На данный момент одним из наиболее перспективных направлений развития монолитного железобетона является применение при возведении пролетных конструкций преднапряжения с натяжением на бетон в построечных условиях (постнапряжение).
Преднапряжение может осуществляться как со сцеплением напрягаемой арматуры с бетоном, так и без сцепления. На данный момент технология со сцеплением арматуры с бетоном показала себя как наиболее эффективная при возведении мостовых пролетов и массивных балочных конструкций. Система без сцепления наиболее эффективна при возведении конструкций сравнительно небольшого сечения.
Отличие технологии постнапряжения от широко известного преднапряжения, осуществляемого в условиях завода ЖБИ, заключается в том, что напрягаемая арматура натягивается после бетонирования и набора бетоном достаточной передаточной прочности (70-80% марочной прочности).
Для того чтобы обеспечить возможность натяжения арматуры после твердения бетона, арматура должна иметь возможность свободного перемещения в бетоне. Для этого напрягаемая арматура заключается в пластиковую (для системы без сцепления) или металлическую (для системы со сцеплением) трубку. Передача усилий на бетон осуществляется при помощи устанавливаемых на концы напрягаемых элементов анкерных устройств. Как правило, для преднапряжения используются арматурные канаты (рис. 2). Канат в конструкции раскладывается между верхней и нижней сеткой арматуры в соответствии с формой эпюры изгибающих моментов (линией главных растягивающих напряжений). Захват каната на анкере осуществляется при помощи клинового цангового захвата (рис. 1).
После набора бетоном проектной передаточной прочности, производится натяжение каната при помощи гидравлического домкрата. В зависимости от типа раскладки каната, возникающие при натяжении усилия вызывают напряжения обжатия бетона и, при криволинейности раскладки канатной арматуры, разгружающие усилия по длине пролета (рис. 3). Европейская и американская практика на протяжении 40 лет показывает, что в плитах перекрытий применение преднапряжения позволяет сократить толщину плиты с 1/30 пролета до 1/40-1/45 пролета. Сокращение армирования при этом достигается на 1 м3 до 35-45 кг ненапрягаемой арматуры и 10-15 кг напрягаемых канатов.
Помимо пролетных конструкций, применение системы возможно в различных конструкциях на грунтовом основании. Среди наиболее распространенных областей применения подобных систем в западной практике являются конструкции фундаментных плит и конструкции промышленных бетонных полов одноэтажных производственных зданий и торговых центров.
При проектировании преднапряженых конструкций с системой преднапряжения без сцепления с бетоном следует руководствоваться следующим принципом: преднапряженная арматура передает усилия на бетон не по всей длине, а только в местах анкеровки на торцах конструкции, а также в местах перегиба канатов. Соответственно, преднапряжение должно быть принято в расчете как приложенные к конструкции внешние силы. Силы, возникающие в местах перегиба канатов, зависят, в первую очередь, от геометрии каната и усилий в нем. Как правило, в конструкциях применяется два типа раскладки канатов - свободная раскладка, при которой фиксируются только анкерные элементы, и фиксированная раскладка, с фиксированием каната на подкладках. При свободной раскладке геометрия каната определяется его жесткостными характеристиками, собственным весом и габаритами конструкции.
При раскладке каната в конструкции геометрия каната описывается выражением y(x). Соответственно, угол наклона каната в точке относительно оси конструкции описывается как y'(x), а возникающая в этой точке сила - y''(x). Во время расчета полученные в зависимости от геометрии каната силы прикладываются к расчетной схеме конструкции, и статический расчет производится традиционным образом, вручную, либо используя компьютерные программы метода конечных элементов.
