Varje civilingenjör måste känna till svaret på denna fråga eftersom det anses vara den viktigaste frågan för civilingenjören.
Prestressed Betong är en av de viktigaste delarna av konstruktionen, och du borde och du måste ha ordentlig kunskap om det. Låt oss förstå det i detalj.
En förspänd betongstruktur skiljer sig från en konventionell armerad betongstruktur på grund av appliceringen av en initialbelastning på konstruktionen före användningen. Den initiala belastningen eller förspänningen appliceras för att möjliggöra att strukturen motverkar de påfrestningar som uppstår under sin serviceperiod. Prestressing av strukturer introducerades i slutet av nittonde århundradet. Begreppet förspänning existerade före applikationerna i betong.
Två exempel på förspänning före utveckling av förspänd betong tillhandahålls
Kraftmontering av metallband på träfat. Metallbanden inducerar ett tillstånd av inledande hopkompression för att motverka bukspänningen som orsakas av fyllning av vätska i fatorna
Förspänning av ekrarna i ett cykelhjul. Spänningen hos en ekta i ett cykelhjul appliceras i en sådan utsträckning att det alltid kommer att finnas en återstående spänning i ekern
För betong induceras inre spänningar (vanligtvis med spännt stål) av följande skäl. Draghållfastheten i betong är endast ca 8% till 14% av dess tryckhållfasthet. Sprickor tenderar att utvecklas vid tidiga stadier av lastning i böjliga medlemmar såsom balkar och plattor. För att förhindra sådana sprickor kan tryckkraften på lämpligt sätt appliceras i vinkelrätt riktning. Förspänning ökar böjnings-, böjnings- och vridningskapaciteterna hos böjelementen. I rör och flytande förvaringsbehållare kan sträckbelastningen spännas effektivt genom cirkulär förspänning.
Följande skiss förklarar appliceringen av förspänning.
Placera och sträcka mjuka stålstänger, före betong
Figur-Förspänning av betongbalkar av mjuka stålstänger
Milda stålstänger sträcker sig och betong hälls runt dem. Efter härdning av betong släpps spänningen i stavarna. Stängerna kommer att försöka återfå sin ursprungliga längd, men detta förhindras av den omgivande betongen som stålet är bunden till. Således är betongen nu effektivt i ett tillstånd av förkomprimering. Den kan motverka dragspänning, som uppstår genom belastningen som visas i följande skiss.
Men de tidiga försök att förspänna var inte helt framgångsrika. Det observerades att effekten av förspänningen minskade med tiden. Medlemmens belastningsresistenta kapacitet var begränsad. Under hållbara belastningar befanns medlemmarna misslyckas. Detta berodde på följande anledning. Betong krymper med tiden. Vidare ökar belastningen i betong med ökad tid med ökad belastning. Detta är känt som krypstamma. Reduktionen i längd på grund av kryp och krympning är också tillämplig på det inbäddade stålet, vilket resulterar i signifikant förlust i dragspänningen.
Former av Prestressing Steel
Ledningar-Förspänningstråd är en enda enhet av stål.
Strängar - Två, tre eller sju trådar är lindade för att bilda en förspänningssträng.
Tendon-En grupp av trådar eller trådar är lindade för att bilda en förspännings sena.
Kabel- En grupp senor bildar en förspänningskabel.
Barer-En sena kan bestå av en enda stålstång. Diametern på en stång är mycket större än den för en tråd.
Typ av betong-stålgränssnitt
Bonded sena - När det finns en tillräcklig bindning mellan förspännings senan och betong kallas den en bunden sena. Förspända och förstärkta efterspända senor är bundna senor.
Unbunden sena - När det inte finns någon bindning mellan förspännings senan och betongen kallas den obunden senan. När injektionen inte appliceras efter efterspänning, är senan en obunden sena. Stages of Loading Analysen av förspända medlemmar kan skilja sig från de olika stadierna av lastning.
Laddningsstegen är som följer.
1) Initial: Det kan delas in i två steg.
a) Vid spänning av stål
b) Vid överföring av förspänning till betong.
2) Mellanliggande: Detta inkluderar lasterna under transport av förspända medlemmar.
3) Final: Det kan delas upp i två steg.
a) Vid service, under drift.
b) Vid ultimata, under extrema händelser
Fördelar med Prestressing
Förspänningen av betong har flera fördelar jämfört med traditionell armerad betong (RC) utan förspänning. En helt förspänd betongdel utsätts vanligtvis för kompression under livslängden. Detta åtgärdar flera brister i betongen. I följande text nämns i stort sett fördelarna med ett förspänt betongelement med motsvarande RC-medlem. För varje effekt anges fördelarna.
Avsnittet förblir orackat under servicebelastningar.
Minskning av stålkorrosion Ökning av hållbarhet.
En fullständig sektion utnyttjas
Högre tröghetsmoment (högre styvhet)
Färre deformationer (förbättrad användbarhet).
Ökning av skjuvkapacitet.
Lämplig för användning i tryckkärl, flytande kvarhållande strukturer. Förbättrad prestanda (motståndskraft) under dynamisk och trötthetsbelastning.
