Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях
Из экспериментов известно, что процесс разрушения образца сжатого бетона начинается с момента развития так называемых контактных трещин — трещин на площадках контакта между цементным камнем и зернами заполнителя, что происходит при достижении сжимающими напряжениями нижней границы микроразрушений. В основном трещины развиваются вдоль усилий сжатия, но могут и слегка отклоняться от этого направления, особенно в тяжелых бетонах низкой и средней прочности. Расчетные схемы развития трещин в бетонной призме по мере увеличения нагрузки приведены на рис. 1.1. Схемы этапов разрушения получены путем моделирования на ЭВМ бетонов различной структуры, с использованием методов новой отрасли науки—механики разрушения материалов (см. ниже § 1.4).
Прочность бетона контролируют путем испытаний образцов специальной формы и размеров (ГОСТ 10180-78). При определении прочности на сжатие испытывают кубы, призмы, цилиндры и половинки призм, на осевое растяжение — образцы, имеющие форму цилиндров, призм или восьмерок. Допускается также определение прочности бетона косвенным путем — испытанием его при раскалывании и изгибе. В качестве основного размера образцов для всех видов бетонов принимают 15 см. При испытании на сжатие — куб с размером ребра 15 см или призма с поперечным сечением 15×15 см; на осевое растяжение — призма или восьмерка с поперечным сечением 15×15 см; на растяжение при изгибе — призма размером 15x15x60 см; на растяжение при раскалывании — куб с размером ребра 15 см или цилиндр диаметром и высотой 15 см.
При испытаниях на сжатие нагрузку прилагают со скоростью (0,6±0,2) МПа в 1 с, на растяжение — (0,05±0,02) МПа в 1 с. Допускается использование переходных коэффициентов от одного вида прочности к другому. Например, можно экспериментально определить переходный коэффициент от прочности на сжатие к прочности на растяжение при изгибе для данного вида бетона, и в дальнейшем в заводских условиях оперативно контролировать только прочность бетона на сжатие.
Классы и марки бетона. В соответствии соСНиП 2.03.01—84 «Бетонные и железобетонные конструкции» в зависимости от назначения конструкций и условий их работы устанавливаются особые показатели качества бетона, называемые классами и марками.
Класс бетона по прочности на сжатие В (от нем. франц. «Beton») определяется значением гарантированной прочности R, контролируемой на кубах 15x15x15 см в установленные сроки (с учетом статистической изменчивости) с обеспеченностью 0,95.
где v — коэффициент вариации, равный отношению стандарта (т. е. среднего квадратического отклонения) к среднему значению, зависит от постоянства качества применяемых материалов, контроля за их дозировкой (особенно за постоянством водоцементного отношения), ухода за бетоном, тщательности проводимых испытаний, в целом — от уровня бетонного хозяйства и колеблется от 1 до 20 %.
Проектировщику при проектировании типовых конструкций, как правило, неизвестны условия изготовления бетона на предприятии. Поэтому на производстве при статистическом методе контроля в соответствии с действующим ГОСТом выявляют значение коэффициента вариации, отвечающее конкретным условиям изготовления бетона, а среднюю прочность его корректируют с таким расчетом, чтобы установленное значение R имело требуемую доверительную вероятность (обеспеченность) 0,95. При этом, имея требуемое значение гарантированной прочности R, из равенства (1.1), определив на основании обработки результатов предшествующих испытаний значение коэффициента вариации v, находят соответствующее значение средней прочности бетона. Класс бетона по прочности на сжатие является важнейшим показателем и назначается в проекте железобетонной конструкции или изделия во всех случаях без исключения. Число после буквы В соответствует гарантированной прочности на сжатие (в МПа). Например, класс В20 соответствует гарантированной прочности R 20 МПа.
Класс бетона по прочности на осевое растяжение В, назначается лишь в тех случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве. Число после обозначения В соответствует гарантированной прочности на растяжение (в МПа).
Марка бетона по морозостойкости F (от англ. frost resistance — морозостойкость) назначается для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии действию попеременного замораживания и оттаивания. Число после буквы F (например, F100) соответствует количеству выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии.
Марка по водонепроницаемости W (от англ. watertight — водонепроницаемый) назначается для конструкций, к которым предъявляются требования непроницаемости. Число после буквы W (например, W6) соответствует наибольшему давлению воды (в кгс/см2), при котором еще не наблюдается просачивания воды через бетон (в данном случае 0,6 МПа).
