Betonowe konstrukcje sprężone w budownictwie ogólnym

Betonowe konstrukcje sprężone w budownictwie ogólnym

rok wydania: 2022
ISBN: 978-83-01-21986-4
ilość stron: 566
format: 16,5x23,5 cm
oprawa: miękka

Opis

Niniejsza monografia prezentuje kompletną wiedzę nt. wyznaczania wpływu sprężenia cięgnami na naprężenia w betonie. Autorzy uściślili zasady, które mogłyby się wydawać powszechnie znane, ale które nie zostały jasno i ściśle ujęte w normach. Za podstawową zasadę uznano rozpatrywanie sprężenia jako sumy oddziaływań zakotwień (lub sił przyczepności przy końcach cięgien w strunobetonie) i poprzecznych nacisków cięgien sprężających. Dzięki temu udało się sformułować jednolitą teorię dotyczącą sprężonych elementów statycznie wyznaczalnych i hiperstatycznych. Wzory i zasady zawarte w normach okazują się szczególnymi przypadkami tej teorii. Jasno przedstawiono także rolę momentów i reakcji „wzbudzonych” w elementach statycznie niewyznaczalnych.

Podobnie jak w innych książkach autorstwa M. Knauffa i jego współpracowników bardzo dużą wagę nadano przykładom obliczeń. Książka zawiera także wykaz najważniejszych oznaczeń i spis tablic. Stosowano w niej, jeżeli było to możliwe, oznaczenia takie jak w normach PN-EN. Spis tablic może ułatwić znalezienie potrzebnych czytelnikowi algorytmów lub przepisów.

Spis treści

Podstawowe oznaczenia / 13
Spis najważniejszych tablic / 21

Rozdział 1. Wstęp / 23

Rozdział 2. Ogólna charakterystyka konstrukcji sprężonych / 27
2.1. Podstawowa idea i definicja konstrukcji sprężonych / 27
2.2. Wpływ sprężenia na nośność graniczną i naprężenia w elementach z betonu / 30
2.2.1. Redukcja naprężeń wywołanych obciążeniem i sprężeniem w elementach zginanych / 30
2.2.2. Redukcja naprężeń wywołanych obciążeniem i sprężeniem w elementach rozciąganych / 33
2.2.3. Moment rysujący i siła rysująca / 35
2.2.4. Terminologia i klasyfikacje dotyczące konstrukcji sprężonych 37
2.2.5. Właściwości konstrukcji sprężonych w porównaniu z żelbetowymi / 39
2.3. Zarys historii konstrukcji sprężonych / 42
2.4. Podstawy projektowania i niezawodność konstrukcji / 47
2.4.1. Uwagi wstępne, zastosowanie teorii niezawodności 47
2.4.2. Metoda częściowych współczynników / 50
2.4.3. Trwałość / 52
2.4.4. Wymagania dotyczące otulenia betonem i rozmieszczenia cięgien sprężających / 54
2.4.5. Zasady konstruowania / 56
2.5. Odporność na pożar / 58
2.5.1. Ogólne informacje o projektowaniu ze względu na pożar i metoda tabelaryczna / 58
2.5.2. Stosowanie metody częściowych współczynników do sprawdzania kryterium R / 61
2.5.3. Specjalne przepisy dotyczące betonu o wysokiej wytrzymałości / 63

