книги из ГПНТБ / Кудзис А.П. Предварительно-напряженный полимерцементный бетон
.pdfЗдесь величины
|
р , |
^оЫ J7' |
|
Q i = |
- |
Fu(h) |
(7.66) |
|
|
||
|
|
|
|
f - * w - |
W |
r ^ - fa)± ^ T |
|
/п (б)
Фактическое напряжение арматуры сгн(т2 ) рассчитывается по (7.30). Площади напрягаемой арматуры ря и Fa рассчитываются при совмест
ном решении уравнения (7.65) и следующего выражения:
Я,Ы |
I М (Tl) е0(Tl)± МС.В |
Ув (Ь )= 'п Ы к Ы)- |
(7.67) |
Fn (h) |
In (h) |
|
|
При известной напрягаемой арматуре подбор размеров двутавро вого сечения не представляет трудности. Фактическая площадь бетон ного сечения составляет:
F6 = Fn{h)-n{h)[Fa + Fal |
(7.68) |
:где площадь приведенного поперечного сечения Fu(t\) принимается по
(7.49).
Площадь свесов FCBи уширений Fym бетонного сечения (см. рис. 38) может быть определена при решении следующей системы уравнений:
FCa + Fуш = F„ (р) - b h - n (?i) [F„ + Fa], |
(7.69) |
|
FcB+n(h)F; |
K.n-b)h'n |
|
•Fyui+MOll'H |
( b a . n - b ) h n |
|
Тогда фактическая ширина полок бетонного сечения определяется по
•формулам:
Ьп = ^ + Ь ,
(7.70)
Лп
На основе приведенных соображений был составлен алгоритм рас чета предварительно-напряженных элементов рационального попереч ного сечения. Реализацию данного алгоритма целесообразно осущест влять на ЭВМ. Укрупненная блок-схема программы расчета приведена на стр. 171.
170
1 |
Дано M l; Mc.в |
2 |
Принимаются Ь и А', Ап, А'п.п. Ап.п по табл. 30 j |
|
|
|
|
4 |
|
3 |
Рассчитываются <x, v, x, X, |
(3, 0 no (7.46), |
p no (7.47), со no (7.48) |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
j |
4 |
Задаются вид, марка бетона и класс арматуры |
||
|
|
|
4 |
|
► |
5 |
Принимаются R (т2), R (f2), |
а„ (т2) и а' (т2) |
|
|
|
|
4 |
|
J |
6 |
Подбирается коэффициент обжатия бетона т) (т2) |
||
|
|
|
4 |
|
|
7 |
Рассчитываются потери предварительного напряжения ап (гь т2) |
||
|
|
|
1 |
|
|
8 |
Определяются напряжения арматуры a-0 (ti) |
и а'0(г2) по (7.53) |
|
J
■4-
4
9 |
|
Рассчитываются момент сопротивления сечения |
(^i) по (7.56) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
10 |
|
Вычисляются Fn (f2) по (7.49), |
А по (7.50), ^Н(П) |
и ^ '( h) по (7.51) |
|
||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
4 |
|
|
11 |
|
Соблюдается условие (7.2) |
| |
Соблюдается условие (7.26) |
|
||||||
|
|
|
|
4 |
|
i |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
12 |
|
Определяются Q по (7. 58) |
| |
| |
Определяется ан(т3) |
по (7.30) |
|
||||
|
|
об. Ц(П) по (7.61), |
JV0(ti) по (7.60)! |
i |
|
|
|
|
|||
|
j |
и e0(^i) |
по (7.62) |
|
i |
i |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитываются FHи F' по (7.63),! |
Рассчитываются Fn и F'n из выражений |—► |
||||||||
1 |
3 |
Fg по (7.68)1 и Fn. с по (7.1) |
| |
(7.65), (7.67), F6 по (7.68) и Fn.с по (7.1) |
| |
||||||
|
|
|
|
1 |
4 |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
4 |
|
! |
1 |
|
Переход |
к новой марке бетона и другому классу арматуры |
|
|||||||
|
|
|
|||||||||
|
1 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
15 |
|
Подбор марки бетона и класса |
арматуры, расчет прочности и деформаций |
j' |
|||||||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i6 |
1 |
Вычисляются А', Ап и F c b , Fyai ПО (7.69), |
b'n, bn по (7.70) |
|
j |
||||||
|
i |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
17 |
| |
Остановка расчета, |
конструирование поперечного сечения |
|
|||||||
|
] |
||||||||||
1
При применении данного алгоритма расчета следует учесть, что ши рина ребра сечения Ь, как правило, принимается минимальной по конст руктивным и технологическим соображениям. Величину предварительно го напряжения арматуры рекомендуется принимать максимальной. От носительное обжатие бетона p(xi) не должно превышать величин, указанных в табл. 29. При подборе рационального сечения ненапрягаемая продольная арматура, применяемая в незначительном коли честве в виде монтажной и т. и., в расчетах может не учитываться. Поскольку при варьировании Fo, h, и К и других величин для эле ментов рационального поперечного сечения количество ненапрягаемой продольной и поперечной арматуры изменяется незначительно, то в выражении (7.1) коэффициент с3= 1.
