Расчет железобетонных элементов прмоугольного сечения
Прямоугольные сечения по белорусским нормам считаются так:
Однако с этой формулой возникают какие-то непонятки.
Для начала поясню условные обозначения:
Msd, Mrd — действующий и несущий момент соответственно;
a — коэффициент длительности нагрузки и неблагоприятного ее приложения;
fcd — расчетное сопротивление бетона на сжатие;
bw — ширина сечения;
xeff — эффективная высота условной сжатой зоны сечения;
fyd — расчетное сопротивление арматуры;
As1,As2 — площадь соответственно растянутой и сжатой арматуры;
d — расстояние от грани сжатого бетона до центра тяжести растянутой арматуры;
c1 — расстояние от грани сжатого бетона до центра тяжести сжатой арматуры.
Во-первых отмечу что множитель fyd при значениях площади арматуры As1 и As2 идет без индекса. Можно подумать что эти площади умножаются на одно и тоже значение расчетного сопротивления. Однако, надо думать, эти площади все же следует умножать на соответствующее расчетное сопротивление fyd1 и fyd2. Но это мелочь. Из формулы определения xeff видно что это значение может получиться отрицательным, вслучае если сжатой арматуры у нас больше чем растянутой. Каким в этом случае нужно принимать в расчете xeff — ничего не сказано. Допустим что в этом случае xeff будет равно нулю.
А теперь посчитаем простое сечение. Размеры его 300х400h. Расстояние до центра тяжести растянутой и сжатой арматуры — по 40 мм. Армируем сечение внизу 3 диаметра 10 класса АIII, вверху 3 диаметра 6 класса AI. Бетон — В15. Рассчитав видим — нижний несущий момент сечения (это когда у нас растянута нижняя арматура) — 2.97 т*м, верхний несущий момент (когда растянута верхняя арматура) — 2.77 т*м. Цифры практически одинаковы, хотя по логике верхний момент должен был бы быть значительно меньше. Почему так получается? Обратившись к формулам видно, что при расчете верхнего несущего момента xeff становится отрицательным и несущая способность сечения в этом случае определяется мощностью сжатой арматуры. а так как у нас там 10 диаметр AIII — то и получается такое высокое значение несущей способности.
Может быть в случаях, когда xeff больше чем расстояние от сжатой грани бетона до центра тяжести сжатой арматуры — нужно принимать эту арматуру действительно сжатой, а когда xeff выпрыгивает выше (либо и вовсе становится отрицательным) — тогда и нижняя и верхняя арматура должна считаться как растянутая?
Коэффициент альфа м в жбк что это
199. Когда ширину грузовой полосы принимают равной единице?
Принимают, обычно, для плитных конструкций большой ширины и с постоянной высотой сечения. Делается это ради удобства вычислений. Например, в плитах перекрытия балочного типа условно вырезают полосу шириной 1 м, на которую действует полоса равномерно распределенной нагрузки шириной тоже 1 м (рис. 100). При этом плиту рассматривают как балку шириной сечения 1 м, нагруженную погонной нагрузкой q1 (в кН/м), численно равной распределенной по площади нагрузке q (в кН/м2).
200. Какие единицы измерения удобнее всего в расчете?
Если в качестве единицы силы используется 1Н, то в качестве единицы длины удобнее всего пользоваться не 1 см (что, к сожалению, принято в примерах расчета, приведенных в большинстве учебников), а 1 мм. Удобнее потому, что, во-первых, на чертежах все размеры наносятся в мм, а во-вторых, напряжения и прочность в Нормах даются в МПа (1МПа = 1Н/мм2). Привыкнуть к этим единицам и их производным труда не составляет, а если на экране калькулятора оказалось слишком много знаков, то их легко отбрасывать, передвигая запятую на 3 или 6 разрядов. Напомним эти производные: распределенная по площади нагрузка 1кН/м2 = 1кПа = 1×10–3Н/мм2, погонная нагрузка 1кН/м = 1Н/мм, изгибающий момент 1кН×м = 1×106Н×мм.
Основные буквенные обозначения
Усилия
Q – поперечная (сдвигающая) сила;
Р – усилиепредварительного обжатия.
Напряжения и деформации
sb – сжимающие напряжения в бетоне;
ss – растягивающие напряжения в арматуре;
ssp – предварительное напряжение в напрягаемой арматуре;
sbp – сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия;
eb – относительные деформации сжатия бетона;
ebu – то же, предельные (предельная сжимаемость);
es– относительные деформации растяжения арматуры;
Eb– начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении;
Es– модуль упругости арматуры.
Расчетные сопротивления
Rb, Rb,ser– бетона осевому сжатию для предельных состояний соответственно первой и второй групп;
Rs, Rs,ser– арматуры растяжению для предельных состояний соответственно первой и второй групп;
Rsw – поперечной арматуры растяжению;
Rbp – кубиковая передаточная прочность бетона.
Характеристики сечений
S – обозначение продольной арматуры: растянутой (при изгибе), растянутой или менее сжатой (при сжатии), более растянутой (при внецентренном растяжении), всей (при центральном растяжении);
S´ – то же: сжатой (при изгибе), более сжатой (при сжатии), менее растянутой (при внецентренном растяжении);
Sw– обозначение поперечной арматуры;
Sp– обозначение напрягаемой арматуры;
Характеристики сечений
b – ширина прямоугольного сечения и ребра таврового и двутаврового сечений;
a, a´ – расстояние от ц.т. арматуры соответственно Sи S´до ближайшей грани сечения;
x – высота сжатой зоны бетона;
x – относительная высота сжатой зоны бетона, равная x/ho;
eo– эксцентриситет силы N относительно оси сечения;
eop – эксцентриситет силы P относительно ц.т. приведенного сечения;
e, e´– расстояние от точки приложения силы N до равнодействующей усилия в арматуре соответственно S иS´;
Прочие характеристики
lan– длина анкеровки арматуры в бетоне;
lp– зона передачи напряжений;
acrc1, acrc2 – ширина соответственно непродолжительного и продолжительного раскрытия трещин.
1. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП, 1989. – 80 с.
2. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01-84).- М.: ЦИТП, 1989. – 192 с.
3. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01-84). — М.: ЦИТП, 1986. – Ч. 1. – 188 с.; Ч. 2. – 144 с.
4. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой СССР. – М.: Минстрой РФ, 1996.
5. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП, 1986. – 48 с.
6. Михайлов К.В. Проволочная арматура для предварительно напряженного железобетона. — М.: Стройиздат, 1966. – 90 с.
7. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций. — М.: Стройиздат, 1974. – 232 с.
8. Новое в проектировании бетонных и железобетонных конструкций / Под ред. А.А. Гвоздева. — М.: Стройиздат, 1978. – 204 с.
9. Расчет железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости и деформациям / А.С. Залесов, Э.Н. Кодыш, Л.Л. Лемыш, И.К. Никитин. — М.: Стройиздат, 1988. – 220 с.
10. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. — М.: Стройиздат, 1991. – 767 с.
11. Габрусенко В.В. К расчету железобетонных изгибаемых элементов на поперечную силу // Известия вузов. Строительство, 1994. – № 5,6.- С. 115-117.
Для кого выпускается наша продукция и меры ее эксплуатации.
3д моделирование мебели — программы для создания мебели arigami.tech.
В1. Сущность ж/б. Области применения ж/б.
Как и любой другой искусственный или естественный каменный материал, бетон сопротивляется разрыву приблизительно в 15-20 раз слабее, чем сжатию. Кроме того, он – хрупкий материал, рассмотрим зависимость напряжений и деформаций в бетоне (рис.1.1).
