それは土木技師にとって最も重要な質問であると考えられているので、すべての土木技師はこの質問に対する答えを知っていなければなりません。
プレストレストコンクリートは建築の最も重要な部分の1つであり、あなたはそれについて適切な知識を持っていなければなりません。 それを詳細に理解しましょう。
プレストレストコンクリート構造体は、使用前に構造体に初期荷重がかかるため、従来の鉄筋コンクリート構造体とは異なります。 初期荷重または初期応力は、構造体がその使用期間中に発生する応力に対抗できるようにするために適用されます。 構造物のプレストレスは19世紀後半に導入されました。 プレストレスの概念は、コンクリートへの適用の前に存在していました。
プレストレストコンクリートの開発前のプレストレスの2つの例が提供されています
木製の樽に金属製のバンドを圧入する金属製のバンドは、初期のフープ圧縮状態を引き起こし、樽内の液体の充填によって生じるフープの張力を打ち消します。
自転車の車輪のスポークにプレテンションをかける。 自転車の車輪のスポークのプレテンションは、スポークには常に残留テンションが存在する程度に適用されます。
コンクリートでは、以下の理由で内部応力が（通常は張力鋼によって）引き起こされます。 コンクリートの引っ張り強度は、その圧縮強度の約8〜14％にすぎません。 亀裂は、梁やスラブなどの曲げ部材への荷重の初期段階で発生する傾向があります。 このようなクラックを防止するために、垂直方向に圧縮力を適切に加えることができる。 プレストレスは曲げ部材の曲げ、剪断およびねじり容量を高める。 パイプや液体貯蔵タンクでは、フープの引っ張り応力は円形のプレストレスによって効果的に打ち消されます。
次のスケッチは、プレストレスの適用を説明しています。
コンクリート化する前に、軟鋼棒を配置して引き伸ばす
図 - 軟鋼棒によるコンクリート梁のプレストレス
軟鋼棒を引き伸ばし、その周りにコンクリートを流し込みます。 コンクリートの硬化後、ロッドの張力が解放されます。 ロッドは元の長さを取り戻そうとしますが、これは鋼が接着されている周囲のコンクリートによって防止されます。 このようにして、コンクリートは今や実質的に圧縮前の状態にある。 次の図に示す荷重から生じるような引っ張り応力に対抗することができます。
しかし、プレストレスの初期の試みは完全には成功しませんでした。 プレストレスの効果は時間とともに減少することが観察された。 メンバーの耐荷重能力は限られていました。 持続的な負荷の下で、メンバーは失敗することがわかりました。 これは以下の理由による。 コンクリートは時間とともに収縮します。 さらに持続荷重下では、コンクリート中のひずみは時間の経過と共に増加する。 これはクリープひずみとして知られています。 クリープおよび収縮による長さの減少は、埋設鋼にも適用可能であり、その結果、引張歪みが大幅に減少する。
プレストレス鋼の形態
ワイヤー - プレストレスワイヤーは鋼鉄から成っている単一の単位です。
ストランド - ２本、３本または７本のワイヤを巻いてプレストレスストランドを形成する。
腱 - 一群のストランドまたはワイヤが巻かれてプレストレス腱を形成する。
ケーブル - 一群の腱がプレストレスケーブルを形成します。
棒 - 腱は単一の棒鋼で作ることができます。 棒の直径はワイヤーのそれよりはるかに大きいです。
コンクリート - 鋼界面の性質
結合腱 - プレストレス腱とコンクリートの間に十分な結合がある場合、それは結合腱と呼ばれます。 プレテンションおよびグループ化ポストテンション腱は、緊縛腱です。
非接着腱 - プレストレス腱とコンクリートの間に接着がない場合、それは非接着腱と呼ばれます。 ポストテンション後にグラウトが塗布されていない場合、腱は結合していない腱です。 荷重の段階プレストレス部材の解析は、荷重の段階によって異なります。
積込みの段階は以下の通りです。
1）初期：2つの段階に細分することができます。
a）鋼鉄の張り中
b）プレストレスのコンクリートへの移行時。
2）中級：これにはプレストレスト部材の輸送中の荷重が含まれます。
3）最終：それは2つの段階に細分することができます。
a）稼働中、稼働中。
b）究極の、極端な出来事の間の
プレストレスの利点
コンクリートのプレストレスは、プレストレスのない従来の鉄筋コンクリート（RC）と比較していくつかの利点があります。 完全プレストレストコンクリート部材は通常、耐用年数の間に圧縮を受ける。 これはコンクリートのいくつかの欠陥を修正します。 以下の本文では、プレストレストコンクリート部材と同等のRC部材の利点について概説しています。 それぞれの効果について、利点がリストされています。
このセクションは、サービス負荷がかかっても解錠されません。
鋼材腐食の低減耐久性が向上します。
全セクションが利用されている
慣性モーメントが高い（剛性が高い）
変形が少なくなります（保守性が向上します）。
せん断能力を上げます。
圧力容器、液体保持構造での使用に適しています。動的および疲労荷重下での性能（弾力性）の向上。
高いスパン/深さの比率プレストレス（橋、大きな柱のないスペースがある建物）で可能な広い範囲スラブのスパン/深さの比率の典型的な値を以下に示します。
プレストレストなしスラブ28：1プレストレストスラブ45：1同じスパンでは、RC部材よりも奥行きが小さくなります。
自重の軽減
細い部分によるより審美的な魅力
より経済的なセクション
プレキャスト建築に適しています
プレキャスト構造の利点は以下の通りです。
ラピッドコンストラクション
より良い品質管理
繰り返し施工に適したメンテナンス工数の削減型枠の多用。
型枠の削減
標準形状の入手可能性
ポストテンション
プレストレスシステムは長年にわたって開発されており、さまざまな企業が自社製品の特許を取得しています。 システムの詳細情報は、企業が発行する製品カタログおよびパンフレットに記載されています。 IS 1343：1980のセクション12にプレストレスの一般的なガイドラインがあります。このセクションに記載されている情報はシステムの基本概念に重点を置いて、本質的に紹介です。 プレストレス付与システムおよび装置は、２種類のプレストレス付与、プレテンション付与およびポストテンション付与について別々に記載されている。 このセクションではポストテンションについて説明します。 予張力システムおよび装置は、予張力をカバーする。 ポストテンションでは、コンクリートの硬化後に張力が腱に加えられます。 次に、ポストテンションの段階について説明します。
ポストテンションの段階
ポストテンションシステムでは、腱（またはストランド）用のダクトは、コンクリートの打設前に鉄筋とともに配置されます。 腱は、コンクリートの打設後にダクト内に配置されます。 ダクトは、緊張作業中にコンクリートと腱との間の接触を防止する。 プレテンションとは異なり、腱は硬化したコンクリートに対して作用する反作用で引っ張られます。ダクトがグラウトで充填されている場合、それは結合ポストテンションとして知られています。 グラウトは、適切な混和剤を含有する生のセメントペーストまたは砂セメントモルタルである。
アンボンドポストテンションでは、その名が示すように、ダクトは決してグループ化されておらず、腱は端の固定部分によってのみ緊張状態に保たれています。 次の図は、グラウトを付けたポストテンション部材の概略図を示しています。ダクトの形状は、サポート条件によって異なります。 単純に支持された部材の場合、ダクトは端部間に垂れ下がった輪郭を有する。 連続部材の場合、ダクトはスパン内で垂れ下がり、支持体を覆います。
ポストテンション操作の様々な段階は以下のように要約される。
コンクリートの打設
腱の配置
固定ブロックとジャッキの配置腱への張力の適用
くさびの座席。
腱の切断
鉄筋コンクリート（ＲＣ）は、コンクリートの比較的低い引張強度および延性が、より高い引張強度または延性を有する補強材を含むことによって相殺される複合材料である。 補強材は、必ずしもそうとは限らないが通常鋼鉄製の鉄筋（鉄筋）であり、通常、コンクリートが固まる前にコンクリートに受動的に埋め込まれる。 補強方法は一般に、容認できない亀裂および／または構造破壊を引き起こす可能性があるコンクリートの特定領域における引張応力に耐えるように設計されている。 現代の鉄筋コンクリートは鉄筋と一緒かどうかにかかわらず、鋼、ポリマーまたは代替の複合材料から作られた様々な補強材料を含むことができます。 鉄筋コンクリートは、作業荷重下での最終構造物の挙動を改善するために、永久的に（張力がかかっている）応力を受ける可能性があります。 米国では、これを行う最も一般的な方法は、プレテンションおよびポストテンションとして知られています。
強くて延性があり耐久性のある構造のためには、補強材は少なくとも以下の特性を有する必要がある。
相対強度が高い
引張ひずみに対する高い許容度
pH、水分、および同様の要因に関係なく、コンクリートとの接着性が良好です。
熱的適合性、温度変化に応じて許容できないほどの応力を生じない。
腐食や持続応力に関係なく、コンクリート環境での耐久性
建設での使用
建設中のサグラダ・ファミリアの屋根の鉄筋（2009）
・スラブ、壁、梁、柱、基礎、フレームなど、さまざまな種類の構造や構造のコンポーネントを鉄筋コンクリートを使用して構築できます。
鉄筋コンクリートは、プレキャストコンクリートまたは場所打ちコンクリートとして分類できます。
最も効率的なフロアシステムを設計および実装することは、最適な建物構造を作成するための鍵となります。 フロアシステムの設計を少し変更するだけで、材料費、施工スケジュール、最終強度、運用コスト、占有レベル、および建物の最終用途に大きな影響を与える可能性があります。
