Rodzaje cięgien stosowane
w kablobetonie i
strunobetonie
Rodzaje cięgien stosowane
w kablobetonie i
strunobetonie
W strunobetonie stosowane są:
a)
Druty gładkie od ф1 do ф3,5 ze stali ciągnionej na zimno
b)
Druty do ф5 ze stali węglowej profilowane, nagniatane lub falowane
c)
Pręty profilowane ze stali stopowych o przekroju owalnym,
żebrowane, skręcane i inne.
d)
Sploty obejmujące 2, 3, 7 lub 19 drutów ф2,5 do ф5 ze stali
węglowej, ciągnionej na zimno.
Aktualnie stosowane są druty ф2,5 oraz sploty 2 ф2,5; 7 ф2,5; 7
ф5; 19 ф2,5
wyłącznie ze stali wysokowęglowej ciągnionej na zimno.
W kablobetonie stosowane są:
a)
Druty gładkie od ф5 do ф8 ze stali wysokowęglowych w wiązkach
lub rzadziej – pojedynczo
b)
Sploty lub liny rożnych średnic ze stali wysokowęglowej,
c)
Pręty od ф10 do ф40 ze stali stopowych
Rys. 2.20 przedstawia przekroje splotów. Środkowy drut splotu jest o nieco
powiększonej średnicy. Ma to na celu swobodne rozmieszczenie drutów
wokół drutu rdzeniowego, a ewentualne drobne szczeliny zapewniają
penetrację zaczynów cementowych. Daje to podwójną korzyść –
zabezpieczenie przeciwkorozyjne i zwiększoną przyczepność cięgien.
Dla realizacji dużych sił stosowane są ostatnio kable liniowe złożone ze
splotów. Krajowym przykładem takiego cięgna, opracowanego dla
realizacji mostowych, jest kabel typu 7 x 7 ф5 o nośności rzędu 140 T
przy średnicy cięgna 52 mm.
Dobór rodzaju i ilości cięgien
Powszechnie stosowane typy kabli i zakotwień :
a) Kabel Freyssineta – to cięgno wielożyłowe, koncentryczne, z
zakotwieniem blokującym typu stożkowego. Obecnie stosuje się
stalową płytę bloku kotwiącego i poprzecznie nacinany stożek.
Zakotwienia żelbetowe były z reguły zabetonowywane w
elemencie. Obecnie zakotwienia stalowe stosowane są jako
zewnętrzne. Zakotwienie polega na wtłaczaniu stożka między
naciągnięte druty. Pełne zakotwienie zachodzi po zwolnieniu
naciągu, kiedy to wsteczny wślizg stożka z drutami ostatecznie
zaklinowuje kabel.
Najnowsze modyfikacje kabli opracowane w Polsce polegają na
zastosowaniu dwuwarstwowego układu drutów
w liczbie 24 do 48 ϕ5 lub ϕ7.
Celem tych modyfikacji jest
uzyskanie większej nośności przy
niewiele większych wymiarach
zakotwień.
System Freyssineta
Rys. 3.23. Przekrój kabla dwuwarstwowego 24 ϕ5
System Freyssineta
Powszechnie stosowane typy kabli i zakotwień :
b) Kabel BBR – jest to kabel wielożyłowy, koncentryczny z
zakotwieniem głowicowym. Podstawową cechą kabla jest
zamocowanie pojedynczych drutów w płytach stalowych przez
plastyczne odkucie główek, analogicznie do odkuwek nitów. W
jednej płycie kotwi się od kilku do ponad 50 drutów ϕ5 do 8 mm,
dzięki czemu uzyskuje się cięgna o nośności 20 – 200 T.
Rys. 3.27.
Zakotwienia
systemu BBRV
System BBRV
Dobór kabli sprężających (przykład
liczbowy)
Dane do zadania:
Beton B40
- siła sprężająca
- siła zrywająca linę wg katalogu Freyssineta
- charakterystyczna wytrzymałość betonu na ściskanie
Wymagana ilość kabli:
Przyjęto 5 kabli Freyssineta (55 splotów o średnicy 15,7 mm klasy I 860)
Pole powierzchni przekroju kabli -
kN
P
40000
0
kN
P
vk
15345
MPa
f
R
ck
bk
30
2
1
5
,
412
50
,
82
5
cm
A
p
vk
o
P
P
n
55
,
0
74
,
4
15345
55
,
0
40000
n
Stany graniczne nośności – moment
niszczący
Zginany przekrój sprężony może ulec zniszczeniu wskutek :
a) Zerwania lub nadmiernego odkształcenia stali sprężającej
• Gdy nośność stali sprężającej jest niższa niż nośność betonu strefy
rozciąganej i z chwilą zarysowania następuje zarysowanie stali.
