проволоки из Ст. 180, диаметром 2,5 мм с шагом
Фиг. 2. 20. Сравнение ползучести стали при постоянном напряжений и

постоянной длине (по Рошу). Измерения сделаны на холоднотянутой проволоке диаметром 3,2 мм, оВг — 190 кг!мм2, с0#2 = 168 кг!мм-. Все

напряжения, следовательно, выше аеу ги1 — 0,55 • 190 = 104 кг!ммг
скрутки 112 мм, с начальным напряжением 10 т/см2. (Возрастание провисания I снижает напряжение и увеличивает длину. Приблизительно 3Д

конечной величины остаточной деформации от ползучести достигается уже

через 24 часа. Таким образом, можно практически почти полностью устранить влияние ползучести стали повторным натяжением арматуры спустя

сутки.
В предварительно напряженном железобетоне почти постоянно не напряжение, а длина растянутой арматуры. В этом случае ползучесть приводит к снижению напряжения, обычно существенно меньшему, чем связанное с удлинением от ползучести при постоянном напряжении. На

фиг. 2. 20 дано сравнение конечных значений. Из нее следует, что процент потери напряжений у испытанных проволок при постоянной длине

составляет только от 50 до 80% от процента возрастания удлинения при

постоянном напряжении. Длина растянутой проволоки в предварительно

напряженном железобетоне с течением времени даже уменьшается вследствие укорочения бетона, так что можно ожидать, что потери напряжения

станут еще меньше.
В последних английских опытах (отчет № 5882 Института гражданских инженеров, Лондон, 1952—1953) использовалась установка, представленная на фиг. 2. 21 для измерения снижения напряжений вследствие

ползучести стали при постоянной длине. Для исключения влияния температуры приборы подвешены на слабо натянутых параллельных провологм 30 56 дней
1,325 °/оо

А
Падение напряжения при постоянной С

51
--------------- page: 52 -----------
ках. Груз, создающий напряжение, все время уменьшают, так что длина

остается постоянной.
На фиг. 2. 22 приведены некоторые результаты испытаний. После
1
5 мм с малым диаметром намотки (около 80 см, напряжение изгиба

в бухте выше «г»,г) показывает гораздо большую ползучесть, чем та, кото-
'Испытуемая проволока'

До нагружения


Нагрузка

" ^\\Ч\\\ЧЧ\^\Ч\\\
Контакт световою

согнала
Продо/ю ни для

компенсации

температура,
Индикатор и

тензометр, цпргп

пенные на внешних продогонах
штшштзштшзттттттт
Фиг, 2. 21. Английская опытная установка

для измерения уменьшения напряжения при

постоянной длине
*оо
90
70
о
60
30
а-большие диаметры булть*

Ь,С'палые »|
сг=<9 7мм

Ст. 160
и
к
2,5мм

Ст 230
И 2 И 5 П И Ю

100 к потеря, напряжений

начальное напряжение
Фиг, 2. 22. Результаты английских опытов по изучению потери напряжений в

холоднотянутых проволоках

при постоянной длине
50 ' 100 750 200 250
рая при изгибе имела только упругую деформацию. Испытания показали,

что при предварительном напряжении аеХ} = 0,55 авг последнее теряет приблизительно 3,5% своей величины.
Маньель показал [81], что ползучесть существенно уменьшается, если

кратковременно повысить напряжение стали. Как показывает фиг. 2. 23,
потеря напряжения у холоднотянутой стальной проволоки из Ст.

150, диаметром 5 мм составляет

12% и прекращается только приблизительно через 400 час., если

проволока просто растянута с напряжением 8,5 т/см2. Если, однако, эту проволоку подвергнуть в

течение 2 мин. напряжению 9,5

т/смг, а затем вернуться к напряжению 8,5 т/см2, то потеря напряжения снижается до 3,6% и прекращается уже через 60 час. Многократным превышением номинального установленного напряжения можно, видимо, еще больше снизить конечную остаточную деформацию от ползучести. Этот опыт

показывает, каким путем можно на практике почти полностью устранить

потери напряжений от ползучести стали.
250
250
1.
V
Ст т
9500щ
затем
\1смг в»
1ечени&
2 мип.
500
въии и г/см-‘
/01/
1000
Г 8500кг/смг о0,576&г,
Фиг. 2. 23. Уменьшение ползучести стали

кратковременным повышением напряжения

за пределы аеу при постоянной длине (по

Маньелю)
52
--------------- page: 53 -----------
Причина ползучести еще до конца не исследована. Частично она зависят от характера легирующих добавок в стали. Существуют стали со

сравнительно низкой прочностью, ползучесть которых очень сильна; есть

даже такие, у которых деформация под длительной нагрузкой совсем не

прекращается [110].
Стали, применяемые до настоящего времени в строительной практике,

отличаются ранниц замедлением Ползучести. Нужно во всяком случае

удостовериться, что поведение применяемой стали в отношении ползуче-
*
2.
для напряженной арматуры
Для обозначения напряжения стали, начиная с которого наблюдается

проявление ползучести, был установлен физический предел

ползучести, который означает то напряжение стали, при котором

хотя и может наступить во время приложения нагрузки наряду с упру-’

гой также пластическая деформация, но не должна проявляться последующая деформация даже при длительном нахождении под нагрузкой.
Определение технического предела ползучести много

раз менялось. Сейчас (1954 г.) этим пределом считается то напряжение,

при котором постоянная нагрузка при 20°С создает за время между
6-й минутой и 1 000-м часом после приложения нагрузки дополнительное

удлинение, составляющее 3% от начального удлинения. Для определения

величины этого напряжения нужно провести много испытаний на ползучесть продолжительностью более 1 ООО час.
Знание этого предела ползучести между тем не дает ничего практически полезного, если только он случайно не совпадает с сг^,. Технический

предел ползучести выхватывает из характеристики, ползучести стали

одну определенную точку, которая выбрана таким образом, чтобы можно

было, задаваясь предварительным напряжением ниже технического предела ползучести, знать, что деформация от ползучести стали останется

в допустимых пределах.
При проектировании и изготовлении напряженно армированных конструкций нужно знать величину ожидаемой деформации от ползучести

при выбранном предварительном напряжении и знать определенным образом, приостановится ли удлинение стали от ползучести при превышении

намеченного предварительного напряжения (например, на 10% для преодоления сил трения).
Бйло бы поэтому желательно построить для употребительных сталей

кривые потерь напряжений при постоянной длине, отнесенных к начальному напряжению, в зависимости от прочности, как на фиг. 2. 22. По этим

кривым можно было бы определить для каждого начального напряжения

ожидаемую потерю напряжения.
2.
Ползучесть стали, как и ползучесть бетона, можно принять во внимание, повышая начальную потребную силу натяжения, и поэтому не следует считать ползучесть недостатком. Согласно имеющемуся опыту

(первые сооружения Фрейсине, возведенные в 1934 г.), можно не опасаться, что сталь арматуры с течением времени вытянется больше, чем

на величину, установленную испытаниями на ползучесть.
^Необходимо, следовательно, знать конечное значение потери напряжений, вызванной ползучестью стали при постоянной длине, которое получается при данном начальном напряжении авХ}. Нужно поэтому требо-
53
--------------- page: 54 -----------
вать от завода-поставщика определения этого значения. При качественной холоднотянутой стали потеря напряжений редко превосходит 4%;

эту потерю можно снизить до 1,5%, если при создании предварительного

напряжения кратковременно превысить ае7У на 10% или применяя повторное натяжение арматуры не ранее чем через 24 часа.
Потеря напряжения вследствие ползучести у твердых или термически

улучшенных сталей настолько мала, что ею можно пренебречь.
2. 14. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР НА СТАЛИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ

ДЛЯ НАПРЯЖЕННОЙ АРМАТУРЫ
Чтобы судить о стойкости сталей для напряженной арматуры во время

пожара и при других случаях нагрева, например от сварочных устройств,
нужно знать, как меняются прочностные

свойства этих сталей

при высоких температурах.
Прочность твердых сталей понижается, начиная примерно с 350° С и при

600° С составляет уже

только 2/з первоначальной прочности.

Когда сталь охладится, ее первоначальная прочность восстанавливается. Напротив, все термически улучшенные и

холоднотянутые стали теряют окончательно свою высокую

прочность, если будет

в течение длительного времени превзойдена температура порядка 350° С (кратковременно, т. е. в течение 3—5 мин., даже

температура 400° С

еще не оказывает

вредного действия,

так как такой нагрев

вызывает обратное

изменение достигнутого тер м ич-ески м

улучшением преобразования кристаллической структуры).
Общеизвестно, что

отжиг делает мягкой

твердую проволоку.

На фиг. 2. 24 приве-
Фиг. 2. 24. Прочность стали при высокой температуре и

после охлаждения; прочность дана в долях первоначальной при 18°С (по Гийону)
А — холоднотянутая проволока диаметром 5 мм; В — термически

улучшенная проволока диаметром 5 мм; С — холоднотянутая проволока диаметром 2,5 мм
Фиг. 2. 25. Влияние нагрева в течение 1 часа и последующего медленного охлаждения на предел прочности

при растяжении, технический предел текучести а09 и
удлинение при разрыве при 20°С стали «Сигма»;

Ст. 145/160 диаметром 5,2 мм (по Енихе)
54
--------------- page: 55 -----------
дены данные об отношениях прочности при высокой температуре к прочности при +18° С для различных высокопрочных сталей в зависимости

от температуры. Кривые показывают, что прочность холоднотянутых сталей сначала до температуры примерно 250° С повышается; этот эффект

используется при искусственном старении холоднотянутых сталей (см.
2.
на фиг. 2. 24 изображают зависимость прочности от температуры для нагретой проволоки щ>сле ее остывания. Из этих кривых вытекает, что температуры до 250° С не оказывают вредного влияния на первоначальную

высокую прочность стали.
Первые результаты испытаний германских проволок (из улучшенной

стали «Сигма») опубликованы Енихе [133] (фиг. 2. 25). Они показывают,

что сталь «Сигма» испытывает потери своей прочности, только начиная

приблизительно с 400°С. Опыты были проведены до 600°С.
Уменьшение прочности высокопрочных сталей, применяемых для напряженной арматуры, требует принятия особых мер противопожарной

защиты, описанных в гл. 17.
2. 15. ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ СТАЛЕЙ

ДЛЯ НАПРЯЖЕННОЙ АРМАТУРЫ
Высокое поперечное давление уменьшает прочность при растяжении

всякого стального стержня; вспомним о действии, оказываемом клещами.

В арматуре напряженно армированных конструкций поперечное давление

возникает в местах изменения направления стержней арматуры и в местах анкеровки.
Влияние поперечного давления было ис-
следовано в связи с применением в больших

висячих мостах патентованных проволочных канатов с замкнутой оболочкой. Направление скрутки в каждом последующем

слое этих канатов менялось, так что проволоки внутренних слоев соприкасались лишь
а г «2,5
э-
Поперечное давление т/си
Фиг. 2. 26. Уменьшение разрушающей нагрузки

(в °/о) патентованного пучка с замкнутой оболочкой при поперечном сжатии его прямоугольными

стальными накладками (опыты завода «Фельтен

и Гильом»)
Ф,иг. 2. 27. Схема эксперимента для определения

уменьшения предела прочности, вызываемого поперечным давлением 0., в термически улучшенной круглой

проволоке диаметром 5,2 мм

(по Енихе)
в отдельных точках. Сверху поперечное давление передавалось точке

только вдоль линии. На фиг. 2. 26 показано уменьшение в процентах предела прочности с возрастанием поперечного давления при статиче-
55
--------------- page: 56 -----------
ском испытании. При динамических испытаниях обнаружилось уменьшение предельной амплитуды изменения напряжений, особенно в том

случае, когда опора каната имела форму ребра и выполнялась из

твердой стали. Так как, однако, амплитуды изменений напряжений арматуры в предварительно напряженном железобетоне малы, то

можно считать поперечные усилия в 2 т/см допустимыми для таких

канатов.
По поручению Высшего строительного надзора в 1951 г. в Мюнхенской

высшей технической школе (отчет д-ра Шмербера) были проведены испытания косо скрещивающихся семипроволочных прядей из проволоки диаметром 2,5 мм, натянутых на специальной опоре, имеющей кривизну»

радиус которой равен 0,63 м. Испытания показали, что на несущую способность прядей эти условия не повлияли.
Металлургический завод в Рейнгаузене установил в опытах с термически улучшенной проволокой диаметром 5,2 мм, что поперечное сжатие*

аналогичное создаваемому клещами, полученное с помощью двух закаленных призм с радиусом закругления 2,5 мм (фиг. 2. 27, а), приводит

к следующему уменьшению несущей способности при растяжении.
Поперечное давление в кг
100
200
300
400
500
600
Уменьшение предела прочности в °/о
2,4
2,4
6,9
а,9
30,7
13,7
Если одновременно изогнуть проволоку в месте приложения давления

под углом 6° (фиг. 2. 27, б), то получаются следующие результаты.
Поперечное давление при

отклонении на угол 6^ в кг
0
10©
200
300
409
500
600
\
Уменьшение предела прочности в °/о
2,4
5,4
7,7
9,5
*—* I
16,1
19,1
Если давление передается через плоскую подкладку из стали марки

Ст. 37 шириной 20 мм, причем проволока отогнута на угол 6° (фиг. 2. 27, в) „

уменьшение предела прочности при поперечном давлении 500 кг составляет только 0,6%.
Таким образом, видно, что проволока не очень чувствительна к поперечному давлению, но нужно избегать точечной опоры и стараться

применять плоские подкладки из более мягкой стали.
При комплектовании арматурных пучков из параллельных проволок

нужно принять за правило всегда распределять поперечное давление на

значительную длину, чтобы поперечное давление на проволоку диаметром

5 мм не превышало 200 кг на 1 см длины проволоки. Опорные поверхности в местах изменения направления проволоки или расположенные там

подкладки должны изготовляться из возможно более мягкой стали. Ребра

плоских опор должны быть по возможности закруглены, чтобы поперечное давление не передавалось сосредоточенно. Так как в витых прядях

проволоки прилегают друг к другу лишь на коротких участках и тонкие

проволоки подвержены большей опасности, чем толстые, то до настоящего

времени при семипроволочных прядях из проволоки диаметром 3 мм

поперечное давление сохраняют в пределе 120 кг!см.
56
--------------- page: 57 -----------
2. 16. НАПРЯЖЕНИЕ ОТ ИЗГИБА В НАТЯГИВАЕМОЙ АРМАТУРЕ
Напряжение от изгиба в проволоке и стержнях круглого сечения, возникающее при их искривлении, зависит от радиуса кривизны упругой

линии г и диаметра стержня В\
РЕ
II
Для проволоки диаметром 5 мм при г = 5 м напряжение а = 1 050

«§/Йж2, для стержня диаметром 25 мм оно равно уже 5 250 кг/см2. Кривизна с г=5 м в местах изменения направления напряженной арматуры

встречается часто. Если бы приходилось вычитать эти напряжения изгиба

из допускаемых напряжений стали при создании предварительного напряжения, . то использование стали напряженной арматуры существенно'
тяжение М+ V
тягивающей сипы
Фиг. 2. 28. Изменение напряжений изгиба вследствие пластических деформаций при увеличении осевой силы в искривленном стержне
уменьшилось бы. Однако с наличием этих напряжений изгиба можно не

считаться, так как влияние их нивелируется при дальнейшем нагружении

благодаря пластическим деформациям стали; вследствие этого до довольно малых радиусов (около 100 И) нормальная несущая способность

стали заметно не уменьшается. Пластическое выравнивание пика напряжений (фиг. 2. 28) соответствует небольшому наклепу граничных участков; который у большинства сортов стали связан с небольшим повышением прочности. Выравнивание напряжений идет тем лучше, чем больше

способность стали к пластической деформации. Когда напряжение крайних волокон превысит сто,01, т. е. когда будет достигнута область пластичности, напряжение по оси стержня становится выше значения, соответствующего вполне упругому поведению стали, т. е. растягиваемый без

Трения изогнутый вокруг закругления стержень должен давать несколько

большее удлинение, чем прямой. Чем больше сечение переходит в область

пластичности, тем больше исчезает влияние изгиба, пока при разрушении

определяющим фактором не станет только V.
По имеющимся данным, в местах изменения направления 5-мм проволоки из стали марок Ст. 150 Ст. 180 не следует изгибать ее сильнее,

чем по радиусу 2 ж. В проволочных пучках поперечное давление, оказываемое на внутренние слои, заставляет иногда сохранять больший радиус

кривизны. Стержни крупных диаметров, например из Ст. 90, также должны искривляться по кривым больших радиусов.
Кривизну в местах анкеровки, по имеющимся опытным данным и результатам испытаний, можно выбирать такую, которая уже сама по себе

Приводит к остаточным деформациям (холодный предварительный загиб
ЬТ
--------------- page: 58 -----------
•по требуемой кривизне). При этом нужно считаться с небольшим уменьшением предела прочности в начале изогнутого участка. Это обстоятельство приобретает практическое значение только при радиусах кривизны

менее 20 Д когда уменьшение прочности составляет от 2 до 3%. При

анкеровке петлями арматура системы «Леоба» [178] (фиг. 2. 29, а) с

г=41) уменьшение разрушающей нагрузки для холоднотянутой или термически улучшенной гароволоки из Ст. 150 составляет только от 5 до 8%.

Если вспомнить, что напряжение в местах анкеровки напряженной арматуры с обеспеченным сцеплением впоследствии никогда не повышается от
полезной нагрузки и даже

вследствие ползучести незначительно снижается, то можно без

ущерба для надежности пойти

на уменьшение разрушающей

нагрузки для этих участков проволоки примерно до 10%, при

этом нет надобности понижать

допускаемые напряжения в

остальной части напряженного

арматурного элемента.
При малых радиусах кривизны предел прочности понижается, однако, существенно сильнее,

если проволоки укладываются одна на другую (фиг. 2. 29, б). При г^О и двуслойном расположении проволок несущая способность проволоки уменьшается приблизительно на 12% вследствие дополнительного высокого поперечного давления.
В начале загиба напряженной арматуры (если смотреть со стороны

•приложения натяжения) и прежде всего в местах разветвления стержней

арматуры при многих типах анкеровки во время натяжения изогнутые

участки иногда благодаря смещениям от вытяжки снова выпрямляются.

Для того чтобы избежать чрезмерного двукратного пластического деформирования, нужно предусматривать, в особенности в местах разветвления

стержней, достаточно большие радиусы кривизны.
В витых прядях и канатах напряжения изгиба уравновешиваются благодаря небольшим продольным перемещениям проволок, так как какая-

либо проволока, расположенная в данном месте в зоне растяжения, через

полшага скрутки оказывается в зоне сжатия. С другой стороны, здесь

больше поперечные давления, так как площадь соприкосновения пряди

с опорной подкладкой составляет только от 1/в до */8 площади соприкосновения проволоки или стержня такого же внешнего диаметра. Нужно

поэтому в прядях и канатах выдерживать в местах изменения направления радиус кривизны в пределах от 4 до 10 ж. Для анкерных петель пригодны меньшие значения — не ниже 60 Д где И — наружный диаметр

пряди или каната.
По опытам, выполненным в связи со строительством моста через Рейн

в Розенкирхене, получены следующие снижения предела прочности изогнутых канатов с г=0,35 м: для патентованных канатов с замкнутой

оболочкой диаметром 20 и 28 мм — 3 и 5%, для канатов из плоских прядей диаметром 61 и 83 мм — 3 и 9% [47].
Таким образом, для прядей и канатов не нужно учитывать дополнительные напряжения от изгиба в натягиваемой арматуре, пока кривизна

арматуры остается в указанных выше пределах.
'Фиг. 2. 29. В анкерных петлях малого размера наблюдается снижение разрушающей

нагрузки
'58
--------------- page: 59 -----------
2.
АРМАТУРЫ
В напряженно армированном железобетоне в арматурной стали переменны только растягивающие напряжения. Для усталости стали, таким

образом, имеет значение только допустимая амплитуда растягивающих

напряжений или прщел длительной прочности при постоянном высоком

растягивающем усилии. При определении пределов амплитуды напряжений заставляют напряжение стали колебаться в интервале от нижнего

Предела напряжений аи до верхнего предела напряжений сто или же

возрастать (пульсировать) от аи до сг0; при этом, согласно БШ 50100,

пределом выносливости в области переменных растягивающих напряжений при асимметричном пульсирующем цикле (с постоянной предварительной нагрузкой) или просто предельной пульсацией называют ту разность напряжений сг0 — сги, которую сталь выдерживает 2 млн. раз до ее

разрушения. Это значение определяется на основе ряда проб (кривая

Вёлера, см. БШ 50100).
На фиг. 2. 30 показано, как предельная амплитуда пульсирующего

цикла для стали, применяемой в качестве напряженной арматуры, с возрастанием постоянного начального напряжения сравнительно медленно снижается, пока постоянное напряжение не

достигнет такого значения, что <т0 будет

достигать предела текучести аг0,2; после

этого предельная амплитуда напряжения быстро уменьшается и обращается

в нуль, когда начальное постоянное напряжение становится равно пределу

длительной прочности.
Так как в арматуре предварительно

напряженного железобетона всегда

имеется высокое предварительное напряжение или постоянное напряжение после вычитания из небольших

величин, учитывающих потери от усадки и ползучести, то для динамической

переменной нагрузки важна лишь амплитуда пульсации от этого высокого начального напряжения или от

напряжения, приблизительно равного 0,9 (с учетом быстро проявляющейся части потерь напряжений).
Далеко не просто так закрепить стержень или проволоку в испытательной машине, пульсаторе, чтобы усталостный излом получился в самом

стержне, а не в анкеровке. Сила, растягивающая стержень, должна быть

постепенно воспринята путем анкеровки на довольно длинном участке.

При этом условии были определены приведенные в табл. 2. 171 предельные амплитуды пульсаций для числа циклов не менее 2- 106. Пока до

настоящего времени выявлено лишь небольшое число значений пределов

выносливости сталей, используемых в Германии для напряженной

арматуры.
Витые пряди и канаты вообще имеют более пониженный предел выносливости, чем соответствующие отдельные проволоки, так как, видимо, длительное трение проволок друг о друга оказывает неблагоприятное действие. Причина этого еще не выявлена окончательно.
Фиг. 2. 30. Кривая изменений пределов выносливости при растяжении сталей
59
--------------- page: 60 -----------
Таблица 2. 17

Пределы выносливости сталей для напряженной арматуры
ВИД СТАЛИ
Постоянное напряжение в кг1сл&
Предельная амплитуда изменения

напряжений в кг1сл&*
Ог 4 000 до 5 000
От 600 до 750
Еще нет сведений
Еще нет сведений
8 400
2 900
9 000
3 000
7 400
2 800
9 000
2 900
9 000
2 600
10 000
2 800
12 500
5 300
9 000
2 500
Ст. 90 диаметром 26 мм с накатанной резьбой (металлургический завод в Рейнгау-
зене)
Ст. 90 диаметром 26 мм без резьбы (металлургический завод в Рейнгаузене) .
Холоднотянутая проволока диаметром 5 мм

Ст. 160 («Фельтен и Гильом», Кельн)
Холоднотянутая проволока диаметром 8 мм

Ст. 160 («Фельтен и Гильом», Кельн)
Холоднотянутая термически улучшенная

проволока диаметром 5 мм, Ст. 150

(«Фельтен и Гильом», Кельн) ....
Термически улучшенная проволока диаметром 5,2 мм, Ст. 160
Овальная проволока (периодического профиля € ребрами) Р—20 мм2, Ст. 160 . . .
Холоднотянутая проволока с насеченной поверхностью диаметром 4 мм, Ст. 200

(«Фогт и К°», Рейнах, Швейцария) . . .
Холоднотянутая проволока с насеченной поверхностью, Ст. 250 ([107] фиг. 399) (Санд-
вик, Швеция)
Семипроволочные пряди, диаметр проволоки 3 мм, Ст. 180 («Фельтен и Гильом»,
Кельн)
2.
и стыков
Обычно применяемые анкерные устройства уменьшают предел выносливости арматуры: в резьбе это происходит от влияния надреза, в

клиньях — от поперечного давления, в заделках канатов — от холодного

загиба проволок и температурного воздействия заливаемого сплава. Многие виды анкерных клиновых устройств не выдерживают многократного

повышения напряжений за пределы аеХ) и проскальзывают.
При накатанной резьбе М 27X2 на стержнях диаметром 26 мм из

Ст. 90 завода в Рейнгаузене и постоянном напряжении сгц =4 000 кг/см2

амплитуда напряжений составляет в среднем только 650 кг/см2, если обеспечено тщательное центрирование анкерной гайки. Амплитуда напряжений при сто = 4 500 кг)см2 повышается приблизительно до 750 кг)см2, если

передачу силы улучшить при помощи гайки по фиг. 3. 27. При конической резьбе по фиг. 3. 31 можно повысить амплитуду до 800 кг!см2

(фиг. 2. 31 и 2. 32). Однако если возникает даже небольшой изгиб вследствие неравномерного прилегания гайки к анкерной плите или небольшого перекоса в стыковой муфте, то предел выносливости снижается [133],

В испытаниях с нецентрированной анкерной гайкой наблюдалось, что

резьба при незначительной амплитуде напряжений разрушалась через

несколько тысяч циклов. Необходимо, следовательно, в динамически нагруженных сооружениях заботиться о тщательном центрировании анкерных устройств и стыковых муфт или же делать возможные переменные

напряжения малыми, применяя полное предварительное напряжение со

сцеплением.
При клиновых соединениях предельная амплитуда напряжений проволоки снижается обычно на 30-г60%. В анкерном устройстве типа Фрей-
60
--------------- page: 61 -----------
Уелоёные о$оонач&ни&!

Резьба Резьба

разрушилась! не разрушилась
105 0,1
Ыцспо цикл о 6 нагрузки
Ф
Шестигранная

“ ■ •гайка 4

Гайкас

буртом
Сталь, Сигма

60/§0

диам,; 2Ьми
Зажим.
Резьба М21*2
Фиг. 2. 31. Схема испытания и результаты опытов по определению пределов выносливости при пульсирующей растягивающей нагрузке; сталь «Сигма» — Ст 60/90 диаметром 26 мм,

резьба М27Х2, с шестигранными гайками и соединительными

гайками с буртиком (по Енихе)
Фиг. 2. 32. Схема испытания и результаты опытов по определению пределов выносливости при пульсирующей растягивающей нагрузке; сталь «Сигма» — Ст. 60/90 диаметром 26 мм, с

нарезанной сходящей на конус резьбой М26Х1,5 (по Енихе)
--------------- page: 62 -----------
Анкерное устройство

системы Фрейсцне
Заливка раствором
г-20,5,
г-2б
Резиновая
прокладка
I
«5»
ЦЦ
т
110
Юд
106
10^
102
ЮО
98
96

п
90
Я Проволоки разрушились

о-о- Проволоки не разрушились
I
6и?ш 90 кг/мм*
ПП
ЬТрубксг из про-

1 дельной стала
12 проволок

Р 5,2 мм из ,

стали „Сигма

- 145/150
5*Ю6
V
/ \
Ж
Я
о*-*
©
о
Форма петли

после загиба
ПО
118
Проволоки разрушились

Проволоки не разрушились

Проволоки подвергнуть* предварительному нагрутению
Натяжная голодна , Леоба и

=22,5
0,05 0,1
Число циклов погрузки
Все пучки подвергнуты предварительному нагру/кенит:
0С/ ■* 100 кг/чм 2 ; 00(~ Ои1 т09$ (60%~ Ои^)
ы»ошг*ю9 *
Фиг. 2. 33. Схема испытания и результаты опытов по определению пределов выносливости при пульсирующей растягивающей нагрузке; испытывались пучки проволоки с анкеровкой

Фрейсине (по Енихе)
си
I
116
■х?
*

40
112
110
»:з
а
ь
«3
Оо
?
106
§■
юи
§
102
1'
100
«ъ
&

96
V
*
&

«0
92
90
и-
-Х—\)Х
Ч
90к^м
0.05 0,1
^ Цц$ло циклод нагрузки
5*10
12 проволок 05,2 мм

из стали,,Сигмагг

т/150
НавальцоЗанная

гильза
" Шаровая

шайба
Фиг. 2. 34. Схема испытания и результаты опытов по определению пределов выносливости при пульсирующей растягивающей нагрузке; испытывались пучки проволоки с анкеровкой

«Леоба» (по Енихе)
--------------- page: 63 -----------
сине, по фиг. 3. 34, был получен предел выносливости около 1 300 кг/см*

при ' о„ = 9 ООО кг/см2 и проволоке из стали «Сигма» — Ст. 145/160

(фиг. 2. 33). В динамически нагруженных анкерных устройствах обязательна безусловно хорошая запрессовка клиновых конусов. Наиболее благоприятные значения предела выносливости получаются, если поперечное

давление не постоянно, а нарастает изнутри наружу; этого можно достигнуть придание^ анкерной плите соответствующей формы.
В работе [190] есть еще данные об испытаниях на выносливость анкерных устройств с конусами, давших в некоторых случаях низкие амплитуды циклов в 800 н- 1 200 кг/см2 при <т„ = 8 200-ь9 000 кг!см2. Все проволоки обломились у начала конуса. Отсюда видно, что в анкеровках

с конусами значительное влияние на предел выносливости оказывают:

уклон конуса, очертание кривой распределения поперечных давлений,

шероховатость поверхности конусов, их твердость и т. п. Поэтому перед

применением новых типов анкерных клиновых устройств необходимо

предпринять тщательные испытания и затем при их использовании постоянно соблюдать те же условия.
В анкерных устройствах с петлями для арматуры «Леоба» (фиг. 3. 16)

получены заслуживающие внимания высокие амплитуды в 1 800 кг/см2

при <ти=9 000 кг/см2 (фиг. 2. 34), когда загиб петли, как это на практике
Натяжная гол об ка
система* металпургич, завода

8 РеОнгаузене
Фиг. 2. 35. Схема испытания и результаты опытов по определению

пределов выносливости при пульсирующей растягивающей нагрузке; испытывались пучки проволоки с натяжными головками

МЗР (металлургический завод в Рейнгаузене). Алюминиевое

кольцо расположено в начале натяжной гильзы (по Енихе)
63
--------------- page: 64 -----------
План
Продольный разрез
обычно и делается, при натяжении увеличивается. Если же петля сначала

изогнута слишком круто, так что при установке сердечника приходится

«е разгибать, то амплитуда пульсирующего цикла снижается поиблизи-

тельно до 1 400 кг/см2.
Наибольшие предельные амплитуды были получены с натяжными

гильзами металлургического завода в Рейнгаузене (фиг. 3.51); у выхода

проволок из натяжной гильзы, между ними и гильзой, помещено алюминиевое кольцо, которое обеспечивает более плавную передачу поперечного

давления на этом участке. С таким алюминиевым кольцом амплитуда

напряжений при сц=9 000 кг/см2 повысилась до 2300 кг/см2 (для самой

проволоки она равна 2 900 кг/см2), в то время как нормальная натяжная
гильза без алюминиевого кольца имеет амплитуду в 1 200

кг/см2 (фиг. 2. 35). Алюминиевое кольцо должно быть, конечно, хорошо окрашено для защиты от щелочей раствора, применяемого для обетонировки

арматуры от электрокоррозии.
Закрепление концов прядей

или канатов для усталостных

испытаний особенно трудно. В

испытаниях патентованных канатов с замкнутой оболочкой

диаметром 65 мм из Ст. 145 в

связи с постройкой моста через

Рейн в Розенкирхене [47] были

получены при са —3 800 кг/см2

пределы выносливости от 1 790

до 2 700 кг/см2 в зависимости

от того, как закрепляли проволоки в заделке каната (головке). Первыми большей частью

обрывались проволоки в начале

головки, где проволоки при заливке сгибают в разные стороны и где они подвержены действию высокой температуры металла заливки. Соответствующий такому аи не ухудшенный

предел выносливости холоднотянутой проволоки равняется

приблизительно 3,2 т/см2. Испытания для семипроволочных

прядей из проволоки диаметром

2,5 мм (Ст. 180) при анкеровке

петлями в бетоне, как показано

на фиг. 2, 36, установлен предел

усталости в 2,5 т/см2 при постоянном напряжении а =9 т/м

При этом разрушения проволоки большей частью происходили

на прямом участке пучка прядей. Таким образом, забетонированные петлевые анкеры практически не влияют на предел выносливости арматуры

[180]. Наилучшие пределы выносливости, как показывают эти опыты, дает

на практике анкеровка при помощи петель.
Фиг. 2 36. Схема испытания по определению

предела выносливости пучков прядей, анкерованных петлями (завод «Фельтен и

Гильом», испытания Исследовательского института по строительству в Штуттгарте)
64
--------------- page: 65 -----------
Вы-саженные по методу ББРФ анкерные головки (фиг. 3. 53) на озысо-

копрочной холоднотянутой проволоке приводили только к 25%-ному

уменьшению предела усталости при плавном переходе к анкерной головке,

прилегающей к анкерной плите из мягкой стали — не тверже, чем Ст. 52.

В заказах на проволоку надо указывать заводу-поставхцику, что предполагается устройство анкеровки по методу ВВ^У, так как для этой дели

поставляется особая холоднотянутая проволока из Ст. 150.
II
2| 172. Необходимое минимальное значение предела выносливости стали

для напряженной арматуры при ои — оау.
При полном предварительном напряжении возможные переменные

напряжения в напряженно армированном железобетоне составляют
Да, = л(а«Ч —Д,*).
Если принять потери напряжения в бетоне от усадки и ползучести в

40 -кг/см:2, то при допускаемых для бетона марки 450 напряжениях

получим
Д сг, = 6( 180 — 40) = 840 кг/см\
При ограниченном предварительном напряжении Аае может превысить
1
возникновения трещин. Поэтому для сооружений, подверженных динамическим нагрузкам, при использовании ограниченного предварительного

напряжения нужно применять стали с минимальным пределом выносливости в 1 200—1 400 кг/см2, при аа=ае^ если по каким-либо причинам не

было отдано предпочтение полному предварительному напряжению. Следует избегать применения стыковых муфт на растянутых стержнях в

сооружениях, подверженных динамическим нагрузкам, при ограниченном

предварительном напряжении.
При применении тех видов сталей, у которых предел выносливости

лежит ниже этих значений Аае, нельзя использовать допускаемые напряжения бетона в динамически нагруженных сооружениях, например в железнодорожных мостах, особенно в тех случаях, когда предел выносливости снижается наличием стыков в напряженной арматуре.
2. 2. БЕТОН [106, 196, 82, 107]
2. 21. ТРЕБУЕМЫЕ СВОЙСТВА
Для напряженно армированных конструкций желательно по целому

ряду причин применять высокопрочный бетон. Можно использовать высокую прочность бетона и назначить соответственно малые сечения.

Уменьшение собственного веса делает возможным и экономичным перекрытие больших пролетов. Высокопрочный бетон менее подвержен ползучести и усадке, что позволяет уменьшить потери предварительного напряжения. Это, однако, не значит, что в отдельных случаях нельзя с успехом

применять в напряженно армированных конструкциях и бетон невысокой

прочности.
Назначаемые при подборе сечений значения пределов прочности бетона должны, с другой стороны, надежно соблюдаться, так как предварительное напряжение фактически создает высокие расчетные напряжения; Нужно поэтому задаваться только такими прочностными показателями и требовать только таких, которые, как показывает опыт, можно
3-3206
65
--------------- page: 66 -----------
обеспечить при имеющихся заполнителях, цементах, средствах для уплотнения бетона и квалификации исполнителей.
Так как приходится считаться с разбросом значений прочности бетона

вследствие атмосферных влияний или дефектов, возникающих, несмотря

на тщательное выполнение работ, нужно стремиться получать более высокую прочность бетона, чем та, которая была принята в расчете. Например, для сооружения, рассчитанного исходя из применения бетона

марки 300, нужно требовать кубиковую прочность не менее ^28 = 400 кг)см2.
Нужно обращать большее внимание

на то, что прочность, полученная при

испытании по БШ 1048 (кубики, вызревавшие при 18-^20°С), не будет достигнута в зимние месяцы на сооружении, возводимом на открытом воздухе

при низкой температуре, и что бетон,

уложенный вначале в холодных уело*

виях (зимой), даже при наличии тепла

>в -последующее время (летом) не достигнет той конечной прочности, которую

получит бетон, изготовленный летом.

Бюрер [194] сообщает, что на одном

железнодорожном мосту наблюдалось,

что прочность бетона, уложенного в

сентябре, составляла 545 кг/см2, а уложенного в декабре — 291 кг!см2

при прочих равных условиях, причем

прочность декабрьского бетона через

полгода увеличилась только до 322

кг!см2. Средние температуры воздуха в

недели, когда осуществлялось бетонирование, составляли 16 и 0°С. Поэтому для зимних строек нужно настойчиво требовать более высокой прочности по данным испытаний на пригодность и заботиться об утеплении.
Граф приводит данные о влиянии временного воздействия низких температур, представленные на фиг. 2. 37 ([106], стр. 119 и 120). Из этих

данных видно, что уже 14-дневное выдерживание на холоде снижает

конечную прочность. Различные цементы ведут себя при этом по-разному,

но пока что не установлено твердо, какой нужно применять цемент, чтобы

свести к минимуму потерю прочности бетона. Глиноземистый цемент

менее чувствителен к холоду, чем другие цементы.
Испытания на пригодность, текущий контроль заполнителей и цементов, а также постоянное квалифицированное наблюдение за изготовлением бетона и соблюдение большой осторожности при морозах должны

быть обязательными при изготовлении напряженно армированных элементов.
Кроме прочности, для напряженно армированных конструкций имеют

значение и другие свойства бетона, в первую очередь малые величины

усадки и ползучести. Размеры усадки бетона для определенных условий

выдерживания зависят главным образом от содержания цемента, воды и

раствора в целом, а также от обработки бетона. Следует требовать малого

содержания раствора и воды, а также длительного влажного выдерживания (см. гл. 2. 23). Те же требования ведут к уменьшению ползучести

(см. гл. 2. 24). Должно быть также обеспечено малое тепловыделение при

схватывании [194].
900
Ъ500
I 400

&
I
§•300
1
1200
Ǥ 100
к
•8
Си
* о
Длительно при 15+20°С

<ъ\\
рЦ50
' ^рГднеи при 0°С,

затеи при 15?20°С
к

...——взоо””
’н
!
/
у _
Л дней при 0°С,

затем при /5* 206
У
(
Возраст —3-
Фиг. 2; 37. Влияние пониженных

температур в первые дни твердения

на прочность бетона (по О. Графу)
66
--------------- page: 67 -----------
Мелкий грабе
V Крупный гравии
Выделяющаяся теплота, особенно в крупных бетонных массивах, сначала накапливается внутри; при последующем наружном охлаждении

возникают большие разности температур, которым молодой, практически

неармированный бетон не в состоянии противостоять, в результате чего

на наружных поверхностях возникают трещины.
Итак, цемент не должен выделять большого количества тепла. Это

означает, что, вообще говоря, следует избегать высококачественных цементов марки 2 42{гили же использовать их, только принимая особые

меры предосторожности, например охлаждение бетона при затвердевании.

По этой же причине большое содержание цемента скорее вредно, чем

полезно, так как оно приводит к повышению усадки и экзотермии. Обеспечив оптимальный подбор крупности заполнителей, можно достигнуть

желаемой прочности при содержании цемента 300—350 яг/ж3. Если раствор

при таком содержании цемента оказывается недостаточно пластичным,

так как слишком мало содержание зерна крупностью менее 0,2 мм, то

правильнее использовать тонкомолотые добавки, например добавлять

каменную муку или ольфесиль (богатая 5Ю2 летучая зола), чем увеличивать количество цемента.
Выполнение изложенных условий обеспечивают тем, что при установлении состава бетона по крупности придерживаются нижней линии О

области кривых ситового анализа по АМВ (фиг. 2. 38). Содержание

песка (зерно крупностью от 0

до 7 мм, без цемента) должно

составлять от 35 до 45% общего количества заполнителя. Вообще бетону свойственны тем

меньшие усадка, ползучесть и

теплота схватывания, чем меньше используется раствора для

получения плотной структуры.
Поэтому можно получить лучший бетон для напряженно армированного железобетона с отсеянным зерном, например

крупностью от 0 до 7 и от 25

до 30 или от 40 до 50 мм, чем

при пользовании составом, содержащим по ситовому анализу

зерна всех размеров [196].
Составу раствора, т. е. составу по крупности песка с зерном от 0 до

7 мм, нужно уделять особое внимание. Состав ©песка должен безусловно

располагаться в особенно хорошей области кривых ситового анализа по

АМВ (фиг. 2. 38).
По Гуммелю [«Векш — АВС», 9-е изд., стр. 69], количество мелкого

песка, крупностью менее 0,2 мм, должно составлять (по отношению ко

всем добавкам):
при содержании цемента 400 кг1м$ и более
» в » 350 а я „
300 . „ *
200 „ я „
Если мелкого песка нет, то можно рекомендовать добавление трасса

или кварцевой муки.
Можно запомнить следующее простое правило: цемент + мелкий песок

(от 0 до 0,2 мм) вместе должны составлять на 1 мг бетона от 380 до

440 кг.
0? 1 .
-^Логарифмическая шкала
Величина отверстия сита о мм
Фиг. 2. 38. Применение по крупности зерна

заполнителя для бетонов, используемых в

напряженно армированных конструкциях,

по кривым ситового анализа АМВ
5*
67
--------------- page: 68 -----------
Количество раствора в бетоне будет тем меньше, чем больше крупность

заполнителя. Не следует бояться применять для строительных элементов

толщиной более 20 см заполнитель крупностью до 50 мм. Конечно, при

этом предполагается, что арматура так законструирована, что можно

уложить бетон со столь крупным зерном. Нормальным размером зерна

крупного заполнителя следует считать 30 мм. Бетоны с максимальной

крупностью зерна 15 мм следует применять только в тонких сборных

элементах или в местах особенно густого расположения арматуры, например в области анкеров напряженной арматуры.
Равномерные смеси получаются в том случае, если доли зерен разной

крупности дозируются по весу, а не по объему, так как при дозировании

по объему количества материала, в особенности мелкозернистого, в зависимости от его влажности и плотности могут оказываться очень различными. Дозирование заполнителей по весу, которое предписывается правилами, например для строительства автострад, должно поэтому стать обязательным для предварительно напряженного железобетона. Если все же

приходится иметь дело с заполнителями разного объемного веса, то это

нужно учитывать, так как кривые ситового анализа заполнителей построены для материалов одинакового объемного веса. Цемент безусловно

должен дозироваться по весу.
Прочность бетона существенно зависит от содержания воды

'(фиг. 2. 39). Оно выражается водоцементным фактором В/Ц, т. е. отношением веса воды к весу цемента, причем учитывается и вода, содержащаяся в заполнителях. Потребное количество воды определяется консистенцией (жесткостью) бетона, приемлемой для предполагаемого метода
уплотнения и насыщения армирования. Бетон для напряженно армированных конструкций должен, как прави*

ло, уплотняться высокочастотными вибраторами. Соответственно нужно выбирать ’

консистенции от типа влажной земли до жесткопластичной. Консистенцию целесообразно определять «степенью

уплотнения» по Вальцу [82].
Для крупных элементов

пригодны внутренние вибраторы, для тонкостенных элементов — наружные вибраторы тисковые и поверхностные, для малых сборных деталей — вибростолы. При

применении вибраторов нужно следовать соответствующим указаниям ОШ 4235.
При виброуплотнении высокое содержание воды определенно вредно, потому что на вибрируемых

поверхностях происходит расслоение смесей. Исходя из этого, как правило, водоцементное отношение не должно превосходить 0,45. Желательны

значения от 0,38 до 0,42. Однако доказано на практике, что при подходящем составе по крупности можно надежно уплотнять бетон с водо-

:цементным отношением от 0,34 до 0,38.
Если при густом расположении арматуры нельзя обработать столь

жесткий бетон, то можно уравновесить ущерб, наносимый прочности по-
Фиг. 2. 39. Зависимость кубиковой прочности бетона 1^28 от водоцементного отношения при благоприятном составе по крупности и виброуплотнении

для цемента марки 2 325
--------------- page: 69 -----------
вышенным содержанием воды, путем увеличения содержания цемента

([82], стр. 14) (фиг. 2.40а и 2.406). Но высокое содержание цемента увеличивает усадку и ползучесть и повышает стоимость бетона.
Количество цемента, требуемое для получения определенной марки

бетона, зависит также от марки цемента и притом не от марки, указанной в сертификате, а от фактической прочности при сжатии цемента в

пластическом раств^е через 28 дней Мрт по БШ 1164. Для установления

„состава смеси необходимо испытание пригодности бетона на БШ 1048.

Правильный подбор состава бетона облегчается работами Ф. Клуге [97].
Водоцементное отношений
Фиг. 2. 40а. Определение В/Ц для определенных марок бетона и цемента; бетон

на мелком заполнителе, особо тщательно

уплотнен (объем пор < 0,5%) (по

Ф. Клуге)
Примечание. Этот график служит для ориентировки при выборе В1Ц.

Значение ВЩ определяется окончательно испытанием пригодности бетона по

нормам БШ 1048
0Ц0 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10

Водоцементное отношение
Фиг. 2. 406. Определение содержания цемента и воды на ,1 м3 бетона в плотном

теле с учетом водоцементного отношения, состава заполнителя по крупности

зерна, размеров зерна и консистенции

(по Ф. Клуге)
Состав зерна приемлем 0—7 мм, смесь пластична 1—1
Состав зерна особенно хорош 0—7 мм, смесь

пластична 2—2

Состав зерна приемлем 0—30 мм, смесь пластична 3—3
Состав зерна приемлем 0—30 мм, смесь как

мокрая земля 4—4

Состав зерна особенно хорош 0—30 мм, смесь

пластична 5—5

Состав зерна особенно хорош 0—30 мм, смесь,

как мокрая земля 6—6

Состав зерна особенно хорош 0—70 мм, смесь,

как мокрая земля 7—7
Важнейшие кривые из этой работы воспроизведены здесь на фиг. 2.40а

и 2:406. По фиг. 2. 40а определяем необходимое водоцементное отношение

для данной марки цемента и значения прочности бетона. При этом предполагается, что состав по крупности взят в особенно хорошей области.

Затем по фиг. 2. 406 определяем необходимое количество цемента при найденном В/Ц, действительном составе по крупности и предполагаемой консистенции бетона; одновременно определяется и количество воды. Для

определения необходимого количества заполнителей на 1 ж3 следует

обратиться к подбору состава по Клуге. «Инструкция по приготовлению

бетона» Германских государственных железных дорог содержит необходимые данные в краткой понятной форме. Наконец, можно достигнуть

хороших результатов, повышая содержание цемента, как показывают

опыты Графа и Вальца (фиг. 2. 41). Однако результат при количестве

Цемента 1 ]> 360 кг/м? не находится ни в какой связи с затратой материала. Марка цемента (качество) важнее, чем его количество.
Так как содержание воды играет столь большую роль в достижении

желаемых свойств бетона, то в принципе следовало бы применять до69
--------------- page: 70 -----------
бавки, которые снижали бы поверхностное натяжение воды и тем самым

облегчали смачивание заполнителей, в особенности зерен цементов. В качестве таких добавок можно здесь назвать, например, пластимент и бетон-

пласт. Так как существуют цементы, для которых эти добавки вредны,
Фиг. 2.41. Жесткий вибробетон приблизительно одинаковой консистенции (проба иглой 2ч-5 см) из нормального портландцемента 5 и портландцемента особо высокого качества О. Желаемая консистенция при низком

значении водоцементного фактора получается только

при экономически невыгодном высоком содержании цемента
Время меж- 630

ду бетонированием и на-

несениемпо-

крытия
т-
Начало схдатыЪанир
Ю 12 Ш /б /8 Ю 22 26 28

Время 6 днях
Фиг. 2. 42. Уменьшение испарения воды из

призм в раннем возрасте, изготовленных из

раствора (размер призм 15X30X5 см\ выдерживаются при 38° С, влажности 21°/о,

содержание цемента 2=700 кг/см*, В/Ц=

—0,4), при помощи покрытия, в различные

сроки после уплотнения раствора
у &
210
70
. о
V
К1
°\
Температура ‘Зв°С‘

\^и*700пг/м->;д№0,‘
УС
\
К,
Обработка повысила прочность

до 620 кг/см2 Без обработки 2514иг
(смг
О 2 <4 6 в Ю 12 № 15 13

Время между бетонированием и нанесением

покрытия в часах
Фиг. 2. 43. Влияние времени нанесения

покрытия на предел прочности при

сжатии призм 5x15x15 см из того же

раствора, что на фиг. 2.42
то целесообразно выяснить подходящую дозировку и сорт цемента по

местному опыту в ближайшей лаборатории испытания материалов или

консультативном бюро по цементу.
Воздухововлекающие добавки не дают сколько-нибудь заметных выгод

с точки зрения свойств, требуемых для напряженно армированных конструкций. Их поэтому следует применять только в том случае, если для

этого имеются другие основания.
70
--------------- page: 71 -----------
Бетон необходимо выдерживать во влажном и теплом состоянии по

меньшей мере в течение первых 8 дней, лучше — еще дольше. Нельзя

отводить тепло схватывания, слишком быстро увлажняя бетон холодной

водой; следует вместо этого покрывать его влажной мешковиной, мелким

мокрым песком или мокрыми соломенными цыновками. Дополнительно

можно замедлить высыхание, покрывая бетон битуминозной эмульсией,

антисолем и др.
По последним американским опытам [166], наилучших результатов достигают, опрыскивая поверхность бетона уже через 2 часа после его
Фиг. 2.44. Влияние пропаривания при 95° С на ку-

биковую прочность бетона с содержанием цемента

в 525 кг!мъ, В1Ц=0,4; после отжатия воды под давлением 140 кг/см2 водоцементное отношение уменьшилось до 0,29; бетон испытан в возрасте 6 час. (по

Рошу)
укладки, т. е. сейчас же после начала схватывания, уплотняющим средством, которое на несколько недель почти полностью прекращает испарение воды. Из рассмотрения фиг. 2. 42 следует, насколько сильно

потеря влаги уменьшается от этого покрытия, а фиг. 2. 43 показывает,

что такая мера сильно влияет на прочность бетона при сжатии и, следовательно, убеждает в необходимости последующей обработки.
Для деталей заводского изготовления можно применять другие способы обработки, например паром и т. п. По Рошу ([70], стр. 6), достаточно пропарить бетон в течение 4 час. при температуре 95°С, чтобы через
6
(фиг. 2. 44). Пропаривание для вызревания применяется, например, при

изготовлении из напряженно армированного железобетона шпал и сборных балок, для того чтобы иметь возможность через короткое время

обернуть опалубку. Самой высокой прочности бетона достигают, применяя совместно высокое давление, вибрирование и прогрев [223].
2.
Поведение бетона в упругой области нельзя описать так ясно, как

поведение стали. Диаграмма деформирования (напряжение в зависимости от укорочения) не прямолинейна (фиг. 2. 45), так что, строго говоря,

Для каждого напряжения действителен свой модуль упругости.
71
--------------- page: 72 -----------
Фиг. 2.45. Кривые зависимости укорочения от сжатия (кривые о—е) для бетона

различных марок
гнэ/2» д 9
Фиг. 2.46. Кривая су—е для бетонной призмы с $р = 368

кг/см2, показывающая, как при каждом новом нагружении

проявляются пластические деформации (по Рошу)
--------------- page: 73 -----------
Только при кратковременных нагружениях деформация сохраняет

линейный характер; если однако нагрузка действует более длительно или

повторяется, то возникают пластические деформации, рассмотренные

в 2. 24 (фиг. 2. 46). Растяжение и сжатие отличаются по величине пре-
350
300
250
* 2 00
а
2
Г
О)
г
а
с

3
г
а
X
:>
X
и 100
50
О
О
Укорочение € В °/оп и«-ц а»-
Фиг. 2. 47. Совпадение кривых а—е, рассчитанных по уравнению (2. 1), с результатами измерений для бетона с

=320 кг!см2 (по Рошу)
Дельных деформаций. Предельное значение деформации при разрушении

от сжатия почти не зависит от прочности и составляет 1,8—2%о; если возникает большее значение относительной деформации сжатия, то нужно

учитывать наступление внутренних изменений структуры еще до раз-

Рушения.
73
--------------- page: 74 -----------
Рош ([107], стр. 3) приводит гиперболическое уравнение кривой, выражающей зависимость деформаций от напряжений сжатия; это уравнение

достаточно точно совпадает с измеренными значениями (фиг. 2. 47):
е„. = -^- + 0,1 —-V—: = +
1
Здесь
^е1
а -


модуль при чисто упругом укорочении;

напряжение сжатия;
упругое укорочение;
° е.1

ВР1
й
остаточное или пластическое укорочение;
коэффициент, зависящий от вида бетона; для вибрироваиного бетона марки от В 450 до В 600 — от 1,15 до 1,2; марки от В 300 до

В 400 — от 1,1 до 1,15;
7
ность) .
Для Ее1 Рош дает еще следующее опытное значение:
^— для с < 0,6 .
: 550 000
150
(2.2)
Модуль Ее1 на 10-^15% больше, чем тот, который соответствовал бы

касательной, проведенной в точке о* — 0; для последнего получается следующее значение:
= -1-Н
„О Ее1 1000
Касательная к гиперболе в любой точке дает модуль деформации Е'

(включая остаточную деформацию), определяемый из выражения
1
йа
1 000 (V? - с)2
(2.4)
Член ер1 в уравнении (2. 1) дает хорошую оценку остаточных деформаций, возникающих при первом нагружении и достигающих при высоких

направлениях значительной величины.
При многократном нагружении линия от — е располагается так, что

в области допускаемых напряжений она примерно параллельна линии

Ее1 (фиг. 2. 46) и стабилизируется, т. е. остаточные деформации прекращаются. Кривая деформаций при разгрузке располагается приблизительно

параллельно линии Ее!„
Многократно нагружаемые сооружения ведут себя, таким образом,

после немногих начальных нагружений как вполне упругие, если только

длительно поддерживаемые изменения нагрузки не вызовут процесса

ползучести.
Относительно малые деформации бетона нет нужды определять так

точно, как деформации стали; на практике при расчете деформаций бетона

довольствуются следующими средними значениями модулей упругости Е,

приведенными в БШ 4227.
Марка бетона

в кг}см2
В 225
В 300
В 450
В 600
Модуль упругости в кг!см2 . . .
240 000
300 ООО
350 000
400 000
Коэффициент поперечного расширения т
От 6 до 7
От 5 до 6
Ог
От 3 до 4
74
--------------- page: 75 -----------
Коэффициент Пуассона т для бетона тоже имеет различные значения

в зависимости от прочности и напряжения, и в расчет вводятся его средние значения, причем большие значения относятся к низким напряжениям. Следовательно, т уменьшается с ростом напряжений или удельное

поперечное уширение сжатой призмы увеличивается с ростом напряжений.
Для больших сооружений целесообразно при испытании пригодности

заполнителей определить также фактическое значение модуля упругости Е, в особенности если предполагается впоследствии произвести на

объекте измерения для проверки достигнутого напряжения сжатия.
При сравнении расчетных деформаций с измеренными на сооружении

могут обнаружиться значительные расхождения. Модуль упругости может

существенно отличаться от принятого в расчете значения вследствие влияния температуры, времени и влажности. Большое значение имеет более

или менее стесненная поперечная деформация в зависимости от формы

элемента и характера армирования, вызывающая пространственное напряженное состояние, в то время как расчет деформаций большей частью

сильно упрощен и исходит из одноосного напряженного состояния.
Стесненная поперечная деформация уменьшает также и продольную

деформацию, так что измерения могут дать более высокое кажущееся

значение модуля упругости. Кроме того, уже через короткое время на

упругую деформацию накладываются пластические явления ползучести.