Именно хрупкость бетона не позволяет во многих случаях использовать прочность бетона при растяжении, даже когда напряжения, вызываемые внешними силами, невелики. Это объясняется тем, что в период строительства возникают трещины из-за колебаний температур, неравномерного высыхания, случайных динамических воздействий. Непосредственно бетонными конструкциями бывают: колонны, фундаменты, подпорные стенки и прочие конструкции, воспринимающие только сжимающие усилия. При этом несущая способность сжатой зоны балок используется не более чем
на 5 – 7 %.Если усилить растянутую зону балки так, чтобы она могла воспринимать необходимые растягивающие усилия, то, соответственно, будет возрастать несущая способность всей балки, вплоть до полного исчерпания прочности ее сжатой зоны.Наиболее подходящим материалом, позволяющим в широких пределах повышать сопротивляемость растянутых зон бетонных балок, оказалась стальная арматура, одинаково хорошо сопротивляющая растяжению и сжатию.Относительное удлинение стали при разрыве в сотни раз превышает предельное удлинение бетона. Как известно, в отличие от бетона сталь более прочный и одновременно более пластичный материал.Если судить по диаграмме зависимости стали (рис. 1.3), сталь – это упругопластический материал.При достаточном армировании железобетонная балка разрушится при полном исчерпании несущей способности сжатой зоны, следовательно, прочность ее по сравнению с бетонной (неармированной) балкой в зависимости от класса бетона возрастает в 15-20 раз .Железобетон – это комплексный конструктивный материал, в котором бетон и арматура деформируются под нагрузкой как единое монолитное целое. Пользуясь терминологией механики твёрдого тела, можно сформулировать понятие железобетона как армированного композитного материала. При этом предполагается, что бетон в основном предназначен для восприятия сжимающих усилий, а стальная арматура – растягивающих.При таком распределении функций между бетоном и арматурой железобетон способен воспринимать растягивающие усилия вплоть до полного исчерпания несущей способности сжатой зоны изгибающих, внецентренно сжатых или растянутых элементов.Железобетон обладает анизотропией – зависимостью механических и деформативных свойств от направления действия внешних нагрузок, обусловленной армированием и нелинейностью деформирования, т.е. анизотропия связана с трещиностойкостью, пластическими свойствами бетона и стали. Особенность железобетона: способность воспринимать нагрузку с видимыми трещинами в растянутой зоне.
Спектр применения железобетонных конструкций широкий: гидростроительство (ГЭС, плотины); транспортное строительство (кроме ж/д мостов); промышленное, сельскохозяйственное, гражданское (в том числе жилищное) строительство; горная промышленность и т. д.
В2.Кубиковая и призменная прочность бетона. Прочность бетона на срез и скалывание. Из всех прочностных характеристик бетона наиболее просто определяется его прочность при сжатии, а высокое сопротивление бетона сжатию является его ценным свойством, используемым в железобетонных конструкциях. Поэтому за основную характеристику прочностных и деформативных свойств бетона принята его прочность на осевое сжатие. Для оценки кубиковой прочности применяют раздавливание на прессе изготовленных в тех же условиях, что и реальные конструкции кубов бетона. За стандартные образцы принимают кубы размерами150х150х150 мм, испытание которых происходит при температуре 20 ± 2 ºC через 28 дней твердения в нормальных условиях.Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размера куба: если кубиковая прочность бетона для базового куба с ребром 150 мм равно R (рис. 2.4), то для куба с ребром 200 мм оно уменьшается до 0,93 R, а для куба с ребром 100 мм – увеличивается до 1,1 R.
а. 
б. 
Различное временное сопротивление сжатию образцов разной формы объясняется влиянием сил трения, возникающих между гранями образца и опорными плитами пресса, а также неоднородностью структуры бетона. Вблизи опорных плит силы трения, направленные внутрь образца, создают обойму, следовательно, увеличивается прочность образцов при сжатии. Удерживающее влияние сил трения по мере удаления от торцов снижается, таким образом, бетонный куб при разрушении получает форму двух усеченных пирамид, обращенных друг к другу вершинами (рис. 2.5, а). При уменьшении сил трения посредством смазки характер разрушения меняется (рис. 2.5, б): вместо выкалывания с боков образца пирамид происходит раскалывание его по трещинам, параллельным направлению действия усилия. При этом временное сопротивление бетона сжатию уменьшается.Поскольку железобетонные конструкции по форме отличаются от кубов, в расчетах их прочности не может быть непосредственно использована кубиковая прочность бетона. Основной характеристикой прочности бетона сжатых элементов является призменная прочность Rb. Опыты на бетонных призмах со стороной основания а и высотой h показали, что призменная прочность Rb меньше кубиковой R и она уменьшается с увеличением отношения h/a.При h/a=4 призменная прочность становится почти стабильной и равной примерно Rb ≈ 0,75 R. Как и для кубиков, это явление объясняется различной степенью влияния сил трения по торцам образцов – чем больше размер образца и больше расстояние между его торцами, тем меньше влияние сил трения. Влияние гибкости бетонного образца становится ощутимым при h/a,больше 8Кривая, приведенная на рис. 2.6, иллюстрирует зависимость Rb/R от h/a по усредненным опытным данным. Таким образом, призменная прочность Rb – это временное сопротивление осевому сжатию призмы Rbu с отношением сторон h/a=4.Чистый срез – это разделение элемента на части по сечению, к которому приложены перерезывающие силы. При этом возникает напряженное состояние, когда главные напряжения |сигма1|=|сигма3|, |сигма2=0|, а максимальное касательное напряжение |тау мах| =0.Существенное сопротивление срезу оказывают зерна крупных заполнителей, работающие как шпонки в плоскости среза. При срезе распределение напряжение по площади сечения считается равномерным. В железобетонных конструкциях чистый срез встречается редко; обычно он сопровождается действием нормальных сил (рис. 2.8).Временное сопротивление бетона на срез можно определить по эмпирической зависимости Rsh = 2×Rbt/
Чистое скалывание – взаимное смещение (сдвиг) частей элемента между собой под действием скалывающих (сдвигающих) усилий.Сопротивление скалыванию возникает при изгибе железобетонных балок до появления в них наклонных трещин.Скалывающие напряжения по высоте сечения изменяются по квадратной параболе. Временное сопротивление бетона скалыванию можно определить по эмпирической зависимости Rскал ≈ (1,5÷2)×Rbt
В3.Классы и марки бетона. Класс – это ряд эталонных чисел на числовой оси, привязанных к прочности на сжатие и растяжение, задаваемых при проектировании с обеспеченностью 0,95 прочностных свойств.Марка оценивает основные физические свойства бетона (обеспеченность 50%).Существует класс бетона по прочности на сжатие B по прочности на растяжение Bt .Значение класса бетона по прочности на сжатие – это значение, полученное при испытании кубов с размерами ребра 150 мм, испытанных в соответствии со стандартами в течение 28 суток при температуре 20 ± 2 ºC с учетом 95% обеспеченности прочностных свойств.Для оценки изменчивости прочности и обеспечения гарантии для заданного значения используют кривую распределения теории вероятности.
Среднее квадратичное отклонение прочности бетона – это величина, характеризующая разброс прочности экспериментальных значений. Среднее квадратичное отклонение прочности бетона определяют по зависимости
Коэффициент вариации прочности бетона – это отношение среднего квадратичного отклонения прочности бетона к среднему значению временного сопротивления бетона сжатию.
Коэффициент вариации прочности бетона определяют по зависимости
Среднее значение временного сопротивления бетона сжатию, установленное при испытании партии стандартных образцов, определяют по зависимости
Сигма ni — общее число испытаний в партии
где n1,n2. число случаев, в которых было установлено временное сопротивление соответственно R1,R2. ;
Чем совершеннее производство и технология приготовления бетонной смеси, тем меньше коэффициент вариации прочности и экономичнее производство.Опытные исследования для тяжёлых, мелкозернистых и легких бетонов показали, что коэффициент вариации прочности бетона при сжатии Vm=0,135. При показателе надежности альфа=1,64, который характерен для обеспеченности 95% прочностных свойств (правило «двух сигм»), класс бетона по прочности на сжатии определяют по формуле: или . Таким образом, гарантированная прочность заданного нормами класса бетона на сжатие равна: Коэффициент вариации прочности бетона при растяжении , тогда гарантированная прочность заданного нормами класса бетона на растяжение равна:
Кривая распределения прочности
Марка бетона по морозостойкости F – число выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания водонасыщенных образцов, испытанных в соответствие со стандартом, при котором прочность падает не более чем на 15% по сравнению с прочностью образца, не подвергающегося замораживанию.Старые нормы СНиП 2.03.01 – 84* «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливали марки бетона по морозостойкости от F 15 до F 500. Новые нормы СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливают марки бетона по морозостойкости от F 15 до F 1000. Для каждого конкретного случая марку бетона по морозостойкости принимают в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха, условий работы и класса зданий. Марка бетона по водонепроницаемости W – это наибольшее давление воды (МПа), при котором не наблюдается её просачивания через стандартный образец, изготовленный по ГОСТу.Эту марку принимают для конструкций, к которым предъявляют особые ограничения водопроницаемости (резервуары, напорные трубы, силосы). Старые нормы СНиП 2.03.01 – 84* «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливали марки бетона по водонепроницаемости от W2 доW12. Новые нормы СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливают марки бетона водонепроницаемости от W2 доW20, где цифрами обозначают давление воды, при котором коэффициент фильтрации (м/с) не превышает нормативного значения.
