Работа бетона на растяжение

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 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.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: