Hver sivilingeniør må kjenne svaret på dette spørsmålet fordi det anses å være det viktigste spørsmålet for sivilingeniør.
Prestressed Betong er en av de viktigste delene av konstruksjonen, og du bør og du må ha riktig kunnskap om det. La oss forstå det i detalj.
En forspenst betongkonstruksjon er forskjellig fra en konvensjonell armert betongstruktur på grunn av påføring av en innledende belastning på konstruksjonen før bruk. Den innledende lasten eller forspenningen påføres for å muliggjøre at strukturen motvirker de spenninger som oppstår i løpet av sin tjenesteperiode. Prestressing av strukturer ble introdusert i slutten av det nittende århundre. Begrepet forspenning eksisterte før applikasjonene i betong.
To eksempler på forspenning før utviklingen av forspent betong er gitt
Kraftmontering av metallbånd på trefat. Metallbåndene induserer en tilstand av innledende bøyekompresjon for å motvirke bøyespenningen forårsaket av fylling av væske i fatene
Forspenning av eiker i et sykkelhjul. Forspenningen til en ekte på et sykkelhjul blir påført i en slik grad at det alltid vil være en gjenværende spenning i spaken
For betong blir innvendige spenninger indusert (vanligvis ved hjelp av spenst stål) av følgende grunner. Trekkfastheten til betong er bare ca 8% til 14% av dens trykkstyrke. Sprekker har en tendens til å utvikle seg ved tidlige stadier av lasting i bøyemedlemmer som bjelker og plater. For å forhindre slike sprekker, kan trykkraften påføres på riktig måte i vinkelrett retning. Forspenning forbedrer bøynings-, bøynings- og torsjonskapasiteten til bøyningselementene. I rør og væskeoppbevaringstanker kan rammestrengspenningen effektivt motvirkes ved sirkulær forspenning.
Følgende skisse forklarer anvendelsen av forspenningen.
Plasser og strekk milde stålstenger, før betong
Figur - Forspenning av betongbjelker av mildstålstenger
Mindre stålstenger er strukket og betong helles rundt dem. Etter herding av betong frigjøres spenningen i stengene. Stengene vil forsøke å gjenvinne sin opprinnelige lengde, men dette forhindres av den omkringliggende betongen som stålet er bundet til. Således er betongen nå effektivt i en tilstand av forkompresjon. Den er i stand til å motvirke strekkspenning, slik som følge av belastningen vist i den følgende skissen.
Men de forsøksfulle forsøkene var ikke helt vellykkede. Det ble observert at effekten av forspenning reduseres med tiden. Den belastningsresistente kapasiteten til medlemmene var begrenset. Under vedvarende belastninger ble medlemmene funnet å mislykkes. Dette skyldtes følgende grunn. Betong krymper med tiden. Videre under vedvarende belastning øker belastningen i betong med økt tid. Dette er kjent som krypstamme. Reduksjonen i lengden på grunn av kryp og krymping gjelder også for det innebygde stålet, noe som resulterer i betydelig tap i strekkbelastningen.
Former av Prestressing Steel
Ledninger - Forspenningstråd er en enkelt enhet av stål.
Strenger - To, tre eller syv ledninger er sår for å danne en forspenningsstreng.
Tendon-En gruppe av tråder eller ledninger er såret for å danne en forspenningssense.
Kabel- En gruppe sener danner en forspenningskabel.
Barer - En sene kan bestå av en enkelt stålstang. Diameteren på en stang er mye større enn en wire.
Natur av betong-stålgrensesnitt
Bonded tendon - Når det er en tilstrekkelig binding mellom forspennings sene og betong, kalles den en bondet sene. Forspenne og forsterkede etterspente sener er bundet sener.
Ubundet sene - Når det ikke er noen binding mellom forspenningssenen og betong, kalles den ubundet sene. Når fugemasse ikke påføres etter etterspenning, er senen en ubundet sene. Stages of Loading Analysen av forspente medlemmer kan være forskjellig for de forskjellige stadiene av lasting.