Марка по средней плотности D (от англ. densit — плотность) назначается в тех случаях, когда к бетону кроме конструктивных предъявляются требования теплоизоляции. Марка D должна контролироваться на производстве. Число после буквы D (например, D1600) соответствует средней плотности бетона (в кг/м3).
Марка по самонапряжению Sp (от англ. prestress — преднапряжение) назначается в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение. Обычно используется для конструкций, выполненных на напрягающем (расширяющемся) цементе, и контролируется на производстве. Марка S определяется значением предварительного напряжения в бетоне (3 МПа), создаваемого за счет его расширения при наличии продольной арматуры в количестве 1 %. Число после обозначения S (например, S 4) соответствует указанному предварительному напряжению в бетоне.
Для железобетонных конструкций предусматриваются следующие классы и марки бетона:
1) классы по прочности на сжатие:
а) для тяжелых (обычных) бетонов — В7,5; В10; В 12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35, Е40; В45; В50; В55; В60;
б) для мелкозернистых бетонов: вида А (на песке с модулем крупности 2,1 и более) В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; вида Б (на песке с модулем крупности менее 2,1)- В7.5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; вида В (на песке, подвергнутые автоклавной обработке) — В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; в) для легких бетонов — В2.5; В3,5; В5; В7, 5; В10; В 12,5; В15; В20, В25; В30; В35; В40;
2) классы прочности на осевое растяжение: для всех бетонов — В,0,8; В, 1,2; В,1,6; В,2; В,2,4; В,2,8; В,3,2;
3) марки по морозостойкости:
а) для тяжелых и мелкозернистых бетонов — F50; F75; F100; F150; F200; F300; F 400; F500;
б) для легких бетонов — F25; F35; F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500;
4) марки по водонепроницаемости для всех бетонов — W4; W6; W8; W10; W12;
5) марки по средней плотности для легких бетонов — D800; D900; D1000; D1100; D1200; D1300; D1400; Di500; D1600; D1700; D1800; D1900; D2000;
6) марки по самонапряжению для бетонов на напрягающем цементе — от Sp 0,6 до Sp = 4.
При проектировании обычно назначается возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие исходя из возможных реальных сроков фактического загружения конструкции проектными нагрузками, способа возведения, условий твердения бетона. Если таких данных нет, то устанавливают класс исходя из возраста, в течение которого бетон естественного твердения набирает основную часть своей прочности, т. е. 28 сут.
Оптимальный класс бетона для конструкции выбирают на основе техникоэкономического анализа. При этом для железобетонных сжатых стержневых элементов рекомендуется класс бетона не ниже В15, а для сильно нагруженных элементов (например, колонны нижних этажей многоэтажных зданий, колонны под значительные крановые нагрузки) — не ниже В25. Необходимые марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости назначают в зависимости от режима эксплуатации железобетонных конструкций и значений расчетных зимних температур наружного воздуха в районе строительства. Эти марки должны приниматься не ниже указанных в СНиП 2.03.01.84. Требуемые марки бетона по водонепроницаемости зависят от градиента напора (отношения величины гидростатического напора к толщине конструкции в м); при градиенте напора до 30 принимают марку W 4, при градиентах 30. 50 — марку W 6. Для сборных конструкций необходимо также назначать классы и марки бетона для замоноличивания стыков элементов. Если в процессе эксплуатации или монтажа сборные конструкции могут подвергаться воздействию отрицательных температур наружного воздуха, следует применять бетоны замоноличивания проектных марок по морозостойкости и водонепроницаемости не ниже марок, принятых для основного бетона в стыкуемых элементах.
В условиях длительного действия нагрузки (от англ. long — term — длительный) бетон за счет развивающихся в нем структурных изменений имеет меньшую прочность по сравнению с временным сопротивлением осевому сжатию Rb. Это явление учитывается в расчетах конструкций (см. ниже гл. 3). Предел длительного сопротивления зависит от различных факторов. Можно принять R1 = (0,75. 0,85) Rb. Но если конструкция эксплуатируется в условиях, благоприятных для твердения бетона, и Rb растет, т. е. уровень напряжений снижается, то снижения прочности может и не происходить. В этом случае в расчет конструкции даже на длительные нагрузки вводится временное сопротивление осевому сжатию R.
