Sprężenie słupów osiowo ściskanych

Sprężenie slupów osiowo ściskanych może odpowiadać trojakiej koncepcji teoretycznej:
1) zastosowanie uzbrojenia poddanego wstępnemu ściskaniu,
2) zastosowanie uzwojenia wstępnie naprężonego,
3) zastosowanie sprężenia podłużnego, wywołującego wstępne ściskanie elementu (program uprawnienia budowlane na komputer).

Koncepcje te pojawiły się w podanej tu kolejności, odpowiadającej równocześnie rosnącej trudności interpretacji teoretycznej, a także rosnącemu znaczeniu praktycznemu.
Zastosowanie uzbrojenia wstępnie ściskanego zostało zaproponowane przez K. Billiga; prowadziło ono do wywołania wstępnych naprężeń rozciągających w betonie’), powodujących z kolei zmniejszenie późniejszych naprężeń ściskających. Elementy takie mogą być zrealizowane np. przez użycie uzbrojenia w formie rurek o zewnętrznej powierzchni zapewniającej dostateczną przyczepność do betonu, które są wstępnie ściskane np. za pomocą przewleczonych przez nie wstępnie napiętych cięgien i następnie zabetonowane. Usuwając cięgna po stwardnieniu betonu wywołuje się rozprężenie rurek i wstępne rozciąganie betonu (program uprawnienia budowlane na ANDROID). Jeśli dokona się tego po pionowym ustawieniu i ewentualnie pewnym wstępnym (stałym) obciążeniu słupa, to naprężenia rozciągające w betonie nie mogą wystąpić i następuje tu jedynie redukcja naprężeń ściskających. Należy zauważyć, że wskutek pełzania betonu również w zwykłych słupach żelbetowych zachodzi z biegiem czasu redukcja naprężeń ściskających w betonie (kosztem wzrostu ściskania stali), wobec czego korzyści wstępnego rozprężenia polegają głównie na obniżeniu początkowego „szczytu” naprężeń. Z tej przyczyny, jak również z powodu trudności realizacyjnych elementy takie nie rozpowszechniły się w praktyce.

Pomysł zastosowania słupów sprężonych poprzecznie za pomocą naciągniętego uzwojenia pochodzi od W. Olszaka, który opracował także teoretycznie to zagadnienie przy uwzględnieniu wytrzymałości doraźnej betonu, jak również w ujęciu reologicznym. Element taki można wykonać np. betonując slup w „płaszczu” z uzwojenia odpowiednio uszczelnionego (np. umieszczonego na warstwie cienkiej blachy) i poddając świeży beton wstępnemu naciskowi w kierunku podłużnym (najlepiej wykonać to w czasie wibrowania). Wskutek tego beton „rozpycha” uzwojenie wywołując jego naprężenie. Utrzymując przez pewien czas nacisk podłużny możemy doprowadzić do twardnienia betonu w stanie trójstronnej kompresji (wskutek nacisku podłużnego i poprzecznej reakcji uzwojenia), prowadzącej do polepszenia jego własności wytrzymałościowych (uprawnienia budowlane).

Słupy uzwojone

Słupy uzwojone wykazują wzrost nośności (w stosunku do nieuzwojonych) odpowiadający wyższej wytrzymałości na ściskanie betonu w stanie ucisku trójstronnego. Wzrost wytrzymałości jest tym znaczniejszy, im bardziej naprężenie ściskające w kierunku poprzecznym zbliża się do wartości naprężenia w kierunku podłużnym, i może być wyrażony w przybliżeniu np. zależnością liniową ważną w zakresie 0 < p < 0,5 R, gdzie R’ oznacza wytrzymałość betonu przy współdziałaniu naprężeń poprzecznych p (program egzamin ustny).
W przypadku słupów żelbetowych efektywność uzwojenia jest ok. 3-krotnie większa niż uzbrojenia podłużnego, co potwierdzają liczne doświadczenia. Przy wstępnym naprężeniu uzwojenia efektywność ta może być jeszcze znacznie większa. Według A. G. Maney’a, który przeprowadził badania doświadczalne takich elementów, rdzeń betonowy uzwojony wytrzymywał nacisk pionowy
ok. 5800 kG/cm2 przy nacisku bocznym rzędu 1400 kG/cm (opinie o programie).

Wskazuje to na bardzo obiecujące perspektywy rozwoju tego rodzaju elementów, aczkolwiek dotąd technologia produkcji słupów sprężonych poprzecznie i analiza ich efektywności ekonomicznej nie została bliżej opracowana.
Zastosowanie elementów sprężonych podłużnie (o naprężeniach wstępnych ściskających) do słupów osiowo ściskanych opiera się na stwierdzonym doświadczalnie fakcie, że nośność takich słupów jest na ogół wyższa od sumy nośności elementów składowych (betonu i stali) (segregator aktów prawnych).

Zjawisko to zostało wykryte przez T. Kluza i potwierdzone jego licznymi badaniami doświadczalnymi, jak również badaniami przeprowadzonymi w Czechach. Wzrost nośności waha się w dość szerokich granicach i wynosi w sprzyjających warunkach 30% i więcej. Równocześnie ze wzrostem nośności stwierdzono zmniejszenie od- kształcalności w kierunku podłużnym (promocja 3 w 1).