Конкретную марку бетона по водонепроницаемости принимают в зависимости от класса зданий, условий эксплуатации конструкций или максимального градиента напора, представляющего отношение напора к толщине элемента. Марка бетона по средней плотности D – это гарантированная собственная масса бетона (кг/м 3 ), контролируемая на базовых образцах в установленные сроки согласно ГОСТу. Марку по средней плотности принимают для конструкций, к которым предъявляют требования теплоизоляции. Старые нормы СНиП 2.03.01 – 84* «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливали марки бетона по средней плотности от D 700 до D 2500. Новые нормы СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» устанавливают марки бетона по средней плотности от D 200 до D 5000, где цифры обозначают плотность бетона. Для напрягающих бетонов устанавливают марку по самонапряжению. Марка бетона по самонапряжению Sp – это гарантированное значение предварительного напряжения в бетоне (МПа), создаваемое в результате его расширения при наличии продольной арматуры в количестве 1% и контролируемое на базовых образцах в установленные сроки согласно ГОСТу. Марку бетона по самонапряжению принимают в зависимости от предъявляемых к самонапрягающимся конструкциям требований по трещиностойкости и жесткости.
В4 Влияние времени и условий твердения на прочность бетона. Прочность бетона при длительном действии нагрузки, при многократно повторных нагрузках. Динамическая прочность бетона. Усадка – это уменьшение бетона в объеме при твердении в обычной (воздушной) среде .Образование усадочных трещин обуславливается интенсивным уменьшением объема наружных слоев элемента, в то время как внутренний слой не успевает сократиться в объеме. Это вызывает в еще неокрепшем наружном слое собственные растягивающие напряжения, вследствие чего на поверхности бетона могут появиться многочисленные усадочные трещины. Отрицательное влияние усадочных напряжений учитывают косвенно конструктивной арматурой и устройством усадочных швов.Размеры усадки бетона и изменение ее во времени зависят от многих факторов: с увеличением цемента на единицу объема возрастает усадка; с увеличением водоцементного отношения (В/Ц) усадка увеличивается; чем выше влажность при твердении бетона, тем больше усадка и т.д. Набольшее влияние усадка оказывает в начальный период твердения, т.к. с течением времени уменьшается влажностный градиент по мере высыхания бетона, и растут кристаллические сростки, оказывающие сопротивление усадочным напряжениям. Набухание – это увеличение бетона в объеме при твердении его в воде. Процесс набухания бетона намного быстрее усадки. При набухании проникновение воды начинается с поверхности бетона, поэтому объем наружных слоев увеличивается, в то время как объем внутренних слоев увеличиться не успевает. Это вызывает в наружном слое бетона неопасные сжимающие напряжения, которые не учитываются при расчете железобетонных конструкций. Ползучесть – это свойство бетона, характеризующее нарастание неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях. Деформации ползучести бетона обусловлены его структурными несовершенствами. Абсолютная величина деформаций ползучести зависит от возраста, прочности бетона и его составляющих компонентов, влажности среды. Ползучесть уменьшается по мере старения бетона, увеличения его прочности, уменьшения (В/Ц), увеличения влажности окружающей среды. Скорость деформаций ползучести бетона со временем затухает, асимптотически приближаясь к нулевому значению.
Если бетонному образцу задать некоторую деформацию обусловливающую соответствующее напряжение , а затем устранить возможность дальнейшего деформирования наложением связей, то с течением времени напряжения в бетоне будут уменьшаться, стремясь асимптотически к некоторой конечной величине.
Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения было получено напряжение , конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми. Если испытываемый образец загрузить по этапам и замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после прил. нагр. и через некоторое время), то получится ступенчатая линия. Деф-ии, измеренные сразу, являются упругими. При достаточно больш. числе ступеней загруж. зависимость станов. плавной кривой. Релаксация – это уменьшение с течением времени напряжений при постоянной деформации
Многократное повторение циклов загрузки — разгрузки приводит к постепенному накапливанию пластических деформаций . После достаточно большого числа циклов неупругие деформации, соответствующие данному уровню напряжений, выбираются, ползучесть достигает своего предельного значения, бетон начинает деформироваться упруго .При больших напряжениях неупругие деформации неограниченно растут, напряжения достигают предела выносливости и бетон разрушается. Коэффициент надежности вводится в стадии работы конструкции. Для бетона существуют 12 коэффициентов условий работы. Например, коэффициент, учитывающий многократно повторяющуюся нагрузку; коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки и условия твердения.
В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетона умножают на коэффициенты условий работы ggbi В нормативных документах Rb это предел кратковременной прочности без учета , поэтому в расчетах учитывают .; 0,9 – длит. прочность;1,0 – тверд. под водой;1,1 –монтаж конст-ий.
При замедл. нагр. образцов прочность бетона на 10 ÷15% меньше, чем при кратк. нагружении. При быстром нагр. прочность бетона возрастает до 20% .
В5. Виды деформаций бетона. Объемные деформации. Деформации бетона при однократном загружении кратковременной нагрузкой. Деформации бетона при длительном действии нагрузки. Деформации бетона при многократно повторяющемся действии нагрузки. Предельные деформации бетона перед разрушением. Виды деформаций. В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности, и силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации, начальный коэффициент поперечной деформации бетона «v(ню)=0,2(коэффициент Пуассона). Бетон представляет собой упругопластический материал. Начиная с малых напряжений, в нем помимо упругих восстанавливающихся деформаций развиваются неупругие остаточные или пластические деформации. Поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия подразделяют на три вида: при однократном загружении кратковременной нагрузкой, при длительном действии нагрузки в при многократно повторном действии нагрузки.
Объемные деформации
По данным опытов для тяжелых бетонов деформации, вызванные усадкой и более, для бетонов на пористых заполнителях . Деформация бетона при набухании меньше, чем при усадке. Деформации бетона, возникающие под влиянием изменения температуры, характеризуются коэффициентом линейной температурной деформации бетона «альфа bt». При изменении температуры от -50Сдо +50Сдля тяжелого, мелкозернистого бетона и бетона на пористых заполнителях с кварцевым песком ; для легких бетонов на мелких пористых заполнителях . Этот коэффициент зависит от вида цемента, заполнителей влажностного состояния бетона и может изменяться в пределах +- 30%. Деформации при однократном загружеиии кратковременной нагрузкой При однократном загружении бетонной призмы кратковременно приложенной нагрузкой деформации бетона т. е. она складывается из упругой деформации «эпсилон е»и неупругой пластической деформации «эпсилон pl»). Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформацией упругого последствия «эпслон ep». Если испытываемый образец загружать по этапам И замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой), то получим ступенчатую линию, изображенную на рис. 1.11, а. Деформации, измеренные после приложения нагрузки, — упругие и связаны с напряжениями линейным законом. Деформации, развивающиеся за время выдержки под нагрузкой, — неупругие; они увеличиваются с ростом напряжений и на диаграмме имеют вид горизонтальных площадок. При достаточно большом числе ступеней загруженпя зависимость между напряжениями и деформациями может быть изображена плавной кривой. Также и при разгрузке, если на каждой ступени замерять деформации дважды (после снятия нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой), то можно получить ступенчатую линию, которую при достаточно большом числе ступеней разгрузки можно заменить плавной кривой, но только уже вогнутой (см. рис. 1.10). Таким образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, в то время как неупругие деформации развиваются во времени. С увеличением скорости загружения v при одном и том же напряжении «сигма b»неупругие деформации уменьшаются (рис. 1.11,б). При растяжении бетонного образца также возникает деформация складывающаяся из упругой «эпсилон et» и пластической «эпсилон pl,t» деформаций. Деформации при длительном действии нагрузки/При сжатии бетонной призмы в режиме пропорционального развития во времени продольных деформаций обнаруживается постепенное снижение сопротивления бетона, так называемая ниспадающая ветвь диаграммы напряжения — деформации (см. рис. 1.10). Такой участок повышенного деформирования бетона реально наблюдается в конструкциях при определенных условиях нагружения, например, при сжатии бетона у внешней грани сжатой зоны изгибаемых элементов. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается первые 3…4 мес. и может продолжаться несколько лет. На диаграмме (рис. 1.11, в) участок 0—1 характеризует деформации, возникающие при загружении (его кривизна зависит от скорости загружения); участок 1—2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжении.
