PREDNAPREGNUTEI SPREGNUTEKONSTRUKCIJE ... · Uvodna razmatranja Prethodno napregnuti beton PREDNAPREGNUTEI SPREGNUTEKONSTRUKCIJE Osnovneakademskestudije,VIIsemestar Prof dr Stanko

Uvodna razmatranjaPrethodno napregnuti beton

PREDNAPREGNUTE ISPREGNUTE KONSTRUKCIJE

Osnovne akademske studije, VII semestar

Prof dr Stanko Brčićemail: [email protected]

Departman za Tehničke nauke,GRAÐEVINARSTVO

Državni Univerzitet u Novom Pazaru

2014/15

Stanko Brčić Prednapregnute i spregnute konstrukcije


Sadržaj

1 Uvodna razmatranjaNapomene o predmetuOsnovni pojmovi o spregnutim konstrukcijamaIdeja i istorijat prethodnog naprezanja

2 Prethodno napregnuti betonOsnovni koncept prethodnog naprezanjaVrste prethodnog naprezanja



Napomene o predmetuOsnovni pojmovi o spregnutim konstrukcijamaIdeja i istorijat prethodnog naprezanja

Sadržaj






Prednapregnute i spregnute konstrukcije

Osnovni podaci o predmetuNaziv: Prednapregnute i spregnute konstrukcijeSemestar: VIIFond časova: 2+2Studijski program: Građevinarstvo (OAS)ESPB: 5Status predmeta: obavezni





Osnovni podaci o predmetuUslov za sticanje potpisa:

- Uredno pohađanje nastave- Uspešno urađen semestralni zadatak (2 zadataka)- Uspešno položena 2 kolokvijuma

Uslov za polaganje ispita:- Dobijen potpis- Položeni ispiti iz Otpornosti materijala 2, Statike konstrukcija2, Betonskih konstrukcija 1 i Metalnih konstrukcija 1 nijeuslov, ali je veoma korisno





Osnovni podaci o predmetuNačin polaganja ispita:

- Pismeni ispit u trajanju od 4h (2 zadatka, dozvoljenaliteratura)

- Usmeni ispit (bez literature)Informacije o nastavi i predmetu:

- posle predavanja- www.np.ac.rs, Departman Tehničkih nauka, Nastavni materijali- asistent mr Milivoje Milanović




Literatura

Prednapregnute i spregnute konstrukcije - LiteraturaM. Ðurđević: Prednapregnuti beton, Deo 1: Osnove,Građevinski fakultet, Beograd, 2008, 349 str.R. Pejović: Prethodno napregnuti beton, Univerzitet CrneGore, Podgorica, 1999, 295 str.Ž. Perišić, V. Alendar: Prethodno napregnuti beton - primeriza vežbe, 3. izdanje, Građevinski fakultet, Beograd, 1984V. Alendar: Prethodno napregnuti beton, interna skripta,Građevinski fakultet, Beograd, 2003




Literatura

Prednapregnute i spregnute konstrukcije - LiteraturaM. Ðurić: Teorija spregnutih i prethodno napregnutihkonstrukcija, SANU, Odeljenje tehničkih nauka, knjiga 6,Naučno delo, Beograd, 1963J. Lazić: Približna teorija spregnutih i prethodno napregnutihkonstrukcija, Građevinski fakultet i Naučna knjiga, Beograd,1982V. Mihajlović: Spregnute i prednapregnute konstrukcije,Naučna knjiga, Beograd, Građevinski fakultet, Subotica, 1989M. Pržulj: Spregnute konstrukcije, Građevinska knjiga,Beograd, 1989




Literatura

Prednapregnute i spregnute konstrukcije - LiteraturaT.Y. Lin, N.H. Burns: Design of Prestressed ConcreteStructures, 3rd Ed., John Wiley & Sons, 1981R. Benaim: The Design of Prestressed Concrete Bridges:Concepts and Principles, Taylor & Francis, New York, 2008Eurocode 2: EN 1992-1-1:2004 Design of concrete structures -General rules and rules for buildingsEurocode 3: EN 1993-1-1:2005 Design of steel structures -General rules and rules for buildingsEurocode 4: EN 1994-1-1:2004 Design of composite steel andconcrete structures - General rules and rules for buildings




Literatura

Softverski paketi od interesa

Tower 7 (Demo) . . . Radimpex Software,URL: www.radimpex.rsAxisVM (Student Study, Student Thesis - 180 dana). . . Structural Analysis & Design SoftwareURL: www.axisvm.euSAP2000, ETABS, CSiBridge . . . Computers & Structures, Inc.URL: www.csiamerica.comitd . . .