В случае многократно повторных нагрузок (миллионы циклов) прочность бетона также заметно снижается и определяется пределом выносливости, зависящим от различных факторов, причем минимальное значение предела выносливости составляет
6.Прочность бетона на растяжение. Способы определения, классы и марки.
Cопротивление бетона растяжению значительно меньше сопротивления сжатию. Для тяжелых бетонов значения Rсж/Rр находятся в пределах от 15 до 20.
Для испытания на растяжение применяют образцы-восьмерки с квадратным сечением, сторона которого может быть равна 7, 10 ,15 или 20 см (рис. 13а). Предел прочности при растяжении вычисляют как частное от деления разрушающей нагрузки на площадь поперечного сечения образца.
Прочность бетона на растяжение часто оценивают по прочности раскалывания бетонных образцов. Испытывают на раскалывание образцы (кубы или цилиндры) тех же размеров, что и при испытании на сжатие. Образец-куб испытывают с помощью двух полуцилиндров диаметром 150 мм, а образец-цилиндр помещают между плитами пресса (рис. 15б).
Рис. 13. а) образцы восьмерки для испытания бетона на осевое растяжение б) схема испытаний на раскалывание бетонных образцов (куба и цилиндра)
Предел прочности на растяжение при испытании кубов вычисляют по формуле
(где Pmax — разрушающая нагрузка; а – длина ребра куба), а при испытании цилиндров – по формуле
где d – диаметр цилиндра; — длина цилиндра.
Масштабный коэффициент в формулах (22) и (23) определяются экспериментально или по таблицам стандарта.
Классы бетона по прочности
В зависимости от назначения бетонных и железобетонных конструкций и условий их эксплуатации устанавливают показатели прочности бетона, основными из которых являются:
- Класс по прочности на осевое сжатие B; указывают в проекте во всех случаях как основную характеристику;
- Класс по прочности на осевое растяжение Bt; назначают в тех случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве.
Заданный класс бетона обеспечивают соответствующим составом бетонной смеси с последующим испытанием контрольных образцов. Класс по прочности на осевое растяжение характеризует прочность бетона на осевое растяжение с учетом статистической изменчивости прочности. По прочности при растяжении стандартом установлены следующие классы: Bt 0,4; Bt 0,8; Bt 1,2; Bt 1,6; Bt 2,0; Bt 2,4; Bt 2,8; Bt3,2; Bt 3,6; Bt 4,0. Для конструкций промышленно-гражданского строительства нормативная прочность бетона вычисляется по следующей формуле:
7.Нормативные и расчетные сопротивления бетона. Нормативные и расчетные значения характеристик бетона
Нормативные значения прочностных характеристик бетона 5.1.8 Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные значения: — сопротивления бетона осевому сжатию Rb,n; — сопротивления бетона осевому растяжению Rbt,n. Нормативные значения сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) и осевому растяжению (при назначении класса бетона по прочности на сжатие) принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие В согласно таблице 5.1. При назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение Вt, нормативные значения сопротивления бетона осевому растяжению Rbt,n принимают равными числовой характеристике класса бетона на осевое растяжение. Расчетные значения прочностных характеристик бетона 5.1.9 Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию Rb и осевому растяжению Rbt, определяют по формулам:
 ; |
(5.1) |
 ; |
(5.2) |
Значения коэффициента надежности по бетону при сжатии γb принимают равными: 1,3 — для предельных состояний по несущей способности (первая группа); 1,0 — для предельных состояний по эксплуатационной пригодности (вторая группа). Значения коэффициента надежности по бетону при растяжении γbt принимают равными: 1,5 — для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бетона по прочности на сжатие; 1,3 — для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение; 1,0 — для предельных состояний по эксплуатационной пригодности. Расчетные значения сопротивления бетона Rb, Rbt, Rb,ser, Rbt,ser (c округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены: для предельных состояний первой группы — соответственно в таблицах 5.2 и 5.3, второй группы — в таблице 5.1. Таблица 5.1