Свойства бетона, характеризующиеся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3…4 раза превышать упругие деформации. При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в бетоне остаются постоянными. Когда же связи в бетоне (например, стальная арматура) ограничивают свободное развитие ползучести (стесненная ползучесть), то напряжения в бетоне уменьшаются. Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации , называют релаксацией напряжений. Ползучесть и релаксация имеют общую природу и оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой. Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряжений с испытывающей вязкое течение гелевой структурной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций ползучести способствуют капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой. С течением времени процесс перераспределения напряжений затухает и деформирование прекращается.
Ползучесть разделяют на линейную, при которой зависимость между напряжениями и деформациями приблизительно линейная, и нелинейную, которая начинается при напряжениях «Rcrc», превышающих
границу образования структурных микротрещин. Такое разделение ползучести условно, так как в некоторых опытах наблюдается нелинейная зависимость «сигма b»и «эпсилон b» даже при относительно малых напряжениях. Учет нелинейной ползучести имеет существенное значение в практических расчетах предварительно напряженных изгибаемых, внецентренно сжатых и некоторых других элементов. Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения v было получено напряжение «сигма b1»(рис. 112, а), конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми. С ростом напряжений ползучесть бетона увеличивается; зависимость деформации — время при напряжениях показана на рис. 1.12,б. Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый бетон. Ползучесть бетона в сухой среде значительно больше, чем во влажной. Технологические факторы также влияют на ползучесть бетона: с увеличением В/Ци количества цемента на единицу объема бетонной смеси ползучесть возрастает; с повышением прочности зерен заполнителей, повышением прочности бетона, его класса она уменьшается. Бетоны на пористых заполнителях обладают несколько большей ползучестью, чем тяжелые бетоны. Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет собой сумму деформаций: упругой «эпсилон e», деформацией ползучести«эпсилон pl» и усадки«эпсилон sl». Однако в то время как усадка носит характер объемной деформаций, ползучесть развивается главным образом в направлении действия усилия. Деформация бетона при многократно повторяющемся действии нагрузки Многократное повторение циклов загрузки — разгрузки бетонной призмы приводит к постепенному накапливанию неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов эти неупругие деформации, соответствующие данному уровню напряжений, постепенно выбираются, ползучесть достигает своего предельного значения, бетон начинает работать упруго. На рис. 1.13 показано, как с каждым последующим циклом неупругие деформации накапливаются, а кривая зависимости «сигма b»-«эпсилон b», постепенно выпрямляясь, становится прямой, характеризующей упругую работу. Такой характер деформирования наблюдается лишь при напряжениях, не превышающих предел выносливости «сигма b» менньше или равно Rr. При больших напряжениях после некоторого числа циклов неупругие деформации начинают неограниченно расти, что приводит к разрушению образца, при этом кривизна линии зависимости «сигма b»-«эпсилон b»меняет знак, а угол наклона к оси абсцисс последовательно уменьшается. При вибрационных нагрузках с большим числом повторений в минуту (200…600) наблюдается ускоренное развитие ползучести бетона, называемое виброползучестью или динамической ползучестью.
Предельные деформации бетона перед разрушением
Это предельная сжимаемость и предельная растяжимость которые зависят от прочности бетона, его класса, состава, длительности приложения нагрузки (см. рис. 1.10). С увеличением класса бетона предельные деформации уменьшаются, но с ростом длительности приложения нагрузки они увеличиваются. В опытах при осевом сжатии призм наблюдается предельная сжимаемость бетона , в среднем ее принимают равной . В сжатой зоне изгибаемых элементов наблюдается большая, чем у сжатых призм, предельная сжимаемость, зависящая от формы поперечного сечения и относительной высоты сжатой зоны: . При уменьшении ширины поперечного сечения книзу и в тавровых сечениях уменьшается, а при уменьшении относительной высоты сжатой зоны — увеличивается. Она зависит также от насыщения сечения продольной арматурой.
Если при достижении значения бетонную призму последовательно разгружать, на диаграмме появляется нисходящий участок кривой, а предельная сжимаемость достигает значения (см. рис. 1.10).Предельная растяжимость бетона в 10…20 раз меньше предельной сжимаемости, в среднем . Для бетонов на пористых заполнителях это значение несколько больше. Предельная растяжимость бетона существенно влияет на сопротивление образованию трещин в растянутых зонах железобетонных конструкций.
В6. Назначение и виды арматуры. Механические свойства арматурных сталей. Под арматурой понимают гибкие или жёсткие стержни, преимущественно из стали, размещённые в массе бетона в соответствии с эпюрами изгибающих моментов, поперечными и продольными силами, действующими на конструкцию на протяжении всего периода существования конструкции.Назначение арматуры — воспринимать растягивающие усилия, а так же усадочные и температурные напряжения в элементах конструкций. Реже арматуру используют для усиления бетона сжатой зоны изгибаемых элементов, однако она эффективна для армирования колонн. Являясь важной составной частью железобетона, арматура должна отвечать специальным требованиям: надёжно работать совместно с бетоном на всех стадиях эксплуатации конструкции; использоваться до физического или условного предела текучести при исчерпании несущей способности; обеспечивать удобство арматурных работ и возможность их механизации. По функциональному назначению различают рабочую и монтажную арматуру.Под рабочей понимают арматуру, площадь сечения Аs которой определяют расчётом на действие внешних нагрузок. Продольная рабочая арматура воспринимает продольные усилия. Располагают её параллельно нагруженным граням элементов. Поперечная арматура направлена перпендикулярно продольной. Она воспринимает поперечные усилия. Поперечная арматура включает в себя хомуты и отгибы. Арматура устанавливается на растянутых волокнах конструкции. При этом расчёт необходимо выполнять на всех стадиях — изготовления, транспортировки, хранения, монтажа и эксплуатации. Содержание рабочей продольной арматуры в элементах железобетонных конструкций определяют отношением общей площади сечения As рабочих стержней к сечению Аb бетона -коэффициент армирования (%).Под монтажной (поперечной и продольной) понимают арматуру, устанавливаемую без расчёта (по конструктивным и технологическим соображениям). Она предназначена для более равномерного распределения усилий между отдельными стержнями рабочей продольной арматуры и для сохранения проектного положения рабочей продольной и поперечной арматуры в конструкции при бетонировании.Монтажную арматуру устанавливают так же для частичного восприятия не учитываемых расчётом усилий от усадки и ползучести бетона. В зависимости от вида поперечного сечения различают стальную арматуру: гибкую – из стержней круглого сечения (или периодического профиля) и жесткую – из фасонного проката (двутавров, швеллеров, уголков). Последний вид арматуры применяется редко.В железобетонных конструкциях при наличии агрессивной среды имеется большая опасность коррозии стальной арматуры. Для таких конструкций возможно применение неметаллической арматуры (стеклопластики). Гибкая арматура — обладает пластичностью, хорошей свариваемостью, высокими прочностью и пределом выносливости, достаточным порогом хладноломкости. Свариваемость – равнопрочное соединение стальных арматурных стержней. Прочность характеризуется пределом текучести «сигма pl» – это предел, при котором растут пластические деформации стали без увеличения внешней нагрузки.Условный предел текучести «сигма 0,2»– это напряжение, соответствующее остаточным деформациям 0,2%. Условный предел упругости – это напряжение, соответствующее остаточным деформациям 0,02%. При действии многократно повторяющейся нагрузки «сигма pl» уменьшается, а азрушение становится хрупким. За предел выносливости принимают прочность, когда нет хрупкого разрушения при числе циклов n=1*10 5 . Временное сопротивление «сигма u» – предельное сопротивление, когда происходит сужение образца (образование шейки) и разрыв.Если в стальном стержне создать растягивающие напряжения «сигма к>сигма pl», попадающие на диаграмме «сигма-эпсилон» за площадкой текучести в область упрочнения материала, а затем стержень разгрузить, то диаграмма разгрузки получает вид прямой линии и стержень получает остаточные пластические деформации. При повторном загружении, поскольку пластические деформации стали уже выбраны, новая линия диаграммы сольется с линией разгрузки, оставаясь параллельной участку, характеризующему упругую работу материала. Однако перегиб линии диаграммы – начало новой площадки текучести – наступит уже при более высоком напряжении «сигма к». Такие стали называют холоднодеформированными. Предел выносливости – это способность арматуры воспринимать длительное время знакопеременные напряжения. Хладноломкость – это хрупкое разрушение при температуре ниже -30˚. При высоких температурах (~350º) снижается прочность.Наибольшее внимание уделяется стержневой гибкой арматуре, что обусловлено её относительно высокими пластическими свойствами, обеспечивающих снижение в расчётных сечениях элементов опасной концентрации напряжений, вследствие их перераспределения. Малоуглеродистая стержневая арматура хорошо сваривается контактной стыковой или ручной дуговой сваркой, экономична, обладает наименьшей трудоёмкостью при армировании железобетонных конструкций.