Faser av lasting er som følger.
1) Initial: Det kan deles inn i to faser.
a) Under spenning av stål
b) Ved overføring av forspenning til betong.
2) Mellomliggende: Dette inkluderer lastene under transport av de forspente medlemmer.
3) Endelig: Det kan deles inn i to faser.
a) Ved service, under drift.
b) Ved ultimate, under ekstreme hendelser
Fordeler med Prestressing
Forspenningen av betong har flere fordeler i forhold til tradisjonell armert betong (RC) uten forspenning. Et fullt forspent betongelement blir vanligvis utsatt for kompresjon i levetiden. Dette korrigerer flere mangler i betong. Følgende tekst nevner i stor grad fordelene ved et forspent betongelement med et tilsvarende RC-medlem. For hver effekt er fordelene listet opp.
Seksjonen forblir uhellet under servicebelastninger.
Reduksjon av stålkorrosjon Økning i holdbarhet.
En full seksjon er utnyttet
Høyere moment av treghet (høyere stivhet)
Færre deformasjoner (forbedret brukervennlighet).
Økning i skjærekapasitet.
Passer til bruk i trykkbeholdere, væskefastholdende konstruksjoner. Godkjent ytelse (motstandsdyktighet) under dynamisk og tretthetsbelastning.
Høye spekter i dybden Større spenner mulig med forspenning (broer, bygninger med store kolonnefrie mellomrom). Typiske verdier for spekter i dybdeforhold i plater er gitt nedenfor.
Forspenningsplate 28: 1 Forspenningsplate 45: 1 For samme spenning, mindre dybde i forhold til RC-medlem.
Reduksjon i selvvekt.
Mer estetisk appell på grunn av slanke deler
Mer økonomiske deler.
Passer til prefabrikkerte konstruksjoner
Fordelene med prefabrikkerte konstruksjoner er som følger.
Rask konstruksjon
Bedre kvalitetskontroll
Redusert vedlikehold egnet for repetitiv konstruksjonMultiple bruk av forskaling.
Reduksjon av forskaling.
Tilgjengelighet av standardformer.
Post-stramme
Prestressing systemer har utviklet seg gjennom årene, og ulike selskaper har patentert sine produkter. Detaljert informasjon om systemene er gitt i produktkataloger og brosjyrer utgitt av selskaper. Det finnes generelle retningslinjer for forspenning i avsnitt 12 i IS 1343: 1980. Informasjonen gitt i denne delen er innledende, med vekt på systemets grunnleggende konsepter. Forspenningssystemene og innretningene er beskrevet for de to typer forspenning, forspenning og etterspenning, separat. Denne delen dekker postspenning. Forspenningssystemer og enheter, dekker forspenning. Ved etterspenning påføres spenningen på senene etter herding av betongen. Stadier av etterspenning er beskrevet neste.
Stages av etterspenning
I etterspenningssystemer plasseres kanalene til senene (eller trådene) sammen med forsterkningen før støping av betong. Sene er plassert i kanalene etter støping av betong. Kanalen hindrer kontakt mellom betong og sener under strekkoperasjonen. I motsetning til forspenning blir senene trukket med reaksjonen som virker mot den herdede betongen. Hvis kanalene er fylt med fugemasse, så er det kjent som bundet etterspenning. Fugen er en fin sementpasta eller en sandsementmørtel som inneholder egnet blanding.
I ubundet etterspenning, som navnet antyder, blir kanalene aldri grouted og senen holdes i spenning utelukkende av endeforankringene. Følgende skisse viser en skjematisk fremstilling av et forstøyd etterspentelement. Profilens profil er avhengig av støttebetingelsene. For et enkelt støttet element har kanalen en saggingprofil mellom endene. For en kontinuerlig del setter dukan i spannen og hogger over støtten.
De ulike stadiene av etterspenningsoperasjonen er oppsummert som følger.
Støping av betong.