.Расчетные значения деформаций бетона оказываются, таким образом,

лишь грубо приближенными, если не учтены все эти влияния.
В сооружениях, возведенных давно, следует учитывать рост модуля

упругости с увеличением прочности [см. уравнение (2. 2.) и фиг. 2. 47].

Увеличение модуля упругости по сравнению с его значением для 28-днев-*

ного возраста при нормальных условиях выдерживания может составить

от 10 до 15%.
2.
2. 231. Что влияет на усадку?
г и-
ъ 0',

^ °>3

о,1*
ь
<ъ ЧВ
10г?

I °'8
* 0,9
I"
У V
Усадка представляет собой укорочение от высыхания, при котором

избыточная вода, введенная при затворении, испаряется, и обволакивающая цементные частицы масса геля, постепенно твердея, сжимается.

Усадка бетона по всем трем направлениям примерно одинакова. Размеры

усадки, т. е. укорочение е^, зависит, следовательно, главным образом от

степени высыхания и, значит, от

влажности, температуры и воздухообмена вокруг бетона. В воде

бетон увеличивается в объеме, в

холодном влажном воздухе его

усадка меньше, чем в сухом теплом, Усадка ^ должна поэтому

связываться с относительной влажностью воздуха и температурой

окружающей среды. В условиях

климата Средней Германии принимают относительную влажность

воздуха (о. в.) на открытом воздухе в 60-^80%, в сухи* зданиях — 30^40%.
Бетон может отдать тем больше влаги и дать тем большую

усадку, чем больше было добав_
ч
\
А,
о /

/
V
1

700 К
X
у»*
о

\
о
N
Ц«31
/м3
ч
\
V
X
N
Чч
ч
\
и N
о \
о ^
X
0,1 0.2 0,3 0,4 0,5 0,5 0,7 0,д 0,9 Ю V 12

Водоцементнае отношение «=..
Фиг. 2. 48. Зависимость размеров усадки

малых призм из раствора после выдерживания в течение 119 дней на открытом воздухе от водоцементного отношения и содержания цемента (по О. Графу)
75
--------------- page: 76 -----------
лено воды при его изготовлении. Размеры усадки, таким образом, сильна

зависят от водоцементного фактора В/Ц (фиг. 2.48). В жирных смесях

усадка относительно больше, чем в нормальных, так как сжатие цементного геля возрастает с увеличением количества цемента. Поэтому усадка

раствора сама по себе в 2 с лишним раза превышает усадку бетона. Прочность бетона мало влияет на размеры усадки.
Хотя различные виды цемента дают в призмах из цементного теста

весьма различные размеры усадки, но в бетоне эти различия сказываютсяг

не сильно ([106], стр. 181). Применение того или иного из стандартных
л
*
0,5
0,4
5-.
?
цз
а
ч
0,2
0,!
0,!
0.2
,
о.з
ц?В,Ч
о
0,5
*
0,6
с?
0,7
08
0,9

3
Т"
Ракушечник^ ^
X.
- >—•
, N
л
'••Л
N

.


Доменный шлак, пусковой ^
И
N
N
о
}Рапушечниг<
^ ^азапып ‘
А
с
н
Г**'-
1 ^
\
'Гранит
\
\
V
————2=»—*
‘Песчаник
\
^ресчаник
?
60
-ВыдергииОяпие ма боэОцх?-
152 0 15 30 60 90


№ 0 8 !5 30
-Выдергивание на воздухе
Фиг. 2. 49. Усадка и разбухание призм из бетона на различных заполнителях
(по О. Графу)
цементов мало влияет на усадку бетона. Вода связывается не только

цементом, но также и мелкозернистым песком. В соответствии с этим

богатый раствором бетон дает большую усадку, чем бетон, бедный

раствором.
Если бетонный элемент после выдержки в воздухе поместить в воду,

от он опять увеличивается в объеме. Здесь влияют те же факторы, которые были упомянуты при рассмотрении усадки.
Характер заполнителей также сильно влияет на усадку и разбухание,

как следует из фиг. 2. 49. Бетон на заполнит елях из ракушечника при

выдерживании в воде сильно увеличивается в объеме по сравнению

с первоначальными размерами и в конце концов дает минимальные размеры усадки.
Песчаник (ВигЛзапсЫеш) вследствие очень больших значений усадки

и разбухания не следует применять в бетонах для напряженно армированных конструкций.
Наконец, бетон дает большую усадку, если он рано начнет высыхать,

и меньшую, если он может долгое время вызревать в условиях высокой

влажности. Размеры усадки зависят, таким образом, от степени вызревания к началу высыхания/,. Нормальное выдерживание во влажном состоянии в течение первых 28 дней не приводит при этом к большой разнице в конечных размерах усадки (фиг. 2. 50); значение имеет пребывание во влажном состоянии в течение года, что может быть осуществлено

последующей обработкой путем устройства уплотняющих покрытий по

американскому образцу.
76
--------------- page: 77 -----------
В бетонных элементах небольших размеров усадка проявляется быстрее и в больших размерах, чем в крупных, так как первые высыхают

быстрее. У больших элементов нарастание прочности при высыхании идет

быстрее, чем у малых, благодаря чему уменьшаются размеры конечной

усадки.
Тольха усадка
, 08,70%
0.8 35%
777^7

Ц/ I
\3 Гады
ц
5
з ^
“ о.'?

га
Д55 с г,
500
1000
Продолжительность испытании
■фиг. 2. 50. Кривые усадки при выдерживании и различных условиях начальной влажности. Конечные размеры усадки при обычной продолжительности последующего выдерживания (заштрихованная полоса) мало

отличаются друг от друга (по Рошу)
10
100
90
,Й0
7 О
50

50

40

%30

' 20

10

О
100 °/о
у
к
И
60
У
^5
30
у'
Г?5
/■
/
/
2
3
к
Гады<*
3 7 28 90 1В0 355 Дни

Продолжительность Высушивания
Фиг. 2. 51. Изменение во времени

усадки (в °/о к конечным значениям

усадки) малых призм в постоянных

условиях влажности и температуры.

Возраст к началу высыхания около

14 дней
2. 232. Изменение усадки во времени
Измерения усадки осуществляются в лабораторных помещениях

с регулируемыми условиями выдерживания на призмах размером от

10X10X50 до 20X20X100 ел* при 80°С и различных о. в. При таких

постоянных условиях усадка протекает, как показано на фиг. 2. 51,

быстро — в течение первого квартала, а через год достигает ‘от 60 до

80% конечного размера. В столь малых призмах усадочные процессы

завершаются приблизительно через 5 лет; в больших бетонных элементах

усадка прекращается только через 10—15 лет, что служит признаком

достижения равновесной степени высыхания.
В сооружениях очертание кривой усадки меняется не так плавно, так

как здесь сказывается каждое изменение влажности воздуха и температуры. На открытом воздухе зимой или летом при длительной дождливой

погоде бетон не дает усадки; наблюдалось даже увеличение размеров

вследствие разбухания на мостах с непосредственным использованием

бетонной проезжей части в качестве полотна дороги (см. гл. 2. 25).

В соответствии с этим усадка или разбухание в сооружениях, расположенных на открытом воздухе, практически никогда не заканчивается.
2. 233. Какие размеры усадки нужно учитывать в напряженно

армированном железобетоне?
Для потери предварительного напряжения в арматуре имеют значение

размеры усадки, начиная с момента создания предварительного напряжения. При конструкциях со сцеплением (стендовое изготовление) нужно,

следовательно, принимать во внимание полные конечные размеры усадки;

Для конструкций, в которых предварительное напряжение создается после

бетонирования, можно путем обработки бетона уменьшить укорочение от

усадки, проявляющейся после создания предварительного напряжения.

Условия при этом не те, что в обычном железобетоне, где усадка имеет

шалое значение и стеснена стержнями арматуры, которые сопротивляются

укорочению бетона. В арматуре при этом возникают сжимающие напря77
--------------- page: 78 -----------
жения, а им противостоят растягивающие напряжения в бетоне, которые

могут привести к образованию усадочных трещин. Эти напряжения в

бетоне несколько ослабляются проявлением ползучести. Конечные размеры усадки благодаря этому уменьшаются в зависимости от коэффициента армирования. Поэтому ПШ 1045 устанавливают для сооружений из железобетона относительно малые размеры усадки — 0,15%о.
В напряженно армированном железобетоне усадка никогда не бывает

стеснена действием натягиваемой арматуры. При условиях опирания, не

нарушающих статической определимости конструкции, усадка не вызывает дополнительных напряжений в бетоне, а значит, и нет связанной

с усадкой ползучести, если не принимать во внимание действия ненапряженной арматуры. Это основное различие становится понятным, если

вспомнить, что в обычном железобетоне усадка производит и накапливает

работу, создавая сжимающие напряжения в заложенной в бетон арматуре, тогда как в предварительно напряженном железобетоне растянутая

арматура производит работу на перемещениях бетона, когда ее предварительное напряжение уменьшается. Предварительно напряженная арматура благоприятствует, следовательно, укорочению от усадки, которое

поэтому проявляется в предварительно напряженном железобетоне в

большей степени, чем в обычном железобетоне.
Для применяемых в предварительно напряженном железобетоне марок

бетона В 300 и выше при содержании цемента 350—400 кг!мъ и среднем

водоцементном факторе от 0,4 до 0,45 на основании многочисленных опытов [75, 107, 196] нужно принимать конечные размеры усадки в 0,3~^0,4%о

при нахождении на открытом воздухе (о. в. 60-^80%) и в 0,4-ь0,5%о при

нахождении в сухих условиях (о. в. 30-н40°/оо*), если бетон, как обычно

на строительстве, выдерживают во влажных условиях только 1—2 недели.
Как уже указывалось, при рассмотрении фиг. 2. 50, для заметного

уменьшения размеров усадки нужно проведение последующей обработки

в течение столь долгого времени, что на практике это едва ли возможно.

Поэтому уменьшение расчетных конечных размеров усадки со ссылкой

на нормальную последующую обработку не оправдано.
Если бетон после влажной последующей обработки до его обжатия

(выполняемого после бетонирования) может подвергнуться усадке при

теплой сухой погоде, то часть укорочения от усадки образуется до натяжения арматуры; эту часть для тонких элементов (с размером сечений

от 10 до 20 см) можно определить по фиг. 2. 51. Для определения потерь

предварительного напряжения нужно тогда принять во внимание только

остающуюся часть усадки. На практике, исходя из того, что большей

частью имеют дело с элементами более крупных размеров и с недостаточно устойчивыми температурными условиями, следует вычитать только

половину значений, определяемых по фиг, 2. 51, т. е. при продолжительности усадки в 28 дней округленно снижать на 20% конечные размеры

усадки.
Для сооружений, находящихся на открытом воздухе при пониженной

температуре, это уменьшение размеров усадки в расчете применять не

следует.
На основании изложенного в 2. 231 можно допустить уменьшение

приведенных выше расчетных конечных размеров усадки, если очень

низко содержание цемента и раствора, а также мало водоцементное отношение или же элементы крупнее, чем призменные образцы.
Наоборот, размеры усадки нужно повысить, если содержание цемента

больше 400 кг/мп, В/Ц выше 0,45 и содержание раствора превышает 50%.
* См. также пояснения об относительной влажности в 2.246.
78
--------------- page: 79 -----------
Все эти важные влияния, отражающиеся на усадке бетона, можно охарактеризовать объединенным коэффициентом усадки 5 и выразить конечные размеры усадки с его помощью. Из названных факторов образуется

следующий критерий (Кепгге/ег! /С):
К-
ч? гм

2.'
у!
(2.5)
Здесь
ИТ’ вес воды

2Г вес цемента ’
X — содержание цемента в кг/м3;
М — содержание раствора, равное весу заполнителя крупностью

от 0 до 7 мм (без 1);

й — средняя толщина конструкции в см.
В конструкциях, разные части которых имеют различную толщину:
а-.
Ш,

где Лп — толщина; 1п — длина каждой из граней, соприкасающейся

с воздухом. Однако большей частью решающее значение имеет толщина

того элемента, в котором расположена напряженная арматура.
,05
к ОМ
о 0,3
* V
х О
0.40
■"0.32
0,26
1*
А
и
//
0,21
Г
[Отис
ситепьная 1
влажность воздуха _
Для стендодого изготовлений и если беюн

выдерживали д течение

0,50 - Здмей

0М6 - 7 ..
о}ио~гь •>
0,3(4-90 »

хорошо уд

ла^ненным
I юо
35
и. ... .90 . 70 . %

в боде \мад водой \наоткры-\ д.закрытом сухом

том воздцхе помещении
Фиг. 2. 52. Влияние длительности выдерживания во влажном состоянии на конечные размеры усадки бетона среднего

качества с критерием К~30, при различной относительной влажности воздуха

(по Рошу)
1.5

',3

/,2

Ю ; ,
* 1.0
| ор

3 0,5

5 0.5
* 0,2

0,1

0
^<5
10
*
*
У
/
/
/
К
5 10
20
30 ЬО 50 60
10
Фиг. 2. 53. Коэффициент усадки 5

в зависимости от критерия К для

определения ожидаемых конечных

размеров усадки 5-е^
Рассмотренные выше нормальные конечные размеры усадки представлены на фиг. 2. 52. Влияние критерия /\ учитывается умножением этих

размеров усадки на коэффициент усадки 5, взятый из фиг. 2. 53. График

5 = / (К) нуждается, естественно, в дальнейших подтверждениях измерениями.
Значение К — 30 соответствует В/Ц = 0,45, 2 = 400 кг/м?, М = 0,45,

я?=20 см.
Так как размеры усадки играют не слишком большую роль в потерях

предварительных напряжений арматуры, то рекомендуется с осмотрительностью пользоваться уменьшением размеров усадки и рассматривать сделанные неблагоприятные допущения относительно усадки как желательный резерв предварительного напряжения.
79
--------------- page: 80 -----------
2. 24. ПОЛЗУЧЕСТЬ БЕТОНА
2а 241. Зависимость ползучести от нагрузки и модуля упругости
Если бетон подвергается нагрузке какого-либо вида в течение длительного времени, то вызванная при этом деформация продолжает расти

все время и прекращается только через несколько лет. В то время как

при кратковременном нагружении начальная деформация упругая, подобна деформации пружины, эта последующая деформация — остаточная, пластическая; ее называют ползучестью и объясняют пластическими

свойствами влажного геля1.
Ползучесть проявляется при всех видах деформации, в том числе при

поперечном расширении сжатого тела.
Ползучесть зависит от еще большего числа факторов, чем усадка. Строение зерна заполнителя, его форма, вид породы, из которой состоит заполнитель, содержание цемента, вид цемента, водоцементный фактор, степень уплотнения бетона, степень вызревания до нагружения конструкции, температура и влажность при вызревании и во время нагружения,

размеры нагруженного элемента и степень напряженности — все это

влияет на размеры ползучести. Неудивительно поэтому, что, несмотря на

множество исследований, наши сведения о ползучести до настоящего времени весьма неполны и при оценке ее размеров приходится пользоваться

приближенными допущениями.
Многие из перечисленных факторов влияют также и на упругую деформацию бетона. Проведенные до сего времени испытания показали,

что размеры ползучести ек зависят приблизительно линейно от упругой
деформации
чести 9:
С?
оА=<р~ или <р =
Е
Линейная зависимость от упругой деформации достаточно точна для

сжатия, изгиба и растяжения, пока напряжения остаются ниже примерно
0,3 ^28. При более (высоких напряжениях приходится считаться -с усилением ползучести.
При кручении также можно считать ползучесть пропорциональной

упругой деформации. Здесь в зависимости входят т и модуль сдвига С.

Из теории упругости известно, что
О
2(я*+1)
Так как коэффициент Пуассона для бетона колеблется в пределах от

3 до 7, то из (2. 7) следует, что размеры ползучести от напряжений сдвига

должны быть приблизительно в 2,5 раза больше, чем от напряжений растяжения или сжатия. Опыты Дьюка и Дэвиса [64] подтверждают это.
При разгрузке после начальной упругой обратной деформации также

наблюдается пластическое изменение в обратном направлении, напоминающее ползучесть при растяжении. В этом случае говорят, что в бетоне

идет пластическое восстановление; оно длится всего несколько дней;

основываясь на нем, в наших расчетах принимают, что сечения остаются

плоскими, несмотря на деформации ползучести.
1 Гипотезы о существе явления ползучести предлагались и исследовались Фрейсине [20], Пухером [90] и Гелером [26].
80
--------------- page: 81 -----------
Отношение — не охватывает влияния температуры и влажности окружающей среды, химического возраста (степени вызревания) в момент

нагружения и факторы, объединенные в критерии К. Эти влияния нужно

учитыбать, изменяя <р; по этому пути успешно пошли Дишингер и Рюш с

учетом работ многочисленных исследователей [38], чтобы просто определять расчетом размеры ползучести еЛ.
2. 242. Изменение ползучести во времени
Изменение ползучести во времени при постоянных условиях характеризуется кривой на фиг. 2.54. В малых призменных образцах 12X12X50 см

ползучесть проявляется дольше, чем усадка, — от 8 до 10 лет.
В сооружениях ползучесть наблюдается еще дольше— в зависимости от температуры бетона и поперечных

размеров (см. 2. 251). Это

видно также из того, что в

конструкциях предварительно напряженного железобетонного моста в Ауэ (Саксония) , осуществленном в

1936—1937 гг. [38], в котором предварительное напряжение было создано по Ди-

шингеру посредством расположенных снаружи стержней

тем, как полагалось, повторному натяжению, после воины (т. е. примерно

через 10 лет) появилось множество трещин, объясняемых укорочениями

от ползучести. Как и при усадке, постоянный прирост ек задерживается

понижением температуры или увеличением влажности. В сооружениях

на открытом воздухе зимой ползучесть прекращается.
Для расчетных целей пользуются кривой постоянной ползучести. Деформация от ползучести, образовавшаяся по истечении времени I, определяется коэффициентом ползучести она относится к упругой деформации ве1 = 1. Конечный коэффициент ползучести, характеризующий

достигнутое через положительное время прекращение деформации, обозначаем 9со или просто ср.
Такая общая деформация е, по истечении времени I, включая упругую

деформацию, будет
е, = -^(1 + ср,).
При расчете напряженно армированных конструкций нужно знать

главным образом конечные размеры ползучести или коэффициент ползучести 9со и дополнительные условия, определяющие ее развитие.
Если через некоторое время бетон разгрузить, то он восстанавливает,

пока его возраст мал, свои размеры до Чь упругой деформации, а при

большем возрасте — уже только до 1/ю ев1.
Ползучесть при восстановлении размеров, следовательно, относительно

мала и обычно не принимается во внимание ([70], фиг. 2.24).
Фиг. 2, 54. Изменение во времени ползучести

сжатых призм 12X32X50 см из бетона марки

400 при постоянной температуре и влажности.

Возраст бетона при нагружении 14 дней, о, в.

70°/о при оь =200 кг/см2 (по Рошу)
6-3206
81
--------------- page: 82 -----------
2. 243. Зависимость коэффициента ползучести от климата и степени
вызревания
Только ползучесть
40
О 500 1000 1500Дни

Продолжительность испытаний
2000
Температура и относительная влажность оказывают на ползучесть

влияние, аналогичное их действию на усадку; химический возраст, т. е. степень вызревания к началу нагружения, оказывает существенно большее

влияние. Ползучесть бетона проявляется тем больше, чем теплее и суше
окружающий воздух, т, е. чем сильнее бетон высыхает. На фиг. 2. 55 показаны кривые ползучести для призмы 12X12X36 см, подвергнутой осевому сжатию в 100 кг/см2, после различной продолжительности твердения; призма изготовлена из бетона

В 480, содержание цемента 2 =

= 300 кг/м3, марка цемента Ъ 225,

В/Ц = 0,5 (критерий К ~ 14), Е ~

^380 000 кг/см2, выдерживание на

воздухе с о. в. 35 и 70% при 18° С.

На фиг. 2.56 даны только конечные

коэффициенты ползучести несколько

пластичного бетона в зависимости от

влажности при 18° С и для различного возраста бетона к моменту нагружения. Из многочисленных, испытаний такого рода получены показанные на фиг. 2. 57 различные конечные коэффициенты ср для различной

влажности среды, окружающей бетонный элемент, когда нагрузка прилагается после 28 дней нормального

твердения. Средняя утолщенная линия относится к бетонам со средним

значением В/Ц9 2 и М при малом А (К = от 25 до 35). Конечные коэффициенты ползучести для бетонов с другими характеристиками располагаются в области между крайними тонкими линиями и будут рассмотрены в 2.244.
О 500 Ю00 1500 Дни

Продолжительность испытаний
2000
Фиг. 2. 55. Влияние влажности окружающей среды и возраста к моменту нагружения на ползучесть призм 12X12X36 см

(по Рошу [70])
Относительная дламность

воздуха
Фиг. 2. 56. Влияние влажности

и возраста в момент нагружения на конечные размеры ползучести; значение коэффициента

лолзучести 9 через 4 года (по

Рошу)
Фиг. 2. 57. Конечный коэффициент ползучести 9 бетона с критерием /<=30 при

начале нагружения после 28-дневного

вызревания в нормальных условиях в зависимости от условий влажности при

выдерживании при 18°С; для других значений критерия указана область разброса
82
--------------- page: 83 -----------
На фиг. 2. 55 видна также четкая зависимость ползучести от степени

вызревания бетона к моменту нагружения. В бетоне, нагруженном в раннем возрасте, проявляется гораздо большая ползучесть, чем в старом,

хорошо созревшем бетоне. Если нанести возраст к моменту нагружения в

логарифмическом масштабе, то зависимость гь или фоо от 1„ оказывается

почти прямолинейной (фиг. 2.58).
Фиг. 2. 58. При логарифмической шкале

времени конечные размеры ползучести для

различных возрастов бетона к моменту

нагружения изменяются приблизительно

прямолинейно (по Рошу)
Фиг. 2. 59. Кривые нарастания прочности бетона до одинаковой конечной

прочности, равной 100%; выдерживание в соответствующих нормам условиях при температуре от 18 до 20°С

и различных марках цемента (по

Гуммелю и Рошу)
Но степень вызревания бетона зависит не только от возраста, а еще

от вида цемента и условий выдерживания. Высококачественные цементы

твердеют быстрее, чем нормальные (фиг. 2. 59). Тепло ускоряет твердение,

холод замедляет его.
Чтобы быть независимыми от этих отдельных условий, будем характеризовать степень вызревания отношением (3^/(3со, т. е. отношением

прочности в момент времени ^ создания предварительного напряжения

или нагружения к ожидаемой конечной прочности. При марке цемента
2
425 — от 85 до 90% конечной прочности при температуре от 18 до 20° С.

При более высоких или более низких температурах пока приходится обращаться к оценкам, основанным на разбросанных в литературе ([106],

стр. 115 и далее) результатах опытов или к новым опытам.
В США действуют следующие правила относительно минимального

времени вызревания при высокой влажности (о. в. ^ 80%) (по «<1оигпа1

о! АСЬ 711/46).
Температура в °С
21
18
16
13
10
Время вызревания

в днях
при цементах

марки 225
7
11
15
19
23
при цементах

марки 2325 и 2425
3
5
7
9
11
Из результатов опытов по ползучести был получен коэффициент к\,

зависящий отИ?/1^оо5 (фиг. 2. 60) [216], на который нужно умножить коэффициент ползучести для учета степени вызревания. Таким образом, размеры ползучести определяются из
(2.9)
83
--------------- page: 84 -----------
Так как бетон из цемента 2 225, к которому относится кривая ср на

фиг. 2. 57, после 28-дневного твердения в условиях, соответствующих нормам, достигает примерно 75% - своей конечной прочности, то при
= 0,75 должно быть к\ : 1.
На практике приходится для определения ожидаемых размеров ползучести уже при статическом расчете иметь представление о том, какова

будет достигнутая степень вызревания к моменту создания предварительного напряжения. Если

применяется метод, при

котором нужно создавать

предварительное напряжение вскоре после бетонирования, то нужно определить по кривым фиг. 2. 59

или — при других температурах ■— из опыта соответствующее этому раннему возрасту бетона отношение
личение деформации от

ползучести соответствующим значением к\. Если,

наоборот, можно рассчитывать на летние температуры и позднее создание

предварительных напряжений по истечении более

чем 14 дней вызревания

при цементе марки 2 325

(или 28 дней при 2 225),

то можно принять к\<\ и

таким образом найти уменьшенную деформацию от ползучести.
Если сооружение возводится в прохладную погоду, то низкая температура замедляет вызревание. Так как конечная прочность тоже оказывается ниже, то нужно вводить в расчет в соответствии с пониженным

.модулем упругости увеличенную упругую деформацию и, следовательно,

увеличение размера ползучести. При температурах ниже 15° С нельзя

поэтому никогда принимать к\ меньше 1, разве что на вызревание отводится особенно долгий срок (за вычетом морозных дней) с более теплыми

днями или же применяется подогрев.
Фиг. 2.60, График изменения коэффициента к±

для учета при вычислении величины ползучести

степени вызревания У71УРоо или / Рсо к моменту создания предварительного напряжения или

к моменту нагружения
2. 244. Зависимость коэффициента ползучести от водоцементного

фактора, от содержания цемента и раствора и от размеров бетонного
элемента
Водоцементный фактор оказывает влияние на модуль упругости и

прочность; поэтому его влияние на величину ползучести частично уже
учитывается
тор влияет на величину ползучести в большей степени, чем модуль Е.

Бюрер [194] определил, например, на призмах 20X20X60 см трехдневного

возраста остаточные укорочения при многократном повторении возра-
84
--------------- page: 85 -----------
Предполагаемое очертание кривых деформирования$

бследствие отставания изменения формы от напряжения
0>1 0,2

-Остаточная деформация при первом

' нагрцмении
Бетон.

заполнитель:

рейнский гравий

- Расход цемента^-ЧООкг/и3

Марна цемента Ц 425
0.3 | ^
Остаточная деформация при

втором нагружении
Фиг. 2. 61. Сравнение кривых зависимости укорочения от напряжения при многократном нагружении бетонных призм в раннем возрасте с различным водоцементным

отношением. Большое влияние водоцементного фактора на пластическую деформацию

бетона, нагруженного в раннем возрасте, указывает на аналогичные явления в процессе ползучести (по Бюреру)
--------------- page: 86 -----------
стающей нагрузки; эти укорочения дают представление о масштабе последующей ползучести. Верхние линии на фиг. 2. 61 относятся к бетону

с В/Д=0,44, нижние ■— к бетону с В/Д = 0,33. Заполнители относились к

особо хорошей области кривой рассева по крупности АМВ (М = 0,4,
марка цемента 425, содержание цемента

Г «5 _ Полная деформация; продолжу тел о 400 кг/м*). В первой серии нагружений
была принята ступень нагружения в
10
жутках производилась полная разгрузка.

Так же поступали и во второй серии нагружений. Кубиковая прочность бетона через 3 дня составляла в обоих случаях

округленно 350 кг/см2, а через 28 дней —

для пластичного бетона — 700 кг/см2, для

более жесткого — от 750 до 800 кг/смК

Только одним уменьшением водоцементного фактора остаточная деформация

при первой серии нагружений была снижена приблизительно на 1/ю, а при второй

серии опытов — приблизительно на Уз.
Опыты Боломея [51] (фиг. 2. 62) также

показывают, что водоцементный фактор

больше влияет на ползучесть, чем на модуль упругости. При одном и том же виде

цемента (высококачественный портландцемент), одинаковом его содержании,

равном 350 кг/м*, и одинаковых условиях

выдерживания были проведены две серии опытов: одна при В/Ц — 0,49,

другая при В/Ц=*0,375. На фиг. 2. 62 нанесены суммарные укорочения

после 150 дней пребывания под нагрузкой. Определив приближенно укорочения от ползучести, находим, что их отношение для

этих двух бетонов равно 0,55,

тогда как отношение модулей

упругости равно 0,85.
Глэнвиль и Томас [28] приводят следующие значения размеров ползучести в зависимости

от водоцементного отношения

для цилиндров диаметром 10 см

в возрасте 3 лет, которые были

нагружены в возрасте 28 дней с

напряжением в 22 кг/см2:
ВЩ
в мм/м . . 0,6 0,72 0,95
Так как ползучесть отчасти

зависит от малых деформаций

цементного геля, то можно ожидать, что на размеры ползучести окажет влияние также содержание цемента и раствора

при том же модуле упругости бетона. До настоящего времени по этому

вопросу нет сведений. Следует ожидать, что здесь это влияние слабее,

чем при усадке.
86
г—'
^75

водоцементное отчаше/

Ц-содержание цемента В

М-содермание раствора

{зерна крупностью 0-7

без цемента) общее количество зерен

Ы-талщина бетона
5 Ю
20
30
Чо
во
60
к
70
Фиг. 2. 63. Коэффицент к2 для деформации ползучести при учете влияния водоцементного фактора В1Ц, содержания

цемента 7, в кг!см3, содержания раствора М

и толщины бетона й, входящих в критерий К
о
возраст п началу нагружения, дни
Фиг. 2. 62. Суммарное укорочение призм, отличающихся только по водоцементному отношению бетона (по Боломею)
--------------- page: 87 -----------
Не вполне выяснено также и влияние размера (толщины) бетонных

элементов на конечную величину ползучести. Известно, что в малых

призмах для лабораторных опытов при толщине 12—20 см ползучесть

почти прекращается через 4—5 лет, в то время как в больших сооружениях (см. 2. 25) рост пластических укорочений не заканчивается и через

10—15 лет. Но конечные размеры ползучести для массивных элементов

меньше, чем для ^больших.
Все факторы, влияющие на усадку, объединенные выше в критерий К,

влияют также на конечные размеры ползучести, хотя и в меньшей степени, чем при усадке. Естественно поэтому для тех же характерных величин ввести коэффициент ползучести й2, учитывающий их влияние. На

основании имеющихся данных о разбросе значений конечных размеров

ползучести (фиг. 2. 57) коэффициент на фиг. 2.63 принят изменяющимся в пределах от 0,75 до 1,3. Эта кривая, конечно, нуждается в подтверждении дальнейшими опытами по ползучести, целью которых должно

быть исследование факторов, перечисленных на фиг. 2. 63.
Так как не только ползучесть, но и усадка массивных элементов протекает медленнее, чем усадка элементов с сечениями небольших размеров,

то нужно учитывать, что в профильных деталях с различными толщинами

частей сечения с течением времени напряжения перераспределяются с

более тонких частей сечения на более массивные; распределение напряжений по сечению не остается, следовательно, прямолинейным.
2. 245. Влияние вида каменных пород
По опытам Дэвиса, вид каменной породы, используемой для заполнителя, оказывает существенное влияние на размеры ползучести (фиг. 2.64).

По этим данным, в бетоне с базальтовым

щебнем ползучесть проявляется вдвое сильнее,

чем в бетоне с заполнителем из известняка.
Граф ([106], стр. 134)

исследовал также зависимость модуля упругости от вида каменной породы и отчасти пришел

к противоположным выводам. По Графу, деформации бетона с базальтовым щебнем малы, с заполнителем из

песчаника — велики, а

из известняка-ракушечника —■ имеют средние

значения. Опыты по
ползучести Дэвиса на наших видах каменных пород еще не подтверждены.

До настоящего времени не требовалось в расчетах учитывать вид каменной породы. Целесообразно все же принимать во внимание различие

в ползучести, если приходится иметь дело с необычными видами каменных пород.
Фиг. 2. 64. Влияние вида заполнителя на коэффициент ползучести (по Дэвису)
87
--------------- page: 88 -----------
2„ 246. Какие размеры ползучести нужно учитывать для предварительно
напряженного железобетона
На основании изложенного суммарные размеры ползучести определяются выражением
6* = 6*1?* А.’
где гс1 = ~ или а значения <р, к\ и к2 принимаются из следующих

фигур:
Ф — из фиг. 2. 57 в зависимости от влажности окружающей среды;

кг — из фиг. 2. 60, для учета степени вызревания;

кг — из фиг. 2. 63, для учета указанного на ней критерия К.
Относительная влажность окружающей среды принимается равной:

90% — для сооружений, возводимых в особо влажном климате, например в непосредственной близости к морю, над широкими реками и т. п.;

70% — для сооружений, расположенных на открытом воздухе в долинах

рек, на низменностях и в лесистой горной местности; 50% — для сооружений, расположенных на открытом воздухе в относительно сухом климате, например малолесистых возвышенностях, в неотапливаемых зданиях

с хорошей вентиляцией; 35% — для всех нормальных зданий, особенно

для отапливаемых зимой.
Можно достигнуть уменьшения конечных размеров ползучести еще и

созданием умеренного предварительного напряжения на ранней стадии,

например через 2—4 дня после бетонирования (см. гл. 4. 42); при этом

благодаря нагружению бетона в раннем возрасте часть ползучести устраняется еще до создания окончательного предварительного напряжения.

По вопросу об уменьшении ползучести, проявляющейся при этом после

создания окончательного предварительного напряжения, еще нет никаких

опытных данных. С осторожностью можно сказать, что уменьшение ползучести составит 15%, если частичное предварительное напряжение на

ранней стадии при силе натяжения не менее */г V будет действовать приблизительно 10 дней, и считать уменьшение в 20%, если это действие продолжается 20 дней.
2.
СООРУЖЕНИЯХ
2. 251. Мост Сандэ, Швеция
Хегбом (Стокгольм) приводит следующие данные относительно напряженно армированного арочного моста Сандэ длиной 264 м, с полым
ш
Г!
№219кЗШ1№5№6 Ш7Ш819Щ
№019601т**
Фиг. 2. 65. Кривая усадки моста

Сандэ
5
7
5 10


§ 30
40
1 „ Упрцгсгя

деформация
\
Деформация от

ползучести

№2 тз 1т №5 ть т?тд то
Фиг. 2. 66. Кривая ползучести

моста Сандэ
88
--------------- page: 89 -----------
прямоугольным сечением при толщине стенок 30 см,, выполненного из

бетона марки В 600 при содержании цемента 400 кг/м?\ 5 = 375 000 кг/смг

при сг^г=120 кг!см2 и среднем значении сг^ = 80 кг/см2. При средней годовой температуре +3,7°С, в среднем 150 морозных днях в году и относительной влажности воздуха от 78 до 84% усадка составила около 17%о

и прекратилась примерно через 5 лет .(фиг. 2. 65) [131].
Ползучесть череащЭ1/^ лет достигла размеров, определяемых ср/ = 3.

Полученная измерениями кривая ползучести, вероятно, будет проявляться

еще 20 лет и закончится при конечном значении 900 = 4,5 (фиг. 2. 66). Следовательно, коэффициенты ползучести здесь существенно выше, чем получилось бы по данным 2. 24.
2. 252. Мост Бекингер в Гейльбронне на Некаре
На мосту балочной конструкции со средним пролетом 96 м [145] были

произведены тщательные измерения прогибов в точке //2. При создании

предварительного напряжения в ноябре-декабре 1950 г. (напряжение

создавалось тремя ступенями) середина моста сначала слегка приподня-
Продольный разрез

точнаЙ
Поперечный разрез

В точке Д
-940
170
110 50^110
1950
1951
1952
1953
195 Ц
1
5

/2
/
2
3
ч
5
б
7
8
9
Ю П 12
7 2
3
Ч
5
б
7
8
9
ю;; /2
/ 2
3
ч
5
б
7
а
9
Ю 11 12\!
г
3
ч
5 6 )
1
Л
та
о
Г“
г™
Г"'
Г"" 1
гп
г
1—
1—|
Г 1
1
1
1 1
1 1
1
1
1
—1
—1
1
1
1
Сг
1-
Ь
*-
сг
1
5
Ǥ
с
&
§
3
иы
1П_
§
с;
■5
$
Ч
ч
5см
|
I
ч
ч
О)
3
§
4
%
1
(Ъ .

о

перемещение >

точки Д в резуя
к,

>
а;
с:
ь- "1
е
Юсм
5
шише пи/иучести, усиопц
ч-
1 9-
е
а:
о
с:

N
§
ч
§
Ǥ*
15см
с:
годы
Время
Относительная Влажность Воздуха
7Г~
' А1
1

. ~г я
[Г /
И
'Ц1
N
1\1
Цп/и
’Т
А
г \
/л“'\
-VI
I1-
И
4
(АЖ
хл/1/

Фиг. 2. 67. Кривая опускания середины моста Бекингер в Гейльбронне
лась, так как собственный вес конструкции не оказывал полного действия

вследствие того, что леса спружинили кверху. При освобождении от лесов;

возник упругий прогиб в 3,6 см. Этот прогиб увеличился к маю 1954 г.

почти до 13 см; при этом в апреле 1953 г. устройство на мосту асфальтового покрытия вызвало добавочную упругую деформацию в 1 см

(фиг. 2. 67). Таким образом, по истечении около 3 лет дополнительный
89*
--------------- page: 90 -----------
прогиб достиг величины, в 2,4 раза большей, чем прогиб от упругой деформации. Так как усадка сама по себе вызывает лишь незначительный

прогиб неразрезных балок (см. гл. 12.32), то это увеличение прогиба

нужно в значительной мере приписать проявлению ползучести. По истечении 3 лет, таким образом, было достигнуто значение коэффициента

ползучести, превышающее ср, «2, и очертание кривой дает основание ожидать конечного значения коэффициента ползучести не менее ;<Роо = 3.
Мост этот построен через канал. Вертикальные стенки полого сечения

имеют толщину 50 см, верхние плиты — в среднем 25 см, нижние — от

14 до 50 см. Сжимающие напряжения от постоянной нагрузки в точке //2

составляют вверху около 80 кг/см2, внизу 60 кг/см2 при бетоне из речного

гравия с содержанием цемента 330 кг/мв9 марке цемента 2 325, содержании раствора 47%, В/Ц~0,38 и средней прочности бетона 11^28 = 544 кг/см2.
На фиг. 2. 67 приведена также относительная влажность. Из кривых

хорошо видно, что при повышенной влажности и пониженной температуре

зимой ползучесть прекращается и процесс ползучести возобновляется

только летом; при этом нужно обратить внимание на то, что лето 1951 г.

было сухое, а лета 1953 и 1954 гг. — влажные; это создает впечатление

более быстрого затухания ползучести.
2. 253. Мост через Некар в Некаргартахе
На этом пятипролетном неразрезном балочном мосту шириной 12,1 м

общей длиной 228 м, с поперечным сечением в виде двух тонкостенных

полых прямоугольников (фиг. 2. 68) было измерено суммарное укорочение

на участке длиной 218 м между крайними опорами; измерения велись

приборами для непрерывной записи.
Вслед за упругим укорочением при создании предварительного напряжения в сентябре 1951 г. последовало укорочение от усадки и ползучести,

показанное за время до 1954 г. на фиг. 2. 68 и протекавшее при примерно

той же относительной влажности, что и при строительстве моста в Бекин-

гере. Действительные измерения длины и температуры воздуха нанесены

на фиг. 2. 68 тонкими линиями. Длины были пересчитаны на предполагаемую среднюю температуру сооружения, и соответствующая толстая линия относится, таким образом, к равномерной средней температуре. Верхняя кривая показывает изменения длины трех пролетов к западу от неподвижной опоры, а нижняя кривая — трех пролетов к востоку от нее.
Рассмотрим сумму изменений длины.
Так как отдельные секции к моменту создания предварительного напряжения имели уже возраст в несколько месяцев и в сухое лето 1951 г.

имели возможность укорачиваться от усадки в промежутке между открытыми швами, то на усадку до настоящего момента после предварительного напряжения можно наложить не более 0,1 мм/м; этому соответствует

при / — 218 м укорочение в 2,2 см. Суммарное укорочение сейчас достигло
10,3 см. При среднем сжимающем напряжении около 61 кг/см2
упругое укорочение составляло
61-21800 ОЛ
АI.,
340000
Эта величина, к сожалению, не была измерена. Таким образом, на укорочение от ползучести приходится только 4,2 см. Это поразительно низ
--------------- page: 91 -----------
кое значение; оно остается низким даже в том случае, если доля усадки

меньше, чем подсчитано. Следует обратить внимание на то, что с конца

лета 1952 г. наступила остановка в развитии деформаций, что, по-види-?

мому, объясняется большой влажностью 1953—1954 гг.
Продольный разрез

Западный конец моста НеподЬ\Шная опора,
—из оо—-Ц—изо о —«4—
Восточный конец моста
*
оо-
-чзоо-
- 42 00-
Лоперечный разрез

-12,10
1951
9 10 п гг
I
1953
г 2 3 4 5 6 7 В 9 Ю II 12
1954

12 3 4 5
Западный конец

моста
5см —
Восточный конец

моста
5 см
%20Х
Годы
Месрцы
Время
Укорочение от упругого

сжатия, усадки и ползучести, без учета темпера -

тиры,
Придеденное выше

укорочение, с учетом

усредненной температуры
Ю°С
±0°С
~Ю°С
Л
очень прохлаЬн&1
\ 1
г
к
А
/
/V
—|/
У
С:
/
И
Н
г
V
Г
Л
у
4
V
Л
4

ч7
V
Г1
Л/
г—
1
V
Г
С
Принятая
Фиг. 2. 68. Суммарное укорочение моста в Некаргартахе длиной 228 м, записанное
приборами (непрерывная запись)
Существенную роль сыграло также использование необычно жесткой

и бедной раствором бетонной смеси, приготовленной из цемента марки
2
= 400 кг/см2. Содержание раствора (песка крупностью 0—7) составило

только 40%.
2. 254. Другие измерения
Государственные железные дороги и фирма «Дикерхофф и Видман»

с 1950 г. производили измерения на других сооружениях. Результаты,

полученные к 1954 г., должны быть скоро опубликованы. Во всяком случае важно вести наблюдения над сооружениями в течение длительного

срока и производить такие измерения так, чтобы можно было накопить

данные для более определенного отделения усадки от ползучести.
91
--------------- page: 92 -----------
2. 26. ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА
2. 261. Предел прочности при статическом сжатии
По нормам БШ 1048, часть «Б», предел прочности при сжатии бетона

для строительных целей определяется на кубике 20X20X20 см, который

вызревал при 18-^-20° С в течение 7 дней при хранении во влажных условиях, а затем 21 день на воздухе и в течение нескольких минут был нагружен до разрушения. Эта кубиковая прочность бетона в возрасте 28 дней

должна превышать соответствующее марке значение В 300, В 450 и т. д.

Предел прочности или (3^) после 28 дней продолжает расти далее.

Для определения степени вызревания нужно знать рост кубиковой прочности с течением времени;

это изменение прочности

представлено на фиг. 2. 59,.

причем принято, что дальнейшее вызревание происходит на воздухе при 18° С,

При выдерживании в воде

рост прочности продолжается несколько дольше.
При прохладной погоде твердение идет существенно медленнее и не

приводит к таким же конечным значениям прочности, как летом (фиг. 2. 37).

Нужно поэтому производить испытания на вызревание таких кубиков, которые выдерживались в условиях будущей стройки.
Предел прочности при сжатии, определенный на кубиках, слишком

высок, так как ограничение поперечной деформации трением на опорных

поверхностях распространяется на всю высоту кубика. Действительный

предел прочности бетона при сжатии ниже и определяется на призмах с

высотой к = 3а; он называется призменной прочностью или кр. На

фиг. 2. 69 показана зависимость предела прочности при сжатии от высоты

призмы с квадратным основанием. Обычно принимают $р — 0,8 для

бетонов марок ;В 160 — В 400 и для бетонов марки выше В 400 — $р —

== 0,7 р*.
Из фиг. 2.69 следует, что предел прочности при сжатии для значений

Н^>3а может оказаться ниже призменной прочности. С другой стороны,

для плоских тел с Н<а он может значительно превысить кубиковую прочность.
Если сжатию подвергаются относительно тонкие прямоугольные элементы, то предел прочности может быть ниже 0,7 (3®. В этом случае говорят о конфигурационной прочности ‘(ОезЫНезИдкей), которая для плит толщиной менее 10 см при длине не ниже десятикратной в

направлении сжатия может упасть до 0,6[165]. В напряженно армированных элементах нельзя, следовательно, оценивать надежность путем

сравнения достигнутого сжимающего напряжения с кубиковой прочностью, а необходимо иметь в виду более низкую призменную или «конфигурационную» прочность.
Постоянно действующее предварительное напряжение сжатия изме-
Отпошеиие
ширина а
Фиг. 2. 69. Предел прочности при сжатии бетонных призм квадратного сечения в зависимости

. от высоты призмы к (по Рошу)
92
--------------- page: 93 -----------
ияет пределы прочности несущественно; большей частью оно способствует

небольшому увеличению прочности при растяжении и сжатии.
Напомним здесь еще раз, что прочность при сжатии особенно зависит

от вододементного фактора (фиг. 2. 39).
2. 262. Предел прочности при статическом растяжении
Щ
Статическая прочность бетона при растяжении составляет от 8 до 12%

его прочности при сжатии, если отсутствуют собственные напряжения от

неравномерной влажности или нагрева.
2.
Если высокое напряжение действует долгое время, то разрушение наступает при более низком напряжении, чем при кратковременном действии

нагрузки. Предел длительной прочности

есть то предельное напряжение, которое

бетон может выдерживать бесконечно долго; он составляет около 90% статической

прочности при сжатии. Так как в предварительно напряженном железобетоне высокие сжимающие напряжения действуют

длительно, то это обстоятельство должно

быть учтено при оценке надежности.
2.
Как и все строительные материалы, бетон при многократно повторяющихся нагрузках имеет более низкую прочность,

чем при однократном.приложении нагрузки. Пределы выносливости зависят в основном от того, в‘ каких пределах изменяется переменная нагрузка. Если

нижнее значение напряжения'обозначить аи, а полученное значение проч-
Фиг. 2. 70. Предел выносливости

бетона в зависимости от нижнего

постоянного напряжения ои

(по Рошу)
Фиг. 2. 71. Испытание бетонной призмы на выносливость при пульсирующем цикле. Изменение деформаций сжатия и поперечного

расширения с ростом числа циклов
93
--------------- page: 94 -----------
ности, лежащее выше аи, при 2 млн. циклов изменения нагрузки — через

о*0, то получим представленную на фиг. 2.70 зависимость пределов выносливости от призменной прочности. Предел прочности на сжатие при

пульсирующем цикле (при аи =0) составляет 0,6 . Амплитуда пульсирующего цикла присти =х/2 |3р составляет 0,3 Для пределов прочности

при растяжении условия аналогичны.
На фиг. 2.71 показаны деформации призмы 12X12X36 см из бетона

В 450 при испытании на выносливость при сжатии; призма сначала нагружалась 2 393 000 раз со 153 до 306 кг!см2, после чего нагрузку можно

было кратковременно еще повысить. Диаграмма показывает, как деформации при многократно повторяющейся нагрузке постепенно увеличиваются вследствие ползучести, причем это относится и к сжатию в продольном направлении, и к поперечному расширению, отложенному слева от

оси ординат. При длительно действующей переменной нагрузке время для

образования определенной деформации от ползучести существенно сокращается.
2.
КОНСТРУКЦИЙ
Легкий бетон пригоден для напряженно армированных конструкций в

том случае, если не наблюдается чрезмерной усадки и ползучести. Это

условие выполняется, например, при приготовлении легкого бетона с
керамзитовым заполнителем. Автоклавный газобетон, который

можно изготовлять так, что он не

дает усадки, тоже приемлем для

предварительно напряженных конструкций, на основании имеющихся данных о его ползучести. При

изготовлении легкого бетона с низким пределом прочности, например от 50 до 100 кг!см2, нужно,

правда, при анкеровке напряженной арматуры принимать особые

меры предосторожности, например

добавлять анкерные плиты из тяжелого бетона.
В США проводились опыты с

балками из напряженно армированного керамзитобетона при объемном весе бетона 1,86 т/мг и прочности в цилиндрах 420 кг!см2 в

28-дневном возрасте. Опыты показали, что бетон обладал обычной

усадкой и ползучестью. Модуль

упругости бетона при кратковременном нагружении составлял 230 000 /сг/сж2. На фиг. 2.72 приведена

кривая ползучести при максимальной допустимой нагрузке в закрытом

помещении. Можно видеть, что конечное состояние было достигнуто уже

при 9 = 2; это следует оценить как благоприятный результат. Таким образом, подобные легкие бетоны пригодны для предварительно напряженных

конструкций [220].
_ 60 да юо 120 Дни

возрдст, под полной эксплуатационной нагрузкой
Фиг. 2. 72. Кривая ползучести (прогиб

балки пролетом б ж в точке I/г) бетона на

керамзите при максимальной допустимой

нагрузке. Объемный вес 1,8 т/м3, предел

прочности (цилиндрический) в лабораторных условиях ~ 420 кг!см2

(по Ф. Е. Кеберу)
--------------- page: 95 -----------
Глава 3
АНКЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА И СТЫКИ
НАТЯГИВАЕМОЙ АРМАТУРЫ
Твердые стали для напряженной арматуры не так легко поддаются

обработке и загибу, как обычные строительные стали. Поэтому обеспечение анкеровки твердых сталей было вначале сопряжено с трудностями.

§ течением времени, впрочем, были разработаны многочисленные надежные типы анкерных устройств, которые описаны ниже.
3.
1
3.
Как твердые стали, так и холоднотянутые или термически улучшенные

высокопрочные стали можно надежно заанкеровать при помощи загиба

концов стержней или проволок, несмотря на высокие значения действующих на арматуру усилий. Для загиба нужно применять инструмент, в котором рабочая деталь перекатывается по проволоке,

чтобы не повредить поверхность проволо-

кш Это замечание относится в первую очередь к термически улучшенной проволоке.
Для обычной проволоки достаточно одного только крюка, если он выполнен в

соответствии с представленным на фиг. 3.1

очертанием, т. е. с постепенно нарастающей кривизной, или снабжен несколько загнутым в обратную сторону концом
Если при последующем напряжении применяется такой тип анкеровки*

то вначале бетонируются только концы стержней, снабженные крюками.

Во время натяжения обычно нарушается сцепление стержня с бетоном

лишь на участке у начала загиба крюка. В изогнутой части крюка однако

усилие быстро падает благодаря трению, и прочности сцепления хватает

Для его передачи на бетон. Анкерное устройство может обеспечить восприятие переменных усилий, если одного только трения, без сил сцепления; достаточно для почти полной передачи на бетон силы V от натяжения. В изогнутой части крюк прижимается к бетону; по аналогии с заклепочными соединениями в этом случае говорят о появлении внутреннего

местного давления (ЬеШип^зргеззип^) ал, которое вызываете бетоне поперечные растягивающие напряжения; при слишком высоких значениях сгI

приводит к раскалыванию бетона.
Фиг. 3. 1. Выгодное очертание

анкерного крюка
95
--------------- page: 96 -----------
Можно выбрать такое очертание крюка, чтобы значение аь с учетом

уменьшения усилия натяжения вследствие трения оставалось постоянным. В этом случае переменное значение радиуса кривизны крюка будет
г _ г
ГХ
где г0 — радиус кривизны в начале загиба;
р, — коэффициент трения арматуры по бетону;

ах — угол дуги изогнутой части до точки я.
Таким образом, получается логарифмическая спираль (фиг. 3. 2);

длина ее назначается из условия, чтобы остаток усилия натяжения V

в результате его уменьшения вследствие трения достиг

такой величины, например 0,15 V, которая надежно

воспринималась бы благодаря сцеплению.
Это имеет место при [1 = 0,3, когда а больше 360°,

и при [х =0,6, когда а больше 180°.
При шероховатой поверхности необработанной прокатной стали можно считать достаточной длину спирали, которой отвечает а = 180°, при гладких тянутых

стержнях следует применять «=360°.
Радиус начальной кривизны г0 зависит от допускае-
V
мого значения
тона и расстояние е крюка от боковой грани бетона или

расстояние а до соседнего крюка.
Французские правила («Кё^етегй Вёк>п Агтё»

45) дают следующую формулу для определения допускаемого значения <т*ц/:
при а = 31) допускаемое значение
а1а1 = 2,5 а™1
или
°1 — + (3 _ " 2с)] !
при е = 101) допускаемое значение
о™1 — 3,7 ъг/К
(См. также [125], гл. II).
Здесь а%и — допускаемое сжимающее напряжение для бетона;
В — диаметр проволоки.
При больших расстояниях а или е, таким образом, получим

■а*иг = 4о^в/, причем
крюки размещены рядом вплотную (а = 0), то ъ™1 — агаи1*
Особенно важно обеспечить нужное расстояние до грани бетона е\

оно не должно быть меньше 81), причем должно быть предусмотрено поперечное армирование.
Если принять за среднее значение при нормальных в практике условиях а = 31) и, следовательно,
о«‘ = 2>5о“‘>
■Фиг. 3, 2. Такая логарифмическая

■спираль позволяет

получить постоянное значение

если не учитывать

сцепление
96
--------------- page: 97 -----------
то для употребительных марок бетона и стали при аеХ) — 0,55 аВг получим

для крюков следующие минимальные значения радиусов начальной кривизны Го (Б в см).
Таблица 3. I
Начальные радиусы загиба г0 для крюков в бетоне без поперечного армировашш
Марка бетон4|
В 225
В 300
В 450
с^а1в кг!см2
70
100
150
г0 для Ст. 90 в см
22 О
16 В
10 О
г0 для Ст. 120 в см
30 о
21 П
14 О
г0 для Ст. 150 в -‘еле
37 О
«26 О
17 Б
То, что достаточная надежность обеспечивается и при меньших значениях Го, показывают французские опыты, выполненные по схеме фиг. 3. 3

([125], стр. 54), в которых анкеровка проволок диаметром 5 мм из Ст. 150
Фиг. 3. 3. Французские опыты со спиральными крюками из проволоки

диаметром 5 мм, Ст. 150, при различной толщине бетонного элемента
осуществлялась путем устройства спиралей при Го =10 см — 20И,

в бетоне пониженного качества с — 150 кг!см2. При ширине элемента

Ь — 21 см разрыв проволок произошел вне бетона; при ширине элемента

в 4 см бетон разрушался при ае = 13 400 кг/см2.
Поперечная арматура при таких радиусах не требуется, но у краев

желательна.
Можно вместо спиралей задаться любой упругой кривой с теми же

гй и 2а.
Стержни из высокопрочной стали можно анкеровать меньшими и более

простыми крюками, если крюки снабдить наружной обмоткой или же

создать в бетоне предварительное напряжение в направлении, перпендикулярном плоскости крюка, чтобы предотвратить раскалывание или поперечную деформацию бетона. Опыты, проведенные в связи с разработкой

так называемой напряженной арматуры «Леоба» [178], показали надежность анкеровки 12 проволок диаметром 5,3 мм из Ст. 160 с г = 2,2 см
7 — 3206
--------------- page: 98 -----------
при помощи крюков по фиг. 3. 4; при тщательном уплотнении бетона

марки 300 внутри спиральной обмотки удавалось при испытании доводить

проволоку до разрушения, хотя а1 = 1 660 кг!см2 ~ 16 .
Проволоки в местах образования крюков должны быть очищены от

грязи и' смазки; сцепление бетона лучше обеспечивается при шероховатой

поверхности стали.
Впоследствии при практическом использовании было принято звездообразное размещение крюков, как на фиг. 3. 5, чтобы расположить по оси

пучка толстый воздухоотводный резиновый рукав. Эта конструкция анке-
Продольный разрез
150 мм-
Поперецный разрез
'/I Нлестянар

I /три5ко
ЯЙ&ЕЗ-
Ж о ©
лСпираль й /4 мм
Фиг, 3. 4. Анкерное устройство с крюками с обмоткой, применявшееся

в первых испытаниях элементов «Леоба» для 12 проволок диаметром
5,3 мм, Ст. 160
ровки проволоки также оказалась надежной, например в больших мостах

автострады через долины Верра и Зульдбах (близ Штуттгарт-Денкен-

дорфа). Однако в некоторых случаях, особенно при применении очищенной от ржавчины холоднотянутой проволоки, наблюдалось проскальзывание арматуры при натяжении. Связь проволок с бетоном на участке до

начала загиба крюков была нарушена из-за укладки резиновой трубки.
Пришлось поэтому применить

обратные крюки, как показано

на фиг. 3. 6. Дальнейшие опыты

показали, что при очень гладкой проволоке трение ее о бетон

на участке дуги с углами от

180 до 270° недостаточно для

полной анкеровки даже в бетоне, подвергнутом поперечному

сжатию (см. конец этого раздела). Этот пример показывает,

насколько анкерные устройства

чувствительны к кажущимся незначительным изменениям и насколько необходимо всякое изменение сначала тщательно проверить опытным путем.
Для определения размеров спиральной обмотки были испытаны

призмы сечением 20 X 20 см с забетонированными в них 12 крюками,

причем в первом образце была заложена спираль в 7ХЫ витков из обычной стали диаметром 14 мм при внутреннем диаметре витков 110 мм и

шаге спирали 45 мм. Марка бетона В 160 была взята умышленно пониФиг. 3. 5. Это анкерное устройство с крюками

и с обмоткой оказалось не вполне надежным

вследствие ослабления бетона прокладкой воздухоотводящей трубки
--------------- page: 99 -----------
женной. В бетонной призме до нагрузки, разрушившей проволоки, не было

обнаружено трещин.
Второй образец отличался лишь диаметром проволоки для спирали,

изготовленной из проволоки диаметром 8 мм\ остальные размеры спирали

те же. При допускаемой силе натяжения никаких трещин не было; незадолго до достижения разрушающей нагрузки появились тонкие волосные
мцн 60 мм
поперечный разрез
Уплотнение из резиновой трубки 0 26 мм!