Способ изготовления и форма поверхности определяет вид арматуры. Различают арматуру: Стержневую: горячекатаную, термоупрочнённую и термомеханически упрочнённую;Проволочную: холоднотянутую обыкновенную и высокопрочную; По начальному напряженному состоянию: напрягаемую и ненапрягаемую. Горячекатаная арматура – это стальная арматура в виде отдельных стержней круглого, эллиптического, квадратного и других сечений.
Предпочтение отдают круглому сечению, потому что такая арматура наиболее технологична в изготовлении и не имеет острых углов, врезающихся в бетон и способствующих образованию трещин. Класс такой арматуры обозначают буквой А и римской цифрой в СНиПе 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции» (чем больше цифра, тем выше прочность), в СП 52-01-2003 – обычными цифрами: А-I (А 240) – гладкая; А-II (А 300), А-III (А 400), А-IV (А600), А-V (А800), A-VI (А1000)– периодический профиль. Такая сталь не подвергается после проката упрочняющей термической обработке. Ат-III (Ат 400), Ат-IV (Ат 600), Ат-V (Ат 800), Ат-VI (Ат 1000) – термически и термомеханически упрочнённая, т.е. подвергаемая после проката упрочняющей термической обработке; А-IIIв (А 400в)– упрочнённая вытяжкой. Холоднотянутая арматура – это стальная проволочная арматура. Обозначают буквой В от слова «волочение». Вр-I (Вр500) – периодического профиля; В-II – гладкая высокопрочная; Вр-II – высокопрочная рифлёная; К-7, К-19 – проволочные канаты соответственно семи- и девятнадцатипроволочные и др. Арматура периодического профиля – это арматура, на поверхности которой имеются часто расположенные кольцевые выступы, обеспечивающие надёжное сцепление с бетоном без устройства анкерных крюков на концах стержней.Ненапрягаемая арматура – арматура, укладываемая без предварительного натяжения (напряжения). В качестве ненапрягаемой арматуры преимущественно применяют сталь классов А400, А-600C, Вр 500, А240, А300, допускается применение А-600.Ненапрягаемая арматура классов А240, А300, А400, Вр500, A-600С– сваривают контактной и дуговой сваркой.
Напрягаемая арматура — преимущество сталь классов Ат-800, Ат-1000 в элементах длиной до 12 м, допускается также сталь классов А-600 , А-800, А-1000; при большой длине – сталь классов К-7, К-19.
В7. Применение арматуры в конструкциях. Арматурные сварные изделия. Арматурные проволочные изделия. Соединения арматуры: сварные стыки арматуры; стыки арматуры внахлестку без сварки. Стыкование ненапрягаемой арматуры:По способу производства стыки стержней делятся на сварные, несварные (внахлёстку), по месту изготовления – заводские и монтажные.Несварные стыки менее экономичны, поэтому их применяют только для стыкования термически упрочнённой стержневой арматуры.
В зависимости от вида арматуры и условий изготовления применяют разные виды сварных стыков:контактные;ванные в инвентарной форме;внахлёстку;тавровые и т.д. Сварные стыки выполняются в соответствии с ГОСТ. Стыки с накладками и внахлёстку применяют, если не удаётся точно подогнать торцы стыкуемых стержней. Сварные стыки можно размещать в любом месте стержня, однако рабочие стержни не рекомендуют сваривать в зонах наибольших усилий. Стыки с накладками в местах им насыщения бетона арматурой, дабы не мешать бетонированию. Свариваемость – равнопрочное соединение стальных арматурных стержней.
Арматурные изделия
1. Арматурные сетки (обычно с перпендикулярным расположением рабочих стержней).2. Каркасы – плоские и пространственные.
Сварные плоские сетки изготавливают шириной до 3800мм с продольной и поперечной рабочей арматурой. Расстояние между осями продольных и поперечных стержней обычно принимают кратным 50 мм. Плоские каркасы применяют для армирования изгибаемых элементов. Продольные рабочие и монтажные стержни размещают с одной стороны поперечных стержней, так как это исключает трудоемкое переворачивание стержней при изготовлении каркасов. Допускается размещение рабочих стержней в два и более рядов, если это оправдано экономически. Пространственные каркасы собирают из плоских каркасов или сваривают целиком, что позволяет снизить трудоёмкость работ.
В8. Сущность предварительно напряженного железобетона. Способы создания предварительного напряжения железобетона. Предварительно напряженные элементы – железобетонные элементы, в которых до приложения нагрузок, в процессе их изготовления, искусственно создается внутреннее напряженное состояние (самонапряжение), заключающееся в значительном обжатии бетона предварительно растянутой арматурой.
Предварительное напряжение применяется преимущественно в тех элементах, в которых при нагрузках возникают растягивающие напряжения. В отдельных случаях целесообразно применять преднапряжение в центрально и внецентренно сжатых элементах, в частности в гибких колоннах, где оно обеспечивает необходимую трещиностойкость на период транспортирования и монтажа, а также предотвращает потерю устойчивости элемента. Предварительное напряжение элементов повышает трещиностойкость, жесткость, выносливость конструкций при работе под воздействием многократно повторяющихся нагрузок, позволяет применять высокопрочную арматуру при полном использовании ее механических свойств. Но само по себе
преднапряжение НЕ повышает несущую способность. Как показывают опыты, в стадии разрушения эффект предварительного напряжения утрачивается, разрыв растянутой арматуры происходит при предельном напряжении и несущая способность предварительно напряженного элемента оказывается такой же, как и для железобетонного элемента без предварительного напряжения. Экономику применения высокопрочной стали можно проиллюстрировать. С увеличением прочности стали ее удельная стоимость снижается
Предварительное напряжение может создаваться двумя способами:1. натяжением арматуры на упоры; 2. натяжением арматуры на бетон. Суть натяжения арматуры на упоры. Арматура натягивается и закрепляется на особых упорах стендов, форм. После бетонирования и приобретения бетоном достаточной прочности арматура освобождается с удерживающих устройств и, стремясь восстановить свою первоначальную длину, обжимает бетон. Напряжения в арматуре контролируются до обжатия бетона.
Суть натяжения арматуры на бетон. Сначала изготовляют бетонный или слабоармированный элемент. Для укладки рабочей арматуры в нем предусматривают каналы или пазы. После отвердения бетона арматура натягивается с передачей реактивных усилий непосредственно на бетон и при помощи анкеров удерживается в напряженном состоянии. Для создания сцепления арматуры с бетоном и защиты арматуры от коррозии каналы и пазы заполняют под давлением цементным тестом или раствором. Напряжения в арматуре контролируют по окончанию обжатия бетона.