• Gdy stal sprężająca zostaje zerwana po zarysowaniu, ale przed
wyczerpaniem nośności ściskanej strefy betonu.
• Gdy wskutek znacznych odkształceń stali sprężającej następuje
zwężenie strefy ściskanej betonu w takim stopniu, że nie jest ona
w stanie przenieść sil ściskających i beton ulega zmiażdżeniu.
b) Zmiażdżenia betonu w strefie ściskanej przed wyczerpaniem
nośności stali sprężającej
• Po zarysowaniu betonu.
• Przed zarysowaniem, gdy w skutek bardzo niskiego położenia osi
ciężkości naprężenia ściskające narastają znacznie szybciej od
rozciągających.
Stany graniczne nośności – moment
niszczący
Warunki bezpieczeństwa wg PN-91 S-10042
Sprawdzenie na nośność graniczną wywołaną wyczerpaniem nośności
strefy
rozciąganej przy zginaniu.
Moment niszczący odpowiadający wyczerpaniu nośności strefy
rozciąganej przekroju elementu sprężonego poddanego zginaniu
powinien względem maksymalnego momentu charakterystycznego
(wywołanego obciążeniami charakterystycznymi) spełniać następujący
warunek :
M
k
– moment charakterystyczny
s
2
– globalny współczynnik bezpieczeństwa ze względu na wyczerpanie
nośności w strefie rozciąganej elementu sprężonego obciążonego
momentem
zginającym
k
p
R
M
s
M
2
,
Stany graniczne nośności – moment
niszczący
Sprawdzenie na nośność graniczną wywołaną wyczerpaniem
wytrzymałości betonu na ściskanie
Moment niszczący odpowiadający zmiażdżeniu betonu w strefie
ściskanej pod
wpływem obciążenia momentem zginającym powinien względem
momentu charakterystycznego, czyli wywołanego obciążeniami
charakterystycznymi spełniać warunek:
M
k
– moment charakterystyczny
s
3
– globalny współczynnik bezpieczeństwa ze względu na
wyczerpanie nośności w strefie ściskanej betonu przy obciążeniu
momentem zginającym
k
c
R
M
s
M
3
,
Stany graniczne nośności – warunek
bezpieczeństwa
Jako moment niszczący należy przyjąć wartość mniejszą spośród
wartości
i .
Charakterystyczne momenty niszczące powinny spełniać następujące
warunki:
- dla układu obciążeń podstawowych
- dla układu wyjątkowego
p
R
M
,
c
R
M
,
k
p
R
M
M
0
,
2
,
k
c
R
M
M
4
,
2
,
k
p
R
M
M
8
,
1
,
k
c
R
M
M
1
,
2
,
Moment niszczący
Z warunku równowagi sił w przekroju otrzymuje się :
A )
dla przypadku zniszczenia ze względu na stal :
h – całkowita wysokość przekroju
a
p
– odległość środka ciężkości stali sprężającej od skrajnych
rozciąganych włókien przekroju
x
0
– połowa wysokości strefy ściskanej
c – współczynnik charakteryzujący przyczepność cięgien
sprężających do betonu , (kablobeton c=0,9)
1,0 – przyczepność gwarantowana w strunobetonie
0,85 - 0,9 - pełna współodkształcalność stali i betonu nie jest
pewna
)
(
1
,
o
p
p
pk
p
R
x
a
h
A
f
c
M
2
279
2790
5
,
1
1860
5
,
1
cm
kN
p
pk
MPa
f
f
Moment niszczący
Pole strefy ściskanej:
Moment niszczący:
lim
,
lim
,
lim
,
0
2
80
,
74
187
40
,
0
187
33
220
40
,
0
61
,
25
23
,
51
5
,
0
5
,
0
23
,
51
674
25
,
34526
674
25
,
34526
5
,
412
279
90
,
0
0
,
3
1
1
ef
ef
p
ef
ef
cc
ef
pl
pk
ck
cc
x
x
cm
x
cm
a
h
d
d
x
x
cm
x
x
cm
b
A
x
cm
b
cm
A
f
c
f
A
kNm
kNcm
M
p
R
74
,
167165
46
,
16716574
)
6
,
25
33
220
(
5
,
412
279
90
,
0
,
Warunek bezpieczeństwa
Moment niszczący M
R,p
odpowiadający wyczerpaniu nośności
strefy rozciąganej elementu sprężonego poddanego zginaniu
powinien względem maksymalnego momentu
charakterystycznego (wywołanego obciążeniami
charakterystycznymi) spełniać następujący warunek:
s
2
– globalny współczynnik bezpieczeństwa ze względu na
wyczerpanie nośności w strefie rozciąganej (s
2
= 2,0)
M
k
– moment charakterystyczny
k
p
R
M
s
M
2
,
kNm
kNm
00
,
86278
74
,
167165
00
,
43139
0
,
2
74
,
167165
Moment niszczący
B )
dla przypadku zniszczenia ze względu na beton :
S
c
– moment statyczny ściskanej strefy betonu względem środka
ciężkości rozciąganej stali sprężającej.
