Spregnute i PNP konstrukcije

dr Dragan Nikolić, dipl.inž.građ.

nikolic@vggs.rs

Šta je prethodno napregnuti beton?

Posebna vrsta kompozitnog materijala,betona i visokovrednog čelika

Glavna ideja prethodnog naprezanjapredstavlja unošenje sile pritiska u AB(armirano‐betonski) element koja će kasnijeu eksploataciji potpuno ili delimično sprečitipojavu napona zatezanja u elementu.

Na ovaj način se veštački, pomoću sile uvisokovrednom čeliku umanjuje ili neutrališepojava zatezanja usled eksploatacionogopterećenja.

Šta je prethodno napregnuti beton?

Primena prethodno napregnutog betona

Zgradarstvo – najčešće međuspratne konstrukcije, ali postoje i sistemi za primenu i u stubovima i grednim nosačimaIndustrijska gradnja – hale (glavni nosači, sekundarni nosači), rezervoari, cevovodi, ljuskeMostoviSilosiStadioni; sportske dvorane velikih rasponaŽeleznički pragoviSanacija i ojačanje objekataPrimena u geotehničkim konstrukcijama

Nedostaci armiranog betona

‐ Mala čvrstoća betona pri zatezanju

‐ Pojava i širenje prslina u betonu

‐ Delimična iskorišćenost betonskog preseka (oko 1/3 visinepreseka pritisnuto, zategnuta zona preseka betona sa prslinom neučestvuje u nosivosti)

‐Relativno velike težine AB konstrukcija i veliki udeo sopstvenetežine u ukupnom opterećenju

‐Zbog povećane sopstvene težine ograničena je veličina raspona u

klasičnim AB konstrukcijama

Nedostaci 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 ÷ 30 MPa (neiskorišćeni naponi)

‐ Pri eksploatacionim naponima u armaturi, ≈ 1/2fyd (150 ÷ 200 Mpa), prsline u betonu su širine 0.3 ÷ 0.4 mm

‐ Zbog pojave prslina, primena klasične armature sa granicom razvlačenja iznad 500 MPa nije ekonomična

‐ Pojava prslina u betonu značajno smanjuju krutost i time se povećavaju ugibi kao i pojava korozije armature

Prednosti prethodno napregnutog betona

‐ Savladavanje velikih raspona uz veću vitkost i manju masuelemenata i objekata‐ Povećana trajnost (izbegava se pojava prslina u elementima)‐ Smanjeni ugibi‐ Otpornost na zamor (male promene naprezanja u čeliku za prednaprezanje),‐ Sposobnost zatvaranja prslina nakon delovanja nepredviđenih ili incidentnih opterećenja‐ Ubrzanje i racionalizacija prilikom izvođenja, primena montažnegradnje.

Nedostaci prethodno napregnutog betona

‐ Potrebna je stručna radna snaga zbog zahtevnijih radova,‐ Potrebna je posebna oprema za izvođenje radova,‐ Velika preciznost u projektovanju i izvođenju i‐ Veća jedinična cena materijala

Kratak istorijat prethodno napregnutog betona

1886. P.H. Jackson (USA)‐ patent za konstrukciju svoda od betonskih blokova, prethodno napregnutog pomoću čelične zatege1911. E. Freyssinet (Francuska), 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”)1928. E. Freyssinet patentira prethodno naprezanje betona čelikom velike čvrstoćeMörsch, prva knjiga o prednapregnutom betonu

Kratak istorijat prethodno napregnutog betona

1952. B. Žeželj razvija sopstveni postupak prednaprezanja ‐ Sistem IMS1952. Osnovana Međunarodna federacija za prethodno naprezanje (FIP ‐ Fédération Internationale de la Précontrainte)1953 Osnovan Evropski odbor za beton (CEB ‐ Comité Européen du Béton), udruživanjem CEB i FIP nastaje organizacija fib.

Koncept prethodno napregnutog betona

‐ Poželjno je da naponi pritiska prethodno uneti u odgovarajućideo preseka budu veći od očekivanih napona zatezanja zadominantna opterećenja u eksploataciji nosača‐ Na taj način su u nosaču (skoro) uvek (minimalni) naponipritisaka, čime se sprečava pojava prslina u betonu‐ Time je takođe armatura zaštićena od korozije, odn. povećana je trajnost i pouzdanost nosača

Koncept prethodno napregnutog betona

Koncept prethodno napregnutog betonaNa primer, ukoliko se uzme u obzir prosta greda opterećena ravnomernoraspodeljenim kao što je prikazano na prethodnoj slici, naprezanje usledčistog savijanja u sredini raspona dovodi do pojave napona pritiska ugornjem delu nosača iznad neutralne ose i napona zatezanja u donjem delupreseka (a).Ako na nosač deluje koncentrisana sila pritiska u težištu preseka (b),pojaviće se uniformna raspodela napona pritiska po visini poprečnogpreseka. Pri istovremenom delovanju i raspodeljenog opterećenja ikoncentrisane sile, naponi pritiska će neutralisati deo napona zatezanja nadonjem delu poprečnog preseka, ali i povećati ukupne napone pritiska nagornjoj strani preseka.Ukoliko se međutim, sila pritiska pomera prema donjoj ivici preseka, naudaljenju e od težišta preseka, pored aksijalne sile P pojaviće se i momentjednak proizvodu P*e, koji će se suprostaviti momentu izazvanomdelovanjem raspodeljenog opterećenja (c).

Koncept prethodno napregnutog betona

Ispravnom manipulacija vrednostima P i e, može se doći do slučaja kada delovanje sile P na udaljenosti e izaziva napone zatezanja u gornoj ivici preseka i napone pritiska u donjoj ivici jednake naponima zatezanja usled raspodeljenog opterećenja. Ovaj postupak je poznat kao balansiranje spoljnih opterećenja i bićenaknadno detaljno analizirano.

‐Prethodno prednaprezanje (atheziono)prednaprezanje pre očvršćavanja betona

‐Naknadno prednaprezanjePrednaprezanje nakon očvršćavanja betona

Način prednaprezanja

‐Prethodno prednaprezanje

‐Naknadno prednaprezanje

Osnovna ideja je da se prethodnim naprezanjem kablova u betonu unesunaponi pritiska kako bi se sva naprezanja u eksploataciji mogla prihvatitisadejstvom celog poprečnog preseka (bez pojave zatezanja u betonu) ‐potpuno predhodno naprezanje.Kada se prsline javljaju pri delovanju promenljivog (pokretnog)opterećenja koje ne utiče na trajnost konstrukcije zbog kratkotrajnogdejstva i nije neophodno prethodno naprezanje za ukupno opterećenje.Dopuštaju se prsline ograničene širine. Nakon prestanka delovanjapromenljivog (pokretnog) opterećenja prsline se zatvaraju ‐ delomično(parcijalno) prednapregnuti beton,Između delomičnog i potpunog prethodnog naprezanja betona nalazi seograničeno prethodno napregnuti beton. Kod najnepovoljnijekombinacije opterećenja u toku građenja i eksploatacije dopuštaju senaponi zatezanja ograničenih vrednosti koja ne dovode do pojave prslina.

Stepen prednaprezanja

‐Unutrašnje prednaprezanje‐ Spoljašnje prednaprezanje

Lokacija kablova

Beogradska arena ‐ spoljašnje prednaprezanje