Több előfeszítés nem mindig jelent nagyobb ellenállást!
Mint valószínűleg tudja, az Ultimate Limit State ellenőrzés azt mutatja meg, hogy egy szerkezet mekkora terhelést képes elviselni a tönkremenetel előtt. Érvényes, hogy a teherhatásokat egy karemelőn ható belső erőpár veszi fel.
Nem számít, hogy előfeszített betonról vagy vasalt betonról van-e szó. Azonos folyáshatárú, azonos mennyiségű acéllal az előfeszített és a vasalt szerkezetek ugyanakkora terhelést viselnek el a teherbírás eléréséig. Az előfeszített betonban lévő többlet nyomófeszültség nem segíti a szerkezetet abban, hogy hosszabb ideig ellenálljon. Akkor miről szól az egész?
Vizsgáljuk meg közelebbről
Az előfeszítéssel nyomófeszültséget viszünk be a betonba, ami jelentősen megváltoztatja az anyag viselkedését. A repedések kialakulása késleltetett, mivel a feszültségtartalék ellenáll az első terhelésnek. További terhelésnövekedéssel a beton eléri a dekompressziós állapotot. Később a beton húzásnak ellenáll, amíg a húzószilárdságot meg nem haladja.
A repedések kialakulása tehát jóval később következik be, mint vasalt beton esetén. Emellett azonos terhelésnél a repedések fejlődése lassabb és a repedésszélességek kisebbek az előfeszített betonban. Ez fontos a vasalás korrózióvédelme szempontjából. De összefügg a szerkezet merevségével is. Az előfeszített szerkezetek nagyobb merevsége kisebb alakváltozásokhoz vezet.
Az alábbi ábrán az előfeszített és a vasalt elemek elméleti összehasonlítása látható, külső tengelyirányú húzóerővel terhelve. Feltételezzük, hogy az acél pászmák és a vasalás azonos folyáshatárú, azonos acélból készültek. A mennyiség is megfelel egymásnak. Az egyetlen különbség az, hogy a pászmák megfeszítve vannak.
- 1. állapot – Az első terhelésnövekmény kerül felvitelre. Az előfeszített beton a feszültségtartalékot használja fel. A vasalt beton is ellenáll, amíg a húzószilárdságot meg nem haladja.
- 2. állapot – Amint a vasalt betonban a húzószilárdságot meghaladja, repedések keletkeznek. Ekkor a vasalás kihasználtsága megnő, az alakváltozással együtt. Míg az előfeszített betonban a feszültségtartalék még mindig ellensúlyozza a hatásokat.
- 3. állapot – Amint az előfeszített betonban a húzószilárdságot meghaladja, repedések keletkeznek. Ekkor a vasalás kihasználtsága megnő, az alakváltozással együtt, mint a vasalt beton esetén.
- 4. állapot – Az acél folyáshatárát meghaladja.
Ez azt jelenti, hogy elméletileg mindkét szerkezet esetén egyidejűleg következne be az összeomlás. Más szóval, a többlet nyomófeszültség nem befolyásolja az ULS ellenőrzéseket.
Ezzel szemben azonos terhelésnél a vasalt szerkezetben jóval korábban keletkeznének jelentős repedések és alakváltozások, mint az előfeszítettben. Így a tervezés nem felelne meg a Serviceability Limit State ellenőrzéseknek.
Érdemes megemlíteni azt is, hogy az előfeszített beton fenti előnyein túl az előfeszített elemek elhelyezésével befolyásolhatjuk a belső erők eloszlását. Ez széles körben alkalmazott utófeszített szerkezetek esetén.
Elmélet a gyakorlatban
Ellenőrizzük, hogyan felel meg a logika az IDEA StatiCa alkalmazás eredményeinek. Két példát vizsgálunk meg az IDEA StatiCa Detail-ben. Az első példa az előre feszített gerenda, a második azonos, kivéve az előfeszítést.
Az elméleti esettel ellentétben az elemet most hajlítónyomaték is terheli. Az összeomlás előtt jóval nagyobb alakváltozást tapasztalnánk. Egyébként az elvnek ugyanannak kell maradnia.
IDEA StatiCa Detail
Az alábbi ábra a beton, a vasalás és a pászmák kihasználtságát mutatja. Mindkét szerkezet képes átvinni a felvitt terhelést. Ahogy vártuk, az ULS ellenőrzések még a vasalt gerenda esetén is hasonló kihasználtsággal teljesültek.
Jelentős különbség mutatkozik az SLS ellenőrzések esetén.
A repedések jobban fejlődnek a vasalt betonban, és ahogy korábban említettük, ez befolyásolja a szerkezetek merevségét, és ezáltal az alakváltozást.
Miért kell ezt tudnom?
Fontos megemlíteni, hogy ez egy elméleti példa. A gyakorlatban nem tudnánk azonos tulajdonságú vasalással megerősíteni az elemet. Emellett a Serviceability kritériumok miatt sem működne. Akkor miért fontos?
Az előfeszített beton viselkedésének megfelelő megértése egyszerűsíti annak alkalmazását. Elengedhetetlen, hogy el tudjuk dönteni, jobb-e előfeszítő erőt vagy több előfeszített pászmát/utófeszítő feszítőkábelt hozzáadni, vagy módosítani a tervezést.
A megfelelő ismeretekkel az előfeszítés segít nagyobb távolságok áthidalásában kevesebb anyag felhasználásával és elegánsabb formákkal. Legyen szó mélyépítésről, hidak esetén (főként utófeszített beton tervek), vagy szerkezeti mérnöki munkáról, előfeszített gerendák és utófeszített lemezek esetén.
Melyik alkalmazás alkalmas az előfeszítés tervezésére?
Az általános előfeszített elemek (elő- vagy utófeszített) tervezéséhez az IDEA StatiCa Beam alkalmazás használható. Megoldást nyújt az építési fázisok és a veszteségszámítás tekintetében is.
Az IDEA StatiCa Detail alkalmazás használatát javasoljuk, és nem csak a D-régiók esetén.