Sadržaj






Spregnute konstrukcije

Osnovni pojmovi o spregnutim konstrukcijama

Spregnute konstrukcije su konstrukcije koje su formiranepovezivanjem konstruktivnih elemenata od različitih iliistih materijala u jednu integralnu celinu.U tom povezivanju (odn. sprezanju) koriste se odabraneprednosti svakog od konstruktivnih materijala, aizbegavaju nedostaciPravilnim rasporedom konstruktivnih elemenata ostvarujese bolja (optimalna) konstrukcija





Osnovni pojmovi o spregnutim konstrukcijamaSprezanje jednorodnih materijala, npr. u čeličnimkonstrukcijama . . . limovi povezani zakivcima, zavrtnjima ilizavarivanjem u nosačSprezanje raznorodnih materijala, npr. u drvenimkonstrukcijama . . . drveni elementi se povezuju ekserima,zavrtnjima, moždanicima, lepkovima, itd. u jedinstven nosačU klasičnim AB konstrukcijama beton je povezan saarmaturom (RA, GA, MA) u jedinstvenu celinuMeđutim, drvene, čelične i klasične AB konstrukcijene posmatramo kao spregnute konstrukcije





Osnovni pojmovi o spregnutim konstrukcijamaMoguća podela betonskih konstrukcija na:

armiranobetonske konstrukcije . . . povezivanje betona i klasičnearmature (GA, RA, MA)prednapregnute betonske konstrukcije . . . povezivanje betona ivisokovrednog čelika u vidu žica, kablova, užadispregnute konstrukcije . . . povezivanje čeličnih nosača sa AB iliprednapregnutom betonskom pločom

Postoje i druge, vrlo različite, forme sprezanja čelika i betona, ilidva betona, koje takođe pretstavljaju spregnute konstrukcije





Osnovni pojmovi o spregnutim konstrukcijamaOsnovna podela spregnutih konstrukcija u širem smislu na:

1 Prednapregnute betonske konstrukcije . . . sprega betona ivisokovrednog čelika (kablova, užadi)

2 Spregnute čelične konstrukcije . . . sprega čeličnih nosača ikalsičnog AB ili prednapregnutog betona (spregnutakonstrukcija čelik - beton)

3 Spregnute betonske konstrukcije . . . sprega dva betona različitestarosti (spregnuta konstrukcija beton - beton)

Spregnute čelične i betonske konstrukcije pretstavljaju spregnutekonstrukcije u užem smislu





Osnovni pojmovi o spregnutim konstrukcijamaDruge mogućnosti spregnutih konstrukcija u širem smislu, posebnou sanacijama objekata

Spregnute tavanice drvo - beton . . . drvene grede i tanka ABploča (5-6cm), koristi se u sanacijama starih drvenih tavanicaSpregnuti zidovi opeka - beton . . . zidovi od opeke i tanak slojAB (8-10cm), sanacije nižih zgrada posle zemljotresaSprega zidova od opeke (kamena) i čeličnih zatega . . . sanacijastarih zgradaSpregnute AB konstrukcije i karbonske trake . . . sanacijaoštećenja i povećanje nosivosti AB konstrukcija trakama odkarbonskih vlakanaitd . . .




Sadržaj






Prethodno napregnuti beton

Prethodno napregnuti beton (PNB)

Prethodno napregnuti beton je posebna varijanta kompozitnogmaterijala beton - visokovredni čelik pri kojoj se ukonstruktivne elemente unapred (prethodno) unose naprezanjakoja su suprotnog znaka od eksploatacionihGlavna ideja prethodnog naprezanja je unošenje sile pritiska ubetonski element pre opterećivanja elementa, na odgovarajućelokacije u preseku i duž ose nosača (elementa), koje bi bilezategnute usled kasnijeg ukupnog opterećenjaTime se na odgovarajuće delove preseka duž nosača unoseprethodni naponi pritiska, pre pojave eksploatacionogopterećenja




Princip prethodnog naprezanja





Prethodno napregnuti beton (PNB)

Kada se aplicira i eksploataciono opterećenje, naponi zatezanjase, u superpoziciji sa prethodno unetim naponima pritiska,potpuno eliminišu, ili svedu na znatno smanjene naponezatezanja, koje beton može da prihvatiZahvaljujući tome, primenom PNB-a, mogu de se realizujuveći rasponi nego primenom klasično armiranih betonskihkonstrukcijaPNB se široko primenjuje kod projektovanja i izrade

- betonskih mostova- u zgradarstvu (zgrade sistema IMS, tavanice sistemaTrudbenik, . . . )

- u industrijskim objektima (silosi, vodotornjevi, . . . )





Kraća istorija prethodnog naprezanja i PNBPrednaprezanje građevinskih konstrukcija nije jedini primerprednaprezanja uopšteKoncept prednaprezanja je postojao i primenjen je značajnopre pojave PNBKlasičan primer je primena metalnih obruča na buretu, čime sesprečava curenje tečnosti iz buretaTakođe, žice na točku bicikla su unapred dovoljno zategnute,tako da i pri najgorim uslovima u vožnji uvek ostaje rezervazatezanja




