1 MATERIAAY KONSTRUKCYJNE
1.1 Materiały i sploty sprężające (wg PN-B-03264:2002)
Druty
Tab. 1 Druty do sprężania
Oznaczenie
Wytrzymałość fpk, MPa Siła zrywająca Fpk, kN
Przekrój,
średnica,
mm2
odm. I odm. II odm. I odm. II
mm
2160 10,6
Ć 2,5 4,9 1860 9,1
1670 32,7
Ć 5,0 19,6 1470 28,8
1470 56,6
Ć 7,0 38,5 - -
Moduł sprężystości drutów Ep = 200 GPa.
Druty stosuje się jako samodzielne cięgna w konstrukcjach strunobetonowych. Z gładką po-
wierzchnią do średnicy max. 5 mm, z powierzchnią nagniataną do 7 mm. W systemach kablobeto-
nowych wyparte z użycia przez sploty 7-mio drutowe (za wyjątkiem kabli systemu BBRV)
Sploty 7-mio drutowe
Tab. 2 Sploty 7-mio drutowe
Wytrzymałość fpk, MPa Siła zrywająca Fpk, kN
Średnica, Przekrój,
Oznaczenie
mm mm2 odm. I odm. II odm. I odm. II
62,5+12,8 7,8 35,6 1940 1740 69,0 62,0
65+15,5 15,5 141,5 1470 1370 208,0 194,0
Y 1860 S7 12,5 93,0 1860 - 173,0 -
Y 1860 S7 13,0 100,0 1860 - 186,0 -
Y 1770 S7 16,0 150,0 1770 - 265,0 -
Moduł sprężystości splotów Ep = 190 GPa, o ile dla partii wyrobu nie podaje się innych wartości
Sploty obecnie stanowią podstawowy wyrób tworzący cięgna i kable sprężające. w konstruk-
cjach strunobetonowych maja zastosowanie sploty o średnicy do 13 mm (wyjątkowo, w dużych bel-
kach do 16 mm). W konstrukcjach kablobetonowych i bez przyczepności stosuje się powszechnie
sploty o średnicach od 12,5 do 16 mm, tworząc z nich kable jedno- lub wielosplotowe.
1.2 Beton
Do konstrukcji kablobetonowych należy stosować beton klasy nie niższej niż B30, zaś strunobe-
tonowych nie niższej niż B37. Wytrzymałości i inne właściwości betonów poszczególnych klas przyj-
mować zgodnie z norma [N5]
1.3 Stal zbrojeniowa
Stal zbrojeniowa w konstrukcjach sprężonych pełni role przeciwskurczową, pomocniczą i kon-
strukcyjną Wytrzymałości i inne właściwości stali poszczególnych klas przyjmować zgodnie z norma
[N5]. W konstrukcjach wstępnie sprężonych nie należy stosować stali klasy A0, zaś w konstrukcjach
poddanych obciążeniom wielokrotnie zmiennym, także stali klasy AII z gatunku innego niż 18G2 i AIII
oraz AIIIN.
1
2 OBCIŻENIA I INNE ODDZIAAYWANIA
2.1 Obciążenia statyczne i dynamiczne
Wartości obciążeń wynikających z wytycznych projektu należy przyjmować na podstawie odpo-
wiednich norm obciążeniowych, lub założeń technologicznych (np. dane technologiczne suwnic)
2.2 Warunki środowiska
Warunki środowiska w jakim będzie znajdowała się projektowana konstrukcja, sklasyfikowane w
Tablicy 6 w [N5], mają wpływ na graniczne szerokości rozwarcia rys wlim (Tablica 7 w [N5]) oraz na
grubość otuliny.
3 PROCEDURA PROJEKTOWANIA ELEMENTU SPRŻONEGO
Norma [N5] formułując pakiet wymagań koniecznych do spełnienia przez projektowaną konstruk-
cje określa pewien obszar rozwiązań dopuszczalnych. Wybór rozwiązania optymalnego nie jest jed-
noznacznie wynikający z warunków normy. Poniżej przedstawiona ogólna procedura ułatwia popraw-
ne zaprojektowanie konstrukcji sprężonej w sposób logiczny i znalezienie rozwiązania optymalnego.
Ilekroć w niniejszym rozdziale jest mowa o Normie, rozumie się przez to normę [N5], a przywołując
wzory, tablice, rysunki i podrozdziały w niej zawarte, ich numer poprzedza się literą N , np: (N12).
1. Ustalenie obciążeń i schematu statycznego. Wyznaczenie obwiedni sił wewnętrznych
" Sytuacja początkowa
Uwzględniane są obciążenia zewnętrzne, działające w chwili sprężenia (np. ciężar własny
elementu). Sprężenie także traktowane jest jako obciążenie zewnętrzne.
" Sytuacja montażowa
Rozpatrywana w przypadku konstrukcji zespolonych o zwiększanej nośności (poprzez ze-
spolenie) lub zmienianym schemacie statycznym. Uwzględnia się ciężar własny oraz zamon-
towanych elementów konstrukcyjnych wywołujących obciążenie oraz tzw. obciążenie zmien-
ne montażowe.
" Sytuacja trwała
Uwzględnia się wszystkie obciążenia stałe, technologiczne i klimatyczne.
2. Dobór materiałów konstrukcyjnych
" Beton (na podstawie zaleceń normowych)
" Cięgna sprężające (według zaleceń i opisu p.-tu 1.1), określając dla pojedynczego cięgna
jego pole przekroju A1p, nośność charakterystyczną F1pk lub, w przypadku drutów i prę-
tów, wytrzymałość charakterystyczną - fpk.
3. Dobór zasadniczych wymiarów przekroju i ilości zbrojenia sprężającego
Ukształtowaniu podlega zwykle przekrój poprzeczny i podłużny. Dobranie odpowiedniego przekro-
ju poprzecznego belki sprężonej jest punktem wyjścia do dalszej analizy obliczeniowej. Przekrój
musi więc być założony przez konstruktora w oparciu o wymagania wytrzymałościowe, wykonaw-
cze i użytkowe, a obliczenie statyczne uzasadnia jego prawidłowość. Optymalny przekrój belki
zginanej to taki, który ma niezbędną powierzchnię strefy ściskanej od obciążeń zewnętrznych, mi-
nimalną powierzchnię strefy rozciąganej, w której rozmieszczono cięgna sprężające, i taki przekrój
środnika łączącego obydwie strefy, jaki jest konieczny ze względów technologicznych i wytrzyma-
łościowych. Położenie cięgien sprężających, tj. zbrojenie belki - powinno zapewniać możliwie naj-
większe ramię sił wewnętrznych. Prowadzi to w konsekwencji do przekroju dwuteowego, w którym
górna pólka określona jest warunkami wytrzymałościowymi, a dolna - możliwością rozmieszczenia
cięgien sprężających i nośnością elementu w stadium początkowym.
" Ustalenie wysokości przekroju
Wysokości sprężonych belek stropowych i dachowych orientacyjnie można przyjmować:
h = (1/30-1/15)L
Wysokość belek, które wymagają większej sztywności (np. belki podsuwnicowe), musi być
wyższa:
h = (1/15-1/5)L
W belkach dwuteowych, ciężar własny w sposób przybliżony można wyznaczać z warunku:
gk = łbet (0,2 0,25)h2
gdzie: łbet ciężar obj. betonu, kN/m3
h wysokość belki, m
2
" Ustalenie wymaganej nośności cięgien i dobór ich liczby
Punktem wyjścia do obliczeń jest warunek równowagi mo-
mentów zginających w SGN w sytuacji trwałej. Zakłada się,
że ramię sił wewnętrznych (rozciąganie w cięgnach i ściska-
nie w betonie) równoważących moment zginający od obcią-
żeń MSd wynosi:
z = (0,8 0,85)h
Stąd, wartość sił wynosi:
MSd
F =
z
Znając siłę, jaką muszą przenieść cięgna rozciągane w SGN
w sytuacji trwałej, ich wymaganą liczbę - nreq wyznacza się
ze wzoru:
F F
nreq = lub nreq =
F1pd Ap1fpd
0,9 0,9
gdzie: F1pd = F1pk fpd = fpk
1,25 1,25
Znając tę liczbę i rozpatrując wymagania Normy w zakresie min. liczby cięgien sprężających
(Tablica N15) dokonuje się przyjęcia liczby cięgien nprov. Zazwyczaj jest: nprov e" nreq .
