Předpjatý beton: historie, použití, perspektivy vývoje | JSC STEFS

Článek je věnován historii vývoje, implementace, praxi aplikace a perspektivám vývoje technologie předpínacího železobetonu v Rusku.

Předpjatými betonovými konstrukcemi se rozumí železobetonové konstrukce, jejichž pnutí je uměle vytvářeno během výrobního procesu napínáním části nebo celé pracovní výztuže (stlačující část nebo celý beton).

Od vytvoření hlavního stavebního materiálu moderní doby, železobetonu, byla možná jeho hlavní nevýhodou nízká pevnost v tahu. Vyztužení konstrukcí umožnilo překonat destrukci betonu, ale odolnost proti trhlinám zůstala nedostatečná.

Tento nedostatek umožnilo překonat předpínání železobetonu ve fázi výroby nebo výstavby konstrukcí, kdy směr napětí v betonu je opačný než směr napětí od provozního zatížení. Vysoká úroveň odolnosti proti trhlinám získaná jako výsledek předpětí má mimořádně pozitivní vliv na provozní vlastnosti železobetonových konstrukcí.

V SSSR byla 60. a 70. léta dvacátého století ve znamení prudkého rozvoje průmyslu železobetonových prefabrikátů, včetně předpjatého betonu. Během tohoto období vyvinuli vědci a průmysloví specialisté značné množství normativní a technické literatury o výpočtu, návrhu a technologii výroby předpjatých železobetonových konstrukcí. V té době byl rozšířený elektrotermický způsob vyztužení napínacími tyčemi. Roční produkce předpjatých železobetonových konstrukcí byla asi 30 milionů metrů krychlových. m

Pokroku v oblasti technologie vysokopevnostního betonu bylo do značné míry dosaženo použitím předpětí, protože bylo možné maximálně využít zvýšenou pevnost betonu v tlaku.

Souběžně s rozpadem SSSR byl přerušen proces intenzivního používání předpjatého železobetonu. Výroba takových konstrukcí klesla více než 10krát. K tomu přispěla řada důvodů, mimo jiné značně zvýšená cena elektřiny, která způsobila, že elektrotermický způsob napínání výztuže byl ekonomicky nerentabilní.

Vývoj a implementace mechanické metody předpínání železobetonových konstrukcí umožňuje tuto nevýhodu překonat. Navíc je použití této metody možné jak při výrobě železobetonových prefabrikátů, tak ve stavebních podmínkách.

Fragment monolitického železobetonového rámu s předpínací výztuží

Stlačení betonu na dané množství se provádí předepnutím výztužných prvků, které mají tendenci se po upevnění a uvolnění tažných zařízení vrátit do původního stavu.

V předpjatých konstrukcích je možné použít vysoce hospodárnou vysokopevnostní tyčovou výztuž a vysokopevnostní drátěnou výztuž, což umožňuje snížit spotřebu nedostatkové oceli ve stavebnictví v průměru až o 50 %. Předběžné stlačení zón tahového betonu výrazně oddaluje okamžik vzniku trhlin v těchto místech, omezuje šířku jejich otvoru a zvyšuje tuhost prvků, prakticky bez vlivu na jejich pevnost.

Předpětí, které zvyšuje tuhost a odolnost konstrukcí proti praskání, zvyšuje jejich odolnost při opakovaném zatížení. To se vysvětluje snížením rozdílu napětí ve výztuži a betonu způsobeném změnou velikosti vnějšího zatížení. Správně navržené konstrukce a budovy jsou obecně bezpečné pro provoz a spolehlivější, zejména v seismických zónách.

V důsledku použití předpjatého železobetonu je v některých případech možné snížit celkovou hmotnost budov až o 40 %, což svědčí o výrazném snížení materiálové náročnosti stavby (především spotřeby výztuže a betonu) při zachování vysoké úrovně ukazatelů spolehlivosti konstrukce. Díky tomu se náklady na výstavbu budovy snižují až o 30 %.

Spolu s ekonomickým efektem může výstavba budov a konstrukcí technologií předpínacích výztužných prvků při výstavbě budov z monolitického železobetonu výrazně rozšířit architektonické a plánovací možnosti navrhovaných budov.

Především je to způsobeno přijetím téměř neomezených možností pro plánování vnitřního prostoru v důsledku zvýšení rozpětí mezi nosnými sloupy na 18 m, přijetí plochých beznosných podlah, a tedy širokých možností pro uspořádání vnitřních stěn a příček. Je možné navrhovat a stavět budovy s různorodým architektonickým vzhledem díky poměrně širokým limitům variací ve tvaru obrysů budovy v horizontálním řezu.

Vylití podlahy lehkým betonem třídy B40

Navzdory skutečnosti, že ve vyspělých zahraničích byla technologie předpínání monolitických železobetonových konstrukcí ve stavebních podmínkách v posledních desetiletích úspěšně praktikována, v Rusku tato stavební metoda v praxi dostala impuls k rozvoji a aktivnímu použití až v našich dnech.

Díky mnohaletému společnému úsilí specialistů ze státního podniku „NIIZhB“ a as „STEFS“ se nyní podařilo úspěšně zavést technologii předpínání železobetonu v podmínkách výstavby do stavebnictví.

Dnes se technologie používá při výstavbě budov a staveb pro různé účely: obytné, kancelářské, průmyslové, skladové a maloobchodní. Geografie použití předpjatého železobetonu je rovněž široká. Spolu s hlavním městem se podobným způsobem aktivně rozvíjejí města v Moskevské oblasti, Petrohrad, Velký Novgorod, Jaroslavl, Voroněž a Saratov.

Za poslední dva roky bylo v Rusku postaveno asi 375 000 metrů čtverečních budov a konstrukcí pro různé účely technologií předpínání monolitického železobetonu společnosti JSC STEFS. Z toho nová výstavba – 367 000 m8, rekonstrukce – 000 XNUMX mXNUMX.

Zobecnění výsledků systematického hodnocení stavebních ukazatelů pomocí předpjatého železobetonu nám umožňuje kvantifikovat (v procentech) změny v konkrétním ukazateli vzhledem k hodnotám stejných ukazatelů získaných při použití tradičních stavebních metod bez předpínaného železobetonu ( viz tabulka).

*Je uveden vypočítaný odhad rozsahu hodnot srovnávacího účinku (v procentech) během výstavby budov získaný jako výsledek použití předpětí vzhledem k tradičním konstrukčním schématům.

Důležité je rozšíření oblasti použití technologie předpínání. Jak ukazuje praxe v zahraničí, je široce používán v silničním stavitelství. Vysoká úroveň tuhosti a odolnosti předpjatého železobetonu předurčuje efektivitu jeho použití při výstavbě dálnic a vzletových a přistávacích drah.

Na základě této technologie lze udělat výrazný krok vpřed v oblasti výškových staveb, kde hlavní problém souvisí s tím, že horní patra extrémně zatěžují spodní. V navrhované variantě lze zdvojnásobit počet podlaží budovy bez zvýšení zatížení spodního podlaží a základny.

Zahraniční zkušenosti ukazují vysokou účinnost aplikace vysoké účinnosti předpětí v monolitických deskových základech velké délky, v monolitických beznosníkových podlahách, v nosných zařízeních a podstavcích pro těžkou techniku, v nosných monolitických konstrukcích podzemních staveb včetně vícepodlažních . Jsou zde ukázky předpínání při obnově historických památek.

Jak ukazuje praxe, předpínací železobeton ukazuje nové možnosti a určuje vyhlídky pro rozvoj železobetonu jako materiálu pro výstavbu moderních budov a konstrukcí.