Тугая обвяэпа

проволокой —
Резиновая трубка.
ГПри пряном боздухоот-

воде-гладкий стальной

стержень 016мм} вытащить после затвердения

бетона /
При криволинейном Возду-//

хоотводе-резиновая труб-''

ка Р/б мм; Вытащить после г

затвердения бетона *
Спирала
Фиг. 3. 6. Небольшие обратные отгибы на концах проволок или другие

дополнительные выгибы повышают анкеровку проволоки
трещины. Таким образом, эта сравнительно слабая обмотка достаточна

для защиты бетона от разрушения под воздействием сил, развиваемых

таким большим числом сосредоточенных крюков.
На практике поэтому применяют спирали по пяти витков из обычной

стали диаметром 10 мм, если анкеры заложены в массивные бетонные

элементы, и диаметром 12 мм, если анкеры расположен^ близко к наружным поверхностям и нужно обеспечить отсутствие трещин (фиг. 3/5).
Анкерное устройство с крюками и обмоткой выдерживало также длительные переменные нагрузки. Балка длиной 2 м, взятая умышленно

с уже растреснутой растянутой зоной, была подвергнута воздействию
Фиг. 3. 7. Анкерное устройство со смещенными крюками из

48 проволок диаметром 5,3 мм со спиралью диаметром 27 см.

Сила натяжения 93 т
переменных изгибающих усилий. Обычная анкеровка без обратных крюков, как на фиг. 3. 5, выдержала 3, 95- 106 циклов изменения нагрузки

(в томчисле 2« 106циклов при Р0~1,6Ртр) без всяких признаков ослабления, так как нарушение сцепления из-за воздухоотводной трубки было

устранено благодаря последующему нагнетанию раствора [177].
Опыты подтвердили давно известный факт, что применение спиральной
99
--------------- page: 100 -----------
чЖ-1
обмотки в зависимости от ее мощности часто позволяет сильно повысить

несущую способность элемента.
Анкеровка крюками может быть произведена и при большом числе

проволок, если обеспечено надлежащее размещение крюков внутри спиральной обмотки. На фиг. 3. 7 показан пример .анкеровки 48 проволок
диаметром 5,3 мм, применявшейся

при постройке подкрановых путей в

Хеммуре.
М. Куан (М. Соупе) еще в 1935 г.

для укрепления подпорной стенки в

Шёрфа (Франция) применил анке-

ровку около 1 ООО т предварительно

напряженной арматуры при помощи крюков со спиральной обмоткой [19]; при этом в одной конической спиральной обмотке высотой
1,4
было забетонировано вместе 630 проволок диаметром 5 мм (см. также

гл. 16.7).
Исходя из имеющихся результатов опытов, нужно взять за правило

не допускать, чтобы действующая на

анкерное устройство сила, отнесенная к обмотанному бетонному сердечнику, создавала давление более 160

кг/см2. Если прилегающий бетон будет дополнительно усилен поперечным армированием двойной обмоткой или созданием поперечного обжатия, то можно повысить это давление до 200 /сз/сж2.
Размеры спирали можно определять приближенно по аналогии с

расчетом колонн со спиральной арматурой. При выполнении анкеров с

обмоткой нужно с особой тщательностью, применяя подходящие смеси

с мелкозернистым заполнителем, позаботиться о том, чтобы уплотнение

бетона внутри обмотки было безупречным. При использовании небольших

спиралей необходимо их так располагать, чтобы сохранить возможность

поместить стержневой вибратор в непосредственной близости к спирали.

При спиралях большого размера нужно иметь возможность ввести стер ж-
Фиг. 3. 8а. Общий вид испытания надежности анкеров различной формы. Проволоки забетонированы на глубину 25 см
а) г* 22,5 6)
Ца.*170а Х<х-27О Гсо450 1<х°3б0°
Фиг. 3. 86. Очертание проволочных анкеров в опытах по схеме фиг. 3. 8а
--------------- page: 101 -----------
невой вибратор 'спереди внутрь обмотки. Шаг витков не должен быть

меньше 30 мм в свету.
Проскальзывание стержней в некоторых анкерных устройствах с крюками при их натяжении послужило поводом к постановке уже упоминавшихся опытов, при которых растяжению подвергались прямые петли из

одиночных проволок (фиг. 3, 8а). Различные формы испытанных анкеров

показаны на фиг. 3. 86. Все проволоки диаметром 5,2 мм из Ст. 160 были

забетонированы в один

бетонный блок, чтобы

получить возможно более одинаковые условия

по силам сцепления и

трения. Бетон с содержанием цемента 300

кг/м3 при марке цемента 325 имел через 28

дней прочность 445

кг/см2. К началу испытаний возраст бетона

равнялся 34 дням.
Тип а с прямыми

проволоками показал

следующие напряжения

сцепления в предположении их равномерного

распределения в начале

проскальзывания (путь скольжения 0,4 мм), после первого быстрого

нагружения растягивающей силой:
I
II
кой, — 25 кг)см2',
III
38 кг/см2.
При дальнейшем выдергивании все три вида проволоки показали сопротивление трению 34 кг/см2, тоже в предположении равномерного распределения направлений по длине, т. е. приходилось прилагать к анкеру

силу около 2,8 т. Таким образом, бетон основательно обжимал проволоку,

что могло происходить от того, что он был подвергнут вибрированию, и

от усадки. Но эти сжимающие усилия с течением времени исчезают, отчасти вследствие ползучести, и условия анкеровки ухудшаются.
Все типы анкеров были десятикратно нагружены до напряжения
^ 0,55- 160 = 8,8 т/см2, но смещение из-за проскальзывания относительно поверхности бетона не стало больше, чем при первом нагружении

(от 0,2 до 0,3 мм).
При дальнейшем повышении напряжения получились следующие

результаты.
Проволока I. Все анкеры выдержали испытание до разрыва в петле;

смещение относительно поверхности бетона от 1 до 2 мм.
Проволока II. Тип б (2а ~ 180°) проскользнул при от = 12 т/см2.
Из типов в и г ( 2а = 270°) от двух до шести образцов проскользнули незадолго до разрыва.
Типы от д до з (\ ]> 270°) все выдержали испытание, не проскользнув до разрыва.
Проволока III. Тип б проскользнул при с? = 13,3 т/см2.
Тип в выдержал испытание, но при смещении в 6-г-8 мм.
Фиг. 3. 8в. Хорошо заанкерованные проволоки разрушились в начале изгиба петли; другие большей частью

оказались вытянутыми с одной стороны
101
--------------- page: 102 -----------
Тип й проскользнул — один из трех образцов при а =12,8 т/см2.
Типы от д до з выдержали, не проскользнув до разрыва.
На фиг. 3. 8в показан общий вид анкеров после испытания. Учитывая,

что обжатие проволоки бетоном со временем ослабляется, нужно применять для анкеровки прокатной проволоки суммарные углы дуги изогнутой

части, равные не менее 270°, а для холоднотянутой проволоки — не

менее 360°.
Форма анкера типа ж, с небольшими волнами, по-видимому, весьма

благоприятна, в особенности если первые волны выполнить более высокими, чем последние. Большое число концов проволок с такими мелкими

волнами в одной обмотке дает прежде всего возможность лучше уплотнить бетон, чем при пользовании крюками (эти опыты были проведены

в 1954 г. в Бюро автора и обработаны инж. В. Бауром).
3.
Пару проволок, проволочные пучки, пучки прядей или канаты можно

надежно заанкеровать с помощью забетонированной петли (фиг. 3.9).

Анкеровка, воспринимающая усилие натяжения, обеспечивается здесь подобно анкеровке крюками (см. 3. 11).
6)
Фиг. 3. 9. Употребительные очертания простых анкерных
петель
Целесообразно начать с большого го, а затем уменьшать радиус, так

как невозможно сохранить большое го на всем протяжении петли. После

некоторого угла загиба сила натяжения оказывается уже переданной бетону сцеплением и трением, а в середине петли из шероховатой проволоки

или витой пряди уже сила не действует. Величина го зависит от допу-
V
скаемого значения напряжения аь = ^у, на которое можно рассчитывать в зависимости от поперечного армирования марки бетона и от расстояния между проволоками (см. 3. 11).
Как правило, это напряжение возникает в начале загиба петли, и

поэтому именно на этих участках бетон нужно снабжать поперечной

арматурой. Поперечная арматура должна быть тем сильнее, чем меньше

радиус кривизны петли и высота петли по сравнению с толщиной бетона.

Относительно определения размеров поперечной арматуры см. гл. 9.
102
--------------- page: 103 -----------
На основании опыта применения анкерных устройств с петлями можно

без специальной проверки допускать напряжение , отнесенное к диаметру проволоки или пряди, 100—-120 /сг/см2 при умеренной поперечной

арматуре. При этом проволоки или пряди можно располагать довольно

густо одну под другой. Поперечное давление одной проволоки или пряди

на другую оказывает здесь менее вредное действие, чем когда они приле-
Вив сбоку (без стоек)
Разводка проволок'
Разрез по Я-В
Стойки из трубок с гребеи/нами
Бетонный эпемеит
Фиг. 3. 10. Размещение проволок большого пучка в анкерной петле
а — смещенные петли с отдельными гребенчатыми стойками
гают к стальным поверхностям (см. гл. 2. 15), так как проволоки окружены бетоном, и, следовательно, давление распределено равномернее.

Если в одной петле нужно заделать большое число проволок или прядей,

то целесообразно сильно развести эти части пучка в высоту, чтобы друг

за другом лежало только по 2-3 проволоки. Если при этом проволоки не

заводят вниз, то вторая или третья петля располагается на расстоянии
8
Такое расположение проволок в петлях необходимо для гарантии
103
--------------- page: 104 -----------
надежной заделки каждой проволоки в бетон (фиг. 3. 10, а и б). Целесообразно при этом закреплять проволоки на сварном каркасе из круглой

стали (фиг. 3. 11 и 3. 12).
Разрез по
Распормыр яомуты 50мм ширимой
Фиг. 3. 10. Размещение проволок большого пучка в анкерной петле
б — более густое размещение петель при сближенных распорных хомутах
При анкеровке мощных пучков становится затруднительным использование забетонированных петель, так как при натяжении усилие, действующее у начала петли, настолько велико, что не удается предотвратить нарушение сцепления. В этих случаях лучше всего поместить всю
Фиг. 3. И. Анкерное устройство со смещенными петлями, подготовленное к бетонированию
петлю в кожухе или трубке из кровельной стали (см. гл. 9. 22) и после

создания предварительного напряжения заполнить это пространства

цементным раствором.
Аналогично тому, как можно заанкеровать в спиральных обмотках

крюки небольшого диаметра, удается надежно закрепить таким же путем
104
--------------- page: 105 -----------
Упетли малого диаметра. При этом можно применять те же правила, что

анкеровке крюков. Элемент предварительно напряженной арматуры

Ые всегда удается отвести от петли в виде двух отдельных ветвей. Пред-

Жженная Рейнгардом Бауером двойная петля (фиг. 3. 13) для

Шйкеровки отдельных ветвей пучка позволяет избежать необходимости

Горизонтального разведения по фиг. 3. 9, в и применима для неподвижных
$
Фиг. 3. 12. Сильно разведенная по высоте большая анкерная петля пучка

из 150 прядей по 7 диаметром 3 мм, из Ст. 180 моста через Тур в Мюлау

(Швейцария). Одна за другой расположены по две пряди
концевых анкеров и подвижных натяжных устройств. Эта конструкция

исследована в ряде опытов и оправдала себя на многих мостах (фиг. 3.14).

Вследствие того что в ней проволоки перекрещиваются, для нее требуется

больше места в высоту, чем для простой петли.
В методе Баура—Леонгардта ориентируются на применение различных

№03 анкерных петлевых устройств как в виде петель из проволок

и прядей, забетонированных непосредственно или помещенных между

тонкими листами стали, так и в виде петель, охватывающих подвижные блоки бетона, используемые как натяжные устройства (гл. 9. 23). Эти

способы уже были использованы при анкеровке мощных пучков с силой

натяжения до 3 000 т на одну петлю. На фиг. 3. 15 показано анкерное

устройство с петлями, соответствующее устройству фиг. 3. 12, со стороны

еще не закрытого торца натяжного блока. Давление таких проволок на

ровную поверхность бетона, особенно у витых прядей, вследствие малой

поверхности прилегания выше, чем у полностью забетонированных прово-

шш Имеющиеся данные показывают, однако, что упомянутые выше величины давлений в 100—120 кг/см2, отнесенные к полному диаметру прядей,

можно применять без особой проверки и здесь.
Проволоки, охватывающие натяжной блок, обетонируют только после

создания предварительного напряжения; остающиеся пустые места заполняются бетоном потом.
Применяют также петли малого диаметра; возникающее в них высокое поперечное давление требует применения металлических подкладок.
105
--------------- page: 106 -----------
План
] Распорки в верхнем кольце
-^77/^-;:
- Подкладка из войлока
Фиг. 3. 13. Двойная петля для анкеровки отдельной ветви

мощного пучка или пучков, расположенных на большом

расстоянии друг от друга (по Рейнгарду Бауеру)
--------------- page: 107 -----------
шш
1^.'
щ
я.’,.."-
$+
Фиг. 3. 14. Двуслойная двойная петля

из проволок диаметром 5,3 мм во

время изготовления
Ш:Ф
:ф:Щ>
Фиг. 3. 15. Большой петлевой анкер для пучка из многих прядей на натяжном бетонном блоке, который будет замоноличен после натяжения арматуры (Мюлау, см. также фиг. от 9. 21 до 9. 33)
Щ4;
107
--------------- page: 108 -----------
В такие петли могут закладываться трубки или при очень малых дна*

метрах стальные сердечники сплошного сечения. (В элементах напряженной арматуры системы «Леоба» [178] с натянутой стороны применяется
Фиг. 3. 16. Анкерное устройство с петлями для элемента

напряженной арматуры «Леоба» для 2X6 проволок диаметром 5,3 мм (см. также фиг. 3. 63)
анкеровка шести проволок диаметром 5,3 мм при помощи петель с внутренним диаметром всего лишь в 45 мм (фиг. 2. 29 и 3. 16) (см. гл. 2. 16).
При столь малых радиусах кривизны проволоку

надо располагать только в один слой.
Упомянем, что оплетенные тросы с параллельными проволоками на американских висячих мостах анкеруются многослойными пета

лями с радиусом г = 2СЮ, которые можно

применить и для предварительно напряженного железобетона (фиг. 3. 17). К анкерным уст

ройствам с петлями относятся также и употребительные канатные коуши.
3.
СЦЕПЛЕНИЕМ И ТРЕНИЕМ ИЛИ СВЯЗИ,

РАБОТАЮЩЕЙ НА СРЕЗ
Уже ряд лет в предварительно напряженных изделиях, изготовляемых на стенде;

при бетонировании после натяжения приме-
«V о
Фиг. 3. 17. Многослойное

анкерное устройство с

петлями холоднотянутой

проволоки диаметром

5 мм из Ст. 150, применявшееся на американских висячих мостах
Фиг. 3. 18. Эффект Хойера: проволока, забетонированная на стенде в натянутом состоянии,

после отпуска теряет напряжения на конце и приобретает здесь свои первоначальные размеры
108
--------------- page: 109 -----------
%яется анкеровка одним только сцеплением. Веттштейн [85] и Хойер [36]

гл. 20) давно установили, что для этой цели выгодно применять очень

тонкие проволоки (диаметром 2 мм), так как они имеют относительно

большую поверхность при малом сечении (струнобетон). Хойер отметил,

| натянутая проволока при ее отпуске утолщается у конца, вследствие

> даю чт0 напряжение в этом конце упало до нуля, и, таким образом,

заклинивается (эффект Хойера) (фиг. 3. 18). Правда, утолщение изменяется лишь несколькими микронами, но благодаря ему у конца проволоки в бетоне развиваются

значительные радиальные

- напряжения, которые, по Ро-

>■. щу [70], могут доходить до

,800 кг/см2; в результате создается сильное трение, по-

ввппающее сопротивление

скольжению.
Рассмотрим более подробно особенности напряженного состояния в этом

случае (фиг. 3. 19). Как

только проволока освобождается от зажимов стенда,

ша укорачивается. Сцепление с бетоном мешает ей в

щом и передает усилие с

проволоки на бетон, который

йследствие этого сжимается.
Т процесс непосредственной

передачи усилий на бетон

проявляется у концов эле-

* мента и притом на тем более

коротком участке передачи,

дам больше сопротивление

^скольжению тмакс. Это сопротивление складывается из

непосредственного сцепления,
"Трения и при негладкой поверхности из сопротивления

срезу. На торце элемента напряжения в стали и бетоне

должны равняться нулю. Напряжения сцепления между

проволокой и бетоном быстро достигают максимально

^возможного значения; т макс

большей частью соответствует предельному сопротивлению скольжения.

Далее линия т понижается примерно по параболе. Вследствие сцепления; напряжения сжатия от проволоки переходят на бетон и искривляют концевые сечения бетона. Таким образом, возникает небольшая зона,

на протяжении которой проволока подвергается действию радиальных

сжимающих напряжений, увеличиваемых эффектом Хойера. За этой зоной, однако, в бетоне возникают радиальные растягивающие напряжения,

^оторые и вызывают необходимость в установке поперечного армирования,

шасток передачи усилия с проволоки на бетон кончается там, где напряжение т становится равным нулю, т. е. там, где сжимающие напряжения

в бетоне сделались равномерными и уравновешивают силу натяжения
Поперечное
давление
Поперечное

^растяжение
п—шшпшпш—
Напряжения сцепле-

V среднее ния между проволокой

и детоном
Нанлон зависит

от с *
1111
Напряжение
стали
Напряжение
бетона
Фиг. 3. 19. Распределение напряжений в зоне

соединения предварительно напряженных проволок с бетоном у конца анкерного устройства,

основанного на сцеплении
Исправление сечений

у конца
Натянутой
продолоког
109
--------------- page: 110 -----------
стальной арматуры. В области радиальных сжимающих напряжений сопротивление скольжению может благодаря трению быть существенно

больше чистого сопротивления сцепления.
Хойер [36] приводит для определения длины переходного участка следующую формулу:
Здесь [1 —■ коэффициент трения проволоки по бетону; следует принимать (1 = 0,1 ,ть = от 3 до 7, те = 3,3 (обратные величины коэффи:*

циента Пуассона для бетока и стали);
сг^,— контрольное напряжение;
а»о — установившееся напряжение после отпуска арматуры.
•Если, учитывая проявление пластичности, принять Еь меньшим, чем

нормальный модуль, то для начального состояния по формуле получаются

значения длины участка X в 100—120 диаметров проволоки при

В < 3 мм, что подтверждено опытами Роша.
Радиальное сжимающее напряжение при этом будет равно
Неприятным оказывается, однако, то, что с течением времени радиальные сжимающие напряжения уменьшаются вследствие ползучести бетона.

Если благодаря трению сопротивление скольжения было выше сопротив-
Фиг. 3. 20. Гладкие проволоки с течением времени

проскальзывают на концах (по опытам Роша на проволоках диаметром 2 мм в призмах 12X12 см; наблюдения через большие промежутки времени, се =* 15 000

кг(см2\ возраст бетона при отпуске арматуры 22 дня;
ления чистого сцепления, то заделка у конца проволоки должна при этом

стать слабее, а длина участка передачи силы увеличиться. Действительно;

опыты, проведенные после длительного выдерживания балок, при многократном повторении нагрузки показали, что гладкие холоднотянутые про?

волоки с течением времени втягиваются в бетон (фиг, 3. 20). Следовательно, анкеровка одним только сцеплением ненадежна, особенно при
тЬ^Ь
ть+ 1 ’ Еетс — а'„
110
--------------- page: 111 -----------
41ает° повторяющемся нагружении и при коротких элементах. Хойер

поэтому пропускал проволоку между зубчатыми колесами, делал ее,

швжт образом, волнистой. При натяжении проволок эти волны вследствие высоких растягивающих напряжений почти полностью выравниваются, освобожденный конец проволоки, однако, стремится снова принять

волнообразную форму и при этом создает усилия, действующие на бетон

в перпендикулярном% направлении; эти усилия вместе с

легкой волнистостью повышают сопротивление скольжению;
*
щок отказались совсем и перешли к применению прово-

щоки с шероховатой поверхностью или проволоки периодического профиля. Такая

проволока при проскальзывании в бетоне должна срезать частицы бетона, проникшие в углубления на ее поверхности. В этом случае

имеет место связь, зависящая от среза, а не только от

сцепления или трения. Для

обеспечения анкеровки, зависящей от обработки среза,

применяются следующие виды проволоки.
а)
/холоднотянутой круглой проволоки придают травлением

шероховатость, благодаря

/даму возникает микрозацеп-

мнение с бетоном. Такая проволока там уже ряд * лет
^Применяется в больших масштабах при производстве струнобетонных балок длиной от 3 до

|5 м [50].
б)
' ^небольшими круглыми углублениями (сталь «Воко», фиг. 3. 21а). Эту
проволоку называют проволокой с вмятинами (сПтрЫ чдпге). Такая

шроволока с конца 1954 г. выпускается и в Германии заводом «Фельтен

и Гильом».
в)
. меняют свитые проволоки ■— пряди (фиг. 2. 7) (плиты Шеффера, элементы перекрытий типа Вальфера и Гебеля).
г)
йрматура типа «Нептун» (фиг. 3.216), жесткость которой достаточно

велика, чтобы при выдергивании из бетона обеспечить действие, аналогичное действию штопора. Сейчас арматура «Нептун» изготовляется с

Дополнительными поперечными ребрами (фиг. 2. 15), которые еще более

Иучшают сопротивление скольжению (см. также 2. 122 и 2. 125).
д)
йующуюся овальную проволоку периодического профиля (фиг. 2. 14).
В табл. 3. II приведена сводка полученных опытным путем величин
Фиг. 3. 21а. Холоднотянутая проволока с вмятинами (Швейцария)
Фиг. 3. 216. Крученая полосовая арматура типа

«Нептун», термически улучшенная или холоднотянутая («Фельтен и Гильом», Кельн)
111
--------------- page: 112 -----------
о
шш
% среднее
шш,
Фиг. 3. 22. При нормальном испытании на выдергивание из бетона хсред тем

больше, чем меньше длина заделки по отношению к И
' ////

I< - / -

' /''
Ч V

\ \
‘ч 4 \
N
ЬЧ \
= ' ' \' 1

а \ \ И V

. И и I

п и ;
т
Линии распределения

У опорного дабпепия
Фиг. 3. 23. При выдергивании проволоки из бетона возникает эффект свода, повышающий сопротивление скольжению благодаря поперечному

давлению
--------------- page: 113 -----------
сопротивлений скольжению различных видов проволок. При сравнении

результатов следует обращать внимание на влияния условий испытаний.
1.
йШЩ получается тем больше, чем меньше длина участка проволоки, заделанного в испытываемом элементе, так как в этом случае решающее

значение имеет пик кривой т (фиг. 3. 22)..
2.
ег0 плотности и степени вызревания^
31 Сопротивление скольжению существенно зависит от

тоГО, действует ли на проволоку

поперечное сжимающее напряжение; В обычном испытании

на выдергивание арматуры из

бетона (фиг. 3. 23) поперечное

' сжимающее напряжение возникает вследствие образования

внутреннего свода в бетонном

образце; эти напряжения тем

чувствительнее, чем выше само

по себе сопротивление скольжению. Поэтому испытание на

; выдергивание дает неточную картину по отношению к условиям анке-

' ровки в местах возникновения трещин при изгибе (см. также гл. 6. 5) и

приводит к завышенным значениям тср6д .
4.
(фиг. 3. 18). Напряженные проволоки обладают поэтому тем большим

сопротивлением скольжению на освобожденных концах, чем больше было
*
Рйакс, в 2—3 раза более высокое, чем при забетонировании ненапряженных проволок.
5.
ных блоках с поперечной арматурой, ©следствие того что в них стеснено

поперечное расширение бетона.
Т а б л .и д а 3. II
Показатели сцепления различных видов проволок, применяемых при стендовой
Технологии по Рошу, при — 12 ООО кг1см2 и марке бетона В 450 в момент
отпуска арматуры
Фиг. 3. 24. Распределение усилий от предварительного напряжения у конца балки (по Рошу)
Сорт проволоки
Диаметр

в мм
сред

в кг/см*
Длина участка передачи
*)
в диаметрах проволоки
Круглая, холоднотянутая

То же
Проволока со вмятинами (акционерное

общество «Ферейнигте Дратверке»,
Биль)
Витые пряди
атного сечения, крученая .
1,5
2
3
5
3
4 0 2,6

д~4,5
Увеличение Ь вследствие ползучести учтено.

8 - 3206
32.5
17.5
12.5

10
50
30
20
14
34
72
150
18
52
68



-300 0
-60 0 (минимальное значение)

проволоки

ИЗ
--------------- page: 114 -----------
Все эти факторы мешают выяснению длины участка передачи силва

или длины анкеровки, исходя из одних только опытов по выдергиваний

В связи с изложенным, исследования сцепления арматуры с бетоном^

поставленные Цюрихской лабораторией ЕМРА, выполнялись на балках ц

сопровождались тщательными измерениями деформаций сжатия бетона»

ЕМРА была получена представленная на фиг. 3. 24 кривая; значения

длины Ьи участка передачи усилия на бетон приведены в табл. 3. II.
Геде [186] измерил длины участков передачи силы с помощью наклеенных на бетон датчиков (тензометров сопротивления) и установил, что для

прядей, свитых из двух проволок диаметром от 2 до 2,6 мм, при бетоне

марки В 700 длина Ьи < 28 см.
Проволоки с поперечными ребрами по фиг. 2. 14 и 2, 15 можно считать

равноценными проволокам с вмятинами.
При исследовании напряжений сдвига на концах балок можно рекомендовать принимать длину участка равной 1,5Ьи. Только за этим участком полностью действует сила натяжения.
Для элементов, подвергаемых динамическим нагрузкам, следует принимать сопротивление скольжения равным приблизительно 65% его велш

чины при статической нагрузке, т. е. считать длину участка передачи силы

равной 1,5 Ьи. В этом случае, кроме того, необходимо применять арматуру периодического профиля, т. е. со связью, работающей на срез.
Если рядом размещено много проволок, то следует помнить, что поперечное растяжение у конца балки тем больше, чем меньше расстояние

между проволоками (нужно поперечное армирование типа спирали).
В проволоках с поперечными ребрами эти ребра не должны оказывать

на бетон слишком большое давление; расстояние между ними нужна

выбирать так, чтобы использовать сопротивление срезу бетона между

отдельными ребрами; поперечное обжатие бетона повышает это сопротивление.
Связь сцеплением и связь, работающая на срез, могут применяться

также при арматуре, натягиваемой после бетонирования, для анкеровки

концов в канале, если стенки канала, по крайней мере по концам, шероховаты или спрофилированы так, чтобы для нагнетаемого раствора создавались условия, способствующие хорошему зацеплению.
Фиг. 3. 25. Применяемая акционерным обществом «Бетон унд Моньебау» веерообразная анкеровка со спиральной обмоткой для 12 овальных проволок

периодического профиля, при которой используется связь собственно сцеплением

и 'связь, работающая на срез
Если пучок проволок периодического профиля натягивается за один

конец, то на другом конце проволоки можно расположить веером и забетонировать в спиральной обмотке. Акционерное общество «Бетон унд

Моньебау» применяет такой вид анкерного устройства; для надежности

концы'проволоки еще несколько отгибаются (фиг. 3. 25). Такое анкерное

устройство со спиральной обмоткой проще, чем устройство с крюками.
Концы проволок или прядей можно заанкеровать и в уже затвердевших бетонных блоках, вставляя свободные концы в достаточно широкие

выемки с поперечными ребрами, сделанными, например, из плотно скрученной мягкой проволоки, и заливая их раствором.
114
--------------- page: 115 -----------
31 2. АНКЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА ИЗ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ
3.
в начальный период развития предварительно напряженного железо-

Жетона стержни напряженной арматуры закреплялись путем устройства

да их концах резьбы при помощи анкерных плит и гаек. Этот вид анке-

Р0В1Ш может и теперй применяться при арматуре мз твердых сталей.
*
" поэтому концы стержней вываживают в горячем состоянии так, чтобы сечение по

внутреннему диаметру резь-

6ь1 было таким же, как и сечение всей остальной части

стержня. Преимущественно

; пользуются метрической мел-

' ной резьбой по нормам БШ

241-^243.
С Другой стороны, давно

известен способ накатки

резьбы в холодном виде закаленными роликами, при

котором резьба частично

вдавливается в стержень,

л частично выдавливается

наружу, за пределы его первоначального диаметра. Благодаря этому сечение резьбы

т внутреннему диаметру поручается больше, чем в нарезанной резьбе (фиг. 3. 26). Металлургический завод в Рейнгаузене

(применяет такого рода резьбу на Ст. 90 по предложению д-ра Кариг и

«Дикергоф и Видман». Вследствие холодного наклепа стали стержень по сечению с внутренним диаметром резьбы при постоянной нагрузке обладает почти такой же

несущей способностью, как и вне

резьбы; стержень, таким образом,

можно использовать полностью.
Для передачи усилия на анкерную плиту при допускаемой для

Ст, 90 силе натяжения достаточно

нормальной гайки из Ст. 44. Для

надежности, однако, ставят вторую

гайку или применяют удлиненную

гайку. Разработанная в машиностроении соединительная ганка с буртом

(фиг. 3. 27) разгружает нижние

витки резьбы и распределяет на-

№узку по всем виткам равномернее, чем нормальная гайка. Такие гайки

с буртами следует предпочитать нормальным, в особенности при динами-

яеских нагрузках.
Размеры анкерной плиты должны определяться такими, чтобы передача силы натяжения на бетон осуществлялась в пределах допускаемых

напряжений. При малом числе анкеров можно применять сплошную
Фиг. 3. 26. Вид накатанной резьбы и структура

металла вблизи тела нарезки
Шести ърап**им
Фиг. 3. 27. Особенно выгодна гайка с

буртом для анкеровки стержней напряженной арматуры, дающая хорошее

распределение усилий по всем виткам,

нарезки
--------------- page: 116 -----------
прямоугольную плиту; при большом их числе оказывается выгодной

штампованная плита, толщина которой к наружным краям уменьшается

или снабженная ребрами жесткости по углам,
Анкерные устройства с резьбой и гайками приняты в напряженно

армированных конструкциях типа «Дивидаг» фирмы «Дикергоф и Вид-

ман» для стержней из Ст. 90 диаметром 26 мм и в напряженно армированных шпалах по Мейер-Каригу для стержней из Ст. 90 диаметром

18 мм. Оба типа анкерных устройств показаны на фиг. 3. 28 и 3. 29 ([1331

стр. 187 [134]).
Нонтатная плиш 120мм,
.. фиксирующая положение атерт

ЬпцтьГошюситвльыз е/пержня, -

нптямением мшяимнию _

плиту! у&а/гяющ уНаштибаемыи сгг,ррте1^ь сш Уи
-Янкерастя плита
/го ^ по мм
'винты лрепле-

ния .
\ Гайка с йирпюм ■
\ М?7*Т

| Йииёрмсе устройство

I - ... в сборе
7|
■тткидатыТтертть Резипобст %оттт*т
Фиг. 3. 28. Анкерное устройство «Дивидаг» для стержней из Ст. 90 диаметром 26 мм.

Вверху — разрез, внизу — детали устройства
Опытным путем установлено, что размеры анкерной плиты могут быть

небольшими, если бетон под ней усилен поперечным армированием или

каким-либо иным образом защищен от поперечной деформации. Особенно

экономичны при этом круглые анкерные плиты.
Устройство резьбы путем холодной накатки вполне осуществимо и на

стержнях из термически улучшенной или холоднотянутой стали марки

Ст. 150. Для тонких стержней из высокопрочной стали, однако, выгоднее

и надежнее другие виды анкерных соединений.
Анкерные устройства с резьбой очень чувствительны к дополнительным

напряжениям изгиба при динамических нагрузках ([133], стр. 187). Необ*
116
--------------- page: 117 -----------
ходимо позаботиться о том, чтобы стержни в резьбе были нагружены

строго по оси. Анкерные плиты при помощи вспомогательной плиты, навинченной на резьбу, должны выверяться, для того чтобы они прилегали

й бетону при строго перпендикулярном оси положении. Натяжной дом-

Крат должен устанавливаться так, чтобы его ось была параллельна оси

стержня.
Стержни, предназначенные для анкерных устройств с резьбой, должны

поступать на завод для накатки резьбы с точными размерами по длине;

резьба должна быть тщательно защищена от корразии и загрязнения.
Сторона натяжения
Сторона анкеробии
Г айн а для |

матятени)
Подкладная шсйба Предохранительная Резьба М20, нп^птпнна^

щаОиа
Фиг. 3. 29. Анкерное устройство для стержней из Ст. 90

диаметром 18 мм для шпал [134]
Анкеровка резьбой позволяет регулировать удлинение путем подтягивания гайки и добиваться точного натяжения даже в коротких

стержнях.
3.
Если глубину резьбы у конца стержня выполнять очень мелкой, а за-

тем постепенно увеличивать ее глубину и применять соответствующим

образом притертые гайки достаточной длины, можно достигнуть того, что

несущая способность стержня по резьбе составит около 90% общей несущей способности стержня при постоянной нагрузке. При динамических

нагрузках нарезанная коническая резьба немного лучше, чем накатанная

в холодном состоянии. Гайка при такой резьбе должна затягиваться до

конца, и подтягивание ее невозможно. |В показанном на фиг. 3. 30 анкерном устройстве «Леоба» гайка поэтому используется как неподвижная

яасть анкера, в которую входит сменный стержень для натяжения с параллельной резьбой; этими стержнями и создают натяжение.
Таким образом, на заложенных в конструкцию стержнях нужно нарезать только короткую резьбу, и все же можно точно регулировать удлинение при натяжении.
В английском способе Ли-Мак-Колл ([214], стр. 111) используется

такая же резьба на стержнях крупного диаметра, упрочненных холодным

иаклепом (фиг. 3.31), с гайкой, опирающейся на анкерную плиту. Допуски на удлинение при натяжении и на длину стержней приходится при

этом компенсировать маленькими подкладками, что затрудняет точную

регулировку удлинения при натяжении.
117
--------------- page: 118 -----------
Положение при бетонировании
Опалубна
Гайна МЗО\
Стержень

для^кргплет
Если удлинение от натяжения >5ем, то здесь

закладываются промежуточные кольца
ЯнпероВка пальца
Фиг. 3. 30. Коническое анкерное устройство «Леоба» для стержней из Ст. 90.

Натяжную плиту и натяжной стержень можно снять после затвердения

заинъектированного раствора
Фиг. 3. 31. Резьба, применяемая в способе

Ли-Мак-Колл
--------------- page: 119 -----------
3. 23. КЛИНОВЫЕ АНКЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА
Свойства термически улучшенных сталей уже давно привели к применению клиновых устройств для закрепления напряженных проволок.'

Этот тип анкеровки не так прост, как представляется. Его использование

связано с соблюдением следующих правил (фиг. 3.32).
Внутренняя поверхность клина должна быть шероховатой, а твердость

больше, чем твердость анкеруемого стержня, чтобы клин мог в него врезаться. Уклон клина не должен быть ни слишком велик, ни слишком мал.

Он зависит, например, от того, запрессовывается ли клин с силой (запрессованный клин) или он сначала загоняется на место слегка, а затем
Скользящий клин
Угол трения

сх велик
[ладная,,
лаверхноспъ
У/
Немного шероховатая поверхность “
большая радиальная

расклинивающая сила
Запрессовка

с большой силой

|г Запрессован

^гёгМцьау клин
Меньшая радиальная

расклинивающая сила
Фиг. 3. 32. Принцип действия анкерных устройств с клиньями или конусами.

Скользящий конус и запрессованный конус со схемой сил
при дальнейшем скольжении по своей задней поверхности сдавливается

и закрепляется полностью (скользящий клин). При применении скользящего клина задняя его сторона и прилегающая к ней поверхность анкерной плиты должны быть крутыми и гладкими, чтобы возникающее на них

сопротивление трения было невелико. С другой стороны, благодаря такой

конструкции радиальные расклинивающие силы, а с ними и поперечное

давление на стержень достигают значительной величины, и размеры

анкерной плиты должны быть выбраны соответственно.
Если клин запрессовывается с большой силой, то уклон клина можно

увеличить и уменьшить, таким образом, расклинивающее усилие. При

запрессовке нужно перемещать клин и стержень вместе, чтобы избежать

ори снятии натяжного домкрата проскальзывания стержня. В последнее

время сконструированы домкраты, удовлетворяющие этому требованию.

Зацепление между клином и стержнем образуется тогда силой запрессовки, и ему не грозит проскальзывание. Необходимая длина клина определяется тем, соприкасается ли клин с анкеруемой проволокой только по

Касательной или по поверхности и придан ли поверхности клина специальный профиль или она только немного шероховата.
Во многих клиновых анкерных устройствах полагаются только на

прение между стержнем и клином (отсутствует зацепление). В этом случае

мшвя должны быть длинными и плоскими и не должны быть тверже,
119
--------------- page: 120 -----------
чем сталь натягиваемой арматуры. Для повышения шероховатости тру.

[дихся поверхностей используют кварцевый песок или карборунд, Давление на стержень должно быть достаточно высоким, чтобы предотвратите

проскальзывание.
Приходится, следовательно, учитывать множество вещей. Поэтому

нужно применять только такие клиновые анкерные устройства, которые

испытаны и оправдали себя на практике. При этом необходимо проверять!

достаточна ли твердость стали и соответствует ли предъявляемым требованиям качество трущихся поверхностей.
Ликерная плита

для продолов & 5 мм
Фиг. 3. 33. Анкерное устройство с клиньями и набором плит

(запй'шсЬ-рЫез), предложенное проф. Маньелем
Одно из старейших клиновых анкерных устройств для напряженных

проволок принадлежит Маньелю [81] (фиг. 3.33). В этом устройстве по

две проволоки закрепляются одним клином. Анкерная плита имеет вверху

и внизу по клиновому пазу или по нескольку расположенных пазов. Для

закрепления мощных пучков такие анкерные плиты просто укладываются

друг на друга (запскпсЬ-рЫез). Проволоки закрепляются таким же клиновым устройством на натяжном домкрате и натягиваются попарно.
Фрейсине (см. гл. 20 и [46]) разработал замечательное клиновое анкер*

ное устройство, которым закрепляется одновременно 12—18 проволок

(фиг. 3.34). Тело анкера состоит из армированного обмоткой бетонного

блока (бетон марки В 600) с круглым коническим отверстием, стенка которого образована плотно намотанной спиралью из проволоки диаметром
2,5
проволоки пропускаются сквозь отверстие и после натяжения закрепляются слегка запрессованным конусом из бетона марки В 1000; по оси

конуса расположена стальная трубочка для последующей инъекции раствора в канал. Внутренняя проволочная спираль из Ст. 200 тверже, чем

напряженная проволочная арматура из Ст. 160. На бетонном конусе

устроены канавки, чтобы проволоки прилегали к нему по поверхности*

Бетон конуса испытывает очень высокие напряжения, но так как деформации его ограничены, несущая способность его оказывается‘достаточной.
120
--------------- page: 121 -----------
Поперечное растяжение в блоке воспринимается трехслойной обмоткой из

Ст. 37 диаметром 5 мм. Все анкерное устройство в целом представляет

собой во всех отношениях пример правильного сочетания материалов,

пазного качества, но изготовление деталей этого устройства требует вышкой точности [80, 125, 129].
По способу Франки-Смет подвергаются одновременному натяжению

до 12 проволок, но маждая проволока анкеруется отдельно в коническом

отверстии, расположенном

сбоку, и коническим клином,

имеющим со стороны проволоки канавку. Проволока соприкасается с клином только

по двум линиям (фиг. 3. 35)
([214], стр. 106).
Малле, Тариж и др. анке-

руют в пучках каждую проволоку в отдельности кольцеобразным клином, причем

весь пучок натягивается одновременно.
Моранди (Италия) применяет анкеровку проволок

попарно в сверлениях с коническими пазами; цилиндрические клинья имеют также конические пазы (фиг.
3.
временно натягивают по две

пары проволок; этим способам можно- составлять элементы предварительно напряженной арматуры с 4, 8,
12 и 16 проволоками.
Выгодная сторона анкерных устройств с клиньями

заключается в том, что нет

необходимости в соблюдении

точной длины при нарезке

проволок, в возможности

замены отдельных проволок,

если понадобится, и в том,

что натяжение можно вести

с обоих концов.
Недостаток большинства

старых анкерных устройств

с клиньями в том, что стержни в начале конуса во время

натяжения изгибаются и потом отгибаются назад.
Чувствительные к местным перегрузкам стержни склонны к разрыву

в таких местах; кроме того, в них возникает излишнее трение.
Располагая клинья вокруг проволоки снаружи (фиг. 3.37), избегают

разведения проволоки в стороны. Клинья (конусы) должны быть разрез-

тами, чтобы их действию не мешала кольцевая сжимающая сила.
В способе акционерного общества «Гохтиф» анкеруются круглые пучки

Из 12 проволок диаметром 8 мм, которые в анкерном устройстве распоФиг. 3. 34. Вверху общин вид деталей анкерного устройства системы Фрейсине на 12 проволок (слева — для диаметра 5 мм, справа —

для диаметра 7 мм)\ внизу — разрез по

анкеру в сборе
121
--------------- page: 122 -----------
лагаются прямолинейно (фиг. 3. 38). Длинный трубчатый сердечник поддерживает проволоки, на которые давят 12 отдельных клиньев; эти клинья

'скользящие. Внутренняя поверхность клиньев снабжена насечкой

(фиг. 3. 39), наружная поверхность гладкая и имеет очень малый уклон;
Вид спереди
Фиг. 3. 35. Клинья с односторонней канавкой в конических сверлениях

(способ Франки-Смет)
при скольжении, когда происходит заклинивание проволок, наружная

поверхность клина скользит, а внутренняя без скольжения по отношению

к проволоке хорошо зацепляется с ней [191].
Большинству применяемых до сих пор типов анкеровки со скользящими клиньями свойственен тот недостаток, что в конце процесса натяже-
Фиг. 3. 36. Клинья с пазами для двух

проволок и натяжной домкрат, одновременно натягивающий две пары проволоки (по Моранди)
Фиг. 3. 37. Запрессовываемые клинья,

расположенные вокруг проволоки, для

одной или нескольких проволок
-ния при освобождении от натяжного домкрата возникает различное по ве-

.личине проскальзывание до того момента, по-ка клинья не зажмут окончательно. Величина этого проскальзывания может составлять от 0,5 до
4
.клиньев для целых пучков. При длинных элементах предварительно на-
.122
--------------- page: 123 -----------
уряженной арматуры проскальзывание компенсируется соответствующим

превышением номинального значения удлинения, но при коротких стержнях их нельзя из-за проскальзывания достаточно точно натянуть до

получения требуемой силы.
Перед натяжением
Этот дефект устраняется, если

запрессовать клинья со столь

большой силой, что шероховатая

поверхность клина при этом не

смещается по стержню арматуры.

Перемещение при запрессовке может быть определено заранее и выдерживаться точно; ‘в этом случае

можно создавать точнее натяжение при анкеровке клиньями и в

Коротких элементах напряженной

арматуры. Нужный для этого домкрат описан в 4. 314.
Прессовые клинья позволяют

анкеровать кольцеобразные слои

■проволок, для чего клинья делают

длинными и (плоскими, а между

слоями, чтобы воспрепятствовать

скольжению, располагают шероховатые и твердые прокладки или плотные спиральные обмотки из твердой

Проволоки (фиг. 3. 40).
Фиг. 3. 38. Анкерное устройство с клиньями

для 12 прямолинейных проволок с отдельными наружными клиньями, способ ^

тиф», и натяжное устройство
а — проволока арматуры; Ь —

с — анкерная плита; й —

е — клинья
«Г ОХ-
- кол ьце в а я пл ита;

трубчатая деталь;
123
--------------- page: 124 -----------
С другой стороны, опыты показали, что, несмотря на большую длину

клиньев, не удается закрепить все слои четырехслойиого кольцевого

пучка, поэтому нельзя делать больше двух слоев.
Можно также применять запрессовку нескольких отдельных клиньев*

и при помощи соответствующих мер

обеспечить равномерное распределение усилий между клиньями.
При динамических нагрузках анкерные плиты должны иметь такую*

форму, чтобы клинья у своих внутренних концов нажимали на проволоку слабо, а кнаружи — со все возрастающей силой.
В последнее время акционерное

общество «Грюн и Бильфингер» применяет прессовые клинья, располагая

проволоки между клиньями, имеющими форму секторов; таким образом, 'проволоки закрепляются трением вследствие вторичного, напоминающего действие свода, эффекта

кольца из клиньев (фиг. 3. 41). Домкрат -в настоящее время имеет такую

конструкцию, что запрессовка клиньев происходит при закрепленных проволоках (,[214], стр. 244).
Акционерное общество «Гельд и Франке» анкерует проволоки вокруг

сердечника, обмотанного

рояльной проволокой, при

помощи трех секторных

клиньев, внутренние поверхности которых снабжены насечкой в виде нарезки (фиг. 3. 42). Каждый сектор конуса давит

на две наружные проволоки. Клинья запрессовываются.
П ерв а я осу ществ л ен-

ная конструкция с прессовыми клиньями, в которой

нет относительного смещения клиньев и проволоки

при запрессовке, использована в разработанном

К. Бюером способе, применяемом акционерным обществом «Гейльманн и

Литтман»; в этом способе

проволоки натягивают и

заклинивают по одной.
Кольцевые разрезные клинья имеют изнутри резьбообразную поверхность,

снаружи гладкие с уклоном 1 : 14, разрезы по

двум диаметрам (фиг.
3.
Перед запрессовкой
Фиг. 3. 40. Анкеровка двух кольцеобразных слоеЕ?

проволок с твердой прокладкой при помощи прессовых клиньев (схема еще не испытана)
124
--------------- page: 125 -----------
Недавно (1953 г.) Церна разработал клиновое анкерное устройство

для многих слоев проволоки (фиг. 3. 44а), в котором овальные проволоки периодического профиля (см. фиг. 2. 14) зажимаются между стальными плитами из Ст. 37, опирающимися на две стальные подкладные
Гои&кг из кровельной стали
Продольный разрез
Фиг. 3. 41. Секторные клинья, зажимающие проволоки между секторами вследствие распора аналогично действию

свода (по способу акционерного общества «Грюн и Биль-

фингер»)
Продольный разрез

Резиновая муфта
Дмпррная голодна

Нлцньй
вид спереди
Днпермая голодна

Распределительная пли то
Фиг. 3. 42. Три секторных клина анкеруют семь проволок; проволока сердечника имеет на длине конуса сплошную, а по краям

более редкую обмотку из твердой проволоки (по способу акционерного общества «Гельд и Франк»)
плиты 6 посредством зажимных плит 7. Можно разместить один над другим много слоев и прижать их ©се друг к другу одной клиновой плитой 5,

которая запрессовывается при помощи приспособлений, показанных на

фшуЗ. 446 и 3. 44в, с такой силой, что поперечные ребра проволоки вреза-
125
--------------- page: 126 -----------
Фиг. 3. 43. Кольцевые разрезные клинья

для запрессовки отдельных проволок

(способ Гейльманна и Литтмана) (см

также фиг. 4. 9)
Продольный раэреэ

|—й-#
Разрез по Л-Е
Разрез по С-я
Фиг. 3. 44а. Анкерное устройство с клиновой плитой для 24 овальных проволок

периодического профиля (из стали «Сигма»), которые анкеруготся запрессовкой

одной лишь клиновой плиты 5 (по

Церна, способ Филиппа Гольцмана)

(см. также фиг. 3. 446)
/ — зажимная плита толщиной 15 мм из Ст. 60; 2 — внутренний бетонный блок; 3 — обмотка внутреннего бетонного блока Ст. 180/20С диаметром 4 мм; 4 — промежуточные плнты толщиной 65 мм

из Ст. 60; 5 — плоская клиновая плита; 6 — поцкладные плнты толщиной 10 мм из Ст. 60; 7 — боковые распорные плиты толщиной 5 мм; в — монтажный блок диаметром 8 мм; 9 — внешний блок;

— арматура внешнего блока; И — примыкающая коробка; 12 — натягиваемые овальные проволоки периодического профиля 9 X 4,2 лш из стали «Сигма». Ст. 145/160.
126
--------------- page: 127 -----------
ются в промежуточные плиты из Ст. 37. Одного клина достаточно, чтобы

закрепить много проволок, расположенных в несколько слоев и вместе

подвергаемых натяжению. Расклинивающая сила, зажимающая прово-
Дпхеробка в сооружении
Фиг. 3. 446. Вспомогательное устройство для запрессовки клиновой плиты в

натяжное устройство (способ Филиппа Гольцмана)
Й пк ер од на 0 сооружении
Фиг. 3. 44в. Натяжное устройство (способ Филиппа Гольцмана)
Фиг. 3. 45. Анкеровка пучков проволок между параллельными

поверхностями стальных деталей с запрессованным по оси

коническим штифтом (по А. Боссиху, акционерное общество

«Вайс и Фрейтаг»)
®ши, через бетонные блоки 2 полукруглой формы передается предварительно напряженной обмотке. Предварительное напряжение этой обмотки

поддерживается распорными плитами 7.
127
--------------- page: 128 -----------
Другое анкерное устройство, в котором проволоки анкеруются между

■■параллельными поверхностями стальных деталей только при помощи поперечного давления, создаваемого одним клином, предложено Францем

А. Боссихом (из акционерного общества «Вайс и Фрейтаг», германский

патент № 879903) (фиг. 3.45).
В этом устройстве расположенные по кругу проволоки зажимаются

между наружной толстостенной стальной трубчатой деталью и цилиндрическим сердечником, когда этот сердечник раздается перемещающимся

вдоль оси твердым коническим штифтом.
Оба последних анкерных устройства обладают тем преимуществом,

что при снятии натяжного домкрата не наступает ни проскальзывания

проволоки, ни перемещения между проволокой и зажимными плитами.

Если применяются гладкие проволоки, то, конечно, нужно обеспечить достаточно высокое трение.
3.
Вид сбоку
Г
т
-217
С|
«о
10
В Головки, употребляемые для заделки концов тросов, в которых концы

■проволок заливают баббитом, могут применяться и для предварительно

напряженного железобетона (фиг. 3.46). Обычно длина головки равна
5
сцеплению с металлом заливки и сильному

поперечному давлению, которое возникает

от того, что конус металла заливки втягивается в охватывающую его канатную головку. При этом в головке возникают кольцевые растягивающие напряжения, определяющие толщину ее стенок. Хорошее сцепление получается, только когда поверхность

проволок безукоризненно обезжирена. Поперечное давление тем сильнее, чем глаже

внутренняя поверхность канатной головки.
В качестве металла для заливки могут

применяться только такие сплавы, точка

плавления которых лежит ниже 330°С, так

как в противном случае страдает прочность

проволоки. Употребительный состав сплава;

17% цинка, 68% свинца, 15% сурьмы [95].
Канатные головки изготовляются большей частью из стального литья Ст. л. 52. 81.

Для конструкций из предварительно напряженного железобетона целесообразно отливать заодно с головкой анкерную плиту (фиш
3.
нем конце располагается выступающее кольцо для установки натяжного устройства

(см. фиг. 4. 16); это дешевле, чем удлинение натяжной головки с внутренней резьбой.

Толщину стенок канатной головки можно

«существенно уменьшить этим способом, так как кольцевые растягивающие

силы воспринимаются при этом анкерной плитой и утолщенным концом;

Пригодное для этого устройства натяжное устройство описано в гл. 4. 39.
На фиг. 3. 47 также показано, как эта канатная головка после натяже-

’ния каната просто и надежно закрепляется. Круглая плита канатной го-*
Разрез по я-Ъ
Фиг. 3. 46. Нормальная

канатная головка для анкеровки пучков проволок
1128
--------------- page: 129 -----------
Разрез по Л-В
ловки вставляется в трубчатую деталь с приваренной в виде дна плитой

Эта трубчатая деталь несколько длиннее, чем удлинение при натяжении'

й снабжена вверху вблизи конца несколькими отверстиями. Когда канатная головка вытянута из трубы на величину удлинения при натяжении то

через эти отверстия насыпают и уплот-
няют вибрированием мелкий прокаленный песок до полной заполнения полости Хотя после закрйтия отверстий песок и не может высыпаться, но можно

предпринять дополнительные меры

предохранения путем инъекции через

нижние отверстия жидкого цементного

молока.
При анкере такой конструкции примененном, по сведениям автора, на мосту через Эльц, в Блейбахе и на некоторых других стройках [96], давление

канатной головки на песок в полости

можно допускать 200—300 кг/см2, в то

время как давление примыкающей к

трубе плиты-днища на бетон можно

ограничить 140—200 кг!см-.
Неоднократно вместо баббита пробовали производить заливку цементным раствором. При этом конус делают

несколько длиннее, повышают сцепле-
Фиг. 3. 47. Вверху — канатная головка, пригодная для предварительно напряженного железобетона, с отлитой заодно анкерной плитой и внешним кольцом для присоединения натяжного устройства;

внизу — закрепление натянутого пучка при помощи заполнения
полости песком
ние цементного раствора с проволокой путем введения специальных

добавок. На практике такой способ заливки для гладких проволок применялся мало. Способ этот приобрел значение только после разработки

роволок периодического профиля. Так, фирма акционерного общества

1Еетон унд Моньебау» заливает цементным раствором пучки овальных
--------------- page: 130 -----------
проволок периодического профиля в головке, которая на конце снабжена

резьбой для натяжения и закрепления (фиг. 3.48). Анкерные устройства

с канатными головками при правильном их выполнении надежны, но из-

за высокой стоимости литья сравнительно дороги.
Фиг. 3. 48. Анкерная головка для пучка из 12 овальных проволок

периодического профиля (конструкция Бетон унд Моньебау)
3.
В промышленности, производящей проволочные канаты, на концы

прядей или канатов надевают короткие толстостенные куски труб и при

помощи волочения запрессовывают их на проволоках. Труба протяги-*

вается в холодном состоянии через волочильный глазок с меньшим диа-
Фиг. 3. 49. Анкеровка канатов насаженными в холодном виде

тянутыми гильзами
метром й вследствие этого вдавливается в поперечном направлении в

проволоки. Это устройство называют тянутой гильзой (в США — «1ги-

1оск») (фиг. 3.49).
Самый крупный завод проволочных канатов в США (Дж. Реблинг)

изготовляет семипроволочные пряди диаметром до 25 мм из холоднотянутых правленых и оцинкованных проволок, снабженные такими гильзамщ.