W belkach strunobetonowych stosuje się cięgna górne, zabezpieczające górną półkę przed
zniszczeniem wskutek działania sprężenia i ciężaru własnego w transporcie i wadliwym
składowaniu.
Potrzebną ilość tego zbrojenia n2,prov można obliczyć z uproszczonego wzoru:
MSd,g MSd,g
n2,prov = lub n2,prov =
zFpd1 zAp1fpd
gdzie MSd,g obliczeniowy moment zginający wywołany ciężarem własnym elementu
Przyjętą liczbę cięgien umieszcza się w półce górnej.
" Ustalenie wymaganej powierzchni strefy ściskanej betonu
Strefa ściskana betonu tworząca górną półkę musi równoważyć siłę w cięgnach. Stąd jej po-
le przekroju powinno spełniać warunek:
Fpd,prov
Acc =
ąfcd
gdzie: Fpd,prov = nprovF1pd lub Fpd,prov = nprovAp1fpd
W przypadku płyt, szerokość elementu - b jest szerokością strefy ściskanej. Stąd, konieczna
wysokość strefy ściskanej wynika z warunku:
Acc
h2 =
b
W przypadku belek, szerokość b2 i wysokość - h2 zaleca się przyjmować, kierując się
ograniczeniami:
L
b2 d" 5bw ; b2 d" beff (beff - p-kt N4.4.3.); b2 e" ; h2 e" 0,25b2
60
b2
Sfazowanie krawędzi
podłużnych
h2
ok. 1015 mm
1:6
Rozmieszczenie Rozmieszczenie
bw
kabli strun
h1
b1
Rys. 1
Kształtowanie przekroju dwuteowego
3
z
" Ustalenie wymaganej powierzchni strefy rozciąganej betonu
Pole powierzchni strefy rozciąganej betonu ma zapewnić właściwe rozmieszczenie i otulenie
cięgien sprężających z uwzględnieniem oddziaływań środowiskowych (por p. 2.2. i 2.3.). Za-
leca się aby w strunobetonie cięgna rozmieszczone były w układzie ortogonalnym, przy nie-
parzystej liczbie kolumn. W konstrukcjach kablobetonowych najbardziej korzystny jest układ
4%. Środek ciężkości cięgien powinien pokrywać się ze środkiem ciężkości strefy rozciąganej
Pole przekroju strefy rozciąganej: Act = b1h1, można oszacować ze wzoru:
w konstrukcjach strunobetonowych: Act = 50Ap
w konstrukcjach kablobetonowych: Act = 40Ap.
gdzie Ap. pole przekroju cięgien dolnych.
Szerokość tej strefy powinna spełniać warunek b1 d" 3bw
" Ustalenie szerokości środnika
O szerokości środnika decydują względy statyczne i technologiczne. Z przyczyn technolo-
gicznych, szerokość środnika powinna spełniać warunki bw e" 0,1h i bw e" 80mm . W kon-
strukcjach kablobetonowych szerokość ta musi zapewnić właściwy rozstaw i otulenie kabli
prowadzonych w środniku.
4. Przyjęcie wymiarów elementu
" Przekrój poprzeczny w przęśle
Przyjęcie kształtu i wymiarów górnej i dolnej półki oraz środ odm. I nika określa kształt prze-
kroju w przęśle. Uwzględniając wymagania technologiczne należy ukształtować skosy we-
wnętrznych powierzchni półek (min. 1:6) oraz ewentualne sfazowania naroży.
" Przekrój poprzeczny przy podporze
W elementach strunobetonowych dąży się do zachowania stałego kształtu przekroju. O ile
jest to konieczne, dokonuje się poszerzenia środnika belki (do szerokości pasa dolnego) w
celu zwiększenia nośności na ścinanie i rysy ukośne. W elementach kablobetonowych po-
szerzenie środnika pozwala także na właściwe rozmieszczenie zakotwień. Zasięg poszerze-
nia wynika z obliczeń (ścinanie, strefa zakotwień), zaś skos podłużny ma pochylenie ok. 1:3.
" Kształt podłużny elementu
Zmiana kształtu elementu na jego długości najczęściej poprzez zmianę jego wysokości
jest racjonalnym rozwiązaniem w elementach poddanych zginaniu i pozwala na zmniejsze-
nie ciężaru własnego bez znaczącej utraty nośności i sztywności. W elementach dachowych
umożliwia to jednocześnie wykształcenie żądanych spadków. W elementach stropowych
konieczność zachowanie płaskiej powierzchni górnej powoduje, że zmianę wysokości ele-
mentu można uzyskać poprzez zakrzywienie pasa dolnego. Nie zawsze jest to pożądane
czy też dopuszczalne. Kształt przekroju podłużnego belki sprężonej związany jest także z
rodzajem zastosowanego sprężenia, z jego przebiegiem oraz warunkami, w których element
ma być użytkowany. Elementy strunobetonowe mają najczęściej stały przekrój na całej swej
długości. Elementy kablobetonowe dają natomiast większą swobodę kształtowania przekroju
podłużnego.
" Położenie cięgien - trasa cięgien
Stosowanie w belkach cięgien odgiętych i krzywoliniowych umożliwia kształtowanie przekro-
ju podłużnego zgodnie z przebiegiem sił wewnętrznych i daje następujące korzyści:
c) właściwe usytuowanie cięgien w charakterystycznych przekrojach,
b) możliwość zmniejszania sił poprzecznych w strefie przypodporowej,
c) uzyskanie bardziej równomiernego rozkładu sił pod zakotwieniami na czole belki. W kon-
strukcjach strunobetonowych stosuje się cięgna proste lub odgięte. Dodatkowo, można
zróżnicować siłę sprężającą działającą na beton poprzez pozbawianie odcinków końcowych
niektórych cięgien przyczepności do betonu (tzw. cięgna wyłączane ).
4
Cięgna odgięte Cięgna wyłączane
P = const. e `" const. P `" const. e = const.
Dewiatory
siła sprężająca P siła sprężająca P
Długość
zakowienia
moment zginający moment zginający
od sprężenia Pe od sprężenia Pe
Rys. 2
Siła sprężająca na długości elementu
W konstrukcjach kablobetonowych ukształtowanie trasy kabla zgodnie z przebiegiem wykre-
su momentu zginającego jest z punktu widzenia statycznego najlepsze i ekonomicznie
oszczędne (min. liczba kabli). W przypadku belek, najczęściej jest to trasa paraboliczna o
ogólnym równaniu:
4"e 4"e
e(x) = x2 - x + e0 , gdzie "e = emax - e0
L2 L
Trasa indywidualnego kabla:
4"ei 4"ei
ei(x) = x2 - x + e0 ;gdzie "ei = ei,max - ei,0
L
L2
Wielkości opisujące geometrie trasy kabla mają zastosowanie przy obliczaniu wartości siły
sprężającej:
- kąt nachylenia trasy kabla wypadkowego do osi podłużnej elementu
de(x) 4"e
w dowolnym punkcie trasy: Ć(x) = arctanł ł E" (2x - L)
ł ł
dx
ł łł L2
4"e
na czole elementu (x = 0): Ć0 E" -
L
w połowie rozpiętości elementu (x = L/2): ĆL / 2 = 0
4"e
na końcu elementu (x = L): ĆL E"
L
- kat odgięcia trasy kabla od czoła elementu (zakotwienia czynnego)
8"e
w dowolnym punkcie trasy: Ś(x) = Ć(x) - Ć0 E" x
L2
4"e
w połowie rozpiętości elementu (x = L/2): ŚL / 2 = ĆL / 2 - Ć0 E"
L
8"e
na końcu elementu (x = L): ŚL = ĆL - Ć0 E"
L
L2
- średni promień krzywizny trasy kabla: r E"
8"e
5
Ś
x
Cięgna zakrzywione
P = const. e `" const.
r
e X
0
emax
x Ć
x
L/2
L
e(x)
siła sprężająca P
moment zginający
od sprężenia Pe
Rys. 3
Parametry parabolicznej trasy kabli
" Konstrukcja zbrojenia pomocniczego
Zbrojenie pomocnicze wykonane ze stali zbrojeniowej (z reguły klasy AII lub AIII) utworzone
jest jako zbrojenie poprzeczne strzemiona przenoszące siłę poprzeczną (ścinanie),
skurcz i usztywniające kable. Zbrojenie podłużne przeciwdziała skurczowi, usztywnia szkie-
let zbrojenie i wspomaga nośność i rysoodporność także w sytuacji początkowej.