| Вид сопротивления | Нормативные значения сопротивления бетона Rb,n и Rbt,n и расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний второй группы Rb,ser иRbt,ser, МПа, при классе бетона по прочности на сжатие | ||||||||||
| B10 | B15 | В20 | В25 | B30 | В35 | В40 | В45 | В50 | В55 | В60 | |
| Сжатие осевое (призменная прочность) Rb,n, Rb,ser | 7,5 | 11,0 | 15,0 | 18,5 | 22,0 | 25,5 | 29,0 | 32,0 | 36,0 | 39,5 | 43,0 |
| Растяжение осевое Rbt,n, Rbt,ser | 0,85 | 1,1 | 1,35 | 1,55 | 1,75 | 1,95 | 2,1 | 2,25 | 2,45 | 2,6 | 2,75 |
Таблица 5.2
| Вид сопротивления | Расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rbt МПа, при классе бетона по прочности на сжатие | ||||||||||
| B10 | B15 | В20 | В25 | B30 | В35 | В40 | В45 | В50 | В55 | В60 | |
| Сжатие осевое (призменная прочность) Rb | 6,0 | 8,5 | 11,5 | 14,5 | 17,0 | 19,5 | 22,0 | 25,0 | 27,5 | 30,0 | 33,0 |
| Растяжение осевое Rbt | 0,56 | 0,75 | 0,9 | 1,05 | 1,15 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,8 |
Таблица 5.3
| Вид сопротивления | Расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rbt, МПа, при классе бетона по прочности на осевое растяжение | ||||||
| Вt 0,8 | Вt 1,2 | Вt 1,6 | Вt 2,0 | Вt 2,4 | Вt 2,8 | Вt 3,2 | |
| Растяжение осевое Rbt | 0,62 | 0,93 | 1,25 | 1,55 | .1,85 | 2,15 | 2,45 |
5.1.10 В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетона умножают на следующие коэффициенты условий работы γbi, учитывающие особенности работы бетона в, конструкции (характер нагрузки, условия .окружающей среды и т.д.): а) γb1 — для бетонных и железобетонных конструкции, вводимый к расчетным значениям сопротивлений Rb и Rbt и учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки: γb1 = 1,0 — при непродолжительном (кратковременном) действии нагрузки; γb1 = 0,9 при продолжительном (длительном) действии нагрузки; б) γb2 — для бетонных конструкций, вводимый к расчетным значениям сопротивления Rb и учитывающий характер разрушения таких конструкций; γb2 = 0,9; в) γb3 — для бетонных и железобетонных конструкций, бетонируемых в вертикальном положении, вводимый к расчетному значению сопротивления бетонаRb γb3 = 0,9; Влияние попеременного замораживания и оттаивания, а также отрицательных температур учитывают коэффициентом условий работы бетона γb4≤1,0 Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период минус 40 °С и выше, принимают коэффициенту γb4 = 1,0. В остальных случаях значения коэффициента γb4 принимают в зависимости от назначения конструкции и условий окружающей среды согласно специальным указаниям.
Что такое класс бетона по прочности на осевое растяжение?
Данная характеристика звучит в таблице 5.3 СП 52-101-2003: Bt 0.8, Bt 1.2 . Bt 3.2, . Что это за характеристика бетона?
__________________
Опыт проектирования с 2007 года
Просмотров: 10446
гадание на конечно-элементной гуще
Регистрация: 31.05.2006
Düsseldorf
Сообщений: 7,604
кэп? бетон работает на сжатие и растяжение. есть класс на сжатие и класс на растяжение. вопрос то в чём?
0,8 1,2. МПа на растяжение
__________________
.: WikiЖБК + YouTube :.
Регистрация: 29.12.2010
Сообщений: 673
Сообщение от kfrdfylf
Что такое класс бетона по прочности на осевое растяжение?
Это класс бетона по прочности на растяжение, тысяча чертей!
Испытали кучу образцов, определили расчетное сопротивление растяжению бетона этой партии с обеспеченностью 0,95.
Регистрация: 10.10.2006
Сообщений: 1,286
Наверное, Вы не поняли о чем я спрашиваю. Что такое растяжение и как его воспринимает бетон, я в курсе.
Сегодня впервые для себя узнал, что бетон классифицируется:
1. класс по прочности на сжатие;
2. класс по прочности на осевое растяжение;
3. марка по морозостойкости
4. марка по водонепроницаемости.
Выделенное увидел впервые. В каком случае заказывается бетон по классу на осевое растяжение? Ну, например, «Бетон класса Bt 1.6, W6, F100»
__________________
Опыт проектирования с 2007 года
Сообщений: n/a
Сообщение от kfrdfylf
Выделенное увидел впервые. В каком случае заказывается бетон по классу на осевое растяжение? Ну, например, «Бетон класса Bt 1.6, W6, F100»
В резервуарах видел, в затяжках арок — все в старых книгах, где описывались подобные проекты. В наши дни не встречал — наверное в инженерных сооружениях.
