Прочность бетона на сжатие растяжение срез и скалывание

Прочность — спос-ть сопротивл. внешн возд. не разрушаясь.Пр. зависит от:

-структуры;

-вида напряженного состояния;

-формы и размеров образца;

-длительности действия нагрузки.

Т.к. прочность зависит от вида напряженного состояния, то при разных силовых воздействиях бетон имеет различн. прочность, поэтому различают несколько характеристик прочности бетона:

-прочность при сжатии: кубиковая и призменная прочность;

-прочность при растяжении, срезе и скалывании;

-при многократном действии нагрузки; -при кратковременном действии нагрузки;

Кубиковая прочность(R)-это временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 15см. При осевом сжатии кубы раскалываются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. ГОСТом допускается испытывать образцы с ребром 10см и 20см. В этом случае:

R=R20/0,93 ; R=R10/1,12

Призменная прочность (Rb)-временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм соотношением высоты плит к стороне квадрата. С увеличением h призмы влияние трения на прочность образца уменьшается, а при соотношении a/h>4 оно практически исчезает, прочность становится постоянной и равной 0,75R.

Прочность при растяжении Rbt-временное сопротивление бетона растяжению, зависит от прочности цементного камня и сцепления с зернами заполнителя. Прочность на растяжение в 10-15 раз меньше прочн. на сжатие. Может определяться опытным путем при испытании на разрыв образцов виде восьмерок или гантелей.

Пр. при местн. сжатии Rb,loc- при действии сжимающей силы напряжения в толще бетона распространяются под 45º. При этом бетон под площадкой смятия может выдержать напряжение больше призменной прочности, окруж. бетон создает эффект обоймы.

Прочность на срез Rbsh- в реальных конструкция срез в чистом виде не встречается, ему сопутствуют продольные усилия значения временного сопротивления в нормах не приводится. Вычисл. по эмпирическим формулам.

Пр.бет. при многократно повт. нагр. Rr- при действии нагрузок с повторяемостью неск. млн. циклов врем. Сопрот. Сжатию уменьшается из-за развития микротрещин. Предел прочности зависит от кол-ва циклов и от их ассиметрии.

Динамическая пр. бет. Rd-при динам. нагр. большой интенсивности и малой продолжительности происходит увеличение временного сопротивления бетона. Это объясняется энергопоглощ. способностью бетона, работающего в течении короткого промежутка нагружений только упруго:

Rd=Kd*Rb

В СНиП определяет прочность бетона на сжатие как max. Сжимающее напряжение в бетоне при одноосном напряженном состоянии

Гарантированная прочность бетона определяется как прочность бетона на осевое сжатие, установленная с учетом стат-ой изменчивости, полученное на кубах со стороной 15см, гарантируемое предприятием изготовителем. Класс по прочности на сжатие соответствует его гарантируемой прочности, обозначается С и числами С12/15 (перед чертой — нормативное сопротивление в Н/мм² или МПа и после черты гарантируемая прочность бетона).

Нормативная и гарантированная прочность устанавливается с доверительной вероятностью 0,95.

Кроме этого используются расчетные сопротивления бетона:

;

62. Арматура для ж/б конструкций. Механические свойства и виды арматуры.

Ж/б-искусственный материал, состоящий из бетона и арматуры, работающих совместно. Бетон работает на сжатие, на растяжение в 10-15 раз хуже, поэтому вводят стальную арматуру.

Ж/б создали как универсальный материал, служащий для изделий, способный воспринимать значительные нагрузки.

Арматура—линейно протяженные элементы в железобетонной конструкции, предназначенные для восприятия растягивающих (главным образом) и сжимающих усилий. В зданиях и сооружениях применяют стальную арматуру в виде проволоки, стержней и витых канатов.

Класс арматуры—показатель, характеризующий ее механические свойства согласно требованиям соответствующих стандартов, обозначаемый буквой S и числом, соответствующим нормативному сопротивлению арматуры в МПа (Н/мм2) (например, S240).

Основными характеристиками арматуры являются её прочность и деформативность.