Rys. 4
Zbrojenie poprzeczne i podłużne
" Charakterystyki geometryczne przekroju
b
2
Ad pole przekroju
b kanałów kablowych
n
h
n Ap = Ap1 + Ap2
A , A
p2 d2
h
2
Ap1dp1 + Ap2dp2
A
s2
dp =
Ap
Ad = Ad1 + Ad2
h
bw w
A , A
p d
A
s1
h
1
A , A
p1 d1
b1
Rys. 5
Oznaczenia wielkości geometrycznych przekroju
6
2
s1
p1
p2
p
s2
y
d
d
d
d
d
cp2
z
cp
z
cp1
z
Charakterystyki geometryczne przekroju tj. pole powierzchni, położenie środka cięż-
kości i moment bezwładności należy obliczać dla przekroju w przęśle i na podporze (o ile
się różnią), uwzględniając zbrojenie posiadające przyczepność do betonu w odpowiednich
sytuacjach obliczeniowych. Należy uwzględnić odmienność sprężystości poszczególnych
materiałów stosując współczynniki:
Ep En
Es
cm
ąp = ; ąs = ; ąc =
Ecm Ecm Ecm
gdzie: Ecm moduł sprężystości betonu prefabrykatu
Ep moduł sprężystości cięgien sprężających
Es moduł sprężystości stali zbrojenia pomocniczego
Encm moduł sprężystości betonu uzupełniającego (nadbetonu)
Charakterystyki geometryczne przekroju betonu prefabrykatu
Pole przekroju betonu: Ac = b1h1 + b2h2 + bwhw
Mom. statyczny betonu wzgl. górnej krawędzi:
h1 h2 hw ł
ł
Sc = b1h1łh - ł + b2 2 + bwhwłh2 + ł
ł ł
2 2 2
ł łł ł łł
Sc
Środek ciężkości betonu (liczony wzgl. górnej krawędzi): dc =
Ac
Mom. bezwładności betonu:
3
b2h3 h2 2 bwh3 hw 2 b1h1 h1 2
ł ł
2 w
Jc = + b2h2łdc - ł ł ł ł
+ + bwhw łdc - h2 - ł
+ + b1h1łh - - dc ł
ł
12 2 12 2 12 2
ł łł ł łł ł łł
" Charakterystyki geometryczne przekrojów w sytuacji początkowej
W sytuacji początkowej, przekrój poprzeczny tworzy betonowy prefabrykat z przekro-
jem prętów pomocniczego zbrojenia podłużnego i cięgnami sprężającymi w strunobetonie.
W kablobetonie, cięgna nie posiadają przyczepności do betonu więc ich się nie uwzględnia,
ponadto, trzeba uwzględnić puste przestrzenie wytworzone przez kanały kablowe.
Pole przekroju w sytuacji początkowej:
ńł(ąp - 1)Ap - strunobeton
Acs0 = Ac + (ąs - 1) +
"A ł-A - kablobeton
si
ół d
Mom. statyczny przekroju wzgl. górnej krawędzi:
(ąp
ńł -1)Apdp - strunobeton
Scs0 = Sc + (ąs -1) dsi +
"A ł-A dp - kablobeton
si
d
ół
Scs0
Środek ciężkości przekroju (liczony wzgl. górnej krawędzi): dcs0 =
Acs0
Mom. bezwładności przekroju
ńł(ąp - 1)Ap(dp - dcs0)2 - strunobeton
ł
Jcs0 = Jc + Ac(dc - dcs0)2 + (ąs - 1) (dsi - dcs0)2 +
ł
si
"A
ł-Ad(dp - dcs0)2 - kablobeton
ół
mimośród wszystkich cięgien: zcp0 = dp - y2,0
" Charakterystyki geometryczne przekrojów w sytuacji montażowej (przejściowej)
Dla konstrukcji strunobetonowych nie ma różnic. W kablobetonie uwzględnia się wy-
pełnienie kanałów kablowych iniekcją wiążącą cięgna z betonem w przekroju
Pole przekroju w sytuacji montażowej:
Acst = Acs0 + Ad + (ąp - 1)Ap
Mom. statyczny przekroju wzgl. górnej krawędzi:
Scst = Scs0 + Addp + (ąp - 1)Apdp
Scst
Środek ciężkości przekroju (liczony wzgl. górnej krawędzi): dcst =
Acst
7
Mom. bezwładności przekroju
Jcst = Jcs0 + Acs0(dcs0 - dcst)2 + [Ad + (ąp - 1)Ap](dp - dcst)2
mimośród wszystkich cięgien: zcpt = dp - dcst
" Charakterystyki geometryczne przekrojów w sytuacji trwałej
Jeśli nie ma zespolenia, nie ma różnic w porównaniu do sytuacji przejściowej. W przy-
padku zespolenia, charakterystyki dla obu typów konstrukcji oblicza się następująco:
Pole przekroju w sytuacji trwałej:
Acn = bnhn ; Acs = Acst + ącAcn
Mom. statyczny przekroju wzgl. górnej krawędzi:
hn
Scs = Scst - ącAcn
2
Scs
Środek ciężkości przekroju (liczony wzgl. górnej krawędzi): dcs =
Acs
Mom. bezwładności przekroju
hn
Jcs = Jcst + Acst(dcs - dcst)2 + ącAcn( + dcs )2
2
mimośród wszystkich cięgien: zcp = dp - dcs
5. Programowanie naciągu wstępnego
Programowanie naciągu wstępnego polega na założeniu wielkości naciągu wstępnego, obli-
czeniu strat siły sprężającej i sprawdzenia warunków ograniczenia naprężeń w cięgnach.
Obliczenia prowadzić można dla cięgna wypadkowego, reprezentującego naciąg, pole prze-
kroju i geometrię trasy wszystkich cięgien. O ile wymagana jest większa dokładność obli-
czeń, to obliczenia prowadzi się dla poszczególnych cięgien (kabli).
" Przyjęcie siły naciągu
Sprężenie konstrukcji jest działaniem korzystnym (to stwierdzenie leży u podstaw rozwoju
konstrukcji sprężonych). Jeśli tak, to ustalone z uwagi na nośność zbrojenie sprężające war-
to poddać naciągowi wstępnemu o maksymalnej dopuszczalnej wartości, zapewniając jed-
nocześnie bezpieczeństwo konstrukcji poddanej takiemu oddziaływaniu (sytuacja początko-
wa, strefy zakotwień, dopuszczalne naprężenia w cięgnach).
Norma podaje następujące ograniczenia maksymalnych naprężeń rozciągających jakim mo-
gą być poddane cięgna w procesie naciągu:
0,max d" 0,80fpk i 0,max d" 0,90fp0,1k
co prowadzi do wzorów: P0,max d" 0,80Fpk i P0,max d" 0,90Fp0,1k
gdzie Fpk = np,provF1pk lub Fpk = Apfpk
Zaleca się przyjmować siłę naciągu: Pm0 = P0,max
" Obliczenie strat doraznych
W konstrukcjach strunobetonowych do strat doraznych, czyli występujących przed lub w
procesie kotwienia w betonie (przekazania siły naciągu na beton konstrukcji) zalicza się (w
kolejności występowania):
- straty spowodowane tarciem cięgien o dewiatory "P(x) (uwzględniane tylko w przypad-
ku stosowania cięgien odgiętych. Oblicza się je ze wzoru (N142) przyjmując k = 0 i Ś ja-
ko kąt odchylenia trasy cięgna.
- straty spowodowane częściową relaksacją cięgien "Pir ze wzoru (N146). Dla poziomu
ł ł ł ł
p0 P0
ł ł ł ł
naprężeń obliczonych ze wzoru: = przyjmuje się z Rys. N35 wielkość re-
ł ł ł ł
fpk Fpk
ł łł ł łł
laksacji, a z Tab. N16 jej wzrost w czasie od naciągu cięgien do przekazania siły na be-
ton (czas ten zasadniczo obejmuje cały proces montażu zbrojenia, ułożenia i dojrzewa-
nia betonu do chwili jego rozformowania). Skrótowo można to zapisać:
"Pir ="Rys. 35[%]"Tab. 16[%]"P0
8
- straty spowodowane odkształceniem sprężystym betonu "Pc ze wzoru (N147), gdzie
proponuje się przyjąć za siłę P0 wartość tej siły pomniejszonej o poprzednie straty, tj:
P0 = P0 "P(x) "Pir. Do obliczeń należy zastosować charakterystyki geometryczne
przekrojów w sytuacji początkowej.