Оснащение проходки горных выработок, ПОС, нормоконтроль, КР, АР
Регистрация: 30.01.2008
Сообщений: 18,649
Так сейчас по нормам вроде бы растяжение в расчётах обычных балок и т. п. не учитывается.
Раз так, то и без разницы какой класс.
Видимо если специфический элемент, или специфический расчёт. О чём должно быть указано в рабочей документации.
И, очевидно, всё-таки всё равно должна быть минимальная прочность на растяжение по умолчанию.
Только я её нигде не видел. Но по идее должна быть.
__________________
«Безвыходных ситуаций не бывает» барон Мюнхаузен
Регистрация: 10.10.2006
Сообщений: 1,286
Сообщение от Ал-й
В резервуарах видел, в затяжках арок — все в старых книгах, где описывались подобные проекты. В наши дни не встречал — наверное в инженерных сооружениях.
Уже интересно, т.е. такое понятие все-таки существует.
| Испытали кучу образцов, определили расчетное сопротивление растяжению бетона этой партии с обеспеченностью 0,95. |
Еще раз: я говорю не о прочности на растяжение, а о классе бетона на растяжение
__________________
Опыт проектирования с 2007 года
Сообщений: n/a
kfrdfylf, существует точно, назначается для тех элементов, где прочность на растяжение имеет значение. именно поэтому когда класс бетона на растяжения назначен — коэффициент надежности по материалу — ниже и равен 1,3.
А когда мы переходим к Rbt от класса на сжатие — значение получается менее точным и коэффициент уже = 1,5. Кажется в атомной отрасли, где нельзя металлическую арматуру применять и используют композиты, где трещины не позволительны — вроде в таких случаях назначают. Но это те кто занимается подобными объектами — лучше расскажут.
Сообщений: n/a
Используется так же для чисто бетонных элементов.
Регистрация: 10.10.2006
Сообщений: 1,286
Ясно, спасибо! Не видел таких конструкций и проектов
__________________
Опыт проектирования с 2007 года
гадание на конечно-элементной гуще
Регистрация: 31.05.2006
Düsseldorf
Сообщений: 7,604
я очистные сооружения проектировал (аэротенки), там 1 категория трещиностойкости.
и мы именно по прочности на растяжение закладывали бетон
__________________
.: WikiЖБК + YouTube :.
Регистрация: 29.12.2010
Сообщений: 673
Сообщение от kfrdfylf
Еще раз: я говорю не о прочности на растяжение, а о классе бетона на растяжение
Ну, собственно, все уже по полочкам разложили, так что умничать и говорить что класс бетона по прочности на осевое растяжение это и есть прочность образцов на это растяжение с обеспеченностью 0,95 не будуХотя уже сказал Сам я не заказывал бетон ни разу по этому классу, но то, что такой существует, написано в п.2.1 пособия по проектированию бетонных и ж.б. конструкций без предварительного напряжения арматуры к СП 52-101-2003 (Да и в пособии по напряженным тоже написано). Как уже сказали, этот класс указывается только если прочность на растяжение является как бы «главной» для данной конструкции.
Просто в #1 прозвучал вопрос, что такое класс бетона на растяжение. Я и ответил
Бетон — расчет, сопротивление, сжатие, растяжение
Необходимость расчета сопротивления бетона нагрузкам на сжатие и растяжение
Общая прочность конструкции складывается из прочности ее составляющих, для которых определен характер взаимодействия. При разработке проекта жилого, коммерческого и промышленного сооружения создается раздел бетонных и железобетонных конструкций, в котором должны быть приведены данные о прочности частей и узлов, подтвержденные расчетами. Для проектирования бетонных узлов и конструкций используется таблица сопротивления бетона по классу на сжатие и растяжение по нормативным значениям. Важно учитывать, что нормативное растяжение, которое способен выдержать бетон, гораздо ниже нормативного сжатия того же материала в силу его свойств и структуры.