Kraća istorija prethodnog naprezanja

obruči bureta žice na točku bicikla





Kraća istorija AB i PNB

1824 . . . patent za proizvodnju Portland cementa (J. Aspdin,Engleska)Period od 1848 - 1891 . . . izgrađene konstrukcije po intuiciji,bez proračuna i bez poznavanja osobina materijala

- J. Lambot (Francuska), 1848 . . . konstruisao čamac odcementnog maltera, debljine nekoliko cm, sa armaturom odčelične mreže

- J. Monier (Francuska), 1849 . . . izradio vaze od betonaarmiranog čeličnom mrežom; Kasnije, od 1968 - 1873patentirao izradu cevi i mostova od AB, a 1873 izveo prvirezervoar od 130 m3

- Können (Nemačka), 1866 . . . izveo AB ploču (postavioarmaturu u zonu zatezanja)





P.H. Jackson (USA), 1886 . . . patent za konstrukciju svoda odbetonskih blokova, prethodno napregnutog pomoću čelične zatege





Kraća istorija AB i PNBPeriod od 1892 - 1905 . . . izvode se konstrukcije koje seproračunavaju na osnovu empirijskih izraza, kao ieksperimentalnih istraživanja

- Brojni autori i izvedeni objekti od AB, uključujući i mostove,prvo manjih, a zatim i većih raspona

- Npr., drumski most u Beču 1899 dužine 144m, sa tri luka od50 i 40m raspona

- L. Considere (Francuska) od 1896-1900 . . . prvi teoretičar savelikim zaslugama za razvoj AB u Francuskoj

- Bauchinger (Nemačka) od 1894 . . . počeo da vrši ispitivanjamodula elastičnosti betona





Kraća istorija AB i PNBPeriod od 1905 . . . naučna dostignuća u oblastieksperimentalno i teorijskog rada

- 1906 . . . prvi zvanični propisi za AB u Francuskoj, a 1908 i1911 u Rusiji

- Mörsch (Nemačka), od 1908 . . . počeo sa eksperimentalnim iteoretskim istraživanjima AB

- L. Considere (Francuska), 1916 . . . projektovao i sagradio prvubetonsku višelučnu branu

- E. Freyssinet (Francuska) . . . pravi brojne AB mostove uFrancuskoj

- E. Hoyer (Nemačka), 1938 . . . dugačke staze za prednaprezanje(L > 100m) sa tankim klavirskim žicama Φ 0.5mm do Φ1.5mm (Hojerovo atheziono prednaprezanje)





E. Freyssinet (Francuska), 1911 . . . prvi uočio pojavu skupljanja itečenja betona i njihovu važnost za gubitak sile prednaprezanja;prvi je istakao neophodnost primene visokovrednih čelika i betonaveće MB u prednaprezanju (Freyssinet je “otac PNB”)





Kraća istorija AB i PNB (kod nas)

B. Žeželj, 1952 . . . razvija sopstveni postupak prednaprezanjaSistem IMS

- najveći broj prednapregnutih konstrukcija u Jugoslaviji urađenpo tom sistemu

- mostovi velikih raspona: Novi Sad, Šibenik, Beška, Ostrvo Krk- kopno

M. Ivković i saradnici: objekti velikih raspona od PNB:- Hangar JAT-a na aerodromu u Surčinu, 1986 . . .raspon ≈ 136 m, kablovi van preseka

- Sportska dvorana “Beogradska arena” na Novom Beogradu,2004 . . . raspon ≈ 133 m, kablovi van preseka



Osnovni koncept prethodnog naprezanjaVrste prethodnog naprezanja

Sadržaj







Nedostaci klasično armiranog betonamala čvrstoća betona pri zatezanjupojava i širenje prslina u betonudelimična iskorišćenost betonskog preseka (oko 1/3 visinepreseka pritisnuto, isprskana zategnuta zona preseka betona neučestvuje u nosivosti - samo je opterećenje i služi za sidrenjearmature)relativno velike težine AB konstrukcija i veliki udeo sopstvenetežine u ukupnom opterećenjuzbog veće sopstvene težine ograničena je veličina raspona uAB konstrukcijama





Nedostaci klasično armiranog betona

Prve prsline u AB (nevidljive golim okom) se javljaju već pridilatacijama u betonu εb ≈ 0.10÷ 0.15‰Pri tome je napon u zategnutoj armaturi oko σa ≈ 20÷ 30MPa (neiskorišćeni naponi)Pri eksploatacionim naponima u armaturi, ≈ 1/2σv, odn.σa ≈ 150÷ 200 MPa, prsline u betonu su širine 0.3÷ 0.4 mmZbog pojave prslina, dalje povećanje kvaliteta klasičnearmature (iznad 400-500 MPa) nije korisno, jer je iskorišćenostklasične armature ograničena max širinom prslina u betonuPrsline u betonu značajno smanjuju krutost i time povećavajuugibe kao i koroziju armature