на свободном конце которых устроена резьба; эта резьба используется для

натяжения, как резьба на стержнях (фиг. 3. 50).
Металлургический завод в Рейнгаузене изготовляет анкерные устройства с тянутыми гильзами для пучков из 13 проволок диаметром 5,2 мм

(сила натяжения 25 т) или из 26 таких проволок (У=50 г), расположен*
130
--------------- page: 131 -----------
кых по кругу (фиг. 3.51). Между проволоками, сердечником с поперечными канавками и гильзой необходимое зацепление обеспечивается кар-

борундовым порошком и т. п.
Удается даже обеспечить анкеровку пучка проволок, расположенных

в два кольцеобразных слоя, при

помощи достаточно мощной гильзы (фиг. 3. 40). На Конце сердечника из термически улучшенной

шали марки Ст. 35—45 нарезается резьба, которая служит

для анкеровки и натяжения, как

при установке отдельного стержня

крупного диаметра. Анкеровка и

здесь создается путем запрессовки, как и в анкерном устройстве по фиг. 3. 45. Тянутые гильзы должны

запрессовываться на заводе; они поэтому применимы для элементов предварительно напряженной арматуры, изготовляемых заводским способом.
Фиг. 3. 50. Тянутые гильзы для семипроволочных прядей, изготовляемые

Дж. Реблингом (США)
-175 -25 -|-
Ь—й—«и
Э -Г— 9

^22
-Сильза из Ст 50 П
-30 —

-р.
1 * _ ‘ о
-20 *в^1-^'+++^'«+Ь++1!±Йй
* * \г.Ъ5 [Л
9?!

1 /
—7—“
—г ^ /
О (V)
■/ - „
IIй *

* , !
——1—1
к /
13 прс
Сердечник из Ст 35
Разрез по л-8
05,2"м;Ст 145
Навальцовамнав натрмная

голодна
Разрез по Д-Ь
,вставки
■2Ь проволок

105,2мм, Ст 145,
Сердечник из Ст 45

терн улучш
Фиг. 3. 51. Анкерное устройство с тянутыми гильзами на 13 и 26 проволок

диаметром 5,3 мм (металлургический завод в Рейнгаузене)
3.
На концах стержней из твердой стали можно путем высадки в холодном или горячем состоянии образовать головку, используемую для передачи усилия натяжения через стальную анкерную плиту. Часто высажен-

|Щго коническую головку утапливают в анкерной плите (фиг. 3. 52). Этот

&ЗД анкеровки описан у Мёрша [55] в применении к употребительной в то
--------------- page: 132 -----------
время крупповской стали Ст. 100. Эта анкеровка использовалась при на^

тяжении арматуры на стенде.
Долгое время высаживание анкерных головок осуществлялось только

на стержнях из твердой легированной стали, так как холоднотянутые или

термически улучшенные стали нельзя подвергать нагреву для горячего

высаживания, а для холодного высаживания их считали слишком хрупкими.
В 1949 г. швейцарские инженеры (Биркенмайер, Бра-ндестини, Рош,

Фогт — ББРФ) показали, что на холоднотянутой проволоке можно высаживать в холодном состоянии бочкообразные головки (фиг. 3. 53). Конец проволоки должен быть ровно

обрезан под прямым углом; проволоку зажимают так, чтобы ее конец

выступал приблизительно на 1,5Д и

медленно с достаточной силой нажимают на торец. Испытания показали,

что высаженная головка обеспечивает надежную анкеровку даже при

динамических нагрузках, если применить анкерную плиту из более

мягкой стали (Ст. 52 — Ст, 70) и с

соответствующим сверлением. Качество такого анкера зависит не только

от свойств стали, но также от скорости, с которой осуществляется процесс высаживания. Поэтому для вы-
Фиг. 3. 52. Высаженная анкерная головка с анкерной плитой

для стержней из твердых сталей (по Мершу)
Фиг. 3. 53. Высаженная в холодном состоянии анкерная головка

на холоднотянутой проволоке из

Ст. 150 — Ст. 170 (способ ББРФ,

Швейцария)
саживания можно применять только испытанные машины (фиг. 3. 54) и

сталь. Для высаживания анкеров приемлема также проволока из термически улучшенной стали, если она не черезчур хрупка [140, 160], (см.

также гл. 2. 172).
Под названием способа ББРФ разработаны различные натяжные и

анкерные устройства, основанные на применении высаженных анкеров, нашедшие распространение, в особенности, в Швейцарии, Италии и Герма-'

нии, а также в США.
На фиг. 3. 55 показана анкерная головка отдельной проволоки с насаженной под ней втулкой, имеющей резьбу по наружной поверхности и

используемой для захвата проволоки натяжным домкратом. После натя-
--------------- page: 133 -----------
зкения проволоки между втулкой и анкерной плитой помещается стальная

деталь, толщина которой соответствует удлинению проволоки при натяжении.* На другом конце достаточно иметь только подкладную плиту такой

толщины, чтобы анкерная головка не прорезала ее.
Высаженные анкеры системы ББРФ могут быть использованы при

групповом натяжении большого числа проволок. Есть примеры группирования таким путем ручков, состоящих из 43 проволок.
На фиг. 3. 56а представлен арматурный элемент, рассчитанный на

усилие натяжения в 80 г и состоящий из 36 проволок диаметром 6 мм,
Фиг. 3. 54. Машина для высажпва- фнг> з. 55. Анкеровка отдельных Пронин анкерных головок по способу волок высаженными анкерами ББРФ

ББРФ для проволок диаметром до

6 мм
объединенных одним анкером; в анкерной головке предусмотрена внутренняя резьба для стержня, передающего натяжение, и наружная резьба

для опирающейся иа анкерную плиту опорной гайки.
Отверстия в анкерной головке можно расположить довольно тесно, так

что проволоки в примыкающем кожухе из листовой стали могут быть

^разведены лишь незначительно.
Все проволоки пучкового элемента должны быть обрезаны одинаково

по длине на подложке. Затем надеваются трубки из листовой стали и анкерные плиты. На конце должен быть помещен отрезок трубы такого диаметра, чтобы его можно было отодвинуть назад, поверх основной трубки,

При высадке головок на концах проволок, выступающих из анкерной

плиты.
Компания «Ргез^геззшд 1псогрога{ес1» (Сан-Антони, Техас, США)

применяет проволоки со сдвоенными головками (с!ир1ех-Ьеас1ес1 чУ1ге) по

фиг. 3. 56в; на проволоке в холодном состоянии высаживаются кольцеобразные утолщения. Головка на конце проволоки используется для закрепления в натяжном домкрате, внутренняя головка — для закрепления в

анкерной плите. После натяжения выступающий конец отрезается. В этом

способе нельзя усмотреть особых преимуществ, так как анкерное устройство должно быть разрезным; представляет интерес то, что удается высадить головку на среднем участке проволоки, не понизив прочности про-
133
--------------- page: 134 -----------
Перед натяжением

Продольный разрез
Для нагнетания раство--$&

ра или выхода воздуха^ рг
Разрез по Д~В
Резиновое Т

уплотнение
Эти трубки при др/саж ива- Л

нии головом отодвинуть назад
Ц-х битподая спираль из ']

мм;днутр |
После натяжения
стержня 0/6 мм;днитр

диаметр 250 мм
Трудна из кровель- ^Трубка из кровельной

ной стали ч 1/ЦI мм стали 1*2 м 43 ЩЗ ММ

(д сбету)
ез
Продольный разрез
Поперечный рази
по натягиваемой пр

36 проволок Рбмм

аз Ст 150
Натяжной
стержень
Проставки
Опорная гайка

ст 52 .
•Ю
Фиг. 3. 56а. Арматурный элемент системы ББРФ из 36 проволок диаметром 6 мм для силы натяжения в 80 т. Германская конструкция с прямоугольными трубами из листовой стали. Подвижной (головной) анкер с резьбой для присоединения натяжного стержня
--------------- page: 135 -----------
Вид анкерной плиты спереди
Дннермые голобни
Поперечный разрез по С-17

д
Сйерпение еьъмы
^5*13,5=67,5*^
За&мутый 'крючком штифт для фиксации углоВы* головок все остальные го

ловки дол (инь* со стороны онкеровки ппот

но прилегать п анкерной плите са сточ

роны натяжемцр небольшой зазор |
§ сбету
Продольный разрез по Л‘В
** -з бит новая спираль из стерт

нр «/6 внутренний диаметр 250мм
Мягкая резинабан

у/\тру6ко Ц/!бмм

!/п
Анкерная плита

из Ст 3 7
Резиновое
уплотнение
Гс/

?
о
к
А
«с
с
И
^03
ь
'/■
1:
б?
&
о
г
о.
*
'4
4
з *
Труба из пробельной стопи

длиной 2 м 43/^3 (б свету)
К фиг. 3. 566. Забетонированный (хвостовой) анкер арматурного элемента
на 80 т системы ББРФ
Фиг. 3. 56в. Проволока с двумя

головками (США)
135
--------------- page: 136 -----------
волоки. Вероятно, для этой дели приемлемы специально подобранные

сорта стали.
При использовании высаженных анкеров необходимо, так же как при

применении резьбовых концов и канатных головок, обеспечивать точную

заготовку по длине элементов натягиваемой арматуры, причем исключается замена проволок.
В США разработано анкерное устройство, состоящее из тонколистовых стальных кольцевых распорок, расположенных в несколько рядов

одна над другой (фиг. 3.57). Во время перемещения стержня при натяжении внутренние края распорок прилегают плотно к стержню. Когда

стержень стремится вернуться в исходное положение, распорки вдавливаются в него, анкеруя его: распорки опираются на охватывающую их

стальную отливку. Изображенное на фиг. 3. 57 анкерное устройство рассчитано на стержень диаметром 25 из стали Ст. 200, натягиваемый

силой в 80 т, Это устройство является, следовательно, достаточно'

мощным.
Бюрер предложил для стержней из Ст. 50 анкерные устройства такого-

же типа, но несколько более простые по конструкции.
Преимущества этих анкерных устройств состоят в том, что не нужна

точная заготовка стержней по длине, а также что силу натяжения можно

прилагать и в промежуточных точках стержня. Места вмятин анкерных

распорок обычно менее глубоки, чем резьба.
3.
Разрез
Продольный разрез
Фиг. 3. 57. Анкеровка кольцевыми распорками на усилие в 80 т (по Прилоуд,

США)
Фиг. 3. 58. Анкерное устройства

с последовательно расположенными малыми тарельчатыми пружинами ('схематический чертеж)
136
--------------- page: 137 -----------
3. 28. АНКЕРОВКА ТАРЕЛЬЧАТЫМИ ПРУЖИНАМИ
Анкерующими элементами служат плоские конусные оболочки, представляющие собой тарельчатые пружины (фиг. 3. 58). При давлении на

внутренний край оболочки диаметр среднего отверстия уменьшается; при

этом кромка закаленного ребра вдавливается в стержень и закрепляет его.

Вследствие пространственной работы эффективность таких анкеров

больше, чем кольцевых распорок. Уклон пружин делается более крутым,

чем у нормальных тарельчатых пружин, чтобы получить достаточно большую глубину вдавливания. Сила натяжения передается анкерной плите

через наружный край тарелок.
Можно придать тарельчатую форму и самой анкерной плите и закрепить стержень в среднем отверстии при помощи конуса (фиг. 3. 59). При

этом конус испытывает добавочное поперечное сжатие вследствие пружинного эффекта тарельчатой плиты,

а сила выгодным образом распределяется по большой поверхности бетона.
Этот способ позволяет снизить расход
стали на анкерную плиту.
до
Запра~содки ПОСЛ&
Тарельчатая пру/ъинщ

' (круглая)
Конусное кольцо

Разрезной нанус
Фиг; 3. 59. Анкеровка большой тарельчатой

пружиной и конусом
3. 60. Анкерное устройство

напрессованным конусным

кольцом
3.
Анкерное устройство с клиньями и конусным кольцом (фиг. 3. 60)

соединяет в себе преимущества двух способов анкеровки: клиньями и

гайками. На стержень, удерживаемый в натянутом состоянии домкратом,

напрессовываются при помощи второго гидравлического поршня разрезные кольцевые клинья с конусным кольцом, образующие со стержнем

резьбовидное зацепление. Клинья при этом перемещаются только под прямым углом к оси стержня, внутрь. Наклон поверхности между клиньями и

кольцом так мал, что кольцо не может соскользнуть обратно. Когда освобождают стержень от домкрата, напрессованные на стержень клинья садятся на анкерную плиту, как гайка. В окончательном положении конусное кольцо только удерживает клинья вместе и может быть достаточно

тонким, если при напрессовке применить мощную кольцевую оправку,

передающую усилие, необходимое для вдавливания клиньев.
Анкерное устройство с конусным кольцом можно использовать в качестве хвостового глухого анкера для забетонировки. Стержень с таким
137
--------------- page: 138 -----------
анкером можно заанкеровать- в любом месте; он сохраняет полностью

свою несущую способность и в месте посадки клиньев, так как благое

даря поперечному нажатию для анкеровки достаточны неглубокие бороздки защепления. Правда, конусные кольца почти не удается снять без

повреждения.
;В несколько иной форме, показанной на фиг. 3. 61, анкерное устройство с конусным кольцом используется фирмой «Поленский и Цельнер»
Фиг, 3. 61. Анкерное устройство с конусным кольцом (способ фирмы «Пол-

неский и Цельиер») для пучка из 12 овальных проволок периодического
профиля
[202] для анкеровки пучка из 12 овальных проволок периодического профиля. Конусное кольцо до закладки элементов арматуры напрессовывается на конец стержня из высокопрочной стали, обработанной в виде

конуса. Натяжение арматуры производится при помощи резьбовой части*

В другом выполнении (фиг. 3. 62) конусное кольцо зажимается четырьмя

болтами, кольцевой плитой и деталью из стального литья, захватываемой
ЦОО
Фиг. 3. 62. Элемент предварительно напряженной арматуры фирмы

«Поленский и Цельнер», опирающийся на затвердевший запрессованный

раствор. Наружная анкерная плита и натяжной стержень с соединительной деталью снимаются после затвердения раствора
натяжным стержнем диаметром 39 мм. Натяжной стержень и конусный

сердечник снабжены сквозными отверстиями для инъекции раствора.

Крупно заштрихованные детали после натяжения снимаются. Для анкеров

такого типа требуется много места; кроме того, необходимо еще разместить кожух из кровельной стали.
138
--------------- page: 139 -----------
Заполнено йетоном
При бетонировке
ОпалубкаЛ Стержень для Днкер
' установки ' г^2
Разрез
Гильза анкера
>6на из кровель

ной стали

Гильза изрезаны
До натяжения

Отверстие для нагнетания Пппы

раствора сверху
Пьппипй I
ИК^ипии.г-Х—~— /'/'XV//;////-;у/,/
7ЛиГа75Я01150^Р™»°5
После натяжения
Спираль 012\б пассивных

элементах 0 Ю
Заполняется^л.

раствором "
ПОПЖР
_ х
с ели оетон с мелким заполнителем, то удалить

цементный раствор до аннерп, заполнить бетоном
Фиг. 3. 63а. Анкер системы «Леоба», закрепляемый в затвердевшем запрессованном растворе
Манометр УстР°йстдо для предварительного

натятения
Отвод воздуха Натяжная плита
Укрепление на опалубке

при установке
Ъу СдляРуТттоВни Йт5Р
ЯМ
Натяжной стержень ' Установочное кольцо


кожух из кровельной стали
Янпер под

'^натяжением
Шшш
Опалубка

Резина
ГотоЬый элемент напряженной арматуры Устройство для установки

Ножух из кровельной стали
Спираль фШ
Ножух
-Ц '1 ■/ 1ЛШ1\■ ЬАпровдлок
''На г метаемый раствор* ^

О 5 Ю 20 30 см
Контровочная плита

для головок
Фиг. 3. 636. Анкер, закрепляемый в запрессованном растворе по способу ББРФ,

для 26 проволок диаметром 5 мм, на 50 т (или на 25 и 80 т); приведен вид до

запрессовки раствора и после снятия натяжного устройства
--------------- page: 140 -----------
3.
КАНАЛ ДЛЯ АРМАТУРЫ (АНКЕРОВКА ЗАПРЕССОВКОЙ РАСТВОРА)
При закреплении арматурного элемента можно разместить его концы

в толще раствора, заполняющего канал, заанкеровав его таким образом

при условии, что раствор обладает достаточной прочностью и в месте аш

керовки предусмотрено усиление обмоткой. Этим способом можно получить типы анкеровок, не выступающих за наружную поверхность бетона

и не требующих анкерной плиты.
Такая анкеровка была впервые введена в практику в напряженно армированных конструкциях системы «Леоба» (фиг. 3. 16, 3.30 и 3. 63а) и

оправдала себя во многих случаях. Если состав раствора подобран правильно и, как это делают в системе «Леоба», применяется достаточно сильная спиральная арматура, то наружную плиту можно снять уже через

2 или 3 дня после запрессовки раствора, при теплой погоде [178].
В напряженной арматуре системы ББРФ неоднократно применялась

анкеровка с использованием запрессованного раствора (фиг. 3. 636) [189]!

Впервые эта мысль появилась, повидимому, у инженеров ББРФ, но практическое использование пришло позже.
3.
3.
Твердые стали можно стыковать с помощью резьбовых муфт или стяжек; при этом к резьбе применимо то, что сказано в 3. 21 и 3. 22. На

фиг. 3. 64 показана употребительная муфта для стержней из Ст. 90 диа-
Фиг. 3. 64. Стыковая муфта для стержней из стали Ст. 90 диаметром 26 мя

с трубкой из кровельной стали (способ «Дивидаг»^

а — детали соединения; б — соединение в сборе
140
--------------- page: 141 -----------
Фйг, 3. 65. Американское стыковое соединение холоднотянутых проволок с

автоматически действующими конусными клиньями; вид соединения на

обмотке резервуара и поперечный и продольный разрезы
--------------- page: 142 -----------
метром 26 мм. Для элементов арматуры, которые подвергаются натяжению после бетонирования, к обычной трубке из листовой стали присоеди-

няют еще трубку увеличенного диаметра такой длины, чтобы муфта могла

перемещаться на величину удлинения стержня при натяжении.
В американском мостостроении долгое время при возведении висячих

мостов стыковали холоднотянутые проволоки диаметром 5 мм мелкими

муфтами, при этом мирились с потерей несущей способности, вызванной

резьбой. В применении к напряженно армированному железобетону при

использовании термически улучшенных сталей следует отказаться от таких

резьбовых соединений.
3.
В США для стыкования холоднотянутых проволок разработаны

гильзы, внутри которых концы проволок закрепляются конусами из трех

частей ({огрес1о зрПсе) (фиг. 365). Это стыковое устройство очень просто

в обращении, надежно и почти не уменьшает несущую способность проволоки. Большой диаметр стыковой гильзы мешает размещению проволок*

комплектуемых в пучки.
3.
Концы проволок срезают наискось под углом 15—20° и спаивают поверхности среза твердым спаем (фиг. 3.66). Прочность стыка проволок
диаметром 3 мм из Ст. 180

(
прочности проволоки, если

Фиг. 3. 66. Стык проволок, спаянных твердым стык выполнен опытным спе-

припоем
употребителен при изготовлении проволочных канатов и витых прядей (ср. 2. 122).
В предварительно напряженном железобетоне такая форма стыка может применяться в семипроволочных и многопроволочных витых прядях

или канатах без снижения допускаемых напряжений стали; в пучках из

параллельных проволок такие стыки неприемлемы.
3.
Пряди или простые канаты часто соединяют сплеткой, при этом концы

канатов перекрываются на несколько метров. Отдельные проволоки переплетаются со сдвигом мест соединения по длине относительно друг друга.

Сплетка должна выполняться квалифицированными специалистами.

В пряди из семи проволок можно достигнуть 6/? полной несущей способности; в исключительных случаях можно применять такой стык.
3.
В продаже имеются так называемые кабельные клеммы, винтами которых прижимают друг к другу два конца. Ставя одну за другой от 6

до 8 клемм, можно при семипроволочной пряди достигнуть в стыке приблизительно половины несущей способности пряди. Увеличение числа
142
--------------- page: 143 -----------
К ^емм сверх этого уже не дает существенной пользы. Клеммовый стык

2; шоткяо поэтому применять только там, где сила натяжения перед стыком

достаточно снижена отгибом пряди с большим трением. Следует, однако,

предпочесть стык, полученный анкеровкой обоих концов прядей в бетоне.
3.
Проволоки и пряди можно стыковать, забетонировав свободные концы

в виде спиралей внутри анкерных петель (фиг. 3.67). В способе Баур-

Леонгардта концы прядей на тыльной стороне натяжного бетонного блока
вводятся сквозь забетонированную трубочку в горизонтальную

выемку, которая после укладки

всех прядей заполняется бетоном

(фиг. 3. 68 и 3. 69).
у Предварительно напрр

////пенная арматура {
Фиг, 3. 67. Стык свободных концов проволок или прядей, выполненный забето-

нировкой концевых спиралей в анкерной
Фиг. 3. 68. Стык свободных концов

проволок за бетонировкой в выемке в

натяжном блоке (способ Баур-Леон-

гардта)
Если в анкерной петле нужно соединить много проволок, то можно

предусмотреть вблизи оси анкерной петли стальную трубку, вокруг которой концы проволок, перекрывая друг друга, загибаются крюками

(фиг. 3. 70).
Наконец, можно изогнуть волнообразно стыкуемые концы проволок,
Фиг. 3, 69. Общий вид стыка по схеме

3. 68. Брусчатая подкладка на тыльной стороне натяжного блока служит для

компенсации4 высоких температур во время

укладки прядей
сделать обмотку в месте нахлестки и забетонировать ее. Сумма

углов изгиба всех волн должна

составлять не меньше 360° (фиг.
3.
Фиг. 3. 70. Стык концов проволок при

помощи перекрывающихся крюков,

охватывающих отрезок стальной трубы
143
--------------- page: 144 -----------
Фиг. 3. 71. Стык при помощи двух перекрывающихся

волнистых или имеющих периодический профиль концов проволоки с обмоткой в бетоне
Фиг. 3. 72. Стык мощных пучков при

помощи перекрывающихся петель на мосту

в заливе Дуная (Уитермархталь)
К фиг. 3, 73. Готовый обмоточный стык проволок (способ ББРФ)
144
--------------- page: 145 -----------
даобы непосредственно в обетонированной области отсутствовали предварительные напряжения в бетоне, вызываемые стыкованным элементом

арматуры.
Стыкование при помощи взаимно перекрывающихся петель применялось для мощных пучков; так, например, соединены пучки большого моста

в долине Дуная, в Унтермархтале [185]. На фиг. 3. 72 показаны четыре

петли в кожухах из листовой стали над колонной.
«
3.
Швейцарские инженеры ББРФ (см. 3. 26) сконструировали небольшую

проволочновязальную машину (фиг. 3. 73) для стыкования проволок напряженной арматуры.
В этой машине оба конца проволоки обматываются более твердой

тонкой проволокой при сильном ее натяжении. Вследствие натяжения

проволока обмотки врезается в концы стыкуемых проволок так, что их

уже нельзя сдвинуть вдоль друг относительно друга. Стык проволок диаметром 5 мм из Ст. 160 обматывается на длине около 24 см проволокой

диаметром 1 мм из Ст. 200, при этом достигается почти полная равно-

прочность проволоки в месте стыка. Описанный стык используется при

обмотке предварительно напряженных железобетонных круглых резервуаров; его можно применять также в анкерных петлях или в других случаях.
3.
Описанная в 3. 25 тянутая гильза может применяться для стыкования

проволок или прядей. Если тянутая гильза выполнена из приемлемой

стали; имеет правильные размеры и напрессована квалифицированным

персоналом, то можно получить равнопрочный стык.
Х0 — 3206
--------------- page: 146 -----------
Глава 4
4, НАТЯЖНЫЕ УСТРОЙСТВА И ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
4. 1. МЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
Натяжные устройства должны развивать сравнительно большие силы,

величина которых должна измеряться точно. Для этой цели пригодны следующие механические устройства:
1)
без нее;
2)
полиспастом;
3)
без нее.
Мех эпические н атяжные устройств а

сейчас применяются почти исключительно

для стендов.
Педаль дклнэчения
Фиг. 4. 1. Натяжное устройство

с грузом для стендов (фирма

«Имбау-Шпаннбетонверк»,

Леверкузен)
Фиг. 4. 2. Схема устройства, приведенного

на фиг. 4. 1
Грузы обладают тем преимуществом, что требуемая сила натяжения

получается точной по величине и действует независимо от величины удлинения.
На фиг. 4. 1 изображена натяжная машина с грузами, установленная

фирмой «Имбау» на заводе предварительно напряженного железобетона

в Леверкузене. Соответствующая схема приведена на фиг, 4. 2.
146
--------------- page: 147 -----------
Натягиваемая проволока при помощи зажима соединяется позади упора с натяжным канатом. На конце натяжного каната, перекинутом через

шкивы, подвешены грузы, соответствующие требуемой силе натяжения.

Верхний канатный шкив приводится во вращение электромотором. Вращение шкива, создающее натяжение, начинается, когда включают мотор,

ПрИ помощи ножной педали. Как только действие груза полностью передастся проволоке и таким образом будет достигнуто нужное натяжение,

мотор выключается Ь помощью реле.
Фиг. 4. 3. Передвижное устройство для стендов с полиспастом с электрическим

приводом (акционерное общество «Штальтон», Цюрих)
/ — электродомкрат с нижним блоком, направляющим катком, рычажной

системой для динамометра и кабелем управления с коробкой кнопочного

управления, максимальная сила тяги 5 г; 2 —■ динамометр «Фогт» на максимальную силу 2,5 г; 3 —■ натяжные клещи «Фогт» для захвата проволок

диаметром от 2 до 5 мм\ 4 — плитные зажимы «Фогт» на 2. 15 — 30 проволок
диаметром до 5 мм
Такие же преимущества дает и второе решение, применяемое, например, фирмой акцирнерного общества «Штальтон» (Цюрих) на своих стендах (фиг. 4. 3). Сила измеряется динамометром. Натяжению подвергаются

одновременно две проволоки.
С помощью винта можно создать большие силы натяжения только

тогда, когда угол наклона резьбы мал, а диаметр взят с таким запасом,

что в резьбе не возникнут слишком высокие напряжения и внутренний

диаметр резьбы оказывается достаточным для восприятия требуемого
ю*
147
--------------- page: 148 -----------
крутящего момента. В строительном деле'такие винтовые стойки употреби

ляют для подмостей.
Недостаток винтовых устройств в том, что развиваемую силу натяжения нельзя точно измерить, так что для контроля ее величины приходится

ограничиваться измерением удлинения натягиваемых проволок. В большинстве случаев натяжной винт неподвижно закреплен в захвате или зажимном устройстве, в котором зажаты натягиваемые проволоки. Натяжение производится установочным кольцом, которое приводится во вращение,

при больших силах, через зубчатую передачу.
Фиг. 4. 4. Проволоки закреплены клиньями в полом винте и при

натяжении закручиваются (по Браунбоку)
Браунбок [99, 163] применяет простое натяжное устройство, в котором

винт вращается в неподвижной анкерной плите упора (фиг. 4. 4). Винт

полый, и в нем анкеруют клиньями от двух до четырех проволок, которые

при натяжении закручиваются. Это натяжное устройство настолько просто,

что его выгодно применять даже при небольшом числе изготовляемых балок. После затвердения бетона проволоки перерезают, и винт можно использовать снова. Анкеровка создается только сцеплением свитых проволок с бетоно;м. Шаг резьбы винта нужно, следовательно, выбирать так,

чтобы было достигнуто достаточное свивание, иначе сцепление оказывается недостаточным.
Было также предложено создавать предварительное напряжение толь-*

ко закручиванием проволок [215], без дополнительного растяжения, создаваемого в устройстве системы Браунбока. Можно опасаться, что при таком
Щ
--------------- page: 149 -----------
способе проволоки получат весьма различные и притом настолько большие дополнительные напряжения от изгиба и кручения, что может быть

утрачена необходимая надежность.
4. 1 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

«
Гидравлические домкраты применяются очень часто, так как при помощи их проще всего можно создать большие силы натяжения. Натяжные

домкраты большей частью конструируют так, что натягиваемые элементы

арматуры можно соединить непосредственно или через тягу с цилиндром,

в то время как поршень прямо или через промежуточную деталь давит на

анкерную плиту и через нее на затвердевший бетон или же на упор стенда.
В наиболее распространенных домкратах между поршнем и цилиндром

помещают сильную пружину, которая медленно автоматически возвращает

поршень и перегоняет рабочую жидкость после открытия выпускного клапана. В маленьких домкратах возвратную пружину предпочитают располагать снаружи. Можно, впрочем, возвращать поршень вручную или маленьким рычажным устройством. В последнее время предпочитают возвращать поршень, используя гидравлическое устройство.
При натяжении нужно иметь возможность точно измерять как силу,

развиваемую домкратом, так и ход при натяжении, чтобы контролировать

правильность натяжения проволок.
Сила натяжения вычисляется как произведение площади поршня на

давление рабочей жидкости, показываемое манометром. Поэтому, безусловно, необходимо пользоваться безукоризненно иротарированными манометрами и обращаться с ними бережно; шкала их должна охватывать

только область используемых давлений, чтобы иметь хорошую точность

отсчета. Так, для домкрата с рабочим давлением 200 кг!см2 нельзя пользоваться манометром для максимального давления 600 кг/см2, а нужно

Применять манометр со шкалой до 250 кг!см2.
Повышенная чувствительность манометра делает целесообразной частую их тарировку; следует также всегда иметь один в запасе.
Особенно точные результаты получаются, если тарировать вместе домкрат с его манометром, чтобы исключить влияние трения поршня возвратной пружины и т. п.
В отдельных стержнях или проволоках силу натяжения можно измерить динамометром, помещаемым между поршнем и анкером проволоки.

Ниже; на фиг. 4. 9, показан такой динамометр с пружинным кольцом и

индикатором. Это устройство удовлетворяет высоким требованиям точности.
Удлинение при натяжении можно отсчитывать по простой шкале на

поршне как смещение относительно нижнего края цилиндра. Получаемая

При этом точность порядка ХЫ мм достаточна при удлинениях, которые

обычно превышают 20 мм. Если часто приходится иметь дело с меньшими

•Удлинениями, то рекомендуется оборудовать домкрат более точным измерительным устройством, например микрометрическим винтом. В натяжном устройстве Р1У системы «Дивидаг» (фиг. 4. 12) имеется счетчик, которым определяется количество оборотов анкерной гайки, переставляемой

трещоткой. При особых требованиях к домкрату можно присоединить индикатор, точность которого, впрочем, редко бывает необходима (см. также

гл. 4. 441).
Ось домкрата должна точно совпадать с осью арматурного элемента,

Для того чтобы обеспечивать центральную передачу растяжения и чтобы

07 действия момента не возникало трения поршня. Этого стараются

Достигнуть различными способами, например устанавливая анкерную пли149
--------------- page: 150 -----------
ту точно перпендикулярно оси натягиваемого элемента арматуры. Перпендикулярность опорной плоскости домкрата обеспечивается легко; напротив, точная взаимная перпендикулярность элемента арматуры и анкерной

плиты обычно трудно гарантировать. Нужно поэтому считаться с появлением изгибных напряжений в подвергаемых натяжению стержнях или

проволоках в тех местах, где они выступают из анкерной плиты. Возникающее при этом трение поршня создает видимость более высокой силы

натяжения, чем в действительности приложенная.
Так как часто приходится иметь дело с большими удлинениями при на-

. тяжении, то следовало бы применять домкраты такой длины, чтобы обыкновенно хватало одного хода. Для особенно больших удлинений при натяжении нужно, чтобы были возможны один за другим несколько ходов

поршня; при этом элемент арматуры должен закрепляться в положении,

достигнутом в конце первого хода; затем нужно отвести назад поршень

домкрата и снова соединить элемент арматуры с цилиндром.
В качестве уплотнений для домкратов рекомендуется применять резину

или вулколлап, чтобы можно было накачивать в цилиндр воду или эмульсию масла в воде, применяемую также в качестве охлаждающей жидкости при сверлении. Вода имеется на каждой строительной площадке; при

ее использовании не портится поверхность бетона, если рабочую жидкость

домкрата случайно прольют или она вытечет через отверстие в трубке.

Кроме того, в тонких трубках вода создает значительно меньшее сопротивление при течении, чем масло. Однако в морозную погоду необходимо

пользоваться маслом, водно-глицериновой смесью и т. п.
Гидравлический домкрат — чувствительное устройство, и при его применении надежность процесса натяжения зависит от чистоты и безупречного состояния поверхности цилиндра, уплотнений и пр. Необходимо поэтому обеспечить хороший уход и безупречную

защиту от ржавления. Для

каждого домкрата нужно иметь

на складе запасные детали

уплотнения.
Давление, которым пользуются в домкратах, большей

частью лежит в пределах от 200

до 500 /сг/сж2. Более низкое из

давлений предпочитают для тех

домкратов, поршень которых

действует непосредственно на бе-,

тон. При высоких давлениях необходимы распределяющие давление промежуточные детали

или натяжные плиты, если только не применяется систематически бетон с обмоткой (например,

анкеровка Фрейсине).*
Для получения высоких давлений большей частью применяют поршневые насосы с малым диаметром поршня, так что за один ход подкачивается относительно небольшое количество жидкости. Насос высокого давления может быть скомплектован с домкратом (фиг. 4. 15). Однако целесообразнее отдельные насосы, так как в этом случае можно одним насосом

обслужить различные типы домкратов.
Зная перемещение при натяжении и площадь поршня домкрата, можно

определить, сколько нужно накачать жидкости для данного процесса натя-
Фиг. 4. 5. Ручной насос высокого давления

фабрики насосов «Урах»
150
--------------- page: 151 -----------
жения; таким образом, по производительности насоса можно определить,

сколько времени занимает процесс натяжения арматуры.
При малых объемах заполнения применяют ручные насосы (фиг. 4. 5),

подающие, например, 16 см3 за один ход и дающие возможность перекачки

при давлении в 200 кг!см2 около 45 л!час. Производительность рабочего у

насоса, естественно, снижается

с повышением давления.
Если нужно подать большее

количество жидкости, то рекомендуется применить электрические насосы высокого давления

(фиг* 4. 6), которые подают,

яапример, при давлении 200

кг)см2 360 л/час, а при 400

кг!см2 — Ю0 л час и, таким

образом, дают возможность в

короткий срок провести относительно значительные или многочисленные натяжения.
Для большого числа незначительных по мощности натяжений также выгодно применять малый электрический насос, так как при этом экономится отдельное обслуживание

насоса и достаточно одного рабочего и на насос, и на домкрат. В этом случае можно употреблять очень маленький насос, такой,

как дизельный топливный насос Боша.
Для устройства коротких соединительных трубопроводов между насосом и небольшими домкратами оправдали себя гибкие шланги высокого

давления. Для длинных и более стационарных трубопроводов подходят

цельнотянутые стальные трубки диаметром от 4 до 6 мм, с толщиной стенок от 1 до 2 мм\ эти трубки надежно соединяются муфтами «Эрмето»;

их можно гнуть, как угодно.
Манометр часто устанавливают -на насосе; но при насосах с моторным приводом вследствие быстрых колебаний давления такая

установка манометра не обеспечивает точности отсчетов. Если трубопровод длинный, то нужно установить второй манометр за домкратом, в особом ответвлении

трубопровода, чтобы отсчету не

мешали скачки давления от насоса, возникающие в связи с преодолением сопротивления течению

рабочей жидкости.
Для отсчета в основном важно

гидростатическое давление после

остановки насоса, которое во всех

точках трубопровода через короткий промежуток времени после

**. I. 1 идравлическин домкрат и насос прекращения подкачки будет оди-

Для стендов фирмы «Зейднер» (Ридлинген) на ков о.
Фиг. 4. 6. Электрический насос высокого

давления фабрики насосов «Урах»
--------------- page: 152 -----------
Стенка цилиндра домкрата должна воспринимать кольцевое растягн-

рОк
вающее усилие — и некоторые продольные моменты; здесь и — внутренний диаметр цилиндра в свету; р — гидравлическое давление; к —.

расстояние уплотнения от днища цилиндра.
Так как днище цилиндра и стенка его, лежащая за уплотнением, ра.

ботают совместно, то можно применить домкрат при частично лишь использованном ходе поршня для

получения большей силы, чем тог-

да, когда поршень вышел полностью, если только это позволяет

уплотнение. Для стенок цилиндра

большей частью используют высокопрочную сталь (Ст. 52 —

Ст. 100), чтобы снизить, вес домкрата.
4. 3. УПОТРЕБИТЕЛЬНЫЕ

ДОМКРАТЫ ДЛЯ

НАТЯЖЕНИЯ
4. 31. НАТЯЖНАЯ МАШИНА

ФИРМЫ «ЗЕЙДНЕР, РИДЛИНГЕН

ВЮРТЕМБЕРГ»
Обеспечивает натяжение двух

проволок или двух прядей; предназначена для длинных стендов

(фиг. 4. 7); ход ~ 60 см; сила

натяжения 8 г, ручной масос или

с электроприводом установлен на

домкрате.
4. 32. МАЛЫЙ ДОМКРАТ ВВЕ
Предназначен для натяжения

отдельных проволок (фиг. 4. 8);

сила натяжения 4 т; ход 4 см;

длина около 12 см\ вес 10 кг; рабочее давление 400 кг!см2.
Фиг. 4. 8. Малый домкрат ВВК на 4 т для

натяжения отдельных проволок диаметром

от 4 до 6 мм
Фиг. 4. 9. Домкрат «Хейлитбау» для на-

тяжения отдельных проволок диаметром 5—10 мм. Анкеровка клиньями

по фиг. 3. 43. Обратите внимание на

динамометрическое кольцо между концом поршня и анкеровкой проволоки

позади домкрата
4. 33. ДОМКРАТ ФИРМЫ

«ХЕЙЛИТБАУ» [213]
Применяется для натяжения

близко расположенных друг к

другу отдельных проволок диаметром 5—10 см, анкеруемых конусными кольцами (фиг. 4. 9);

сила натяжения 3 т; ход около

32 см; длина ~ 70 см; вес 12 кг; рабочее давление 240 кг!смг; измерение

силы натяжения манометром и дополнительно динамометром.
152
--------------- page: 153 -----------
Фиг. 4. 10. Натяжное устройство системы Маньеля для одновременного натяжения двух проволок с анкеровкой клиньями. Сила

натяжения 8 т
Фиг. 4. П. Домкрат Фрейсине для пучка из 12 проволок диаметром 5 мм (вверху) и 12 проволок диаметром 7 мм (внизу)
--------------- page: 154 -----------
4. 34. НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ МАНЬЕЛЯ
Используется для натяжения проволок попарно (фиг. 4. 10). Закреплен

ние проволок клиньями; сила натяжения 8 т; ход около 36 см\ длина около

150 см\ рабочее давление 250 кг!см2\ измерение силы динамометром с точ^

яостью ±4°/о.
4. 35. ДОМКРАТ ДЛЯ НАТЯЖЕНИЯ ПУЧКОВ ПРОВОЛОК СИСТЕМЫ

ФРЕЙСИНЕ, МОДЕЛЬ 1951 г. (ФИГ. 4, 11)
Домкрат двойного действия с двумя пружинами для возвращения

поршней; закрепление проволок клиньями; сила натяжения 36 или соответственно 73 г; ход 30 см\ длина ~ 80 см\ вес 65 или соответственно 85 кг•

рабочее давление 450 кг/см2.
4.
(ФИГ. 4. 12)
Присоединяется с помощью резьбовой тяги. Гайка переставляется тре^

щоткой со счетчиком; поршень снабжен возвратной пружиной; сила натяжения 32 г; ход 5 см; длина 47 см; вес 42 кг; рабочее давление 490 кг!см2.
--------------- page: 155 -----------
Для специальной цели — создания предварительного напряжения в

железнодорожных шпалах, армируемых двумя стержнями из Ст. 90 диаметром 18 мм> — Д-р Кариг объединил два домкрата в одну пару

(фиг. 4. 13), обеспечивающую одновременное натяжение обоих стержней

{134].
4.
-Применяется для натяжения стержней из Ст. 90 диаметром 30 мм,

присоединяемых на резьбе; гайка переставляется трещоткой; сила натяжения 25 т\ ход 9 см; длина 20 см\ вес 11 /сг; рабочее давление от 220 до

160 кг! см2.
Фиг. 4. 13. Спаренный домкрат Карига для одновременного натяжения двух стержней
в железобетонной шпале
■э
Фиг. 4. 14. Натяжной домкрат «Леоба»

на 25 т
Фиг. 4. 15. Домкрат ВВК мощностью 90 г с установленным на

нем насосом
155
--------------- page: 156 -----------
Фиг. 4. 16. Натяжное устройство на 200 т для тросов с головкой при пользовании нормальным домкратом. Вверху продольный разрез*
--------------- page: 157 -----------
4. 38. ДОМКРАТ ВВК (ФИГ. 4. 15)
На домкрате установлен насос; применяется для натяжения стержней

цз Ст. 100, присоединяемых на резьбе; сила натяжения 90 г; ход 8 см\ вес

Ш кг. Между домкратом и анкерной плитой помещена стойка, которая

дозволяет подтягивать анкерную гайку и дает место для установки гайки

т стержне.
&
4.
С ГОЛОВКАМИ
Для натяжения патентованных канатов с замкнутой оболочкой, с го-

ловкой по фиг. 3. 47, была разработана показанная на фиг. 4. 16 стальная

литая гильза из двух частей, в которой устанавливается обычный домкрат

по фиг. 4. 17. Домкрат через крестовину опирается на анкерную конусную

отливку, в то время как стальная литая гильза по всей окружности охва-

тывает канатную головку [96].
Фиг. 4. 17. Гидравлический домкрат с установочным

кольцом на 200—300 т; рабочее давление обычно

400 кг/см2 (фирма «Пюцер-Дефриз», Дюссельдорф))
4.
Для создания больших сил натяжения часто применяют употребляемые

и для других целей в строительном деле гидравлические подъемные домкраты по фиг. 4.'17. После натяжения можно при помощи установочного

Кольца опереть выдвинувшийся поршень на цилиндр, что позволяет сбро-

шть гидравлическое давление. Такие домкраты изготовляются также с

!Штрирующей плитой на поршне, чтобы предохранить поршень от трения.

На^фиг. 4. 18 показан такой 300-г домкрат с ходом 40 см, часто применявши в строительной практике. Поршень должен перемещаться точно вдоль

роей оси, чтобы не возникало трения поршня и чтобы верхняя плоскость

Цилиндра равномерно прилегла к установочному кольцу. На практике при
157
--------------- page: 158 -----------
расположении домкратов в выемках для натяжения арматуры это условие

трудно выполнить.
Если два или несколько домкратов действуют совместно между жесткими упорными элементами, то оси домкратов должны быть строго парал-

лельны. Если этого нет, то на поршне возникают горизонтальные силы;:

которые отжимают поршень вбок, к стенке цилиндра (возникает тренЛщ
поршня), и повреждают резьбу на

поршне (фиг. 4. 19). При дальнейшем использовании такие домкраты много раз «заедали», так что-

несмотря на повышение давления'

перемещение при натяжении арматуры фактически прекращалось. Если домкрат с установочным подтянутым кольцом дает

течь, то часто не остается ничего

другого, как зачеканить домкрат,

так как его удерживает сила упругости растянутой напряженной арматуры, и потому установочное

кольцо можно освободить только

после повторного повышения дав-
Фиг. 4. 18. Натяжной домкрат на 300 т

с шаровым шарниром на головке для

больших перемещений при натяжении

(фирма «Пюцер-Дефриз», Дюссельдорф)
Фиг. 4. 19. Два домкрата рядом; если

оси не параллельны, то поршни

заедают
ления. Эти вредные, даже опасные, явления не устраняются при устройстве на поршне шарового сочленения.
При пользовании домкратами с установочными кольцами не следует

подтягивать кольца во время процесса натяжения; их опорные поверхности

должны быть точно перпендикулярны направлению движения, а оси домкратов ■— строго параллельны.
Так как обеспечить необходимую точность установки в строительной

практике почти невозможно, то для системы Баур-Леонгардта, по которой

часто одновременно вводится в действие несколько домкратов, были разработаны специальные домкраты, в которых эти недостатки смягчены

(фиг. 4. 20). Они состоят из двух толстых маннесманновских труб с вваренными в них тонкими днищами, которые передают давление жидкости непосредственно на поверхность бетона строительных элементов. Полый пор-
158
--------------- page: 159 -----------
шень заполняется рабочей жидкостью и имеет на открытом конце точно*

пригнанное к цилиндру металлическое кольцо с уплотнением. Остальная

яасть поршня отстоит от стенки цилиндра на 2—4 мм. Помещенный вблизи

днища поршня небольшой круговой выступ на наружной поверхности

поршня обеспечивает в исходном положении параллельность поршня и

цилиндра. Когда поршень выдвинут наружу, то рабочая жидкость образует идеальный шарнир, так как поршень может поворачиваться по отношению к цилиндру в пределах зазора между двумя трубами.
Фиг. 4. 20. Домкрат Баур-Леонгардта на 500 т с шарнирным поршнем

и пружинами для обратного перемещения. Рабочее давление до 300 кг/см2.

Изготовляется фабрикой насосов «Урах» (Вюртемберг)
Если два домкрата стоят не вполне параллельно, то одного этого шарнирного эффекта недостаточно, так как возникает тенденция к изменению

расстояния между днищами поршней. Выравнивающее поперечное смещение делается возможным благодаря простому устройству, состоящему из

проложенной между поршнем и строительными элементами мягкой, без

тканевой основы, резиновой прокладки толщиной 5 мм, которая допускает

даже при высоком давлении вследствие деформации сдвига резины необходимое поперечное перемещение.
Эта мягкая резиновая прокладка служит одновременно для сглаживания маленьких неровностей и шероховатостей поверхности бетона, противолежащей тонкому листовому днищу поршня. На днище цилиндра тоже

нужно поместить подобную прокладку, например из обыкновенных сосновых досок или из мягкого войлока, даже если поверхность бетона была

тщательно выровнена при изготовлении элемента.
В домкрате описанного устройства невозможно появление заметных

внутренних сил трения. Можно, следовательно, брать отсчеты силы давления по тарированным манометрам более надежно, чем на домкратах с хорошо пригнанными поршнями и установочными кольцами. После натяжения арматуры гидравлическое давление поддерживают до тех пор, пока

подвергнутые предварительному напряжению элементы не будут закреплены бетонными блоками или быстро затвердевшим бетоном. При этом

полагаются на основательные уплотнения и на запорные вентили за домкратами: и те, и другие можно выполнить столь же надежными, как и

установочные кольца. Уплотнения и вентили должны, таким образом,
159'
--------------- page: 160 -----------
•изготовляться из надежного материала и быть испытаны не менее чем

двукратным рабочим давлением при косо поставленном поршне. Благо*

даря закрытию установленных за домкратами вентилей высокого давле^

ния возможные повреждения трубопроводов высокого давления после

натяжения не могут иметь вредных последствий.
4.
Так как в послевоенное время трудно было достать большие гидравлические домкраты, то по предложению В. Баура стали применять так

называемые домкраты «Котлы», расположенные непосредственно в тех

элементах, в которых должно быть создано предварительное напряжение
Отвод Воздуха -

[Нагнетательный трубопровод
Поверхность снольтения (открытый шов}
Фиг. 4. 21. Забетонированный в сооружении по

способу Баур-Леонгардта домкрат «Котел»

на 400 т
(фиг. 4. 21). Цилиндр образуется бесшовной цельнотянутой трубой с

днищем из листа толщиной 4 мм («Котел»); для того чтобы он мог воспринять радиальное гидравлическое давление, цилиндр охвачен прочной

обмоткой и обетонирован с соблюдением точной круговой формы сечения.

Поршень изготовляется из бетона, уложенного в цилиндр из жести точной

круглой формы, диаметр которого на 2 мм меньше диаметра «Котла».

Резиновое уплотнение с бортом привулканизировано к диску из листовой

стали толщиной 2 мм, который закладывается в цилиндр впереди поршня,

После приваривания к днищу «Котла» двух трубопроводов домкрат готов. Диаметр поршня выбирают так, чтобы получить .желаемое усилие

домкрата при давлении 200—250 кг/см2, которое может выдержать бетой
160
--------------- page: 161 -----------
€ обмоткой. Длина домкрата определяется по требуемому перемещению

поршня при натяжении; однако такими домкратами можно вести натяжение ступенями, отжимая поршень назад с помощью рычагов.
Такого типа домкраты были, например, применены для натяжения

арматуры моста в Гейльбронне (пролет 96 м), который до 1952 г. являлся

■самым большим напряженно армированным железобетонным мостом. На

фиг. 4. 22 показана группа из 10 домкратов, по 400 т каждый, для одного

из натяжных блоков этого моста. В первых домкратах описанного типа,
Фиг. 4. 22. Домкраты типа «Котел», готовые к бетонировке на одном

из натяжных бетонных блоков моста Бадштрассе (Гейльбронн)
Поперечный разрез

а1*8Р (6 сВети&
Продольный разрез
Длина цилиндра мотет быть любая
Толщина стенки б соответствии
с прочностьнз материала 5
& Заломить густую

а сетпу д>~5 мм и

| придсгрита г^сгпеь-

сталапой трубы
^■Подернуто на ^5“
I уплотнение
Обработанные надаренные Стенка сталаной трфы из ст

выступы
Шенка
щ 5||р5

Шёталь стальной
11 ■
плиты
Фиг. 4. 23. Сменный домкрат типа «Котел» для силы натяжения 450 г

3206
161
--------------- page: 162 -----------
несмотря на предшествовавшие их применению испытания, плохо работали уплотнения; когда применили более твердую и прочную резину„

домкраты стали работать безупречно.
Более мощный переставной домкрат этого типа приведен на фиг. 4. 23.

Здесь зазор между поршнем и цилиндром увеличен, а между уплотнением

и поршнем уложена точно пригнанная толстая стальная пластина.
Таким образом, простыми средствами, при малых затратах могут?

изготовляться без механической обработки надежные домкраты, примем

нимые для больших сил натяжения, оправдавшие себя на многих

стройках.
4.
ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ПОРШНЕЙ
Обратное перемещение поршня пружиной в больших домкратах

обычно не совсем надежно; кроме того, наличие пружины связано со значительным увеличением длины домкрата. Поэтому иногда домкраты выполняют без возвратной пружины, а поршень отжимают вручную при

помощи простого устройства или в цилиндрических домкратах с осевым

расположением натяжного стержня возвращают поршень путем вращения наружной гайки. Так как оба решения не вполне удовлетворительны*

то в последнее время изготовляют домкраты, в которых поршень вдвигается обратно в цилиндр при помощи гидравлики.
Для этого требуется только установить между цилиндром и поршнем

еще два уплотнения — внизу на цилиндре и вверху на поршне, замыкающие узкое кольцевое пространство, которого вполне достаточно, так как
Фиг. 4. 24. Домкрат на 80 г с гидравлическим обратным перемещением поршня
для обратного перемещения поршня не нужно большой силы, а значит, и

не требуется большой площади сечения, заполняемого рабочей жидкостью.
На фиг. 4. 24 представлена схема домкрата с гидравлическим обратным перемещением поршня.
4.
(ДОМКРАТЫ-КАПСЮЛИ)
Для создания больших сил натяжения и при малых перемещениях

применялись иногда представленные на фиг. 4. 25 тарельчатые домкраты [71, 129] из вязкой листовой стали, заваренные или запаянные
162
--------------- page: 163 -----------
твердым припоем по контуру утолщенной части. При нагнетании в капсюль воды прилегающие вначале друг к другу тарельчатые днища удаляются друг от друга, пока не будет достигнуто нужное удлинение при

натяжении, ограничиваемое несущей способностью утолщенной части

камеры. Для получения больших перемещений используют несколько

последовательно уложенных тарельчатых

домкратов. Давление^ р ограничивается тем,

шю для изготовления таких капсюлей нельзя

применить толстые или высокопрочные ли-

сты, так что сечение, воспринимающее радиальное давление, не может быть развито,

в другой стороны, стенка должна выдержи-
Р®
вать только усилие ~ 0 » где О
розреэ
СРпрнай шов
Ногнета тельный

трубопровод
ма-
Вид сверху
льш диаметр уширенной части домкрата или

наружная ширина шва раскрытия в бетонном

элементе. Сварной шов на контуре должен

быть абсолютно безукоризненным.
Аналогичным образом можно применять

длинные плоские полосовые или рукавные

домкраты из сложенного вдвое листа со

сварным швом и закругленными концевыми

крышками (фиг. 4. 26) для создания предва-

рительных напряжений в трубах, силосных

башнях, обделках штолен или тоннелей (по

способу Г. Яуха). Величина перемещения

при натяжении (Оу—О0) при достаточной ширине рукава зависит от толщины листа и

давления р, так как необходимо соблюдение условия
Фиг. 4. 25. Тарельчатый домкрат для малых перемещений
рРу.

2( '
Нагнетательный

трубопроводу вварен
Толщина листа /мм
Сборной шов
Фиг. 4. 26. Полосовой домкрат из сплющенной цельнотянутой трубы с

шаровым днищем на конце (способ Яуха)
И*
153
--------------- page: 164 -----------
где I — толщина листа. Нагнетательный трубопровод целесообразно при*

соединить к той части полосовой камеры, которая остается неподвижной.

Изготовление концевых крышек требует особенной тщательности.
4.
Уплотнений натя&ного

поршня
Разрезной комический

млин для закрепления

домкрата
Уплотнения поршня
-Запрессовывающего *

клинья "
В гл. 3 было показано, что особенно выгодно запрессовывать клинья

так, чтобы между клином и элементом предварительно напряженной арматуры не возникало относительного перемещения. Сотрудники автора
разработали для этой цели

Разрез по с-х?
-$Ю5
домкрат для отдельной проволоки диаметром, например, от 5 до 8 мм. Проволока

закрепляется на цилиндре

кольцевым конусом. При натяжении проволоки поршень

опирается на анкерную плиту

через малую гидравлическую

камеру у основания поршня.

Когда проволока уже натянется, сила натяжения передается кольцевому конусу

через второй поршень в этой

камере, причем обе камеры

соединяются между собой

открытием вентиля, так что

цилиндр с закрепленной на

нем натянутой проволокой

перемещается на такую же

величину, как и конус, пока

кольцевой конус не будет

окончательно запрессован.

Затем конус с гильзой ’ на

цилиндре отделяется от натягиваемой проволоки; это

дает возможность снять домкрат.
Подобные домкраты в 40

и 100 г с гидравлическим обратным перемещением поршня были испытаны в 1954 г.
В отдельных случаях

конструировались довольно

сложные домкраты такого

же назначения с числом

уплотнений до 8 (см. домкрат фирмы «Грюн и Биль-

фингер» в [214], стр. 245).

