При изготовлении сборно-монолитных конструкций особенно важно применять безусадочные и слабонапрягающиеся бетоны, получение которых не представляет трудностей, особенно когда в распоряжении строителей имеются вибропомольные агрегаты.
В настоящее время сильно возрос интерес к конструкциям, армированным предварительно напряженными элементами. В 1952 г. по проекту Н. А. Калашникова в СССР был построен сборно-монолитный мост. Ученые Т. Клюз, Г. Козак, Г. Влажда, Г. Гжегожевский и др. успешно применяют в качестве арматуры и опалубки железобетонных конструкций предварительно напряженные бруски и доски.
Существенный вклад в дело исследования железобетонных конструкций, армированных предварительно напряженными элементами, внесли С. Н. Медведев и Э. Г. Ратц, изучающие конструкции с мелкими предварительно напряженными брусками, и О. В. Михайлов, изучающий крупные сборно-монолитные конструкции гидротехнических сооружений.
Таким образом, открываются большие перспективы для широкого внедрения в строительство нового вида железобетона, армированного предварительно напряженными элементами. Сборно-монолитные конструкции, в частности, использованы в строительстве здания генераторов Куйбышевгидростроя. Внедрение такого вида армирования для сборно-монолитных конструкций в дорожном и аэродромном строительстве и при сооружении крупных фундаментов под машины и здания, в подпорных стенах берегоукрепительных сооружений и различных пространственных системах позволит достигнуть большой экономии стали и снижения стоимости железобетона.
Особый интерес представляют возникшие совсем недавно самонапряженные конструкции. Трудно пока представить в полной мере все возможности, которые возникают в связи с появлением напрягающего вяжущего — цемента (НЦ), способного при твердении напрягать арматуру конструкции и создавать объемное предварительное напряжение конструкции. Вследствие свойства полной непроницаемости для жидкостей самонапряженные конструкции в первую очередь найдут применение в напорных трубах, резервуарах и других сооружениях для хранения и транспортирования жидкостей и газов. Однако, по видимому, область применения самонапряженных конструкций гораздо шире, что вытекает из особых свойств, которые приобретаются конструкцией с объемным предварительным напряжением.
Идя по этому пути, можно представить конструктивное решение любого гидротехнического сооружения, в том числе и здания ГЭС, позволяющее перейти к сборке в котловане предварительно напряженной железобетонной армирующей оболочки заводского изготовления с последующим омоноличиванием ее полостей бетоном низкой (или средней) прочности. При этом предлагаются три разновидности подобных армирующих элементов:
а) для фундаментных плит, работающих часто в двух взаимно- перпендикулярных направлениях, — предварительно напряженные железобетонные решетки. Нижняя решетка плиты укладывается непосредственно на бетонную подготовку; ячейки её используются как гнезда, в которые устанавливаются бетонные столбы, поддерживающие верхнюю решетку плиты. Последняя крепится на этих столбах и может рассматриваться как своего рода эстакада, по которой целесообразно организовать движение механизмов для подачи бетона;
б) для образования вертикальных стен сооружения и бычков — ребристая предварительно напряженная железобетонная плита, имеющая рабочую арматуру в ребрах. Эта плита, армирующая монолитный бетон, является для него одновременно и опалубкой. Такие плиты, связанные предварительно напряженными железобетонными рамами попарно в пространственный короб, образуют при установке друг на друга по высоте армирующую оболочку вертикальных элементов сооружения, заполняемую монолитным бетоном;
в) для восприятия главных растягивающих усилий — соединительные рамы с достаточным числом предварительно напряженных линейных элементов, размещение которых производится подобно расстановке хомутов в соответствии с расчетом.
В СССР ведутся работы по изысканию ряда новых систем, расширяющих, возможность применения предварительного напряжения в массивных конструкциях, в гидротехнических сооружениях, а также в сооружениях больших пролетов и высот. Остановимся на сборно-монолитных объемно предварительно напряженных и самонапряженных конструкциях.
В 1947 г. в б. ЦНИПС (В. В. Михайлов) была предложена система предварительно напряженной железобетонной конструкции в виде монолитного бетона, не имеющего предварительного напряжения, в который заложены отдельные заранее заготовленные предварительно нпряженные железобетонные элементы (сердечники). Арматура в сердечниках расположена либо внутри, либо снаружи элемента для улучшения связи с ненапрягаемым монолитным бетоном. Такая конструкция должна рассматриваться как железобетонная, армированная в любом месте и направлении предварительно на-пряженной арматурой, которая под нагрузкой работает неразрывно с монолитным бетоном.
