Konstrukcje sprężone - podstawy

Konstrukcje sprężone to stosunkowo młoda dziedzina w budownictwie, jednak sprężanie wykonywano od dawien dawna. Wystarczy wspomnieć, że takie przedmioty codziennego użytku jak koło rowerowe czy drewniane beczki zespojone metalowymi obejmami. Wykorzystują one w swojej pracy istotę sprężania.
Metodę udoskonala się do dziś, przede wszystkim aby umożliwić przeniesienie coraz większych obciążeń stosując małe przekroje poprzeczne elementów (a tym samym mały ciężar własny).

Sprężenie to wprowadzenie do konstrukcji wstępnego układu sił wewnętrznych, który przeciwdziała zewnętrznemu obciążeniu w taki sposób, iż konstrukcja przeniesie w bezpieczny sposób łączne działanie tych układów.

Można to łatwiej wytłumaczyć w taki sposób, że do naszej belki wprowadzamy element, powodujący odwrotne ugięcie naszej konstrukcji ("do góry"), dzięki temu po przyłożeniu obciążenia z zewnątrz (np. ruch samochodowy na moście), nasza belka przemieści się mniej, niż gdyby wcześniej nie dokonano sprężenia. Widać to na rysunku poniżej:

Możemy zastosować różne techniki sprężania w zależności od potrzeb:

1. za pomocą cięgien (drutów, splotów, kabli, prętów, lin):

- strunobeton (najbardziej popularny sposób prefabrykacji)
- kablobeton (najbardziej uniwersalny sposób wykonywania elementów)

2. bez użycia cięgien za pomocą: pras, klinów lub z zastosowaniem ekspansji betonu
3. za pomocą zabiegów specjalnych

Najistotniejszymi z nich są te ujęte w punkcie 1 i to na nich głównie skupimy naszą uwagę.
Strunobeton charakteryzuje się tym, że kabel sprężający naciągamy w pierwszej kolejności, a dopiero po tym zabiegu betonujemy nasz element. Zakotwienie pomiędzy stalą, a betonem uzyskujemy drogą przyczepności pomiędzy tymi dwoma materiałami. Metoda ta ma przez swoją specyfikę pewne ograniczenia. Przede wszystkim musi być wykonywana w wytwórni, cięgna mogą być poprowadzone po prostej lub łamanej, ale tylko w obrębie elementu, transport z wytwórni na plac budowy realizowany jest tylko jako całość, a długość elementu maksymalnie wynosi 40 m (zalecane są długości do 24 m).
Kablobeton charakteryzuje się tym, iż cięgno sprężające naciągamy dopiero, gdy beton zwiąże i osiągnie odpowiednią wytrzymałość. Przenoszenie siły sprężającej następuje wtedy na czole belki poprzez docisk zakotwienia do powierzchni betonu. Metoda ta ma przez to kilka wyróżniających ją zalet: element może być wykonywany w wytworni i na placu budowy, cięgna mogą mieć dowolny kształt i być prowadzone poza elementem, transport może być realizowany w całości lub segmentami, a długość elementu jest dowolna.
W obu sposobach wykonania elementów należy zauważyć, że stal sprężająca nie ma kontaktu z betonem w chwili naciągu (stal w kablobetonie prowadzi się w osłonkach).

Sprężenie możemy również sklasyfikować według intensywności:

1. super pełne - brak naprężeń rozciągających od podstawowej kombinacji obciążeń
2. pełne - naprężenia rozciągające przenosi beton oraz nie występują rysy przy krótkotrwalej kombinacji obciążeń
3. ograniczone - brak naprężeń rozciągających od długotrwałej kombinacji obciążeń, a od kombinacji krótkotrwałej dopuszcza się rysy poniżej 0,2 mm
4. częściowe - dopuszcza się niewielkie rozciągania i rysy poniżej 0,2 mm

Literatura:

1. A. Ajdukiewicz, J. Mames - Konstrukcje z betonu sprężonego