Dodatkowa strata siły sprężającej powstaje wskutek różnicy temperatur cięgien i urządzeń
oporowych przy produkcji elementów na długich torach, w czasie której następuje ogrzanie
mieszanki betonowej w celu przyspieszenia procesu dojrzewania betonu. Strata ta nie jest
ujęta w aktualnej normie, a jej wielkość może byś określana za [3] wzorem:
"PT = 0,9ąTApEp"T
gdzie ąT liniowy współczynnik rozszerzalności termicznej stali
"T różnica temperatur. Przy braku bliższych danych można przyjmować "T = 60oC
Podwyższona temperatura procesu dojrzewania betonu może także zwiększyć 23 krotnie
stratę od częściowej relaksacji stali "Pir.
Innymi stratami technologicznymi mogą być straty poślizgu w zakotwieniach zewnętrznych.
Są one jednak łatwe do określenia i zniwelowania modyfikacją procesu napinania cięgien.
W konstrukcjach kablobetonowych do strat doraznych zalicza się:
- straty spowodowane tarciem kabli o ścianki kanału "P(x). Oblicza się je ze wzoru
(N142) przyjmując sumę kątów zakrzywienia trasy kabla Ś na podstawie geometrii trasy
kabla.
- straty wywołane poślizgiem cięgien w zakotwieniu "Psl. Oblicza się je ze wzoru (N143).
Jako bardziej niekorzystną wartość x0 (por. wzory (N144) i (N145)) należy przyjąć war-
tość większą.
- straty spowodowane odkształceniem sprężystym betonu "Pc ze wzoru (N148), przyjmu-
jąc za liczbę n liczbę etapów sprężania:
nk
n =
nj
gdzie nk ogólna liczba kabli
nj liczba kabli napinanych jednocześnie
Jeżeli kable naciąga się równocześnie straty sprężyste "Pc = 0. Jeżeli indywidualnie
stratę można zniwelować różnicą naciągu poszczególnych kabli(zwiększać naciąg
i-tego kabla o "Pci):
ł ł
Acp
n - i
"Pci = ąppł1+ z2 łP0,max
cp
Icp ł
n2 ł
ł łł
gdzie i numer etapu sprężania
" Sprawdzenie naprężeń w cięgnach w sytuacji początkowej (po stratach doraznych)
Wartość siły w cięgnach po wystąpieniu strat doraznych opisują wzory:
w strunobetonie: Pm0 = P0 - "P(x) - "Pir - "Pc - "PT
w kablobetonie: Pm0 = P0 - "P (x) - "Psl - "Pc
Norma narzuca warunki ograniczające poziom naprężeń w cięgnach po zakotwieniu:
pm0 d" 0,75fpk i pm0 d" 0,85fp0,1k
co prowadzi do wzorów: Pm0 d" 0,75Fpk i Pm0 d" 0,85Fp0,1k
Jeśli obliczona wartość siły nie spełnia któregoś z powyższych warunków, należy zmniejszyć
wartość naciągu wstępnego P0 i powtórnie obliczyć straty dorazne.
" Obliczenie strat opóznionych (wzór N151 i N152)
Straty opóznione oblicza się zazwyczaj w najbardziej obciążonym przekroju, przyjmując czas
życia konstrukcji t = ".
- przewidywane odkształcenia skurczowe cs(t,ts) dla t = " przy braku bardziej szczegóło-
wych danych technologicznych można przyjmować wg Tab. N.B.1 (przy dowolnym ts)
9
- współczynnik pełzania betonu Ć(t,t0) dla t = " przy braku bardziej szczegółowych danych
technologicznych można przyjmować wg Tab. NA.2. Za wiek betonu w chwili obciążenia
t0 należy przyjąć jego wiek w chwili sprężenia.
- stopień zbrojenia p. należy obliczyć dla pola powierzchni przekroju w sytuacji trwałej.
- naprężenia cg należy obliczać uwzględniając zmianę charakterystyk geometrycznych
elementów zespolonych i schematu statycznego oraz odpowiedni przyrost obciążeń sta-
łych.
Pm0 Pm0z2
cp0
- naprężenia cp0 należy obliczać ze wzoru: cp0 = +
Acs0 Jcs0
- obliczenia straty naprężeń wywołanej relaksacją "pr
Pm0
Należy obliczyć p = pg0 = + ąpcg
Ap
Dla t = " strata "pr, jest równa "pr = 2"Rys. N35[%]"p
" Sprawdzenie naprężeń w cięgnach w sytuacji trwałej (po stratach całkowitych)
Wartość siły w cięgnach po wystąpieniu strat całkowitych (doraznych i opóznionych) opisuje
wzór:
Pmt = Pm0 - "Pt (t)
Norma narzuca warunek ograniczający poziom naprężeń w cięgnach po wszystkich stratach:
pmt d" 0,65fpk
co prowadzi do wzoru: Pmt d" 0,65Fpk
Jeśli obliczona wartość siły nie spełnia tego warunku, należy zmniejszyć wartość naciągu
wstępnego P0 i powtórnie obliczyć straty dorazne i opóznione.
6. Sprawdzenie elementu w sytuacji początkowej
" Ustalenie naprężeń dopuszczalnych w betonie
Wartości dopuszczalnych naprężeń ściskających podane są w punkcie N7.1.7.1. Jeśli pro-
jekt jest skoordynowany z procesem technologicznym, o poziomie naprężeń dopuszczalnych
decyduje rzeczywista wytrzymałość betonu w chwili sprężenia konstrukcji. W innych warun-
kach decyduje projektowana klasa betonu.
Dopuszczalne naprężenia rozciągające przyjmuje się równe fctk.
" Sprawdzenie naprężeń w betonie
Oprócz siły sprężającej wywołującej moment zginający (ściskający dolne włókna a
rozciągający górne), na element sprężony w sytuacji początkowej może oddziaływać ciężar
własny. Prawidłowe podparcie elementu (na końcach rys a) i b)) wywołuje moment zgina-
jący o kształcie paraboli lecz przeciwnego znaku, co może zmniejszać moment od spręże-
nia. Najbardziej niekorzystne podparcie (w środku rozpiętości) wywoła momenty wsporniko-
we, sumujące się z działaniem siły sprężającej.
Naprężenia w przekroju betonowym wywołane sprężeniem (i ciężarem własnym) wyznacza
się zgodnie z zasadami analizy liniowo sprężystej:
Npd MSd(h - dcs0)
Npd MSddcs0
włókna dolne: cp0 = + ; włókna górne: cp0 = -
Acs0 Jcs0 Acs0 Jcs0
gdzie: Npd = Pk,sup = rsup Pm0 = 1,1Pm0
MSd = Npdzzp0 Mg
Sprawdzenie naprężeń w betonie polega na wykazaniu, że naprężenia na krawędzi ściska-
nej nie przekraczają obliczonych wartości dopuszczalnych, a na krawędzi górnej, jeśli wy-
stępuje rozciąganie, to nie przekraczają fctk.
" Sprawdzenie SGN w sytuacji początkowej
Jeśli jakiś warunek ograniczenia naprężeń (opisany poprzednio) nie zostanie spełniony, co
należy uznać za stan niepożądany, należy dokonać sprawdzenia stanu granicznego nośno-
ści w sytuacji początkowej. Przyjmuje się założenia;
- wartość siły sprężającej oblicza się ze wzoru: NSd = łpPm0 = 1,2Pm0
- moment od ciężaru własnego MSd = (1,1 albo 0,9)Mg
10
MSd
- mimośród statyczny oblicza się ze wzoru: ee =
NSd
f'ck f'ck
- wytrzymałość obliczeniowa betonu: fcd = =
łc 1,5
gdzie f ck naprężenia dopuszczalne wg punktu N7.1.7.1
Przekrój sprawdza się jako ściskany mimośrodowo, pomijając możliwość wyboczenia
( = 1,0) i mimośrody przypadkowe (ea = 0,0):
i) z warunku równowagi sił określić powierzchnię betonu ściskanego:
NSd - As1fyd
Act =
fcd
i dalej wysokość strefy ściskanej xct,eff i położenie środka ciężkości dct,
ii) sprawdzić warunek równowagi momentów:
MRd = Sctfcd + Ss1fyd = Actfcd(dct - dcs0) + As1fyd(ds1 - dcs0) e" MSd
i jeśli jest spełniony, to element jest bezpieczny.
iii) W przeciwnym wypadku, z warunku równowagi momentów obliczyć:
MSd - Ss1fyd
Sct =
fcd
i dalej pole przekroju strefy ściskanej Act i położenie środka ciężkości dct, wykorzy-
stując związek: Sct = Act(dct - dcs0)
As2fyd
As2
MSd
NSd
Ap, Ad
As1fyd
Actfcd
As1
Rys. 6
Stan Graniczny Nośności przekroju w sytuacji początkowej
iv) z warunku równowagi sił obliczyć wymagane pole przekroju zbrojenia rozciąganego
(górnego) As2,req:
Actfcd + As1fyd - NSd
As2,req =
fyd
v) sprawdzić, czy założone zbrojenie As2 e" As2,req. Jeśli nie, to odpowiednio skorygować
jego ilość.