Rozdział 3. Beton w konstrukcjach sprężonych / 65
3.1. Uwagi wstępne / 65
3.2. Właściwości betonu przy obciążeniu krótkotrwałym / 67
3.2.1. Charakterystyczne i obliczeniowe wartości wytrzymałości na ściskanie / 67
3.2.2. Wytrzymałość na rozciąganie, współczynnik Poissona, rozszerzalność termiczna, wytrzymałość w dwu i trójosiowych stanach naprężenia / 70
3.2.3. Moduł sprężystości i zależności naprężenie-odkształcenie / 72
3.3. Właściwości betonu w zależności od czasu / 77
3.3.1. Miarodajny wymiar przekroju / 77
3.3.2. Zmodyfikowany wiek betonu / 78
3.3.3. Wytrzymałość i moduł sprężystości w zależności od wieku betonu / 80
3.3.4. Skurcz betonu / 81
3.3.5. Pełzanie betonu / 86
3.3.6. Obliczanie współczynnika pełzania / 91
3.3.7. Wyznaczanie współczynnika ϕ (∞, t0) metodą dwóch wykresów / 93
3.3.8. Pełzanie przy naprężeniach skokowo zmiennych / 95
3.4. Przykład obliczenia zmodyfikowanego wieku betonu i współczynnika pełzania / 98
3.5. Betony o wytrzymałości większej niż w normie [N1] / 100

Rozdział 4. Stal sprężająca / 105
4.1. Rodzaje i podstawowe właściwości stali sprężającej / 105
4.2. Wymagania norm / 110
4.3. Relaksacja stali sprężającej / 114
4.4. Przykład obliczenia relaksacji / 116
4.5. Naprężenia graniczne / 117

Rozdział 5. Metody realizacji sprężenia / 119
5.1. Kotwienie cięgien i kabli / 119
5.2. Strunobeton / 122
5.3. Kablobeton / 125
5.3.1. Ogólne informacje o kablobetonie / 125
5.3.2. System C Freyssineta jako przykład systemu sprężania / 129
5.3.3. Wybrane starsze systemy sprężania / 132
5.4. Zastosowanie kompozytów FRP do sprężania konstrukcji / 135

Rozdział 6. Siły przekrojowe i naprężenia wywoływane sprężeniem / 141
6.1. Oddziaływanie sprężenia na konstrukcję / 141
6.1.1. Ogólna zasada wyznaczania oddziaływań / 141
6.1.2. Przekazywanie sił sprężających przez zakotwienia i przez przyczepność / 142
6.2. Siły przekrojowe i naprężenia w elementach statycznie wyznaczalnych / 144
6.2.1. Uwagi ogólne / 144
6.2.2. Cięgna proste / 144
6.2.3. Cięgna zakrzywione i załamane / 145
6.3. Ogólne informacje o sprężeniu konstrukcji hiperstatycznych / 146
6.3.1. Przykłady odziaływania sprężenia na konstrukcje hiperstatyczne / 146
6.3.2. Polskie normy o sprężaniu konstrukcji hiperstatycznych / 150
6.4. Obliczanie sił przekrojowych i naprężeń – podsumowanie / 152
6.4.1. Podstawowe zasady / 152
6.4.2. Obliczanie naprężeń w elementach prętowych / 153
6.5. Poprzeczne oddziaływanie zakrzywionych kabli w płytach i belkach / 156
6.5.1. Uwagi ogólne / 156
6.5.2. Trasa paraboliczna w belce swobodnie podpartej / 158
6.5.3. Symetryczna trasa kabli w płytach ciągłych / 161
6.5.4. Trasa kabli w skrajnym przęśle płyty wieloprzęsłowej / 163
6.5.5. Trasa zakrzywiona zakończona odcinkami prostymi / 167
6.6. Środek ciśnienia, obwiednie graniczne, trasowanie kabli / 168
6.6.1. Środek i linia ciśnienia / 168
6.6.2. Trasowanie kabli w belkach, obwiednie graniczne, rdzeń uogólniony / 169
6.6.3. Przykład wyznaczania rdzenia uogólnionego i obwiedni granicznych / 172
6.6.4. Uwagi o trasowaniu kabli w belkach ciągłych / 176

