KI. 37 b, 4/01 XPAo- Konstrukcje zelazobetonowe posiadaja, jak wiadomo, bardzo mala wytrzymalosc na zginanie wzglednie rozciaganie i nie¬ wielka sprezystosc. Zapotrzebowanie stali jest przy tym stosunkowo znaczne. Próbo¬ wano polepszyc wlasnosci wytrzymaloscio¬ we zelazobetonu w ten sposób, ze uzbroje¬ nie stalowe poddawano wstepnemu napre¬ zeniu az do skrzepniecia betonu, przy czym wedlug nowszych propozyeyj stosowano prostoliniowe prety stalowe i poddawano je naprezeniu wstepnemu 40 — 60 kg/mm2, Chociaz za pomoca takiego wstepnego na¬ prezenia wkladek stalowych uzyskiwano pewne wstepne naprezenie sciskajace w be¬ tonie, to jednak nie uzyskano znaczniejszej zmiany znanych wlasnosci zelazobetonu.Zuzycia stali równiez nie zmniejszono w stopniu znacznym. Poza tym takie na¬ prezone wstepnie prety nie daja wystar¬ czajacej przyczepnosci pomiedzy stala i betonem, wskutek czego beton nie moze wytrzymywac stosunkowo duzych napre¬ zen rozciagajacych. Ta niewystarczajaca przyczepnosc pretów w betonie jest wyni¬ kiem tego, ze prety stalowe maja stosun¬ kowo mala powierzchnie, a oprócz tego przy naprezeniach dynamicznych obluz- niaja sie w betonie wskutek drgan wla¬ snych. Taka niewielka spoistosc pretów stalowych z betonem wymaga specjalnego zakotwienia pretów w betonie, wykony¬ wanego przewaznie w postaci zakotwien koncowych.Bloki betonowe z uzbrojeniem naprezo¬ nym wstepnie moga byc ze wzgledu na tezakotwienia wykonywane tylko w odcin¬ kach okreslonej dlugosci. Takie ogranicze¬ nie bloków betonowych wynika równiez stad, ze prety stalowe uzyte do uzbrojenia moga byc zastosowane tylko w odcinkach ograniczonej dlugosci. Do wyrobu dluz¬ szych dzwigarów lub podobnych czesci konstrukcyjnych potrzebne jest spawanie pretów stalowych lub ich laczenie na za¬ klad, aby uzyskac odpowiednio dlugie uzbrojenie.Chociaz, jak wspomniano wyzej, stoso¬ wano na uzbrojenie wysokowartosciowe stale o duzej wytrzymalosci, to pomimo tego nie mozna bylo uzyskac znaczniej¬ szych naprezen wstepnych w betonie, po¬ niewaz wskutek sprezystego specznienia betonu i skurczenia oraz zbiegania (spel¬ zania) nastepuje znaczny spadek naprezen nia w pretach uzbrojenia. Poniewaz osia¬ gano przy tym wstepne naprezenie sciska¬ jace w betonie co najwyzej 150 kg/cm2 przy Eb = 140 000 kg/cm2, wiec wytrzymalosc betonu na. sciskanie wyzyskiwano bardzo nieznacznie przy dopuszczalnym o wiele wyzszym naprezeniu wstepnym.Sposób wedlug wynalazku rózni sie od wspomnianego wyzej sposobu wyrobu tym, ze stosuje sie cienkie wysokouszlachetnione druty stalowe np. o srednicy 0,5—2 mm i o bardzo wielkiej wytrzymalosci na rozerwa¬ nie, dochodzacej ói& okolo 30 000 k)g/cm2, i utrzymuje sie je az do skrzepniecia beto¬ nu w stanie bardzo silnego naprezenia wstepnego, odpowiadajacego w przyblize¬ niu pózniejszym naprezeniom rozciagaja¬ cym.Takie uszlachetnione, silnie wegliste druty stalowe, które, jak wiadomo, w tej grubosci moga byc wykonywane przez cia¬ gnienie, posiadaja obok wielkiej wytrzyma¬ losci na rozerwanie znaczna twardoisc i male wydluzenie zrywajace, wynoszace tylko 2 — 5°/ol W tym przypadku chodzi o druty stalowe, stosowane np. do wyrobu strun fortepianowych i lin stalowych, przy czym w niniejszym przypadku druty te stosuje sie oczywiscie w stanie surowym, to znaczy niepolerowanym. Takie druty sta¬ lowe posiadaja wytrzymalosc na rozerwa¬ nie okolo 12 000—30 000 kg/cm2. Druty te sa bardzo sprezyste i posiadaja bardzo wy¬ soka granice rozciagania, wynoszaca okolo 90°/o wytrzymalosci na rozerwanie. Przyj¬ mujac podwójne bezpieczenstwo, mozna obciazyc druty stalowe dopuszczalnym na¬ prezeniem trwalym od okolo 5 000 do okolo 14 000 kg/cm2.Sposób wedlug wynalazku umozliwia wyrób uzbrojonego betonu, który zawiera tylko okolo 10°/o uzbrojenia stalowego po¬ trzebnego w dotychczas stosowanym zela- zobetonie. Dzieki zastosowaniu drutów sta¬ lowych o wielkiej wytrzymalosci na rozcia¬ ganie mozna otrzymac w betonie sciskaja¬ ce naprezenie wstepne, dochoidzace do oko¬ lo 800 kg/cm2, które odpowiada zarazem dopuszczalnemu naprezeniu betonu na roz¬ ciaganie. Takuzbrojony beton nalezy uwa¬ zac jako beton wytrzymaly w wysokim stopniu na rozciaganie i zginanie. Poniewaz stosowane druty stalowe moga byc wytwa¬ rzane w dowolnej dlugosci, przeto mozna wytwarzac nadzwyczaj dlugie odcinki be¬ tonowe o prawie nieograniczonej dlugosci bez potrzeby spawania wkladek uzbrojenia.Sposobem wedlug wynalazku mozna latwo wytwarzac bardzo dlugie odcinki uzbrojo¬ nego betonu, np. belki, i nastepnie przepi¬ lowywac je na odcinki pojedyncze, np* bel¬ ki pojedyncze dowolnej dlugosci. Przez przepilowanie belek wlasnosci wytrzyma¬ losciowe pojedynczych odcinków nie ule¬ gaja zmianie lub pogorszeniu.Istotna zaleta sposobu wedlug wyna¬ lazku polega przede wszystkim na tym, ze mozna stosowac uzbrojenie bez zadnego za¬ kotwienia^ to znaczy, gladkie ciagnione dfruty.Dotychczas znane byly stale wysoko- stopowe, posiadajace wytrzymalosc do 120 kg/mm2. Chociaz wiedziano, ze wysoko- — 2 —uszlachetnione druty stalowe niaja wieksza wytrzymalosc na rozerwanie, to jednak uwazano, ze tak wielka wytrzymalosc, uzy¬ skiwana przez uszlachetnienie, byla tylko przejsciowa, i ze te druty nie nadawaly sie dla obciazen trwalych, gdyz zatracaly wy¬ trzymalosc wskutek zmeczenia, a oprócz tego wykazywaly pewna stala plynnosc.Wstepne próby jednak wykazaly, ze takie wysokousalachetnione druty stalowe sa ob¬ darzone wielka wytrzymaloscia trwala i dopiero przy obciazeniu ponad 80% wy¬ trzymalosci na rozerwanie zachodzi.zmniej¬ szenie wytrzymalosci i pewne plyniecie.Wedlug wynalazku wysokouszlachetnione druty stalowe moga wytrzymywac znaczne naprezenie