" Sprawdzenie nośności i zaprojektowanie zbrojenia stref zakotwień
W strefach zakotwień następuje przekazanie bardzo dużych sił występujących w napiętych
cięgnach na ograniczoną powierzchnie betonu (tzw. kotwienie), co powoduje powstanie zło-
żonego, przestrzennego stanu naprężeń w betonie. Z punktu widzenia statycznego strefa
zakotwień jest nazywana strefą zaburzeń obejmującą odcinek, poza którym rozkład od-
kształceń i naprężeń jest rozkładem liniowym wynikającym z położenia wypadkowej wszyst-
kich zakotwień (siły sprężającej). Jego długość jest równa w przybliżeniu wysokości belki. W
strefie tej powstają szczególnie niekorzystne poprzeczne naprężenia rozciągające, zależne
od wartości sił sprężających i konstrukcji zakotwień oraz kształtu strefy zakotwienia i roz-
mieszczenia cięgien. W kablobetonie kotwienie odbywa się poprzez docisk zakotwień me-
chanicznych zaś w strunobetonie przez przyczepność do betonu. Odmienność sposobu ko-
11
ct
s1
p
s2
cs0
d
d
d
d
d
s
e
cp
z
ct,eff
x
twienia powoduje istotne różnice w sposobie sprawdzania i zbrojenia stref zakotwień w ka-
blobetonie i strunobetonie.
konstrukcje kablobetonowe
Przykładowy rozkład naprężeń i możliwe przyczyny uszkodzeń zakotwień ilustruje Rys. 7
Rys. 7
Możliwe sposoby uszkodzenia strefy zakotwień w kablobetonie [1]
(1-rozłupanie, 2-rozszczepienie, 3-odspojenie, 4-zmiażdżenie.)
Pdi
Rys. 8
Układ współrzędnych i płaszczyzn do sprawdzania stref zakotwień w kablobetonie [1]
Klasyczną metodą obliczania naprężeń poprzecznych rozpatrującą łącznie wszystkie naprę-
żenia jest metoda Guyona. Przestrzenny rozkład naprężeń modeluje się tu za pomocą pła-
skich układów naprężeń w dwóch, wzajemnie prostopadłych płaszczyznach (pionowej XY i
poziomej XZ - Rys. 8). Wydziela się odpowiednie kwadratowe bloki z o długości boku równej
2a (gdzie a minimum odległości od osi działania siły wypadkowej do bliższej krawędzi bel-
ki) i w poszczególnych węzłach wpisanej w bloki siatki geometrycznej , za pomocą rozbudo-
wanych tablic, oblicza się wartości naprężeń. Sposób ten szczegółowo omawiają pozycje [3],
[5], [12] i [13]. Stosowanie tej metody jest żmudne i obliczeniowo niezbyt korzystne, ponie-
waż zastępowanie obciążeń rozłożonych nawet na niewielkich powierzchniach zakotwień si-
łami skupionymi, zaczepionymi w poszczególnych węzłach siatki, daje w efekcie wartości
naprężeń poprzecznych znacznie większych niż w rzeczywistości.
Innym sposobem jest metoda kratownicowa: prosta, lecz wymagająca dużego doświadcze-
nia przy budowaniu teoretycznej kratownicy sił.
Metoda uproszczona zaprezentowana poniżej analizuje odrębnie poszczególne przypadki
zniszczenia i daje w pełni zadawalające wyniki. Obliczenia prowadzi się także za pomocą
płaskich układów naprężeń. Jeśli rozmieszczenie zakotwień w płaszczyznie spełnia postulat
liniowego rozkładu zakotwień tzn. każda siła wywołuje poza strefą zaburzeń sprężenie o
12
środku ciężkości leżącym w linii działania samej siły, to obliczenia można prowadzić zakła-
dając, ze poszczególne bloki odpowiadające zakotwieniom nie oddziaływają na siebie (Rys.
9).
i) poprzeczne naprężenia rozciągające wgłębne (Rys. 7b 1)
W obliczeniach należy przyjąć, że Pd = Fpk
Długość boku pojedynczego bloku 2a to minimalna z wartości: odległości od osi działania si-
ły do krawędzi belki i połowa odległości od bliższego zakotwienia.
cp
Rys. 9
Idea liniowego rozkładu zakotwień
NVSd=c1Pd
Pd
x
x0=c22a
Rys. 10
Rozkład wgłębnych naprężeń poprzecznych w osi zakotwienia i wypadowa rozciągań
Tab. 3 Współczynniki do obliczania zbrojenia wgłębnej strefy kotwienia
Współ- ha/2a
czynnik 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
c1 0,31 0,32 0,18 0,15 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04
c2 0,18 0,24 0,30 0,35 0,39 0,42 0,44 0,45 0,46
ii) poprzeczne naprężenia rozciągające przyczołowe (Rys. 7b 2)
Wypadkową naprężeń pomiędzy warstwami zakotwień oblicza się ze wzoru:
0,5dpij - ha
NVSd = 0,42 (Pdi + Pdj)
dpij - ha
gdzie: dpij odległość pomiędzy rozpatrywanymi warstwami zakotwień,
ha długość rzutu zakotwienia na płaszczyznę
Pdi, Pdj siły w rozpatrywanych warstwach zakotwień
Zbrojenie należy umieszczać jak najbliżej płaszczyzny czołowej (z zachowaniem wymaga-
nego otulenia prętów i zagłębienia zakotwień
iii) poprzeczne naprężenia rozciągające narożne (Rys. 7b 3)
NVSd = 0,03Pd,max
13
a
h
2a
gdzie: Pd,max, największa siła obciążająca czoło belki
iv) zmiażdżenie betonu (Rys. 7b 4)
Właściwą metodą jest sprawdzenie na docisk (Rozdz. N5.8). W obliczeniach należy przyjąć
ąu = 1, bo u,min = u,max
konstrukcje strunobetonowe
Zasięg strefy zakotwień (zaburzeń odkształceń i naprężeń) wyznacza długość rozkładu lp,eff,
obliczana ze wzoru (N155) przy założeniu, że lbpd = 0,8lbp (z uwagi na intensywność naprę-
żeń bardziej niekorzystna jest krótsza długość strefy zaburzeń). Rozłożony na długości zako-
twienia cięgna przyrost siły sprężającej sprawia że w strunobetonie mogą wystąpić jedynie
uszkodzenia wywołane poprzecznymi naprężeniami rozciągającymi przyczołowymi (podob-
nie jak w kablobetonie przypadek ii)) oraz naprężeniami ścinające na styku niesprężonego
środnika i półki w której skupia się siła sprężająca. Wartość siły sprężającej należy przyjmo-
wać: Pd = P0,max
i) poprzeczne naprężenia rozciągające przyczołowe (Rys. 11)
Wypadkową naprężeń pomiędzy warstwami zakotwień oblicza się ze wzoru:
dpi12 - 0,5h
NVSd = 0,42 (Pd1 + Pd2)l h
dp12
p,eff
gdzie: dp12 odległość pomiędzy środkami ciężkości wypadkowych cięgien dolnych i
górnych,
Pd1, Pd2 siły sprężające w dolnej i górnej półce na szerokości środnika
NVSd
Rys. 11
Analiza poprzecznych rozciągań przyczołowych
ii) naprężenia rozwarstwiające (Rys. 12)
Wielkość siły rozwarstwiającej VHSd oblicza się ze wzoru:
Pd1 cp1 + cp3
VHSd = - Act ,
lp,eff 2lp,eff
gdzie naprężenia cp3 na górnej krawędzi dolnej półki oblicza się ze wzorów:
Pd Pdzcp0(h - dcs0 - h1)
cp3 = +
Acs0 Jcs0
Obliczenie nośności płaszczyzny styku i koniecznego zbrojenia prowadzi się tak jak w p.-cie
N5.5.4. przyjmując we wzorach (N62) i (N63) za hf szerokość środnika bw.