Względna wysokość umownej strefy ściskanej x nie może
przekraczać wartości granicznych równych:
- dla betonów klas B30, B35 x ≤ 0,45h
1
,
- dla betonów klas B40, B50 B60 x ≤ 0,40h
1
.
c
ck
c
R
S
f
M
,
cm
d
x
ef
8
,
74
187
40
,
0
40
,
0
lim
,
Moment niszczący
Moment niszczący:
3
44
,
6014479
)
4
,
17
112
(
337
8
,
34
)
112
8
,
54
(
674
40
cm
S
c
kNm
kNcm
M
c
R
38
,
180434
32
,
18043438
44
,
6014479
0
,
3
,
Warunek bezpieczeństwa
Warunek bezpieczeństwa ze względu na beton:
s
3
– globalny współczynnik bezpieczeństwa ze względu na
wyczerpanie nośności w ściskanej betonu (s
3
= 2,4)
k
p
R
M
s
M
3
,
kNm
kNm
6
,
103533
38
,
180434
00
,
43139
4
,
2
38
,
180434
Rodzaje strat sił sprężających w
elementach strunobetonowych
Należy uwzględniać następujące straty doraźne sił sprężających w
elementach
strunobetonowych spowodowane:
a) sprężystym odkształceniem betonu w chwili zwolnienia cięgien ΔP
bv
,
b) tarciem przy łamanych trasach cięgien ΔP
t
,
c) poślizgami cięgien w urządzeniach kotwiących ΔP
p
,
d) odkształceniami elementów oporowych ΔP
F
,
e) różnicą temperatur w cięgnach i urządzeniach oporowych ΔP
T
,
oraz straty reologiczne wywołane:
f) skurczem i pełzaniem betonu ΔP
v0
,
g) relaksacją stali sprężającej w cięgnach ΔP
r
.
Jeśli istnieją udokumentowane dane dotyczące strat w urządzeniach
kotwiących wg poz. c), należy je wprowadzić do obliczeń. Należy dążyć do
ograniczenia lub eliminacji strat przez odpowiednie zwiększenie
początkowego naciągu.
W przypadku naciągu grupowego zaleca się chwilowe przeciąganie cięgien w
celu
zmniejszenia strat wymienionych w poz. b) i g).
Rodzaje strat sił sprężających w
elementach kablobetonowych
W cięgnach sprężających elementy kablobetonowe należy uwzględniać
następujące straty sił sprężających spowodowane:
a) tarciem kabli w osłonie ΔP
tk
,
b) sprężystym odkształceniem betonu przy naciągu kabli ΔP
bvk
,
c) poślizgiem cięgien w urządzeniach kotwiących ΔP
pk
,
oraz straty reologiczne wywołane:
d) skurczem i pełzaniem betonu ΔP
v0
,
e) relaksacją stali sprężającej w cięgnach ΔP
r
.
Należy dążyć do ograniczenia lub eliminowania wszystkich strat przez
odpowiednie
zwiększenie początkowego naciągu kabli, zaś ograniczenia strat
wywołanych wpływami wg poz. a), b), c) i e) przez chwilowe dodatkowe
przeciążenie kabli ponad poziom siły
początkowej.