7.4. Эффективность применения полимерцементного бетона
Предварительно-напряженные конструкции из полимерцементного^ бетона имеют широкую область применения. В первую очередь та кие конструкции целесообразно использовать в тех случаях, когда при менение обычного железобетона не обеспечивает достаточной долговеч ности зданий и сооружений. К ним относятся, например, конструкции,, находящиеся в слабо агрессивной среде на предприятиях химической,, целлюлозно-бумажной, пищевой, рыбной и другой промышленности, а также элементы, испытывающие динамические воздействия.
Результаты работ, проведенных трестом «Запхимремстроймонтаж» Министерства химической промышленности СССР с применением по лимерных растворов и бетонов на предприятиях минеральных удобре ний, свидетельствуют об эффективности использования нового вида бетона для возведения несущих и ограждающих конструкций зданий химической промышленности [9].
По рекомендациям этого треста полимерцементный бетон целе сообразно применять для защиты от воздействия агрессивных сред, а также атмосферной и биологической коррозии следующих конструк ций и сооружений:
а) фундаментов компрессорных, противофильтрационных экранов, рассолохранилищ, резервуаров твердой серы и промышленных стоков в. газовой промышленности;
б) тампонажа буровых скважин, подвергаемых воздействию пла стовых вод, в нефтяной промышленности;
172
в) стен, перегородок, перекрытий и полов, а также подземных со оружений и фундаментов под оборудование в химической и полиграфи ческой промышленности и т. д.
Конструкции из предварительно-напряженного полимерцементного бетона весьма целесообразно использовать в гидротехническом, энерге тическом и транспортном строительстве для сооружений, работающих в условиях переменного увлажнения и высушивания. Такие конструкции рекомендуется применять для морского строительства, в том числе для возведения плавучих и подводных сооружений. Большие перспективы для использования предварительно-напряженного полимерцементного бетона имеются при строительстве тоннелей, коллекторов, шахт и дру гих подземных сооружений, для которых требуются водонепроницаемые и долговечные конструкции.
Эффективность применения предварительно-напряженного полимер цементного бетона в зданиях и сооружениях перечисленных отраслей строительства настолько велика, что не требует специального обосно вания. Срок окупаемости (в годах) дополнительных затрат на полимерцементный бетон может быть определен по общеизвестной формуле:
Г° к = 1 Й 1 ’ |
(771) |
где К\ и Кч — стоимость в деле железобетонной конструкции, изготов ленной соответственно из обычного и полимерцементного бетона; С| и С2 — годовые эксплуатационные расходы соответствующей кон струкции.
Во многих случаях более целесообразно производить оценку пред варительно-напряженных конструкций из полимерцементного бетона по коэффициенту эффективности
Е = |
С г - С 2 |
(7.72) |
|
K2-Ki |
|||
|
|
||
как это делается в работе [90]. Здесь приводятся данные, |
свидетельству |
||
ющие об эффективности применения полимерных добавок. Например, использование шпал железной дороги из предварительно-напряженного полимерцементного бетона вызвало некоторое удорожание строитель ства по сравнению с дорогой на шпалах из обычного бетона. Однако срок окупаемости дополнительных капитальных вложений составил лишь Ток= 8,1 года при коэффициенте эффективности £ = 0,12. Для мно гих конструкций, находящихся в агрессивной среде, величина Е =
= 0,3—0,4.