Jeśli belka nie ma wykształconej półki dolnej, wówczas jej umowną wysokość oblicza się ze
wzoru:
h1 = 2(h - dp1)
14
cp1
VHSd
cp3
Pd1
(cp1+ cp3)
h1 Act
2
cp1
lp,eff
Rys. 12 Wyznaczanie naprężeń rozwarstwiających
" Określenie sposobu składowania i transportu. Dobór haków montażowych
W projekcie należy wskazać zasady składowania i transportu, kierując się względami tech-
nologicznymi (środki transportu: dzwigi i zawiesia, naczepy, [15] i [16]), statycznymi (zgina-
nie, docisk, wyrwanie haka) i przepisami BHP. Sposób składowania i transportu może wywo-
łać odmienny od eksploatacyjnego stan naprężeń. Należy obliczeniowo wykazać, że stan ten
nie wywoła uszkodzenia elementu. Przy doborze haków należy kierować się zaleceniami
podanymi w [9] i [18].
Rys. 13
Momenty zginające w transporcie
7. Sprawdzenie SG w sytuacji montażowej
Sprawdzenie elementów w sytuacji montażowej dotyczy belek zespolonych, które mają różną no-
śność i sztywność przed i po zespoleniu, lub gdy występuje zmiana schematu statycznego (np.
podpory montażowe). Podpory montażowe, umieszczone w przęśle i odpowiednio rektyfikowane,
umożliwiają likwidację niepożądanych ugięć (pn. wynikających z małej sztywności elementu przed
zespoleniem).
" SGN na zginanie
Poniżej przedstawiono najbardziej uproszczoną metodę sprawdzania stanu granicznego no-
śności na zginanie. Przyjmuje się uproszczenia:
- prostokątny wykres naprężeń ściskających w betonie o wartości ąfcd. (ą = 1)
- pominięcie zbrojenia miękkiego
- łączne zbrojenie sprężające o przekroju Ap. = Ap1 + Ap2 znajduje się w swoim środku
ciężkości dp i osiąga pełną nośność: Fpd = Fpd1 + Fpd2
Acąfcd
MRd
Fpd
15
p
c
d
d
c,eff
x
Rys. 14
Stan Graniczny Nośności przekroju w sytuacji montażowej
Procedura obliczeń wygląda następująco:
Fpd
i) z warunku równowagi sił obliczyć: Acc,eff =
ąfcd
ii) z geometrii strefy ściskanej wyznaczyć xc,eff i dc
Acc,eff xeff
Dla prostokąta: xeff = dc =
b2 2
xeff
iii) Sprawdzić czy eff = d" eff,lim ; gdzie eff,limdp ze wzoru (N141) (we wzorze
dp
(N143) można przyjąć, że fpd = Fpd1/Ap1 a pmt = pm0), jeśli nie, to przyjąć xeff =
eff,limdp. i obliczyć dc i Acc,eff
iv) Obliczyć: MRd = Acc,eff ąfcd(dp - dc )
v) Sprawdzić, czy MRd e" MSd
" SGN na ścinanie
Konstrukcje zespolone
Jeśli zgodnie z normą [N5] założymy, że beton zespalający nie współpracuje przy przeno-
szeniu sił poprzecznych to nośność konstrukcji na siły poprzeczne w sytuacji montażowej
(przed zespoleniem) nie będzie się różnić od nośności konstrukcji w sytuacji trwałej (po ze-
spoleniu). Ponieważ siły poprzeczne wywołane obciążeniem obciążenia są z reguły większe
w sytuacji trwałej, stąd sprawdzenie przekrojów na ścinanie wykonuje się przy sprawdzaniu
elementu w sytuacji trwałej.
Konstrukcje ze zmianą schematu statycznego
Istnieje konieczność sprawdzenia tej nośności w przekrojach, w których siła poprzeczna jest
większa niż w sytuacji trwałej. Metodę obliczeń omówiono dla sytuacji trwałej.
8. Sprawdzenie SG w sytuacji trwałej
" SGN na zginanie
Poniżej przedstawiono metodę uproszczoną sprawdzania stanu granicznego nośności na
zginanie. Przyjmuje się uproszczenia:
- prostokątny wykres naprężeń ściskających w betonie
- zbrojenie miękkie zgrupowane jest w poszczególnych warstwach
Acnąfcdn
Ap2
Accąfcd
p2Ap2
As2fyd
As2
MRd
Ap1
Fpd1
As1fyd
As1
Rys. 15
Stan graniczny nośności przekroju w sytuacji trwałej
Procedura obliczeń wygląda następująco:
i) obliczyć naprężenia w cięgnach górnych: p2 = pm0 - 400 [MPa]
ii) z warunku równowagi sił obliczyć:
16
n
c
h
s1
s2
p1
p2
d
d
d
d
d
c,eff
x
Fpd1 + p2Ap2 + (As1 - As2 )fyd - Acnąfcdn
Acc,eff =
ąfcd
iii) z geometrii strefy ściskanej wyznaczyć xc,eff i dc
Acc,eff xeff hn
Dla prostokąta: xeff = dc = dcn =
b2 2 2
Jeśli Acc,eff < 0 oznacza to, że oś obojętna znajduje się w nadbetonie.
Wówczas należy przyjąć: Acc,eff = 0; xeff = dc = 0, oraz obliczyć:
Fpd1 + p2Ap2 + (As1 - As2)fyd
Acn
Acn = oraz dcn = hn -
ąfcdn 2bn
xeff
iv) Sprawdzić czy eff = d" eff,lim ; gdzie eff,limdp ze wzoru (N141) (we wzorze
dp
(N143) można przyjąć, że fpd = Fpd1/Ap1), jeśli nie, to przyjąć xeff = eff,limdp. i obliczyć
dc i Acc,eff
v) Obliczyć:
ł hn ł
MRd = Acc,eff ąfcd(dp - dc )+ Acnąfcdn łdp + ł - p2Ap2(dp - dp2)
ł ł
2
ł łł
- [As2(dp - ds2)+ As1(dp - ds1)]fyd
vi) Sprawdzić, czy MRd e" MSd
" SGN na ścinanie - dobór zbrojenia poprzecznego
Przekrój sprężony oblicza się tak jak przekrój żelbetowy, uwzględniając postanowienia punk-
NSd
tu N7.1.8.4 oraz przyjmując cp = ; gdzie NSd = 0,9Pmt .
Ac
Można uwzględnić zmniejszenie obciążenia przekroju siłą VSd zgodnie ze wzorem (N168)
przyjmując że kąt ą0 odpowiada wartości kąta Ć(x) obliczonego wg Rys. 5 w przekroju, w któ-
rym obliczana jest siła VSd.
Ponadto, w konstrukcjach kablobetonowych i z kablami bez przyczepności należy uwzględ-
nić osłabienie przekroju kanałami kablowymi. W przekrojach z kablami bez przyczepności
wypełnienia kanałów kablowych nie uwzględnia się.
" Zabezpieczenie konstrukcji zespolonej przed rozwarstwieniem w płaszczyznie zespolenia
We wzorze (N180) należy przyjąć:
Acnfcdn
=
Acc,eff fcd + Acnfcdn
Acc,eff fcd(dp - dc ) + Acnfcdn(dp + dcn), lecz nie więcej niż 0,8d
z =
p.
Acc,eff fcd + Acnfcdn
Przyjęte zbrojenia powierzchni styku może być związane z poprzecznym zbrojeniem prefa-
brykatu rozstawem prętów lub wykorzystaniem np. pionowych gałęzi strzemion żeber. Po-
nieważ obciążenie powierzchni styku zmienia się podobnie jak siła poprzeczna, możliwe i
celowe jest różnicowanie tego zbrojenia na długości styku, dokonując obliczeń w odpowied-
nich przekrojach.
" Sprawdzenie możliwości pojawienia się rys prostopadłych
O możliwości pojawienia się rys prostopadłych decyduje wartość naprężeń na dolnej krawę-
dzi elementu c1. Naprężenia te obliczać należy wykorzystując zasadę ich superpozycji, tzn,
obliczyć naprężenie będące efektem przyrostu obciążenia, sztywności belki i schematu sta-
tycznego w danej sytuacji (początkowej, montażowej, trwałej), a następnie je zsumować.