Rozdział 7. Straty sprężenia / 179
7.1. Rodzaje strat sprężenia / 179
7.2. Straty wywołane obróbką cieplną betonu / 180
7.3. Straty spowodowane odkształceniem sprężystym betonu / 181
7.4. Relaksacja stali sprężającej jako przyczyna strat sprężenia / 184
7.5. Przykład obliczenia strat od relaksacji stali / 186
7.6. Tarcie kabli o ścianki kanałów / 187
7.7. Straty w zakotwieniu / 190
7.8. Przykład obliczenia strat wywołanych tarciem i poślizgiem w zakotwieniach – kable proste / 195
7.9. Przykład obliczenia strat wywołanych tarciem i poślizgiem w zakotwieniach – kable zakrzywione / 197
7.10. Straty opóźnione / 199

Rozdział 8. Wymagania dotyczące naprężeń w betonie, dekompresji, zarysowania i ugięć / 205
8.1. Zasady ogólne / 205
8.2. Naprężenia w sytuacji początkowej 206
8.3. Ograniczenia naprężeń ściskających / 207
8.4. Ograniczenia naprężeń rozciągających / 209
8.5. Moment rysujący, siła rysująca i minimalne zbrojenie / 211
8.6. Graniczna szerokość rys i warunek dekompresji / 213
8.7. Graniczne ugięcia / 215
8.8. Niejawne wymagania implikowane przez metodę obliczeń / 216
8.9. Stosowanie wytrzymałości fctm,fl w elementach zginanych / 217
8.10. Podsumowanie wymagań dotyczących naprężeń i zarysowania / 218
8.11. Ewolucja polskich norm projektowania konstrukcji sprężonych / 221
8.12. Uwagi o stosowaniu normy PN-B-03264:2002 [N5] 229

Rozdział 9. Sprawdzanie szerokości rys, minimalnego zbrojenia, wymagania dekompresji i ugięć / 231
9.1. Naprężenia w zbrojeniu i szerokość rys / 231
9.2. Stosowanie programów komputerowych i arkuszy kalkulacyjnych / 237
9.3. Sprawdzanie szerokości rys i wymagań dotyczących minimalnego zbrojenia ze względu na zarysowanie / 239
9.4. Sprawdzanie wymagania dekompresji / 240
9.5. Obliczanie ugięć / 241
9.6. Przykład – szerokość rys przy zginaniu i przy osiowym rozciąganiu a zasada minimalnego zbrojenia / 244
9.6.1. Element osiowo rozciągany (rys. 9.7a) / 246
9.6.2. Element zginany (rys. 9.7b) / 248
9.6.3. Elementy zginane o różnych wysokościach (rys. 9.7c) / 250
9.6.4. Wnioski z przykładów / 251
9.7. Przykład obliczenia szerokości rys w zginanym elemencie strunobetonowym / 252

Rozdział 10. Nośność graniczna przekrojów sprężonych / 259
10.1. Zasady ogólne / 259
10.2. Nośność graniczna na zginanie w sytuacji trwałej / 262
10.3. Nośność graniczna w sytuacji początkowej / 267
10.4. Minimalne zbrojenie ze względu na nośność graniczną / 270
10.5. Przykład obliczenia momentu granicznego w sytuacji trwałej / 271
10.6. Przykład sprawdzenia nośności w sytuacji początkowej / 275
10.7. Obliczanie nośności przekrojów prostokątnych / 276
10.8. Zmęczenie / 284

Rozdział 11. Ścinanie i przebicie / 291
11.1. Uwagi ogólne / 291
11.2. Ścinanie na odcinkach, które mogą wymagać poprzecznego zbrojenia / 295
11.3. Ścinanie na niezarysowanych odcinkach przy podporach przegubowych / 297
11.4. Przebicie / 302

Rozdział 12. Strefa przypodporowa w strunobetonie / 305
12.1. Długość zakotwienia cięgien / 305
12.2. Sprawdzanie wymagań ze względu na ścinanie i zakotwienie cięgien / 312

Rozdział 13. Strefa zakotwień / 313
13.1. Strefa zakotwień w elementach kablobetonowych / 313
13.2. Strefa zakotwienia w strunobetonie / 318

