Расчетное сопротивление арматуры осевому растяжению обозначается
Любая бетонная конструкция должна переносить определенные в технической документации нагрузки в течение длительного времени без разрушений. В строительных проектах указываются основные характеристики, к которым относятся плотность, показатели расчетного сопротивления бетона, морозоустойчивость, водонепроницаемость. Проблема состоит в том, что даже самый качественный бетон неоднороден. Элементы имеют различные геометрические размеры и сечения, поэтому разные участки сооружения могут иметь неодинаковые свойства. Для уточнения характеристик материала вводится методика вычисления прочности.
Что такое расчетное сопротивление?
Расчетное сопротивление бетонной смеси – характеристика отражающая свойство материала противостоять внешним механическим нагрузкам. Его применяют при проектировании зданий и сооружений. Данный показатель получают из нормативных значений противодействия конкретной марки раствора делением на специальный коэффициент.
Этот коэффициент, применяемый для вычисления расчетного сопротивления бетона на сжатие обозначается γb и может принимать значения:
- 1,3 – для максимальных возможных величин по несущей способности;
- 1 – для максимальных значений по пригодности к эксплуатации.
Коэффициенты надежности материала при механическом растяжении обозначаются γbt, они могут быть равны:
- 1,5 – для максимальных показателей несущей способности во время определения класса на сжатие;
- 1,3 – для максимальных значений несущей способности на осевое растяжение;
- 1 – для максимальных величин по пригодности к эксплуатации.
Классы бетонов обозначаются от В10 до В60, значения их нормативного противодействия приводятся в специальных таблицах.
Как получить расчетное сопротивление?
Для получения расчетного сопротивления бетона по осевому сжатию определяется класс материала, из таблицы берутся его нормативные данные и производится вычисление по формуле:
Rb=Rbn/γb,
где Rb – расчетные данные на осевое сжатие, множитель Rbn – нормативные , γb – коэффициент.
Аналогично рассчитывают расчетное сопротивление бетона осевому растяжению:
Rbt=Rbtn/γbt,
где Rbt – расчетные значения на осевое растяжение, множитель Rbtn – нормативные показатели на растяжение, γbt – коэффициент для растяжения.
Учитывая условия, в которых будут эксплуатироваться бетонные конструкции, вводятся и другие коэффициенты γbi, учитывающие эти особенности:
- для непродолжительных статических нагрузок 1;
- для длительных статических нагрузок 0,9;
- элементы, заливаемые вертикально 0,9;
- коэффициенты, отражающие климатические особенности, назначение сооружения, площадь сечения указываются в документации отдельно.
Нормативное сопротивление
До 2001 года единственной характеристикой бетона указывающей на противодействие механической силе, считалась марка, обозначавшаяся буквой «М». Теперь, согласно СНиП 2.03.01 введена другая характеристика, так называемый класс прочности, обозначающаяся буквой «В». Для определения свойств железобетонных и бетонных конструкций были предложены нормативы, согласно СП 52-101-2003.
Для определения класса раствор заливают в куб с ребром 150 мм. Уплотняют его в форме и дают полностью затвердеть при температуре 18-20ºС в течение 28 суток. После этого образец поступает на испытание, и разрушается на специальном прессе. Сопротивление бетона осевой нагрузке, выраженное в МПа и является свойством, по которому определяется данная характеристика. Иногда для определения класса берется призменный образец, высота которого в четыре раза больше ребра основания.
Дополнительно образец подвергается проверке на осевое растяжение, который тоже необходимо учитывать при проведении вычислений.
При правильном определении класса не требуется делать дополнительных испытаний, поскольку они уже занесены в специализированные таблицы.
Используя эти таблицы можно, имея данные на сжатие, сразу определить показатели и на растяжение. По ним ясно видно – этот параметр для любого бетона на растяжение гораздо меньше, чем на сжатие, это обязательно учитывается при проектировании.