Höga djupförhållanden Större spänningar möjliga med förspänning (broar, byggnader med stora kolonnfria utrymmen). Typiska värden på djupförhållanden i plattor ges nedan.
Förspänningsplatta 28: 1 Förspänningsplatta 45: 1 För samma spänning, mindre djup jämfört med RC-medlem.
Minskning i självvikt.
Mer estetisk tilltalning på grund av smala delar
Mer ekonomiska avsnitt.
Lämplig för förberedd konstruktion
Fördelarna med förberedd konstruktion är följande.
Snabb konstruktion
Bättre kvalitetskontroll
Minskat underhåll lämpligt för repetitiv konstruktionMultiple användning av formning.
Minskning av formning.
Tillgänglighet för vanliga former.
Post-spänning
Prestresssystem har utvecklats genom åren och olika företag har patenterat sina produkter. Detaljerad information om systemen finns i produktkataloger och broschyrer publicerade av företag. Det finns allmänna riktlinjer för förspänning i avsnitt 12 i IS 1343: 1980. Informationen i detta avsnitt är inledande i sin tur med betoning på systemets grundläggande begrepp. Förspänningssystemen och anordningarna beskrivs separat för de två typerna av förspänning, förspänning och efterspänning. Detta avsnitt omfattar efterspänning. Förspänningssystem och apparater, täcker förspänning. Vid efterspänningen appliceras spänningen på senorna efter hårdhet av betongen. Stegen för efterspänning beskrivs nedan.
Stages of Post-spänning
I efterspänningssystem placeras kanalerna för senor (eller strängar) tillsammans med förstärkningen före gjutning av betong. Senorna placeras i kanalerna efter gjutning av betong. Kanalen förhindrar kontakt mellan betong och senor under spänningsoperationen. Till skillnad från förspänning, sänks senorna med reaktionen som verkar mot den härdade betongen. Om kanalerna är fyllda med grout är det känt som bunden efterspänning. Injekteringen är en snygg cementpasta eller en sandcementmortel som innehåller lämplig blandning.
Vid obunden efterspänning, som namnet antyder, är kanalerna aldrig grouted och senen hålls i spänning enbart av ändförankringarna. Följande skiss visar en schematisk framställning av en förstärkt efterspänningsdel. Profilens profil beror på stödvillkoren. För en enkelt stödd del har kanalen en sagande profil mellan ändarna. För en kontinuerlig del passerar kanalen i spetsen och svänger över stödet.
De olika stadierna i efterspänningsoperationen sammanfattas enligt följande.
Gjutning av betong.
Placering av senor.
Placering av förankringsblocket och jack. Anbringa spänningar i senorna.
Sittande av kilarna.
Skärning av senorna
Förstärkt betong (RC) är ett kompositmaterial där betongens relativt låga draghållfasthet och duktilitet motverkas genom införandet av förstärkning med högre draghållfasthet eller duktilitet. Förstärkningen är vanligtvis, men inte nödvändigtvis, stålförstärkande stänger (rebar) och är vanligtvis inbäddad passivt i betongen före betonguppsättningarna. Förstärkningssystem är generellt utformade för att motstå dragspänningar i vissa betongområden som kan orsaka oacceptabelt sprickbildning och / eller strukturfel. Modern armerad betong kan innehålla varierat armeringsmaterial av stål, polymerer eller alternativt kompositmaterial i kombination med spärr eller ej. Förstärkt betong kan också vara permanent stressad (i spänning) för att förbättra beteendet hos den slutliga strukturen under arbetsbelastningar. I USA är de vanligaste metoderna för att göra detta känt som förspänning och efterspänning.
För en stark, duktil och hållbar konstruktion måste armeringen ha följande egenskaper åtminstone:
Hög relativ styrka.
Hög tolerans för dragspänning.
Bra bindning till betongen, oavsett pH, fukt och liknande faktorer.
Termisk kompatibilitet, som inte orsakar oacceptabla spänningar som svar på förändrade temperaturer.
Hållbarhet i betongmiljön, oavsett korrosion eller fördröjd spänning.
Används vid konstruktion
Rebars av Sagrada Família tak i konstruktion (2009)
· Många olika typer av strukturer och komponenter i strukturer kan byggas med armerad betong, inklusive plattor, väggar, balkar, kolonner, stiftelser, ramar och mer.
Förstärkt betong kan klassificeras som prefabricerad eller gjuten betong.
Att utforma och implementera det mest effektiva golvsystemet är nyckeln till att skapa optimala byggnadsstrukturer. Små förändringar i utformningen av ett golvsystem kan ha betydande inverkan på materialkostnader, konstruktionsschema, ultimat styrka, driftskostnader, beläggningsnivåer och slutanvändning av en byggnad.
Utan förstärkning skulle det inte vara möjligt att bygga moderna strukturer med betongmaterial.
Viktiga egenskaper
Tre fysiska egenskaper ger armerad betong sina speciella egenskaper:
Värmekoncentrationskoefficienten av betong är lik den för stål, vilket eliminerar stora interna spänningar på grund av skillnader i termisk expansion eller sammandragning.