173
Во многих случаях полимерцементный бетон целесообразно исполь зовать также для изготовления предварительно-напряженных конст рукций, находящихся в нормальных условиях и работающих под стати ческой нагрузкой. Полимерные добавки исключают нежелательные тре щины, появляющиеся в бетоне вдоль напрягаемой арматуры вследствие сильного предварительного обжатия. Кроме того, они значительно сни жают усадочные напряжения, а также повышают качество и долговеч ность конструкций, особенно тех, которые подвергаются тепловой обра ботке. В данном случае оценить эффективность применения полимерцементного бетона в денежном выражении довольно трудно. Однако, если учесть тот факт, что полимерные добавки позволяют несколько облег чить вес предварительно-напряженных конструкций и уменьшить рас ходы на их усиление и ремонт, то весьма часто использование полимерцементного бетона не удорожает стоимости зданий и сооружений. Это относится, в первую очередь, к элементам пролетного строения больших мостов, путепроводов и других объектов, основной эксплуата ционной нагрузкой которых является собственный вес конструкции.
Поскольку полимерцементный бетон обладает водонепроницае мостью, то предварительно-напряженные панели покрытия из такого бе тона во многих случаях позволяют отказаться от устройства рулонной кровли и т. д.
Для того чтобы убедиться в целесообразности применения полимерцементного бетона в тех предварительно-напряженных конструкциях, для которых до сих пор успешно применяется обычный бетон (напри мер, в большепролетных мостах), следует сопоставить технико-экономи ческие показатели элементов рационального поперечного сечения. Сопо ставление показателей конструкций нерационального сечения может привести к ошибочным выводам и рекомендациям.
Поскольку технология приготовления и укладки смесей из полимерцементного и обычного бетонов не различается, то при расчете эффек тивности применения полимерных добавок в предварительно-напряжен ных конструкциях могут быть использованы методика и критерии, из ложенные в данной главе. При этом следует учесть, что рост прочности полимерцементного бетона после тепловой обработки продолжается дли тельное время, тогда как увеличение прочности пропаренного обычного бетона через месяц практически прекращается.
Следует отметить, что эксплуатационные и расчетные нагрузки до стигают максимальных значений, как правило, не раньше, чем через.
174
Т а б л и ц а 31
Сводка результатов расчета предварительно-напряженных балок по программе, укрупненная блок-схема которой приводится на стр. 171;
М ” =1451 кН -м ; Мс. в= 24,2 кН -м ; 6 = 8 см
Расчет балки |
|
МПа |
МПа |
|
|
|
|
а |
|
при |
|
|
|
|
|
|
CJ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вид бетона |
|
TJ(t i ), |
|
|
< |
а |
4 X |
|
|
|
|
|
£ |
ь? |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
tin |
|
|
|
|
|
>, |
|
о |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чумаке (Ti) |
|
Б |
40 |
30 |
0,35 |
0,7 |
146,9 |
1934 |
25,4 |
|
|
П' |
40 |
30 |
0,4 |
0,8 |
135,4 |
1761 |
27 |
|
|
П |
50 |
35 |
0,4 |
0,8 |
128,8 |
1664 |
30,2 |
у) (t i ) п о табл. |
29 |
Б |
40 |
30 |
0,35 |
0,6 |
148,4 |
1975 |
22 |
|
|
П' |
40 |
30 |
0,4 |
0,66 |
138,1 |
1823 |
22,8 |
|
|
п |
50 |
35 |
0,4 |
0,66 |
130,3 |
1711 |
25,2 |
одинаковой высоте |
Б |
40 |
30 |
0,35 |
0,6 |
148,4 |
1975 |
22 |
|
сечения |
|
П' |
40 |
30 |
0,4 |
0,44 |
148,4 |
2003 |
16,9 |
|
|
||||||||
|
|
п |
50 |
35 |
0,4 |
0,32 |
148,4 |
2225 |
14,6 |
7] (t j ) п о табл. |
29 |
Б |
50 |
40 |
0,35 |
0,55 |
135,8 |
1790 |
25 |
|
|
П' |
50 |
40 |
0,4 |
0,6 |
126,4 |
1657 |
25,5 |
|
|
П |
60 |
45 |
0,4 |
0,6 |
121,7 |
1584 |
27,7 |
одинаковой высоте |
Б |
50 |
40 |
0,35 |
0,55 |
135,8 |
1790 |
25 |
|
сечения |
|
П' |
50 |
40 |
0,4 |
0,4 |
135,8 |
1823 |
18,8 |
|
|
||||||||
|
|
п |
60 |
45 |
0,4 |
0,32 |
135,8 |
1838 |
17 |
Примечание. Б —обычный бетон; П '—полимерцементный бетон при уменьшении ко личества цемента и воды по сравнению с обычным; П —то же, при уменьшении лишь ко личества воды (жесткость бетонных смесей всех видов одинакова).