Нормативное и расчетное сопротивление бетона
До 2001-го года проектировщик мог опираться только на показатель прочности бетона, выраженный маркой «М» с указанием средней кубиковой прочности материала (15 х 15 см) в килограммах на квадратный сантиметр. Позднее, с изменением требований в СНиП 2.03.01 и СП 52-101-2003 был введен еще один показатель — класс бетона «В», отражающий сопротивление бетона сжатию в МПа. Для его определения кубиковый образец того же размера подвергают разрушающему воздействию до момента повреждения структуры материала. Сила, приложенная в момент, когда материал утрачивает целостность и прочность, фиксируется в МПа и указывается как класс бетона, например В30. Это осевая нагрузка на сжатие и растяжение, которая считается наиболее распространенной в бетонных конструкциях — на ее основе рассчитывается нормативное осевое сопротивление бетона сжатию.
Итак, нормативное и расчетное сопротивления бетона — взаимосвязанные показатели, первый из которых используется при проектировании. Они отражают критерии прочности и несущей способности конструкции с точки зрения соответствия строительным и проектным требованиям. Особенность использования этих данных состоит в том, что расчет требуется при заливке бетонных и железобетонных монолитов, когда необходимо из нормативных значений получить расчетные.
Марка бетона указывает среднюю степень прочности куба раствора в килограммах на квадратный метр. Класс бетона отражает прочность куба с точностью 0,95 в мегопаскалях с учетом неоднородности в диапазоне минимальных и максимальных значений.
Основные критерии для расчета прочности и несущей способности бетона
Расчетное сопротивление бетона обозначают как RB, RBT, для применения к определенной конструкции применяется коэффициент ybi. Этот коэффициент позволяет адаптировать результат расчета к задаче проектирования на объекте с конкретными условиями. Практически коэффициент составляет «1» при расчете эксплуатационной пригодности бетона и «1,3» при расчете максимальной несущей способности детали или узла.
Расчет прочности и несущей способности бетона на растяжение предусматривает применение коэффициента ybi:
- 1,5 при наибольшей несущей способности материала с установленным классом по сжатию;
- 1,3 для расчета максимальной несущей способности по осевому растяжению;
- 1 для определения эксплуатационной нагрузки.
Здесь стоит обратить внимание, что расчетное сопротивление бетона растяжению выводится больше чем для сжатия, поскольку монолит имеет имеет меньшую прочность на разрыв, чем на сжатие.
Расчетное сопротивление бетона сжатию выводится при условии знания его класса. Для этого из таблицы берутся значения для подстановки в формулу Rb=Rbn/γb, где:
Rb — расчетные данные нагрузки для сжатия по оси;
Rbn — множитель, взятый по нормам для расчетов;
γb — коэффициент из таблицы.
Для расчета осевого растяжения применяется формула Rbt=Rbtn/γbt, где:
Rbt — расчетные данные для сопротивления осевому сжатию;
Rbtn — множитель, предусмотренный нормами;
γbt — коэффициент из таблицы.
Коэффициент может применяться для учета нагрузок:
- кратковременные — 1;
- длительно действующие — 0,9;
- для бетонного монолита с вертикальной заливкой — 0,9.
Кроме того, в проекте используются дополнительные коэффициенты, отражающие воздействие природных условий, площадь сечения изделия, назначение и характер взаимодействия с другими деталями и узлами.
Что означает класс бетона по современным нормативам
Класс бетона отражает его способность выдерживать расчетные и нормативные нагрузки комплексно. Применявшийся раньше классификатор М (марка прочности) в килограммах на см.кв не давал полного представления о реальной и нормативной прочности. Указание класса бетона в готовой таблице позволяет сразу получить все необходимые значения. Если по старому стандарту можно получить представление о прочности материала на сжатие по среднему значению, то класс бетона позволяет представить прочность в зависимости от степени растяжения и сжатия. С точки зрения проектирования это более полный, комплексный показатель.
Класс бетона отражает его способность оказывать осевое сопротивление в объеме 1 кубического метра по СП. При этом необходимо учитывать, что монолитные конструкции не обладают изотропностью свойств по всем осям и во всех частях — на отдельном участке монолита показатель может отличаться от нормативного и расчетного.