trwale i dla tego ze wzgledu na swa wytrzymalosc nadaja sie do wyrobu betonu uzbrojonego o naprezeniu wstep¬ nym* Wynalazek opiera sie poza tym na stwierdzeniu, ze, w przeciwienstwie do pretów zelaznych lub stalowych, cienkie, silnie naprezone wstepnie druty stalowe nie wymagaja specjalnego zakotwienia. Oko¬ licznosc ta nie byla dla fachowca latwa do przewidzenia, gdyz silnie naprezone wstep¬ nie prety uzbrojenia wymagaly dotychczas specjalnego zakotwienia. Wobec tego na¬ lezalo raczej oczekiwac, ze cienkie gladkie ciagnione druty stalowe beda zbiegaly sie po skrzepnieciu betonu i po usunieciu na¬ prezenia na ich koncach, tak iz wskutek mniejszej przyczepnosci drutów przenie¬ sienie naprezenia sciskajacego na beton nie byloby mozliwe. Wstepne próby wyka¬ zaly jednak wprost przeciwnie, ze takie cienkie druty stalowe, zastosowanie jako uzbrojenie, wykazuja bardzo wielka przy¬ czepnosc, która odwrotnie dla pretów jest tak mala, ze nie wystarcza do przenosze¬ nia naprezen.Ponizej podano porównanie obliczen dla naprezen wstepnych w betonie, uzbro¬ jonym sposobem dotychczas stosowanym i sposobem wedlug wynalazku. Takie wstepne naprezenia sciskajace w betonie sa równe pózniejszej wytrzymalosci beto¬ nu na rozciaganie. Niech np.Gevx oznacza naprezenie wstepne uzbro¬ jenia stalowego przed przeniesieniem na beton, aev — naprezenie trwale dzialajace w uzbrojeniu stalowym po zniesieniu na¬ prezenia wstepnego na beton, Vx a— spadek naprezenia zachodzacy . a) wskutek sprezystego specznienia 2& betonu b) wskutek skrócenia di betonu przy skurczeniu c) wskutek skrócenia 62 betonu przez zbieganie sie, Gbv — wstepne naprezenie sciskajace wywolane w betonie, Ee, Eb — wspólczynniki sprezystosci zelaza, i betonu.Spadek naprezenia Vx w uzbrojeniach stalowych wynosi Vx == Gevx ®ev Wydluzenie 2* stali odpowiadajace spad¬ kowi naprezenia Vx wynosi Y * x ®evx ®eD Ee Ee powinno byc równe specznieniu E& betonu S& = =^ skad wynika £b ®bv &evx ®ev Eb Ee E Wprowadzajac wartosc n = =r otrzymuje sie Tl. Gbv = Gevx — Gev Równanie to podaje zwiazek pomiedzy na¬ prezeniem wstepnym aevx uzbrojenia sta¬ lowego i wstepnym naprezeniem sciskaja- — 3 —cym Qbv betonu. Widac od razu, ze je$t ono niezalezne od stopnia uzbrojenia.O ile znane sa wspólczynniki kurczenia sie, zbiegania sie i sprezystosci dla danego betonu to mozna obliczyc maksymalne sci¬ skajace naprezenie wstepne Qbv dla beto¬ nu, niezaleznie od przekroju betonu.W równanie nalezy wówczas wstawic war¬ tosc granicy na rozciaganie aes dla oavx i wartosc Qev trwalego naprezenia stali.Róznica aes — Gev stanowi wartoscs padku naprezenia.Równanie najwiekszego mozliwegp wstepnego naprezenia sciskajacego betonu jest wówczas nastepujace: Ges — Gev ^1 + G2 3bv max= =r tLe 1 Eb Eb Pierwsza czesc prawej strony równania podaje wartosc wstepnego naprezenia