Osnovni koncept prethodnog naprezanjaPri građenju se u betonskom elementu unapred izazovuprinudne deformacije, odn. prethodno naponsko stanje koje ćeda obezbedi povoljno naponsko stanje kasnije u eksploatacijikonstrukcije (nosača)Povoljno naponsko stanje u eksploataciji znači da se u nosačune javljaju naponi zatezanja, ili da naponi zatezanja budu udozvoljenim granicama (ispod fbz)





Osnovna ideja prethodnog naprezanja - primerOsnovna ideja prethodnog naprezanja je da se u konstrukcijuunesu naprezanja koja su suprotna eksploatacionimPosmatra se jednostavan primer: nearmirana betonska gredapreseka b/d =20/50cm, na koju u datom preseku delujeM=66.67 kNmPovršina i otporni momenat su

A = b d = 1000 cm2 W =b d2

6= 8333 cm3





Osnovna ideja prethodnog naprezanja - primerNormalni naponi na ivičnim vlaknima od M=66.67 kNm iznose

σM1,2 = ±MW

= ±8.0MPa

Ovo je veliki napon zatezanja (za nearmirani beton) i zato seuticaju M dodaje i centrična normalna sila pritiska NVeličina sile pritiska se određuje iz uslova da sila N anuliranapone zatezanja koje izaziva M :

N = σM2 A = 800 kN





Osnovna ideja prethodnog naprezanja - primerNormalna sila N izaziva konstantne napone pritiska po celojpovršini preseka:

σN1,2 =N

A= 8.0MPa

Superpozicijom ova dva naponska stanja dobija se, kaorezultujući dijagram napona, trougaoni dijagram napona i tosamo pritisak u celom preseku




Superponirano naponsko stanje od M i N





Osnovna ideja prethodnog naprezanja - primerKao što se vidi, normalnom silom pritiska N je eliminisanozatezanje od savijanja MMeđutim, takođe je i dva puta povećan napon pritiska ubetonuDakle, sila pritiska je korisna za donju ivicu preseka, ali ještetna za gornju ivicuMože da se izabere povoljniji položaj sile pritiska





Osnovna ideja prethodnog naprezanja - primerUmesto centrične sile pritiska N , neka deluje ekscentrična silaN1 u donjoj tački jezgra presekaTo je ekscentricitet e = d/6 u odnosu na težišteVeličina sile pritiska N1 se određuje iz uslova da se eliminišenapon zatezanja na donjoj ivici presekaNapon pritiska u donjem vlaknu za ekscentričnu silu pritiskaiznosi

σ2 =N1

b d

(6 e

d+ 1

)za e = d/6 ⇒ σ2 =

N1

b d2




Naponsko stanje za ekscentričan pritisak





Osnovna ideja prethodnog naprezanja - primer

Prema tome, da se anulira napon zatezanja σM2 = 8.0 MPa,protrebna je sila pritiska na donjoj ivici jezgra preseka

σ2 =N1

b d2 = σM2 ⇒ N1 = σM2

b d

2= 400 kN

To je dva puta manja sila u odnosu na centričnu silu NNapon pritiska u donjem vlaknu za N1 je 8.0 MPa, dok je ugornjem vlaknu napon nula (sila N1 je u jezgru preseka)Superpozicijom napona od M i N1 se dobija opet trougaonidijagram napona, sa nulom na donjem vlaknu




Superponirano naponsko stanje od M i N1





Osnovna ideja prethodnog naprezanja - primerKao što se vidi, izborom položaja sile pritiska N1

- izbegnuti su naponi zatezanja u preseku nosača- naponi pritiska pri tome nisu povećani- to je postignuto za dva puta manju silu pritiska

⇒ Pogodnim izborom položaja sile pritiska može da se dobijaoptimalna raspodela napona u preseku





Osnovni koncept prethodnog naprezanjaPoželjno je da naponi pritiska prethodno uneti u odgovarajućideo preseka budu veći od očekivanih napona zatezanja zadominantna opterećenja u eksploataciji nosačaNa taj način su u nosaču (skoro) uvek (minimalni) naponipritisaka, čime se sprečava pojava prslina u betonuTime je takođe armatura zaštićena od korozije, odn. povećanaje trajnost i pouzdanost nosača

Posmatra se prosta greda opterećena sa ravnomernim opterećenjemq = g + p




Klasično armirana prosta greda

Skela i oplata se uklone posle očvršćavanja betonaPod dejstvom opterećenja q ravnotežna konfiguracija serealizuje uz odgovarajuće ugibe i pojavu prslina