175
100 сут после бетонирования железобетонных конструкций. В этом же возрасте элемента обычно рассчитываются потери предварительного на пряжения от усадки и ползучести бетона. Поэтому при оптимизации предварительно-напряженных конструкций и расчете эффективности применения для них полимерцементного бетона следует учитывать, кро ме других, механические характеристики бетона в более позднем воз расте, чем 28 сут. В связи с этим рекомендуется пересмотреть вопрос нормирования прочности бетона. Следует ввести нормативные значения коэффициентов, учитывающих нарастание прочности бетонов во вре мени, или дополнительные показатели по их прочности и деформациям
ввозрасте 100 сут.
Втабл. 31 приводятся основные результаты расчета предваритель
но-напряженной балки из обычного и полимерцементного бетона по ал горитму разд. 7.2. Усилия заимствованы из примеров 5.2 и 5.3 «Инструк ции по проектированию железобетонных конструкций» (М., 1968). В данном примере расчета Ед = 2005 см2; .Ен+/н = 27,47 см2; высота балки h= 139 см.
Из табл. 31 видно, что применение полимерцементного бетона П' с уменьшенным расходом цемента в данном случае позволило снизить площадь поперечного сечения Fq и его высоты h на 5—10%• При оди наковом расходе цемента в полимерцементном П и обычном Б бетонах полимерные добавки снижают величины Eg и h на 10—15%.
При одинаковой высоте поперечного сечения в балках из полимер цементного бетона количество напрягаемой арматуры уменьшилось на 25—35%. Однако при этом значения относительного обжатия бетона г) (ti) значительно уменьшились. Если при этом воспользоваться величи ной t](t i ) п о табл. 29, то трешиностойкость элементов можно увеличить примерно на 30%.
Использование методов квалиметрии, позволяющих оценить каче ственные характеристики конструкции при помощи количественных кри териев, может помочь не только определять оптимальную технологию производства, но и выделять область эффективного использования пред варительно-напряженного полимерцементного бетона.
ПР И Л О Ж Е Н И Е
Вприложении приводятся основные механические характеристики бетона и арматуры, рекомендуемые проектом норм проектирования СНиП П-В.1-74 при проек тировании железобетонных и бетонных конструкций. При этом даются некоторые дополнительные данные, касающиеся полимерцементного бетона с добавкой водораство римых смол в количестве 1,5—2% от веса портландцемента.
Нормативная кубиковая прочность бетона принималась |
равной: R*=R(l —2CV), |
|||
где коэффициент изменчивости бетона |
C"v =0,135. Отношение |
призменной прочности |
||
бетона |
к кубиковой Rnj>IR = 0,&—0,001 |
R, но не менее 0,75. |
При установлении про |
|
ектной |
марки бетона по прочности на осевое растяжение сопротивление |
R “ = # р(1— |
||
- 2 Cv). |
|
|
|
|
За |
нормативные сопротивления арматуры принимались наименьшие |
контролиру |
||
емые значения предела физического или условного предела текучести для стержне вой арматуры и временного сопротивления разрыву или разрывного усилия соответ ственно для проволочной или витой арматуры.
Расчетные сопротивления бетона и арматуры определялись путем деления норма тивных сопротивлений на соответствующие коэффициенты безопасности. При расчете по 1-й и 2-й группе предельных состояний сопротивления осевому растяжению поли мерцементного бетона, по сравнению со значениями Rp и R£ обычного бетона, повы шались соответственно на 10 и 15%. Расчетные сопротивления бетона и арматуры мо гут снижаться путем деления их на коэффициенты надежности.
Значения границы микроразрушения R* обычного бетона естественного тверде ния определялись По рекомендациям [12].
12. А. П. Кудзис |
177 |
Т а б л и ц а П-1
Механические характеристики обычного и полимерцементного бетона в МПа в зависимости от проектной марки бетона по прочности на сжатие
Проектная марка бетона по прочности на
Вид
сжатие R
терис- |
лаименивагше ларактериетили |
|
|
|
|
|
|
тики |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
«
то
е-
о
а.