sci¬ skajacego' betonu bez uwzglednienia zja¬ wiska kurczenia sie i zbiegania sie. W po¬ zostalej czesci równania uwzgledniona jest wartosc kurczenia sie i zbiegania sie.Biorac na uzbrojenie prety ze zwyklej stali konstrukcyjnej o granicy rozciagliwo¬ sci ves = 2 400 kg/cm2, dopuszczalnym naprezeniu ae0 = 1 200 kg/cm2, oraz be¬ ton, którego Eb = 140 000 kg/cm2, wspól¬ czynnik skurczenia sie Si = 0,0005 cm/cm i wspólczynnik zbiegania sie & = 0, otrzy¬ muje sie najwieksze osiagalne wstepne na¬ prezenie sciskajace w betonie przy naj¬ wiekszym mozliwym naprezeniu wstepnym ves uzbrojenia: cs&ymax=10 kg/cm2.Gdy dla tego samego betonu zastosuje sie wysoikowartosciowa stal konstrukcyjna o granicy ciagliwosci aes =3 600 kg/cm2 i oev — 1 800 kg/cm2, to otrzymuje sie ma¬ ksymalne wstepne naprezenie sciskajace w betonie cbv max = 50 kg/cm2.W uzbrojeniu z pretów ze stali o naj¬ wyzszej wytrzymalosci (stali chroinoniklo- wej), o wytrzymalosci pa rozerwanie H 000 — 12 000 kg/cia2 i granicy ciagliwo¬ sci oee = 8 000 kg/cm2 oraz aeo = 4 000 kg/cm2, otrzymuje sie dla tego samego be¬ tonu, przy uwzglednieniu wspólczynnika zbiegania sie betonu 62 = 0,003 cm/cm, najwieksze wstepne naprezenie sciskajace Gbv max = 153 kg/cm2.Nalezy zaznaczyc, ze takiego najwiek¬ szego wstepnego naprezenia sciskajacego w betonie nie mozna zwiekszyc przez zwiekszenie ilosci wkladek uzbrojenia lub zmniejszenie przekroju betonu.Dla porównania obliczonego wyzej wstepnego naprezenia sciskajacego w be¬ tonie podane jest ponizej maksymalne wstepne naprezenie sciskajace w betonie, otrzymane przy uzyciu uzbrojenia z dru¬ tów stalowych wedlug wynalazku, dla któ¬ rych aes =24000 kg/cm2 i aw = 1200 kg/cm2, gdy takie naprezone wstepnie druty sa wpuszczone do betonu bardzo wytrzyma¬ lego na sciskanie, którego wspólczynnik skurczenia di = 0,0004 cm/cm i wspólczyn¬ nik zbiegania 62 = 0,0004 cm/cm. Przy tych danych otrzymuje sie najwieksze wstepne naprezenie sciskajace w betonie: a&y max = 688 kg/cm2.Dla betonu bardzo wysokowartoscio- wego, którego wspólczynnik sprezystosci Eb jest nieco wiekszy od 140 000, mozna otrzymac najwieksze wstepne naprezenie sciskajace wartosci okolo 800 kg/cm2.Jak podlano wyzej, druty stalowe we¬ dlug wynalazku moga byc wpuszczone w beton bez zadnego zakotwienia, Okolicz¬ nosc, ze silnie naprezony drut przenosi swe naprezenie na beton, mozna wyjasnic tym, ze w porównaniu do pretów przy uzy¬ ciu licznych stosunkowo cienkich drutów otrzymuje sie bardzo wielka powierzchnie.Oprócz tego przy rozcinaniu naprezonych — 4 —drutów nastepuje zwiekszenie srednicy drutu wskutek rozszerzenia poprzecznego, co powoduje docisk drutów stalowych do betonu. Tarcie pomiedzy drutem i beto¬ nem, powstajace wskutek tych sil sciskaja¬ cych, nie pozwala na wciagniecie drutów, jak to wynika z nastepujacego oblicze¬ nia.Niech