Plassering av sener.
Plassering av forankringsblokken og jacken. Å bruke spenning til senene.
Sete av kilene.
Skjæring av sener
Forsterket betong (RC) er et komposittmateriale hvor betongens relativt lave strekkstyrke og duktilitet motvirkes ved å inkludere forsterkning med høyere strekkstyrke eller duktilitet. Armeringen er vanligvis, men ikke nødvendigvis, stålforsterkende stenger (rebar) og er vanligvis innebygd passivt i betongen før betongsettene. Forsterkningsordninger er generelt utformet for å motstå strekkspenninger i bestemte områder av betongen som kan forårsake uakseptabel sprekker og / eller strukturfeil. Moderne armert betong kan inneholde varierte armeringsmaterialer laget av stål, polymerer eller alternativt komposittmateriale i forbindelse med rebar eller ikke. Forsterket betong kan også være permanent stresset (i spenning), for å forbedre oppførselen til den endelige strukturen under arbeidsbelastninger. I USA er de vanligste metodene for å gjøre dette kjent som forspenning og etterspenning.
For en sterk, duktil og slitesterk konstruksjon må armeringen minst ha følgende egenskaper:
Høy relativ styrke.
Høy toleranse for strekkbelastning.
God bånd til betongen, uavhengig av pH, fuktighet og lignende faktorer.
Termisk kompatibilitet, som ikke forårsaker uakseptable belastninger som følge av endringer i temperaturer.
Holdbarhet i betongmiljøet, uavhengig av korrosjon eller vedvarende stress.
Bruk i konstruksjon
Rebarer av Sagrada Família tak i konstruksjon (2009)
· Mange forskjellige typer strukturer og komponenter av strukturer kan bygges med armert betong, inkludert plater, vegger, bjelker, kolonner, stiftelser, rammer mm.
Forsterket betong kan klassifiseres som prefabrikkerte eller gjenget betong.
Å designe og implementere det mest effektive gulvsystemet er nøkkelen til å skape optimale byggekonstruksjoner. Små endringer i utformingen av et gulvsystem kan ha betydelig innvirkning på materialkostnader, byggeplan, maksimal styrke, driftskostnader, belegningsnivå og sluttbruk av en bygning.
Uten forsterkning ville det ikke være mulig å bygge moderne konstruksjoner med betongmateriale.
Nøkkelegenskaper
Tre fysiske egenskaper gir armert betong sine spesielle egenskaper:
Koeffisienten av termisk ekspansjon av betong er lik den for stål, eliminerer store interne spenninger på grunn av forskjeller i termisk ekspansjon eller sammentrekning.
Når sementpastaen i betongen herdes, overholder dette overflaten av stålet, noe som muliggjør at noe stress overføres effektivt mellom de forskjellige materialene. Vanligvis er stålstenger ruvet eller bølget for ytterligere å forbedre bindingen eller sammenhengen mellom betong og stål.
Det alkaliske kjemiske miljøet som tilveiebringes av alkalibestanddelen (KOH, NaOH) og portlandittet (kalsiumhydroksyd) som er inneholdt i den herdede sementpasta, forårsaker en passiviseringsfilm til å danne på overflaten av stålet, noe som gjør det mye mer motstandsdyktig mot korrosjon enn det ville være i nøytrale eller sure forhold. Når sementpastaen er eksponert for luften og det meteoriske vannet reagerer med atmosfærisk CO2, blir portlanditt og kalsiumsilikathydratet (CSH) av den herdede sementpasta gradvis karbonisert og den høye pH-verdien avtar gradvis fra 13,5-12,5 til 8,5, pH av vann i likevekt med kalsitt (kalsiumkarbonat) og stålet er ikke lenger passivert.
Som en tommelfingerregel, bare for å gi en ide om størrelsesorden, er stål beskyttet ved pH over ~ 11, men begynner å korrodere under ~ 10 avhengig av stålegenskaper og lokale fysisk-kjemiske forhold når betong blir karbonert. karbonatisering av betong sammen med kloridinngang er blant de viktigste årsakene til svikt av forsterkningsstenger i betong.
