Предварительно напряженный бетон — это тип бетона, который был стратегически предварительно нагружен сжимающими усилиями для улучшения его структурной прочности и эксплуатационных характеристик. Предварительно напряженный бетон является одним из самых инновационных строительных материалов последних лет и произвел революцию в современных технологиях строительства и проектирования.
Методы создания предварительно напряженного бетона включают использование высокопрочных стальных арматур, которые натягиваются внутри бетона. Этот метод увеличивает несущую способность бетона и повышает его устойчивость к растрескиванию и прогибу, что делает его универсальным и популярным решением в современном строительстве и дизайне.
Что такое предварительно напряженный бетон?
Создание предварительно напряженного бетона включает его сжатие или «предварительное напряжение» во время производства, чтобы он лучше противодействовал внешним силам при установке. Сжатие бетона происходит с помощью стальных арматур, которые производители размещают внутри бетона или рядом с ним для улучшения его характеристик. Производители используют два основных типа стальных арматур: предварительно напряженные и постнапряженные.
При использовании предварительно напряженных арматур стальные пряди или проволока, используемые в качестве арматуры, подвергаются напряжению перед заливкой бетона. Производители растягивают сухожилия между креплениями, а затем натягивают их. Приложив силу к сухожилиям, они заливают их бетоном. По мере высыхания бетона он прилипает к сухожилиям. Предварительно напряженный бетон обычно используется для сборных железобетонных элементов, таких как балки, стены и плиты.
Постнапряженные сухожилия подвергаются нагрузке после затвердевания бетона. После высыхания бетона сухожилия добавляются в канал внутри бетона и натягиваются с помощью гидравлических домкратов. Сухожилия фиксируются для поддержания напряжения. Постнапряженные арматуры чаще встречаются в монолитных бетонных конструкциях и обеспечивают большую гибкость конструкции.
Инновации в предварительно напряженном бетоне
Первые методы укрепления бетона сталью применялись в конце 19 – начале 20 веков. Некоторые из самых ранних конструкций предварительно напряженного бетона были созданы французским инженером-строителем Эженом Фрейсинне, который многое сделал для продвижения идей предварительного напряжения бетона. Бельгийский инженер Гюстав Магнель и немецкий инженер Ойген Морш позже независимо представили и разработали концепцию предварительно напряженного бетона в 1930-х годах.
Институт предварительно напряженного бетона был основан в США в 1954 году. Эта организация сыграла важную роль в развитии знаний и технологий в отрасли предварительно напряженного бетона. Сегодня подобные организации существуют по всему миру: в Канаде, Великобритании, Австралии, Южной Африке и Европе.
За прошедшие годы важные достижения в области материалов и производства привели к появлению новых инноваций в технологии предварительно напряженного бетона. Разработка высокопрочных стальных арматур и улучшенных систем крепления увеличила прочность предварительно напряженного бетона. Компьютерное проектирование и усовершенствованные технологии также повысили точность и оптимизацию предварительно напряженных конструкций.
Использование предварительно напряженного бетона
Преднапряженный бетон имеет многочисленные и разнообразные применения из-за его преимуществ.
Мосты
Предварительно напряженный бетон популярен в мостостроении из-за его способности перекрывать большие расстояния и огромной прочности. Предварительно напряженные мосты могут перекрывать большие расстояния, сохраняя структурную целостность и сводя к минимуму количество необходимых опорных опор.
Здания
Архитекторы широко используют предварительно напряженный бетон при проектировании высотных зданий, особенно в таких элементах, как плиты перекрытия, колонны и балки. Повышенная несущая нагрузка предварительно напряженного бетона означает, что он позволяет использовать более длинные пролеты и снижает потребность в промежуточных опорах, что также представляет собой значительную экономию средств. Он популярен как для жилых, так и для коммерческих зданий.
Ядерные и взрывные объекты
Инженеры стали полагаться на прочность предварительно напряженного бетона в защитных сооружениях высокого давления, таких как атомные станции и нефтехимические резервуары. Для этих целей производители создают специализированные предварительно напряженные компоненты, чтобы повысить их устойчивость к растрескиванию и утечкам.