np. c/o oznacza srednice drutu naprezonego wstepnie, di — zwiekszona srednice drutu po spadku naprezenia, m&, me — liczby Poissona dla betonu i stali.Zwiekszenie srednicy drutu od c/o do di wywoluje w betonie naprezenie sciskajace _ TUb . Eb Gevx — Gev TUb T 1 £e me — Gevx Opór tarcia Rx na 1 cm dlugosci drutu wynosi Ri = / . ovo . U, gdzie / — wspólczynnik tarcia pomiedzy stala i betonem i U — obwód drutu.Biorac dla przykladu / = 0,25; mb = 6; me "= 3; Eb = 300 000; Ee = 2 100 000; om = 15 000 kg/cm2; a„ = 12 000 kg/cm2, wówczas X = 33 d, a przy trzykrotnym bezpieczenstwie przed poslizgiem L=100d.Dlugosci przyczepne X wzglednie L sa wobec tego nastepujace: d = 1 mm X = d = 3 mm X = d = 5 mm X = d = 10 mm X = d = 20 mm X = 3,3 cm L = 10,0 cm L = 16,5 cm L = 33,0 cm L — 66,0 cmi - 10 cm 33 cm 50 cm 100 cm 200 cm Z tego porównania widac, ze zakotwie¬ nia koncowe w drutach cienkich stalowych Opór tarcia dla dlugosci przyczepnej drutu stalowego otrzymuje sie z równan x = l R2 = I / . ovox .U .dx x — o X r Gevx ^eu T" 7716 •iLb ^ rrtb + 1 Ee. me — oevx Sila ciagnienia dzialajaca wewnatrz be¬ tonu w drucie wynosi Z = F . aev Gdy R jest wieksze od Z, to wciaganie drutu nie jest mozliwe. Dlugosc przyczep¬ na obliczona jest wobec tego z nastepuja¬ cego równania: o grubosci wedlug wynalazku od 0,5 di najwyzej 5 mm, moga byc niepotrzebne, natomiast sa konieczne w drutach i pretach grubszych niz 5 mm, gdyz wtedy dlugosc przyczepna bylaby zbyt wielka.Przy zastosowaniu sposobu wedlug wy¬ nalazku uzywa sie betonu bardzo wytrzy¬ malego na sciskanie, o wytrzymalosci na sciskanie od 400 — 1 200 kg/cm2, dla osiag¬ niecia czego beton zostaje zgeszczony przez zastosowanie drobnoziarnistych materialów wypelniajacych i wysokowartosciowych ce¬ mentów specjalnych, przy zastosowaniu wstrzasania, zwlaszcza przy wielkiej cze¬ stotliwosci drgan 50 — 150 okr/sek. Za¬ kladajac powyzsze wartosci, otrzymuje sie najwyzsze naprezenie sciskajace pomiedzy drutem i betonem na swobodnym koncu \ = 2.E U TUb + 1 (Ee . me — Gev) TUb 2 Oe — 0« — 5 —drutu, wynoszace ^roo *= 615 kg/cm2, na¬ tomiast ku wewnatrz dlugosci drutu napre¬ zenie to spada do pewnej nizszej wartosci i na koncu dlugosci przyczepnej ^ wynosi jeszcze oro —- 123 kg/cm2. Naprezenia sci¬ skajace betonu sa niezalezne od srednicy drutu i te same dla kazdej grubosci drutu.Druty uzbrojenia wedlug wynalazku sa naprezane wstepnie za pomoca dowolnych srodków, np kolowrotów, pizy czym dru¬ ty, w zaleznosci od celu zastosowania, na¬ preza sie pojedynczo lub tez laczy sie w grupy, np. w postaci liny. Druty poddaje sie wysokiemu naprezeniu wstepnemu, któ¬ re jest tak wielkie, ze zachodzi sprezysta zmiana dlugosci drutu, wynoszaca 3 — 10 mm na 1 m. b.Przyczepnosc przy uzyciu cienkich dru¬ tów stalowych jest bardzo wielka i nie za¬ nika nawet wskutek