10. Назначение величины предварительного напряжения арматуры. Длина зоны передачи предварительного напряжения на бетон. Потери предварительного напряжения арматуры. Сп 52-102-2004

2.2.3.1 Предварительные напряжения арматуры σ_sp принимают не более 0,9R_s,n для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры и не более 0,8 R_s,n для холоднодеформированной арматуры и арматурных канатов.

2.2.3.2 При расчете предварительно напряженных конструкций следует учитывать снижение предварительных напряжений вследствие потерь предварительного напряжения до передачи усилий натяжения на бетон (первые потери) и после передачи усилия натяжения на бетон (вторые потери).

Первые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации предварительных напряжений в арматуре, потери от температурного перепада при термической обработке конструкций, потери от деформации анкеров и деформации формы (упоров).

Вторые потери предварительного напряжения включают потери от усадки и ползучести бетона.

2.2.3.3 Потери от релаксации напряжений арматуры Δσsp1, определяют по формулам:

для арматуры классов А600 - А1000 при способе натяжения:

механическом - Δσsp1 = 0,lσsp - 2,0;                                                                     (17)

электротермическом - Δσsp1 = 0,03σsp;                                                               (18)

для арматуры классов Вр1200 - Вр1500, К1400, К1500 при способе натяжения:

механическом -  ;                                                      (19)

электротермическом - Δσsp1 = 0,5σsp.                                                                 (20)

Здесь σsp принимается без потерь в МПа.

При отрицательных значениях Δσsp1 принимают Δσsp1 = 0.

При наличии более точных данных о релаксации арматуры допускается принимать иные значения потерь от релаксации.

2.2.3.4 Потери Δσsp2 (МПа) от температурного перепада Δt (°C), определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения при нагреве бетона, принимают равными:

Δσsp2 = 1,25 Δt.                                                                                        (21)

При отсутствии точных данных по температурному перепаду допускается принимать Δt = 65 °С.

При наличии более точных данных о температурной обработке конструкции допускается принимать иные значения потерь от температурного перепада.

2.2.3.5 Потери от деформации стальной формы (упоров) Δσsp3 при неодновременном натяжении арматуры на форму определяют по формуле

,                                                                                (22)

где п - число стержней (групп стержней), натягиваемых неодновременно;

Δl - сближение упоров по линии действия усилия натяжения арматуры, определяемое из расчета деформации формы;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных о конструкции формы и технологии изготовления допускается принимать Δσsp3 = 30 МПа.

При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформации формы не учитываются.

2.2.3.6 Потери от деформации анкеров натяжных устройств Δσsp4 определяют по формуле

,                                                                                         (23)

где Δl - обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных допускается принимать Δl = 2 мм.

При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформации анкеров не учитывают.

2.2.3.7 Потери от усадки бетона Δσsp5 определяют по формуле

Δσsp5 = ε_b,sh E_s,                                                                                          (24)

где ε_b,sh - деформации усадки бетона, значения которых можно приближенно принимать в зависимости от класса бетона равными:

0,0002 - для бетона классов В35 и ниже;

0,00025 - для бетона класса В40;

0,0003  - для бетона классов В45 и выше.

Допускается потери от усадки бетона определять более точными методами.

2.2.3.8 Потери от ползучести бетона Δσsp6 определяют по формуле

,                                             (25)

где φb,cr - коэффициент ползучести бетона, определяемый согласно п. 2.1.2.7;

σ_bpj - напряжения в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой j-й группы стержней напрягаемой арматуры;

y_sj - расстояние между центрами тяжести сечения рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента;

A_red, I_red - площадь приведенного сечения элемента и ее момент инерции относительно центра тяжести приведенного сечения;

μspj - коэффициент армирования, равный A_spj / А, где А и A_spj - площади поперечного сечения соответственно элемента и рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры.

Допускается потери от ползучести бетона определять более точными методами.

Напряжения σ_bpj определяют по правилам расчета упругих материалов, принимая приведенное сечение элемента, включающее площадь сечения бетона и площадь сечения всей продольной арматуры (напрягаемой и ненапрягаемой) с коэффициентом приведения арматуры к бетону   согласно п. 2.2.3.10.