Эти параметры для различного класса прочности сводятся в специальную таблицу. Значения могут меняться в зависимости от условий определяемых соответствующими коэффициентами:
Из таблицы видно, что расчетное значение ниже нормативного, поскольку учитывает сторонние факторы, тип воздействия на бетонную конструкцию, возможную неоднородность материала, центр тяжести контура.
При определении противодействия бетона силовому воздействию учитывается его деформация. Для этого берется начальный параметр данной величины и делится на коэффициент, включающий в себя ползучесть, а также поперечную деформацию массива, его температурную деформацию в диапазоне -40 — +50ºС. При вычислении свойств напряженно деформированного элемента используют специальные диаграммы, демонстрирующие предельную нагрузку в зависимости от сечений и расположения детали и вида материала. Эта методика позволяет рассчитывать факторы, приводящие к появлению трещин.
График Зависимости напряжений от деформаций
При определении характеристик железобетонных конструкций применяют методику моделирования наклонных сечений. Учитывается толщина и тип арматуры, отдельно рассчитывается ее прочность.
Заключение
Сопротивление бетона рассчитывается в зависимости от действия на него различных сил, которые могут быть сжимающими, поперечными, изгибающими, а также под местным сжатием. Для внецентренно сжатых и растянутых элементов, находящихся под изгибом, момент рассчитывается для сечений, перпендикулярных их продольной оси.
Для элементов с сечениями в виде прямоугольника, квадрата или тавра применяются формулы, предельной нагрузки каждого элемента, для других сечений используются специальные нелинейные диаграммы.
Расчетное сопротивление позволит подобрать класс прочности и марку этого материала для получения оптимальных эксплуатационных свойств массива, элемента или детали. В отличие от нормативных показателей, данные учитывают геометрические особенности, условия эксплуатации, виды деформаций. Вводятся коэффициенты надежности по бетону, разновидности используемой арматуры и другие характеристики, влияющие на конечную прочность зданий и сооружений, где применяется литой бетон или конструктивные элементы из этого материла.
Источник
ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
7.37 Нормативные значения прочности арматуры гарантируют с обеспеченностью не менее 0,95, нормативные значения деформационных характеристик принимают равными их средним значениям.
Основной прочностной характеристикой стержневой арматуры при растяжении (сжатии) является нормативное значение сопротивления Rsn, равное значениям физического предела текучести или условного, соответствующего остаточному удлинению, равному 0,2 %.
Для гладкой проволочной арматуры класса В по ГОСТ 7348 и арматурных канатов К7 по ГОСТ 13840 в качестве нормативного значения сопротивления принимаются напряжения, соответствующие 0,95 условного предела текучести; для проволоки периодического профиля класса Вр по ГОСТ 7348 — 0,9 условного предела текучести.
Указанные характеристики определяют по действующим стандартам на арматурные стали.
Расчетные прочностные характеристики арматуры на растяжение (расчетные сопротивления) определяют делением нормативных значений на соответствующий коэффициент надежности по материалу (устанавливаемый в зависимости от вида и класса арматуры, группы предельных состояний) и умножением на коэффициент условий работы по назначению.
Для предельных состояний первой группы коэффициенты надежности по материалу приведены в таблице 7.15; коэффициенты условий работы по назначению принимают равными: для железнодорожных мостов — 0,90, для автодорожных мостов — 0,95. Для предельных состояний второй группы коэффициенты надежности по материалу и коэффициенты условий работы принимают равными 1,0.
Расчетные сопротивления растяжению арматурных сталей следует принимать по таблице 7.16.
7.38 Расчетные сопротивления сжатию арматуры Rsc, Rpc принимают равными расчетным сопротивлениям растяжению Rs, Rp, но не более 400 МПа при действии кратковременной нагрузки и 500 МПа при действии остальных нагрузок — для всех видов арматуры, включая напрягаемую, имеющую сцепление с бетоном, и нулю — для напрягаемой арматуры, не имеющей сцепления.