Działające obciążenie jest wywołane oddziaływaniami długotrwałymi oraz przyjmuje wartości
obliczeniowe przy łf = 1,0, zaś siła sprężająca wartość obliczeniową Pd =P.k,inf = 0,9Pmt.
W sytuacji trwałej:
Pd Pdzcp0(h - dcs0)
MSd(h - dcs0) "MSd(h - dcs)
c1 = + - - ,
Acs0 Jcs0 Jcs0 Jcs
gdzie: MSd moment zginający w sytuacji montażowej
17
"MSd przyrost momentu zginającego wywołany pozostałymi obciążeniami (działają-
cymi długotrwale)
Rysy nie wystąpią, jeśli obliczone w powyższy sposób naprężenia (rozciągające) będą
mniejsze niż fctm: c1 e" -fctm , a zbrojenie w strefie rozciąganej spełnia warunek (N111), w
którym s,lim należy przyjąć uwzględniając zarówno cięgna jak i zbrojenie miękkie. Zastępczą
wartość naprężeń s,lim obliczyć ze wzoru:
Ap1s,lim(p) + As1s,lim(s)
s,lim =
Ap1 + As1
gdzie: Ap1, As1 pole przekroju zbrojenia w strefie rozciąganej,
s,lim(p)i s,lim(s) wartość naprężenia w zbrojeniu z Tablicy N12, odpowiednio dla cię-
gien i zbrojenia zwykłego.
" Sprawdzenie SGU szerokości rozwarcia rys prostopadłych
Dokonujemy zgodnie z N7.1.9.3, uwzględniając cięgna (kable) i zbrojenie miękkie w dolnej
półce.
We wzorze (N94) należy przyjąć:
k1sĆs s + k1pĆp p
"n "n ,
- k1Ć =
s p
"n + "n
gdzie: k1sĆs, k1pĆp - wsp. zależny od przyczepności i średnicy prętów,
Łns, Łns - suma liczby prętów
odpowiednio dla stali miękkiej i cięgien,
c2
- Act,eff obliczyć na podstawie rys (N33) przyjmując xII = h , gdzie c1 i c2 naprężenia
c2 - c1
odpowiednio na dolnej i górnej krawędzi (w otoczeniu kabli, dla każdego kabla można przy-
jąć pole kwadratu o boku 300 mm)
Obliczenie momentu dekompresji przekroju:
ł0,9Pm,t 0,9Pm,tzcp(h - dcs0)
łł
Jcs
Mde = +
h - dcs ł Acs0 Jcs0 śł
ł ł
Przyrost naprężeń w stali w przekroju zarysowanym:
MSd - Mde
"s =
(Ap1 + As1)z
gdzie z ramię sił wewnętrznych, można przyjmować z E" (0.85 0.90)dp1
Średnie odkształcenie zbrojenia wzór (N114):
2
ł ł
"s ł ł Mde ł łł
ł1- 12ł ł śł
"sm =
Ep ł MSd śł
ł łł
ł ł
1s s + 1p p
"n "n
gdzie 1 należy obliczać ze wzoru 1 =
s p
"n + "n
" Sprawdzenie SGU możliwości pojawienia się rys ukośnych
Dokonać należy w strefie przypodpoowej. Polega na wykazaniu, że rozciągające naprężenia
główne nie przekroczą wytrzymałości betonu na ściskanie.
W belkach należy sprawdzać w przekroju podporowym (A - A) i przy zmianie środnika tak-
że w przekroju B B (Rys. 16). W belkach strunobetonowych należy uwzględnić wartość siły
Pmt(x) = według rysunku N37.
18
A B
1
2
x = h
A B
Rys. 16
Przekroje w których oblicza się główne naprężenia rozciągające
Obliczenia naprężeń należy dokonać w poziomie 1 (na wysokości zmiany środnika) i 2
(w środku ciężkości przekroju), wykorzystując wzór (N153), w którym:
0,9Pmt(x)zcp0(x)(di - y2)
0,9Pmt(x) MSd(x)(di - y2)
x = + -
Acs0 Jcs0 Jcs
(VSd(x) - 0,9Pmt(x)siną(x))Sco
xy =
Jcstbw
Wzory powyższe zostały przedstawione w ogólnej postaci, uwzględniając odgięcie cięgien i
zmianę szerokości środnika (interpretacja wielkości bw!). Pionowe naprężenia normalne y
zaleca się pominąć.
" Sprawdzenie SGU ugięć
Ugięcia w elementach niezarysowanych obliczać należy wykorzystując zasadę ich superpo-
zycji, tzn, obliczyć ugięcie będące efektem przyrostu obciążenia, sztywności belki i schematu
statycznego w danej sytuacji (początkowej, montażowej, trwałej), a następnie je zsumować.
"MSdil2 Npdzcp0l2
effi eff
a = - ąp
"ąki
EcJcsi EcJcs0
W przypadku konstrukcji zarysowanej można postąpić podobnie. Rozpatrując działanie przy-
rostu obciążenia w fazie zarysowanej, przyjąć zredukowaną sztywność belki B w sytuacji
działania sumy obciążenia (całość MSd).
2
2
"MSdil2 "MSdleff Npdzcp0leff
effi
a = + ąk - ąp
"ąki
EcJcsi B(MSd) EcJcs0
Przy obliczaniu ugięć długotrwałych należy przyjąć efektywny moduł sprężystości betonu (z
uwzględnieniem współczynnika pełzania), i dla tej wartości obliczyć momenty bezwładności
przekroju w poszczególnych sytuacjach (zmiana współczynników ą).
" Sprawdzenie SG zmęczenia (N7.2.)
Na wstępie należy sprawdzić zasadność sprawdzania konstrukcji w tej sytuacji:
Mpk
e" 0,6
k
"M
Należy obliczyć stan naprężeń w przekroju w przypadku działania i braku działania obciąże-
nia wielokrotnie zmiennego przyjmując charakterystyczne wartości obciążenia (ew. ze
współczynnikiem dynamicznym) i Npd = 1.1Pm,t
W wyniku tego, otrzymuje się dwa wykresy naprężeń w betonie odpowiadające działaniu ob-
ciążeń stałych (lub minimalnych) oraz stałych i zmiennych (lub maksymalnych). Na podsta-
wie zmienności naprężeń w skrajnych włóknach, należy przyjąć dopuszczalną wartość
cR.(Rys. 17)
19
STAN OBCIŻEC PEANYCH
STAN OBCIŻEC STAAYCH
(MAKSYMALNYCH)
(MINIMALNYCH)
c e" 0 c d" 0,25fck
maxc d" 0,18fck ćłc ćłd" 0,02maxc
Rys. 17
Dopuszczane, maksymalne naprężenia w betonie przy działaniu obciążeń wielokrotnie
zmiennych
Jeśli zakres zmian naprężeń nie pozwala na odczytanie wartości cR, należy skorzystać z
innej metody, choć świadczy to o nadmiernym wytężeniu betonu. i wskazuje na celowość
zmiany koncepcji konstrukcji przekroju.
Ustalenie zmiany naprężeń w cięgnach sprężających lub w zbrojeniu pomocniczym moż-
na dokonać, wykorzystując poprzednie obliczenia:
"c1 - "c2 ł "c1 - "c2 ł
"p1 = ąpł"c2 + dp1 ł "s1 = ąsł"c2 + ds1 ł
ł ł
h h
ł łł ł łł
gdzie "c1, "c2 różnice w naprężeniach w betonie, odpowiednio na dolnej i górnej
krawędzi.
Ograniczenia wynikające z warunków ograniczenia naprężeń mogą spowodować ko-
nieczność zmiany kształtu konstrukcji. Przesłanki byłyby następujące:
- niespełnienie warunków ograniczenia naprężeń w betonie wskazuje na zmianę
gabarytów półek (dolnej lub górnej) lub podniesienie wysokości konstrukcji. W sumie
zwiększenie momentu bezwładności.
- Przekroczenie dopuszczalnego zakresu zmian naprężeń w cięgnach wskazuje na
konieczność zmniejszenia mimośrodu cięgien w stosunku do środka ciężkości prze-
kroju.
20
LITERATURA:
[1] Ajdukiewicz A, Mames J.: Konstrukcje sprężone". Warszawa ARKADY 1984.