2.2.3.9 Полные значения первых потерь предварительного напряжения арматуры (по пп. 2.2.3.3-2.2.3.6) определяют по формуле

,                                                                                   (26)

где i - номер потерь предварительного напряжения.

Усилие предварительного обжатия бетона с учетом первых потерь равно:

,                                                                                (27)

где A_spj и σ_sp(1)j - площадь сечения j-й группы стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента и предварительное напряжение в группе с учетом первых потерь

σ_sp(1)j = σ_spj - Δσ_sp(1)j.

Здесь σ_spj - начальное предварительное напряжение рассматриваемой группы стержней арматуры.

Полные значения первых и вторых потерь предварительного напряжения арматуры (по пп. 2.2.3.3-2.2.3.8) определяют по формуле

.                                                                                  (28)

Усилие в напрягаемой арматуре с учетом полных потерь равно:

,                                                                               (29)

где σ_sp(2)j = σ_spj - Δσ_sp(2)j.

При проектировании конструкций полные суммарные потери Δσ_sp(2)j для арматуры, расположенной в растянутой при эксплуатации зоне сечения элемента, следует принимать не менее 100 МПа.

При определении усилия предварительного обжатия бетона Р с учетом полных потерь напряжений следует учитывать сжимающие напряжения в ненапрягаемой арматуре, численно равные сумме потерь от усадки и ползучести бетона на уровне этой арматуры.

2.2.3.10 Предварительные напряжения в бетоне σbp при передаче усилия предварительного обжатия Р₍₁₎, определяемого с учетом первых потерь, не должны превышать: если напряжения уменьшаются или не изменяются при действии внешних нагрузок - 0,9R_bp; если напряжения увеличиваются при действии внешних нагрузок - 0,7R_bp.

Напряжения в бетоне σbp определяют по формуле

,                                                                    (30)

где Р₍₁₎ - усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь;

М - изгибающий момент от внешней нагрузки, действующей в стадии обжатия (собственный вес элемента);

e0p - эксцентриситет усилия Р₍₁₎ относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента;

у - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до рассматриваемого волокна.

2.2.3.11 Длину зоны передачи предварительного напряжения на бетон для арматуры без дополнительных анкерующих устройств определяют по формуле

,                                                                                            (31)

но не менее 10d_s и 200 мм, а для арматурных канатов - также не менее 300 мм.

В формуле (31):

σsp - предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом первых потерь;

R_bond - сопротивление сцепления напрягаемой арматуры с бетоном, отвечающее передаточной прочности бетона и определяемое согласно п. 5.3;

A_s, u_s - площадь и периметр стержня арматуры.

Передачу предварительного напряжения с арматуры на бетон рекомендуется осуществлять плавно.

11. Расчет железобетонных конструкций по методу предельных состояний. Понятие предельного состояния, две группы предельных состояний. Основные предпосылки и цели расчета конструкций по первой и второй группам предельных состояний. (Привести примеры предельных состояний).

пособие по проектированию бет. и жб. констр. из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к сп 52-101-2003)

С амо название «предельное состояние» обозначает, что для любой конструкции при определенных условиях наступает такое состояние, при котором исчерпывается какой-то определенный предел. Условно, вывели два: первое пред. сост. – это когда исчерпывается предел прочности, устойчивости и выносливости конструкции; второе пред. сост. – когда деформации конструкции превышают предельно допустимые (ко второму предельному состоянию для железобетона также относят ограничение по возникновению и раскрытию трещин).

Существуют также:

• аварийное предельное состояние, соответствующее разрушению сооружений при аварийных воздействиях и ситуациях с катастрофическими последствиями;

• устанавливаемые в нормах или заданиях на проектирование другие предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию строительных объектов.