Натяжение арматуры может быть выполнено 3 способами: 1.механическим (домкратами, намоточными машинами и т.п.). 2. электротермическим. Арматура, нагретая и удлиненная за счет пропуска электротока, закрепляется на упорах. Поскольку арматура при остывании свободно не сокращается, в ней возникают растягивающие напряжения. Этот способ распространен в России. Он надежен, малотрудоемок и был экономичен при централизованной экономике. 3. электротермомеханическим (комбинированным). Здесь полностью исключают обрыв арматуры, т.к. усилие механического натяжения не более 20-30% от общего усилия натяжения.Натяжение на бетон осуществляют механическим способом. При натяжении на упоры применяют стержневую арматуру, высокопрочную проволоку и арматурные канаты; при натяжении на бетон – преимущественно высокопрочную проволоку и арматурные канаты. Арматурные канаты и проволоку небольшого диаметра можно натягивать на упоры форм или бетон непрерывной намоткой.Натяжение на упоры применяют в заводских условиях. Натяжение на бетон более трудоемко. Поэтому раньше этот вид натяжения применялся редко, только в случаях, когда изготовляли монолитные конструкции или уникальные конструкции больших размеров, в основном в транспортном строительстве. В наст. время натяжение на бетон получило распространение. Существует опыт в применении натяжения стержневой арматуры на бетон.Помимо трех способов натяжения арматуры распространен также физико-механический способ натяжения, т.е. самонапряжение, при котором используется свойство бетонов, изготовленных на расширяющемся цементе. При расширении бетона в процессе твердения арматура удлиняется, и т.о., создается предварительное напряжение. Такой способ технологически прост в применении.
В9. Сцепление арматуры с бетоном. Анкеровка арматуры в бетоне. Защитный слой бетона в железобетонных конструкциях. Сцепление арматуры с бетоном.Совместное деформирование арматуры с бетоном, обеспечивающееся сцеплением и анкеровкой, служит основной предпосылкой деформирования железобетона под нагрузкой как конструктивного материала. По определению сцепление — это связь по поверхности контакта между арматурой и бетоном, в силу которой величина продольного усилия в арматуре может стать переменной по ее длине. Силы сцепления вызывают в бетоне сложное напряженно-деформированное состояние, в частности расклинивание. По отношению к арматуре силы сцепления могут быть сведены к распределенной нагрузке, направленной по ее оси, а иногда дополнительно к нагрузкам в виде распределенных по длине изгибающих и крутящих моментов.Сопротивление сдвигу «тау с» растет с увеличением марки цемента, уменьшением В/Ц, с увеличением возраста бетона (влияние усадки). По длине заделки стрежня напряжения сцепления распределяются неравномерно, при этом наибольшее напряжение «тау с мах»не зависит от длины заделки.
Анкеровка — это закрепление концов арматуры внутри бетона или на его поверхности, способное воспринимать определенные величины нагрузки.Сцепление, даже при не полностью обеспеченной анкеровке, играет существенную роль — образование первой трещины влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжение растянутой арматуры. От качества сцепления зависит расстояние между трещинами и ширина их раскрытия.
На Западе напряжения сцепления рассчитывают по заведомо неверным формулам, считая, что распределение этих напряжении равномерно по длине заделки. Полученные значения сравнивают с допускаемыми или расчетными сопротивлениями, которые приходится назначать в каждом изучаемом случае разными исходя из данных опыта.
В России напряжения сцепления вовсе не рассчитываются, но на основании опытов даются конструктивные правила относительно длин анкеровки, размеров поперечного армирования и т. п. В различных опытах сила сцепления арматуры с бетоном определялась сопротивлением скольжению забетонированного стержня при его выдергивании или выталкивании. Как показали опыты, сила сцепления меняется в широких пределах и в основном зависит от трех факторов:
Анкеровка — это закрепление концов арматуры внутри бетона или на его поверхности, способное воспринимать определенные величины нагрузки. Сцепление, даже при не полностью обеспеченной анкеровке, играет существенную роль — образование первой трещины влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжение растянутой арматуры. От качества сцепления зависит расстояние между трещинами и ширина их раскрытия. На Западе напряжения сцепления рассчитывают по заведомо неверным формулам, считая, что распределение этих напряжении равномерно по длине заделки. Полученные значения сравнивают с допускаемыми или расчетными сопротивлениями, которые приходится назначать в каждом изучаемом случае разными исходя из данных опыта. В России напряжения сцепления вовсе не рассчитываются, но на основании опытов даются конструктивные правила относительно длин анкеровки, размеров поперечного армирования и т. п. В различных опытах сила сцепления арматуры с бетоном определялась сопротивлением скольжению забетонированного стержня при его выдергивании или выталкивании. Как показали опыты, сила сцепления меняется в широких пределах и в основном зависит от трех факторов: склеивания арматуры с бетоном, благодаря клеящей способности цементного теста (адгезия); сил трения, возникающих на поверхности арматуры благодаря зажатию стержней в бетоне при его усадке; сопротивления бетона усилиям среза, возникающим из-за наличия неровностей и выступов на поверхности арматуры.
Наибольшее влияние на сцепление оказывает третий фактор – он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления. Первый фактор оказывает наименьшее влияние – до 25% всей силы сцепления. Арматура периодического профиля с сильно шероховатой поверхностью обладает более высоким и надежным сопротивлением скольжению благодаря зацеплению и заклиниванию ее выступов в бетоне. По сравнению с гладкими стержнями арматура периодического профиля обладает в 2-3 раза большей силой сцепления с бетоном.
Напряжение в бетоне под выступами арматуры при ее выдергивании может превосходить в 5-7 раз кубиковую прочность бетона, поэтому недопустимо снижение плотности бетона в зоне контакта его с арматурой. Наиболее надежное повышение сопротивления скольжению арматуры в бетоне достигается соответствующим конструированием арматуры: устройством крюков на концах гладких стержней, применением анкеров.
Сопротивление скольжению растянутой арматуры (на выдергивание) меньше, чем сопротивление скольжению сжатой арматуры (на выталкивание), что объясняется поперечными деформациями самого стержня. С увеличением диаметра стального стержня и повышением нормального напряжения в нем сила сцепления его с бетоном при растяжении уменьшается, а при сжатии – увеличивается (рис.4.3). Защитный слой бетона в железобетонных конструкциях создается размещением арматуры на некотором удалении от поверхности элемента. Защитный слой бетона необходим для совместной работы арматуры с бетоном на всех стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций. Он защищает арматуру от внешних воздействий, высокой температуры, агрессивной среды и т. п. При назначении толщины защитного слоя бетона учитывают вид и размеры конструкции, диаметр и назначение арматуры, вид и класс бетона, условия работы конструкции и т. д.Толщину защитного слоя для продольной рабочей арматуры принимают не менее диаметра стержня или каната и не менее: в плитах и стенках толщиной до 100 мм- 10 мм; в плитах и стенках толщиной более 100 мм, а также в балках и ребрах высотой до 250 мм-15 мм; в балках и ребрах высотой 250 мм и более, а также в колонах- 20 мм; в фундаментных балках и в сборных фундаментах — 30 мм; для нижней арматуры монолитных фундаментов при наличии бетонной подготовки- 35 мм; при отсутствии бетонной подготовки — 70 мм. Толщина защитного слоя поперечных стержней каркасов и хомутов, а также для распределительной и конструктивной арматуры должна приниматься не менее диаметра указанной арматуры и не менее: при высоте сечения элемента менее 250 мм — 10 мм; при высоте сечения элемента 250 мм и более- 15 мм. Расстояние от конца продольной ненапрягаемой арматуры до торца элемента должно быть не менее 10мм при длине изделия до 9 м, 15 мм при длине до 12 м, 20 мм при длине свыше 12 м.
В10.Нормативные и расчетные сопротивления бетона и арматуры. Коэффициенты условий работы бетона и арматуры.
НОРМАТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ БЕТОНА И АРМАТУРЫ/ Любой материал, даже бетон одного класса и сталь одной марки, не обладает стабильно одинаковой прочностью. Брать в таких случаях среднюю прочностьR слишком рискованно (50 % вероятности того, что в опасном сечении конструкции прочность материала окажется нижеR), а брать Rmin – слишком накладно (столь низкая прочность приведет к увеличению размеров сечения). Поэтому специалисты условились принимать в качестве нормативной Rn такую прочность, которая давала бы 95 % гарантии, а риска – лишь 5 %, аналогично тому, как принимается класс бетона (см. вопрос 9). На математическом языке это называется “с обеспеченностью 0,95”. Следовательно, нормативным сопротивлением бетона сжатию Rbn является призменная прочность с обеспеченностью 0,95, а нормативным сопротивлением арматуры растяжению Rsn – условный или физический пределы текучести с обеспеченностью 0,95. РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ БЕТОНА И АРМАТУРЫ Строительные конструкции должны обладать запасом несущей способности, который предохраняет от многих неприятных случайностей и обеспечивает долговечность зданий и сооружений. Вот почему в расчетах по прочности сечений используют не нормативные, а более низкие – расчетные сопротивления материалов, взятые с запасом по отношению к нормативным: R = Rn /, где — коэффициент надежности по прочности. Для бетона b =1,3 (сжатие), для арматуры s = (1,1. 1,2) в зависимости от класса стали. Значение тем больше, чем больший разброс прочности материала, или, говоря иначе, чем менее однородна его прочность. В КАКИХ РАСЧЕТАХ ИСПОЛЬЗУЮТ НОРМАТИВНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ БЕТОНА И АРМАТУРЫ? Если у конструкции в процессе эксплуатации чрезмерно раскрылись трещины или прогибы превысили допустимые значения, то последствия этого не столь опасны, как при исчерпании прочности (разрушении). Вот почему в расчетах по 2-й группе предельных состояний используют преимущественно нормативные сопротивления Rn. Правда, Нормы проектирования в последней редакции обозначают их Rser и именуют “расчетными сопротивлениями для предельных состояний 2-й группы”, но столь длинное название выговаривать неудобно, поэтому инженеры и ученые в обиходе по-прежнему употребляют термин “нормативное сопротивление”, тем более что численно Rser = Rn.
IV группа коэффициентов надежности – условия изготовления и эксплуатации конструкций. Коэффициент надежности «гамма» вводится в стадии работы конструкции. 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 бетона Rb 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. По СП 52-101-03 значение коэффициента надежности по арматуре «гамма s» принимают равным:для предельных состояний первой группы: 1,1 — для арматуры классов А240, А300 и А400; 1,15 – для арматуры класса А500; 1,2 — для арматуры класса В500; для предельных состояний второй группы «гамма s=0»
В11.Три категории требований к трещиностойкости железобетонных конструкций.
Существует 3 категории трещиностойкости:
1-я категория: не допускается образование трещин при действии полных расчетных нагрузок, т.е. с коэффициентом надежности f > 1. Здесь выполняют расчет по образованию трещин, а сечения рассматривают на 1-й стадии работы (см. вопрос 64).
2-я категория: допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин аcrc1 при действии полных нормативных нагрузок, т.е. с коэффициентом надежности f = 1, при условии последующего надежного закрытия трещин, когда остаются только постоянная и длительная нагрузки. Здесь выполняют расчет по раскрытию и закрытию трещин, а сечения рассматривают на 2-й стадии работы.
3-я категория: допускается ограниченное по ширине непродолжительное раскрытие трещин аcrc1 при действии полных нормативных нагрузок с f = 1 и продолжительное раскрытие аcrc2 при действии постоянной и длительной нормативных нагрузок (тоже с f = 1). Расчет выполняют по раскрытию трещин, сечения рассматривают на 2-й стадии работы.
Коэффициент альфа м в жбк что это
ПОСОБИЕ
по проектированию бетонных и железобетонных конструкций,
предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и
высоких температур
(к СНиП 2.03.04-84)
РАЗРАБОТАНО НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. А.Ф.Милованов — руководитель темы; кандидаты техн. наук В.Н.Горячев, В.М.Милонов, В.Н.Самойленко; Т.Н.Малкина) с участием ВНИПИ Теплопроект Минмонтажспецстроя СССР (канд. техн. наук В.Г.Петров-Денисов; В.А.Тарасова, Е.Н.Бальных), Макеевского ИСИ Минвуза УССР (канд. техн. наук А.П.Кричевский); Харьковского Промстройниипроекта Госстроя СССР (кандидаты техн. наук И.Н.Заславский, С.Л.Фомин).
РЕКОМЕНДОВАНО к изданию решением секции теории железобетона и арматуры научно-технического совета НИИЖБ Госстроя СССР.
УТВЕРЖДЕНО приказом НИИЖБ Госстроя СССР от 25 апреля 1985 г. N 25
Содержит основные положения по расчету и проектированию бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях систематического воздействия повышенных (свыше 50 до 200 °С) и высоких (свыше 200 °С) технологических температур.
Приведены примеры расчета прочности, деформаций, образования и раскрытия трещин от воздействия температуры и нагрузки.
Для инженерно-технических работников проектных организаций, научных работников, преподавателей строительных вузов, аспирантов и студентов.
При пользовании нормативным документом следует учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые в журнале «Бюллетень строительной техники», «Сборнике изменений к строительным нормам и правилам» Госстроя СССР и информационном указателе «Государственные стандарты СССР» Госстандарта.
Опыт проектирования, строительства и эксплуатации различных сооружений из обычного и жаростойкого железобетона подтверждает, что можно достигнуть длительного срока службы сооружения, если правильно будут учтены неблагоприятные влияния температуры.
Применение сборного жаростойкого бетона и железобетона в виде крупных блоков и панелей открывает широкие возможности индустриализации строительства, уменьшения трудозатрат. Кроме того, в ряде случаев значительно сокращаются сроки строительства.
В Пособии приведены требования СНиП 2.03.04-84 «Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур», а также СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», необходимые для проектирования. В скобках даны номера пунктов СНиП 2.03.04-84.
При составлении Пособия использованы результаты отечественных и зарубежных работ по изучению механических и реологических свойств бетона и арматуры в условиях воздействия повышенных и высоких температур, а также исследования изгибаемых, сжатых и внецентренно растянутых элементов, круглых и прямоугольных плит, элементов труб, боровов, сводов, рам и куполов из жаростойкого бетона и железобетона при воздействии температур.
На основе этих исследований разработаны общие принципы конструирования бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур.
В Пособии детализируются отдельные положения по расчету и проектированию бетонных и железобетонных конструкций с обычной и предварительно напряженной арматурой, даются практические методы расчета прочности (проверка прочности и подбор арматуры), деформаций, образования и раскрытия трещин в железобетонных элементах при систематическом воздействии повышенных и высоких технологических температур и нагрузок, приводятся рекомендации по расчету наиболее массовых конструкций печей (сводов, куполов, фундаментов и т.д.) и других тепловых агрегатов.
В Пособии даны примеры расчета, охватывающие типичные случаи, встречающиеся в практике проектирования.
Единицы физических величин, приведенные в Пособии, соответствуют «Перечню единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве».
В таблицах нормативные и расчетные сопротивления и модули упругости материалов приведены в МПа (кгс/см).
В Пособии использованы буквенные обозначения и индексы к ним в соответствии с СТ СЭВ 1565-79. Основные буквенные обозначения применяемых величин приведены в приложении 6.
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
1.1. Настоящее Пособие распространяется на проектирование бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях систематического воздействия повышенных (свыше 50 до 200 °С) и высоких (свыше 200 °С) технологических температур (далее — воздействие температур).
Проектирование железобетонных дымовых труб, резервуаров и фундаментов доменных печей, работающих при воздействии температуры свыше 50 °С, должно производиться с учетом дополнительных требований, предъявляемых к этим сооружениям соответствующими нормативными документами.
1.2. Выбор конструктивных решений должен производиться исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, достигаемого путем:
применения эффективных строительных материалов и конструкций;
снижения веса конструкций;
наиболее полного использования физико-механических свойств материалов;
использования местных строительных материалов;
соблюдения требований по экономному расходованию основных строительных материалов.
1.3. При проектировании зданий, сооружений и тепловых агрегатов должны приниматься четкие конструктивные схемы, обеспечивающие необходимую прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость конструкции на всех стадиях возведения и при эксплуатации.
1.4. Элементы сборных конструкций должны отвечать условиям механизированного изготовления на специализированных предприятиях.
При выборе элементов сборных конструкций должны предусматриваться преимущественно предварительно напряженные конструкции из высокопрочных бетонов и арматуры, а также конструкции из легких бетонов, где их применение не ограничивается требованиями других нормативных документов.