Prednaprezanje proste grede paraboličnim kablomUmesto klasično armirane proste grede, vrši se prenaprezanjegredePre betoniranja nosača u oplatu se ugradi cev paraboličnogoblika, sa strelom f u odnosu na težište preseka u sredininosača, a na krajevima cev prolazi kroz težišnu linijuKada beton očvrsne, kroz cev se provuče uže od visokovrednogčelika (kabl za prednaprezanje) koji je na jednom krajuankerovan kotvom, a na drugom kraju se zateže presom kojase u isto vreme oslanja na nosačDok je nosač još na skeli, kabl se zateže do postizanja željenesile u kablu Nk





Prednaprezanje proste grede paraboličnim kablomKako je kabl na jednom kraju ankerovan, a paraboličnog jeoblika, zbog zatezanja na drugom kraju nastaju sile potiska sasmerom na gore, kojima kabl deluje na cev, odn. na nosačTo su tzv. “skretne sile” qk, za koje, zbog relativno malekrivine kabla (cevi) može da se smatra da su vertikalnog pravcaAko je raspon nosača L, strela parabole f i zatezanje kablovana krajevima Nk, onda važi relacija (parabolična teorijalančanice)

Nk =qk L

2

8 f⇒ qk =

8Nk f

L2




Prednaprezanje proste grede paraboličnim kablom

Parabolična trasa kabla za prednaprezanje izaziva skretne sile upravcu glavne normale na trasu kabla i sa smerom kakonkavnoj strani kablaZa veći radijus krivine kabla može da se smatra da suskretne sile međusobno paralelne





Prednaprezanje proste grede paraboličnim kablomKada skretne sile, odn. potisak na gore qk postane veći odsopstvene težine nosača g, onda dolazi do odizanja nosača odskele, za neki iznos δ0 u sredini nosača (ugib u fazi prethodnognaprezanja)Zbog prinudnog deformisanja (odizanja) nosača u faziprethodnog naprezanja, rezultujuće stanje napona u sredinipreseka je napon pritiska σd0 u donjem vlaknu i znatno manjinapon pritiska, ili malo zatezanje σg0 u gornjem vlaknuSile kojima kablovi deluju na nosač (beton) u fazi prethodnognaprezanja zovu se ekvivalentno opterećenje





Prednaprezanje proste grede paraboličnim kablomU posmatranom primeru proste grede, ekvivalentnoopterećenje čine raspodeljene skretne sile qk i koncentrisanesile na krajevima grede, na mestu kotvi, Nk

Po završetku utezanja kablova, na kraju gde se vršilozatezanje, formira se anker kotva i ukloni se presaPre nanošenja drugih opterećenja, vrši se injektiranje cevikabla odgovarajućom cementom emulzijomTime se ostvaruje kontinuitet spoja kabla i betona - prethodnonaprezanje sa spojemTo je klasičan način prednaprezanja




Rezultujuće stanje u eksploataciji

Posle prednaprezanja, u eksploataciji nosača su konačni ugibiznatno manji od ugiba za klasično armiranjeTakođe, može da se postigne da nema napona zatezanja ubetonu, ili da budu prihvatljivo mali





Rezultujuće stanje u eksploataciji prednapregnute proste gredeKada je uklonjena skela i aplicirano i korisno opterećenje p,konačni ugibi za ukupno opterećenje q = g + p su znatnomanji od ugiba δ za klasično armiranu greduNaponsko stanje u najopterećenijem preseku je takođepovoljnije:

- u gornjem vlaknu je napon pritiska σgt- u donjem vlaknu je mali napon pritiska (ili malo zatezanje) σdt

Ako se prethodnim naprezanjem spreče naponi zatezanja ubetonu za sve uticaje u eksploataciji, sprečena je i pojavaprslina u betonu




Prednosti i nedostaci PNB

Prednosti PNB u odnosu na klasičan ABPrednapregnute betonske konstrukcije imaju niz prednosti uodnosu na klasične AB konstrukcije (bez prednaprezanja)Potpuno prednapregnuti betonski element je (obično) izložensamo pritisku tokom eksploatacije (životnog veka)Time se bitno koriguju nedostaci klasičnog AB





Prednosti PNB u odnosu na klasičan ABPreseci kod potpuno PNB su bez prslina tokom najnepovoljnijihkombinacija dejstava u eksploataciji ⇒

Značajna redukcija korozije čelika, a time povećana trajnost ipouzdanost konstrukcijeIskorišćen je ceo presek betona

- veći moment inercije preseka, veća krutost- manje deformacije prednapregnutog nosača





Prednosti PNB u odnosu na klasičan ABPreseci kod potpuno PNB su bez prslina tokom najnepovoljnijihkombinacija dejstava tokom eksploatacije ⇒