[2] Ajdukiewicz A, Mames J.: Betonowe konstrukcje sprężone". Gliwice Wydawnictwo PŚ 2001
[3] Dąbrowski K., Stachurski W., Zieliński Z. A.: "Konstrukcje betonowe" Warszawa ARKADY 1982.
[4] * Dyduch K.,: Obliczanie konstrukcji sprężonych Konf. N. T. Podstawy projektowania kon-
strukcji z betonu w ujęciu normy PN-B-03264:1998 w świetle Eurokodu 2 , Puławy 1998, ITB
Warszawa 1998
[5] Grabiec K, Kampioni J.: Betonowe konstrukcje sprężone". PWN Warszawa - Poznań 1982
[6] * Grzegorzewski W. Deski sprężone". Warszawa ARKADY 1965.
[7] * Guyon Y. Prestressed Concrete". Wiley & Sons, London 1953
[8] Jasman S.: Projektowanie i wykonawstwo konstrukcji betonowych. Pol. Wrocławska Wrocław
1990.
[9] Kledzik W., Kledzik B., Kot A.: Wzory i tablice do projektowania konstrukcji żelbetowych . War-
szawa ARKADY 1982.
[10] * Kuś S Konstrukcje sprężone kołowo - symetryczne". Warszawa ARKADY 1960.
[11] * Lin T.Y, Burns N.H.: Design of Prestressed Concrete Structures", Wiley & Sons N.York 1982.
[12] Olszak i in. Teoria konstrukcji sprężonych T. I i II PWN Warszawa 1961.
[13] Pr. zbiorowa Budownictwo betonowe". T. III Konstrukcje sprężone. Warszawa ARKADY 1965.
[14] Pr. zbiorowa Poradnik inżyniera i technika budowlanego". Tom V, Warszawa ARKADY 1996.
[15] Pr. zbiorowa Poradnik kierownika budowy". Tom I i II, Warszawa ARKADY 1989.
[16] Pr. zbiorowa Poradnik majstra budowlanego ". Warszawa ARKADY 1985.
[17] * Rossuee W., Graubner C.A., Spannbetonbauwerke Teil l." Berlin Ernst & Sohn 1992.
[18] Starosolski W.: Konstrukcje żelbetowe, T. I i T. II . PWN Warszawa 1996
[19] Zieliński Z. A.: Prefabrykowane betonowe dzwigary sprężone. Warszawa ARKADY 1962.
Normy,
[N1]. Aktualne normy obciążeniowe.
[N2]. PN-90/B-03000. Projekty budowlane - obliczenia statyczne.
[N3]. PN-80/B-01800. Antykorozyjne zabezpieczenia w budownictwie - konstrukcje betonowe i żelbe-
towe - klasyfikacja i określenie środowisk.
[N4]. FIP-CEB Model Code 1980
[N5]. PN-B-03264:2002 konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone. Obliczenia statyczne i projek-
towanie.
21
ZAACZNIK 1. DANE WYBRANYCH SYSTEMÓW KABLI SPRŻAJCYCH
Pręty i kable prętowe
Tab. 4 Pręty sprężające żebrowane i gładkie. Kable z przyczepnością i bez przyczepności.
Klasa stali 835/1030 1080/1230
średnica pręta, mm 26 32 36 26 32 36
Przekrój,cm2 5,31 8,04 10,18 5,31 8,04 10,18
Granica plastyczności Fpyk, kN 443,0 671,0 850,0 574,0 868,0 1099,0
Nośność Fpk, kN 547,0 828,0 1049,0 653,0 989,0 1252,0
Kanał kablowy, "zewn mm 32/42*) 38/46*) 44/50*) 32/42*) 38/46*) 44/50*)
Min. promień odgięcia spręży-
15,9 19,5 21,9 8,75 10,75 12,1
stego, m
Min promień odgięcia plastycz-
3,9 4,8 5,4 3,9 4,8 5,4
nego, m
wsp. tarcia, 0,25/0,05*)
Kąt falowania, rad/m 0,058
Poślizg cięgna w zakotwieniu,
0,5/1,0**) 1,0/1,5**)
mm
Płytka kotwiąca
120150 120220 150240 120150 120220 150240
(wys. szer.), mm
Min. rozstaw zakotwień
130200 130300 160280 130200 130300 160280
(wys. szer.), mm
Min. odległość krawędzi zako-
20
twienia od krawędzi betonu, mm
*)
dla kabli bez przyczepności
**)
dla prętów żebrowanych
Moduł sprężystości prętów i kabli prętowych Ep = 200 GPa.
Kable prętowe stosuje się jako kotwy, ściągi itp. Przydatne także do łączenia prefabrykowa-
nych elementów konstrukcyjnych, pełniąc role podobną do śrub sprężających. Ich zakotwienia gwin-
towe charakteryzują się bardzo małym poślizgiem, umożliwiając stosowanie tych kabli o bardzo ma-
łych długościach.
22
Kable bez przyczepności
Stosowane do sprężania płyt ciągłych w popularnych systemach płytowo słupowych, oraz do
obwodowego sprężania konstrukcji cylindrycznych (zbiorniki). Z uwagi na walory technologii, często
stosowane do wzmacniania konstrukcji. Kable te charakteryzują się bardzo niskim współczynnikiem
tarcia, dzięki wprowadzeniu do przestrzeni kablowej środków smarnych i antykorozyjnych. W rezulta-
cie, siła sprężająca utrzymywane jest wyłącznie dzięki zakotwieniom, i nie prowadzi się kłopotliwych
technologicznie robót iniekcyjnych.
Poniżej przedstawiono dane przykładowych rozwiązań kabli. Nośność kabli, powierzchnia
przekroju i inne dane zależą od rodzaju użytych cięgien (zgodnie z Tab. 2)
Tab. 5 Kable bez przyczepności dane przykładowe
" 16 mm " 13 mm
Splot
" 15,5 mm " 12,5 mm
Oznaczenie systemowe kabla 1/16 2/16 3/16 4/16 1/13 2/13 3/13 4/13
liczba splotów 1 2 3 4 1 2 3 4
Kanał kablowy, n" mm n20,5 n17,5
zewn
Max. rozstaw podpór kabli, m 1,0
Min promień odgięcia R, m 2,5 2,0
wsp. tarcia, 0,06
Kąt falowania, rad/m 0,009
Poślizg cięgna w zakotwieniu, mm 5 - 7 4 6
Tab. 6 Kable bez przyczepności dane geometryczne
Liczba splotów 1 2 3 4
Konfiguracja kabli
Rozstaw kabli, mm: x 45 80 100 120
y 45 60 60 60
Płytka kotwiąca
55130 130180 130180 140200
(wys. szer.), mm
Min. rozstaw zakotwień
100/190 160/240 180/260 200/280
(wys. / szer.), mm
Min. odległość środka zakotwienia od
70 100 110 120
krawędzi betonu, mm
23
24
25
26
27
ZAACZNIK 3.
ZESTAWIENIE UWZGLDNIENIA OBCIŻEC I SIAY W CIGNACH W OBLICZENIACH
Obciążenia
SGN na zginanie obl. Fpd, pc
SGN na ścinanie obl. Pk,inf
SGU pojawienie się rys
char. Pk,inf
prostopadłych
SGU pojawienie się rys ukośnych
char. Pk,inf
SGU rozwarcie rys prostopadłych
char. Pk,inf
SGU ugięć
char. Pk,inf
początkowe Po,max
reologiczne
char. Pm,0
ogr. naprężeń w betonie
char. Pk,sup
Pm0
ogr. naprężeń w cięgnach
Pm,t
Fpk- - kablob.
strefa zakotwień
Po,max strunob.
28
ciężar wła-
sny
stałe
długotrwałe
całkowite
siła w cięgnach
Sytuacja trwała
straty
kowa
sytuacja począt-
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
obliczanie zginanych el sprezonychAlgorytm obliczania zginanego przekroju prostokatnego(1)SX027a Przykład Obliczanie słupka ściany o przekroju z ceownika czterogiętego poddanego ściskaniu icwiczenie 9 Obliczanie płyt zginanych(1)projekt na el en wyniki obliczeń prądy zwarciowe 1 fazprzykład obliczania sił wewnętrznych wieloprzęsłowej płyty żelbetowej jednokierunkowo zginanejObliczanie odksztalcen belek zginanych warunek sztywnosciObliczanie momentu plastycznego przy zginaniuprojekt na el en wyniki obliczeń Spadki napięcia i rozpływ mocycw6 arkusz obliczeniowy przykladel wstepwięcej podobnych podstron