Однако и для этих случаев

следует стремиться к простым, не слишком длинным

домкратам.
Вентиль для Верхнего

домкрата
Нагнетательный

трубопровод Фиг. 4. 27. Натяжной домкрат для прессовых

клиньев без относительного смещения между клином при запрессовке и проволокой (по Леон-

гардту)
164
--------------- page: 165 -----------
Если домкрат не может быть введен в действие одним рабочим, то

целесообразно его установить на передвижной тележке и в качестве противовеса смонтировать небольшой электрический насос высокого давления с резервуаром рабочей жидкости, как это сделано в устройстве фирмы

ЮёЛьд и Франке» (фиг. 4. 28) или Ли-Мак-Колл ([214], стр. 112).
Фиг. 4. 28. Передвижной натяжной домкрат фирмы

«Гельд и Франке». Пример удачного размещения домкрата, насоса и манометра
4! 4. ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
4.
Перед созданием предварительного напряжения нужно удостовериться,

что нигде нет серьезных помех, ограничивающих сжатие бетона или

происходящие при этом перемещения: нужно удалить клинья на подмостях или распорки, препятствующие горизонтальным перемещениям, но, с

другой стороны, нельзя при этом снижать надежность против потери

продольной устойчивости стоек подмостей. Подвижные опоры должны

быть расчищены, а стыки освобождены. Опалубка и балки подмостей

препятствуют предварительному обжатию лишь незначительно.
Нужно различать виды процессов предварительного напряжения и их

развития во времени и в пространстве. Отдельные элементы напряженной

арматуры большей частью захватываются за конец стержня или проволоки и один за другим по одному натягиваются отдельным домкратом.

Но можно и всю конструкцию целиком подвергать предварительному

напряжению через натяжные блоки или через натяжные швы. Существуют и другие специальные способы. В этом разделе будут рассмотрены вопросы, которые нужно учитывать при создании предварительного

напряжения.
4.
НАПРЯЖЕНИЯ ВО ВРЕМЕНИ
Возраст бетона, при котором должно быть осуществлено его окончательное обжатие, желательно назначать возможно более поздним, имея в

вицу благоприятное влияние высокой степени вызревания бетона на
165
--------------- page: 166 -----------
уменьшение вредного укорочения от усадки и ползучести (ср. гл. 2. 2); это

целесообразно и в том случае, если относительно рано будет достигнута

высокая прочность. Приемлемый срок вызревания нужно поставить в

зависимость от температуры и марки цемента (ср. 2. 243).
Как правило, могут применяться ниже приведенные сроки.
Средняя температура твердения в °С
20
15
10
5
Время вызревания бетона в днях при
225
10—12
20
30
40
цементе марки
325
5—6
10
15
20
425
1 3-4 |
1 7 !
I 12
1 16
Если предварительные сжимающие напряжения в растянутой зоне

очень высоки (от 0,7 до 1аги/), то указанные сроки следует по возможности удлинить на 20 -г- 30%, если же напряжения низки (например,

при создании предварительного напряжения в течение нескольких ступеней), то можно произвести натяжение и раньше (ср. 4. 421).
В прохладное время года ни в коем случае нельзя производить натяжение в ранние сроки, так как бетон вызревает значительно медленнее.

Периоды морозной погоды нужно, безусловно, вычитать из времени

вызревания, исключая те случаи, когда бетон обогревается искусственным путем; обогрев, однако, ни в коем случае нельзя производить при

помощи открытых очагов, расположенных около изготовляемого элемента,

так как возникающие при этом большие разности температур, весьма

вероятно, вызовут трещины.
Не следует также производить полное натяжение раньше, чем прочность бетона не достигнет значения, принятого в статическом расчете,

или по крайней мере 2,5-кратного значения максимального сжимающего

напряжения конструкции под действием (#+я).
Температурный перепад в поперечном сечении моста, 8 средней части
Фиг. 4. 29. Температурные поля, вызванные потоком теплоты,

выделяемой при схватывании и твердении бетонной смеси; измерения выполнены через 2 дня после бетонирования (по Бюреру)
Если нельзя ждать достаточно долго, то нужно принять во внимание

повышенное укорочение бетона от ползучести или же применить натяжение ступенями.
Как известно, подогревом можно существенно сократить время вызревания бетона; например, при обработке паром с температурой около

90°С уже через 6 -=- 8 час. можно осуществить полное натяжение (ср.

фиг. 2. 44). Такие меры большей частью окупаются только при заводском
166
--------------- page: 167 -----------
изготовлении сборных элементов. Однако оказалось, что потери напряжения в шпалах заметно уменьшились, когда независимо от пропаривания натяжение производилось поздно, после двух-трехнедельного дополнительного вызревания на воздухе.
Эти правила относятся полностью к сравнительно небольшим элементам примерно до 10 м длиной, а при хорошем уходе за бетоном и к более

длинным элементам (приблизительно до 20 м). При изготовлении массивных элементов их длительное выдерживание нежелательно как из-за

необходимости сокращения сроков, так и потому, что уже в первые дни

после бетонирования в них развиваются значительные собственные напряжения температурного и усадочного происхождения [194] (фиг. 4. 29).

Конструктивная ненапряженная арматура, как правило, незначительного

сечения не может противостоять этим напряжениям, в результате чего

развиваются видимые трещины. На многих сооружениях наблюдались

такие трещины до обжатия, в первую очередь при использовании быстро

схватывающихся высокопрочных цементов, отличающихся значительным

выделением тепла схватывания, или при сильно различающихся толщинах

сечений бетонных элементов, или при высоких температурах воздуха —

летом. Такие ранние трещины нежелательны.
4. 421. Создание предварительного напряжения ступенями
€ такими явлениями борются лучше всего тем, что рано начинают

осуществлять частичное обжатие, например уже на второй день после

скончания бетонирования,
Длинные элементы, как правило, бетонируются отдельными блоками

длиной по 20 -г- 30 м9 а зазоры между ними окончательно бетонируются

затем одновременно. Низкая прочность бетона в этих рабочих швах не

позволяет сразу осуществлять полное обжатие. Можно подвергать натяжению отдельные арматурные элементы с учетом благоприятного распределения напряжений по сечению.
Если обжатие создается путем натяжения мощных арматурных элементов при помощи больших гидравлических домкратов, то ограничиваются частичным развитием давления оз домкрате, чтобы нигде не

возникало слишком (высоких напряжений.
била натяжения, которая должна быть приложена на этой первой

ступени, определяется уже достигнутой прочностью бетона и характером

опирания напрягаемого элемента. Она должна иметь по меньшей мере

такое значение, чтобы преодолеть трение элемента по поверхности опира-

ния или другие сопротивления подмостей, т. е. чтобы могло проявиться

требуемое обжатие. Можно спокойно допускать напряжения около достигнутой к этому моменту кубиковой прочности. Обычно прилагают

только от 10 до 30°/о окончательной силы натяжения. Из французских

опытов известно, что умеренное рано приложенное обжатие повышает

предел прочности бетона при растяжении и уменьшает последующие явления ползучести. Раннее умеренное обжатие улучшает, следовательно,

попутно и свойство бетона.
Если из-за хода работ приходится относительно скоро снова производить натяжение, то рекомендуется еще раз подразделить процесс натяжения и продолжить его натяжение лишь до такой степени, чтобы уравновесить действие собственного веса и сделать возможным продолжение

работ. Это может стать необходимым и в том случае, если собственный

вес сначала не воспринимается напрягаемой конструкцией из-за того, что

подмости спружинили кверху (см. гл. 19. 2), или если сначала'проявляется только часть собственного веса, так что при создании полного
167
--------------- page: 168 -----------
обжатия на стороне натягиваемой арматуры возникли бы слишком большие сжимающие напряжения, а в сжатом поясе — растягивающие напряжения.
Таким образом, процесс натяжения вообще рекомендуется осуществлять тремя ступенями:
1)
дочных трещин;
2)
ствующего воздействию собственного веса, с последующим раскружали-

ванием, при котором полностью проявляется действие собственного веса;
3)
Вторая и третья ступени натяжения не должны производиться до истечения упомянутых вначале сроков и могут следовать одна за другой с

короткими промежутками.
4.
При наличии нескольких элементов натягиваемой арматуры в одной

конструкции или изделии их нужно подвергать натяжению поочередно

так, чтобы предварительное напряжение нарастало по возможности равномерно по всему сечению. Начинают с арматурных элементов, отдаленных

от краев сечения. Если конструкция состоит из нескольких балок, связанных между собой плитой, то нельзя создавать полное обжатие в одной

балке, когда соседние балки еще не напряжены, так как это может привести к появлению трещины от сдвига в плите. Нужно, следовательно, в

каждой балке натягивать по одному арматурному элементу и вести этот

процесс равномерно.
Конструкции, в которых создается двухосное обжатие — в продольном

и поперечном направлениях, — нужно сначала подвергать поперечному обжатию. Если натягиваемая арматура, идущая в поперечном направлении, расположена вверху и внизу, например в поперечных балках или пустотелых плитах, то нужно натягивать одновременно

элементы верхней и нижней арматуры, соблюдая одинаковую степень их

напряжения.
Элементы натягиваемой арматуры, не доходящие до конца, можно

подвергать натяжению только тогда, кбгда участок, где расположен промежуточный анкер, уже обжат силой натяжения сквозных арматурных

элементов. Если такие сквозные элементы арматуры в конструкции отсутствуют, то участок расположения промежуточного анкера должен быть в

достаточной мере заармирован ненапряженной арматурой.
Если предварительное напряжение создается в стенке балки при помощи хомутов, то их натяжение следует производить до натяжения основной продольной арматуры, так как при последнем вследствие обратного

выгиба балки в ней возникают главные растягивающие напряжения, которые нужно погасить поперечным обжатием.
Особенно благоприятное действие оказывает осуществление процесса

натяжения одновременным воздействием многих домкратов, распределенным равномерно по всему поперечному сечению.
4.
При натяжении необходимо с возможной точностью достигнуть и поддерживать установленную расчетную силу натяжения. Натяжение и соответствующее ему удлинение нужно тщательно измерять для взаимного

контроля того и другого.
168
--------------- page: 169 -----------
4„ 441. Измерение перемещения (удлинений) при натяжении
При контроле натяжения по величине удлинения зачастую трудно бывает определить нулевую (начальную) точку. В зависимости от кривизны

арматурного элемента сначала получается небольшое перемещение без

напряжений, пока проволоки не прилягут всюду к стенке канала. Это перемещение называют «мертвым ходом». Мертвый ход зависит также от

различия между температурой проволоки в момент натяжения и температурой при укладке ее в опалубке и предварительном закреплении ее

кондов в анкерных устройствах. Если, например, проволоку закладывали и

анкеровали в теплую погоду, а температура будет понижаться до момента

натяжения, то в арматуре еще до начала натяжения могут возникнуть,

напряжения вследствие ее укорочения от охлаждения. В этом случае мертвого хода не будет, перемещение при натяжении начинается при определенном значении силы, заметно превышающем нуль.
При обратном соотношении температур величина мертвого хода увеличивается.
В натягиваемых стержнях крупных диаметров, которые закрепляются

на анкерных плитах гайками, уже при подтягивании этих гаек может быть

создано частичное предварительное напряжение.
Чтобы определить нулевую точку перед натяжением, иногда слегка

натягивают и снова отпускают арматуру. Этим способом, однако, нельзя

выявить нулевую точку, если где-либо по длине действует трение, так как

оно препятствует полной разгрузке.
Все эти затруднения в определении нулевой точки можно преодолеть, если сначала

подвергнуть арматурный элемент натяжению

силой, составляющей 1/ю от полной силы, и

использовать достигнутое при этом положение как исходную точку для измерения дальнейшего удлинения.
Аналогично поступают при построении

графика кривой напряжения — деформации

для арматуры. Известно, что начальный участок этой кривой прямолинеен, и потому

рродолжают линию, построенную, начиная от

низких напряжений, по прямой линии вниз.
Нулевую точку удлинения при натяжении

также определяют, построив график по нескольким точкам, нанесенным в системе

координат сила натяжения — удлинения, и

Продолжая его вниз до нулевого значения

силы (фиг. 4. 30). На практике это неудобно; поэтому просто рассчитывают

величину перемещения от 1/м V до V и контролируют натяжение по удлинению только на этом участке. При прямолинейности графика а— е для

стали до напряжения <т„ и отсутствии трения по длине арматурного элемента это перемещение составляет 9/ю полного перемещения.
В коротких прямоугольных отдельных арматурных элементах при номинальном значении силы натяжения V («номинальное натяжение»)

должно быть достигнуто, как правило, расчетное удлинение Д = 4-

ШЧе^ь- Если удлинение несколько не достигает этого значения, то силу

натяжения повышают до тех пор, пока не будет получено надлежащее

Удлинение. При натяжении длинномерных арматурных элементов, даже

если они прямолинейны, как правило, проявляется трение вследствие описанных в гл. 7 обстоятельств, которые нужно учитывать, как при натяжении криволинейных элементов.
Найденная нуле&ая точ*а для А
Удлинение при

натятении &
Фиг. 4. 30. Определение нулевой точки для измерения

удлинения при натяжении
169
--------------- page: 170 -----------
При анкеровке скользящими клиньями (см. гл. 3. 23) приходится увеличивать величину перемещения на предполагаемую величину проскальзывания. Для коротких арматурных элементов арматуры анкеровка этого

типа не может быть рекомендована.
При прессовых клиньях нужно также прибавить величину незначительного перемещения клиньев от запрессовки к расчетному перемещению

от ндтяжения.
В тех случаях, когда предварительное натяжение осуществляется при

помощи винтовых тяг с гайками, удаляемых после затвердения запрессо^

ванного раствора, нужно увеличить контролируемое перемещение при натяжении на величину удлинения этих тяг.
Всегда нужно учитывать, что почти при всех способах создания предварительного напряжения при перенесении силы натяжения с натяжного

домкрата на анкерное устройство небольшая часть силы натяжения теряется вследствие деформации анкерных деталей или других причин

(«эффект перенесения» по Б. Фрицу [224]). В большинстве случаев этот

эффект перенесения незначителен и им можно пренебречь. Однако

Б. Фриц также показал, что при анкеровке стержней крупных диаметров

с помощью гаек потери силы натяжения достигают 11,3%, что отчасти

объясняется неполным прилеганием гайки (анкерная плита не вполне перпендикулярна стержню для натяжения). Из этого видно, что точность изготовления и здесь оказывает влияние. Поэтому превышение примерно на

5% натяжного усилия с той стороны, где осуществляется раздельное натяжение, особенно криволинейных арматурных элементов, всегда целесообразно.
При раздельном натяжении арматурных элементов их удлинения

должны быть различны. Расчетное удлинение первого арматурного эле*

мента, равное должно быть повышено на полную величину упругого

-сжатия бетона от воздействия всех арматурных элементов еш1ь, так как

при натяжении этих элементов удлинение первого элемента уменьшится

на величину, соответствующую сжатию деформации бетона. Для последа
него из п арматурных элементов, напротив, к расчетному удлинению надо

добавить величину, равную 1/л от общей упругой деформации сжатия бетона, так как остальная часть этой деформации проявилась уже раньше,

до натяжения данного элемента.
При натяжении криволинейных арматурных элементов нужно при расчете контролируемого удлинения и необходимой силы натяжения заранее

учитывать потери от трения, как указано в гл. 7, Если учесть эти потери*

возникающие при натяжении криволинейного элемента, то величина контролируемого удлинения окажется меньшей, чем для арматурного элемеш
Фиг. 4. 31. Распределение

усилия натяжения при наличии трения в криволинейных

арматурных элементах
Фиг. 4. 32. Многократная постепенно

уменьшающаяся перетяжка для компенсации потерь натяжения вследствие трения
170
--------------- page: 171 -----------
та натягиваемого без трения. Для получения в точке х полной силы натяжения V следует к концу арматуры приложить силу У+ Д V (фиг. 4. 31),

Рде А V соответствует потере от трения силы натяжения 1^4-АI/из-за

искривления арматуры на угол между направлением в точке х и направлением в месте приложения натяжения (а не на сумму всех углов от искривления). Величину контролируемого удлинения нужно в этом случае

вычислить с учетом изменения силы натяжения по длине арматурного элемента. Если А\У составляет не больше 5°/о от V, то при принятых в Германии допускаемых напряжениях для стали (0,55 а в г) такое незначительное превышение номинального натяжения с одной стороны элемента не

вызывает опасений. При больших АУ, которые следует ограничить значением в 10 -г* 15% от V, после перетяжки арматуры на такую величину ее

следует разгрузить до номинального значения силы натяжения.
Многократно прилагая повышенную постепенно уменьшающуюся силу

натяжения и отпуская натяжение, можно достигнуть довольно точного номинального натяжения по всей длине арматурного элемента (фиг. 4. 32)
Правила по выполнению натяжения должны содержать соответствующие указания о порядке нагружения при значениях силы натяжения,

превышающих V, о степени разгрузки, а также о контролируемых величинах удлинений.
4.
Если при натяжении получается слишком большое для данной силы натяжения удлинение, то нужно прежде всего проверить манометры. Если

манометры в порядке, можно предположить, что либо нарушена анкеров-

ка арматурного элемента, либо сталь не обладает требуемой прочностью,

либо, если арматурный элемент состоит из многих проволок, что одна из

проволок порвалась. Обрыв проволоки дает о себе знать громким звуком;

его можно также установить по внезапному падению давления на манометре. В обоих случаях ответственный за строительство сооружения инженер должен решить, нужно ли заменить арматурный элемент или достаточно уменьшенной силы натяжения. Если произошел обрыв проволоки,

то контролируемое удлинение надо уменьшить в соответствии с уменьшением силы натяжения на ту часть, которую воспринимала разрушенная

проволока.
Обрывы проволок происходят только в тех случаях, если на них есть

дефекты от проката или если с проволокой неправильно обращались до

укладки или в период укладки на место, например при повреждении

поверхности или отсутствии мер предохранения от ржавления (например,

при прокатной термически улучшенной проволоке) (см. 2. 125).
Если правильно рассчитанное удлинение при натяжении не достигнуто,

® причиной этого может быть повышенное трение или препятствие, образуемое проникновением в канал цементного раствора. Совершенно неправильно в таких случаях достигать требуемого удлинения попросту повышением силы натяжения, так как при этом между препятствием и местом

приложения натяжения могут возникнуть слишком высокие напряжения

И даже остаточные деформации, которые, конечно, приведут к требуемому

перемещению, но, возможно, как раз в решающем месте не будет обеспечена необходимая сила натяжения.
Если повышенное трение вызвано ржавлением, возникшим после установки арматуры, например, если стройка перезимовала, то ослабляют
1 Метод, предложенный Б. Фрицем в «Бетон унд Шталь», 1953, вып. 10, фиг. 7,

не дает, к сожалению, указанных там благоприятных результатов; см. также дополнительные исправления в [224].
171
--------------- page: 172 -----------
натяжение до нуля и энергично промывают арматурный элемент водой.

Если и после этого не достигается требуемое удлинение при натяжении, то

трение можно еще уменьшить промывкой маслом, растворимым в воде.

Масло, которое может впоследствии снизить сцепление, нужно после натяжения удалить тщательной промывкой; если применяется нерастворимое в

воде масло, то промывку нужно произвести растворителем для жиров

например трихлорэтиленом, остатки которого после опорожнения канала

быстро испаряются и не оказывают вредного действия на цементный раствор. •
Если в канал проникло умеренное количество цементного раствора из”

швов, то его можно разрыхлить многократным ослаблением натяжения

и повторным натяжением до тех пор, пока будет достигнута требуемая'

величина удлинения.
4.
Точность, с которой нужно измерять удлинение при натяжении, зависит от длины арматурного элемента. Измерение должно быть произведено

с точностью не менее ±2% полной величины контролируемого удлинения.

При арматурных элементах до 5 ж длиной нужно поэтому брать отсчеты

при помощи микрометрического винта или индикатора с точностью порядка 0,2 мм.
Для всех арматурных элементов большей длины достаточно брать отсчет по миллиметровой шкале с нониусом; при длине более 10 м можно

уже не пользоваться отсчетом по нониусу.
Относительные удлинения при натяжении или модули упругости Ею

пользуясь которыми определяют расчетную величину удлинения для большинства употребляемых сталей, не представляют собой точно известных

установленных величин и меняются в пределах ±3 —5% (см. гл. 2). Поэтому вполне может случиться, что при правильном значении силы измеренное удлинение будет отличаться от расчетного на указанный процент;

если только кривая деформирования <т — е не была определена именно

для данной партии в условиях применения ее в сооружении.
4.
Если группа проволок или прядей объединены в пучок и подвергаются

совместному натяжению, то постоянно возникает вопрос, получают ли все

проволоки равномерное натяжение. Если проволоки и пряди уложены на

близком расстоянии Друг от друга с одинаковыми прокладками между

ними, то не может возникнуть разницы в длинах, разве что при групповом

размещении температура отдельных проволок с неподвижными анкеров-

ками (петли и т. п.) была различна. Если проволоки закрепляются в анкерах только после закрытия жестяных кожухов или даже после бетонирования, то температурные разности выравниваются до натяжения. При анкеровке петлями, охватывающими бетонные натяжные блоки, нужно при

установке арматуры учитывать разницу в температуре, помещая прокладки на тыльной стороне натяжного блока или применяя другие меры, чтобы

пучок при выравнивании температуры, например за ночь, не расстроился

(фиг. 3. 69). При сильном солнце пучки лучше укладывать не в дневное,

а в ночное время.
Если даже вследствие неравенства температур порядка 10°С останутся

различия в длине элементов, то при обычных высокопрочных проволоках

это приведет к разнице в напряжениях только около 2°/о, что не имеет значения.
172
--------------- page: 173 -----------
Если совместно устанавливаются проволоки с большим расстоянием

между ними, то может случиться, например, что одна проволока образует

слегка волнистую линию, а другая — безупречную прямую. Фрейсине рассмотрел этот случай в «Тгауаих» (февраль 1949 г., стр. 69) и показал, что

даже если стрела прогиба полуволны длиной 5 м равна 2,17 см, то разница в напряжениях по сравнению с прямой проволокой составляет только

100 кг!см2, или около 1,2%. При всех употребительных способах работ

шкие большие стрель! прогиба или волны вообще невозможны; следовательно, нечего бояться неравномерного натяжения в пучке, пока отдельные проволоки надежно заанкерованы и торможение крайних слоев

|еш гл. 7. 23) наверняка исключено.
4.
Отдельные арматурные элементы обычно захватываются за конец при

помощи домкрата и натягиваются один за другим. Это обычный способ

натяжения арматуры. Существует, однако, ряд особых способов натяже-

яищ часть из которых начинает применяться все шире, часть ограничивается до сих пор немногочисленными случаями применения. Эти способы

натяжения описаны ниже, поскольку они представляют технический

интерес.
4.
Групповые арматурные элементы часто анкеруют при помощи натяжных бетонных блоков, установленных на одном или на обоих концах конструкции (например, по способу

Баур-Леонгардта). При этом могут применяться петли, двойные

петли, крюки с обмоткой и т. п.

При умеренном расстоянии между

арматурными элементами целесообразно применять блоки приблизительно полукруглой формы

(фиг. 4. 33), на тыльной стороне

которых петли пучка при укладке

разводят по высоте, так что сила

натяжения распределяется по всей

высоте и ширине натяжного

блока.
Натяжные блоки для отдельных мощных арматурных элементов или при большом расстоянии

между арматурными элементами

целесообразно изготовлять показанными на фиг. 3. 13 двойными

петлями Баура.
Между подвергаемой обжатию

конструкцией и натяжным блоком

устанавливаются мощные гидравлические домкраты, которые при

натяжении передвигают натяжной блок на величину удлинения

пучка (фиг. 4. 33). Натяжение

закрепляется путем заполнения

полученного зазора быстротвер-
Фиг. 4. 33. Полуцилиндрические натяжные блоки с анкерными петлями для

закрепления пучков. Между сооружением

и натяжными блоками размещены гидравлические домкраты
173
--------------- page: 174 -----------
ПЕПГ
деющим бетоном. После этого домкраты можно снять. Внутренняя

поверхность натяжного б^жа должна, следовательно, иметь такие размеры, чтобы за вычетом места, занимаемого домкратами, уложенный на

этих участках бетон мог воспринять обжатие. Обычно в непосредственной

близости к концу пучка оставляют бетонное ребро толщиной 20—40 см.

Домкраты и остальные опорные поверхности располагают так, чтобы натяжной блок испытывал возможно меньшие напряжения изгиба как от

действия домкратов, так после их демонтажа и от опорных реакций. При
этом целесообразно раз-

План
приведенное на фиг!

4. 34. Ниши для домкратов устраивают как

можно более узкими.

Часто располагают в

каждой нише по 2—3

домкрата друг над

другом.
Бетонирование натяжных блоков можно

производить непосредственно на безукоризненно ровных бетонных

площадках, поверхность
которых покрыта асфальтом или слоем глины. Сопротивление скольжения

натяжного блока по сравнению с силой натяжения вообще невелико. Поверхность натяжного блока, на которую опираются домкраты, должна

быть изготовлена с большой точностью, перпендикулярно поверхности

скольжения и перпендикулярно оси натягиваемой арматуры, чтобы при

натяжении не возникало дополнительных усилий (см. 4. 310).
Оси домкратов или равнодействующих усилий всех домкратов целесообразно располагать на 5—10 мм

выше равнодействующей усилий напряженной арматуры, чтобы натяжной блок прижимался к плоскости

скольжения и не поднимался кверху.
По тем же соображениям нужно отклонять книзу на 1—2° ось арматурного элемента у начала натяжного

блока. Возникающие благодаря этому вертикальные составляющие усилий прижимают натяжной блок к поверхности скольжения (фиг. 4. 35).
Пиши впр

домкратов
Фиг. 4. 34. Расположение ниш для домкратов позади

натяжных блоков
Продольный разрез
Натя/хмой бетонный
блох
“7*
* и апо г
Оси пучка у натяжного блош

отпоонена
Поберхпость скольжения
Фиг. 4. 35. Меры, обеспечивающие прижимание натяжного блока к поверхности

скольжения
$4-Задвимкв

Р-Насос

И- Манометр
Фиг. 4. 36. Рекомендуемое размещение

трубопроводов, вентилей и манометров для одновременного натяжения

нескольких блоков
174
--------------- page: 175 -----------
Если рядом расположено несколько натяжных блоков, то целесообразно производить натяжение их совместно; для этого гидравлические

домкраты соединяют между собой нагнетательным трубопроводом и пита-

ют одним насосом (фиг. 4. 33). Следует при этом непосредственно перед

каждым домкратом иметь запорный вентиль, с одной стороны, чтобы иметь

возможность вносить поправки в перемещение при натяжении каждого из

блоков, с другой,^ — чтобы защитить домкраты от влияния возможных повреждений нагнетательного трубопровода на период твердения

бетона, уложенного в швы. На фиг. 4. 36 показано расположение трубопроводов, вентилей и манометров при совместном натяжении нескольких

блоков.
Применение натяжных блоков особенно хорошо зарекомендовало себя

в строительстве мостов. При разработке организации строительства нужно

предусмотреть сначала бетонирование площадок под блок, а затем натяжного блока, раньше чем начинать установку натягиваемой арматуры. После

натяжения нужно выждать, пока затвердеет бетон в шве (при цементе высшей марки от 2 до 4 дней), и только тогда можно окончательно бетонировать концы конструкции, причем натяжной блок включается в этот массив

бетона; Таким образом, всего получается пять бетонировок, что при небольших быстро возводимых сооружениях часто является неудобным. С другой

стороны, при помощи натяжных блоков можно с малыми затратами создавать анкеровку для больших усилий и осуществлять натяжение пучков,

применяя описанные выше большие натяжные домкраты.
4.
Можно объединить процессы натяжения и упростить бетонирование,

устраивая поперек конструкции шов, в котором помещают гидравлические

домкраты, рассчитанные на суммарную силу натяжения (фиг. 4. 37). Арма-
Продольный разрез
Комспль

^После нататепил
Фиг. 4. 37. Размещение поперечного шва для натяжения,

у которого устанавливаются домкраты .
турные элементы при этом глухо анкеруются на концах конструкции в бетоне. Шов расширяют на величину перемещения контролируемого удлинения

при помощи этих домкратов и в этом состоянии бетонируют. Так как в большинстве случаев совместно действует несколько домкратов, то они должны

иметь поршни одинаковой площади, чтобы при одинаковом давлении
175
--------------- page: 176 -----------
жидкости получалась также одинаковая сила. Если нельзя избежать применения неодинаковых домкратов, то нужно обратить внимание на правильное положение равнодействующей усилий домкратов, чтобы шов расширялся равномерно. |В этом случае, так же как описано в 4. 51, можно

производить регулировку, отключая один из трубопроводов к домкратам.
С точки зрения статического расчета, ясные соотношения получаются

в том случае, если шов для натяжения находится непосредственно за опорой конструкции и ее отодвигаемый конец свободно выступает за опору»

В этом случае нужно только расположить ось домкрата в соответствии

с направлением действия МЁ, ниже оси натягиваемого пучка, и позаботиться о том, чтобы консольный конец конструкции принял правильное

положение по высоте. Но ось домкрата и ось натягиваемой арматуры должны иметь одинаковый наклон, чтобы в шве не возникла поперечная сила,

которую домкраты не могли бы воспринимать.
Напрягаемый элемент Открытый шов для
натяжении ^
Подвижка В продольном

направлении
-Матртной шпиндель)

или домкрат
Фиг. 4. 38. Шов для натяжения, расположенный в пролете
Можно однако поместить шов в пролете или непосредственно вблизи

промежуточной опоры неразрезной балки (фиг. 4. 38), там, где пучок проходит параллельно поверхности скольжения, чтобы жестяной кожух не

перемещался в этом месте перпендикулярно пучку. В таких швах для натяжения нужно создать момент нужной величины, устанавливая соответствующим образом расстояние между осью домкрата и осью натягиваемой

арматуры. Так как при больших силах натяжения даже небольшие отклонения от ее номинального значения приводят к большим ошибкам в моменте, то нужно иметь возможность подрегулировать этот момент после

натяжения. Ось домкрата нужно поэтому по возможности располагать

так, чтобы концы конструкции прижимались к своим опорным поверхностям. Затем наблюдают за деформациями конструкции и перед забетони-

ровкой швов сообщают ей при помощи винта или дополнительного домкрата правильное положение.
Гидравлические домкраты по поперечному сечению распределяются с

таким расчетом, чтобы между ними оставались участки, достаточные для

размещения опорных блоков. Во многих случаях удается разместить все

домкраты вне поперечного сечения, на прижатых к конструкции консолях

или на остающихся свободными уширениях поперечного сечения. В таких

случаях можно бетонировать весь шов за один раз после натяжения, а ни*

ши для домкратов могут оставаться открытыми.
В США производили натяжение арматуры однопролетных балок при

расположении шва в середине, т. е. в точке 1/2 (способ Бильнера) [146].

Дейнингер [179] также сообщает о таком натяжении, произведенном фирмой «Бишоф».
4.
Натяжение арматурных элементов в отдельных случаях осуществляли

путем оттяжки их в нескольких промежуточных точках книзу в вертикаль-*

ном направлении; при этом целесообразно использовать для упора попе-
176
--------------- page: 177 -----------
печные балки [13] (фиг. 4. 39). Натягиваемая арматура должна при этом

располагаться вне поперечного сечения конструкции.
Величины усилий для оттяжки в каждой из точек перелома незначительны, но зато велики перемещения при натяжении. При использовании

высокопрочных сталей нужно соответственно сильно изменить первоначальное очертание пучка, чтобы получить требуемые продольные удлинения. Чтобы не превысить допускаемых величин напряжений, нужно,

чтобы пучок во всех /очках изменения его направления отжимался книзу
Направление натвмения
Домкраты
\Донятянгрнир

После нототения
Фиг. 4. 39. Натяжение поперечной оттяжкой пучка, например при

помощи домкратов, опирающихся на поперечные балки (по Дишингеру)
одновременно. Требуется, следовательно, одновременно большое число

натяжных устройств, которые должны быть устроены так, чтобы пучок в

натянутом состоянии можно было опереть на поперечные балки. Этот

спосЬб создания предварительного напряжения не имеет поэтому преимуществ по сравнению с натяжением за концы. Он потерял также свое значение и потому, что расположение натянутой арматуры вне поперечного

бетонного сечения сейчас почти не применяется по соображениям надежности.
Недавно Г. Кани [143] предложил размещать элементы натягиваемой

арматуры в узких щелях между двумя вертикальными стенками балки или

в середине пустотелых элементов сначала прямолинейно и приблизительно по центру (фиг. 4. 40). При этом расстояние между проволоками или

прядями должно быть не меньше 1 см, чтобы их можно было потом обето-

тонировать. Эти натягиваемые пучки сначала натягивают прямолинейно,

а затем в немногих точках изменения направления смещают вертикально

при помощи оттяжных хомутов настолько, чтобы получить желаемое вне-

центренное расположение натянутого кабеля. Эти’ хомуты должны быть

установлены в конструкции при укладке пучка. После вертикального смещения хомут при помощи стержней с резьбой и гаек закрепляется на предусмотренной высоте относительно бетона. В течение всего процесса натяжения не возникает никаких ограничений удлинения арматуры от трения

и Т; п.; кроме того, можно в любом месте пучка проверить напряжение.

Элементы арматуры можно установить по высоте с точностью до 1 мм и

проверить установку.
После натяжения производится обетонирование пучка; при этом сначала между старым бетоном вертикальных стенок балки и новым бетоном

вокруг пучка оставляется промежуток шириной 5 6 см. После затвердения бетона вокруг пучка отпускают в продольном направлении арматуру, и, таким образом, бетон, окружающий пучок, становится предварительно напряженным. Только после этого производят соединение бетона

конструкции с бетоном вокруг пучка, причем необходимо обеспечить их

совместную работу. Несомненно, такое комбинирование продольного натяжения с натяжением при помощи оттяжки исключает потери натяжения

от трения, и натянутая арматура оказывается заключенной в высококачественный предварительно напряженный бетон; достигаемая точность

также велика. Однако приходится иметь дело со многими рабочими операциями.
12 — 3206
177
--------------- page: 178 -----------
I Вето*
Поперечные сечгми®
р;^м»?ггН;<*
V/.
Ху%&&
ШШ2Ш212.
Последующая заливка

шва для связи
Фиг. 4. 40. Способ Кани с комбинированным натяжением

линейным в сочетании с поперечной оттяжкой на' примере

неразрезного моста из пустотелых балок.
Л.о хаюятепир
Фиг. 4. 41. Натяжение двойных пучков при помощи поперечного смещения обеих прядей (по Юбицу)'
--------------- page: 179 -----------
Парные пучки, заанкерованные на концах, можно также напрягать,

притягивая их друг к другу в поперечном направлении в одном или нескольких местах, или же оттягивая их друг от друга (фиг. 4. 41) [120].

Автор рассматривал этот вопрос еще в 1947 г., имея в виду создание предварительного напряжения стен нижнего этажа жилых зданий для защиты
е
Фиг. 4. 42а. Создание предварительного напряжения в стенах нижнего этажа жилых домов для защиты от оползней

(предложение Леонгардта, 1947 г.). Вид одной стены; пучки

охватывают кругом все четыре стены
их от оползней (фиг. 4. 42а). При этом предполагалось охватить нижний

этаж вверху и внизу, а пучки притянуть друг к другу в серединах стенок.

В стене можно предусмотреть борозды для пучков, так что их можно легко

защитить штукатуркой после натяжения.
Предварительное напряжение при помощи оттяжки в поперечном направлении рассматривал также Каммюллер [195].
Шаким же путем можно создать предварительное напряжение в кольцевом изделии с замкнутой арматурой, уложенной непрерывно вокруг этого изделия.

Если одновременно оттянуть натягиваемые проволоки в возможно

большем числе точек или последовательно в одной точке за другой

на величину А г~пу, то в кольце

возникнет равномерное растягивающее усилие. Натянутые проволоки нужно затем только защитить и соединить с обжимаемым

кольцом путем обетонировки (фиг.

4» 42 б). Фирма ВВЕ (Цюрих)

неоднократно с успехом применяла этот способ. При этом способе можно производить также натяжение ступенями, закрепляя на-

т я ну тую арматуру на каждой ступени при помощи покрытых

жестью бетонных клиньев.
12*
Фиг. 4. 426. Натяжение кольцевого пучка

посредством оттяжки по всему периметру

(фирма ВВК, Цюрих); создание предварительного напряжения в купольном покрытии бензохранилища
--------------- page: 180 -----------
4. 54. НАТЯЖЕНИЕ ПО ПРИНЦИПУ КОЛЕНЧАТОГО РЫЧАГА
После войны при натяжении арматуры в сборных балках неоднократно

использовался прием, основанный на принципе рычага [108]. Балка расчленяется посредине, и внизу, в месте стыка, устанавливаются шарнирные
После натяменця
&
Натянута» арматур®
Фиг. 4. 43. Натяжение арматуры посредством смещения элементов балки, расположенных под углом. В шве посередине

предусмотрен шарнир (по Фессену)
плиты. Для натягиваемого троса или пучка в нижнем поясе сделан паз, на

концах которого помещаются анкерные устройства. Оба элемента балки

устанавливают наклонно, в форме двускатных стропил (фиг. 4. 43). При

нагружении такой конструкции арматурный элемент натягивается и входит в паз, когда нижние пояса обоих элементов окажутся на одной прямой.

Паз и шарнирный стык заделываются. Расчетные длины пучка и элемен-
Поспе натяжения'
Фиг. 4. 44. Для предварительного обжатия цельной балки применяется стальной рычаг (по Фессену)
тов должны выдерживаться с большой точностью, чтобы обеспечить получение нужной силы натяжения.
По тому же принципу выполнялось натяжение арматуры цельных балок, без стыка, с помощью стального рычага (фиг. 4. 44). Способ этот уже

не применяется.
180
--------------- page: 181 -----------
4. 55. НАТЯЖНЫЕ ПЕТЛИ
В 1947 г. Лесаж (Льеж) [88] предложил применять раздвижку при помощи клиньев и перекрывающих петель (фиг. 4. 45), обеспечивая при таком натяжении неразрезность балок; щели для натяжения петель располагают там, где натягиваемая арматура проходит горизонтально и где сила
Г оризонтальный разрез
Натя/мм&е клинья
Вертикальный разрез
Фиг. 4. 45. Натяжение путем раздвижки клиньями

перекрывающихся петель, неподвижно закрепленных на другом конце (по Лесажу)
натяжения должна быть максимальной (фиг. 4. 46). Способ этот выгоден

тем, что при натяжении нигде не нужно опираться на бетон, но почему-то

практически испробован мало. Такой же эффект можно получить, применяя натяжные замки.
В. Баур (сотрудник автора) в 1949 г., не зная предложения Лесажа,

успешно применил этот принцип для создания предварительного напря-
6 ид сбоку
Окна для петель

натягиваемой арматуры
Фиг. 4. 46. Размещение точек натяжения при создании

предварительного напряжения в арматуре неразрезных

балок по методу, показанному на фиг. 4. 45
жения в резервуаре натяжением пучков прядей (фиг. 4. 47). При этом петли охватывали маленькие бетонные блоки, раздвигаемые в противоположные стороны домкратом.
О. Фельтер использует натяжные петли в так называемом «замковом

способе» акционерного общества «Карл Кюблер» (Штуттгарт). Петли пе-
182
--------------- page: 182 -----------
Продольный разрез
бетонный поршень
Нагнетательный трубопровод
Поперечный разрез по й-

&
'ПрядЛ
Нагнетательный /

трубопродоо

Натяжной блок

, с домкратам
Фиг. 4. 47. Натяжные петли пучков из прядей, закрепленные на бетонных блоках, раздвигаемых гидравлическими
(по В. Бауру)
домкратами
--------------- page: 183 -----------
Участок натяжения
Участок натяжений
[ Замкабыц элемент напряженной

] арматуры 8 на чипе натяжения
Замковый элемент напряженной

арматуры после натяжения
'у '//7777777777777777777777777//////////,
Фиг. 4. 48. Натяжные элементы с замками, снабженные петлями, которые перекрываются только в натянутом состоянии
(по Ф.ельтеру)
--------------- page: 184 -----------
Поперечный разрез

по я~й
Вид сбоку
Й~1 Латягидаемые проволоки
2 простаВпи
. Я Жестяные трубки
Фиг. 4. 49. Напряженный арматурный элемент, состоящий из

натянутых на заводе и закрепленных на сжатом внутреннем

стержне проволок с противоположным направлением навивки

(способ Шорера, США)
Предварительно напряженный пучковый элемент:

23 пряди по 12 проволок ф 2 мм
Ярматцра
Сердечник иэ збеньев, вид сбоку
Фиг. 4. 50а. Гибкие полые пучки из прядей системы Шало,

натягиваемые относительно расположенной внутри цепи из

шарнирных звеньев
184
--------------- page: 185 -----------
покрываются только после натяжения, так что для их соединения-после*

натяжения достаточно небольшого стального вкладыша (фиг. 4. 48) [215].

Натяжной домкрат, изображенный лишь схематически, устанавливается

снаружи в открытых щелях. Места натяжения размещают в менее нагруженных сечениях вследствие пониженной несущей способности петель;

использование для этих целей более нагруженных сечений возможно,-

только если тщательно учесть уменьшение несущей способности и компенсировать его увеличением площади сечения стали.
4. 56. ЭЛЕМЕНТЫ АРМАТУРЫ, ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАТЯНУТЫЕ
ДО УСТАНОВКИ
Шорер (США) разработал элементы предварительно напряженной

арматуры, которые натягиваются на фабрике при изготовлении и в натянутом состоянии укладываются в конструкцию для бетонирования на

строительстве. Как показано на фиг. 4. 49, натягиваемые проволоки наматывают на стальной стержень в два слоя с противоположным направлением навивки. Стальной стержень помещен в тонкой жестяной трубке.

При помощи проставок обеспечиваются небольшие зазоры между проволоками и трубкой, трубкой и стержнем. Проволоки при натяжении опираются на внутренний стержень; они анкеруются на концах стержня. Следовательно, сила натяжения воспринимается расположенным внутри

стержнем, работающим на сжатие. Элементы предварительно напряженной арматуры можно и в напряженном состоянии подвергать изгибу в пределах допустимых для стержня добавочных сжимающих напряжений от

изгиба, так как при этом боковые силы от натянутых проволок уравновешиваются боковыми силами сжатого сердечника — стержня. После

затвердения бетона силу натяжения проволок переносят на него, отпуская анкеровку концов; после этого можно вытащить стержень сердечника. В образовавшийся канал нагнетают раствор.
М. Шало (Париж) описывает («Тгауаих», август, 1949 г.) в отчете о

международной конференции по предварительно напряженному железобетону подобный же способ.
Предложенные им элементы

предварительно напряженной арматуры можно в натянутом состоянии подвергать

изгибу в размерах, требуемых для балок, так как

внутренний сжатый элемент

состоит из шарнирно связанных друг с другом коротких

толстых стальных звеньев.
На эту цепь наматывается

плотно лента из жести (фиг.
4.
ваются проволочные пряди

в два слоя с противоположным направлением навивки,

как в стальном тросе (фиг.
4; 506). Пряди анкеруются

на концах в цилиндре со

спиральной обмоткой, сквозь

который проходит внутренняя цепь шарнирных звеньев, подвижная в

продольном направлении. Образованный таким образом полый пучок
Фиг. 4. 506. Изготовление анкеров для элементов

предварительно напряженной арматуры системы

Шало
18$
--------------- page: 186 -----------
натягивают на стенде и передают обжатие на внутреннюю цепь из шарнирных звеньев.
При отпуске натянутого троса на стенде он укорачивается на величину

сжатия шарнирной цепи, причем должно теряться около 30% силы натяжения [125]. Выгоднее было бы уже в процессе натяжения опереться на

шарнирную цепь и таким образом избежать этого снижения силы натяжения.
Применение этих элементов предварительно напряженной арматуры

устраняет заботы о трении и сцеплении, так как натянутые проволоки бетонируются непосредственно в натянутом и изогнутом состоянии. Строительная фирма «Сосьетэ де гран Траво де Марсей» разработала сравнительно простую машину для изготовления таких элементов. Несмотря на

это, затраты труда и расход дорогостоящих шарнирных цепей столь высоки, что этот технически изящный способ пока не нашел большого распространения.
По этому способу изготовляются элементы предварительно напряженной арматуры с силой натяжения 55 и 80 т. Они получили применение в

1949 г. при строительстве моста через канал дю-Люен близ Парижа.
4. 57. СОЗДАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НАГРЕВОМ
Для натяжения арматурных элементов можно также использовать удлинение стали при нагреве. Этот способ применим в определенных границах, обусловленных прочностными характеристиками стали при повышенной температуре. Для холоднотянутых или термически улучшенных йро-

волок температура ■ не должна превосходить 300°С. Соответственно напряжение составит только около 7 000 кг!см2, чего не вполне достаточно

для использования высокопрочных сталей. Для твердых сталей удается

достигнуть нагревом нормальной величины предварительных напряжений.

Этот способ испробован Бильнером (США) и Фрейсине [150]. При этом

Бильнер бетонирует стальные проволоки в ненатянутом состоянии, предварительно покрывая их термопластическим составом (содержащим серу);

состав этот при нагреве размягчается и одновременно действует как

смазка. Для нагрева применяли электрический ток большой силы, но низкого напряжения. Указывается, что на 1 м длины требуется около 1 100 а

при напряжении 2 в, чтобы за 1 мин. нагреть проволоку диаметром 5 мм

до нужной температуры. Как только будет достигнута требуемая температура, проволока анкеруется по обоим концам; наступающее вслед за тем

охлаждение создает желаемое предварительное напряжение; покрытие

затвердевает и образует связь с бетоном. Способ это прост, но расход

электрической энергии велик.
4. 58. НЕПРЕРЫВНОЕ НАПРЯЖЕННОЕ АРМИРОВАНИЕ ОБМОТКОЙ
На основе метода обмотки резервуаров, описанного в гл. 16, фирмой

«Прилоуд-Кром» разработан способ обмотки балок1. Этот способ отличается очень низкими затратами труда. Натяжение проволоки производится исключительно машинами.
1 В нашем предисловии уже отмечено, что автором полностью обойден молчанием

■опыт разработки и применения метода непрерывного армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций, впервые предложенного в Советском Союзе

в начале 1941 г. («Строительная газета», № 11, 18 марта 1941 г. См. также В. В. Михайлов, «Метод непрерывного напряженного армирования железобетона», Госстрой-

издат, 1955 г.) и получившего в настоящее время развитие у нас и за рубежом.
Вопросы применения непрерывного армирования в железобетонных конструкциях

с предварительным и последующим натяжением, исследования их работы и особенностей технологии их изготовления, а также механизмы для непрерывного напряженного

армирования достаточно полно освещены в ряде послевоенных работ советских и иностранных авторов. (Прим. редактора.)
186
--------------- page: 187 -----------
Готовая балка длиной от 6 до 17 м устанавливается на круглую вращающуюся платформу (фиг. 4. 51 и 4. 52). Натягиваемая проволока анке-

руется на конце балки и путем вращения платформы наматывается много
Фиг. 4. 51. Способ обмотки балок фирмы «Прилоуд-Кром». Слева,

сзади, машина, которая приводит во вращение стол посредством

шарнирной цепи
витков, укладываемых в пазу вертикальной стенки балки. Проволока проходит при этом через волочильный

ветствует желаемой силе натяжения и одновременно повышает

прочность проволоки путем протяжки. Конец проволоки опять анкеру ется. Обмотка мостовой балки

для 16-м пролета 50 витками 5-мм

проволоки общим весом 115 кг

длится всего лишь 10 мин., установка и съем балки занимают еще

20 мин. Обмотка затем покрывается защитным слоем торкретбетона, который, по данным опытов,

обеспечивает также хорошее сцепление натянутой проволоки с

бетоном балки (фиг. 4. 53). Витки

проволоки могут сначала располагаться посредине стенки, а затем в двух—четырех точках средней части балки их можно отжать

книзу, чтобы они, располагаясь

там, более эффективно работали

ла изгиб.
4.
Существуют и другие способы,

ясак, например, способы обмотки

труб и резервуаров, способ обрусей, клиновый способ и т. п., описанные в гл. 16.
Было также предложено создавать предварительное напрязажим, сопротивление которого соот-
Фиг. 4. 52. Конец готовой балки с навитой

арматурой
Фиг. 4. 53. Нанесение защитного слоя из

торкретбетона
187
--------------- page: 188 -----------
жение применением расширяющегося цемента (с1теп1: ехрапз^)..
Лоссье во Франции в течение ряда лет занимался осуществлением этой

идеи [62]. Удалось изготовить бетон, который на первых этапах вызревания несколько увеличивается в объеме. Степень расширения, однако,,

оказалась совершенно недостаточной для натяжения заложенной в бетон

арматуры и не обеспечивала необходимой надежности1.
1 Результаты работ Лоссье и других исследователей, в том числе и советских, в

области использования расширяющихся цементов для получения так называемого само-

напряженного железобетона более значительны, чем это здесь представлено автором

настоящей книги.
Основные исследования, выполненные в этом направлении в Советском Союзе,,

освещены в работе проф. В. В. Михайлова «Самонапряженный железобетон», Гос-

стройиздат, 1955 г.
Краткий обзор общего состояния данного вопроса приведен в книге
КогЫгикае \У51;$рте зрге^опе (Предварительно напряженные конструкции), Варшава,

1955 г.
В обеих указанных работах имеются подробные перечни литературы. (Прим.

редактора.)
--------------- page: 189 -----------
Глава 5
5,
5.
Как изложено в гл. 1, мы различаем полное предварительное напряжение, при применении которого лишь в исключительных

случаях допускается появление в бетоне под действием эксплуатационных

нагрузок незначительных растягивающих напряжений, и неполное,

•или ограниченное, предварительное напряжение,

при котором в бетоне могут в отдельных местах возникать растягивающие
Фиг. 5. 1. Кривые зависимости прогиба от нагрузки,

характеризующие степень предварительного напряжения

балок. Как только в растянутой зоне бетона возникает

трещина, прогиб быстро возрастает
напряжения значительной величины, определяемые по формулам стадии 1.

Наконец, существуют еще более слабые степени предварительного напряжения, при которых в результате растяжения бетона, как 'в обычном железобетоне, обязательно образуются трещины, и, следовательно, расчет

выполняется по стадии 2. Такие конструкции в Германии почти не применяются; они рассматриваются в разных случаях как «частично предварительно напряженные».
Фиг. 5. 1 характеризует различные степени предварительного напряжения соответствующими кривыми зависимости прогиба от нагрузки, которые отчетливо показывают, как степени предварительного напряжения

отличаются друг от друга переходом от стадии 1 к стадии 2.
Мнения о том, можно ли и до какого предела допускать растягивающие напряжения в бетоне, рассчитанные для стадии 1, сильно расходятся.

Фрейсине и его школа категорически отклоняют применение ограниченного предварительного напряжения, но Финстервельдер защищает его ар-
189
--------------- page: 190 -----------
гументами, которые отчасти оспаривались [156]; с другой стороны, его

практические достижения значительны.
Автор настоящей книги занимает промежуточную позицию и считает

приемлемыми оба решения, каждое в определенных условиях. Несомненно, конечно, что полное предварительное напряжение позволяет получить более качественные сооружения, так как снижает влияние потерь,

натяжения вследствие усадки и ползучести и полностью исключает появление трещин в бетоне, устраняя важнейшую из причин возникновения в

дальнейшем повреждений. С другой стороны, ничего нельзя возразить

против ограниченного предварительного напряжения, если от воздействия

постоянной нагрузки наверняка не возникает растягивающих напряжений,,

полезная нагрузка прилагается не часто и сооружение не подвергается

никаким резким климатическим воздействиям. Железобетон с ограниченным предварительным напряжением является промежуточным между

обычным железобетоном и собственно напряженно армированным железобетоном.
Как целесообразно сконструированные соооружения из обычного железобетона оправдали себя в течение ряда десятилетий, так, естественно*

оправдают себя и правильно выполненные -напряженно армированные

сооружения с ограниченным предварительным напряжением, поскольку

такие конструкции во всяком случае более совершенны по сравнению с

конструкциями из железобетона с ненатянутой арматурой. Ниже сделана

попытка сформулировать правила по выбору степени предварительного-

напряжения.
5.
В соответствии с определением растягивающие напряжения, возникающие при изгибе под действием эксплуатационных нагрузок при полном

предварительном напряжении, практически совершенно устраняются. Все

поперечное сечение бетона эффективно участвует в работе на изгиб до

достижения полной допускаемой нагрузки, и расчет соответственно ведется:

для стадии 1. Если максимальный момент возникает от суммирования

нескольких видов нагрузки, одновременное действие которых мало вероятно, то по нормам 4-227 допускаются небольшие растягивающие напряжения от изгиба. Разрешаются также растягивающие напряжения при

некоторых кратковременных монтажных воздействиях, но при этом вследствие явлений, поясняемых на фиг. 5. 4 и 5. 5 и в п. 5. 3, рекомендуется

соблюдать осторожность.
Для воспринятая главных растягивающих (косых) напряжений, вызываемых поперечными усилиями, как показывают опыты, при полном предварительном напряжении, в большинстве случаев достаточно продольного1

натяжения (см. гл. 10 и 11). Если главные растягивающие напряжения

превосходят допускаемые, то необходимо дополнительное предварительное

напряжение в направлении действия усилия от нагрузки.
При полном предварительном напряжении деформации стали изменяются в пределах линейности (фиг. 1.12), а величины изменений напряжения в арматуре по сравнению с установившимися очень малы и сохраняют постоянный характер. Напряжения сцепления между элементами

натянутой арматуры и бетоном, как показано в гл. 6, становятся весьма

незначительными. Совместно работающее поперечное сечение сохраняется

неизменным по своему качеству, и деформации остаются малыми, так как

нет скачкообразного перехода к более деформативной стадии 2.
Благодаря малому напряжению сцепления и незначительным изменениям напряжений стали напряженно армированные конструкции с полным
--------------- page: 191 -----------
предварительным напряжением особенно выгодны при динамических нагрузках, так как предел выносливости бетона, нагруженного только на

сжатие, достигает 70-^80% статического предела прочности при сжатии.

Выдерживаемые сталью величины отклонений напряжений асимметричного цикла, превышающие 0^=0^, для всех сталей, применяемых в качестве натянутой арматуры, значительно превышают низкие переменные напряжения стадии 1.
Конструкции с полным предварительным напряжением особенно приемлемы для железнодорожных мостов; они, согласно действующим нормам, обладают существенно большим коэффициентом запаса прочности

при переменных нагрузках, чем, например, стальные мосты или мосты из

обыкновенного железобетона.
5.
При ограниченном предварительном напряжении предполагается возможность использования прочности бетона при растяжении. Из экспериментов и из практики известно, что это сопротивление растяжению с течением времени может быть использовано только в том случае, если

удастся избежать усадочных напряжений и перепадов температуры в

бетоне.
В условиях строительства эти условия никогда не имеют места. Еще

при бетонировании элементов напряженно армированных конструкций

во многих случаях только от выделения теплоты схватывания возникали

значительные трещины на охлаждающихся наружных поверхностях, в то

время как нагретое ядро элемента оставалось целым. Аналогичные напряжения, вызывающие появление трещин, возникают от усадки, распространяющейся снаружи внутрь и, следовательно, тоже приводящей к более быстрому укорочению наружных волокон. Между тем, как раз-наружные поверхности, на которых под нагрузкой возникают высокие напряжения в крайних волокнах, испытывают также в.первое время значительные

собственные растягивающие напряжения.
В гл. 4. 42 было указано, как можно предотвратить возникновение

трещин такого происхождения путем применения раннего (предварительного напряжения.
Однако в дальнейшем возникают все время аналогичные растягивающие напряжения по причинам, указанным уже в гл. 1. 1. Доказательством

этого могут служить частые трещины в выступающих армированных деталях мостов.
Даже в лабораторных условиях трудно получить бетон с ненарушенным сопротивлением растяжению; подавно нельзя рассчитывать на практическую возможность надлежащего использования сопротивления растяжению бетона, если не учтены каким-либо образом вычисленные собственные растягивающие напряжения. Только в элементах небольшого

размера, подвергнутых надлежащей обработке, например в железнодорожных шпалах, можно рассчитывать на заметную долю участия сопротивления растяжению бетона в работе элемента под действием внешних

сил; это, однако, не относится к крупноразмерным конструкциям, находящимся в переменных климатических условиях.
При ограниченном предварительном напряжении нормами БШ 4227

допускаются растягивающие напряжения в бетоне, соответствующие величине ненарушенного предела прочности бетона при растяжении, тогда как

обычно допускаемые напряжения принимаются с коэффициентом запаса

прочности, равным 2-^3 по отношению к гарантированной прочности.
С практической точки зрения, принятие допускаемых растягивающих

напряжений такого порядка во многих случаях оправдано; нужно, однако*
19!
--------------- page: 192 -----------
-ясно представлять себе, что в бетоне при соответствующих нагрузках могут возникнуть трещины; волосные трещины, хотя и не обнаруживаемые

невооруженным глазом, могут иметься еще до создания предварительного

напряжения. Таким образом, стадия 1 (в растянутой зоне бетона нет

трещин) как предпосылка для расчетного определения растягивающих

напряжений в бетоне часто оказывается неприемлемой.
Нужно поэтому рассматривать стадию 1 для элементов с ограниченным

^предварительным напряжением как расчетное допущение, отклоняющееся

от действительности и служащее лишь для того, чтобы определять для

.целей практики предельные величины напряжений в растянутой зоне.