Povećana otpornost preseka na smicanjePovećana nosivost za dinamička dejstva i zamorPrednapregnute konstrukcije bez prslina su pogodne zarezervoare za tečnost





Prednosti PNB u odnosu na klasičan ABVeći odnos raspon - visina preseka kod prednapregnutih nosača

Zbog veće krutosti i boljeg iskorišćenja preseka mogući su većirasponiTipične vrednosti odnosa raspon - visina preseka za tavanice

- klasično armirane tavanice . . . 28 : 1(za ≈ 7m raspona tavanice, d ≈ 25cm)

- prednapregnute tavanice . . . 45 : 1




Klasične AB i prednapregnute tavanice





Prednosti PNB u odnosu na klasičan ABZa isti raspon prednapregnuti nosač ima manju visinu preseka odklasično armiranog nosača, pa se time dobija:

redukcija u sopstvenoj težini nosačaekonomičniji nosač (manje materijala)bolji estetski izgled (“vitkiji” nosač)





Prednosti PNB u odnosu na klasičan ABPrednapregnuti nosači su pogodni za prefabrikovane elemente imontažne konstrukcijePrednosti prefabrikovanih nosača (izvode se u fabričkimuslovima):

- brže izvođenje- bolja kontrola kvaliteta- smanjeno i olakšano održavanje- pogodno za serijsku proizvodnju- višestruko korišćenje oplate (manji utrošak oplate)- pogodno za izradu standardnih oblika prefabrikovanih nosača




Tipični prefabrikovani prednapregnuti nosači





Nedostaci prethodno napregnutog betonaprimena kvalitetnijih i skupljih materijalasloženija i skuplja tehnologija izrade (specijalna oprema)neophodna znatno bolja obučenost izvođača radovapotrebna veća preciznost u projektovanju i izvođenjugeneralno, prethodno napregnuta konstrukcija je skuplja




Sadržaj






Vrste prethodnog naprezanja

Kriterijumi klasifkacije prednaprezanjaNačin prednaprezanja

- prednaprezanje na stazi (atheziono, prethodno prednaprezanje)- naknadno prednaprezanje

Stepen prednaprezanja- potpuno prednaprezanje- ograničeno prednaprezanje- delimično (parcijalno) prednaprezanje





Kriterijumi klasifkacije prednaprezanjaLokacija kablova za prednaprezanje

- unutrašnje prednaprezanje- spoljašnje prednaprezanje

Priroda spoja između betona i kablovasa monolitnim spojem betona i kablova- bez spoja betona i kablova





Kriterijumi klasifkacije prednaprezanjaPravac prednaprezanja

- prednaprezanje u jednom pravcu- prednaprezanje u dva pravca- prednaprezanje u više pravaca

Oblik trase kablova- pravolinijski oblik kablova- kružni oblik kablova





Podela prema načinu prednaprezanja

Prethodno naprezanje konstrukcija se (u najvećem brojuslučajeva) ostvaruje zatezanjem žica, šipki, užadi (kablova) odvisokovrednog čelikaU zavisnosti od načina prednaprezanja postoje dva osnovnapostupka:

1 Prethodno naprezanje prethodnim zatezanjem kablova. . . kablovi se zatežu pre očvršćavanja betona - prethodnonaprezanje na stazi (atheziono prednaprezanje)

2 Prethodno naprezanje naknadnim zatezanjem kablova. . . kablovi se zatežu posle očvršćavanja betona





Prethodno naprezanje na stazi (“pre-tensioning”)

Prethodno naprezanje prethodnim zatezanjem kablova, odn.prethodno naprezanje na stazi se izvodi u tri glavne faze:

1 U prvoj fazi se vrši zatezanje žica ili užadi na stazi zaprethodno naprezanje, pri čemu se krajevi zategnutih žica(užadi) ankeruju u krute oslonce na krajevima staze

2 U drugoj fazi se oko zategnutih žica vrši ugrađivanje betona ukalupe (oplatu) potrebnog oblika (vrši se betoniranjeelemenata)

3 U trećoj fazi, kada je beton postigao potrebnu čvrstoću (kadaje ostvaren dovoljno siguran spoj betona i zategnutih žica),žice se presecaju




Prednaprezanje na stazi (“pre-tensioning”)

Zatezanje žica na stazi i ankerovanje zategnutih žica nakrajevimaUgrađivanje betona u kalupe (oplatu) oko žica, a posleočvršćavanja betona presecanje žica






Posle presecanja, zategnute žice teže da se skrate i unose silupritiska u AB element preko kontaktnih napona (naponaprianjanja)Ovo prenošenje sile je uslovljeno athezijom između betona ičelika (odatle naziv “atheziono prednaprezanje”)Da bi se obezbedio bolji spoj betona i čelika, koriste se tanječelične žice (do 3mm) ili fabrički urađena užad od većeg brojatanjih žica