Арматурные стали:

-«мягкие», имеющие площадку текучести,

-«твердые», для кот. Установлен условный предел текучести σ0,2

В качестве ненапрягаемой арматуры железобетонных конструкций следует применять арматуру классов S240, S400 и S500.

По способу производства арматура может быть горячекатаной, термомеханически упрочненной и холоднодеформированной. Требования к механическим свойствам арматуры регламентируются соответствующими стандартами.

Нормативное сопротивление арматуры fyk(f0,2k) — наименьшее контролируемое значение физического или условного предела текучести, равного значению напряжений, соответствующих остаточному относительному удлинению, равному 0,2 %. Указанные контролируемые характеристики гарантируются заводами-изготовителями с обеспеченностью не менее 0,95.

Расчетное сопротивление арматуры fyd определяют путем деления нормативного сопротивления fyk(f0,2k) на частный коэффициент безопасности по арматуре gs , принимаемый равным 1,1 для стержневой и 1,2 ¾ для проволочной арматуры.

В качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных конструкций следует применять стержни и канаты классов S800, S1200, S1400.

Прочность бетона на растяжение в 15…20 раз меньше, чем при сжатии. Повышение прочности бетона на растяжение может быть достигнуто увеличением расхода цемента, уменьшением В/Ц, применением щебня с шероховатой поверхностью. Временное сопротивление бетона осевому растяжению Rbt определяют испытаниями:

1) на разрыв – образцов в виде восьмерки (рис. 4, а);

2) на раскалывание – образцов в виде цилиндров (рис. 4, б);

3) на изгиб – бетонных балок (рис. 4, в): ,

где χ – учитывает криволинейный характер эпюры напряжений в бетоне растянутой зоны.

а) б)

в)

Рис. 4. Схемы испытания образцов для определения прочности бетона

при осевом растяжении:а — на разрыв; б – на раскалывание; в – на изгиб.

Прочность бетона на срез и скалывание

Срез – разделение элемента на 2 части по сечению, к которому приложены перерезывающие силы (рис. 5, а). Временное сопротивление бетона на срез: .

Сопротивление бетона скалыванию (рис. 5, б) возникает при изгибе балок до появления в них наклонных трещин: .

а) б)

Рис. 5. Схемы испытания образцов на срез (а) и скалывание (б).

Классы и марки бетона

Качество конструкционного бетона характеризуется классами и марками в зависимости от назначения железобетонных конструкций и условий эксплуатации. Строительные нормы устанавливают следующие показатели качества бетона:

• класс бетона по прочности на осевое сжатие B;
• класс бетона по прочности на осевое растяжение Bt;
• марка по морозостойкости F;
• марка по водонепроницаемости W;
• марка по средней плотности D;
• марка по самонапряжению Sp.

Классом бетона по прочности на осевое сжатие B (МПа) называется временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размерами ребра 150 мм, испытанных в соответствии со стандартом через 28 суток хранения при температуре 20±2оС с учетом статистической изменчивости прочности (рис. 6).

Рис. 6. Кривые распределения прочности,

как случайной величины:

n и R – соответственно количество кубов, имеющих одинаковую прочность, и величина прочности; 1 – опытные значения n и R; 2 – теоретическая кривая, характеризующая разброс прочности с учетом статистической изменчивости (кривая Гаусса)

Среднее значение временного сопротивления бетона сжатию, установленное при испытании партии стандартных кубов:

,

где n1, n2, …, nk – число случаев, в которых было установлено временное сопротивление соответственно R1, R2, …, Rk, n – общее число испытаний.

Среднее квадратичное отклонение прочности бетона в партии, характеризующее изменчивость прочности:

,

где Δ1=R1-Rm; Δ2=R2-Rm; …;Δk=Rk—Rm – отклонения.

Коэффициент вариации прочности бетона в партии:

.

Наименьшее контролируемое значение – временное сопротивление B – расположено на расстоянии χSmвлево от значения Rm, т.е.:

,

где χ – число, показатель надежности.

Исходя из значения χVmоценивают обеспеченность гарантируемых значений прочности бетона не менее B. В нормах на проектирование установлена обеспеченность (доверительная вероятность) 0,95. Это имеет место при χ=1,64.