Отсюда вытекает также необходимость компенсировать найденную исходя

из стадии 1 площадь треугольника растягивающих напряжений путем

укладки ненатянутой арматурой или же рассчитать сечение этой арматуры

по стадии 2.
При проектировании, следовательно, необходимо иметь в виду, что

если допускается использование высоких растягивающих напряжений, то

.в растянутой зоне от эксплуатационной нагрузки могут возникнуть трещины; в результате напряжения в арматуре возрастут скачком в соответствии с фиг. 1.12. Если волосные трещины имелись еще раньше, то напряжения в арматуре будут меняться по более пологой ветви кривой стадии 2 с точкой перелома или по кривой.
Сознающий свою ответственность конструктор должен поэтому

уменьшить а*оп на величину возможного увеличения напряжения под

эксплуатационной нагрузкой при стадии 2.
При образовании трещин сцепление между сталью и бетоном внезапно

подвергается значительной перегрузке (см. гл. 6). Если при этом будет

превзойдена прочность сцепления, то трещина раскрывается. При ограниченном предварительном напряжении необходима поэтому хорошая связь

стали с бетоном, чтобы ширина трещин оставалась малой.
Как и в обыкновенном железобетоне, здесь тоже связь

гладких стержней с бетоном

одним только непосредственным сцеплением недостаточна.

К тому же сцепление бетона с

гладкой поверхностью тех видов стали, которые используются в качестве натянутой арматуры, или с гладкими трубками

значительно меньше, чем с

обычной горячекатанной круглой сталью, особенно слегка

покрытой ржавчиной.
Кроме того, от характера

связи зависит, следует ли при

ограниченном предварительном

напряжении распределять натянутую арматуру по поперечному сечению или же можно

распределить я”яс^ойаР«^РУ п°
матурный элемент. При непро-

филированных прямолинейных

стержнях или гладких трубках связь только непосредственным сцеплением

требует распределения арматуры по сечению (фиг. 5. 2). Если криволи-

нейность арматурного элемента значительна, так что действует еще и

связь из-за трения, то распределение арматуры уже не так существенно.
Э О. о с

з,-ата-.ЕУ
Попатигпепьныр
М
эос
Отрицательные
М
Фиг. 5.2. Если анкеровка арматуры обеспечивается сцеплением, то при ограниченном

предварительном напряжении следует хорошо
192
--------------- page: 193 -----------
При дополнительной связи, работающей на срез, возникающей, например,

если поместить пучок прядей в профилированном кожухе из кровельной

стали, можно натягиваемую арматуру объединить, как это доказывают

испытания на разрушение, описанные в гл. 18.
Ненатянутая арматура, необходимая для того, чтобы воспринять растягивающие напряжения бетона, при применении таких составных арматурных натягиваемых элементов должна состоять из стержней периодического профиля с высоким сопротивлением скольжению, распределенных

по контуру сечения (фиг. 5. 3). Такое расположение этих стержней

приводит к тому, что расстояние между трещинами

становится малым, и, следовательно, ширина их тоже

мала.
При многократно повторяющейся или знакопеременной нагрузке, за редкими исключениями, вообще

нельзя учитывать сопротивление бетона растяжению.
Как и в обычном железобетоне, следует учесть, что в

этих случаях связь, основанная только на сцеплении,

в напряженно армированных элементах, работающих

по стадии 2, как и в обычном железобетоне, теряется

все более и более.
Ограниченное предварительное напряжение неприемлемо для железнодорожных мостов или других

аналогичных конструкций. На германских федеральных

железных дорогах не разрешается поэтому применение

ограниченного предварительного напряжения в железнодорожных мостах.
Применение ограниченного предварительного напряжения уместно для тех случаев, когда расчетные

максимальные нагрузки, насколько можно предвидеть,

не достигаются совсем или достигаются редко. К этой

категории относятся конструкции, в которых преобладают постоянные нагрузки и которые не подвергаются

неблагоприятным воздействиям погоды.
Такие условия имеют место в конструкциях зданий, в которых допустимо появление волосных трещин в растянутой зоне бетона при полной

полезной нагрузке. Конструкцию следует рассчитывать так, чтобы при

половинной нагрузке еще не возникали растягивающие напряжения в бетоне, чтобы образующиеся при полной нагрузке волосные трещины при

действии только собственного веса или умеренных полезных нагрузок

снова закрывались от обжатия.
В автодорожных мостах можно применять ограниченное предварительное напряжение в тех элементах, в которые не попадает дождевая вода:

в растянутых поясах под проезжим полотном или, если полотно имеет

плотное покрытие, также и вверху. При этом нужно принять за правило,

чтббы при 3/б полной эксплуатационной нагрузки, т. е. при нормальном

движении, еще не возникли растягивающие напряжения. Как известно,

Максимальный момент в элементах моста возникает тем реже, чем больше

величина площади моста, которая должна быть нагружена для создания

этого момента. Соответственно ограниченное предварительное напряжение в мостах допустимо скорее при больших пролетах и широких мостах,

в другой стороны, его следует применять только в том случае, если в

надлежащей степени учитывается влияние трения в криволинейных

арматурных элементах натянутой арматуры, так что сила натяжения

в расчетном сечении не может оказаться вследствие высокого сопротивления меньше, чем проектная.
Стержни с высоки**

сопротивлением
I 1
*
пению
\|
пш *
о : :

0 г я_ _ *
: в
•_ , _й
Фиг. 5.3. При использовании концентрированных

натягиваемых арматурных элементов малое расстояние между трещинами обеспечивается уложенными по

контуру сечения

стер ленями обыкновенной арматуры

из стали периодического профиля
13 — 3206
193
--------------- page: 194 -----------
При постоянной нагрузке следует во всех случаях избегать, даже во

время строительства, растягивающих напряжений в бетоне, превышающих 5-^Ю кг/сж2, так как при частичном образовании трещин предварительно напряженное поперечное сечение вследствие деформаций ползучести снижает отчасти свою нормальную несущую способность.
Это обстоятельство обнаружилось, между прочим, при испытаниях

опытных балок и связано со следующими процессами. Пусть простая

балка при постоянной нагрузке испытывает вверху растягивающие напряжения порядка 30 кг/см2, которые воспринимаются ненатянутой арматурой (фиг. 5. 4). В нижней зоне пусть действуют высокие предварительные
Фиг. 5. 4. Если при действии ^ вверху возникают растягивающие напряжения, а внизу высокие сжимающие напряжения, то проявление ползучести в нижнем поясе приводит к

возникновению трещин вверху
напряжения сжатия. Нужно заметить, что волосные трещины вверху

могут возникнуть не только от собственных напряжений, но и вследствие

проявления ползучести в предварительно сжатой зоне. При этом сжимающие напряжения внизу увеличатся, ползучесть усилится и трещиньг

начнут раскрываться и удлиняться книзу. Вследствие этого сжимающие

напряжения в предварительно сжатой зоне растяжения возрастут еще

больше, балка выгнется кверху, напряжения в верхней арматуре должны

будут возрасти, а трещины раскрыться еще сильнее. На фиг. 5. 5 показаны
Фиг. 5. 5. Вследствие ползучести бетона балка, изображенная на фиг. 5.4, принимает форму, представленную здесь

с некоторым искажением (в сторону преувеличения)
в увеличенном виде такие деформации балки. Для восприятия полезной

нагрузки может быть использована, следовательно, только высота сече-

ния под трещиной. Верхняя арматура при приложении полезной нагрузки

сперва не испытывает сжатия, так как она растянута. Вследствие уменьшения эффективной высоты сечения предварительное сжимающее напряжение исчерпывается при значительно меньшей нагрузке, чем та, которая была получена расчетом по полному поперечному сечению для

стадии 1. Таким образом, в эксплуатационных условиях несущая спо;

собность балки при расчете по допускаемым напряжениям оказывается

значительно сниженной. На величину разрушающей нагрузки эти явления

действуют в меньшей степени, так как после появления трещин в нижней
194’
--------------- page: 195 -----------
зоне трещины в верхней, сжатой, зоне снова закрываются, и таким образом в балке снова используется полная высота сечения.
В опытных балках (по фиг. 5. 4) после недельного роста деформаций

ползучести нагрузка, вызывающая трещины, была равна 7,5 против
9
напряжения вверху были устранены предварительной пригрузкой,
■ При применении ограниченного- предварительного напряжения про-

верка запаса против ^разрушения (см. гл. 13) должна выполняться особенно тщательно, так как обычно натянутой арматуры недостаточно,

чтобы обеспечить величину разрушающего момента, требуемую для обеспечения надлежащей надежности. В таком случае нужно добавлять обыкновенную ненатянутую арматуру (по возможности из стали периодического профиля); эту арматуру следует располагать густо и близко к краям

сечения, чтобы она способствовала уменьшению расстояний между трещинами.
5.
Если допустить еще большие растягивающие напряжения, чем это

разрешают правила применения ограниченного предварительного напряжения, то уже больше нельзя говорить о предварительно напряженном

железобетоне и вести расчет по стадии 1, а нужно полагать, что растянутая зона, как в обыкновенном железобетоне, вышла из строя. Расчет,

таким образом, ведется на изгиб при наличии осевого сжатия. Умеренное

предварительное напряжение замедляет образование трещин.
Эмпергер предложил в 1938 г. наряду с некоторым уменьшением сечения арматуры, рассчитанной как для обычного железобетона, укладывать

натянутые проволоки, чтобы благодаря полученной этим способом улучшенной картине образования трещин использовать более высокие допускаемые напряжения в ненатянутой арматуре [7, 35]. Серьезных преимуществ' этим способом добиться нельзя. Абелес [150] развил эту мысль

дальше и доказал опытами, что можно сохранить раскрытие трещин при

эксплуатационной нагрузке в допустимых пределах, если натянуть только

от 40 до 60% арматуры (до или после бетонирования), а остальную ненатянутую арматуру принять из высокопрочной проволоки диаметром 5 мм

е шероховатой поверхностью и применить особенно хороший бетон, чтобы

получить лучшее сцепление с арматурой. Абелес установил, что таким

способом можно повысить допускаемые напряжения ненатянутой арматуры до 4 ООО -г- 5 ООО /сг/сж2 и при этом ширина трещины не превысит

0,2 мм. Улучшение картины образования трещин путем использования

тонких стержней периодического профиля с хорошим сопротивлением

скольжению показано также в работе Сарасана в 1945 г. [107].
Благодаря использованию частичного предварительного напряжения

достигается то, что трещины, образовавшиеся под действием эксплуатационной нагрузки, при соответствующей разгрузке целиком или

частично закрываются.
При определении разрушающей нагрузки можно использовать прочность натянутых и ненатянутых проволок, так что при расчете конструкций с частичным предварительным напряжением по стадии разрушения

требуется не больше стали, чем при расчете конструкций с полным предварительным напряжением. Таким образом, получается известная эконо-

мия от того, что часть уложенной в бетон арматуры не приходится

натягивать.
Предложенный Абелесом способ применения частичного предварительного напряжения может дать небольшие экономические выгоды в
13*
195
--------------- page: 196 -----------
сборных деталях, которые не часто подвергаются полной нагрузке и применяются в защищенных от внешних воздействий сооружениях.
5.
О
Конструкции с ограниченным предварительным напряжением более

экономичны, чем конструкции с полным предварительным напряжением,

прежде всего в тех случаях, когда полезная или переменная нагрузка

велика по сравнению с постоянной. В зависимости от этого отношения

при ограниченном предварительном напряжении можно уменьшить при-

мерно на 25% сечение натянутой арматуры и некоторое количество

бетона, так как можно уменьшить размеры предварительно обжатого

пояса. Экономии некоторого количества стали для натянутой арматуры

нужно противопоставить некоторое увеличение расхода обыкновенной,

ненатянутой, арматуры.
Таким образом, к применению ограниченного предварительного напряжения побуждают в первую очередь экономические соображения. В конкурентной борьбе, естественно, возможная экономия стали и бетона от

применения ограниченного предварительного напряжения играет некоторую роль. До тех пор, пока применение ограниченного предварительного

напряжения не приводит к снижению технических качеств, достигаемая

этим способом экономия имеет ценность для народного хозяйства.
При объявлении конкурсов на сооружения необходимо точно определить требуемую степень предварительного напряжения для того, чтобы

предложения фирм были сравнимы между собой.
--------------- page: 197 -----------
Глава 6
6.
6. 1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Значение сцепления между натянутой арматурой и бетоном оценивалось различно в процессе развития напряженно армированных конструкций. Вначале применяли конструкции с натяжением арматуры до бетонирования, в которых нужное сцепление достигалось само собой. При таком

непосредственном сцеплении не возникает никаких проблем, если применяются проволоки или стержни с высоким сопротивлением скольжению,

которые анкеруются только благодаря сцеплению с бетоном (см. 3. 13).
В конструкциях с последующим натяжением раньше покрывали арма-

туру обмазкой, облегчающей скольжение, или обертывали ее битуминизи-

рованной бумагой, или даже помещали арматуру вне сечения бетона и,

полагаясь на анкеровку по концам, отказывались от сцепления (см. гл, 20).

В то время еще недостаточно понимали значение, которое имеет сцепление для несущей способности (более подробно этот вопрос будет

пояснен ниже). В настоящее время и в таких конструкциях за немногими

исключениями обеспечивают дополнительно монолитную связь стали с

бетоном. Этим достигают: защиты арматуры от коррозии, повышения

коэффициента запаса прочности, необходимого при ограниченном предварительном напряжении, уменьшения расстояния между трещинами.
6. 2. ВЛИЯНИЕ ОБЕСПЕЧЕННОГО СЦЕПЛЕНИЯ
6.
Сталь, применяемая в качестве натянутой арматуры, должна, естественно, быть защищена в сооружении от ржавления. В конструкциях без

начального сцепления этого большей частью достигают защитной антикоррозийной окраской арматуры. Более надежным, однако, является

покрытие арматуры цементным раствором, который, как известно, превосходно защищает от ржавчины. Такая защита может осуществляться путем

непосредственного обетонирования или нагнетания цементного раствора

(см. гл. 6 и 8).
Строители, применяющие стальные стержни крупных диаметров из

твердых сталей, часто в конкурентной борьбе против высокопрочной проволоки приводили в качестве аргумента то, что тонкие проволоки более

подвержены опасности ржавления. Этот аргумент, казалось, очень ясно

подкрепляется сравнением чисел, показывающих, что переходящий в

ржавчину слой в 0,1 мм на поверхности стержня диаметром 26 мм составляет только 1,5% площади поперечного сечения, а на поверхности проволоки диаметром 3 мм — уже 13%.
197
--------------- page: 198 -----------
Несомненно, тонкую проволоку до ее укладки нужно более тщательно

защищать от ржавления, чем стержни крупных диаметров. Такая защита

предписывается в Германии правилами; бухты проволоки поставляются

обмотанными бумагой и должны храниться в помещении.
Между укладкой арматуры и нагнетанием цементного раствора большей частью проходит только от 6 до 8 недель; в течение этого времени

и тонкие проволоки практически не ржавеют; если этот срок превысит
3
проволоки от ржавления, например, растворимым в воде маслом («До-

накс С», фирма «Шелл»). Такая защита от ржавления нужна, впрочем,

и для стержней крупных диаметров, так как в противном случае могут

возникнуть затруднения в их натяжении (см. опыт строительства моста

через Верхний Рейн, близ Брегенца).
Когда проволока после натяжения тщательно защищена раствором

или же непосредственно покрыта бетоном при стендовой технологии, то

опасность ржавления устраняется, так как раскрытие трещин благодаря

предварительному напряжению исключено. Если проволоки помещены

в жестяных трубках, то можно не опасаться ржавления даже в местах

трещин или небольших раковин в заинъектированком растворе, так как

забетонированные жестяные трубки плотно охватывают проволоки, вследствие чего отсутствует необходимое для коррозионных процессов проникновение воздуха.
Снижение прочности незащищенных проволок при их хранении наблюдается только через продолжительное время.
Опытным путем установлено, что после 11 “Месячного выдерживания на

открытом воздухе разрушающая нагрузка прядей (7 0 3 мм) снизилась

в среднем на 7%. Пряди внешне выглядели при этом сильно заржавев-

шими, но проволока сердечника и внутренние поверхности проволок были

практически свободны от ржавчины. Термически улучшенная проволока

в этом отношении требует более осторожного обращения вследствие упомянутой выше межкристаллической коррозии, которой благоприятствует

напряженное состояние.
Можно, однако, считать установленным, что, применяя тонкие проволоки, можно изготовлять столь же качественные напряженно армирован-

ные конструкции, как и при стержнях крупных диаметров, так как при

правильном ведении работ каждый из этих видов стали не имеет преимуществ в отношении опасности ржавления.
6.
Чтобы пояснить влияние сцепления арматуры с бетоном на «несущую

способность напряженно армированной балки, сравним процессы работы

балки до момента разрушения при наличии сцепления и без него. При

повышении нагруз.ки в обоих случаях первая трещина проявляется в

месте максимальных растягивающих напряжений, в результате чего

скачкообразно возрастает напряжение в арматуре, как было показано

выше, на фиг. 1.12. Если сцепление отсутствует, то это повышение напряжений распространяется на всю длину арматурного элемента от анкеровки до анкеровки, если только оно не будет уменьшено трением в местах

изменения направления арматуры. Увеличение* напряжений на большой

длине означает, однако, большие удлинения и,- таким образом, быстрое

раскрытие трещин (фиг. 6. 1). Рядом с первой трещиной в области дей-.

ствия больших моментов возникает еще небольшое количество трещин

с расстоянием между ними, большим, чем высота балки. Нейтральная ось
198
--------------- page: 199 -----------
Фиг. 6. 1. Применение предварительно напряженной арматуры, не связанной с бетоном, при перегрузках может привести к образованию немногочисленных зияющих трещин, разветвляющихся вверху в горизонтальном направлении
--------------- page: 200 -----------
быстро смещается кверху и уменьшает сжатую зону, так что несущая

способность балки в сжатом поясе оказывается рано исчерпанной. При

отсутствии сцепления, следовательно, падает величина разрушающей нагрузки, снижается коэффициент запаса прочности, так как становится

невозможным использование прочности натянутой арматуры.
Распределение трещин при криволинейных арматурных элементах

имеет несколько более благоприятный характер, так как напряжения в

стали в местах изменения направления арматуры снижаются от действия,

сопротивления трения. Однако преждевременный выход из строя балок

по-прежнему имеет место [217].
Если рассчитать такую балку по допускаемым напряжениям, то при

испытании на разрушение оказывается, что не обеспечивается номинальный коэффициент запаса прочности, равный 2,5 по отношению к эксплуатационной нагрузке. Чтобы получить требуемый коэффициент запаса

прочности без сцепления, нужно было бы, исходя из заданной эксплуатационной нагрузки, придать балке слишком большие размеры или же снизить допускаемые напряжения, что, конечно, было бы экономически

невыгодно.
Ранний выход из строя устраняется сцеплением стали с бетоном: напряжения сцепления (т. е. напряжения сдвига между элементом арматуры:

и бетоном) снижают возникшее у первой трещины повышение напряжений стали; повышенное напряжение стали ае действует в зависимости от

качества связи на небольшой длине и приводит к малому удлинению,

а следовательно, к малому раскрытию трещин (фиг. 6. 2).
Благодаря напряжениям сцепления'

растягивающее напряжение в бетоне вблизи трещин сохраняет свое значение и с

повышением нагрузки опять растет, так

что другие трещины образуются на небольшом расстоянии от первых. Таким*

образом, при начале разрушения балки

со сцеплением видно множество трещин,,

которые лишь медленно распространяются кверху. Соответственно медленно передвигается вверх нейтральная ось; напряжение стали в области трещины может

быть существенно повышено при достаточных размерах сжатой зоны. В большинстве случаев, только когда сталь

начнет течь, трещина раскрывается настолько, что как следствие этого наступает

разрушение сжатой зоны. Слабая сжатая

зона может разрушиться и до достижения*

предела текучести стали.
Благодаря сцеплению арматуры с бетоном и полному использованию прочности стали можно получить достаточные,,

такие же, как в обычном железобетоне,

коэффициенты запаса прочности. Таким образом, необходимость в обеспечении нужного коэффициента запаса прочности вынуждает восстанавливать сцепление, если хотят избежать повышенных затрат стали.
В качестве промежуточного решения предлагалось также помещать,

рядом с элементом натянутой арматуры, уложенным без сцепления,

ненатянутую арматуру, хорошо связанную с бетоном. При этом ненатянутая арматура должна быть применена в большом количестве, чтобы»
Натянутая
Трещина
Фиг. 6. 2. Благодаря сцеплению

возникающее вблизи трещины повышенное напряжение стали быстро затухает. Растягивающее напряжение бетона около трещины

снова возрастает, возникают новые

трещины. Эпюры ое , аь , х*
--------------- page: 201 -----------
полностью заменить выключающуюся после растрескивания растянутую

зону бетона. Это приводит к неэкономному расходованию стали.
При отсутствии сцепления арматуры с бетоном разрушающая нагрузка

приблизительно на 20 -г- 35% ниже, чем при наличии сцепления при прочих равных условиях.
6.
§
Из теории железобетона известно, что расстояние между трещинами

зависит от прочности сцепления (сопротивления скольжению), от распределения арматуры по поперечному сечению бетона, от коэффициента

армирования растянутой зоны бетона, от расстояний между стержнями

арматуры, расположенными по контуру сечения, и от стержней до наружных поверхностей бетона..Теперь, когда выяснено значение сцепления для

напряженно армированных конструкций, появилась тенденция добиваться

и здесь такого же хорошего сцепления, как в современных конструкциях

из обычного железобетона, применяя, например, арматурную сталь

периодического профиля.
Но между обычным и предварительно напряженным железобетоном

имеется существенное различие, которое сказывается на требуемой степени сцепления стали с бетоном. В конструкциях из обычного железобетона уже при эксплуатационных нагрузках приходится учитывать образование трещин и заботиться о минимальном расстоянии между трещинами; возникшими под действием этой нагрузки, с тем чтобы при

допускаемых напряжениях в арматуре обеспечить достаточно малую

ширину раскрытия трещин в 0,2 0,3 мм. Необходимая для работы балки

передача усилий сдвига между растянутым и сжатым поясами может

осуществляться в обычном железобетоне только благодаря сцеплению

арматуры с бетоном на участках между трещинами. Поэтому обеспечение сцепления в обыкновенном железобетоне необходимо и имеет решающее значение. При достижении эксплуатационной нагрузки это сцепление в непосредственной близости от многочисленных волосных трещин

бывает уже нарушено. Несмотря на это, сцепление должно обеспечить

возможность дальнейшего повышения нагрузки в 1,75 -т- 2,5 раза, т. е. до

разрушения. При достижении разрушающей нагрузки совместная работа

стали с бетоном бывает в более или менее полной мере нарушена.
Наоборот, в напряженно армированных конструкциях при эксплуатационной нагрузке трещины отсутствуют и эффект сцепления почти не

используется. Передача усилий сдвига, как в каждом однородном строительном материале, происходит внутри ненарушенного сечения бетона и

не зависит от наличия связи его с натянутой арматурой. Поэтому напряженно армированные балки способны нести эксплуатационную нагрузку

независимо от наличия связи бетона с арматурой. При наличии этой

связи развиваются незначительные напряжения сдвига, которые возникают от присоединения небольшого (увеличенного в п раз) поперечного

сечения стали к общему сечению бетона (см. 11. 44).
Только при превышении эксплуатационной нагрузки и с появлением

трещин в растянутой зоне бетона возникает необходимость в сцеплении.
Но в этом случае задача сцепления не в том, чтобы обеспечивать

малое расстояние между трещинами и этим ограничить их раскрытие,

а только в том, чтобы помочь обеспечить требуемый коэффициент запаса

Прочности. При этом неважно, будет ли расстояние между трещинами
10
Не следует забывать, что рассмотрение состояния разрушения и тре-

Щинообразования относится лишь к расчетному определению коэффициента запаса прочности, в то время как в действительности напряженно
201
--------------- page: 202 -----------
армированная балка под действием наивысшей допускаемой нагрузки

остается свободной от трещин (при полном предварительном напряжении!), а трещины, возникшие при большой перегрузке в напряженно

армированных элементах, после их разгрузки в отличие от элементов из

обычного железобетона снова закрываются.
Таким образом, сцепление арматуры и бетона должно быть рассчитано

только на то, чтобы обеспечить коэффициент запаса прочности.
Ясно, что для выполнения этой задачи нужна соответственно меньшая

степень сцепления. В конструкциях с ограниченным предварительным напряжением необходимость в наличии сцепления начинает ощущаться

несколько ранее, чем при полном предварительном напряжении, так как

трещины могут образоваться еще при эксплуатационных нагрузках. Если,

однако, придерживаться обоснованных в 5. 3 правил расчета сечений,

то трещины, даже при умеренной величине сцепления, не могут стать

недопустимо широкими. Значит и здесь не нужна такая высококачественная связь, как в обычном железобетоне.
Для определения степени сцепления, необходимой при различных сортах арматуры и различных видах арматурных элементов, приходится в

основном исходить из опытов, проведенных за последние годы. Некоторое

число опытов описано в гл. 18.
Опыты показали, что даже кожухи с гладкими стенками из черной

листовой стали для составных арматурных элементов или жестяные

трубки с гладкими стенками для отдельных стержней дают достаточное

сцепление при заливке хорошим раствором, хотя прочность сцепления

таких оболочек с бетоном не так уж высока.
Нужно иметь в виду, что в жестяных оболочках действуют не только

силы сцепления, но прежде всего трение. В противоположность обычному железобетону арматура напряженно армированных конструкций

сильно натянута, так что в каждом перегибе, даже если он вызван только

прогибами балки, возникают большие боковые силы и с ними значительные силы трения, препятствующие скольжению и усиливающие эффект

связи.
Во всяком случае накопленный опыт показывает, что сцепление,

приобретаемое благодаря нагнетанию раствора, достаточно, чтобы получить рассчитанный по гл. 13 коэффициент запаса прочности, и не нуждается в расчетной проверке.
В исключительных случаях, особенно при ограниченном предварительном напряжении и невыгодных условиях нагружения или при коротких тяжело нагруженных балках, молено еще улучшить связь мерами,

■описанными в гл. 7, обеспечивая между всеми частями арматурного элемента и бетоном связь, работающую на срез.
Конечно, если омоиоличивание выполняется неправильно, например,

как делается в течение многих лет, путем нагнетания (в каналы) под

большим давлением или с большой скоростью очень жидкого цементного

молока, то образуются воздушные включения. Это приводит к снижению

необходимого запаса прочности, как показало нагружение Лондонского

моста, построенного в 1950 г. с пучками системы Фрейсине [157]. При

восстановлении сцепления нужно, следовательно, тщательно выполнять

указания гл. 8.
6.
В сборных элементах, как, например, в железнодорожных шпалах и

балках перекрытий зданий, применяют гладкие стальные стержни, покрытые, например, битумом, натягиваемые после бетонирования. При этом
202
--------------- page: 203 -----------
образуется частичная связь, которую можно считать достаточной для

небольших строительных деталей, если опытами проверено, что требуемый

коэффициент запаса прочности достигнут.
Бывают также случаи, в которых сцепление не играет такой роли в

обеспечении коэффициента запаса прочности, как у подвергаемых изгибу

балок. Так, например, эта частичная связь при помощи покрытия натянутой арматуры битумом может применяться во всех случаях там, где

нужно только повысить трещиноустойчивость, или там, где натянутая

арматура, например в натянутых хомутах балок, настолько коротка, что

распространение напряжения стали на всю длину натянутой проволоки

не приведет к большому увеличению удлинения.
Частичная связь с течением времени улучшается, если применить сорта

битума, которые с течением времени приобретают твердость. Может быть,

' когда-нибудь удастся найти виды покрытий, которые в течение первых

недель позволят стержням проскальзывать, а затем будут затвердевать,

так что восстановится хорошее сцепление (см. способ Бильнера, гл. 4. 57).
6.
6.
Для предварительно напряженного железобетона проверки напряжений сцепления, вообще говоря, не потребуется, как будет показано ниже.
При полном предварительном напряжении напряжение сцепления элементов натянутой арматуры с заанке-

рованными концами представляет собой не что иное, как напряжение

сдвига между арматурой и бетоном,

так как подвергнутая обжатию растянутая зона бетона, работающая по

стадии 1, полностью участвует в передаче усилий сдвига. Следовательно, в
данном случае нельзя применять формулу, принятую для обычного железобетона
. _ <2
Ш’
СО
так как она основана на допущении, что имеет место стадия 2, при которой в растянутой зоне бетона возникает бесконечно большое число тонких

трещин (фиг. 6. 3).
Здесь применима формула
Л1 ’
вще — статический момент увеличенной в п раз площади сечения

натянутой арматуры относительно нейтральной оси;
V
В формулу нужно подставлять ту перерезывающую силу, которая

может возникнуть после восстановления сцепления; следовательно, при

натяжении после бетонирования речь идет только о дополнительном собственном весе и полезной нагрузке.
Площадь сечения арматуры нужно подставлять умноженную на п,

а площадь поперечного сечения полосы, образующей сцепление, вводится
203
--------------- page: 204 -----------
в соответствии с модулем упругости заполняющего ее материала, т. е.

при использовании цементного раствора площадь вводится с множителем, округленно равным единице. Опасный шов может располагаться

между арматурой и заполнением канала или между последним и стенками канала в зависимости от прочности сцепления в том или ином шве.

Например, гладкие круглые стержни проскальзывают в заполнении, образующем сцепление, раньше, чем это заполнение проскользнет относительно снабженных поперечными ребрами жестяных трубок. Для пучков

из прядей всегда решает дело шов у стенки трубки, так как сцепление

прядей с цементным раствором превосходит связь раствора со стенками

канала даже в коробках с поперечными ребрами.
Приведенная выше формула, естественно, неприменима к анкеровке

концов проволок при помощи каких-либо устройств или непосредственным

сцеплением. В этом случае возникают условия, описанные в 3. 13, причем напряжение сцепления в начале участка передачи силы почти всегда

достигает предела прочности сцепления и потому не может быть определено расчетом.
Чтобы показать, что напряжения сдвига между элементом натянутой

арматуры и бетоном очень малы, приведем здесь еще раз исследования

[112] условия для простой балки, опубликованные в 1950 г.
6.
С ПРЯМОЙ ЛИНЕЙНОЙ АРМАТУРОЙ
Приращение напряжения в стержне натянутой арматуры в точке х

(фиг. 6. 4)
л „ АМХ С?ХАХ
= п

Напряжение сцепления в

точке х
Схема нагрузки, р
I
шшш


\Эпюра перерезывающих сип

>
»
Фиг. б. 4
УК
где I] — периметр сечения элемента натянутой арматуры.
Вводя, как обычно, статический момент включаемой площади сечения
5п,=упР1,,
находим
^
%х~ № ‘
Для равномерно распределенной нагрузки р, вводя обозначение

имеем
ах=рЛ(\-2§,
и, следовательно:
--------------- page: 205 -----------
Для подвижной сосредоточенной нагрузки Р слева от сечения
где
Отсюда
?' = 1 —у-
и
%хр =
л/
Числовой пример приведен в 6. 55.
6.
С ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АРМАТУРОЙ
Считаем, что анкеруемые концы элемента натянутой арматуры расположены на нейтральной оси балки (фиг. 6. 5).
Линия центров тяжести
Поперечное
сечение
&/1ичир расположения натянутой арматуры

I ■
Фиг. 6. 5
Приращение напряжения Дсг^ <в натянутой арматуре определяется

следующим образом:
«х+ь* = п^~(У+ *У) )
^
щ — п—*у
^ )
Напряжение сцепления в точке х при ДМх = С}хАх будет
--------------- page: 206 -----------
При этом для параболического элемента натянутой арматуры
*/<
У = -х(Ьс-х*) = 4/55';
I*
У'— ^(1-2*) = ^(1-25),
и для равномерно распределенной нагрузки р
<?,=!(!-25)
2
Мх = ^ 55'.
Вследствие параболического закона для у имеем
= /1^4/5 Г.
Отсюда
х^ = р/я/7р‘4/ (1 - 25)55'+
Х/7
2УС/
-М^-(1 - 25)55' = Щ5),
где
1(5) = (1-25)БГ-
Максимум определяется из уравнения /'(?)= О при ? = —±1/~1~ ~ 0 21.
2 у 12 ’
При этом значении §
{(^) = (1 — 2-0,21)0,21 -0,79 = 0,0962,
и, следовательно:
о,с
Схема нагрузки:

Р

Леререзыдающие силы
Я
Моменты I
^Рмаис — ___ 11,0962»
При перемещающейся по балке сосредоточенной силе Р получаем для сечений, рас-

±в положенных соответственно слева и справа!

от Р (фиг. 6. 6):
Фиг. 6. 6
ж.
}аЪ
Т’
Максимум наступает в сечении, где приложена нагрузка. Определяем

поэтому т07 а затем расстояние а до точки приложения нагрузки, в которой та достигает максимума..
Обозначим здесь ~ через
206
--------------- page: 207 -----------
Так как Оа = Р? и Ма = Р1&, то
РпГ„-4/ 2 4/Р1п?„ . 0 -чрр_
70 " + —<Ус/—(
4 Р п Р /
, УС/

аде 1(5) = (2-3$)ёГ.
Максимум определяется из уравнения Г (?)= О, которое дает
г=т-1/!~°'262-
{Таким образом, наибольшее напряжение сцепления от силы Р действует

в сечении а — 0,262 /; в этом сечении
{(5) = (2 — 0,786) 0,262 • 0,738 = 0,235.
Отсюда
Трмакс =
Изменение напряжений сцепления вдоль элемента натянутой арматуры*,

когда Р действует в сечении а = 0,2621, для участка слева от Р опреде-

ляется так:
<}и = 0,738 Р — <2Х, Мх = 0,738 РЦ,
что дает
^!,= 2,95уР^/(2^-3^),

и соответственно справа от Р
т = 1 №.РпРЛ % (1 — 3 Е).
хге
6.
НАТЯНУТОЙ АРМАТУРЫ И ПАРАБОЛИЧЕСКОМ ВЕРХНЕМ ПОЯСЕ
Примем, что расстояние у нейтральной оси от элемента натянутой арматуры выражается квадратной параболой (фиг. 6.7):
Р
И
{ — К

2 ‘
Положим, далее, для упрощения, что кт = 2 Н0 и, следовательно,.

= -|2. Тогда
207'
--------------- page: 208 -----------
у = 2к0К; у' = ~^{ 1-25);

■/, = 4^ = У«(1+4?Г)3; ■/° = ‘11Г:
у; = ^(1 + 45Г)2(1-25).
При равномерно распределенной нагрузке р
Мх = ^; Мх = ^- = Ц-{\-2§.
2
Напряжения
Все три сомножителя в формуле для напряжений зависят от х. Поэтому

приращение напряжения определяется из
(М^-1- Мху')]х-МхуУх

ах
Напряжение сцепления в элементе натянутой арматуры
Лах пГу
Т =
йх ^
208
--------------- page: 209 -----------
Если подставить в выражение для 1Х приведенные выше выражения,

то после упрощения получим
2р1пЕЛ (1-25)0 -25П55'
10и
Это выражение достигает максимума приблизительно при 0,06 I, где
I
— ^Р1пр-сК 0;018б.
макс
и
Для перемещающейся сосредоточенной нагрузки Р
мх = Р№- м'х= — = р?.
ах
Отсюда в сечении приложения нагрузки а
х ^ 2РЬрПГ„ (2 — 75+ 165а — 12 53) 5 5'

' (1 + 455')4
Величина та достигает максимума, определяемого графическим путем

при а = 0,05 I.
Отсюда на участке от х=0 до л: = 0,05 I
т _ 1,9Рк0пР„ 25 - 7 52+ 16 53- 1254

(1 + 455')4
При а= 0,05 I
1
1а макс —

а на участке от х=0,05 I до х=1
оя1 рн0пр, %-и? + и?-2?
(1 + 45Г)
'\4
8.
Построим графики изменения напряжений сцепления для различных

случаев:
схема 2 — постоянное сечение, прямолинейный элемент натянутой

арматуры (т2);
схема 3 — постоянное сечение, параболический элемент натянутой ар-

матуры (т3);
схема 4 — параболический верхний пояс, прямолинейный элемент натянутой арматуры (т4).
Примем во всех случаях одинаковые I, Ь, $ якМЗКС, а также равные О.,

Рь и II. Достаточно будет провести сравнение для нагрузки р.
Приведем, кроме того, все тх к виду
л*/е\
т, = Л!(5) при А = 41_-2_.
14-3206
--------------- page: 210 -----------
Тогда:
н
при схеме 2 и у= ~
при схеме 3 и у =
Н
25);
при схеме 4 и Н0 =
к
Ш = 0-25)55';
а следовательно, ^ =8 ^0
25)(1 — 255')55'
(1 + 4 55')4
Максимальные значения функций по кривым I (5) будут равны
12 = 0,125, 13 = 0,096, 14=0,156.
Пусть для примера р— 1 т/м, 1 = 20 м, Л=1 м, 6=0,3 м, /=0,025 ж4,

{/=0,24 м, /^,—0,0018 м2, п=Ъ.
Объем жестяного кожуха считаем заполненным, как обычно, наполовину арматурой с поперечным сечением Р„. Определим к:
1-20-5-0,0018-1
0,025-0,24
30 т/м2 = 3 кг/см2.
Следовательно:
и2макс '
‘'В маке
макс
= 0,095 • 3 = 0,288 кг/см2;

= 0,156-3 = 0,468 кг/см2.
Фиг. 6. 8
На фиг. 6. 8 эти данные нанесены в

одинаковом масштабе.
На фиг. 6. 9 приведено изменение на-

пряжений сцепления от действия сосредоточенной силы Р при ее приложении в

наиболее невыгодной точке во всех случаях. Максимальные значения !(?), если в

выражении для к считать равными значе-

V I
ния — и Р (равенство фмакс на опоре),
2 I
будут
{2 = 0,125, {„==0,117, 14 = 0,16,
т. е. мало отличаются от значении при

действии Р.
В неразрезных балках напряжения сцепления имеют аналогичные значения. В двухпролетной балке фиг. 6. 10, например, напряжение сцепления
от р на обоих пролетах при е= — будет
2
210
--------------- page: 211 -----------
X, = . 1(21 _ 785 + 64?а) = А1(5)
(вывод этой формулы такой же, как выше) и при е = 1
. 1 (9 _ Зб § _|_ 32 рч _ к {/у _
,ли 4
Фиг. б. 9


Фиг. 6. 10
Фиг. 6. 11
Изменение напряжений сцепления для обоих принятых значений е показано на фиг. 6. И. Максимум достигается над средней опорой. Для сравнения с данными выше значениями нужно еще принять одинаковое отно-
Н
шение (: к. Положим, что / =—, тогда получим следующие сравнимые
4
максимальные значения !(5):
= 0,313 при е=/
и
& (5) = 0,219 при е = ^-'.
2
Максимальные напряжения сцепления над опорой оказываются, таким

образом, примерно в 2 раза большими, чем в однопролетной балке, но все

же они невелики.
14*
--------------- page: 212 -----------
В ряде проектов мостов подсчитанные по эксплуатационным нагрузкам

напряжения сцепления имели значения между 0,2 и 2 кг/см2 при концентрированном расположении арматурных элементов, т. е. были незначительными. В этих исследованиях было принято, что арматурные элементы

сечением 18 см2 состоят из проволок Ст. 180 и размещены в жестяном

кожухе с поперечными размерами всего 6X6 см, т. е. было взято невыгодное отношение Рю: /7.
В других видах арматурных элементов напряжения сцепления еще

ниже. При натяжении арматуры на стендах почти всегда применяется

большое число тонких проволок с анкеровкой сцеплением, при которой

связь с бетоном достаточно надежна.
В заключение следует отметить, что потеря предварительного напряжения вследствие усадки и ползучести вызывает появление напряжений

сцепления, противодействующих напряжениям от полезной нагрузки, и

эти напряжения должны быть сначала скомпенсированы.
Напряжения сдвига между натянутой арматурой и бетоном, нарушающие сцепление стадии 1, малы и не имеют значения.
6.
При ограниченном предварительном напряжении и высоких растягивающих напряжениях в бетоне, рассчитанных при стадии 1 (от 20 до

30 кг/см2), разумно исходить при определении напряжений сцепления из

стадии 2. Тогда можно применять формулы для обычного железобетона,

хотя они и не отвечают действительной картине явлений, так как мы

имеем дело не с бесконечно малыми, а с конечными расстояниями между

трещинами.
Для примера 6. 52 под действием только нагрузки р
т = _0_ =
II
т. е. примерно в 20 раз больше, чем по стадии 1. При этом величины напряжений сцепления на конце балки большей частью не являются наибольшими, если учесть действительные условия в местах образования

трещин от изгиба (фиг. 6. 12).
В местах трещин от изгиба напряжение сцепления непосредственно

вблизи трещины всегда резко повышается скачком, большей частью

до предела прочности на сцепление

(фиг. 6. 2 и 6. 12), а затем быстро

затухает; оно, следовательно, сильно меняется, и при определении

характера его изменения следует

считаться с величиной предела прочности на сцепление.
На практике такие расчеты выполняются редко. Достаточно знать,

что при стадии 2 напряженно армированная балка под действием

эксплуатационной нагрузки в отношении сцепления находится в таких

же условиях, как балка из обычного железобетона, и, следовательно,

нужно выполнять те же правила: распределять натянутую или обычную
Фиг. 6. 12. Напряжения сцепления обычно достигают в местах трещин от

изгиба предела прочности сцепления и

оказываются >в этих местах выше, чем

в области больших <3
212
--------------- page: 213 -----------
арматуру, в особенности у краев сечения, и обеспечивать хорошее сцепление с пределом прочности по возможности более 30 кг/см2; такая

прочность сцепления для элементов натягиваемой арматуры в каналах

может быть получена только при связи, работающей на срез (связь зацеплением) .
6.
В качестве допускаемых напряжений сцепления нельзя принимать допускаемые напряжения сцепления, установленные для обычного железо-

бетона, так как прочность сцепления элементов натянутой арматуры часто

значительно ниже, чем у обыкновенных арматурных стержней. Пределы

прочности сцепления натянутой арматуры еще мало изучены (см. 6.6).

В качестве допускаемого значения можно принимать половину предела

прочности, найденного из опыта, по схеме фиг. 6. 13.
6.
(СОПРОТИВЛЕНИЕ СКОЛЬЖЕНИЮ)
Прочность сцепления проволок, забетонированных в натянутом со-

стоянии, уже рассматривалась в гл. 3. 13. Там было показано, насколько

значения предела прочности сцепления

зависят от характера испытаний и длины заделки. Рассмотрим еще прочность

сцепления, восстанавливаемого после

натяжения.
Будем рассматривать простейший

случай выдергивания стержня из бетона, без поперечного давления (фиг.
6.
работы арматуры в области трещины

от изгиба и дает более низкие значения

прочности сцепления, чем при обычных

опытах на выдергивание.
Если сопротивление скольжению

создается только силами сцепления, то

оно определяется степенью гладкости

стенок канала, прочностью заинъекти*

рованного цементного раствора и давлением на стенки канала, возникшим

при его твердении.
Большие ровные поверхности листовой стали хуже сцепляются с бетоном,

чем изогнутые с малым радиусом кривизны; с другой стороны, раствор лучше пристает к черной листовой стали,

чем к гладкой холоднокатанной полосовой жести, из которой изготовляются

обычно маленькие трубки.
Если при помощи профилирования

канала — лучше всего без оболочки

из кровельной стали ■—■ достигают дополнительной связи, работающей

на срез, то прочность цементного раствора и поперечная арматура

(обмотка) или поперечное давление оказывают влияние, так как
Вид сбоку
Фиг. б. 13. Испытание на выдергивание из бетона для определения чистой

прочности сцепления без влияния поперечного давления
213
--------------- page: 214 -----------
сопротивление срезу возрастает, если окружающий бетон защищен от

раскалывания.
Статический предел прочности сцепления колеблется соответственно в

пределах от 5 до 100 кг!см2; при пульсирующей нагрузке нижний предел

спускается даже до 2-^3 кг/см2.
Таким образом, ясно, что в ряде случаев мы имеем дело со значениями,

которые лежат гораздо ниже прочности сцепления обычных катаных,

просто забетонированных круглых стальных стержней, которая составляет, как известно, от 25 до 35 кг!см2. Необходимый коэффициент запаса

прочности получается, однако, и при низких пределах прочности сцепления. При ограниченном предварительном напряжении нужно все же

стремиться получить прочность не меньше 15-^20 кг/см2. Для пояснения

изложим результаты некоторых испытаний.
6.
И КРУГЛЫМИ ГОРЯЧЕКАТАННЫМИ СТЕРЖНЯМИ1
Трубки диаметром 30 мм из холоднокатанной стальной ленты толщиной 0,2 мм с соединением в фальц были забетонированы в армированные
Мндипатор ,

(делень/я 000мм)
Элементы 1 и 2
Стержень запит в центральном положении
20
Элементы ЗиЦ
Стержень прилегает

одной стороной к гпру&е
Ф1В
Хомут ? б
т
(депения 1/шОмм}
Кругпая сталь 0 26

С необработанной

поберхностью ’
Фиг. 6. 14. Образец для опытного определения сопротивления скольжению напряженных стержней
1 По данным отчета В 23869, Институт по исследованию и испытанию строительных материалов при Высшей технической школе в Штуттгарте (имени Отто Графа),
1952
214
--------------- page: 215 -----------
бетонные призмы размером 20X20X40 см из бетона марки В 329 в вертикальном положении. Четыре дня спустя в них были в вертикальном

положении установлены слегка покрытые ржавчиной горячекатанные

стержни диаметром 26 мм из арматурной стали I; в призмах 1 и 2

стержни помещались по оси труб, а в призмах 3 и 4 — так, что они односторонне прилегали к трубе; стержни залили цементным тестом с

0,5 из высококачественного цемента марки N23 = 465 кг!см2.
Стержни разделены в середине призмы на две части (фиг. 6. 14). На

прессе по прошествии 28 дней к обеим половинам стержней прикладывали

растягивающую силу Р. Напряжение сдвига у поверхности трубы принималось равномерно распределенным и определялось по формуле
VI
для максимальной нагрузки Р в момент наступления первого отчетливого

перемещения (около 0,02 мм).
1В среднем получены следующие значения напряжений (в кг/см2):
Стержень Стержень, внецентренно

по оси
Начало скольжения
Низшее отдельное значение ....
Максимальная нагрузка
Низшее отдельное значение ....
Несмотря на изготовление образцов в вертикальном положении и заполнение высокопрочным цементным раствором, стержни, односторонне

прилегающие к трубе, выдергивались при более низких значениях, чем

центрально расположенные. Обычно отделялся стержень. Это позволило придти к заключению, что неизбежные искажения формы гладкой трубы уже достаточны для того, чтобы скомпенсировать несомненно

более низкое сцепление трубы с бетоном.
Для выдергивания из призмы уже начавших скользить стержней требовалась в среднем сила Р = 900 кг,

т. е. сопротивление трения даже у таких прямолинейных стержней все же составляет 4,7 кг!см2. Следует

полагать, что эта составляющая общего сопротивления

скольжению после высыхания бетона призмы снижается.
Оставшуюся в призме половину стержня, связь

которой с раствором уже была слегка нарушена, затем

выдергивали из опертой на основание призмы (фиг.
6.
высокие значения Р, чем при первоначальном испытании на выдергивание стержней из призмы. Приведенные на фиг. 6. 16 графики зависимости перемещений

от нагрузки показывают отчетливо, что в этих вторичных опытах сцепление уже было нарушено, так как линии имеют уже

вначале сильный наклон. Возрастание сопротивления трению объясняется показанным на фиг. 3. 23 поперечным давлением, которое растет с

ростом Р, но не может возникнуть в месте образования трещины от изгиба

балки. Этот опыт показывает, таким образом, что значения^, полученные

из так называемого испытания на выдергивание, могут использоваться

Для оценки сопротивления скольжению лишь с ограничениями.
Фиг. 6. 15. Испытание на выдергивание из бетона половины стержня,

оставшегося в образце после испытания по схеме

фиг. 6. 14
215
--------------- page: 216 -----------
Если вспомнить, что при горизонтальном расположении стержней могут быть получены более низкие значения сцепления, так как бетон и

цементное тесто несколько расслаиваются (причем часто применяли и

применяют слишком жидкое цементное молоко), то становится понятно

что общая прочность сцепления может легко упасть ниже 5 кг/см2, причем'

трение и связь, работающая на срез, играют в общей прочности сцепления большую роль, чем непосредственное сцепление.
Фиг. 6. 16. Графики зависимости перемещения от нагрузки при испытаниях по
схемам фиг. 6.14 и 6.15
6.
ИЗ ВИТЫХ ПРЯДЕЙ1
Пучок из 36 прядей по 7 0 3 мм, расположенных квадратом по 6 прядей в стороне, зааикеровали в армированном хомутами бетонном блоке с

помощью петли, охватывающей отрезок стальной трубы (фиг. 6. 17).
1 По данным отчета В 24199, Институт по исследованию и испытанию строительных материалов при Высшей технической школе в Штуттгарте (имени Отто Графа),
1953
216
--------------- page: 217 -----------
В более длинный, тоже армированный хомутами бетонный блок пучок;

запущен на глубину 60 см и помещен в квадратный кожух из кровельной

стали толщиной 1 мм размером 64X64 мм в свету. Прокладки по фиг. 7. 31

Обеспечивали расстояние между прядями около 1 мм. Затем кожух в вертикальном положении заполнили цементным раствором, нагнетая его

снизу. Прочность бетона блоков А и В в возрасте 28 дней составляла в

среднем 470 кг/см.2. Цементный раствор для заливки имел следующий
Стапьнс/Р труба * 70мм
х,°”дтлв
7-правалочные

пряди из ст /00
Поперечный разрез

кожуха
Л1_=1
7
Трудна для нагнр-

танир раствора

-!0мм
Разрез по р-й

Хомут 0 8 ■
■.
Фиг. 6. 17. Образец для определения сопротивления скольжению пучков из прядей
состав (по весу): 100 частей портландцемента марки 325 (действительная;

прочность цемента, определенная по нормам 1164 в возрасте 28 дней,,

составляла Ыр =494 кг/см2), 1 часть жидкого пластимента; водоцементное

отношение — 0,46.
Прочность раствора заливки через 28 дней, определенная испытанием

кубика 10X10X10 см, была около 420 кг/см2.
Для определения прочности сцепления пучка блоки Л и В поместили

в пресс, пропустив через отверстия в трубках болты; таким образом,

пучок вытягивали из кожуха усилием, приложенным приблизительно по

его оси (фиг. 6. 17). Таких образцов было испытано 12, причем устройство*

кожухов было различным в 4 сериях (по 3 образца в каждой серии).
Серия 1: три стенки кожуха гофрированы в поперечном направлении;

расстояние между волнами 25 мм\ глубина волны 2 мм\ ширина волны
10
Серия 2: кожух из кровельной стали с гладкими стенками, в остальном такой же, как в опытах серии 1.
--------------- page: 218 -----------
Фиг. 6. 18. Расположение индикаторов на

пучке из прядей для измерения перемещения
Упругое удлинение па учт:тне
Фиг. 6. 19. Графики зависимости перемещения от нагрузки

для первой группы опытов с пучками в кожухах с гофрированными стенками
218
--------------- page: 219 -----------
Ша Р 8 (П
Серия 3: кожух из кровельной стали с гладкими стенками; пряди и

кожух смазаны очищенным машинным маслом.
Серия 4: кожух из кровельной стали с гладкими стенками; пучки и

кожух были сначала смазаны маслом. Перед нагнетанием цементного

раствора масло было смыто трихлорэтиленом.
При испытании на выдергивание перемещение пучка относительно

бетонного блока В наблюдалось по индикаторам, укрепленным на пучке

$
чпругое удлинение но участке

у бетон индикатор
0.25 0,50 0 75 1,00 1,25 1,50

Перемещение пучков прядей в чм
Фйг. 6.20. Графики зависимости перемещения от нагрузки 2, 3 и 4 групп опытов с

пучками в кожухах с гладкими стенками
(фиг. 6. 18). Испытания производились через 20^30 дней после заливки

раствором. Графики зависимости перемещений от нагрузки даны на фиг.
6.
Г рафики показывают, что эффект связи заметно повысился от поперечных гофр на стенках кожуха. Различия между кожухами с гладкими

стенками определяются главным образом неизбежными разнообразными

небольшими отклонениями формы кожуха от точной призматической, которые должны приводить к разнице в сопротивлениях скольжению и

влияют на это сопротивление гораздо больше, чем, например, небольшие

•остатки масла на пучках или даже смазка маслом поверхности кожуха.

Если принять, что напряжение сцепления равномерно распределено по

периметру кожуха и по длине в 60 см, то напряжение сцепления будет
VI 4-6,4.60
р
1540
кг/с м2а
2
3
4
13,9
16
12,4
12,6
12
9,1
Серии
Максимальное среднее

напряжение сцепления . 31

Низшее отдельное значение
Рассматривая эти значения следует иметь в виду, что действительное

максимальное напряжение сцепления должно быть на 20-^40% выше, так

как при длине заделки 60 см нет равномерного распределения напряжений сцепления, а изменение этих напряжений по длине имеет криволинейный характер, показанный на фиг. 3. 22.
219
--------------- page: 220 -----------
При дальнейшем вытягивании пучков из блоков оказалось, что залитый раствор во всех случаях отделился от стенок кожуха. В гофрированном кожухе выступы раствора срезались. Естественно, для этого окружающий бетон должен быть слегка армирован хомутами или обмоткой,

так как при вытягивании пучка из бетона гофры создают раскалывающие

усилия.
Отделения массы заливки от прядей сначала не наблюдалось; оно воз-

никло только при разгрузке вследствие некоторого распирающего эффекта
витых прядей (от закручивания). Это показывает, что

сцепление с прядями значительно лучше, чем даже при

поперечной гофрировке стенок кожуха; поэтому можно не опасаться проскальзывания прядей в теле заполнения (фиг. 6. 21).
Опыты показывают, что

сцепление пучков -с раствором в прямоугольных кожухах из кровельной стали

даже с гладкими стенками не

хуже, чем сцепление сталь-

ных стержней в гладких жестяных трубках. Кожухи с

поперечными гофрами на

стенках более надежны в отношении сцепления, которое

может быть еще повышено, если гофрировать и четвертую стенку кожуха.