Парковочные конструкции и тротуары
Парковочные гаражи и тротуары подвергаются постоянным нагрузкам, поэтому инженеры регулярно используют предварительно напряженный бетон, чтобы минимизировать растрескивание и обеспечить долгосрочную эксплуатацию. Такая трещиностойкость позволяет строителям заливать плиты большего размера, чем из обычного железобетона. Это позволяет увеличить расстояние между швами, что снижает затраты на соединение и техническое обслуживание швов.
Структуры, связанные с водой
Вода оказывает огромное давление и трение, поэтому применение воды идеально подходит для предварительно напряженного бетона. Предварительно напряженный бетон обычно используется в плотинах и морских сооружениях, таких как нефтяные вышки, ветряные электростанции и морская инфраструктура. В таких случаях крайне важно, чтобы на все открытые стальные арматуры наносилась защита от коррозии, чтобы обеспечить долговечность.
Стадионы и спортивные сооружения
Длинные пролеты и высокая прочность предварительно напряженного бетона делают его идеальным для арен, стадионов и других спортивных сооружений. Поскольку предварительно напряженный бетон не требует такой большой поддержки, архитекторы могут предусмотреть больше открытого пространства для беспрепятственного просмотра и открытые планировки для гибкого расположения сидений.
Качества предварительно напряженного бетона
Предварительно напряженный бетон обладает многими ценными качествами, которые делают его идеальным строительным материалом для конкретных проектов, но есть и недостатки, которые строители также должны учитывать при выборе оптимального строительного материала.
Сила
Предварительно напряженный бетон обладает повышенной прочностью по сравнению с другими типами железобетона. Предварительное напряжение создает силы сжатия, которые противодействуют внешним силам, что позволяет строить конструкции с более длинными пролетами и более высокой несущей способностью.
Улучшенная долговечность
Предварительное напряжение этого типа бетона помогает свести к минимуму растрескивание, коробление и деформацию из-за тяжелых нагрузок. Это означает повышенную долговечность и устойчивость к внешним факторам, которые могут ухудшить целостность его структуры, включая усадку, ползучесть и усталость. При правильном уходе предварительно напряженный бетон имеет более длительный срок службы, чем другой бетон.
Структурная эффективность
Прочность предварительно напряженного бетона означает, что строители могут использовать меньше этого материала для выполнения тех же задач, что и другой бетон. Прочность предварительно напряженного бетона также позволяет уменьшить структурную поддержку. Это качество экономит строителям время и деньги и дает архитекторам большую гибкость в своих проектах.
Универсальность дизайна
Архитекторы и строители используют предварительно напряженный бетон в самых разных сферах. Он достаточно универсален, чтобы дизайнеры могли использовать его при строительстве мостов, зданий, парковочных сооружений, объектов водоснабжения и промышленных объектов. Он сочетает в себе множество стилей дизайна и позволяет создавать креативные и инновационные проекты.
Устойчивое развитие
Производство бетона косвенно связано с накоплением парниковых газов, поскольку производство клинкера в цементе является энергоемким, но из всех типов бетона предварительно напряженный бетон является одним из наиболее устойчивых. Строители могут использовать меньше этого материала, а его долговечность означает, что им не придется восстанавливать эти конструкции так часто, как при использовании обычного бетона.
Огнестойкость
В целом бетон является огнестойким материалом, но стальные арматуры в предварительно напряженном бетоне могут быть подвержены возгоранию, если бетон не защищает их. Огонь или даже повышенная температура могут ослабить предварительное напряжение в сухожилиях, что поставит под угрозу их прочность. Огнестойкие покрытия или кожухи могут помочь улучшить показатели огнестойкости.
Комплексное проектирование и строительство
Конструкции с использованием предварительно напряженного бетона более сложны, чем другие конструкции из бетона. Этот тип бетона требует специальных знаний при проектировании и строительстве, чтобы обеспечить правильное размещение, натяжение и крепление арматуры.
Защита сухожилий
Ключом к долговечности и прочности предварительно напряженного бетона являются стальные арматуры. Компании, производящие бетон, постоянно совершенствуют способы защиты стальных арматур, включая затирку арматуры, покрытие арматуры, двухслойную герметизацию и защиту анкеровки.
Ограниченная модификация конструкции
Предварительно напряженные железобетонные конструкции сложны. После того, как сухожилия натянуты и закреплены, возможностей для изменений мало. Любые модификации должны быть структурно проанализированы и выполнены обученными инженерами и высококвалифицированными строителями.
Если вам понравилась наша страница, поделитесь с друзьями & Фейсбук