Det relative tverrsnittsarealet av stål som kreves for typisk armert betong er vanligvis ganske liten og varierer fra 1% for de fleste bjelker og platene til 6% for noen kolonner. Forsterkningsstenger er normalt runde i tverrsnitt og varierer i diameter. Forsterkede betongkonstruksjoner har noen ganger bestemmelser som ventilerte hule kjerner for å kontrollere fuktighet og fuktighet.
Fordeling av betong (til tross for forsterkning) styrkeegenskaper langs tverrsnittet av vertikale armerte betongelementer er inhomogen
Forsterkning og terminologi av bjelker
To kryssende bjelker integrert i parkeringsgarasjeplade som vil inneholde både forsterkende stål og ledninger, sammenkoblingsbokser og andre elektriske komponenter som er nødvendige for å installere overlyset for garasjeplanet under det.
En stråle bøyer under bøyningsmoment, noe som resulterer i en liten krumning. Ved krumningens ytre ansikt (strekkflate) opplever betongen strekkspenning, mens det på det indre overflaten (komprimeringsflaten) opplever trykktrykk.
En enkelt forsterket bjelke er en der betongelementet bare forsterkes nær strekkflaten og forsterkningen, kalt spenningsstål, er konstruert for å motstå spenningen.
En dobbeltforsterket bjelke er en der, i tillegg til strekkforsterkningen, er betongelementet også forsterket nær komprimeringsflaten for å hjelpe betongmotstandskompresjonen. Sistnevnte forsterkning kalles kompresjonsstål. Når kompresjonssonen til en betong er utilstrekkelig til å motstå kompresjonsmomentet (positivt moment), må ekstra forsterkning gis dersom arkitekten begrenser dimensjonene til seksjonen.
En underforsterket bjelke er en der spenningskapasiteten til strekkforsterkningen er mindre enn den komprimerte kompresjonskapasiteten til betong og kompresjonsstål (underforsterket ved strekkfelt). Når det armerte betongelementet er gjenstand for økende bøyemoment, gir spenningsstålet mens betongen ikke når sin ultimate feiltilstand. Når spenningsstålet gir og strekker, gir en "underforsterket" betong også på en duktil måte, og utviser stor deformasjon og advarsel før den ultimate feil. I dette tilfellet styres avkastningen av stålet på design.
En overforsterket bjelke er en der spenningskapasiteten til spenningsstålet er større enn den komprimerte kompresjonskapasiteten til betong og kompresjonsstål (overforsterket ved strekkflaten). Så den "overforsterkede betong" strålen mislykkes ved å knuse kompresjonssonbetongen og før spenningssonen gir stål, noe som ikke gir noen advarsel før feil, da feilen er øyeblikkelig.
En balansert forsterket bjelke er en hvor både kompressive og strekkzoner når til samme belastning på bjelken, og betongen vil knuse og strekkstålen vil gi samtidig. Dette designkriteriet er imidlertid så risikabelt som overforsterket betong, fordi feil er plutselig ettersom betongen knuses samtidig med strekkstålutbyttet, noe som gir en svært liten advarsel om nød i spenningsfeil.
Stålforsterkede, momentbærende elementer skal normalt være konstruert for å være underforsterket, slik at brukere av strukturen vil motta varsel om forestående sammenbrudd.
Den karakteristiske styrken er styrken til et materiale hvor mindre enn 5% av prøven viser lavere styrke.
Designstyrken eller nominell styrke er styrken til et materiale, inkludert en material-sikkerhetsfaktor. Verdien av sikkerhetsfaktoren varierer vanligvis fra 0,75 til 0,85 i Tillatt stressdesign.
Den ultimate grenseverdien er det teoretiske feilpunktet med en viss sannsynlighet. Det er oppgitt under påkrevd belastning og fakturert motstand.