Следует отметить, что это существенное улучшение сцепления вызывается

совсем незначительной гофрировкой (2 мм).
Если требуется хорошее сцепление, например при ограниченном предварительном напряжении, то жестяные трубки должны быть снабжены

поперечной гофрировкой или иной профилировкой, а применяемые в качестве натянутой арматуры стержни должны иметь периодический профиль.
--------------- page: 221 -----------
Глава 7
7.
И СПОСОБЫ БОРЬБЫ С НИМИ
В напряженно армированных элементах, которые изготовляются с

последующим натяжением, арматура, подлежащая натяжению, должна

обладать подвижностью в продольном направлении. Всякое ограничение

продольной подвижности из-за трения, сцепления и т. п. уменьшает силу

натяжения по длине арматуры. Необходимо поэтому добиваться мини-

мальной величины этих потерь, определять их и учитывать в расчетах.
7; I. СПОСОБЫ ДОСТИЖЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ПОДВИЖНОСТИ

ЭЛЕМЕНТОВ НАТЯНУТОЙ АРМАТУРЫ
Продольной подвижности, необходимой при последующем натяжении,

можно достигнуть разными способами:
1)
Применяемым в размягченном виде, облегчающим скольжение и защищающим также от коррозии;
2)
из стали или другого водостойкого материала;
3)
кожухи;
4)
соб «Дактьюб») или других вкладышей, не связывающихся с бетоном,

которые после затвердения бетона можно извлечь; в образовавшиеся

таким образом каналы можно пропустить потом натягиваемую арматуру;
5)
вне поперечного сечения, например в открытых каналах или полостях,

или внутри сечения пустотелой конструкции.
Ограничение продольной подвижности натягиваемой арматуры при

натяжении может быть вызвано:
а) сцеплением между натягиваемой арматурой, защитным покрытием

(по п. 1) и бетоном;
6)
Может происходить от различных причин;
в)
матуры и поверхностью, на которую он опирается, в особенности при высоком поперечном давлении;
г)
221
--------------- page: 222 -----------
7. II. АРМАТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ПОКРЫТИЯМИ, ОБЛЕГЧАЮЩИМИ
СКОЛЬЖЕНИЕ
Использование таких покрытий должно ограничиваться сравнительно

прямыми и короткими до 8 м) отдельными проволоками или стержнями, какие, например, применяются в железнодорожных шпалах. В качестве покрытия, облегчающего скольжение, большей частью используется достаточно долго остающийся вязким битуминозный продукт,

например «Иммуноль» фирмы «Б. Лехлер и К0» или «Эбано 200».
Предлагалось несколько раз применять жиры, которые, однако, уступают битуминозным покрытиям по антикоррозионным защитным свойствам и химической безвредности по отношению к бетону.
При натяжении нужно некоторое время поддерживать достигнутую

силу натяжения, пока не установится желаемое удлинение, так как вязкое

битуминозное покрытие требует некоторого времени для получения перемещения. Сопротивление скольжению битуминозного вещества зависит,

помимо прочих факторов, также от температуры, так что не следует

производить натяжение при сильном холоде. Во Франции неоднократно

применяли подогрев покрытия электрическим током, подводимым к натягиваемой стальной арматуре. Это, однако, дорого и требует большой силы

тока. Сталь как хороший проводник тепла нагревается быстро и при этом

удлиняется. Требуемое удлинение получается, таким образом, при силе,

меньшей, чем номинальная сила натяжения V, которая проявляется полностью только после охлаждения.
Мощные патентованные пучки проволок с замкнутой оболочкой также

применяли с битуминозным покрытием. Битуминозное покрытие должно

при этом заполнять канавки между наружными проволоками, чтобы получился гладкий канал для скольжения пучка. При натяжении пучок уменьшается в диаметре, вследствие этого частично отделяется от бетона. Образующиеся пустоты остаются незаполненными.
Покрытия, облегчающие скольжение, ухудшают сцепление элементов

натянутой арматуры с бетоном, из-за чего при образовании трещин в

растянутой зоне увеличенное напряжение стали начинает действовать на

участках большой длины; в результате трещины раскрываются и уменьшается несущая способность. Это уменьшение коэффициента запаса прочности по сравнению с тем, который достигается при обеспеченном сцеплении, трудно правильно оценить, так как свойства битуминозного покрытия меняются со временем и с температурой и потому, что на участках,

имеющих кривизну, может возникнуть дополнительная связь от трения.
Если необходимо точно установить величину коэффициента запаса

прочности, то нужно обращаться к испытаниям; в противном случае рекомендуется исходить из несущей способности, определяемой без учета

сцепления.
7. 12. АРМАТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ЗАЩИТНОЙ ОБМОТКОЙ
Фрейсине первое время применял обмотку пучков, покрытых битумом,

бумагой, пропитанной битуминозным веществом ([125], стр. 39). При постройке моста через Эльц в Блейбах [96] патентованные пучки с замкнутой оболочкой сначала покрывали жиром, а потом обматывали тонкой

стальной лентой. При обмотках обоих типов сопротивление скольжению

было довольно велико, так как, по-видимому, свежий бетон, особенно

после уплотнения вибраторами, со значительной силой прижимается к

тонкой обмотке. Обмотки из стальной ленты, кроме того, даже при большом перекрытии витков получаются неплотными. Сцепление по сравнению

с рассмотренным в 7. 11 большей частью бывает менее надежным. По222
--------------- page: 223 -----------
этому от обмотки в общем отказались и применяют.ее только как вспомогательное средство на коротких участках и притом с обеспечивающей

плотность липкой лентой.
7. 13. АРМАТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ТОНКОЛИСТОВЫХ ОБОЛОЧКАХ
В настоящее время предпочитают отделять натянутую арматуру от

бетона при помощи оболочек, которые должны быть настолько жесткими,

чтобы не деформировались от сжатия вследствие давления свежего бетона

при виброуплотнении. Для элементов арматуры, натянутых с силой от

20 до 100 т, обычно применяются трубки из холоднокатанной стальной

ленты толщиной от 0,2 до

0,4 мм с продольным двойным фальцевым швом и поперечными вмятинами, которые поставляются в длинах

от 2 до 3 ж и перекрываются

в поперечных стыках на длине от 2 до 4 см. Стык уплотняется липкой лентой (изоляционной, лентой «Дензо»)

или же резиновой гильзой

(фиг. 7. 1).
В последнее время круглые трубы свинчивают друг

с другом, и уже только благодаря этому получают плотное соединение (фабрика

изоляционных труб в Райне

на Лехе). Трубки надвигают

на стержень или пучок проволок. Можно также на

строительной площадке обмотать смонтированный пучок проволок бесконечной

стальной лентой, оформив

эту обмотку в виде трубки, благодаря этому устраняются стыки («Вайс

и Фрейтаг»).
Фирмы ББР (Швейцария) и «Прилоуд» (США) применяют гибкие

металлические рукава, которые позволяют сворачивать собранный на

заводе арматурный элемент для его транспортировки (фиг. 7. 2). Однако

пока что эти рукава в 2 раза дороже трубок из листовой стали. Поперечные ребра этих рукавов, правда, улучшают связь с бетоном, но при нагнетании цементного молока, по всей вероятности, в верхних частях канавок

остается немного воздуха или воды.
В Англии разработаны особенно рационально сделанные тонколистовые трубки, так называемые «Юнитьюб» (фиг. 7. 3), которые механизированным способом наматываются из очень тонкой слегка освинцованной

стальной ленты. При этом на ленте наносятся поперечные складки, которые превосходно подкрепляют сечение трубки, и в то же время позволяют

придавать трубкам необходимое криволинейное очертание. В связи с

достаточной жесткостью неискривленные участки трубок сохраняют свою

прямолинейность при бетонировании. Трубы «Юнитьюб» изготовляются

в больших длинах и поставляются свернутыми в мотки.
Для мощных пучков применяются прямоугольные кожухи из листовой

стали со сварными или загнутыми в фальц стыками (способ Баур-Леон-
„ББР“
Лента „Дензо*'
Сирту
Фиг. 7. 1. Трубы из кровельной стали для элементов арматуры с силой натяжения от 20 до

80 т («Дивидаг», «Леоба», ББР). Стык уплотнен резиновой или липкой лентой
223
--------------- page: 224 -----------
Фиг. 7. 2 Свернутый 50-г элемент арматуры (ББР) с гибким металлическим

рукавом
Фиг. 7. 3. Гибкие гофрированные трубы «Юнитьюб»,

применяемые в Англии
--------------- page: 225 -----------
гардта) (фиг. 7. 4). Толщина листа определяется размерами кожуха и

ожидаемым давлением бетонной смеси при ее уплотнении; это давление

может достигать значительной величины, если, например, кожух расположен в бетоне на глубине более 0,5 м и используются глубинные вибраторы. Можно рекомендовать следующие значения толщин листов.
Максимальная ширина кожуха в см
8
12
16
20
Толщина листа в мм
1
1,25
1,5
2
Крышка эабальцо-

Вана и края изогну

ты специапоны&и

щипцами
Поперечное сечение
4=
Продольный разрез
Попяречн&й стык
сварен
1 Стык ггрышпи

и стен «и заВ$р?ь
4*-
=0=
т
Фиг. 7.4. Прямоугольный кожух из кровельной стали для пучков из многих проволок

или прядей; стык крышки и -поперечный стык
При меньших толщинах листа можно достигнуть жесткости стенок

путем их гофрировки, как показано на фиг. 7. 5. Крышку, впрочем, нельзя

просто снабдить гофрировкой, так как в расположенных вверху волнах

при нагнетании раствора остается воздух.
Фиг. 7.5. Поперечные ребра на кожухах из кровельной стали создают жесткость стенок и обеспечивают сцепление их с бетоном и
раствором
Если жесткость кожуха недостаточна, то он прогибается под давлением бетона и сжимает натягиваемый пучок. При натяжении такой пучок

может тогда в зависимости от вида прокладок и величины прогиба создавать столь большие боковые силы, что вертикальная стенка балки может

лопнуть, как случилось, например, при постройке одного моста через Майн.
Если в месте стыка приварить снаружи уголки со скошенными полками, то можно регулировать небольшие повороты звеньев кожуха.

Крышка устанавливается только после того, как будут уложены натяги15 — 3206
--------------- page: 226 -----------
ваемые проволоки, а фальц загибается и ему придают под большим давлением волнистую форму с помощью специальных щипцов (фиг. 7. 6), чтобы

он не мог разойтись под весом бетонной смеси. Другие виды фальца оказались менее пригодными. Крышки из толстых листов привариваются.
Фиг. 7.6. Специальные щипцы для заделки фальца крышки (волнистые щечки при

варены к старым ножницам для резки проволоки)
Фиг. 7. 7. Гофрировка стенок труб для улучшения сцепления с бетоном (Райнская

фабрика изоляционных труб, Райн на Лехе)
Так как сцепление тонкого листового материала, особенно холодно-

катанной ленты, с бетоном невелико, то поверхность трубок также целесообразно гофрировать.
В верхней части трубки ребра не должны, однако, быть крутыми и

глубокими, а должны располагаться полого или по бокам, чтобы при{

нагнетании раствора вверху не оставалось воздушных мешков (фиг. 7. 7)..
7. 14. АРМАТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В КАНАЛАХ С БЕТОННЫМИ
СТЕНКАМИ
Элементы натягиваемой арматуры можно также прокладывать в предусмотренных для этого полостях, отверстиях или каналах уже после

затвердения бетона. Существуют различные способы устройства таких
226
--------------- page: 227 -----------
каналов. Можно забетонировать бетонные или асбестоцементные трубы

шш же использовать в качестве опалубки резиновые рукава. В способе

«Дактьюб» резиновые рукава растягивают в

поперечном направлении и укорачивают в

продольном, нагнетая в них воздух; после выпуска воздуха рукава отделяются от бетона

и их можно извлечь даже при большой длине и криволинейном1 очертании канала (фиг.
7.
шинстве случаев в плане сохранять прямолинейность. Поэтому резиновые рукава должны быть жесткими и безукоризненно закрепляться, чтобы при укладке бетона их нельзя

было сместить. В Англии в рукава «Дактьюб»

для придания им жесткости вставляют стальные стержни. Возможно, что со временем

можно будет получать рукава с завулканизи-

рованными в них стальными проволоками.
Чтобы образовать прямоугольные каналы, Маньель (Бельгия) применяет закладку

в бетон сплошных резиновых стержней, снабженных продольным отверстием, в которое

для придания стержню жесткости вставляется смазанная жиром гладкая металлическая

труба. Этот способ применим, однако, лишь

при небольших длинах и малых углах изменения направления. Такие формы также дороги, Применяются также и стальные формы, которые извлекаются сразу после бетонирования до затвердения бетона.
Резиновые рукава оставляют после себя поверхности бетона с высоким коэффициентом трения по отношению к проволоке. В местах изменения направления арматуры следует ^поэтому

при применении рукава

«Дактьюб» обматывать

его частично узкой

стальной лентой (фиг.
7.
остается потом в бетонном канале и уменьшает трение. Поперечные волны на резине

в промежутках между обмоткой улучшают сцепление.
Фиг. 7. 8. Рукав «Дактьюб» для

образования каналов в бетоне
Фиг. 7. 9. В местах изменения направления целесообразно обматывать рукав «Дактыоб» стальной лентой, которая остается в бетоне для уменьшения трения
7.
КАНАЛАХ ИЛИ ПОЛОСТЯХ
Продольная подвижность элементов арматуры обеспечивается полностью, если их установить вне тела бетона с подвижными опорами в

местах изменения направления и отказаться от связи арматуры с бетоном [13] (фиг. 7. 10). Если хотят после натяжения восстановить сцепление, то элементы арматуры можно установить в открытых каналах или

полостях (фиг. 7. 11), которые после натяжения забетонировать. Каналы

могут быть также устроены с боков в вертикальных стенках балок; в этом

случае можно придавать элементу натягиваемой арматуры криволиней227
--------------- page: 228 -----------
ную форму, предпочтительно в виде ломаной, чтобы достаточно было подпереть элемент арматуры в вертикальном направлении

в немногих точках. Укладываемый в каналы

защитный слой бетона вследствие укорочения основного бетона от усадки и ползучести

подвергается также умеренному предварительному напряжению, если обеспечено его

хорошее сцепление с основным бетоном,
В мощных сооружениях элемент натягиваемой арматуры можно расположить в виде полосы между вертикальными стенками балок на размещенной внизу плите и после натяжения забетонировать (фиг. 7. 12);
"1
Фиг. 7. 10. Элемент натянутой арматуры вне сечения

бетона, без связи с ним

(конструкция Дишингера)
Фиг. 7. 11. Элементы натянутой арматуры в открытых каналах или полостях, заделываемых после натяжения

бетоном
Фиг, 7. 12. Прямоугольный пучок

натянутой арматуры между стенками главных балок, бетонируемый после натяжения
поперечная арматура, необходимая для совместной работы плиты со стенками, может при этом располагаться над и под натянутым арматурным

элементом. При таком расположении этого элемента можно вести, наблюдение до конца процесса натяжения.
7.
НАТЯГИВАЕМОЙ АРМАТУРЫ
Сопротивление скольжению из-за сцепления рассмотрено выше,

в 7. 11. В конструкциях арматурных элементов, описанных в 7. 12 —■ 7. 15,

оно не возникает, если трубки достаточно плотны, чтобы цементный рас-

твор не мог в них проникнуть. Во всех этих конструкциях приходится

иметь дело с сопротивлением натяжению, создаваемым трением. Трение

возникает даже при теоретически прямолинейных элементах арматуры,

когда слишком тонкая оболочка прижимается к проволокам свежим

бетоном или когда элемент арматуры незначительно отклоняется от прямой. При натяжении элемент арматуры стремится полностью выпрямиться

и потому давит на стенки канала во всех точках малых отклонений

канала от прямой.
7.
ИЗМЕНЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ АРМАТУРНОГО ЭЛЕМЕНТА)
В сечении, где элемент арматуры меняет направление своей оси, при

натяжении возникает боковая сила I] (фиг. 7. 13), прижимающая арма-

туру к стенке ее канала. Когда происходит перемещение при натяжении,
228
--------------- page: 229 -----------
эта боковая сила вызывает сопротивление трения = (л <7, зависящее от

коэффициента трения ц. Если до точки изменения направления величина
агс ас (У0+\/})
'у///////
Фиг. 7. 13. Боковая сила от изменения направления натянутой арматуры
График 7. I. Определение потери силы натяжения от трения при различных

а и р-. Приложенная в месте натяжения сила У0 после изменения направления :в сумме на «° при коэффициенте трения Ц снижается до

у»=^=^й
Для учета дополнительных факторов вместо ^ нужно подставить /-17 из

табл. 7. III и, кроме того, учесть к по 7. 245
силы натяжения была равна Уо, то за этой точкой она уменьшается на

величину сопротивления трения Н, т. е. составляет уже только
Если имеется п точек изменения направления, то за этими сечениями
, О
С достаточной точностью
С/«^-агс«(Угв + ^)-
По формуле Эйлера-Эйтельвейна-Грасгофа уменьшение усилия натяжения в данном случае точно выражается функцией е:
229
--------------- page: 230 -----------
Уа = У0е-**.
Здесь е — основание натуральных логарифмов;
а—сумма углов изменения направлений между точками О и п.

По графику 7. I можно найти значения е~~^л для различных |л и а и таким

образом определить, каково значение оставшегося усилия натяжения на

конце рассматриваемого участка.
На фиг. 7. 14 показано, как уменьшается усилие натяжения параболического элемента арматуры, когда его натягивают с одного конца. На

практике сначала производят натяжение до значения усилия, увеличенного на ожидаемое сопротивление трения:
. З|л/У = 1/0(1
(т. е. до V = Уо - ), а затем отпускают натяжение до номинального
значения Уо. При отпуске возникает проскальзывание в противоположном

направлении, которому большей частью препятствует (вначале) несколько
повышенное трение, так что

усилие натяжения на некотором

участке остается более высоким,

чем номинальное.
Если отказаться от достижения в анкере на правом конце

полной величины Уо и создать

ее только в середине длины балки, то достаточно применить

временное повышение силы натяжения на половину указанной

выше величины (пунктирная

линия) (см. также 4. 441 и фиг.

4. 31 и 4. 32).
Кроме запроектированных

изменений направления, при

осуществлении конструкции возникают непредусмотренные изменения направления вследствие небольших отклонений в

положении канала, например

из-за прогиба участков элементов арматуры между подкладками или # из-за неточностей.

Если даже в отдельном месте искривление или отклонение при установке

и невелико, то все же при длинных элементах натянутой арматуры в

сумме получаются большие боковые силы, величина которых, однако,

неизвестна. Так возникают даже в теоретически, прямолинейных элементах арматуры часто значительные сопротивления скольжению.
7.
7.
В составных элементах натягиваемой арматуры (в пучках или тросах) могут возникуть и другие повышающие трение боковые силы, оттого

что под действием боковых составляющих отдельные проволоки стремятся

втиснуться между другими. Проволоки «защемляются», поэтому говорят

о возникновении «силы защемления». Боковая сила II создает в канале

круглого сечения (фиг. 7. 15) наклонные силы В, сумма которых больше
Предварительно налрях.

темная арматура пара-

боличесиого очертания
Ж юс
Фиг. 7. 14. Снижение силы натяжения V

при элементе арматуры параболического

очертания, если натяжение производится с

одной стороны (слева), и компенсация

этого снижения временным превышением

номинальной силы натяжения Ко (ср. фиг.
4.31 и 4.32)
230
--------------- page: 231 -----------
Щ в результате на стенки канала действует сила, большая, чем величина

Ш, подсчитанная только* по (Величине угла изменения направления элемента арматуры. В каналах прямоугольного сечения возникает боковая

сила защемления К1, если расстояния между проволоками позволяют занять им положение, показанное на фиг. 7. 15.
Эти силы защемления могут даже привести к раскалыванию бетона

в стенках балки.
Наблюдалось, в особенности в каналах круглого сечения, что сопротивление скольжению пучков из параллельных проволок сильно увеличивается от действия сил защемления. Поэтому пучки, состоящие из

многих параллельных проволок или

прядей, нужно располагать так, чтобы избежать этих сил защемления

(см. 7. 3), так как правильно рассчитать их -почти невозможно.
7.
одна за другой
Если проволоки в пучке натягиваются не одновременно, то могут возникнуть дополнительные сопротивления трения вследствие того, что еще

не натянутые проволоки окажутся

защемленными уже натянутыми.
Нужно поэтому по возможности натягивать одновременно все находящиеся в одном канале проволоки.
Если способ натяжения не позволяет

осуществить это, то нужно разделить

проволоки или слои проволок прокладками с поперечными ребрами так, чтобы боковая сила, возникающая

в каждом слое проволок, передавалась через такое поперечное ребро

(новый способ Маньеля, см. фиг. 7. 27, или способ Хейлитбау) [213].
7.
К силам защемления можно также отнести действие давления уплотняемой бетонной смеси на тонкие оболочки каналов для арматуры. Если

смесь уплотняется вибрированием, то может возникнуть полное гидравлическое давление среды с объемным весом 2,3—2,4 г/ж3. Если принять,

что над арматурным элементом арматуры находится слой бетона толщиной всего 50 см, то на арматуру будет действовать давление 1 ООО—

—1 200 кг/см2, прижимающее податливые оболочки к натянутым проволокам. Это давление нажатия также создает при натяжении трение. Нужно

поэтому избегать применения слишком слабых оболочек. Кроме того,

в области расположения арматурных элементов следует вести укладку и

уплотнение бетонной смеси небольшими слоями.
7.
В пучках из нескольких слоев проволок, натягиваемых совместно,

коэффициент трения пучка о стенки канала должен быть ниже, чем между

отдельными слоями проволок. Если это не так, то самый верхний или

самый нижний слой, который прижимается к стенке канала с большим

сопротивлением трения, отстает, и остальной пучок скользит по этому
Фиг. 7. 15. Возникновение сил защемления под действием боковой силы V при

опирании одной проволоки на две другие, так как 2Я>^Л Вверху — в канале

круглого сечения; внизу - в канале

прямоугольного сечения
231
--------------- page: 232 -----------
заторможенному слою. С другой стороны, в месте, где производится натяжение, добиваются для всех слоев проволоки одинакового удлинения. Но

это означает, что заторможенный по пути слой должен на крайнем*участке

оказаться более нагруженным, чем остальные части пучка, чтобы получилось такое же удлинение. В зависимости от положения мест изменения

направления пучка'более высокое напряжение этого заторможенного слоя

проволок может выйти далеко за предел текучести, а при стали с малой

величиной предельного удлинения привести даже к обрыву проволок.

Долгое время на это явление не обращали внимания, но при применении

пучков арматуры и тросов нужно так подобрать условия трения, чтобы

такие дефекты были исключены.
7.
Из изложенного выше следует, что правильный учет фактора трения

имеет существенное значение при проектировании и изготовлении напряженно армированных конструкций. Прежде всего валено иметь данные

о коэффициенте трения, безразмерной величине, выражающей отношение

силы, требуемой для преодоления трения, к силе бокового давления, действующей перпендикулярно упомянутой силе.
7.
Так как на практике часто встречается необходимость в определении

коэффициентов трения, то мы опишем экспериментальные установки, при-
Фиг. 7. 16. Экспериментальная установка

для определения коэффициентов трения

на разрывной машине фирмы «Фельтен

и Гильом»
232
годные для определения сопротивления скольжению проволок или пряден по криволинейным подкладкам

[153].
Установка типа I
В вертикальной разрывной машине (фиг. 7. 16), вверху, устанавливается стальной шкив, на котором

закреплена уравновешенная поперечина с чашкой для нагружения. На

шкиве закрепляют исследуемую подкладку, соответствующую стенке канала. Элемент натягиваемой арматуры, изогнутый в форме П, накладывается на шкив и закрепляется обоими концами в зажимах машины (фиг.
7.
арматуры с силой = 51 + к

подкадке. Величину 2,и регулируют

так, чтобы на силу нажатия проволоки не действовал вес груза О. Пресс,

кроме того, устанавливают так, чтобы веса шкива, поперечины на нем,

натягиваемой проволоки и относящегося к ней крепления были исключены из показаний. Таким образом, 2о

можно считать силой нажатия.
На изображенной на фиг. 7. 16

разрывной машине можно получить
--------------- page: 233 -----------
отсчет растягивающей силы при передаточном числе 1 : 4 500 с точностью'

4- ю кг. Шкив диаметром 800. мм опирается на шарикоподшипники, трением которых можно пренебречь. Односторонняя нагрузка О в 20 г при.

длине вылета поперечины а = 2 м вызывает поворот шкива, когда он;

свободен.
Фиг. 7. 17. Схема экспериментальной установки типа I
Для определения коэффициента трения ц при данных величинах О7

и Ж имеем следующие соотношения (фиг. 7. 17):
—}-* О —— ^о —— сопз! з
г — 52г — О а = 0 „
Отсюда находим 5] и 52:
= — = /?=2 сил трения.

г
— — ■
2
Коэффициент трения определяется из выражения ~
1п—
при а =180° = 71 (л = —— •
ТС
Среднее давление натянутого элемента
^
Рт — ——
Ут
Конечно, это давление непостоянно по длине дуги -кг и изменяется в:

пределах от р! = ~ до р2 = —^, что при а = 180° и обычных

значениях {х да'ет давление нажатия, меняющееся от 0,4рт до 1,2рт.
233=
--------------- page: 234 -----------
Таблица 7.Ц
Коэффициенты трения Ц для некоторых видов проволок и различных подкладок
Вид арматуры
Давление нажатия рт

в кг(см
Коэффициент
трення
1.
волока 0 5, Ст. 160
2.
3.
волока 0 3, Ст. 180
4.
волока 0 5, Ст. 160
5.
'6. Холоднотянутая проволока 0 3, Ст. 180
7.
волока 0 5, Ст. 160
8.
волока, Ст. 67
9.
10.
волока 0 5, Ст. 37
11.
12.
13.
волока 0 5, Ст. 80
14.
волока 0 5, Ст. 37
15.
16.
Ст. 180, длина скрутки 150 мм
17.
18.
19.
‘20.
21.
22.
Ст. 180, длина скрутки 83 мм
23.
24.
25.
длина скрутки 83 мм
:26. Пряди из 19 0 2,5 мм,

Ст. 180
Гладкая бетонная поверхность
Шероховатая бетонная

поверхность
Черная кровельная сталь
Черная кровельная сталь

новая
Стальная лента, Ст. 60
То же
Стальная лента, Ст. 120
Черная 'кровельная сталь

заржавленная
Стальная лента, Ст. 60
Шероховатая бетонная

поверхность
Черная кровельная сталь

новая
Черная 'кровельная сталь

заржавленная
Черная 'кровельная сталь

новая
Стальная лента, Ст. 60
Стальная лента, Ст. 120
Гладкая бетонная поверхность
Шероховатая бетонная

поверхность
Черная кровельная сталь

заржавленная
Черная кровельная сталь

новая
Стальная лента, Ст. 60
Стальная лента, Ст. 120
Черная кровельная сталь,

Ст. 37, поперечное перемещение не ограничено
То же, поперечное перемещение ограничено
Черная кровельная сталь,

Ст. 37
Стальная лента, Ст. 60
Черная кровельная сталь
0,8 мм, Ст. 37
II
2—6л
0

ю

<0
1
О
со
II
2,5—6
0,35—0,44
II
2—5,5
0,18—0,22
II
2—5
0,16-0,22
II
2—7
0,16—0,18
II
2—5,5
0,15—0,19
II
2—7
0,12—0,14
II
2—7
0,34-0,44
II
2—5
0,16-0,18
II
2—6
0,5-0,56
II
2-5
0,28—0,31
II
2—5
0,3—0,39
II
2-5
0,24—0,35
II
2—5
0,17—0,2
II
2—7
0,12—0,14
II
2,5-6
0,38-0,4
II
2,5—6
0,4 —0,46
II
2—5
0,24—0,32
II
2—5
0,19-0,22
II
2—5
0,13—0,15
11
2—7
0,12-0,13
I
5—40
0,2—0,25
I
15
0,24
II
5—7
0,21-0,28
I
20—40
0,19—0,22
I
5—24
0,22-0,32
*234
--------------- page: 235 -----------
Продолжение табл. 7. II
Вид арматуры
Подкладка
Тип экс- !

перимен-

тальной

установки
Давление нажатия рт

в кг} гм
Коэффициент
трения
Щ Пряди из 19 0 2,5 мм,

~ Ст. 180
Стальная лента, Ст. 60
*
I
15—24
0,2—0,22
<№ Пряди из 7 0 2,5 мм,

Ст. 180
Стальная лента, Ст. 140
II
5—7
0,12 — 0,15
29; То же
Стальная лента, Ст. 140,

по стальной ленте
II
5-7
0,12—0,16
30. ,»
Как в п. 29, между

стальными лентами масляно-графитовая смазка
II
I
3-7
16
0,07—0,08

0,03
31
С густой тавотной смазкой
II
5—7
0,06-0,07
32.
Вазелин фирмы «Шелл»
I
3-8
0,07
33.
Парафин
II
2
од
34.
,,
II
5
0,09
35. ' „
м
II
9
0,06
36.
н
I
25
0,03
31
I
50
0,02 - 0,025
Установка типа II
Для исследований малых давлений служит установка типа II

(фиг. 7. 18). Петля натягиваемой проволоки закрепляется неподвижно с

одной стороны в нижней части машины; другой конец петли нагружается

известным грузом Р. Сопротивление скольжению измеряется тоже при

помощи рычага с плечом а и груза О. При обработке результатов опыта
применяются следующие зависимости:
/? = -0 = 51-5’2;
Г
8х = -0 + 3^\ 32 = Р;
Г
Следует отметить, что [х —

коэффициент трения покоя; коэффициент трения скольжения

имеет меньшую величину.
Коэффициенты трения, приведенные в табл. 7. II, получены на таких или аналогичных

экспериментальных установках.
Фиг. 7. 18. Схема экспериментальной установки типа II
235
--------------- page: 236 -----------
7.
Трение между элементом предварительно напряженной арматуры и

стенками канала для нее зависит от различных факторов:
1)
или заржавленности натягиваемых элементов арматуры к моменту натяжения;
2)
канала;
3)
давлении, тем более выравнивается поверхность, по которой арматура

скользит, и тем сильнее снижается коэффициент трения;
4)
канала;
5)
лов против проникновения в них цементного молока.
Коэффициент трения, таким образом, не есть постоянная определенная

величина. Известно, кроме того, что трение покоя выше, чем трение при

скольжении, и что изменение направления движения на обратное при

скольжении стали по стали и высоком давлении часто приводит к еще

более высоким сопротивлениям трения, чем при первом преодолении трения покоя. При сухих стальных поверхностях низкие коэффициенты трения

получаются, если скользят друг по другу сравнительно одинаково твердые гладкие стальные поверхности. Если же твердая сталь скользит по

более мягкой, то коэффициент трения увеличивается, особенно если давление настолько велико, что возникают остаточные деформации в мягкой

подкладке.
Трение становится значительно больше, если одна из стальных поверхностей или обе не очищены от окалины. При высоких давлениях окалина размалывается на осколки, которые' подобно мелким зернам песка

увеличивают трение.
Сухая ржавчина увеличивает трение аналогично окалине. Наблюдалось, что ржавчина приводит к высокому сопротивлению трения даже при

прямолинейных элементах натянутой арматуры. Нельзя поэтому допускать ржавления натягиваемой проволоки до ее натяжения (см. 6. 21).
Если заранее известно, что между установкой натягиваемых проволок

и натяжением пройдет довольно много времени, то целесообразно при

укладке проволок слегка смазать их маслом, чтобы не могла образов

ваться ржавчина. После натяжения масло нужно удалить при помощи

названных выше средств (например, трихлорэтилена или воды, если применяется масло «Шелль-Донакс С») (см. 4. 442). Это один способ устранения влияния ржавчины на трение; другой способ описан в 7. 3. Если

ржавчина образовалась, то при натяжении нужно поступать, как указано

в 4. 442.
Витые проволочные пряди только при низком боковом давлении обладают нормальным коэффициентом трения стали по стали; при высоком

давлении коэффициент трения сильно возрастает. Дело в том, что каж?

дый виток проволоки прилегает к поверхности лишь на коротком участке

и при сильном давлении вдавливается в подкладку, если она мягче, чем

проволока. Таким образом, при натяжении пряди не только преодолевается трение, но и совершается работа деформации. Если прядь передвш

гать несколько раз по мягкой стальной подкладке, то коэффициент трений

снижается, так как стальная поверхность подкладки в процессе деформации становится глаже и наклепывается. Кроме того, прядь перемещается
236
--------------- page: 237 -----------
0 направлении скрутки проволок, если не препятствовать ее боковому перемещению (фиг. 7. 19). Поэтому если используются пряди или крученые

прямоугольные либо овальные проволоки, то нельзя при высоком давлении применять для опорных подкладок мягкую сталь; для подкладок в

местах изменения направления можно рекомендовать холоднокатанную,

следовательно, твердую сталь (пружинная стальная лента).
Тонкостенные оболочки можно при натяжении протереть насквозь, так

что натягиваемая проволока начнет скользить по бетону. Коэффициент

трения твердой проволоки по бетону в зависимости от характера последнего различен и колеблется в пределах от 0,3 до 0,5.
Для элементов натягиваемой арматуры с многократным изменением

направления автор разработал меры для уменьшения трения при помощи

различных средств, облегчающих скольжение (см. 7. 3). Для этой цели
Фиг. 7. 19. Следы скольжения пряди из 7 0 2,5 мм Ст. 180

по черной кровельной стали. Давление рт — 31 кг!см. Направление скольжения пряди слева направо
было проведено много опытов с различными средствами, улучшающими

скольжение, в особенности с жирами, маслами, масляно-графитовыми

смесями и парафином. При этом оказалось, что парафин, особенно

при большом давлении, дает гораздо более низкий коэффициент трения,

Этот результат соответствует более ранним исследованиям Фениля ([2],

стр. 197) и Мёрша [6], которые установили, что в мостовых шарнирах слой

парафина сохраняется даже при давлении 600 кг/см2 и при многократных

перемещениях, т. е. смазка не выдавливается.
При таких давлениях коэффициент трения гладких стальных поверхностей со слоем парафина между ними снижается до 0,004, тогда как при

давлениях 20-Н-50 кг!см2 он находится в пределах от 0,03 до 0,02. Таким

образом, коэффициент трения с увеличением давления нажатия снижается.

Кроме того, парафин безвреден для бетона и нагнетаемого в каналы цементного раствора и обладает тем преимуществом, что его в разогретом

виде можно наносить слоем равномерной толщины. Таким образом, пара-

фин следует предпочесть другим средствам улучшения скольжения для

применения в изложенных выше целях.
7.
Зная коэффициенты трения, можно было бы рассчитать сопротивление

скольжению криволинейных элементов натянутой арматуры, если бы были

известны действующие силы. Расчетом могут быть определены боковые

силы V, возникающие благодаря тем изменениям направления элементов
237
--------------- page: 238 -----------
арматуры, которые установлены проектом, но нам, к сожалению, неизвестны упомянутые выше дополнительные боковые силы, неизвестны силы

защемления и т. п. Поэтому на практике в первое время применения разных способов наблюдались весьма различные сопротивления скольжению

которые зачастую приводили к тому, что до ряда сечений конструкции не

доходила и половина расчетной силы натяжения.
Потери от трения при натяжении арматуры измерялись многократно.

Приводились значения коэффициентов трения от ОД до 0,9, т. е. величины,

которые частично выходят далеко за пределы известных значений к о э ф*

фициентов ц' трения стали по стали. Это происходило потому, что

указанные значения коэффициентов трения относили только к расчетным

боковым силам от изменения направления; естественно, что эти значения

получались большими, чем коэффициенты трения |л по данному

выше определению, так как фактически проявлялись и другие непредусмотренные боковые силы. Мы будем поэтому отличать значения |а'г

отнесенные к условно завышенным величинам боковых сил, от физического понятия чистого коэффициента трения [л-, относящегося к расчетной

величине боковых сил.
На практике нам нужно знать р/, которое зависит от ряда дополнительных обстоятельств и от качества выполнения строительных

работ.
На основании опытных данных при различных видах криволинейных

арматурных элементов параболического очертания можно вводить

в расчет значения [х', приведенные в табл. 7. III, если сопротивление

скольжению определяется из равенства
к расчетным боковым силам от изменения направления, и если трубки

из листовой стали достаточно жестки, чтобы выдержать давление бетонной смеси.
Таблица 7. НГ
Опытные значения коэффициентов трения \±' при применении параболических
арматурных элементов
1.
в жесткой трубке из холоднокатанной стальной ленты ... от 0,2 до 0,3
2.
такой же, как в п. 1
3.
трубках кругового сечения из холоднокатанной стальной ленты . от 0,27 до 0,3
4.
из холоднокатанной стальной ленты
5.
лоднокатаниой стальной ленты
6.
нии допусков по ширине
7.
при одностороннем расположении покрытых парафином листов
для облегчения скольжения
при трехстороннем расположении покрытых парафином листов
для облегчения скольжения
Наименьшие значения |л' относятся к точно установленным, очищенным

от ржавчины арматурным элементам; высокие значения ц' встречаются

при недостаточно тщательном выполнении.
Смазанные маслом проволоки для пп. 1—5 дают более низкие значения р/. При образовании ржавчины приведенные выше значения 1*

для п. 1—5 могут увеличиться вдвое.
238
--------------- page: 239 -----------
7. 244. Результаты английских опытов
Общество цемента и бетона в Лондоне (САСА) опубликовало в ок-

тШре 1953 г. отчет, составленный Э. X. Кули (Соску) об опытах по 'исследованию трения элементов натянутой а-рматуры, который дополняет изложенные© этой главе материалы и содержит значения коэффициентов трения для прямолинейных арматурных элементов.
Кули различает 5 факторов, которые определяют сопротивление скольжению или уменьшение силы натяжения:
1)
крате, например 0,95; это означает, что 5% силы натяжения, подсчитанной

по манометрическому давлению, теряется в домкрате;
2)
рая определенная величина);
3)
ных боковых сил от изменения направления;
4)
менений направления арматуры <и давления бетонной смеси;
5)
место при плотном прилегании трубок к проволоке (может возникать

только в способе Фрейсине и устраняется подвижкой проволок до начала

натяжения). Этот фактор сомнителен и здесь не рассматривается (силы

защемления, рассмотренные в 7.22, здесь не упоминаются).
Величина силы натяжения на расстоянии х от натяжного устройства

при изменении оси элемента на угол а определяется так:
Уп — У0Рге~~{кх +11“)— У г.
На основании ряда опытов приводятся следующие значения Р/\
для домкрата Фрейсине
„ „ Маньеля
„ „ Ли-Мак-Кола
Трение в анкере появляется в тех случаях, когда проволоки в анкеровке

разводятся (отгибаются), например для установки внутренних клиньев.

Для анкерных устройств Фрейсине на 12 0 5 мм, ст. 160, при Уо = 24 г,

установлено, что Уг = 2 -г- 3 т.
Коэффициенты трения [х были определены путем измерений в ряде

промежуточных точек (окна в бетоне) на забетонированных криволинейных арматурных элементах кругового очертания; при этом учитывалось

значение к, полученное опытным путем на забетонированных прямолинейных арматурных элементах длиной 60 м. Значения к приводятся ниже в

виде коэффициента, отнесенного к единице длины.
В отчете приводятся также значения |л и к для труб из пластмассы,

дающие повышенные показатели трения; эти данные здесь опущены, так

как недостаточно точно указан вид пластмассы. Из опытов были получены значения [х <и к, приведенные частично на стр. 240 и 2411.
Эти опыты дали, следовательно, во всех случаях более высокие величины коэффициентов трения [л, чем приводившиеся ранее. Для пучков

Фрейсине это можно объяснить силами защемления (фиг. 7. 15). Изло-
1 Эти значения к нельзя признать достоверными, так как при пересчете величин

к, приведенных в упомянутой работе Э. X. Кули, из английской системы мер в метрическую, Ф. Леонгардт ошибочно уменьшил их в девять раз (на это обратил наше

внимание проф. А. А. Гвоздев). (Прим, редактора.)
239
--------------- page: 240 -----------
женные результаты опытов соответствуют также многочисленным наблюдениям при осуществлении натяжения на стройках.
к . 10 ‘
^ в бетоне, уплотненном
Для пучков Фрейсине при
Р-
умеренно
сильно
толстостенной трубе из листовой
стали
0,35
2
2
тонкостенной трубе из листовой стали
0,35
10
17
•освинцованной стальной трубе
(«Юнитьюб»)
0,25
3

бетонном канале, образованном путем протягивания жесткой стальной
трубы или стержня
0,55
0
0
'бетонном канале, образованном при
помощи трубы «Дактьюб» ....
0,55
8

■бетонном канале, образованном при
помощи трубы «Дактьюб», подкрепленной вставленным в нее круглым
стержнем
0,55
3

'бетонном канале, образованном трубой «Дактьюб» и стальными кольцами, как на фиг. 7. 9
0,35
5

Для пучков Маньеля при
1 ^
к «
10-4
-бетонном канале, образованном при
помощи прямоугольного резинового
стержня
0,25
2
коробе из листовой стали
0,25
2
Диаметр канала для арматуры больше диаДля стержней Ли-Мак-Кол а (диаметром
метра стержня на
25 мм из Ст. 110) при
Р-
3 мм I
О мм
12 мм
.в бетонном канале после вытаскивания стальной трубы
0,55
3
2
0
в канале, образованном трубой
«Дактьюб», неподкрепленной . . .
0,55
5
3
2
то же, трубой «Дактьюб», подкрепленной
0,55
3
2
0
»в освинцованной стальной трубе
(«Юнитьюб»)
0,3
3
2
0
Особенно ценны данные о значениях коэффициентов к, из которых

можно сделать нижеследующие выводы.
7. 245. Трение прямолинейных арматурных элементов натянутой
арматуры
Трение прямолинейных арматурных элементов зависит, таким образом,

дополнительно:
1)
арматуры, от расстояний между неоседающими точками опор такого элемента и от их правильного размещения; при жестких стальных трубах или

коробах из листовой стали & = 0; неподкреплениые трубы «Дактьюб»

мало пригодны; тонкостенные трубы из жести приводят к высоким значениям к;
2)
давящей на тонкостенные трубы при ее вибрировании; из-за прижатия

трубок к проволокам возникает трение; значение к— 17 • 10“4 для пучков

Фрейсине показывает, насколько возрастает трение при этом даже на прямолинейном участке;
'240
--------------- page: 241 -----------
3)
арматурною элемента.
На основании изложенных выше опытов можно рекомендовать для

расчета снижения силы натяжения в прямолинейных арматурных элементах следующие значения к:
к на 1 м длины

§ арматурного элемента

Тонкостенные трубки, деформирующиеся от давления бетонной смеси
Жесткие трубы из листовой стали с часто расположенными точками опоры
Жесткие короба из листовой стали, подкрепленные

для того, чтобы выдерживать, давление бетонной
смеси, достаточно большого поперечного сечения от 0 до 0,0003
Сила натяжения на конце прямолинейного арматурного элемента длиной I определяется по формуле
Уя=У0е-*'.
7. 25. ИЗМЕРЕНИЕ ТРЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НАТЯНУТОЙ АРМАТУРЫ
1В сооружениях, где арматурные элементы выполняются с значительной

криволинейностью (2<0> 30°), при натяжении нужно отдавать себе отчет

в том, каково действительно возникающее трение, чтобы можно было назначить необходимую величину силы натяжения. Определение действительного трения, таким образом, часто бывает необходимо на практике.

Ниже приводятся указания, как нужно при этом поступать.
На каждом арматурном элементе нужно возможно более точно измерить силу натяжения и полученное удлинение.
Расчетом предварительно определяют удлинение, учитывая снижение

силы натяжения и’ используя крайние значения коэффициента трения р/.

По измеренным значениям силы натяжения и удлинения можно тогда

заключить, какое значение трения действительно подходит в данном

случае.
Потеря силы натяжения может быть измерена непосредственно, если

на обоих концах натягиваемого элемента установить домкраты; тогда

возникает возможность, натягивая один конец, наблюдать, какая сила натяжения доходит до другого конца. Если внутреннее трение в домкратах

мало и они снабжены достаточно точными манометрами, то можно до-

биться довольно точных результатов.
Другой прием заключается в том, что в ряде промежуточных точек и

на концах натягиваемого элемента измеряют величины перемещений при

натяжении с силой Ух и сравнивают измеренные значения с расчетными

для различных ц/.
При мощных составных пучках можно также через специальные окна

измерять на участках перемещения по длине всего пучка. В этом случае

удобны боковые окна, так как через них можно наблюдать перемещения

самого верхнего и самого нижнего слоев проволок.. По разности перемещений, измеренных в соседних окнах, можно однозначно определить подученную на этом участке силу натяжения. На фиг. 7. 20 показано, как

Щчок из прядей в таком окне практически равномерно переместился на
29
Через такие окна можно непосредственно измерить натяжение прядей

Ши проволок, прилагая перпендикулярную им сосредоточенную силу на

определенной длине измеряемого участка. На фиг. 7.21 показан измери16-3206
241
--------------- page: 242 -----------
тельный прибор, разработанный для этих измерений Фогтом (Швейцария), дающий точность в ±2% при длине участка 30 см. Если натянутые-

проволоки вблизи участка измерения прилегают к стенке, например в

резервуаре, то этим прибором можно произвести измерение только один
Фиг. 7. 20. Наблюдение через окно в вертикальной стенке балки за перемещениями

при натяжении пучка из прядей
раз, так как обратному движению проволоки препятствует трение, и второе измерение дало бы поэтому заниженное напряжение.
Наконец, потери напряжений можно определить при помощи тензометров, установленных на арматурных элементах (например, используя датчики сопротивления) [222, 224].

При этом исключаются источники ошибок, вызываемых домкратами, конструкцией анкеров и неточностью манометров, но нужно*

учитывать температуру проволок.

Для применения этого метода

требуются опытный инженерный*

персонал и надежные приборы.

Измерения, выполняемые на прядях, следует производить с особой тщательностью.
Оба первых приема можно*

применить, используя простые

средства; их можно рекомендовать для регулярного контроля*

условий трения, достигаемых на

практике.
Значение коэффициента трения, отнесенное к расчетному углу изменения направления, по причинам, изложенным в 7. 243, во всех практичеФиг. 7.21. Измерительный прибор Фогта с

поперечной оттяжкой для измерения натяжения через окна для наблюдения
242
--------------- page: 243 -----------
ских случаях лежит выше действительного коэффициента трения между

арматурным элементом и каналом для него.
Вследствие множества влияний важное значение имеют наблюдения на

самих сооружениях, позволяющие накапливать данные об опытных величинах коэффициентов трения. По статистике наблюдаемых значений коэффициентов трения можно, кроме того, определить, тщательно ли работает

соответствующая строительная организация. Чем ниже и равномернее

наблюдаемые на сооружении значения коэффициентов трения, тем выше

качество установки арматурных элементов.
7.
ЭЛЕМЕНТОВ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ УМЕНЬШИТЬ ТРЕНИЕ
При использовании холоднокатанной гладкой ленты для изготовления

трубок удается значительно снизить коэффициент трения. Плохое сцепление гладких стенок таких трубок с бетоном (от 5 до 15 кг!см2) можно

компенсировать, например, при ограниченном предварительном напряжении путем (их профилирования (см. конец гл. 7. 13).
Если в круглой трубке помещается много проволок, то приходится считаться с тем, что в местах изменения направления арматуры появляется

повышенное трение от сил защемления, возникновение которых пояснено

на фиг. 7. 15. Кроме того, в таких местах проволоки прижимаются друг

к другу на большой длине в направлении действия боковой силы и так

тесно, что возникает сомнение, заполняет ли нагнетаемый раствор все

пустоты. Необходимо, следовательно, расположить проволоки в определен-

ном порядке и обеспечить сохранение расстояния между ними.
Фрейсине располагает 12 проволок диаметром 5 мм (или же от 8 до

18 проволок диаметром также от 7 до 8 мм) в виде кольца вокруг внутренней спирали из твердой про-
Фиг. 7. 22. Расположение 12 про- Фиг. 7. 23. Расположение проволок в два коль-

волок пучка вокруг внутренней цевых слоя, содержащих 43 проволоки; арма-

спирали; система Фрейсине
разуется просторный канал для нагнетаемого раствора. Спирали можно

придать такие размеры, чтобы она до определенной степени изменения

направления выдерживала боковые силы от проволок. По Гюйону [125],

шаг спирали в прямолинейных элементах натянутой арматуры составляет

3 см, но при радиусе кривизны 8 м — уже только 1 см. Для помещения

в трубку пучок проволок связывается отдельными проволочными скрутками или же прямо вводится в закаточную фальцевую машину. Так же

при кольцевом расположении проволок, естественно, возникает боковое
--------------- page: 244 -----------
защемление. Применяя звездообразные ироставни, достегают того, что

нагнетаемый цементный раствор наверняка проникает между проволоками, по крайней мере вблизи проставок, и всюду заполняет наружные

промежутки между оболочкой и проволоками [191].
В арматурных элементах системы ББРФ в двух кольцевых слоях размещается по 43 проволоки вокруг коротких отрезков стальной трубы,

причем в отдельных местах между слоями и снаружи накладываются бандажи (фиг. 7. 23). В местах изменения направления условия несколько

менее благоприятны, чем в пучках системы Фрейсине.
Натянутые

‘продоломи

9 5%3 мм
Фиг. 7.24. Расположение 12 проволок диаметром 5,3 мм

двумя горизонтальными слоями с проставками в виде гребешков (арматурные элементы системы «Леоба»)
Боковое защемление почти полностью отпадает и проставки упрощаются, если проволоки расположить горизонтальными слоями (фиг. 7. 24).
В арматурных элементах системы «Леоба» имеются два слоя по 6 Ф

5,3 мм в каждом; две проетавки располагаются непосредственно рядом и

вдвигаются одна в другую так, что связывают между собой оба слоя (фиг,
7.
сколько -скошены, так что после

запрессовки в слой 'проволок закреплены в ;нем прочно. Применяемая с этим элементом плоская

жестяная шльза обладает еще

тем преимуществом, что ее можно

сравнительно сильно изогнуть относительно ее меньшего размера

без образования вмятин; относительно другой оси она жестка и,

следовательно, облегчает прямолинейную установку в плане.
По сравнению с кольцевым расположением сопротивление трению

в двуслойном плоском элементе,

как показывает опыт, значительно

снижается; применяя арматурные

элементы системы «Леоба», можно

успешно создавать предварительное напряжение в неразрезных трехпролетных балках, несмотря на то, что натяжение арматуры ведется с одного

конца.
Если в одном элементе арматуры нужно объединить много проволок

или прядей, проще всего, для того чтобы обеспечить их тщательное размещение и соблюдение зазоров, необходимых для инъекции, располагать

их горизонтальными слоями.
244
--------------- page: 245 -----------
Впервые прямоугольное расположение проволок в мощных пучках

было применено Маньелем; расстояния между натягиваемыми попарно

цроволоками он обеспечивал при помощи решеток из

Шмм проволок (фиг. 7. 26). При больших расстояниях между проволоками для инъекции требуется

значительное количество раствора, который при этом

проявляют склонность к расслоению и выделению
воды.
Так как проволочные решетки в местах изменения направления приводят к высокому поперечному

сжатию или даже изгибаются, то впоследствии в

способе Маньеля (примерно с 1952 г.) [203] стали

применять изогнутые угловые плиты для каждого

слоя проволок (фиг. 7. 27). Этим плитам придается

такая толщина, что боковая сила от изменения направления передается в поперечном направлении на

крайние ребра, причем можно расположить несколько плит одна над другой. Проволоки при этом не

влияют друг на друга, и их можно натягивать независимо даже и тогда, когда изменяется направление

кривизны. В способе Хейлитбау применялись позже

аналогичные устройства в местах изменения направления для натяжения отдельных проволок [213].
Обеспечение расстояний между проволоками и

передача боковых сил от слоя к слою существенно

упрощается, если весь пучок натягивается одновременно и расстояние между проволоками уменьшено

до 0,5-И мм; этого достаточно, как показывает опыт,

для безупречного заполнения пустот при нагнетании цементного раствора.
В одном сооружении (Германия) арматурные элементы мощностью

80 т системы ББРФ комплектовали, например, из 36 проволок диаметром

6 мм в шесть слоев по 6 проволок в каждом (фиг. 7. 28); пучок помещался

в квадратный короб из стальной ленты размером всего 41X41 мм. Такие

короба позволяют осуществлять изгиб лишь по дугам больших радиусов.