Любой расчет начинается со сбора нагрузки. Затем следует выбор расчетной схемы и непосредственно расчет, в результате которого мы определяем усилия в конструкции: моменты, продольные и поперечные силы. И только после того, как усилия определены, мы переходим к расчетам по первому и второму предельному состоянию. Обычно они выполняются именно в такой последовательности: сначала по первому, потом по второму. Хотя бывают исключения.

Расчет по предельным состояниям первой группы выполняют, чтобы предотвратить: -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 нагрузки подвижной или пульсирующей: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов и перекрытий под неуравновешенные машины и т.п.);

-разрушение от совместного воздействия 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 выполняют, чтобы предотвратить:

-образование чрезмерного или продолжительного раскрытия трещин (если по условиям эксплуатации образование или продолжительное раскрытие трещин допустимо);

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

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

12. Нагрузки, действующие на здания и сооружения. Нормативные и расчетные нагрузки, сочетания нагрузок. Учёт ответственности зданий и сооружений. Нормативные и расчетные сопротивления бетона. Коэффициенты надежности и условий работы бетона. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Коэффициент надежности по нагрузке: Коэффициент, учитывающий в условиях нормальной эксплуатации сооружений возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от нормативных значений; коэффициент сочетаний нагрузок: Коэффициент, учитывающий уменьшение вероятности одновременного достижения несколькими нагрузками их расчетных значений; нагрузки: Внешние механические силы (вес конструкций, оборудования, снегоотложений, людей и т.п.), действующие на строительные объекты; нагрузки длительные: Нагрузки, изменения расчетных значений которых в течение расчетного срока службы строительного объекта пренебрежимо малы по сравнению с их средними значениями; нагрузки кратковременные: Нагрузки, длительность действия расчетных значений которых существенно меньше срока службы сооружения; нормативное (базовое) значение нагрузок: Основная базовая характеристика, устанавливаемая соответствующими нормами проектирования, техническими условиями или заданием на проектирование; особые нагрузки: Нагрузки и воздействия (например, взрыв, столкновение с транспортными средствами, авария оборудования, пожар, землетрясение и отказ работы несущего элемента конструкций), создающие аварийные ситуации с возможными катастрофическими последствиями; расчетное значение нагрузки: Предельное (максимальное или минимальное) значение нагрузки в течение срока эксплуатации объекта; расчетные сочетания нагрузок: Все возможные неблагоприятные комбинации нагрузок, которые необходимо учитывать при проектировании объекта.

Основными характеристиками нагрузок, являются их нормативные (базовые) значения. При необходимости учета влияния длительности нагрузок, при проверке на выносливость и в других случаях, оговоренных в нормах проектирования конструкций и оснований; устанавливаются пониженные нормативные значения нагрузок от людей, животных, оборудования на перекрытия жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий, от мостовых и подвесных кранов, снеговых, температурных климатических воздействий.; Расчетное значение нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке.

Для зданий и сооружений повышенного уровня ответственности дополнительные требования к нагрузкам и воздействиям на строительные конструкции и основания необходимо устанавливать в соответствующих нормативных документах, технических заданиях на проектирование с учетом рекомендаций, разработанных специализированными организациями.

Нормативные сопротивления бетона – это сопротивление осевому сжатию бетонных призм (призменная прочность) Rbn и сопротивление осевому растяжению Rbtn, которые определяются в зависимости от класса бетона по прочности (при обеспеченности 0,95).

Р асчетные сопротивления бетона получают путем деления нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по материалу:

- расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, где  - коэффициент надежности по бетону при сжатии, зависящий от вида бетона.

- расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, где  - коэффициент надежности по бетону при растяжении, зависящий от вида бетона.

При расчете элементов конструкций расчетные сопротивления бетона Rb и Rbt в отдельных случаях уменьшают или увеличивают умножением на соответствующие коэффициенты условия работы бетона γbi, которые учитывают следующие факторы: длительность действия нагрузки; многократную повторяемость нагрузки; условия, характер и стадию работы конструкции; способ ее изготовления; размеры сечения и т.д.

4 группы коэффициентов надежности: степень ответственности зданий и сооружений, нагрузки и воздействия, сопротивление материалов, условия изготовления и эксплуатации конструкций