Для тяжелых бетонов установлены классы B 7,5 ÷ B 60.

Аналогичным образом определяют класс бетона по прочности на осевое растяжение.

Класс бетона по прочности на осевое растяжение: Bt 0,8 ÷ Bt 3,2

Марка бетона по морозостойкости – характеризуется числом выдерживаемых бетоном циклов попеременных замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. После определенного числа циклов производят испытания бетонных кубов на сжатие. Снижение прочности на 15 % при таком количестве циклов определяет марку бетона по морозостойкости. F 50 ÷ F 500.

Марка бетона по водонепроницаемости – характеризуется предельным давлением воды (кг/см2), при котором еще не наблюдается ее просачивание через испытываемый стандартный образец. W 2 ÷ W 12.

Марка бетона по средней плотности – гарантированная собственная масса бетона (кг/м3): тяжелый бетон D 2200 ÷ D 2500.

Марка бетона по самонапряжению — значение предварительного напряжения в бетоне, МПа, создаваемого в результате его расширения при коэффициенте продольного армирования μ = 0,01, и контролируется на образцах-призмах размером 10×10×40см.

Sp0,6 ÷ Sp 4.

Процесс твердения бетона значительно ускоряется при повышении температуры и влажности среды. При благоприятных условиях твердения прочность бетона может нарастать годами. Твердение бетона при отрицательной температуре резко замедляется или прекращается.



Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Класс бетона на сжатие и растяжение

В зависимости от соответствующего подбора состава и последующего испытания контрольных образцов определяют класс и марку бетона. Бетон имеет высокое сопротивление сжатию, вследствие чего этот материал широко применяют в различных железобетонных конструкциях.
Класс бетона по прочности на сжатие — это временное сопротивление, полученное в результате испытания на сжатие бетонных образцов кубической формы с размером ребра 150 мм, в возрасте 28 дней и при температуре их хранения 200 С.

Согласно ГОСТу установлены следующие классы по прочности бетона на сжатие.

Для легких бетонов: В10; В12,5; В15; В30; В20; В35; В40; где цифры обозначают давление в МПа.
Для тяжелых бетонов: В10; В12,5; В15; В30; В20; В35; В40; В50; В45; В55; В60.
В том же диапазоне до В40 для бетонов мелкозернистой структуры на песке с модулями крупности 2,1 и выше.
До В30 в том же диапазоне для мелкозернистых бетонов с модулем крупности не более 1.

Оптимальные значения прочности бетона на сжатие выбирают с учетом технико-экономических соображений: типа железобетонной конструкции, способа ее изготовления, условий эксплуатации и т. д.
Классы бетона по прочность на растяжение В1,2; В1,6; В2,4; В2; В2,8; В3,2 характеризуют прочность бетона на растяжение, при этом учитывают статистическую изменчивость прочности.

Основы прочности бетона

По своей структуре бетон неоднородный материал и поэтому под действием внешней нагрузки он находится в сложном напряженном состоянии. Набор прочности бетоном происходит в течение нескольких недель с его изготовления. При сжатии бетонного образца, воспринимают нагрузку более жесткие частицы, обладающие большим модулем упругости. По плоскостям соединения этих частиц возникают силы, способствующие нарушить их связь. В тоже время в ослабленных пустотами и порами местах происходит концентрация напряжения. Согласно теории упругости вокруг отверстий в материале, находящемся под действием сжатия возникает концентрация уравновешивающих сжимающих и растягивающих напряжений, параллельных сжимающей силе.

Так как бетон содержит много пустот и пор, то растягивающие напряжения у одной поры передаются на соседние, в результате чего в испытываемом образце при сжатии кроме продольных сжимающих напряжений возникают и растягивающие напряжения в поперечном направлении. Именно в поперечном направлении вследствие разрыва бетона происходит разрушение сжимаемого образца. Сначала появляются микроскопические трещины по всему объему сжимаемого образца, которые с возрастанием нагрузки соединяются, образуя трещины параллельные направлению действия сжимающей силы или под небольшим наклоном. Затем трещины раскрываются, и наступает разрушение бетонного образца.