Призменная прочность Rnр |
15,6 23,1 |
30,4 37,5 |
45 |
52,5 |
60 |
Граница микроразрушения при сжатии обычного бетона естест-
венного твердения Rt
То же, полимерцементного бетона Пт
Модуль упругости бетона естественного твердения Еб - Ю-о
9 |
15 |
21 |
27 |
33 |
39 |
45 |
|
|
|
|
|
|
г |
,0 |
16,5 |
23 |
29,5 |
36 |
42,5 |
49 |
2,4 |
2,9 |
3,3 |
3,6 |
3,8 |
3,9 |
4 |
Сопротивление осевому сжатию при расчете по 1-й группе пре дельных состояний jRnp
То же, по 2-й группе предель ных состояний Rnp= R Hnp
9,5 |
14 |
18 |
23 |
28 |
32,5 |
37 |
11,5 |
17 |
22 |
27,5 |
33 |
38,5 |
44 |
к
ТО
X
н
си р*
а
ТО
Сопротивление осевому растя жению обычного бетона при расчете по I -й группе предель ных состояний Rp
То же, полимерцементного бетона Rp
Сопротивление осевому растя жению обычного бетона при расчете по 2-й группе предель-
ных состояний Rp= Rp
То же, полимерцементного бетона i{p= i?p
0,8 |
1,05 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,45 |
1,5 . |
0,9 |
1,15 |
1,35 |
1,5 |
1,6 |
1,65 |
1,7 |
и |
1,4 |
1,65 |
1,8 |
1,9 |
2 |
2)1 |
1,25 |
1,6 |
1,9 |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
178
П р и м е ч а н и я .
1. Для бетонов, подвергнутых тепловой обработке, граница микроразрушения повышается на 10%.
2. Более точные значения модуля упругости обычного и полимерцементного бето на Еб могут быть рассчитаны по формуле (2.4). При тепловой обработке конструкций
значения Ее |
принимаются сниженными на |
10% лишь для |
обычного бетона. |
3. Для |
центрифугированного бетона |
значения Rv и |
R" рекомендуется умно |
жать на коэффициент 1,1. |
|
|
|
4. В необходимых случаях расчетные сопротивления бетона снижаются или повышаются путем умножения их значений на коэффициенты условий работы те. Для
бетонов прочностью R = 60—80 МПа в расчетное сопротивление сжатию Rap вводится коэффициент то.макс =0,9. Для бетонных конструкций расчетные сопротивления бетонов сжатию и растяжению умножаются на коэффициент те д=0,9.
При расчете прочности элементов вводится коэффициент те. д, учитывающий
влияние вероятной длительности действия расчетных усилий и условий нарастания
прочности бетонов во времени. При учете постоянных и временных |
нагрузок те.д =0,85 |
для обычного бетона, подвергнутого тепхловой обработке, а также |
т е . д = \ для обыч |
ного бетона естественного твердения и полимерцементного бетона. При учете особо кратковременных нагрузок (ветровая, сейсмическая, аварийная, крановая и т. п.) во всех случаях т е . <3=1,1.
Кроме того, вводятся коэффициенты условий работы, учитывающие воздействие внешней среды, а также однократного кратковременного и многократного повторного нагружения. Значения этих коеффициентов устанавливаются соответствующей норма тивной литературой.
Т а б л и ц а П-2
Расчетные характеристики обычного и полимерцементного бетона в МПа в зависимости от проектной марки бетона по прочности на растяжение
|
Проектная марка бетона по прочности на растяжение |
||||||
Наименование характеристики |
|
i |
|
RP |
|
|
|
|
|
|
Р - 35 |
Д -40 |
|||
|
Д -1 5 1Д -2 0 j Р - 25 |
Р - 30 |
|||||
|
|
1 |
I |
|
|
|
|
■Сопротивление осевому растяже |
9 |
12 |
15 |
18 |
21 |
24 |
|
нию при расчете по 1-й группе |
|||||||
предельных состояний |
|
|
|
|
|
|
|
То же, по 2-й группе предель |
11 |
14,5 |
18 |
22 |
25,5 |
29 |
|
ных состояний |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
12* |
179 |