13. Нормативные расчетные сопротивления бетона и арматуры.

Нормативные и расчетные сопротивления бетона

Нормативными сопротивлениями бетона являются со­противление осевому сжатию призм (призменная проч­ность) (R_bn) и сопротивление осевому растяжению (R_btn), которые определяются в зависимости от класса бетона по прочности (при обеспеченности 0,95).

Нормативную призменную прочность определяют по эмпирической формуле

При контроле класса бетона по прочности на осевое растяжение нормативное сопротивление бетона осевому растяжению R_btn принимают равным его гарантирован­ной прочности (классу) на осевое растяжение.

Расчетные сопротивления бетона для расчета по пер­вой группе предельных состояний определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэф­фициенты надежности по бетону: при сжатии — у_bc = 1,3, при растяжении — у_bt = 1,5, а при контроле прочности на растяжение у_bt =1,3.

Расчетное сопротивление бе­тона осевому сжатию

(2.14)

расчетное сопротивление бетона осевому растяжению

( 2.15)

Расчетное сопротивление сжатию тяжелого бетона классов В50, В55, В60 умножают на коэффициенты, учи­тывающие особенность механических свойств высоко­прочного бетона (снижение деформаций ползучести), соответственно равные 0,95, 0,925 и 0,9.

При расчете элементов конструкций расчетные со­противления бетона R_b и R_bt уменьшают, а в отдельных случаях увеличивают умножением на соответствующие коэффициенты условий работы бетона у_bi, учитывающие следующие факторы: особенности свойств бетонов:

дли­тельность действия нагрузки и ее многократную повто­ряемость, условия, характер и стадию работы конструк­ции; способ ее изготовления, размеры сечения и т. п.

Расчетные сопротивления бетона для расчета по вто­рой группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надежности по бетону у_ь=1

Нормативные и расчетные сопротивления арматуры

Нормативные сопротивления арматуры R_sn устанав­ливают с учетом статистической изменчивости прочности и принимают равными наименьшему контролируе­мому значению следующих величин: для стержневой ар­матуры — физического предела текучести или услов­ного предела текучести; для проволочной армату­ры— условного предела текучести. Нормами установлена доверительная вероятность нормативного сопротивления арматуры — 0,95. Значения нормативных сопротивлений для различных классов стержневой и про­волочной арматуры приведены в прил. 5.

Расчетные сопротивления арматуры растяжению для расчета по первой группе предельных состояний опреде­ляют делением нормативных сопротивлений на соответ­ствующие коэффициенты надежности по арматуре (табл. 2.1)

(2.16)

Значения коэффициентов надежности по арматуре составляют:

Расчетные сопротивления арматуры сжатию R_sc используемые в расчете конструкций по первой группе предельных состояний, при сцеплении арматуры с бето­ном принимают равными соответствующим расчетным сопротивлением арматуры растяжению R_s, но не более 400 МПа (исходя из предельной сжимаемости бетона).

При отсутствии сцепления арматуры с бетоном R_sc = 0.

При расчете элементов конструкций расчетные сопротивления арматуры снижают или в отдельных случаях повышают умножением на соответствующие коэффици­енты условий работы у_si , учитывающие возможность не­полного использования ее прочностных характеристик в связи с неравномерным распределением напряжений в сечении, низкой прочностью бетона, условиями анкеровки, наличием загибов, характером диаграммы растя­жения стали, изменением ее свойств в зависимости от условий работы конструкции и т. п.

При расчете элементов на действие поперечной силы расчетные сопротивления поперечной арматуры снижают введением коэффициента условий работы у_s1 = 0,8, учи­тывающего неравномерность распределения напряжений в арматуре по длине наклонного сечения. Кроме того, для сварной поперечной арматуры из проволоки классов Вр-1 и стержневой арматуры класса А - III, диаметр ко­торых меньше 1/3 диаметра продольных стержней вво­дят коэффициент у_s2 = 0,9, учитывающий возможность хрупкого разрушения сварного соединения хомутов.

Расчетные сопротивления арматуры для расчета по второй группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надежности по арматуре у_s = 1.

Основные физико-механические характеристики арматуры

Х арактеристики прочности и деформаций арматурных сталей устанавливают по диаграмме получаемой из испытания образцов на растяжение.

Рис. 1.18. Диаграммы при растяже­нии арматурной ста­ли а — с площадкой текуче­сти (мягкая сталь); б — с условным пределом те­кучести

Горячекатаная арматурная сталь, имеющая на диаграмме площадку текучести, обладает значительным удлинением после разрыва — до 25% (мягкая сталь) (рис.1.18,а).

Повышение прочности горячекатаной арматурной ста­ли и уменьшение удлинения при разрыве достигают вве­дением в ее состав углерода и различных легирующих добавок: марганца, кремния, хрома и др.

Существенного повышения прочности горячекатаной арматурной стали достигают термическим упрочнением или холодным

деформированием. Высоколегированные и термически упрочненные арма­турные стали переходят в пластическую стадию посте­пенно, что характеризуется отсутствием ярко выраженной площадки текучести на кривой (рис. 1.18,6). Для этих сталей

у станавливают условный предел текучести — на­пряжение , при котором остаточные деформации со­ставляют 0,2 %.

Пластические свойства арматурных сталей имеют большое значение для работы железобетонных конструк­ций под нагрузкой, механизации арматурных работ, удоб­ства натяжения напрягаемой арматуры и др. Арматурная сталь обладает достаточной пластичностью, которая ха­рактеризуется относительным удлинением при испытании на разрыв образцов длиной, равной 5 диаметрам стержня (или 100 мм), а также оценивается испытанием их на изгиб в холодном состоянии вокруг оправки тол­щиной, равной 3 - 5 диаметров стержня. Понижение пла­стических свойств арматурной стали может стать причи­ной хрупкого (внезапного) разрыва арматуры в конст­рукциях под нагрузкой, хрупкого излома напрягаемой арматуры в местах резкого перегиба или при закрепле­нии в захватках и т. п.