Согласно результатам испытаний опытных образцов, прочность бетона на сжатие в 10 – 15 раз больше, чем прочность бетона при растяжении. Кроме того с увеличением класса бетона уменьшается относительная прочность при растяжении. Так же опыты показывают еще больший разброс прочности при испытании на растяжение по сравнению со сжатием и коэффициенты вариации прочностей бетонов.

Такие факторы, как увеличение количества цемента в бетонной смеси, применение шероховатого щебня, уменьшение водоцементного соотношения повышают прочность бетона при растяжении, что можно увидеть на графике набора прочности бетоном.

Испытание затвердевшего раствора

Для таких методов берут уже застывшие образцы с минимальным сроком выдержки 28 дней. Если нужно узнать особые качества, срок может меняться.

Испытания на прочность

Испытания на прочность можно разделить на два вида:

· механические, с разрушением бетона;

· механические неразрушающие. Дают возможность повторить манипуляцию на одном и том же образце для того, чтобы изучить изменения свойств материала во времени.

Многие из методов являются лабораторными с применением испытательных прессов и т.д. Некоторые можно осуществить собственноручно, имея соответствующие приборы.

Расчет закладных деталей

Расчет анкеров, приваренных втавр к плоским элементам стальных закладных деталей, на действие изгибающих моментов, нормальных и сдвигающих сил от статической нагрузки, расположенных в одной плоскости симметрии закладной детали (черт.2), должен производиться по формуле

(112)

где — суммарная площадь поперечного сечения анкеров наиболее напряженного ряда;

— наибольшее растягивающее усилие в одном ряду анкеров, равное:

(113)

— сдвигающее усилие, приходящееся на один ряд анкеров, равное:

(114)

— наибольшее сжимающее усилие в одном ряду анкеров, определяемое по формуле

(115)

Черт.2. Схема усилий, действующих на закладную деталь

В формулах (112)-(115):

— соответственно момент, нормальная и сдвигающая силы, действующие на закладную деталь; момент определяется относительно оси, расположенной в плоскости наружной грани пластины и проходящей через центр тяжести всех анкеров;

— число рядов анкеров вдоль направления сдвигающей силы; если не обеспечивается равномерная передача сдвигающей силы на все ряды анкеров, то при определении сдвигающего усилия учитывается не более четырех рядов;

— расстояние между крайними рядами анкеров;

— коэффициент, определяемый при анкерных стержнях диаметром 8-25 мм для тяжелого и мелкозернистого бетонов классов В12,5-В50 и легкого бетона классов В12,5-В30 по формуле

(116)

но принимаемый не более 0,7; для тяжелого и мелкозернистого бетонов классов выше В50 коэффициент принимается как для класса В50, а для легкого бетона классов выше В30 — как для класса В30,

здесь — в МПа;

— площадь анкерного стержня наиболее напряженного ряда, см ;

— коэффициент, принимаемый равным для бетона:

тяжелого. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,0

мелкозернистого групп:

А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,8

Б и В. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,7

легкого. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

( — средняя плотность бетона, кг/м );

— коэффициент, определяемый по формуле

(117)

но принимаемый не менее 0,15;

здесь при (имеется прижатие);

при (нет прижатия); если в анкерах отсутствуют растягивающие усилия, коэффициент принимается равным единице.

Площадь сечения анкеров остальных рядов должна приниматься равной площади сечения анкеров наиболее напряженного ряда.

В формулах (113) и (115) нормальная сила считается положительной, если направлена от закладной детали (см. черт.18), и отрицательной — если направлена к ней. В случаях, когда нормальные усилия и , а также сдвигающее усилие при вычислении по формулам (113)-(115) получают отрицательные значения, в формулах (112)-(114) и (117) их принимают равными нулю. Кроме того, если получает отрицательное значение, то в формуле (114) принимается

При расположении закладной детали на верхней (при бетонировании) поверхности изделия коэффициент уменьшается на 20 %, а значение принимается равным нулю.