drgan wlasnych, jak w przypadku pretów, gdyz druty maja zbyt maila mase. Poniewaz dlugosc przyczep¬ na, potrzebna do przeniesienia naprezenia wstepnego, jest bardzo mala przy zastoso¬ waniu drutów cienkich, przeto wieksze jed¬ nostki betonowe, wykonane sposobem we¬ dlug wynalazku, np. belki lub plyty, moga byc przepilowane na male wzglednie krót¬ kie odcinki. Poniewaz beton wykonany sposobem wedlug wynalazku zawiera licz¬ ne cienkie dfuty, przeto plastyczne od¬ ksztalcenie betonu podczas przenoszenia naprezen jest zmniejszone do minimum i uzyskuje sie zazwyczaj jednorodny ma¬ terial konstrukcyjny, który zachowuje sie podobnie jak zelazo.Wspomniane wyzej bardzo male roz¬ ciaganie rozrywajace ciagnionych drutów stalowych, wynoszace 2 — 5°/o, powoduje to, ze beton uzbrojony cienkimi drutami zachowuje sie sprezyscie prawie az do ro¬ zerwania, jak beton calkowicie sprezysty, który moze byc naprezany do póltorakrot- nego dopuszczalnego obciazenia bez oba¬ wy powstania rys. W przeciwienstwie do znanego zelazobetonu proces rozrywania nie nastepujje nagle, lecz przed tym wyste¬ puje latwo widoczne znaczne przegiecie przy naprezeniach zginajacych, wieksze okolo dziesieciokrotnie niz w zelazobetonie dotychczas stosowanym, przy czym wtedy dopiero powstaja rysy w betonie. Skoro tylko obciazenie zmniejszy sie, rysy te za¬ mykaja sie, a przegiecie szybko zanika.Beton uzbrojony, wykonany wedlug wyna¬ lazku, daje wiec wieksze bezpieczenstwo, gdyz moze byc obciazony bez szkody pra¬ wie db obciazenia zrywajacego.Jak stwierdzono doswiadczalnie, beton uzbrojony, wykonany sposobem wedlug wynalazku, moze latwo wytrzymywac znaczne i zmienne naprezenia trwate (na¬ prezenia drgajace) w przeciwienstwie do zelazobetonu dotychczas stosowanego. Be¬ ton wedlug wynalazku wykazuje równiez trwala wytrzymalosc na naprezenia dyna¬ miczne i moze byc stosowany tam, gdzie zelazobeton byl dotychczas nieuzyteczny.Sposób wedlug wynalazku moze byc zasto¬ sowany do wszelkich konstrukcji betono¬ wych. Za pomoca sposobu wedlug wyna¬ lazku mozna wykonywac nowoczesne bu¬ dowle jak równiez hale i mosty o wielkiej rozpietosci, co dotychczas bylo niewyko¬ nalne.Specjalna role odgrywa beton elastycz¬ ny jako nowe tworzywo w przemysle przed¬ miotów betonowych. Dzieki wynalazkowi mozna wytwarzac belki dowolnego ksztal¬ tu i dlugosci, które moga zastapic belki ze¬ lazne w budownictwie. Mozna równiez wy¬ twarzac wszelkiego rodzaju plyty oraz zu¬ pelnie nowe przedmioty, dotychczas z be¬ tonu niewylkonalne. Rury wodociagowe i zbiorniki pod cisnieniem moga byc wy¬ twarzane na najwieksze cisnienia we¬ wnetrzne do okolo 200 atm. Sa one tak elastyczne i trwale, ze w betonie nie moga wystapic rysy. Tak samo mozna wytwa¬ rzac podklady kolejowe o bardzo wielkiej, trwalej wytrzymalosci, lepsze od podkla¬ dów zelaznych. — 6 — PL