Rozdział 14. Swobodnie podparte płyty, belki i dźwigary sprężone / 321
14.1. Prefabrykowane płyty sprężone / 321
14.1.1. Panwiowe i łupinowe płyty strunobetonowe / 321
14.1.2. Płyty kanałowe / 322
14.1.3. Płyty stropowe typu TT / 334
14.2. Belki strunobetonowe / 336
14.3. Dźwigary kablobetonowe / 340
14.4. Projektowanie przekroju poprzecznego elementów zginanych / 341
14.4.1. Ogólne zasady projektowania / 341
14.4.2. Umowne naprężenia graniczne i minimalny wskaźnik wytrzymałości przekroju / 342
14.4.3. Wyznaczanie siły sprężającej i mimośrodu / 348

Rozdział 15. Monolityczne stropy kablobetonowe / 351
15.1. Ogólne zasady projektowania stropów kablobetonowych / 351
15.2. Zastosowanie cięgien niezsolidaryzowanych do sprężania stropów / 351
15.3. Nośność graniczna elementów zginanych z cięgnami niezsolidaryzowanymi / 356
15.4. Naprężenia, straty sprężenia i stany graniczne użytkowalności w elementach sprężonych cięgnami niezsolidaryzowanymi / 362
15.4.1. Naprężenia w przekrojach niezarysowanych / 362
15.4.2. Naprężenia w przekrojach zarysowanych i szerokość rys / 363
15.4.3. Ugięcia / 366
15.4.4. Straty siły sprężającej w kablach niezsolidaryzowanych / 367
15.4.5. Wymagania dotyczące naprężeń i zarysowania / 369
15.5. Uwagi dotyczące projektowania sprężonych stropów płytowosłupowych / 370

Rozdział 16. Osiowo sprężone słupy o przekroju prostokątnym / 373
16.1. Uwagi ogólne / 373
16.2. Nośność graniczna symetrycznych przekrojów prostokątnych / 375
16.3. Przykład / 378

Rozdział 17. Konstrukcje zespolone ze sprężonymi elementami prefabrykowanymi / 383
17.1. Idea zespolenia, przykłady, zasady konstruowania / 383
17.2. Ogólne wymagania dotyczące obliczeń / 385
17.3. Podstawy analizy stanów granicznych użytkowalności / 389
17.4. Odkształcenia i naprężenia w elemencie podstawowym przed zespoleniem / 391
17.5. Przyrosty odkształceń i naprężeń powstające po zespoleniu 391
17.6. Krzywizna i naprężenia wywołane skurczem betonu / 395
17.7. Uwagi o łączeniu efektów oddziaływań powstałych przed i po zespoleniu / 400
17.8. Dane do egzemplifikacji, przekroje sprowadzone, skurcz betonu / 401
17.9. Straty sprężenia w elementach zespolonych / 412
17.9.1. Dane do wyznaczania opóźnionych strat sprężenia / 412
17.9.2. Obliczanie strat opóźnionych 414
17.10. Naprężenia i ugięcia w elementach niezarysowanych / 417
17.10.1. Naprężenia normalne / 417
17.10.2. Ugięcia / 421
17.11. Naprężenia, szerokość rys i minimalne zbrojenie w zarysowanych elementach zespolonych / 424
17.12. Nośność na zginanie / 428
17.13. Nośność na ścinanie / 431
17.13.1. Ścinanie poprzeczne / 431
17.13.2. Ścinanie w płaszczyźnie zespolenia / 431
17.13.3. Ścinanie między półkami i środnikiem w zespolonych elementach teowych / 438

