Рис. VII.И. К расчету предварительно-напряженной балки

где fа и /?а - площадь и расчетное сопротивление материала напрягающего элемента.

44еобходимо проверить также нижний пояс балки на устойчивость от силы предварительного напряжения X по формуле

«7„ -f \F •

{VII. 49)

где ф - коэффициент продольного изгиба нижнего пояса из плоскости балки на участке между креплениями затяжки к поясу балки. Остальные обозначения уже приводились.

Усилие самонапряжения Х\ определяется как в однажды статически неопределимой балке:

(VI 1.50)

£a F„

где M-момент в основной системе (балке) от внешней нагрузки; Mi -мо-ыеит от силы Х, = 1; Е и fa - модули упругости материала балки и напрягающего элемента; F н fa - площади балки и напрягающего элемента; / - мо,\гент инерции балки; а - расстояние от опоры балки до крепления напрягающего элемента (см. рис. Vll.14, а).

Для предварительно напряженных балок с прямолинейной затяжкой при симметричной нагрузке

=--, (VII.51)

где со -площадь эпюры моментов от внешней нагрузки как для простой балки на участке под напрягающим элементом.

Оптимальное напряженное состояние в предварительно-напряженных балках с затяжкой у нижнего пояса будет в том случае, если напряжения только от усилия предварительного напряжения в нижнем поясе будут равны расчетному сопротивлению R формула (VI 1.44), а при загружении внешней нагрузкой напряжения и в верхнем, и в нижнем поясе будут также равняться расчетному сопротивлению формулы (VII.46) н (VII.47). В этом случае материал балки используется наилучшим образом, и балка будет наиболее экономичной.

Выгодное сечение предварительно-напряженной балки несимметричное, с развитым верхним поясом. Асимметрия сечения характеризуется коэффициентом асимметрии

(VII. 52)

которая для оптимальных балок имеет значение А 1,6-1,8.

Оптимальное распределение материала в сечении составляет верхний пояс /в.п= (0,3-0,35) F, стенка Fct =(0,55 -0,6) F, нижний пояс /"13.0= (0,1-0,15) F (/ - площадь всего сечения балки).

Рис. VII.15. Типы aiiKepoB

Предварительно-напряженные балки изготовляют из малоуглеродистой и низколегированной стали.

Для напрягающих элементов применяются высокопрочная проволока по ГОСТ 7348-63 в виде пучков с параллельным расположением проволок, стержни из сталей повыщеиной прочности а также стальные канаты (ГОСТ 3064-66, 3065-66, 3067-66, 3068-66, 3079-69, 2688-69).

За расчетное сопротивление высокопрочной проволоки и стальных канатов принимают соответственно временное сопротивление проволоки или напряжения разрывного усилия каната, установленные соответствующими ГОСТами, деленные на коэффициент безопасности по материалу fe=l,6.

Модули упругости напрягающих элементов принимают:

для пучков из высокопрочной проволоки с параллельным пасположением 2-10<кН/см2; *

для стальных канатов спиральных закрытых 1,7-10 кН/см; спиральных и с металлическим сердечником 1,5-10 кН/см.

На концах затяжек устраивают анкеры, которые имеют различную конструкцию (рис. VII.15.). При сплошных стержнях из высокопрочных стале:! применяют анкеры в виде гаек, навинчивающихся на резьбу по концам стержня. Значительно труднее анкеровать пучки и тросы, так как усилия в затяжках очень большие, а анкер должен быть компактным и не тяжелым.

Применяют анкеры в виде стального стакана с конической стенкой. Распущенный в расширенной части стакана конец каната или высокопрочные проволоки заливают баббитом. Хорошо работает анкер для пучков проволоки конструкции Гипромеза; в расширенную часть анкера забивают мелкие клинья разных длин. При вытаскивании из анкера пучок тащит вместе с собой клинья и надежно запрессовывается в анкере. Для анкеровки канатов и небольших пучков проволоки применяют анкер с наружной опрессовкон. Надетая на конец троса гильза при продавливании через матрицу плотно опресвовывает канат и надежно его ударживает, затем на гильзе нарезают резьбу и навинчивают анкерную гайку. Обычно затяжки изготовляют отдельно, затем их подвергают предварительной вытяжке усилием, превышающим на 10% расчетное, и затем устанавливают в конструкцию.

Предварительное напряжение конструкции чаще всего осуществляется гидравлическими домкратами, которые, упираясь в конструкцию, натягивают затяжку, и при достижении контролируемого усилия между анкером и упором на конструкции вставляются вилкообразные шайбы или до упора свинчивается анкерная гайка (муфта). Есть и другие способы натяжения: оттяжкой затяжки вниз, при помощи нагрева напрягающего элемента (электротермический способ натяжения) и т. д.

Рис. VII.16. Пример конструктивного решения предварительно напряженной балки