Проставки — такие, как на фиг. 7. 25.
Фиг. 7. 26, Прямоугольное размещение

проволок с решеткой

из стерженьков диаметром 5 мм для

обеспечения расстояния между натянутыми проволоками; первоначальная конструкция Маньеля
Фиг. 7. 27. Несколько криволинейных плит

одна над другой, располагаемых на участке

изменения направления арматуры в усовершенствованном способе Маньеля (фирма

«Р. Баувенс», Кельн)
^Ц)мм 6 свету
Фиг. 7.28. Расположение 36 проволок диаметром 6 мм в шесть слоев

с проставками в виде гребешков в

пучке мощностью 80 г, типа ББРФ
245
--------------- page: 246 -----------
При нескольких горизонтальных слоях проволоки можно избежать боковых защемлений только в том случае, если лежащие друг над другом

в вертикальном направлении проволоки остаются при натяжении безукоризненно точно одна над другой в местах изменения направления. Это

условие соблюдается, если жестяные короба лишь немного шире пучка,
9 Проволок

сила натяжения 36 т
Фиг. 7.29. Пучки натягиваемой арматуры

из проволок диаметром 8 мм мощностью

24, 36 и 100 т менее склонны к защемлениям, чем элементы из проволоки диаметром 5 мм
■ Ш
ш
1 ш
шш
■ШИШ
■ 42
ЕзГ
Ж

тщ
в
ш§
ШШШШ)
ПИ!
Ш§1
шмшШш
шм
шт
1 ШШ\ШШ
ш
тщ
шмш
ш
Ш)
§11II ШИ
^т\
шш
.ш\ш
ш
*.5
- г
X 01

!С С?
Фиг. 7. 30. Многослойные пучки из

овальных проволок периодического

профиля особенно выгодны, когда необходимо обеспечить нормальную работу пучка на участках изменения его

направления,
так что отдельная проволока может перемещаться в сторону не больше

чем на 1/5“^1/ю своего диаметра. При определении размеров короба нужно

поэтому указывать ширину с малым допуском, соблюдение которого обязательно, чтобы избежать повышения трения.
При прядях диаметром 9 мм или новых типах арматурной проволоки

диаметром 8 мм это легче осуществить, чем при проволоках диаметром
5
арматурных элементов из проволок большего диаметра,.например по способу, показанному на фиг. 7. 29.
246
--------------- page: 247 -----------
Овальные проволоки периодического профиля особенно выгодны для

многослойных арматурных элементов, так как плоская форма этих проволок не позволяет возникнуть силам защемления (фиг. 7.30). Конечно,

места изменения направления должны быть при этом устроены так, чтобы

поперечные ребра проволок не терлись о стенки канала для арматуры (см.
об
Можно обойтись без сборки на строительной площадке составных арматурных ‘элементов* с их проставками и боковыми прокладками, сплетая проволоки в трос такой формы; при которой остающиеся пустоты невелики; эти пустоты при сплетке заполняются свинцовым суриком. До

сих пор, однако, не найдены простые и надежные анкерные устройства,

позволяющие использовать на строительной площадке тросы нужной

длины.
Нужно стремиться к тому, чтобы и жестяная оболочка еще на заводе

была надета на пучок.
При больших силах натяжения (> 100 г), несомненно, расположение

натягиваемых проволок в несколько слоев друг над другом в прямоугольных коробах из листовой стали

является наиболее простым, экономичным и технически эффективным.
Кожухи из листовой стали для

мощных пучков (фиг. 7. 4) (см. также 7. 13) собирают на подмостях открытыми сверху в окончательном положении; пряди или проволоки укладывают в них, а затем кожухи закрывают крышкой (способ Баура-

Леонгардта). На больших мостах

применяли укладку до 400 шт. семипроволочных прядей в кожух из листовой стали в 20 рядов по 20 прядей в каждом, без дополнительных

усложнений натягивали их и заливали раствором (фиг. 7. 31). Для изготовления кожуха применяется черная листовая сталь; необработанная

поверхность стенок этих кожухов

привела бы к слишком высокому

трению, если бы пучок скользил непосредственно по поверхности листов. Поэтому в способе Баура-Леон-

рардта применены специальные ме-

0ы для облегчения скольжения.
арматурный элемент располагают насколько возможно по ломаной линии, причем между длинными прямыми участками помещают проставки

для изменения направления с равномерной кривизной. Эти последние сваривают из толстого листа, чтобы иметь возможность сохранить малые

допуски по ширине, необходимые для того, чтобы избежать бокового защемления (фиг. 7. 32). Прямые участки кожуха между местами изменения

•направления устраиваются на 8-М 5 мм больше по ширине и высоте, чем

наружные размеры пучка. Благодаря этому при натяжении пучок касается

стенок канала только в узких местах изменения напряжения, а на остальных участках лежит свободно. Трение таких пучков существенно уменьшается, когда на этих коротких участках изменения направления помещаются два твердых гладких листа из пружинной стали (толщиной от

0^5 до 0,8 мм) с парафиновой прослойкой как раз в том месте, где боковая
Фиг. 7.31. Мощный пучок из прядей с

проставками в виде гребешков между

слоями; проставки позволяют сохранить

расстояния между прядями со всех сторон и обеспечивают передачу (как в

изображенном здесь пучке) поперечного

давления в местах изменения направления (способ Баура-Леонгардта)
247
--------------- page: 248 -----------
сила действует на короб. При установке пучков, у которых велика сумма

углов изменения направления, располагают гладкие листы для облегчения

скольжения также и на боковых поверхностях, чтобы уменьшить трение

от сил защемления. Боковые силы от изменения направления отжимают
Поперечный разрез
Листы • поверхность
Котцх из кробе/тьнои стапи

в пролете
шшшшт
-й*2»Чмм Фиг. 7. 32. Конструкция составного прямоугольного пучка с короткими участками изменения направления равномерной кривизны и с минимальными допусками на ширину;

по сторонам, где поперечно направленные силы создают трение, предусмотрены листы,

облегчающие скольжение. Внизу, справа, — поперечный разрез нормального кожуха из

кровельной стали на прямом участке, в котором имеются зазоры между пучком к
стенками
пучок к одной стороне, так что с четвертой стороны, между жестяной

стенкой канала и пучком, остается промежуток.
Внутренние листы, облегчающие скольжение, должны быть длиннее

участков изменения направления на величину местного перемещения при

натяжении и выступать за пределы этого участка навстречу направлению

натяжения, чтобы действие их сохранялось до конца перемещения. При

двойных листах для облегчения скольжения наружный лист остается неподвижным, так как трение там больше, чем в парафиновом слое. Наружные

листы можно не применять, если стенки кожуха на участке изменения

направления имеют гладкую поверхность.
Если один над другим располагается больше чем 10 слоев при г < 5 д

или больше 16 слоев при г < 10 л*, то целесообразно распределить давление от изменения направления проволок или прядей через тонкий лист

толщиной 4—5 м, облегчающий скольжение (в направлении боковой

силы), или через простроганную поверхность толстых листов, покрытую

парафином.
Применение таких листов, облегчающих скольжение, с одной или двух

сторон или отказ от них целиком зависит от величины суммы углов изменения направления пучка. Если сумма углов изменения направления

меньше 15°, можно не применять листы, облегчающие скольжение; до
248
--------------- page: 249 -----------
Фиг. 7. 33. Упрощенная конструкция участка изменения направления с П-образным хомутом для

пучка малой кривизны. Если одновременно существует изменение

.направления в горизонтальной

плоскости, то -необходимы также

вертикальные проставки. На фигуре изображено положение про-

ставок и прядей до натяжения
40? можно помещать эти листы лишь на той стороне, куда направлена

боковая сила, а при больших углах устанавливать эти листы с трех сторон.
В первом случае, без листов, облегчающих скольжение, жестяные короба в местах излома направления соединяют встык и, чтобы избежать

бокового защемления прядей, сужают внутренний размер, вставляя дугообразный хомут из полосовой стали (фиг. 7.33). Фиг. 7.33 относится к

сооружению, на котором пучок в местах изменения направления имел

Кривизну не только в вертикальной плоскости, но, также незначительную,

и в горизонтальной плоскости; вследствие * этого между прядями нужно

было установить и вертикальные проставки. Хомут по бокам скашивают,

чтобы пряди не скользили по ребру. От продольного смещения при натяжении хомут предохраняется шпонками.
249*
--------------- page: 250 -----------
Листы, облегчающие скольжение, гарантируют также, что трение

пучка о стенки канала меньше, чем трение между -слоями проволок; это

обусловливает равномерность натяжения всех слоев (см. 7. 23).
Эти простые и дешевые меры для облегчения скольжения позволяют

свести к минимуму влияние возможного образования ржавчины на поверхности пучка или стенках канала и частично также компенсировать

влияние неточностей установки коробов, так как кожух касается канала

только на поверхностях скольжения, смазанных парафином.
Если кожух имеет форму прямоугольника с вертикальным большим

размером, можно уменьшить опасность от сил защемления, устанавливая

между слоями проволок, в местах изменения направления, один или два

жестких листа.
Проставки состоят из узких полосок жести с выштампованными зубцами. Жестяные полоски обеспечивают сохранение расстояния между

слоями, а зубцы — расстояния между проволоками или прядями в каждом слое; загнутые под углом края удерживают крайние проволоки. На
Над опорой Изменение

Расстояние ме&ду

наборами простоод/к
1-1 зкенепие

чапраблегип
Г"Т
Фиг. 7. 34. Расположение проставок различной ширины

Ширина проставок выбирается по следующей таблице.
Над опорой
В пролете
Радиус кривизны в месте изменения направления
5
м
10
м
5
м
10
м
С „Л
>1
О на
О
6 ч.
СО СП
Я 5
2 ас
О.
С
Ш ГО
о д
с Ж
0-3
С
Ш ГО

<У Д

О Я
а. ^

с
ш го
О) Д

2 =
а. “
с 5?
г *

§*
О си

к
Ширина

ставок в
г*

§ *

5 д
'и О
Ширина

ставок в
° *

м) о
сз а

к *
Эй
Ч а

и *
° X
у »

$ 8
а оа

* *

&§

зв
До 4
25
До 8
25
До 4
25
До 8
25
5- 8
50
9—16
50
5— 8
50
9—16
50
9—12
75
17—24
75
9—12
75
17—24
75
прямых участках натягиваемой арматуры эти проставки располагают на

расстоянии от 1 до 1,5 м друг от друга.
На криволинейных участках нужно следить за тем, чтобы боковые

силы передавались от слоя к слою через эти проставки с допускаемым

поперечным сжатием. Поэтому расстояния и ширина проставок на криволинейных участках должны определяться расчетом; они должны указываться на чертежах, и при выполнении строительных работ проставки

должны тщательно устанавливаться.
Для способа Баура-Леонгардта были составлены правила по выбору

размеров проставок, приведенные на фиг. 7. 34; применяются три типа
--------------- page: 251 -----------
подставок, различающихся по ширине. Для передачи боковой силы про-

ставки должны располагаться по оси одна над другой; при увеличении

поперечного сжатия, т. е. в направле-

щш действия боковой силы, закладываются более широкие проставки.
Следует учитывать возможность перемещения при натяжении и располагать проставки так, чтббы они сохраняли правильное положение к концу

процесса натяжения.
Положение проставок лучше всего обозначить на стенках канала арматуры, чтобы при установке не

вкрались ошибки.
Так как участки изменения направления по сравнению с прямыми

промежуточными участками очень

коротки, то связь между пучком и

окружающим бетоном практически

не ухудшается; к тому же толстостен-
*
-направления, входящие в состав всей

цепи жестяных кожухов, действуют

как шпонки.
На более длинных криволинейных участках, имеющих место над

опорами неразрезных балок, можно

повысить сцепление, снабжая три

стенки кожуха вдавленными углублениями; при этом или отказываются от установки боковых листов, облегчающих скольжение, или устраивают в этих листах отверстия, чтобы обеспечить их зацепление за стенки кожуха. Можно, следоватольно, и в данном случае добиться эффективного сцепления (фиг. 7. 35).
Применяя описанные трехсторонние устройства, облегчающие скольжение, получали в конструкциях неразрезных балочных мостов значения

коэффициента трения [х'от 0,07 до 0,1, тогда как раньше при таких же

типах пучков, но без применения подобных устройств значения коэффи-
цие?гга трения достигали от

0,3 до 0,5. Меры для облегчения скольжения, таким образом, оказались успешными и

их применение имеет большое значение при создании

предварительного напряжения в неразрезных балках.

При статических расчетах рекомендуется для надежности

пользоваться значениями |х',

приведенными в табл. 7. III.
Объединение натянутой

арматуры данной балки в

одном канале дает возможность применять меры для

уменьшения трения, что невозможно при расчленении
Фиг. 7.36. Элементы предварительно напряженной арматуры, рассчитанные на одинаковую силу

натяжения V—1 000 г; слева группа пучков по

12 0 5 мм в каждом, Ст. 160; справа мощный

пучок из прядей по 7 0 5 мм, Ст. 180
Горизонтальный разрез ,
, 035 ММ
ия*—•
Фиг. 7. 35. Наполовину выштампован-

ные углубления на трех стенках кожуха из кровельной стали на длинном участке изменения направления

для улучшения сцепления. К боковым

стенкам внутри могут быть прислонены соответствующие дырчатые листы

из стальной ленты для уменьшения

трения
251
--------------- page: 252 -----------
арматуры на много мелких элементов. Одновременно упрощается кош

троль фактического трения; в неразрезных балках он только при таком

решении делается вообще возможным, так как через окна в бетоне можно

наблюдать, измерять и правильно оценивать величины перемещений по

длине пучка. Проще и надежнее осуществляется также инъекция раствора (см. гл. 8).
В гл. 6 было показано, что общепринятое в обычном железобетоне

конструктивное правило комплектовать арматуру из мелких элементов,

распределенных по растянутой зоне бетона, неприменимо для.конструкций

описанного типа. Сосредоточение элементов натягиваемой арматуры

дает здесь значительные преимущества технологического характера,

не создавая каких-либо неудобств. Прежде всего оно позволяет примем

нять жесткие бетонные смеси, как видно из фиг. 7. 36, где слева представлены распределенные пучки по 12 Ф 5 мм, Ст. 160, а справа — сосредоточенный мощный пучок из прядей по 7 Ф 3 мм, Ст. 180, на ту же

силу натяжения.
Вид спереди
в -«а-1
Фиг. 7.37. Натяжной башмак для мощного пучка из прядей. Зажимные винты

из Ст. 90 натягиваются домкратом
252
--------------- page: 253 -----------
7.
ДЛЯ ПРЕОДОЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТРЕНИЯ
7. 41. МЕСТА ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО НАТЯЖЕНИЯ
В неразрезных многопролетных балках превышение номинальной силы

натяжения на 10-И5%, несмотря на описанные выше способы облегчения

скольжения, часто оказывается недостаточным для компенсации сопротивлений трения в такой мере, чтобы достигнуть в расчетных сечениях

проектной силы натяжения.
Щля таких случаев разработаны вспомогательные устройства, при помощи которых сосредоточенные арматурные элементы захватываются на
Фиг. 7. 38. Часть пучка в окне Фиг. 7. 39. Установленный натяжной

вертикальной стенки балки моста
(Дунайская долина, Унтермарх-

таль), готовая к установке натяжного башмака
промежуточных участках так называемым натяжным башмаком и дополнительно натягиваются.
Эти точки называют местами дополнительного натяжения; их лучше

всего располагать 1в вертикальных стенках главных балок, где в бетоне

вырезается окно, чтобы можно было захватить пучок.
Натяжной башмак закрепляется зажимами, подобно тому как на тронах висячих мостов закрепляются обоймы. На фиг.
7.
тяжной башмак для пучка

с поперечным сечением

около 20X20 см. Два

мощных стальных листа

прижимаются с силой

'800 т к пучку, который в

этом месте уже залит цементным раствором; для

этого болты из Ст. 90 натягиваются обычными натяжными гидравлическими

домкратами. Листы подлеплены ребрами жестко-
Фиг. 7. 40. Увеличение усилия натяжения на величину усилия, вызываемого домкратами, применяемыми для дополнительного натяжения.
253
--------------- page: 254 -----------
Видсбопу


С-Л
Поперечные разрезы

Е-Г
Отверстие

для нагнетания раствора
Цементный
раствор
Лист на поберх-

ности снолъжрния
Натягиваемые

пряди
Натягиваемый пучок

рСс 'В пределах нйтяжного

‘ошмонп заливается нагнетаемым цементным раство

ром
Фиг. 7.41. Клинообразный натяжной башмак, рассчитанный на ту же силу, что и башмак на фиг. 7. 37
--------------- page: 255 -----------
сти и выступают настолько, что над пучком и под ним можно установить

по гидравлическому домкрату, которые опираются в окнах на бетон стенки

балки и могут перемещать пучок в указанном направлении.
На фиг. 7. 38 представлена часть пучка, видная в окно; на фиг. 7. 39 —

установленный натяжной башмак с двумя 300-т домкратами, применявшийся на строительстве моста в Дунайской долине, в Унтермархтале [198].
Натяжной башмак® устанавливают только после того, как пучок, насколько это возможно натянут основным натяжным устройством, которое

продолжает оставаться в действии, пока работают вспомогательные домкраты. Сила натяжения, уменьшенная сопротивлением трения, получает,

таким образом, в месте дополнительного натяжения скачкообразное приращение (фиг. 7.40), которое выравнивается после удаления домкратов.

Ё сооружениях большой длины можно устроить несколько таких мест дополнительного натяжения,

расположенных последовательно по примеру применявшихся при строительстве семипролетного моста

на автостраде близ Норт-

гейма в 1953 г.
Натяжным башмаком

можно создавать требуемое защемление, также используя эффект клина

(фиг. 7. 41). Расчет, однако, показывает, что при

этом расходуется больше

стали, чем на показанный

на фиг. 7. 37 натяжной

башмак, запрессованный

при помощи домкрата.
Конструирование захвата в форме клина связано, кроме того, с тщательной механической обработкой нескольких стальных поверхностей.
Другое решение для компенсации потери силы натяжения от трения

в промежуточной точке состоит в том, что устраивают шов для дополнительного натяжения, домкраты в котором приводят в действие только.

после того, как главное натяжение, идущее от концов, достигает установленного предела (предложение Б. Фрица) (фиг. 7.42). Когда в шве прилагают давление через домкраты, то по меньшей мере одна половина

сооружения перемещается на своих подвижных опорах на величину дополнительно созданного удлинения натянутой арматуры. Домкраты в шве

для натяжения должны быть рассчитаны на полную силу, опоры — на

большое требуемое перемещение.
7. 42. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НАТЯНУТОЙ АРМАТУРЫ
Церна описывает способ [184], которым теоретически можно полностью

погасить потери силы натяжения, вызванные трением (фиг. 7.43): над

главным арматурным элементом О устанавливается вспомогательный арматурный элемент Н, который боковыми силами V прижимается к стенкам канала. Сначала натягивают элемент О с одного конца силой У0*

По достижении номинального значения силы натяжения в том же направТольмо главное натшмение
Отпустить на
Сила натятения
данная и открытом ил
Л +&

вспомогательного натя/нениг
Домкраты для создания

^главного матямения
Середина сооружения
Открытый шоб для вспомогательного натяжения
Фиг. 7.42. Шов для дополнительного натяжения арматуры в середине длины балки с числом пролетов

больше 4; начальное натяжение арматуры осуществляется с концов. Распределение усилия натяжения1
255
--------------- page: 256 -----------
лении вытягивают вторым натяжным домкратом вспомогательный элемент

Я. Потребная для этого сила приближенно выражается так:
//=ца(+^|у0.
Здесь ц — коэффициент трения О по Я;
р-я — коэффициент трения Я по стенкам канала;

а — общий угол изменения направления О.
При натяжении Я трение между С? и Я вызывает действующие на

главный элемент натянутой арматуры продольные силы, равные тем, которые ранее при натяжении главного элемента создавали потери силы
Фиг. 7.43. Способ Церна для устранения потерь силы натяжения путем применения вспомогательного элемента натянутой арматуры Н, который не анкеруется и впоследствии извлекается
натяжения. Таким образом, эти потери силы натяжения снимаются. Во

время натяжения Я нужно поддерживать главным домкратом силу натяжения Уо, при этом в главном арматурном элементе возникает добавочное удлинение от сил трения, передаваемых вспомогательным элементам.
При рассмотрении теоретического вывода следует обратить внимание

■на письмо в редакцию журнала, указанное в [184].
Вспомогательные элементы натянутой арматуры можно применять

■повторно. В неразрезных балках с раличным знаком кривизны при измерениях направления приходится применять два вспомогательных элемента

натянутой арматуры: один в верхней, другой в нижней части канала.
Конечно, компенсируются только те потери силы натяжения, которые

получаются от расчетных изменений направления, в то время как потери

от боковых, непредусмотренных сил — защемления из-за давления бетонной смеси и т. п. — не устраняются.
Практическая выполнимость и экономичность этого способа пока еще

не проверены.
7.
Ф. Ган (фирма «Эд. Цюблин», Штуттгарт) предложил по достижении расчетной силы натяжения нагревать натянутую арматуру, например

вводя в канал пар, и при этом поддерживать силу натяжения, увеличивая

таким образом перемещение при натяжении на величину температурного

удлинения (фиг. 7.44). При последующем охлаждении стали, если сохранить полученное перемещение, напряжение по всей длине повысится;

Если же сохранять номинальное значение силы натяжения в месте ее приложения, то часть перемещения пойдет в обратном направлении, силы

трения переменят знак на обратный, в середине балки сохранится большое значение силы натяжения и соответственно большее удлинение. Одш

наковой по всей длине балки силы натяжения можно было бы достиг-
256
--------------- page: 257 -----------
НуТь, нагревая арматурный элемент посредине, с тем чтобы удлинение

от нагрева достигло величины, соответствующей уменьшению удлинения,

вызванному трением, Де^, и давая приращению тепла сойти к нулю в

наружном направлении по линейному закону. Перемещение при натяжении на обоих концах возрастает при этом на V* Дев/ и должно быть сохранено при охлаждении (фиг. 7.45). Следовательно, выгодно применять

местный нагрев на участках,

где больше всего требуется

это дополнительное вмешательство.
Чтобы показать размеры

необходимого нагрева, примем, что потеря силы натяжения элемента из Ст. 180

составляет 10%.
Тогда
Де® = 0,1 • 0,5 = 0,05о/о,
Удлинение достигнуто равномерны**

нагребом, сипа матпмения остается

равной \/а
Окончательное удлинение

после остывания
Отпустить до \/0

при оллотдении
Полученное после

остывания удлинение
1дпя натятений равно

удлинению при нагре~
а требуемое увеличение температуры
Де„ 0,05
'М= — =
оц 0,012
: 42° С .
нптпгкрниР с силой ^о
Фиг. 7. 44. Пучок равномерно нагревается, а затем

остывает; усилие натяжения остается равным Уо.

В средней части арматуры достигается приращение усилия натяжения
Удлинение при натя/не^ии,
2 =0 остающееся после остывания
Как видно, при этом способе можно у высокопрочных сталей уравновесить силы натяжения на 10-М 5%, вызванные трением.
Нагревание должно производиться в короткие промежутки времени, чтобы в бетоне не возникли

нежелательные арматурные напряжения.
7.
ВИБРАЦИОННЫМИ ИМПУЛЬСАМИ
Ы"0
Диаграмма нагреба
Фиг. 7. 45. Пучок нагревается в середине

на Д*; наружные концы не нагреваются;

между серединой и концами температура

меняется по прямолинейному закону Д^=

Де*>
т. е. щ ~ Де*7. Сила натяжения
Ш и величины удлинений от натяжения

на концах остаются постоянными. После

остывания !Л> по всей длине становится
постоянной (теоретически)
Можно полагать, что трение можно

уменьшить пробегающими вдоль элемента натянутой арматуры вибрационными импульсами. Фрейсине в

1943 г. ра.ботал над этой идеей. Автор также примерно в это же время

сформулировал соответствующую тему исследования, которое из-за войны не было проведено. Для этого

натяжной домкрат должен был быть

связан с вибратором. Недавно

А. Боссих (Франкфурт) сделал заявку на такой способ в Германское
бюро патентов (37 Ь, 4/01 В 23196 от

З/ХП 1952 г.) ; по этому предложению сила натяжения должна создаваться ступенями, импульсами. О практической проверке пока еще ничего неизвестно.
17 — 3206
--------------- page: 258 -----------
Глава 8
8.
ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ
8.
Для восстановления сцепления натянутой арматуры с бетоном и защиты ее от коррозии в каналы после натяжения арматуры нагнетается

цементный раствор (опыты с другими составами пока еще не дали хороших результатов).
В общем почти при всех способах предварительного напряжения арматуры зазоры между элементами арматуры и стенками каналов оказываются очень малыми, так что следует употреблять цементное тесто большой подвижности. Зачастую, опасаясь закупорки
Обработка цементного молокш:
^ 2'* минутное размешибомир вручную

7 5 мин б растворомешалке

Ц /5 <*ип д растворомешалке
°отЦпшеме°е °-55 ^00 !'45 °’55 1,00 >45
Цемент Портландцемент Портландце'
N мент 5 цемент 3
Добабни
Фиг. 8. 1. Результаты опытов с расслоением в различных цементных растворах при

разном водоцементном отношении (оо Вальцу). Толщина отделившегося через 3 часа

слоя воды, выраженная в процентах к первоначальной 36-см высоте наполнения

цилиндра диаметром б см. Добавки: <2 — кварцевая мука; В — бентонит; Т — воздухововлекающие добавки; К — известняковая мука; Р — пластимент
каналов, прибегали к применению цементного теста с относительно большим содержанием воды. Однако в этих случаях возникает оседание частиц цемента (фиг. 8.1), в результате чего в высоко расположенных местах участка отслаивается вода. Если при этом вода имеет возможность

испаряться или всасываться, то в этих местах образуются небольшие

пустоты, которые при полном предварительном напряжении, очевидно, не
258
--------------- page: 259 -----------
особенно вредны, но во всяком случае ухудшают связь арматуры с бетоном. Когда каналами служат плотные стальные трубки, вода испаряться не может. Действительно, в трубках некоторых напряженно армированных балок спустя многие годы обнаруживалась вода, которая выступала из трещин при их испытании или в других случаях — в результате

замерзания -— приводила к образованию трещин вдоль натянутой арматуры.
Для предотвращения повреждений этого рода необходимо, чтобы используемый для нагнетания раствор отвечал требованию ни при каких

условиях не давать отслаивания воды; соответствующее испытание производится в стеклянной трубке диаметром 10 мм, высотой 60 см (см.

также фиг. 8.3). Однако различные виды цементов требуют различных

количеств воды и обладают различными свойствами в отношении дисперсии.
Известно только, что портландцемента тонкого размола менее склонны

к оседанию, чем шлако-портландцементы [197]. Установлено также, что

основательное механическое перемешивание значительно снижает отслаивание воды по сравнению с перемешиваним вручную. В то же время центрифугирование с большим числом оборотов в дисперсионных мешалках

имеет тот недостаток, что приводит к большому выделению тепла.

В Англии все же предпочитают применять дисперсионные установки.
Какие цементы являются наиболее пригодными, пока еще не установлено. Исследовательские организации уже занимаются этим вопросом;

пока что надо иметь в виду нижеследующие правила:
1)
тонкого размола. В холодное время года рекомендуется глиноземистый

цемент; однако надо помнить, что в теплые дни, при температуре выше

20е3 С, он обладает пониженной прочностью1.
2)
при портландцементах оно приблизительно должно достигать 0,4, ни в

коем случае не выше 0,45, при глиноземистом цементе — до 0,5.
3)
мента, бетонпласта и т. п.), вносимых в соответствующем количестве,

понизить поверхностное натяжение воды, для того чтобы на смачивание

частиц цемента требовалось меньше воды. Надлежит предварительно проверить совместимость данной добавки с выбранной маркой цемента. Следует избегать материалов, способствующих образованию воздушных пор

(воздухововлекающие добавки), или применять их только в очень малых

дозировках, так как воздушные поры, образующиеся при перемешивании,

способствуют уменьшению объема и образованию пустот.
4)
ваются лучше, чем зерна цемента, и, таким образом, не вызывают излишнего повышения потребного количества воды для достижения необходимой подвижности. Названные выше величины водоцементного отношения

могут быть повышены при этом на 10—20% в зависимости от количества

добавок.
5)
анкерного конуса, имеются большие пустоты, лучше перед нагнетанием

раствора заполнить их песком с крупностью частиц от 3 до 7 мм или от
7
в арматурном элементе по его длине остаются свободными полости значительного размера, как, например, при кольцеобразном расположении
* Бетон на глиноземистом цементе лишается даже своей высокой прочности, достигнутой им вначале в благоприятных условиях, если его подвергнуть нагреванию во

влажном состоянии: например, нагревание до 40°С снижает его прочность по сравнению с первоначальной на 35°/о.
17*
259
--------------- page: 260 -----------
большого числа проволок диаметром 8 мм, можно добавлять в раствор песок крупностью до 3 мм в значительных количествах. Снижение расхода

цемента и уменьшение опасности оседания достигается и более простым

способом — путем более тесного расположения натягиваемых проволок.

Возможность усадки затвердевшего раствора также заставляет стремиться

к тому, чтобы размеры пустот были по возможности наименьшими.
6)
щие добавки, например «1п1гиз1оп аМ», которые одновременно

влияют на повышение подвижности раствора в том смысле, как изложено в п. 3, или же алюминиевый порошок.
7)
с водой нужно размешивать раствор в быстро вращающейся мешалке в

течение не меньше 4 минут. Необходимо продолжать перемешивание

раствора до окончания нагнетания.
8)
стремиться к тому, чтобы схватывание наступало не слишком быстро, так,

чтобы даже в жаркую погоду в течение по меньшей мере 2—4 час. можно

было бы не опасаться, что начавшееся схватывание вызовет закупорку

каналов. Поэтому рекомендуется применять добавки, задерживающие начало схватывания (85%-ная фосфорная кислота в количестве 0,1 до

0,5 веса цемента), или цементы с достаточно большим сроком схватывания [66]. Следует помнить, что добавки, указанные в п. 3, уже частично

замедляют схватывание.
9)
только с соблюдением мер, указанных в 8. 22.
Как показали наблюдения Управления судоходства в Мюнстере [232],

даже затвердевший цементный раствор может в возрасте нескольких дней

при промерзании вызвать разрыв канала; поэтому после инъекции элементы надо предохранять от мороза в течение не менее 6 дней.
Прочность сцепления в значительной мере зависит от прочности затвердевшего раствора, что говорит в пользу применения высококачественных цементов и опять-таки о необходимости уменьшения количества

добавляемой воды.
Добавки, упомянутые в п. 3 и 4, были изучены Дэвисом [87] прежде

всего для укладки бетона способом «препакт», при котором заполнители

отдельно укладываются с уплотнением в опалубке, а затем в них снизу

нагнетается раствор. При этом должно быть преодолено сопротивление

движению раствора в плотной смеси песка с гравием, достигающее подчас

значительной величины. Следовательно, здесь нагнетаемый раствор должен быть еще более подвижным, чем раствор для рассматриваемых нами

целей.
В результате большого количества опытов были выбраны «А1!езП» и

«1п1п15юп аМ», как добавки, повышающие пластичность нагнетаемого

раствора, предотвращающие отслаивание воды и слегка вспучивающие

раствор при схватывании.
Альфезил — это зола с высоким содержанием ЗЮг; он должен обладать тонкостью помола муки, и поэтому лучше всего брать его непосредственно из фильтра золоуловителя. Остаток на сите 10 ООО отв/см2 должен составлять не больше 6%, т. е. альфезил должен по возможности

быть мельче цемента. От добавления альфезила раствор приобретает

консистенцию меда. Однако в Германии почти не встречаются золы, богатые ЗЮг; поэтому альфезил приходится ввозить, например, из Австрии.
Повышающие качество раствора свойства альфезила видны из следующих опытных данных: они влияют прежде всего на портландцемента с

высоким содержанием СаО, причем содержащаяся в цементе известь

вступает в химическое соединение с кремнекислотой альфезила, повышаю260
--------------- page: 261 -----------
щее прочность и наблюдающееся также, например, при изготовлении газобетона.
Как видно из фиг. 8. 2, чем больше добавка альфезила, тем сильнее он

уменьшает усадку, особенно вначале. При 30% добавке альфезила усадка

раствора в первый день составляет только 7з усадки без альфезила. Рассматривая абсолютные величины усадки, надо учитывать, что отношение

Н
составляло только от 0,26 до 0,31, в то время как у нагнетаемого
раствора оно лежит большей частью около 0,45, так что там приходится

рассчитывать на большие размеры усадки.
Фиг. 8. 2. Альфеэил уменьшает усадку цементного

раствора. Опытные данные Швейцарского института

по испытанию материалов. Цюрих, 1951, Отчет

№ 40187
Из следующей таблицы видно благоприятное действие альфезила на

количества выделяющегося при схватывании тепла, на прочность при

сжатии и на сроки схватывания.
Соотношение в смеси

цемент: альфезил
100:0
80:20
70:30
60:40
Повышение температуры в призме

ЮХЮХ50 см в °С
27,5
16
11,5
9,5
Начало схватывания в ча-‘

са* при

Конец схватывания в ча- 20°С

сах
3
4,3
5
5,2
7,7
14
14,2
14,5
Водоцементное отношение

В
Ц + А
0,26
0,28
0,29
>31
.
Призменная прочность
в кг/см2
через 28

дней
203
215
221
210
через 90

дней
247
267
278
263
261
--------------- page: 262 -----------
На основе опытов можно рекомендовать добавку альфезила, составляющую примерно 30% от веса цемента.
Если нельзя применить альфезил, то для уменьшения усадки можно

использовать добавки известковой или кварцевой муки. Опыты, произведенные Управлением судоходства в Мюнстере, показали, что добавка от

20 до 33% кварцевой муки оказывает благоприятное действие.. Опыты

Вальца (фиг. 8. 1) дали особенно низкое отделение воды при применении

известковой муки. Хотя кварцевая мука содержит большое количество

5102, она оказывает менее сильное действие, чем альфезил, так как ее

кремнекислота не вступает в химическое соединение с известью. Как показывают опыты, трасс непригоден как добавка из-за высокой водопотреб-

ности.
Добавка «1п1гизюп аМ» влияет на увеличение подвижности, поддерживает частицы цемента во взвешенном состоянии и незадолго до начала

схватывания слегка увеличивает объем раствора при добавлении порошка

алюминия, так как образует маленькие пузырьки газа и тем самым препятствует усадке. На 100 кг цемента добавляют приблизительно от 0,7

до 1 кг «Шгизтп аЫ».
Рекомендуемые составы раствора, пригодного для нагнетания:
1)
30
или же кварцевой (известковой) муки,
0,7—1 кг добавки «1п1гизюп а1(Ъ> (верхний предел — при пониженной температуре),
40—45 кг ©оды;
2)
0,7—1 кг добавки «Ггйгизюп аIс1» (или, например, пластификатор + алюминиевый порошок),
40—45 кг воды.
При использовании алюминиевого порошка целесообразно предварительно смешать его с какой-нибудь тонкомолотой инертной добавкой в

соотношении 1 : 50. Перемешивание должно быть очень интенсивным, так

как в противном случае алюминиевый порошок всплывает в растворе.

Этой смеси берут 100—200 г на 50 кг цемента. Меньшее количество берут

при теплой погоде, большее — при холодной (по американским правилам).
8.
8.
При инъекции раствора стремятся заполнить все пустоты в элементах

арматуры. Надежное достижение этой цели обеспечивается тем, что нагнетание производят медленно, подводя раствор к самой нижней точке арматуры, а выпуск воздуха производят в верхних точках. Раствор, поднимаясь, вытесняет воздух (фиг. 8. 3, 8. 4 и 8. 5). Следует учесть, что

было бы неправильно нагнетать раствор в узкие полости под большим

давлением, так как при этом воздух, завихряясь, проникает в раствор, и

в некоторых местах легко могут остаться пузырьки воздуха.
Этот надежный способ нагнетания раствора возможен при работе с

мощными, составными арматурными элементами или с частями таких

элементов, но неприменим в тех случаях, когда арматура состоит из большого числа отдельных небольших элементов, расположенных слоями рядом и друг над другом. Дело в том, что наиболее пониженные точки

арматуры находятся большей частью в области максимального положи262
--------------- page: 263 -----------
тельного момента, где отдельные элементы арматуры расположены так

тесно, что к каждому из них не могут быть присоединены трубки для нагнетания раствора. Поэтому на практике, как правило, отдельные элементы

арматуры заполняются под давлением от одного конца к другому даже

если место, откуда начинают

нагнетание раствора, располо- #=^перелив

жено выше, чем другие части

арматуры. В этом случае раствор прежде всего течет вниз,

и при этом не может быть уверенности в том, что воздух будет вытеснен полностью. Действительно, при вскрытии такой

арматуры неоднократно обнаруживали значительные воздушные мешки.
Но и при нагнетании раствора в отдельные арматурные
элементы опасность образования воздушных мешков может быть уменьшена, если пластичный раствор нагнетать медленно, так, чтобы воздух успевал выйти. Пустот остается тем меньше, чем равномернее расстояния между отдельными проволоками арматуры и между ними и стенками
Воэд</хоотёо<Эныи илпицвр
'5а
Фиг. 8. 3. Отверстие для нагнетания раствора

должно располагаться по возможности в самой

низкой точке натягиваемого арматурного элемента. В наиболее высоко расположенных точках устраивают перелив воды
па бррхнем пасте кораь

- Г
Трудна г)ля нагнетания аостдоои
Разрез по я-я
Фиг. 8. 4. Трубка для перелива и ведро, применяемые при нагнетании раствора
Фиг. 8. 5. Схема простейшего присоединения трубки

для нагнетания раствора к

кожуху из кровельной стали

со сливом воды
каналов, так как при этом раствору не приходится преодолевать сильно

различающиеся сопротивления протеканию.
Для вытеснения воздуха лучше сначала залить водой канал, в котором

расположен элемент натянутой арматуры, так как в воде пузырьки воз-
263
--------------- page: 264 -----------
духа поднимаются вверх при самой небольшой разнице уровней. В пользу

заливки водой говорит еще следующее соображение: при теплой погоде

и вообще при инъекции арматурных элементов, имеющих большую длину,

сначала часто наблюдалось образование пробок. Дело в том, что, когда

струя раствора попадает на сухую арматуру, ей приходится смачивать

значительную поверхность большого числа проволок и т. д., отчего раствор теряет воду и становится более жестким. При дальнейшем нагнетании раствор не проходит за пробку, а, наоборот, наращивает ее (также

образуются пробки в трубах бетононасоса).
В подобных случаях может помочь только срочное промывание большими количествами воды.
Если же канал с натянутой арматурой предварительно заливается водой, опасность образования пробок отпадает. Тяжелый раствор вытесняет

более легкую воду, а с водой смешивается только головная часть струи и

притом незначительно. Нагнетание продолжают до тех пор, пока на противоположном конце не вытекают вода и разбавленная часть цементного

раствора, т. е. до тех пор, пока не появится чистый раствор. После этого

следует переждать 5 мин. и затем снова пустить в ход насос, так как

остатки воды, как это показал опыт с нагнетанием раствора в прозрачный

ящик из плексигласа, продолжают медленно всплывать кверху мимо раствора, когда он уже находится в покое.
Заливка водой рекомендуется и при мощных составных арматурных

элементах. Попутно она служит для проверки того, насколько каналы

свободны от грязи или раствора, засоряющих проходы, включая также

отводы для удаления воздуха.
На фиг. 8. 6 показано заполнение цементным раствором пучка из

прядей, помещенного в горизонтальный, наполненный водой короб из

плексигласа. Как видно, практически никакого смешивания не возникает.
Этот опыт показал, что к концу

нагнетания вода была вытеснена без остатка.
Необходимо следить за/тем,

чтобы при отдельных арматурных элементах удаление воздуха происходило у концов арматуры в верхней части, для

того чтобы обеспечить заполнение пустот в области анкеровки, которые здесь большей

частью оказываются увеличенными. Отверстие, в которое нагнетается раствор, а также отверстия для отвода воздуха

должны быть устроены так, чтобы их можно было закрыть

при помощи деревянных втулок, пробки или задвижки

сразу же после прекращения

нагнетания раствора. Это необходимо потому, что добавки, используемые

для вспучивания, создают небольшое давление, и порой отдельные части

арматурных элементов расположены выше, чем его концы, из-за чего

заполняющий канал раствор у концов находится под давлением.
Инъекция раствора в вертикально или наклонно расположенные арматурные элементы должна при всех условиях производиться снизу. Если

разность* уровней'значительна, необходимо предусмотреть в месте подачи
Фиг. 8. 6. Опыт с подачей раствора под давлением в канал пучка из прядей, помещенного

в наполненный водой короб из плексигласа
264
--------------- page: 265 -----------
раствора задвижку, которая удерживала бы нагнетаемый раствор все

время, пока нагнетающая установка поддерживает необходимое давление.

МЪжно также производить подачу раствора через маленькую стальную

трубку и затем закрыть ее, просто сплющив конец.
П ри вертикальных элементах натянутой арматуры особенно велика опасность отслаивания воды. Поэтому их заполнение под давлением ?можно производить только составами безукоризненного качества, а над верхним концом элемента необходимо поместить

отстойник, для того чтобы в случае возникновения этого нежелательного

отслаивания оно происходило выше элемента натянутой арматуры. Впрочем, как показывают опыты А. Рениша [232], при избытке воды отслаивание происходит и в промежуточных участках. Применение вспучивающих

средств, упоминаемых в 8. 1, здесь не требуется, так как столб раствора

твердеет под давлением, создаваемым собственным весом, и поэтому

никаких пустот вследствие усадки до затвердения не образуется. Поэтому

в качестве средства, увеличивающего подвижность, можно рекомендовать

например, любой пластификатор.
В заключение процесса можно еще закрыть воздуховыходящие отверстия и воздействовать на раствор избыточным давлением от 6 до 8 ат.

Неоднократно наблюдалось, что при таком повышении давления через

швы трубок проступала вода, которая всасывалась окружающим бетоном,

в то время как обезвоженный раствор остается в трубках, т. е., повышая

давление, можно вытеснить еще некоторое количество избыточной воды.
Если в результате какого-нибудь производственного дефекта происходит закупоривание канала арматуры, то следует устранить пробку по возможности до натяжения, например посредством расчистки или же двигая

взад и вперед арматурный элемент. 'В том случае, когда это не помогает,

можно достигнуть достаточно хорошего заполнения, нагнетая раствор с

обоих концов, причем воздух при этом давлении сжимается до '/п своего

объема, если п — давление нагнетания в кг/см2. Вопрос о допустимости

такой экстренной меры решает инженер, отвечающий за работу.
Однако, прежде чем применить давление выше 5 кг/см2, нужно решить,

сможет ли бетон конструкции воспринять действие возникающих при этом

усилий без повреждений. Если, например, раствор нагнетается в жестяную трубку диаметром 4 см под давлением 10 кг)см2, то на нее действует

растягивающее усилие 4 т/м. Особая осторожность должна соблюдаться,

когда вблизи мест анкеровки имеются воронкообразные расширения и
Фиг. 8. 7. При сквозных пучках, проходящих

через несколько неразрезных пролетов, устраивают отверстия для нагнетания раствора в каждой из наиболее низких точек и переливы во

всех наиболее повышенных точках
не предусмотрена особая арматура для восприятия давления нагнетания

в этих местах.
Если арматура состоит из больших, имеющих кривизну на нескольких

участках элементов (фиг. 8. 7), то в каждой из наиболее пониженных

точек — 1,2 — предусматривается отверстие для нагнетания раствора,

а в каждой из наиболее повышенных — 3, 4 и 5 — перелив. При строительстве небольших сооружений цементный раствор, нагнетаемый в

точке 1, в точке 4 будет еще в жидком состоянии, когда второй пролет,
265
--------------- page: 266 -----------
заполняемый из точки 2, также уже заполнится раствором; таким образом, в точке 4 раствор, поступивший в точках 1 я 2, смешивается и поднимается вверх. Для больших сооружений (начиная приблизительно от

пролетов в 50 м) рекомендуется перед нагнетанием раствора отделять

друг от друга пучки каждого пролета; для этого при установке арматурных элементов заполняют раствором пространство на небольшой длине

повышенных участков. Такая перегородка служит для того, чтобы нагнетаемый раствор не переливался преждевременно в соседний пролет. В наиболее повышенных точках устанавливаются при этом два перелива —

справа и слева от перегородки.
8.
При холодной погоде надо соблюдать осторожность, а в морозные дни

по возможности вовсе не производить инъекции раствора в каналы. Надо

учитывать, что раствор сохраняет способность расширяться при промерзании и после схватывания до тех пор, пока он еще не обладает достаточной

прочностью, поскольку в нем содержится свободная, химически не связанная вода.
В прохладное время года (при температуре ночью не ниже +5°С)

рекомендуется применение глиноземистого цемента, который обладает

свойством схватываться еще при —4°С [232] и достигает при этом высокой

прочности.
Если обстоятельства вынуждают производить инъекцию раствора в

морозную погоду или в предположении мороза, нужно предварительно

пропустить по каналам пар 'или теплую ‘воду, чтобы прогреть их и уничтожить наледь. После этого можно начать нагнетание раствора с температурой приблизительно 15°С. Кроме этого, следует позаботиться о том,

чтобы бетон в течение ближайших 4—6 дней не подвергался действию

мороза.
8.
ДЛЯ ИНЪЕКЦИИ
Рекомендуется подвергать раствор нижеследующим испытаниям.
1.
Наполняют раствором стеклянную трубку диаметром 10 мм, длиной

60 см и закупоривают ее пробкой. Толщина слоя воды, образующегося на

поверхности, вплоть до наступления схватывания не должна превышать 0,5 мм.
2.
В Швейцарии и Швеции подвижность оценивают по времени вытекания раствора из конического сосуда с круглым отверстием площадью

около 1 см2. Поскольку эта проверка не позволяет выявить способность

раствора к проникновению в узкие щели, в Германии предполагают применить для испытания сосуды, на дне которых устроена решетка из стальных полос толщиной 1 мм (фиг. 8. 8). Временем вытекания считается

время от отодвигания выдвижного дна и до того, как становится видимой

поперечная проволока, находящаяся в 3 см над решеткой, Приемлемое

время вытекания, повидимому, будет находиться в очень узких пределах.
3.
Так как добавки влияют на начало схватывания и на дальнейшее твердение, необходимо определить время, потребное для затвердевания рас266
--------------- page: 267 -----------
твора при данных температурных условиях. Для этого могут быть применены обычные методы испытания цемента по ВШ 1164.
4.
Испытание прочности раствора при сжатии целесообразно производить на призмах 4X4X16 см по БШ 1164. Через 28 дней при температуре от 18—20°С прочность при сжатии должна составлять по крайней

мере 300 кг/см2. Зачастую достигается прочность более 400 кг/см2.
Если в раствор внесена вспучивающая добавка (алюминиевый

порошок или«1п1гиз1оп аИ»),форма для призмы должна быть жесткой и закрыта со всех сторон, чтобы не могли образоваться трещины от вспучивания и чтобы образование газа протекало, как в каналах арматурных элементов, без

увеличения объема.
5.
стойкость
Затвердевший, поданный под

давлением раствор должен быть

морозостойким. По А. Ренишу

[232], это достигается в том случае, когда отношение объема свободных от воды пор к объему химически несвязанной воды выше

9%, так как при замерзании вода

увеличивается в объеме на 9%.
При указанных выше низких водоцементных отношениях это условие достигается для глиноземистого цемента уже через 48 час., а для

портландцемента 2 325 — через 4—7 дней. Согласно О. Графу, опасность

разрыва канала вследствие наличия в растворе свободной воды отпадает

при достижении минимальной кубиковой прочности 150 кг!см2. В некоторых случаях рекомендуется [232] произвести вторичное испытание на

морозостойкость, например по Р. Ц. Валоре, при помощи дилатометра.
8.
Оборудование для нагнетания должно состоять из смесительного и промежуточного бака с мешалками, расположенных один над другим, а также нагнетающего насоса с манометром. Для размешивания желательно

применять быстро вращающиеся лопасти, чтобы тонкомолотые добавки

хорошо перемешались и увлажнились. Готовую смесь пропускают через

густое сито в промежуточный бак, откуда ее можно выкачивать, пока в

верхнем баке готовится следующая порция. Благодаря этому можно производить инъекцию раствора в каналы непрерывно. Мешалка в промежуточном баке предохраняет раствор от расслоения во время его нагнетания.
Специальные турбомешалки или дисперсионные устройства, согласно

опытам К. Вальца, пока не обнаружили никаких преимуществ. Они нуждаются в охлаждении, чтобы быстро нагревающийся раствор не схватывался

слишком рано. В отношении оседания и подвижности они также не дали

существенного улучшения.
Т~

5 1.
Поперечна* про&олона
Выпускная решетка из

пистоо толщиной /мм
У
Вы 36 им мое дна
А.
—Расстояние (в свету) между

листами 2 или 3
План
Фиг, 8. 8. Сосуд для проверки подвижности 'растворов
267
--------------- page: 268 -----------
Приведенные в начале главы соображения и опытные данные говорят

в пользу применения насосов, при помощи которых раствор подается

почти без давления. Компрессорные установки, которые под высоким дав-

лением сразу нагнетают раствор в каналы, непригодны. При изготовлении
Фиг. 8.9. Общий вид установки для нагнетания раствора с мешалкой и 'поршневым 'насосом системы ВВН в процессе заполнения каналов балки (США)
бетона по способу «препакт» хорошие результаты дали простые или двойные поршневые насосы с шаровыми клапанами. В Германии в последнее

время предпочитают пользоваться диафрагмовыми насосами, какие обычно
употребляются для малярных работ.

Для диафрагмы рекомендуется прочный и стойкий «вульколан» («Уи1со1-

1ап»).
На фиг. 8. 9 изображена установка для нагнетания раствора с поршневым насосом, применявшаяся фирмой |ВВК в Цюрихе. На этой основе

была разработана установка фирмы

«Зайберт-Штиннес» (Мюльгейм-Рур)

(фиг. 8. 10), которая снабжена мощным диафрагмовым насосом и имеет

обычное для мешалок расположение

мотора. Оба бака здесь помещаются

так низко, что засыпка цемента и добавок производится без труда. Дно в

баках наклонное, чтобы облегчить их

очистку. Водомер устанавливается

над верхним баком. При инъекции в
Фиг. 8. 10. Установка для ^нагнетания

раствора с мешалкой и диафтэагменным

насосом фирмы «Зайберт-Штиннес»
268
--------------- page: 269 -----------
каналы малых размеров пользуются ручным насосом, для больших —

целесообразно применять моторный привод.
В последнее время получены хорошие результаты также при работе

с мешалкой «Колькрит» и присоединенным к ней насосом «Кольмоно-

помпа».
В случае необходимости можно также перемешивать раствор вручную

в любом пригодном для-этого сосуде и нагнетать его диафрагмовым насо-
Фиг. 8. 11, Диафрагмовый насос небольших размеров для нагнетания

раствора, изготовленный фирмой «Аппаратенбау Лерх» в Эрлангене.

Перемешивание раствора вручную здесь применено как вспомогательная мера и, как правило, не должно допускаться
сом фирмы «Аппаратенбау Лерх» (Эрланген) (фиг. 8. 11). Бели при этом

смешивание произведено недостаточно хорошо, цемент оседает, а раствор,

отобранный сверху, становится слишком водянистым, отчего в дальнейшем вода в канале будет отслаиваться. Эта опасность заставляет настоятельно рекомендовать применение механических мешалок.
--------------- page: 270 -----------
Глава 9
9.
9.
АРМАТУРНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
9. 11. ОБЖАТИЕ ОДИНОЧНОЙ ЦЕНТРАЛЬНО ПРИЛОЖЕННОМ СИЛОЙ
Рассмотрим сначала случай обжатия при помощи одиночного арматур-

ного элемента, действующего с усилием V перпендикулярно торцу бетонной призмы высотой а и шириной 6 — 1.
Размеры анкерной плиты: по высоте а\ а по ширине Ь = 1 (фиг. 9. 1).

Обжатие за участком определенной длины распределяется в бетонной

призме равномерно. Уже Мёрш [6] указывал, что длина этого участка

может быть принята равной / = а. Это было подтверждено исследованиями напряжений оптическим методом, проведенным М. Тезаром [16].
Фиг. 9. 1. Приблизительное (распределение и очертание силовых линий

на участке передачи усилия от одиночного арматурного элемента
Как показали эти исследования, силовые линии на участке передачи

силы представляют собой кривые с переменным направлением кривизны

(фиг. 9. 1), причем вначале кривые обращены выпуклостями внутрь элемента, а затем наружу. На тех участках, где кривые силовых линий обращены выпуклостями друг к другу, возникают поперечные сжимающие

напряжения, действующие непосредственно за анкерной плитой. На

участке, где кривизна силовых линий меняет знак, развиваются направленные наружу боковые усилия и соответствующие им поперечные растягивающие напряжения, которые принято называть раскалывающими напряжениями.
270
--------------- page: 271 -----------
то по результатам этих ис-
Мёрш [6] определяет суммарную величину раскалывающего усилия по

простой приближенной формуле:
У(а — а')
~ 4 а
Если принять параболическое очертание эпюры напряжений, то наибольшее раскалывающее напряжение будет
1,52

°у~ аЬ
Однако мы предпочитаем исходить в данном случае из капитальных и

направленных исследований Гюйона ([125], гл. 6). Если обозначить поперечно направленные напряжения через ау,

следований для определенного отношения а'М можно получить представленную на фиг. 9. 2 эпюру поперечных напряжений, действующих в срединной

плоскости призмы, # = 0. Верхняя площадь эпюры с положительным знаком

дает суммарную величину раскалывающего усилия для 6 = 1. Если известно

очертание эпюры, то можно получить

сечение поперечной ненатянутой арматуры, которая должна быть установлена за анкерной плитой, и данные для ее

правильного размещения по отношению

к торцовой поверхности элемента.
Как легко можно видеть (фиг. 9. 1),

очертание эпюры (^зависит от отношения

о'/а. Кривизна силовых линий становится тем меньше и вместе с ней соответственно раскалывающие силы — тем

меньше, чем больше размеры анкерной
плиты или отношение а'/а. Гюйон приводит кривые напряжений ст для

различного отношения а/а в долях равномерно распределенного сжимающего напряжения ах = (фиг. 9. 3). При очень малой анкерной плите
Фиг. 9. 2. Эпюра поперечных напряжений сту в сечении а/2 для определенного отношения аг/а
Фиг. 9. 3. Кривые (напряжений + оу (полеречное растяжение) для разных

отношений аЧа как функция от ах = для Ь = 1 (по Гюйону)
271
--------------- page: 272 -----------
(а'/а-*0) раскалывающее напряжение приближается, таким образом, к

половине величины продольного напряжения ах, причем максимальная

точка располагается сразу за анкерной плитой приблизительно на расстоянии а/6 от нее. Если а' вдвое меньше а, раскалывающее напряжение

уменьшается примерно до 74 °х, и максимум при этом будет на расстоянии а/2 от плиты. Различия в размерах площадей, ограниченных кривыми стя' показывают также, как уменьшается суммарная раскалывающая

сила по мере роста а'/а. Таким образом, при малом аЧа установку арматуры, предназначенной воспринимать раскалывающие напряжения, еле-
Фиг. 9. 4. Величина раскалывающей силы, выраженная в долях V,

и местоположение сечения с наибольшим напряжением ау макс
(по Гюйону)
дует начинать у самой анкерной плиты и располагать в несколько рядов,

а'
в то время как при —^ 0,5 в большинстве случаев можно обойтись одним
рядом арматуры на расстоянии примерно а/2 от анкерной плиты.
Для облегчения расчета и выбора расположения этой арматуры можно

пользоваться графиком фиг. 9. 4, где в зависимости от а'/а приведены

кривые величин раскалывающего усилия в долях от силы обжатия V и

расстояния от сечения с наибольшим раскалывающим напряжением (в

долях а) до торца элемента.
В результате исследования напряжений оптическим методом были получены кривые равных поперечных напряжений <зу, так называемые изобары, которые представлены на фиг. 9. 5 для различного отношения а'/а.
Фиг. 9.5. Изобары (кривые равных поперечных напряжений) для различных
°у оу аЬ
отношений о!{а. Зоны сжатия заштрихованы. Нанесены значения
(по Гюйону)
272
--------------- page: 273 -----------
Зоны поперечного сжатия заштрихованы; кривая 0,2 означает, что по ее

контуру действуют поперечные растягивающие напряжения ау — 0,2ах.

В непосредственной близости от анкерной плиты, в наружных углах бетонного элемента, возникают поперечные растягивающие напряжения,

превышающие по величине раскалывающие напряжения. Как показывают
1
и |
+ 6у
ИиИ-!*
Фиг. 9. 6. Целесообразное размещение поперечной арма-
а'
туры под анкерной плитой с 0,1
опыты, эти углы часто откалываются по границе области растягивающих

напряжений. Целесообразно поэтому устраивать на этих углах скосы, начиная от краев анкерной плиты.
При ровных торцах без скосов для защиты наружных углов необхо- ’

димо усилить их поперечной арматурой, расположенной непосредственно
Фиг. 9. 7. Целесообразное размещение вертикальной арматуры при

а'
анкерной плите с ~=0,5 и с армированием углов. При скошенных углах надобность в последнем отпадает
за анкерной плитой, и продольной арматурой по наиболее удаленным

граням. Эта арматура должна устанавливаться независимо от арматуры,

предназначенной воспринимать раскалывающие напряжения (фиг. 9.4).

На фиг. 9. 6 и 9. 7 приведены примеры целесообразного армирования при

анкерных плитах разного размера. При этом рассматривается только
ав - 3206
273
--------------- page: 274 -----------
арматура по высоте сечения. Потребность в горизонтальной арматуре, расположенной перпендикулярно плоскости изгиба, зависит от того, является

ли анкерная плита более узкой, чем ширина бетонного элемента. В этом?

случае возникают раскалывающие напряжения и в горизонтальных сечениях, Вместо отношения а'!а, однако, вводится отношение Ь'/Ь. На фиг.
9.
от раскалывания при анкерных устройствах системы Фрейсине.
Фиг. 9. 8. Армирование против раскалывания, применяемое,

во Франции при анкерных устройствах Фрейсине (по

Г юйону)
9. 12. ОБЖАТИЕ ОДИНОЧНОЙ ВНЕЦЕНТРЕННО ПРИЛОЖЕННОЙ СИЛОЙ
Если ось арматурного элемента не совпадет с центральной линией бетонного бруса с сечением а\ХЬ, то за участком передачи силы а возникающие напряжения сжатия а1х распределяются по закону трапеции

(фиг. 9. 9).
Фиг. 9. 9. При внецентренном приложении одиночного

усилия от натяжения