Целесообразно укрупнять элементы сборных конструкций, насколько это позволяют грузоподъемность монтажных механизмов, условия изготовления и транспортирования.
1.5. Для монолитных конструкций следует предусматривать унифицированные размеры, позволяющие применять инвентарную опалубку, а также укрупненные унифицированные пространственные арматурные каркасы.
1.6. В сборных конструкциях особое внимание должно быть обращено на прочность и долговечность соединений.
Конструкции узлов и соединений элементов должны обеспечивать надежную передачу усилий, прочность самих элементов в зоне стыка, а также связь дополнительно уложенного бетона в стыке с бетоном конструкции.
1.7. Конструкции рассматриваются как бетонные, если их прочность в стадии эксплуатации обеспечивается одним бетоном.
1.8. Численные значения расчетных характеристик бетона и арматуры, предельных величин ширины раскрытия трещин и прогибов применяются только при проектировании; для оценки качества конструкции следует руководствоваться требованиями соответствующих стандартов и нормативных документов.
1.9 (1.1). Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных температур, следует предусматривать, как правило, из обычного бетона.
Фундаменты, которые при эксплуатации постоянно подвергаются воздействию температуры до 250 °С включ., допускается предусматривать из обычного бетона.
Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия высоких температур, следует предусматривать из жаростойкого бетона.
Несущие элементы конструкций тепловых агрегатов, выполняемые из жаростойкого бетона, сечение которых может нагреваться до температуры свыше 1000 °С, допускается принимать только после их опытной проверки.
Жаростойкие бетоны в элементах конструкций тепловых агрегатов следует применять согласно указаниям прил.1.
В настоящем Пособии приняты следующие наименования бетонов: обычный (ГОСТ 25192-82); жаростойкий (ГОСТ 20910-82).
Классы по предельно допустимой температуре применения жаростойкого бетона приведены в зависимости от вида вяжущего, заполнителей, тонкомолотых добавок и отвердителя.
1.10 (1.2). Для конструкций, работающих под воздействием температуры свыше 50 °С в условиях периодического увлажнения паром, технической водой и конденсатом, необходимо соблюдать требования пп.1.19; 2.5; 2.10; 2.11; 2.13 и 5.14.
При невозможности обеспечения указанных требований расчет таких конструкций допускается производить только на воздействие температуры и нагрузки без учета периодического увлажнения. При этом в расчете сечения не должны учитываться крайние слои бетона толщиной 20 мм с каждой стороны, подвергающиеся замачиванию в течение 7 ч, и толщиной 50 мм при длительности замачивания бетона более 7 ч или должна предусматриваться защита поверхности бетона от периодического замачивания.
Окрашенная поверхность бетона или гидроизоляционные покрытия этих конструкций должны быть светлых тонов.
1.11 (1.3). Циклический нагрев — длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция периодически подвергается повторяющемуся нагреву с колебаниями температуры более 30% расчетной величины при длительности циклов от 3 ч до 30 дней.
Постоянный нагрев — длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция подвергается нагреву с колебаниями температуры до 30% расчетной величины.
1.12 (1.4). При проектировании конструкций из жаростойких бетонов по ГОСТ 20910-82 необходимо учитывать дополнительные требования «Руководства по возведению тепловых агрегатов из жаростойкого бетона» (М.: Стройиздат, 1983) к исходным материалам для жаростойких бетонов, подбору их состава и технологии приготовления, а также особенности производства работ.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
1.13. Бетонные и железобетонные конструкции, работающие в условиях воздействия повышенных и высоких температур, должны удовлетворять требованиям расчета по несущей способности (предельным состояниям первой группы) и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельным состояниям второй группы).
Расчет по предельным состояниям первой группы должен обеспечивать конструкции от:
хрупкого, вязкого или иного характера разрушения (расчет по прочности с учетом, в необходимых случаях, прогиба конструкции перед разрушением);
потери устойчивости формы конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций и т.п.) или ее положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен, внецентренно нагруженных высоких фундаментов, расчет на всплывание заглубленных или подземных резервуаров, насосных станций и т.п.);
усталостного разрушения (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократно повторяющейся нагрузки подвижной или пульсирующей; подкрановых балок, рамных фундаментов и перекрытия под некоторые неуравновешенные машины и т.п.);
разрушения под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (периодического или постоянного воздействия агрессивной среды, действия попеременного замораживания и оттаивания и т.п.).
Расчет по предельным состояниям второй группы должен обеспечивать конструкции от:
образования трещин, а также чрезмерного или длительного раскрытия (если по условиям эксплуатации образование или длительное раскрытие трещин недопустимо);
чрезмерных перемещений (прогибов, углов поворота, углов перекоса и колебаний).
1.14. Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов, как правило, производится для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации, при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям.
1.15 (1.5). При расчете бетонных и железобетонных конструкций необходимо учитывать изменения механических и упругопластических свойств бетона и арматуры в зависимости от температуры воздействия. При этом усилия, деформации, образование, раскрытие и закрытие трещин определяют с учетом воздействия нагрузки (включая собственный вес) и температуры.
Расчетные схемы и основные предпосылки для расчета бетонных и железобетонных конструкций должны устанавливаться в соответствии с условиями их действительной работы в предельном состоянии с учетом в необходимых случаях пластических свойств бетона и арматуры, наличия трещин в растянутом бетоне, а также влияния усадки и ползучести бетона как при нормальной температуре, так и при воздействии повышенных и высоких температур.
1.16 (1.6). Расчет конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, должен производиться на все возможные неблагоприятные сочетания нагрузок от собственного веса, внешней нагрузки и температуры с учетом длительности их действия и в случае необходимости — остывания.
Расчет конструкций с учетом воздействия повышенных и высоких температур необходимо производить для следующих основных расчетных стадий работы:
кратковременный нагрев — первый разогрев конструкции до расчетной температуры;
длительный нагрев — воздействие расчетной температуры в период эксплуатации.
Расчет статически определимых конструкций по предельным состояниям первой и второй групп (за исключением расчета по образованию трещин) следует вести только для стадии длительного нагрева. Расчет по образованию трещин необходимо производить для стадий кратковременного и длительного нагрева с учетом усилий, возникающих от нелинейного распределения температуры бетона по высоте сечения элемента.
Расчет статически неопределимых конструкций и их элементов по предельным состояниям первой и второй групп должен производиться:
а) на кратковременный нагрев конструкции по режиму согласно СНиП III-15-76, когда возникают наибольшие усилия от воздействия температуры (см. п.1.23). При этом жесткость элемента в конструкции определяется согласно указаниям пп.4.28-4.30 как от кратковременного действия всех нагрузок, так и в зависимости от скорости нагрева;
б) на длительный нагрев — воздействие на конструкцию расчетной температуры в период эксплуатации, когда происходит снижение прочности и жесткости элементов в результате воздействия длительного нагрева и нагрузки.
При этом жесткость элементов определяется по указаниям пп.4.28-4.30 как для длительного действия всех нагрузок.
Расчетная технологическая температура принимается равной температуре среды цеха или рабочего пространства теплового агрегата, указанной в задании на проектирование.
Расчетные усилия и деформации от кратковременного и длительного нагрева определяются по указаниям п.1.40 с учетом коэффициента надежности по температуре.
1.17 (1.7). Величины нагрузок и воздействий, значения коэффициентов надежности, коэффициентов сочетаний, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные длительные, кратковременные, особые следует принимать в соответствии с требованиями СНиП II-6-74 с учетом дополнительных указаний: нагрузки, учитываемые при расчете по предельным состояниям второй группы, должны приниматься согласно указаниям пп.1.19 и 1.29. При этом к длительным нагрузкам следует относить часть полной величины кратковременных нагрузок, оговоренных в главе СНиП II-6-74, а вводимая в расчет кратковременная нагрузка принимается уменьшенной на величину, учтенную в длительной нагрузке. Коэффициенты сочетаний и другие коэффициенты снижения нагрузок относятся к полной величине кратковременных нагрузок.
Нагрузки и воздействия температуры, учитываемые при расчете конструкции по предельным состояниям первой и второй групп, следует принимать по табл.1 и 2.