В закладной детали с анкерами, приваренными внахлестку под углом от 15 до 30°, наклонные анкера рассчитываются на действие сдвигающей сипы (при , где — отрывающая сила) по формуле

(118)

где — суммарная площадь поперечного сечения наклонных анкеров;

— см. п.3.44.

При этом должны устанавливаться нормальные анкера, рассчитываемые по формуле (112) при = 1,0 и при значениях , равных 0,1 сдвигающего усилия, определяемого по формуле (114).

Конструкция сварных закладных деталей с приваренными к ним элементами, передающими нагрузку на закладные детали, должна обеспечивать включение в работу анкерных стержней в соответствии с принятой расчетной схемой. Внешние элементы закладных деталей и их сварные соединения рассчитываются согласно #M12291 9056425СНиП II-23-81*#S. При расчете пластин и фасонного проката на отрывающую силу принимается, что они шарнирно соединены с нормальными анкерными стержнями. Кроме того, толщина пластины расчетной закладной детали, к которой привариваются в тавр анкера, должна проверяться из условия

(119)

где — диаметр анкерного стержня, требуемый по расчету;

— расчетное сопротивление стали на срез, принимаемое согласно #M12291 9056425СНиП II-23-81*#S.

При применении типов сварных соединений, обеспечивающих большую зону включения пластины в работу при вырывании из нее анкерного стержня, и соответствующем обосновании возможна корректировка условия (119) для этих сварных соединений.

Толщина пластины должна также удовлетворять технологическим требованиям по сварке.

К продольной оси элемента

Для изгибаемых, растянутых и внецентренно сжатых железобетонных элементов усилия, воспринимаемые нормальными к продольной оси сечениями при образовании трещин, определяются исходя из следующих положений:

сечения после деформации остаются плоскими;

наибольшее относительное удлинение крайнего растянутого волокна бетона равно

напряжения в бетоне сжатой зоны (если она имеется) определяются с учетом упругих или неупругих деформаций бетона, при этом наличие неупругих деформаций учитывается уменьшением ядрового расстояния r (см. п. 4.5);

напряжения в бетоне растянутой зоны распределены равномерно и равны по величине

напряжения в ненапрягаемой арматуре равны алгебраической сумме напряжений, отвечающих приращению деформаций окружающего бетона, и напряжений, вызванных усадкой и ползучестью бетона;

напряжения в напрягаемой арматуре равны алгебраической сумме ее предварительного напряжения (с учетом всех потерь) и напряжения, отвечающего приращению деформаций окружающего бетона.

Указания данного пункта не распространяются на элементы, рассчитываемые на воздействие многократно повторяющейся нагрузки (см. п.4.10).

При определении усилий, воспринимаемых сечениями элементов с предварительно напряженной арматурой без анкеров, на длине зоны передачи напряжения (см. п.2.29) при расчете по образованию трещин должно учитываться снижение предварительного напряжения в арматуре и путем умножения на коэффициент согласно поз. 5 табл.24*.

Расчет предварительно напряженных центрально-обжатых железобетонных элементов при центральном растяжении силой должен производиться из условия

где — усилие, воспринимаемое сечением, нормальным к продольной оси элемента, при образовании трещин и определяемое по формуле

4.5. Расчет изгибаемых, внецентренно сжатых, а также внецентренно растянутых элементов по образованию трещин производится из условия

где — момент внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого сечения, относительно оси, параллельной нулевой линии и проходящей через ядровую точку, наиболее удаленную от растянутой зоны, трещинообразование которой проверяется;

— момент, воспринимаемый сечением, нормальным к продольной оси элемента, при образовании трещин и определяемый по формуле

здесь — момент усилия относительно той же оси, что и для определения ; знак момента определяется направлением вращения (“плюс” — когда направления вращения моментов и противоположны; “минус” — когда направления совпадают).

Усилие рассматривают:

для предварительно напряженных элементов — как внешнюю сжимающую силу;

для элементов, выполняемых без предварительного напряжения, — как внешнюю растягивающую силу, определяемую по формуле (8), принимая напряжения и в ненапрягаемой арматуре численно равными значениям потерь от усадки бетона по поз. 8 табл.5 (как для арматуры, натягиваемой на упоры).