Таблица 7.15
| Вил, класс и диаметр арматуры | Коэффициент надежности по материалу при расчете по предельным состояниям первой группы |
| 1 Ненапрягаемая стержневая: | |
| А240; А300 | 1,05 |
| Ас300; А400, диаметр 10-40 мм | 1,07 |
| А400, диаметр 6-8 мм | 1,10 |
| 2 Напрягаемая стержневая: | |
| горячекатаная: | |
| А600 | 1,20 |
| А800 | 1,25 |
| термически упрочненная: | |
| Ат800, диаметр 10-14 мм | 1,15 |
| диаметр 16-28 мм | 1,25 |
| Ат1000, диаметр 10-14 мм | 1,20 |
| диаметр 16 мм | 1,25 |
| 3 Напрягаемая проволочная гладкая В и периодического профиля Вр | 1,20 |
| 4 Арматурные канаты К7 | 1,20 |
| 5 Стальные канаты со спиральной или двойной свивкой и закрытые | 1,25 |
Таблица 7.16
| Класс арматурной стали | Диаметр, мм | Расчетные сопротивления растяжению при расчетах по предельным состояниям первой группы Rs и Rp, МПа, для мостов и труб | |
| железнодорожных | автодорожных и городских | ||
| 1 Ненапрягаемая стержневая: | |||
| а) гладкая А240 | 6-40 | ||
| б) периодического профиля: | |||
| А300 | 10-40 | ||
| А400 | 6 и 8 | ||
| 10-40 | |||
| 2 Напрягаемая стержневая: | |||
| а) горячекатаная: | |||
| А600* | 10-32 | ||
| А800 | 10-32 | ||
| б) термически упрочненная: | |||
| Ат600 | 10-28 | — | |
| Ат800 | 10-14 | — | |
| 16-28 | — | ||
| Ат1000 | 10-14 | — | |
| — | |||
| 3 Высокопрочная проволока: | |||
| а) гладкая: | |||
| В1500 | |||
| В1400 | |||
| В1400 | |||
| В1300 | |||
| В1200 | |||
| б) периодического профиля: | |||
| Вр1500 | |||
| Вр1400 | |||
| Вр1400 | |||
| Вр1200 | |||
| 4 Арматурные канаты: | |||
| K7-1500 | |||
| К7-1500 | |||
| К7-1400 | |||
| 5 Стальные канаты: | По соответствующим стандартам | 0,54 Rrpn | 0,57 Rrpn |
| со спиральной свивкой с двойной свивкой закрытые | |||
| * При смешанном армировании стержневую горячекатаную арматуру класса А600 допускается применять в качестве ненапрягаемой арматуры. |
Коэффициенты условий работы арматуры
7.39 При расчете арматуры на выносливость расчетные сопротивления арматурной стали растяжению для ненапрягаемой Rsf и напрягаемой Rpf арматуры следует определять по формулам:
| Rsf = mas1Rs = ερs βρwRs; | (7.4) |
| Rpf = map1Rp = ερp βρwRp, | (7.5) |
где mas1, map1 — коэффициенты условий работы арматуры, учитывающие влияние многократно повторяющейся нагрузки;
Rs, Rp — расчетные сопротивления арматурной стали растяжению, принимаемые по таблице 7.16;
ερs, ερp — коэффициенты, зависящие от асимметрии цикла изменения напряжений в арматуре ρ = σmin/σmax, приведены в таблице 7.17;
βρw — коэффициент, учитывающий влияние на условия работы арматурных элементов наличия сварных стыков или приварки к арматурным элементам других элементов, приведен в таблице 7.18.