När cementpastaen i betongen härdar, överensstämmer detta med stålets ytdetaljer, vilket medger att någon spänning överförs effektivt mellan de olika materialen. Vanligtvis är stålstängerna upprustade eller korrugerade för att ytterligare förbättra bindningen eller sammanhållningen mellan betong och stål.
Den alkaliska kemiska miljön som tillhandahålls av alkalibeständigheten (KOH, NaOH) och portlandit (kalciumhydroxid) som ingår i den härdade cementpastaen medför att en passiverande film bildas på ytan av stålet, vilket gör den mycket mer motståndskraftig mot korrosion än vad den skulle vara i neutrala eller sura förhållanden. När cementpastaen utsätts för luften och det meteoriska vattnet reagerar med det atmosfäriska CO2, portlandit och kalciumsilikathydratet (CSH) hos den härdade cementpastaen blir progressivt kolsyrade och det höga pH-värdet minskar successivt från 13,5-12,5 till 8,5, pH av vatten i jämvikt med kalcit (kalciumkarbonat) och stålet är inte längre passiverat.
Som en tumregel, bara för att ge en uppfattning om storleksordningar, skyddas stål vid pH över ~ 11 men börjar korrodera under ~ 10 beroende på stålkaraktäristika och lokala fysikalisk-kemiska förhållanden när betong blir kolsyrad. kolatisering av betong tillsammans med kloridinsprång är bland de främsta orsakerna till att förstärkningsstänger i betong misslyckas.
Den relativa tvärsnittsarean av stål som krävs för typisk armerad betong är vanligtvis ganska liten och varierar från 1% för de flesta balkar och plattor till 6% för vissa kolumner. Förstärkningsstängerna är normalt runda i tvärsnitt och varierar i diameter. Förstärkta betongstrukturer har ibland bestämmelser som ventilerade ihåliga kärnor för att kontrollera deras fukt och fuktighet.
Fördelning av betong (trots förstärkning) styrkarakteristika längs tvärsnittet av vertikala armerade betongelement är inhomogen
Förstärkning och terminologi av strålar
Två skärande balkar som är integrerade i parkeringsgarageplattan som innehåller både förstärkande stål och ledningar, anslutningsfack och andra elektriska komponenter som är nödvändiga för att installera överbelysningen för garagenivån under den.
En stråle böjer under böjningsmoment, vilket resulterar i en liten krökning. Vid krökningens yttre yta (dragningsytan) upplever betongen dragspänningen, medan den vid den inre ytan (kompressionsytan) upplever kompressionsspänning.
En singelförstärkt stråle är en där betongelementet förstärks endast nära dragytan och förstärkningen, kallat spänningsstål, är konstruerat för att motstå spänningen.
En dubbelförstärkt stråle är en där, förutom dragningsförstärkningen, är betongelementet förstärkt nära tryckytan för att hjälpa betongmotståndskompressionen. Den senare förstärkningen kallas kompressionstål. När kompressionszonen hos en betong är otillräcklig för att motstå kompressionsmomentet (positivt moment) måste extra förstärkning göras om arkitekten begränsar sektionens dimensioner.
En underförstärkt stråle är en där draghållfasthetens spänningskapacitet är mindre än betongens och kompressionstålens kombinerade kompressionsförmåga (underförstärkt vid dragytan). När det armerade betongelementet är föremål för ett ökande böjmoment ger spänningsstålet medan betongen inte når sitt ultimata felläge. När spänningsstålet ger ut och sträcker sig en "underförstärkt" betong också på ett duktilt sätt, som uppvisar en stor deformation och varning före sitt slutliga misslyckande. I detta fall styr stålets avkastningsbelastning designen.
En överförstärkt stråle är en i vilken spänningskapaciteten hos spänningsstålet är större än betongens och kompressionstålens kombinerade kompressionsförmåga (överförstärkt vid dragytan). Så misslyckas "över-armerad betong" strålen genom att krossa kompressionszonen betongen och innan spänningszonens stålutbyte, vilket inte ger någon varning före misslyckande då felet är momentant.
En balanserad förstärkt stråle är en där både kompressions- och dragzoner når upp till samma belastning på strålen, och betongen kommer att krossas och dragstålet kommer att ge samtidigt. Detta designkriterium är dock lika riskabelt som överförstärkt betong, eftersom misslyckandet är plötsligt då betongen krossas samtidigt med draghållfastheten, vilket ger en mycket liten varning om nöd i spänningsfel.
Momentbärande element i stålförstärkt betong bör normalt vara konstruerade för att vara underförstärkt så att användarna av strukturen kommer att få varning om övergående sammanbrott.
Den karakteristiska styrkan är styrkan hos ett material där mindre än 5% av provet visar lägre styrka.
Designstyrkan eller nominell styrka är styrkan hos ett material, inklusive en material-säkerhetsfaktor. Värdet på säkerhetsfaktorn varierar vanligen från 0,75 till 0,85 i tillåten stressdesign.
Det ultimata gränsvärdet är den teoretiska felpunkten med viss sannolikhet. Det anges under factored belastningar och factored motstånd.