Rozdział 18. Sprężone wieże, pylony i żerdzie / 447
18.1. Zastosowania, kształt, podstawy projektowania / 447
18.2. Oddziaływania, odkształcenia i siły przekrojowe w trzonie wieży / 452
18.2.1. Ogólne informacje o oddziaływaniach / 452
18.2.2. Wychylenie wierzchołka wieży i kąt nachylenia w miejscu instalacji anten / 454
18.2.3. Imperfekcje i efekty drugiego rzędu / 454
18.3. Stany graniczne nośności trzonu / 457
18.3.1. Zasady obliczania nośności granicznej na zginanie / 458
18.3.2. Moment graniczny – przybliżenie 0 / 463
18.3.3. Moment graniczny – przybliżenia lepsze od przybliżenia 0 / 464
18.3.4. Minimalne zbrojenie sprężające ze względu na nośność / 467
18.3.5. Sytuacja at transfer / 467
18.3.6. Nośność na ścinanie / 468
18.4. Stan graniczny użytkowalności / 468
18.5. Wnioski dotyczące projektowania trzonu / 470
Rozdział 19. Krótki przegląd zastosowań konstrukcji sprężonych / 471

Rozdział 20. Studium projektowe I. Strunobetonowy dźwigar dachowy / 477
20.1. Uwagi wstępne i podstawowe dane / 477
20.2. Oddziaływania i momenty zginające / 478
20.3. Materiały konstrukcyjne, wymagania ze względu na pożar i rozmieszczenie zbrojenia / 483
20.3.1. Beton / 483
20.3.2. Stal sprężająca i stal zbrojeniowa / 484
20.3.3. Wymagania ze względu na pożar i rozmieszczenie zbrojenia / 485
20.4. Potrzebny wskaźnik wytrzymałości przekroju w zależności od metody projektowania i klasy ekspozycji / 486
20.5. Przybliżone sprawdzenie stanów granicznych przy założeniu sprężenia pełnego / 492
20.5.1. Naprężenia w SGU i mimośród siły sprężającej / 492
20.5.2. Nośność graniczna przekroju / 495
20.5.3. Ugięcia / 496
20.5.4. Wpływ klasy ekspozycji na projektowanie elementów w pełni sprężonych / 498
20.6. Przybliżone sprawdzenie stanów granicznych przy założeniu sprężenia częściowego / 498
20.6.1. Naprężenia w SGU / 499
20.6.2. Nośność graniczna przekroju i wstępne sprawdzenie naprężeń w SGU / 500
20.6.3. SG zarysowania / 502
20.6.4. Ugięcia / 502
20.6.5. Wpływ klasy ekspozycji na projektowanie elementów częściowo sprężonych / 503
20.7. Ścisłe obliczenie charakterystyk geometrycznych przekroju, doraźnych strat sprężenia i naprężeń w sytuacji początkowej / 504
20.8. Straty opóźnione / 509
20.8.1. Relaksacja stali po zwolnieniu naciągu / 509
20.8.2. Skurcz i pełzanie betonu / 510
20.8.3. Łączne straty opóźnione i zestawienie sił sprężających / 510
20.9. SG naprężeń i zarysowanie w sytuacji trwałej / 512
20.10. Nośność na zginanie w sytuacji trwałej / 517
20.11. Ugięcia / 519
20.12. Nośność graniczna w sytuacji początkowej / 520
20.13. Zakotwienie cięgien / 521
20.14. Ścinanie poza strefą zakotwienia / 522
20.15. Strefa zakotwienia / 525

Rozdział 21. Studium projektowe II. Elementy sprężone kablami bez przyczepności / 529
21.1. Uwagi wstępne i podstawowe dane / 529
21.2. Swobodnie podparte pasmo płytowe 530
21.3. Zasady dotyczące elementów ustrojów statycznie niewyznaczalnych / 534
21.4. Czteroprzęsłowe pasmo płytowe / 536
21.5. Wnioski z przykładów i komentarze / 545

Dodatek. Minimalne wymiary elementów i odległości zbrojenia od brzegów wymagane ze względu na pożar / 547
D.1. Ogólne zasady projektowanie tabelarycznego / 547
D.2. Tabelaryczne projektowanie belek i płyt / 549
D.2.1. Ogólne zasady dotyczące belek / 549
D.2.2. Belki swobodnie podparte i elementy rozciągane / 550
D.2.3. Belki ciągłe / 551
D.2.4. Płyty / 554
Literatura / 557