Значение определяется по формулам:

для изгибаемых элементов (черт.19,а)

для внецентренно сжатых элементов (черт.19, б)

для внецентренно растянутых элементов (черт.19, в)

Значения определяются:

при расчете по образованию трещин в зоне сечения, растянутой от действия внешних нагрузок, но сжатой от действия усилия предварительного обжатия (см. черт.3.), по формуле

при расчете по образованию трещин в зоне сечения, растянутой от действия усилия предварительного обжатия (черт.20), по формуле

Черт.3. Схемы усилий и эпюры напряжений в поперечном сечении элемента

при расчете его по образованию трещин, нормальных к продольной оси элемента, в зоне сечения,

растянутой от действия внешних нагрузок, но сжатой от действия усилия предварительного обжатия

— при изгибе; б — при внецентренном сжатии; в — при внецентренном растяжении;

1 — ядровая точка; 2 — центр тяжести приведенного сечения

Черт.4. Схема усилий и эпюра напряжений в поперечном сечении элемента при расчете

его по образованию трещин, нормальных к продольной оси элемента, в зоне сечения,

растянутой от действия усилия предварительного обжатия

1 — ядровая точка; 2 — центр тяжести приведенного сечения

В формулах (127)-(130)

— расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны, трещнообразование которой проверяется.

Значение определяется для элементов:

внецентренно сжатых, изгибаемых предварительно напряженных, а также для внецентренно растянутых, если удовлетворяется условие

по формуле

внецентренно растянутых, если не удовлетворяется условие (131), по формуле

изгибаемых, выполняемых без предварительного напряжения арматуры, по формуле

В формулах (132) и (133):

но принимается не менее 0,7 и не более 1,0;

здесь — максимальное напряжение в сжатом бетоне от внешней нагрузки и усилия предварительного напряжения, вычисляемое как для упругого тела по приведенному сечению;

— определяется согласно указаниям п.4.7;

.

Для стыковых сечений составных и блочных конструкций, выполняемых без применения клея в швах, при расчете их по образованию трещин (началу раскрытия швов) значение в формулах (123) и (125) принимается равным нулю.

При расчете по образованию трещин элементов на участках с начальными трещинами в сжатой зоне (см. п.1.18) значение для зоны, растянутой от действия внешней нагрузки, определенное по формуле (125), необходимо снижать на .

Коэффициент определяется по формуле

причем при получении отрицательных значений он принимается равным нулю.

В формуле (136):

— определяется по формуле (168) для зоны с начальными трещинами, но принимается не менее 0,45;

но не более 1,4;

здесь — расстояние от центра тяжести приведенного сечения до крайнего волокна бетона, растянутого внешней нагрузкой.

Для конструкций, армированных проволочной арматурой и стержневой арматурой класса А-VI и Ат-VII, значение , полученное по формуле (137), снижается на 15%.

Момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна (с учетом неупругих деформаций растянутого бетона) определяется в предположении отсутствия продольной силы и усилия предварительного обжатия по формуле

Положение нулевой линии определяется из условия

В конструкциях, армированных предварительно напряженными элементами (например, брусками), при определении усилий, воспринимаемых сечениями при образовании трещин в предварительно напряженных элементах, площадь сечения растянутой зоны бетона, не подвергаемая предварительному напряжению, в расчете не учитывается.

При проверке возможности исчерпания несущей способности одновременно с образованием трещин (см. п.1.19) усилие, воспринимаемое сечением при образовании трещин, определяется по формулам (123) и (125) с заменой значения на при коэффициенте (см. п.1.27).

Расчет по образованию трещин при действии многократно повторяющейся нагрузки производится из условия

где — максимальное нормальное растягивающее напряжение в бетоне, определяемое согласно указаниям п.3.47.

Расчетное сопротивление бетона растяжению в формулу (140) вводится с коэффициентом условий работы , принимаемым по табл.16.

Класс бетона на сжатие и растяжение

В зави