Atheziono prednaprezanje se obično koristi za serijskuproizvodnju montažnih prednapregnutih nosačaZbog toga su staze za prednaprezanje često većih dužina(recimo, 60 - 150m) i širina 6-12m, pa se na stazi istovremenougrađuje više nosačaDa bi se skratilo vreme očvršćavanja betona, vrši sezaparivanje betonaU nosače se obično ugrađuje više žica (odn. kablova)Osim pravolinijskih užadi, ugrađuju se i krivolinijske traseužadi, uz pomoć posebnih skretnih elemenata




Više užadi i krivolinijska trasa

Plastičnim cevima (dužine `0) oko žica, žice se izoluju odbetona (pomereno unošenje sile u beton)Krivolinijska trasa žica (kablova) se postiže posebnimuređajima (statički povoljniji oblik)





Naknadno prethodno naprezanje (“post-tensioning”)

Princip prethodnog naprezanja naknadnim zatezanjem kablovase sastoji u tome da se čelik zateže tek posle očvršćavanjabetona (sa postizanjem min MB 30)U oplatu elementa se ugrade kanali (rebraste metalne cevi)potrebnog preseka duž projektovane trase kablovaOve cevi se fiksiraju, da zadrže svoj položaj (da se ne pomere),pa se izlije beton u oplatuPosle očvršćavanja betona kroz cevi se provlače snopovičeličnih žica (kablovi za prednaprezanje)





Naknadno prethodno naprezanje (“post-tensioning”)

Kablovi se (obično) na jednom kraju ankeruju fiksnim kotvama(“mrtve kotve”), a na drugom kraju se zatežu pomoćuhidrauličke presePresa se odupire o već očvrsli betonski element (unosi pritisaku beton)Kada se dostigne projektovana sila zatezanja, kabl se ankerujesa tzv. pokretnom kotvomReakcije zategnutih kablova se preko ankernih uređaja prenosena betonski element, čime je izvršeno njegovo prethodnonaprezanjeMoguće je da na oba kraja budu pokretne kotve, tako da sevrši zatezanje kabla sa oba kraja




Koncept naknadnog prednaprezanja




Faze naknadnog prednaprezanja

Postavljanje armature, uključujući i cevi za kablove





Postavljanje užadi za prednaprezanje u cevi





Zatezanje i ankerovanje užadi za prednaprezanje




Naknadno prethodno naprezanje





Pumpa za injektiranje cevi za za kablove




Naknadno prethodno naprezanje





Podela prema stepenu prednaprezanjaU zavisnosti od naponskih stanja koja u prednapregnutimkonstrukcijama u toku građenja i eksploatacije izazivajuprethodno naprezanje i najnepovoljnije kombinacije spoljašnjihdejstava razlikuju se sledeći stepeni prednaprezanja:

1 Potpuno prethodno naprezanje . . . ne dozvoljava se pojavanapona zatezanja (osim, eventualno, prolaznih u faziprethodnog naprezanja)

2 Ograničeno prethodno naprezanje . . . dozvoljava se pojavalimitiranih napona zatezanja u betonu, ali ne i pojava prslina

3 Parcijalno (delimično) prethodno naprezanje . . . dozvoljava se ipojava prslina, ali limitirane širine





Potpuno prethodno naprezanjePotpuno prethodno naprezanje je takav stepen prethodnognaprezanja pri kome se pri najnepovoljnijim kombinacijamadejstava u toku eksploatacije u poprečnim presecima u betonune javljaju naponi zatezanjaU toku postupka prethodnog naprezanja, odn. tokom građenja,mogu da se u betonu dozvole naponi zatezanja od M i N , alikoji moraju da budu manji od dopuštenih napona zatezanja





Potpuno prethodno naprezanjeGlavni naponi zatezanja u toku građenja i u toku eksploatacijemoraju da budu u granicama koje ne zahtevaju obezbeđenjearmaturomPri ovom stepenu prednaprezanja celokupan presek betona jeiskorišćen, pa se proračun vrši prema Fazi I (homogen presek,bez prslina)





Ograničeno prethodno naprezanjeOgraničeno prethodno naprezanje je takav stepen prethodnognaprezanja pri kome se pri najnepovoljnijim kombinacijamadejstava u toku postupka prethodnog naprezanja i u tokueksploatacije u poprečnim presecima u betonu mogu dadozvole normalni naponi zatezanja od M i NNormalni naponi zatezanja u betonu u toku građenja ieksploatacije moraju da budu manji od dopuštenih naponazatezanja





Ograničeno prethodno naprezanjeGlavni naponi zatezanja u toku građenja i u toku eksploatacijemoraju takođe da budu manji od dopuštenih napona zatezanjaPri ograničenom prednaprezanju proračun se vrši prema Fazi I,ali se naponi zatezanja pokrivaju armaturom koja sedimenzioniše za Fazu II