補強なしでは、コンクリート材料で近代的な構造を構築することは不可能でしょう。
主な特徴
3つの物理的特性が鉄筋コンクリートにその特別な性質を与えます
コンクリートの熱膨張係数は鋼鉄のそれに似ており、熱膨張または収縮の違いによる大きな内部応力を排除します。
コンクリート内のセメントペーストが硬化すると、これは鋼の表面の細部に適合し、あらゆる材料間で応力を効率的に伝達することができます。 通常、鉄筋は、コンクリートと鋼との間の結合または凝集をさらに改善するために粗面化または波形化されている。
硬化セメントペーストに含まれるアルカリリザーブ（KOH、NaOH）とポルトランダイト（水酸化カルシウム）によってもたらされるアルカリ性化学的環境により、鋼の表面に不動態化皮膜が形成され、それが耐腐食性よりはるかに強くなります。中性または酸性の条件にあります。 セメントペーストが空気にさらされて気象水が大気中のCO2と反応すると、硬化したセメントペーストのポルトランダイトおよびケイ酸カルシウム水和物（CSH）は徐々に炭酸化され、高いpHは13.5〜12.5から8.5に徐々に低下します。方解石（炭酸カルシウム）および鋼と平衡状態にある水の量はもはや不動態化されていない。
経験則として、桁違いのアイデアを与えるためだけに、鉄鋼は11以下のpHで保護されていますが、鉄鋼の特性やコンクリートが炭酸化されたときの局所的な物理化学的条件によっては10以下で腐食し始めます。 塩化物の浸入に伴うコンクリートの炭酸塩化は、コンクリート中の鉄筋の破損の主な理由の1つです。
一般的な鉄筋コンクリートに必要な鋼の相対断面積は通常非常に小さく、ほとんどの梁とスラブの1％から一部の柱の6％まで変化します。 鉄筋は通常、断面が円形で直径が異なります。 鉄筋コンクリート構造物には、湿気や湿度を制御するために換気中空コアなどの条項がある場合があります。
垂直鉄筋コンクリート要素の断面に沿ったコンクリートの（鉄筋にもかかわらず）強度特性の分布は不均一である
梁の補強と用語
2つの交差する梁は、鉄筋とその下にあるガレージレベルの天井照明を設置するために必要な配線、接続箱、その他の電気部品の両方を含む、駐車ガレージスラブに不可欠です。
ビームは曲げモーメントの下で曲がり、その結果小さな曲率が得られます。 曲率の外面（引張面）では、コンクリートは引張応力を受け、内面（圧縮面）では、コンクリートは圧縮応力を受けます。
一重補強梁は、コンクリート要素が引張面の近くでのみ補強され、引張鋼と呼ばれる補強材が張力に耐えるように設計されている梁です。
二重補強梁は、引張補強に加えてコンクリート要素が圧縮面近くで補強されて、コンクリートが圧縮に抵抗するのを助ける。 後者の補強は、圧縮鋼と呼ばれています。 コンクリートの圧縮ゾーンが圧縮モーメント（ポジティブモーメント）に耐えるには不十分な場合、建築家が断面の寸法を制限する場合は、追加の補強材を用意する必要があります。
鉄筋が不足しているとは、引張鉄筋の引張能力がコンクリートと圧縮鋼材の合計圧縮容量よりも小さいものです（引張面で鉄筋不足）。 鉄筋コンクリート部材が増加する曲げモーメントを受けると、引張鋼は降伏するが、コンクリートはその最終的な破壊状態には到達しない。 テンションスチールが降伏して伸びると、「補強不足」のコンクリートも延性的に降伏し、最終的な破壊の前に大きな変形と警告を示します。 この場合、鋼の降伏応力が設計を左右します。
過剰補強梁は、引張鋼の引張容量がコンクリートと圧縮鋼の複合圧縮容量（引張面で過剰補強）よりも大きいものです。 そのため、「過剰鉄筋コンクリート」の梁は、圧縮領域のコンクリートを粉砕することによって、そして引張領域の鋼材が降伏する前に破損します。これは、破損が瞬間的であるため、破損前に警告を発しません。
バランス強化梁とは、圧縮領域と引張領域の両方が梁にかかる同じ荷重で降伏し、コンクリートがつぶれると同時に引張鋼が降伏するものです。 しかしながら、この設計基準は、過剰鉄筋コンクリートと同じくらい危険である。なぜなら、コンクリートが引張鋼の降伏と同時に破砕するので、破損が突然起こるためであり、それは引張破壊における苦痛のごくわずかな警告を与える。
鉄筋コンクリート製のモーメントキャリングエレメントは、通常、構造物の使用者が差し迫った倒壊の警告を受けるように、強度が低くなるように設計されるべきです。
特性強度は、試験片の５％未満がより低い強度を示す材料の強度である。
設計強度または公称強度は、材料安全係数を含む材料の強度です。 安全係数の値は一般に許容応力設計で0.75から0.85の範囲です。
最終的な限界状態は、一定の確率を持つ理論上の破損点です。 それは因数分解された負荷と因数分解された抵抗の下で述べられています。