Минимально допустимое относи­тельное удлинение и требования при испытании на холод­ный загиб установлены стандартами и техническими ус­ловиями.

Свариваемость арматурных сталей характеризуется надежностью соединения, отсутствием трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах. Сваривае­мость имеет существенно важное значение для механи­зированного изготовления сварных сеток и каркасов, вы­полнения стыков стержневой арматуры, анкеров, раз­личных закладных деталей и т. п. Хорошо свариваются горячекатаные малоуглеродистые и низколегированные арматурные стали. Нельзя сваривать арматурные стали, упрочненные термической обработкой или вытяжкой, так как при сварке утрачивается эффект упрочнения — про­исходят отпуск и потеря закалки термически упрочнен­ных сталей, отжиг и потеря наклепа проволоки, упроч­ненной вытяжкой.

Хладноломкостью, или склонностью к хрупкому раз­рушению под напряжением при отрицательных темпера­турах (ниже -30 °С), обладают горячекатаные ар­матурные стали периодического профиля некоторых ви­дов — из полуспокойной мартеновской и конвертерной стали и др. Арматурные стали из высокопрочной прово­локи и термически упрочненные обладают более низким порогом хладноломкости.

Реологические свойства арматурной стали характе­ризуются ползучестью и релаксацией. Ползучесть нара­стает с повышением напряжений и ростом температуры. Релаксация (уменьшение напряжений) наблюдается в ар­матурных стержнях при неизменной длине — отсутствии деформаций. Релаксация зависит от механических свойств и химического состава арматурной стали, техно­логии изготовления и условий применения и др. Значи­тельной релаксацией обладает упрочненная вытяжкой проволока, термически упрочненная арматура, а также высоколегированная стержневая арматура. Релаксация горячекатаных низколегированных арматурных сталей незначительна. Как показывают опыты, наиболее интен­сивно релаксация развивается в течение первых часов, однако она может продолжаться длительное время. Релаксация арматурной стали оказывает большое влияние на работу предварительно напряженных конструкций, так как приводит к частичной потере искусственно созданно­го предварительного напряжения.

Усталостное разрушение арматурной стали наблюда­ется при действии многократно повторяющейся нагрузки, оно носит характер хрупкого разрушения. Предел вынос­ливости арматурной стали в железобетонных конструк­циях зависит от числа повторений нагрузки п, качества сцепления и нали­чия трещин в бетоне растянутой зоны и др. Тер­мически упрочненные арматурные стали имеют понижен­ный предел выносливости.

Д инамическая прочность арматурной стали наблюда­ется при нагрузках большой интенсивности, действующих на сооружение за весьма короткий промежуток времени. В условиях высокой скорости деформирования арматур­ные стали работают упруго при напряжениях, превыша­ющих физический предел текучести, при этом происходит запаздывание пластических деформаций. Превышение динамического предела текучести над пределом текуче­сти при статическом нагружении связано с временем запаздывания. В меньшей степени динамическое упрочне­ние проявляется на условном пределе текучести ста­лей легированных и термически упрочненных (не имею­щих явно выраженной площадки текучести) и практиче­ски совсем не отражается на пределе прочности всех видов арматурных сталей, в том числе высокопрочной проволоки и изделий из нее.

Изменение структуры металла и снижение прочности арматурных сталей происходит при высокотемператур­ном нагреве. Так, при нагреве до 400 °С предел текучести горячекатаной арматуры класса А – III уменьшается на 30 %, классов А-II и А-I — на 40 %, модуль упругости уменьшается на 15 %. Заметное проявление ползучести арматуры в конструкциях под нагрузкой наблюдается при температуре свыше 350 °С. При нагреве происходят отжиг и потеря наклепа арматуры, упрочненной холод­ным деформированием, поэтому временное сопротивле­ние у высокопрочной арматурной проволоки снижается интенсивнее, чем у горячекатаной арматуры. После на­грева и последующего охлаждения прочность горячекатаной арматурной стали восстанавливается полностью, а прочность высокопрочной арматурной проволоки — лишь частично.

14. Характеристики предельных состояний строительных конструкций.

Предельными считаются состояния, при которых кон­струкции перестают удовлетворять предъявляемым к ним в проц-ессе эксплуатации требованиям, т. е. теряют спо­собность сопротивляться внешним нагрузкам и воздейст­виям или получают недопустимые перемещения или ме­стные повреждения.

Железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по двум группам предельных со­стояний: по несущей способности (1 группа); по пригодности к нормальной эксплуатации (2 группа).

• Расчет по предельным состояниям 1 группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления:

• хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности с учетом в необходимых случаях прогиба конструкции перед разрушением);

• потерю 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 всплытие заглубленных или под­земных резервуаров и т. п.);

• усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократ­но повторяющейся подвижной или пульсирующей на­грузки: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и перекрытий под неуравновешенные машины и т.п.);

• разрушение от совместного воздействия силовых фак­торов и неблагоприятных влияний внешней среды (аг­рессивность среды, попеременное замораживание и от­таивание и т. п.).

Расчет по предельным состояниям второй группы вы­полняют, чтобы предотвратить следующие явления:

• образование чрезмерного и продолжительного раскры­тия трещин (если по условиям эксплуатации они допу­стимы);

• чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, углы перекоса и амплитуды колебаний).

Расчет по предельным состояниям конструкции в це­лом, а также отдельных ее элементов или частей выпол­няют для всех этапов: изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. При этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям и каждому из перечисленных этапов.