| (1 группа) Расчётные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rbt. МПа. при классе бетона по прочности на сжатие | ||||||||||||||||||||
| Вид сопротивления | Вид бетона | В1 | В1.5 | В2 | В2.5 | В3.5 | В5 | В7.5 | В10 | В12.5 | В15 | В20 | В25 | ВЗО | В35 | В40 | В45 | В50 | В55 | В60 |
| Сжатие осевое | Тяжёлый и мелкозернистый | — | — | — | — | 2.1 | 2.8 | 4.5 | 6 | 7.5 | 8.5 | 11.5 | 14.5 | 17 | 19.5 | 22 | 25 | 27.5 | 30 | 33 |
| Лёгкий | — | — | — | 1.5 | 2.1 | 2.8 | 4.5 | 6 | 7.5 | 8.5 | 11.5 | 14.5 | 17 | 19.5 | 22 | — | — | — | — | |
| Ячеистый | 0.63 | 0.95 | 1.3 | 1.6 | 2.2 | 3.1 | 1.6 | 6 | 7 | 7.7 | ||||||||||
| Растяжение осевое | Тяжёлый | — | — | — | — | 0.26 | 0.37 | 0.48 | 0.57 | 0.66 | 0.75 | 0.9 | 01.05 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.45 | 1.55 | 1.6 | 1.65 |
| Мелкозернистый | ||||||||||||||||||||
| группа А | — | — | — | 0.26 | 0.37 | 0.48 | 0.57 | 0.66 | 0.75 | 0.9 | 01.05 | 0.2 | 1.3 | 1.4 | — | — | — | — | ||
| группа Б | — | — | — | — | 0.17 | 0.27 | 0.4 | 0.45 | 0.57 | 0.64 | 0.77 | 0.9 | 1 | — | — | — | — | — | — | |
| группа В | 0.75 | 0.9 | 01.05 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.45 | 1.55 | 1.6 | 1.65 | ||||||||||
| Лёгкий при заполнителе: | ||||||||||||||||||||
| плотном | — | — | — | 0.2 | 0.26 | 0.37 | 0.48 | 0.57 | 0.66 | 0.75 | 0.9 | 01.05 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | — | — | — | — | |
| пористом | — | — | — | 0.2 | 0.26 | 0.37 | 0.48 | 0.57 | 0.66 | 0.74 | 0.8 | 0.9 | 1 | 1.1 | 1.2 | — | — | — | — | |
| Ячеистый | 0.06 | 0.09 | 0.12 | 0.14 | 0.18 | 0.24 | 0.28 | 0.39 | 0.44 | 0.46 | ||||||||||
| (2 группа) Расчётные сопротивления бетона для предельных состояний второй группы Rb и Rbt, МПа, при классе бетона по прочности на сжатие | ||||||||||||||||||||
| Вид сопротивления | Вид бетона | В1 | В1.5 | В2 | В2.5 | В3.5 | В5 | В7.5 | В10 | В12.5 | В15 | В20 | В25 | ВЗО | В35 | В40 | В45 | В50 | В55 | В60 |
| Сжатие осевое | Тяжёлый и мелкозернистый | — | — | — | — | 2.7 | 0.35 | 5.5 | 7.5 | 9.5 | 11 | 15 | 18.5 | 22 | 15.5 | 19 | 32 | 36 | 39.5 | 43 |
| Лёгкий | — | — | — | 1.9 | 2.7 | 3.5 | 5.5 | 7.5 | 9.5 | 11 | 15 | 18.5 | 22 | 25.5 | 29 | — | — | — | — | |
| Ячеистый | 0.95 | 1.4 | 1.9 | 2.4 | 3.3 | 4.6 | 6.9 | 9 | 10.5 | 11.5 | ||||||||||
| Растяжение осевое | Тяжёлый | — | — | — | — | 0.39 | 0.55 | 0.7 | 0.85 | 1 | 1.15 | 1.4 | 1.6 | 1.8 | 1.95 | 2.1 | 2.2 | 2.3 | 2.4 | 2.5 |
| Мелкозернистый | ||||||||||||||||||||
| группа А | — | — | — | 0.39 | 0.55 | 0.7 | 0.85 | 1 | 1.15 | 1.4 | 1.6 | 1.8 | 1.95 | 2.1 | — | — | — | — | ||
| группа Б | — | — | — | — | 0.26 | 0.4 | 0.6 | 0.7 | 0.85 | 0.95 | 1.15 | 1.35 | 1.5 | — | — | — | — | — | — | |
| группа В | 1.15 | 1.4 | 1.6 | 1.8 | 1.95 | 2.1 | 2.2 | 2.3 | 2.4 | 2.5 | ||||||||||
| Лёгкий при заполнителе: | ||||||||||||||||||||
| плотном | — | — | — | 0.29 | 0.39 | 0.55 | 0.7 | 0.85 | 1 | 1.15 | 1.4 | 1.6 | 1.8 | 1.95 | 2.1 | — | — | — | — | |
| пористом | — | — | — | 0.29 | 0.39 | 0.55 | 0.7 | 0.85 | 1 | 1.1 | 1.2 | 1.35 | 1.5 | 1.65 | 1.8 | — | — | — | — | |
| Ячеистый | 0.14 | 0.22 | 0.26 | 0.31 | 0.41 | 0.55 | 0.63 | 0.89 | 1 | 01.05 | — | |||||||||
Здесь можно ввести коэффициенты, применяемые для учета различных факторов, взяв из таблиц в нормативных документах. Переход к нормативным значениям прочности бетона на сжатие и растяжение позволяет упростить процесс проектирования и использовать готовые значения из таблиц. По принципу подстановки работают и автоматизированные программы для проектирования бетонных и железобетонных конструкций. При этом неоднородность материала учитывается в стандарте путем введения диапазона минимальных и максимальных значений прочности для расчетного и нормативного сжатия.