Parcijalno (delimično) prethodno naprezanje

Parcijalno (delimično) prethodno naprezanje je takav stepenprethodnog naprezanja pri kome se pri određenimkombinacijama dejstava u toku postupka prethodnognaprezanja i u toku eksploatacije u poprečnim presecima ubetonu mogu da se dozvole prsline od M i N , ali čije širinemoraju da budu u dozvoljenim granicamaZa parcijalno prednaprezanje proračun se vrši prema Fazi IIKod nas je dopušteno potpuno i ograničeno prednaprezanje,dok je parcijalno prednaprezanje zabranjeno





Parcijalno (delimično) prethodno naprezanje

Razlog je u tome što se dopuštanjem pojave prslina povećavaopasnost od korozije čelika za prethodno naprezanje, koji jeznatno osetljiviji na koroziju od GA i RAMeđutim, parcijalno prednaprezanje za konstrukcije gde nepostoji opasnost od korozije je ekonomičnije u odnosu naograničeno ili potpuno prednaprezanje





Podela prema lokaciji kablova za prednaprezanjePrema lokaciji kablova za prednaprezanje u odnosu napoprečni presek nosača

1 unutrašnji kablovi, prednaprezanje unutar preseka2 spoljašnji kablovi, prednaprezanje izvan preseka, dvopojasni

nosači




Prednaprezanje unutar preseka




Prednaprezanje izvan preseka












Koncept prednaprezanja izvan preseka

















Podela prema prirodi spoja između betona i kablovaPrema prirodi spoja betona i kablova za prednaprezanjeprednapregnuti beton može da bude

1 sa ostvarenim spojem betona i čelika . . . monolitna veza betonai visokovrednog čelika

2 bez ostvarenog spoja betona i čelika . . . nije ostvarena nikakvačvrsta veza





Podela prema prirodi spoja između betona i kablovaPrethodno naprezanje sa ostvarenim spojem betona i čelikapodrazumeva monolitan spoj betona i visokovrednog čelika zaprednaprezanjeMonolitan spoj obezbeđuje kompatibilnost dilatacija ova dvamaterijalaMonolitan spoj kod naknadnog prednaprezanja se ostvarujeinjektiranjem cevi kroz koje se provlače kablovi





Podela prema prirodi spoja između betona i kablovaMonolitni spoj se realizuje prianjanjem cementnog testa(injekcione smeše) i kablova za prednaprezanjeOsim monolitne veze, injekciona masa u cevima štiti kabloveod korozijeKod adhezionog prednaprezanja (na stazi) monolitna vezabetona i žica (kablova) se realizuje automatski





Podela prema prirodi spoja između betona i kablovaPrethodno naprezanje bez ostvarenog spoja betona i čelikaznači da nije ostvarena nikakva čvrsta vezaBeton i kablovi za prednaprezanje se nezavisno deformišuTo se obezbeđuje premazivanjem kablova odgovarajućimsredstvima, pre ugrađivanja, koja onemogućavaju spoj kablovasa betonomTakođe, umesto da se vrši injektiranje cevi kablova, u kanale seubacuju određena sredstva koja štite kablove od korozije (npr.masti)




Užad za prednaprezanje sa i bez spoja





Podela prema pravcu prednaprezanjaPrema pravcu kablova za prednaprezanje može da bude

1 prednaprezanje u jednom pravcu . . . za linijske konstrukcije2 prednaprezanje u dva pravca . . . za površinske konstrukcije3 prednaprezanje u više pravaca . . . za prostorne konstrukcije




Prednaprezanje u jednom pravcu




Prednaprezanje u dva pravca












Prostorno (3D) prednaprezanje




Prostorno (3D) prednaprezanje





Podela prema obliku trase kablovaPrema obliku trase kablova za prednaprezanje razlikuju se

1 pravolinijski kablovi, sa ili bez skretanja2 kružni kablovi . . . za cevi, silose, rezervoare i sl.




Prednaprezanje kružnim kablovima - ideja

kotlovska formula kružno prednaprezanje




Završetak kružnih kablova

Osim pogodnog ankerovanja kružnih kablova, ovi “stubovi” u zidusilosa, rezervoara i sl, imaju funkciju i vertikalnog ukrućenja




Prednaprezanje kružnim kablovima




Prednaprezanje rezervoara za tečnost

Mašina za obmotavanje žice za prednaprezanje rezervoara









Zaštita žice za prednaprezanje torkretiranjem








Klasifikacija prednaprezanja


Documents

PREDNAPREGNUTEI SPREGNUTEKONSTRUKCIJE ... · Uvodna razmatranja Prethodno napregnuti beton PREDNAPREGNUTEI SPREGNUTEKONSTRUKCIJE Osnovneakademskestudije,VIIsemestar Prof dr Stanko