В 1949 г. в б. ЦНИПС (А. А. Татарин, Ф. Е. Гитман) проведено испытание одной балки железобетонного сборно-монолитного моста пролетом 18 м. Растянутая зона балки со-стояла из четырех предварительно напряженных элементов. Испытание подтвердило надежную совместную работу монолитного бетона с бетоном предварительно напряженных элементов вплоть до разрушения, которое произошло в результате раздавливания бетона сжатой зоны балки.
При решении практических вопросов армирования гидротехнических сооружений предварительно напряженными элементами инж. Г. X. Гольцман (институт Московский гидропроект) приходит к выводу, что в сборно-монолитных сооружениях должны применяться плоские армирующие элементы, которые укрупняют в монтажные марки, обладающие пространственной жесткостью, с тем, чтобы железобетонный армирующий каркас служил одновременно подмостями, а закладные элементы входили в состав его арматурного каркаса целиком или участками без специального устройства штраб для установки предварительно напряженной арматуры.
В СССР развитие автодорожного и железнодорожного мостового строительства идет по пути заводского изготовления элементов полносборных пролетных строений, которые доставляют на место строительства и монтируют специальным монтажным крановым оборудованием.
Сборные предварительно напряженные элементы мостов для авто-эстакады 22,2 м перекрывали предварительно напряженными балками коробчатого сечения. Высокопрочную арматуру укладывали на дно коробки и после натяжения бетонировали. Объем предварительно напряженных конструкций, употребленных на строительство моста, составлял 10 000 ж3.
В качестве примера постройки предварительно напряженного путепровода через железную дорогу можно указать на эстакаду длиной 289 м, являющуюся образцовым сооружением из предварительно напряженных элементов.
В южных районах страны, богатых пемзой и туфом, применяются предварительно напряженные мосты из легкого железобетона. Таким образом, предварительное напряжение широко внедряется на строительстве железных и шоссейных дорог СССР.
Для железных дорог и трамвайных путей используются предварительно напряженные шпалы брускового типа. Однако такие шпалы не всегда удовлетворяют требованиям все возрастающей скорости движения подвижного состава, условиям эксплуатации дорог и особенностям массового заводского производства шпал. В связи с этим разработана новая конструкция в виде шпалолежня, на который железнодорожный рельс опирается как на сплошную подушку. Шпалолежень армирован непрерывной нитью проволоки диаметром 5 мм, заменяет четыре обычных шпалы и может изготовляться на автоматически действующем оборудовании. Разработаны также гибкие шпалолежни для трамвайных путей с малым расходом высокопрочной непрерывной проволоки (9,6 кг на шпалолежень), показавшие хорошие эксплуатационные качества.
Дальнейшее -развитие конструкции железобетонных шпал представляется в направлении различных укрупненных систем с непрерывным армированием и создает условия для полной автоматизации производственных процессов изготовления.
Переход на наиболее выгодные очертания и формы конструктивных элементов особенно четко выразился в развитии предварительно напряженных железобетонных мостов.
На Кубе через р. Хименгуэтья построен предварительно напряженный двухконсольный мост пролетом 96 м , строительная высота которого посередине составляет Vso пролета. Сечение моста — коробчатое с толщиной стенок и сжатой полки по 200 мм и нижней полки всего 150 мм. Очень легок и ажурен другой построенный там мост на автостраде Гаванна — Варадеро через р. Бакунаягуа. В США ведется большое строительство мостов на автострадах. Конструкция типового моста состоит из продольных: тонкостенных двутавровых балок, армированных оттягиваемой на опорах кверху прядевой арматурой. После установки на место и размещения диафрагм балки стягивают в поперечном направлении стержневой или пучковой арматурой, в результате этого создается трехосное напряженное армирование пролетного строения в целом.
Представляет интерес конструкция пролетного строения самого длинного в мире моста (38,5 км), построенного через озеро Пончертрейн в США. Мост выполнялся из трех видов сборных деталей, которые изготовлялись на заводе сборного железобетона на берегу и доставлялись на плаву к месту установки. Мост с 2246 пролетами смонтировали из деталей этих трех типоразмеров за полтора года. Предварительно напряженное пролетное строение весом 185 т, длиной 17 м и шириной 9,1 м является первой главной деталью моста, второй — насадка и третьей — две полые сваи длиной 35 м, диаметром 1340 мм и толщиной стенки 100 мм. Сваи составляли из отдельных звеньев центробежных труб длиной 5 м, снабженных в стенках каналами для пропуска пучковой арматуры. Семь звеньев труб склеивали эпоксидным клеем и стягивали в целую сваю 12 пучками ар-матуры. Подобные сваи имеют очень большое распространение и их изготовляют длиной до 50 м.