Для расчета сопротивления бетона сжатию конструкции с учетом его неоднородности используется формула R=Rn/g, где g является коэффициентом степени прочности, который можно принять за 1 при однородности монолита.
Например, бетон класса В25 пригоден для заливки фундамента, изготовления монолитных балок и плит, так как его прочность составляет 327 кг на кв.см. В частном строительстве для тех же целей допускается использование бетонов класса В20, если ограничена этажность и расчетная нагрузка от веса конструкции.
Дополнительные данные для оценки несущей способности бетона
Влагостойкость бетонного раствора указывает на способность ЖБК выдержать давление, оказываемое жидкими субстанциями. Это важно при проектировании подземных конструкций, фундаментов и цоколей, подводных сооружений и набережных.
Воздухопроницаемость бетона позволяет косвенно оценить его прочность. Показатель находится в широком диапазоне значений 3 — 130 с/куб.см.
Морозостойкость отражает общее количество циклов полного промерзания и оттаивания без потери прочности и разрушения структуры бетона — диапазон значений от 50 до 100.
Теплопроводность зависит от пористости и наполнения монолита воздухом. Она растет при снижении плотности бетона. Поэтому газобетоны и пенобетоны классифицируют как теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные — прочность регламентирована ГОСТ. Конструкционный бетон и блок из него обладают высокой теплопроводностью, поэтому при высокой прочности требуют утепления.
Оценка нагрузок на бетонную конструкцию для определения несущей способности
В ранее опубликованной статье мы описывали принципы расчета несущей способности бетонной плиты перекрытия. Переход к использованию готовых ЖБИ позволяет упростить проектирование, так как значения нагрузок на отдельную деталь уже нормированы. Достаточно сделать расчеты нагруженности для конкретного сооружения и подобрать изделия с параметрами из соответствующего диапазона. Например, бетонная плита фундамента класса В25 позволяет сформировать прочное основание для строительства в три и более этажей. Пустотную плиту перекрытия ПБ можно использовать в малоэтажном и проектном строительстве, зная, что класс бетона В15 — В25 в сочетании с оптимальными размерами позволяет создать надежную горизонтальную конструкцию облегченного веса. Это существенно улучшает соотношение собственного веса плиты и ее несущей способности. Дополнительный расчет не требуется, поскольку класс бетона уже внесен в таблицы вместе с показателями нормативной и расчетной прочности.
Использование предварительно напряженных ЖБИ для повышения несущей способности конструкций
Принцип предварительного напряжения железобетонной детали состоит в том, что при ее изготовлении намеренно создаются нагрузки, противоположные возникающим при эксплуатации. Эффект взаимной компенсации нагружения дает возможность повысить несущую способность детали без значительного прироста ее веса.
Реализация предварительного напряжения в ЖБИ:
- при заливке раствора оставляют пустоты для арматуры, которая по мере твердения формы натягивается и перераспределяет нагрузки;
- арматура натягивается заранее, форма заливается раствором, что в процессе твердения дает эффект предварительного сжатия бетона;
- в формы смесь с цементом НЦ, которая взаимодействует с арматурой по мере твердения и увеличения собственного объема, создавая ее растяжение и эффект предварительного сжатия детали.
Расчеты прочности на сжатие, растяжение и несущую способность таких изделий упрощаются за счет использования таблиц. Несущая способность при деформациях возрастает, а собственный вес остается в нормальных пределах. Более высокая стоимость в сравнении с ненапряженными армированными ЖБИ компенсируется за счет повышения прочности и несущих характеристик конструкции.