Таблица 7.17
| Класс (виды или особенности) применяемой арматурной | Значения коэффициентов ερs.и ερp при ρ | ||||||||
| -1 | -0,5 | -0,2 | -0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,35 | ||
| Коэффициент ερs | |||||||||
| А240 | 0,48 | 0,61 | 0,72 | 0,77 | 0,81 | 0,85 | 0,89 | 0,97 | |
| А300 | 0,40 | 0,50 | 0,60 | 0,63 | 0,67 | 0,70 | 0,74 | 0,81 | 0,83 |
| А300 (Ас-II) | — | — | 0,67 | 0,71 | 0,75 | 0,78 | 0,82 | 0,86 | 0,88 |
| А400 | 0,32 | 0,40 | 0,48 | 0,51 | 0,54 | 0,57 | 0,59 | 0,65 | 0,67 |
| Коэффициент ερp | |||||||||
| А600 (без стыков или со стыками, выполненными контактной сваркой с механической зачисткой) | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| В или пучки из нее | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Вp или пучки из нее | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Канаты К7 | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
Окончание таблицы 7.17
| Класс (виды или особенности) применяемой арматурной стали | Значения коэффициентов ερs.и ερp при ρ | |||||||
| 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,75 | 0,8 | 0,85 | 0,9 | |
| Коэффициент ερs | ||||||||
| А240 | ||||||||
| А300 | 0,87 | 0,94 | ||||||
| А300 (Ас-II) | 0,90 | 0.92 | 0,94 | |||||
| А-400 | 0,70 | 0,75 | 0,81 | 0,90 | 0,95 | |||
| Коэффициент ερp | ||||||||
| А600 (без стыков или со стыками, выполненными контактной сваркой с механической зачисткой) | 0,38 | 0,49 | 0,70 | 0,78 | 0,85 | 0,91 | 0,94 | 0,96 |
| В или пучки из нее | — | — | — | — | 0,85 | 0,97 | ||
| Вр или пучки из нее | — | — | — | — | 0.78 | 0,82 | 0,87 | 0,91 |
| Канаты К7 | — | — | — | — | 0,78 | 0,84 | 0,95 | |
| Примечания 1 Для стальных канатов со спиральной или двойной свивкой и закрытых при ρ ≥ 0,85 коэффициент ερp, можно принимать равным единице, а при ρ < 0,85 — устанавливать по 8.58, относящимся к расчету на выносливость канатов висячих, вантовых и предварительно напряженных стальных пролетных строений. 2 Для промежуточных значений ρ коэффициенты ερs и ερp, следует определять по интерполяции. |
7.40 При расчете растянутой поперечной арматуры (хомутов и отогнутых стержней) в наклонных сечениях на действие поперечной силы к расчетным сопротивлениям растяжению арматурной стали, указанным в таблице 7.16, вводятся коэффициенты условий работы арматуры:
ma4 = 0,8 — для стержневой арматуры;
mа4 = 0,7 — для арматуры из высокопрочной проволоки, арматурных канатов К7 и стальных канатов со спиральной и двойной свивкой и закрытых.
Если в сварных каркасах диаметр хомутов из арматурной стали класса А400 менее 1/3 диаметра продольных стержней, то учитываемые в расчете на поперечную силу напряжения в хомутах не должны превышать, МПа:
245 — при диаметре хомутов 6 и 8 мм;
255 — то же, 10 мм и более.
Таблица 7.18
| Тип сварного соединения | Коэффициент асимметрии цикла ρ | Коэффициент βρw для стержневой арматуры диаметром 32 мм и менее для арматурной стали классов | ||
| А240 | A300 | А400 | А600 | |
| Сварка контактным способом (без продольной зачистки) | 0,75 | 0,65 | 0,60 | — |
| 0,2 | 0,85 | 0,70 | 0,65 | — |
| 0,4 | 0,80 | 0,75 | 0,75 | |
| 0,7 | 0,90 | 0,75 | 0,75 | |
| 0,8 | 0,75 | 0,80 | ||
| 0,9 | 0,85 | 0,90 | ||
| Сварка ванным способом на удлиненных накладках-подкладках | 0,75 | 0,65 | 0,60 | — |
| 0,2 | 0,80 | 0,70 | 0,65 | — |
| 0,4 | 0,90 | 0,80 | 0,75 | — |
| 0,7 | 0,90 | 0,90 | 0,75 | — |
| 0.8 | 0,75 | — | ||
| 0,9 | 0,85 | — | ||
| Контактная точечная сварка перекрещивающихся стержней арматуры и приварка других стержней, сварка на парных смещенных накладках | 0,65 | 0,65 | 0,60 | — |
| 0,2 | 0,70 | 0,70 | 0,65 | — |
| 0.4 | 0,75 | 0,75 | 0,65 | — |
| 0,7 | 0,90 | 0,90 | 0,70 | — |
| 0,8 | 0,75 | — | ||
| 0,9 | 0,85 | — | ||
| Примечания 1 Если диаметры стержневой растянутой арматуры свыше 32 мм, то значения βρw следует уменьшить на 5 %. 2 Если значения ρ < 0, то значения βρw следует принимать такими же, как при ρ = 0 3 Для растянутой арматурной стали класса А600, стержни которой имеют сварные стыки, выполненные контактной сваркой с последующей продольной зачисткой, следует принимать βρw = 1. 4 При промежуточных значениях ρ коэффициенты βρw следует определять по интерполяции. |
7.41 Для арматурной стали классов А600 и А800 при применении стыков, выполненных контактной сваркой без продольной механической зачистки, и стыков на парных смещенных накладках к расчетным сопротивлениям растяжению, указанным в таблице 7.16, вводится коэффициент условий работы арматуры ma5 = 0,9.
Для арматурной стали классов А240, А300 и А400 при наличии стыков, выполненных контактной сваркой, ванным способом на удлиненных или коротких подкладках, на парных смещенных накладках, расчетные сопротивления растяжению следует принимать такими же, как для арматурной стали, не имеющей стыков.
7.42 При расчете по прочности нормальных сечений в изгибаемых конструкциях для арматурных элементов (отдельных стержней, пучков, канатов), расположенных от растянутой грани изгибаемого элемента на расстоянии более чем 1/5 высоты растянутой зоны сечения, к расчетным сопротивлениям арматурной стали растяжению допускается вводить коэффициенты условий работы арматуры
| (7.6) |
где (h — х) — высота растянутой зоны сечения;
а ≥ 0,2 (h — x) — расстояние оси растянутого арматурного элемента от растянутой грани сечения.
7.43 При перегибе стальных канатов со спиральной или двойной свивкой вокруг анкерных полукруглых блоков диаметром D менее 24d (d — диаметр каната) к расчетным сопротивлениям канатов растяжению при расчетах на прочность должны вводиться коэффициенты условий работы канатов ma10, которые при отношениях D/d от 8 до 24 допускается определять по формуле
| ma10 = 0,7 + 0,0125 D/d ≤ 1. | (7.7) |
При перегибах вокруг блоков диаметром D менее 8d коэффициенты условий работы канатов следует назначать по результатам опытных исследований.
7.44 При расчетах по прочности оцинкованной высокопрочной гладкой проволоки класса В диаметром 5 мм к расчетным сопротивлениям проволоки растяжению по таблице 7.16 следует вводить коэффициенты условий работы арматуры ma11, равные:
0,94 — при оцинковке проволоки по группе С, отвечающей среднеагрессивным условиям среды;
0,88 — то же, по группе Ж, отвечающей жесткоагрессивным условиям среды.
7.45 На всех стадиях работы железобетонной конструкции, на которых арматура не имеет сцепления с бетоном, арматура, не имеющая сцепления с бетоном, должна удовлетворять требованиям по предельным состояниям первой группы, включая требования по расчету на выносливость, и второй группы, предъявляемым в соответствии с разделом 8.
При расчетах на прочность напрягаемых элементов на осевое растяжение на стадии создания в конструкции предварительного напряжения,. а также на стадии монтажа до объединения арматуры с бетоном (омоноличивание напрягаемой арматуры) следует применять расчетные сопротивления арматурной стали растяжению с коэффициентами условий работы, равными:
1,10 — для стержневой арматурной стали, а также арматурных элементов из высокопрочной проволоки;
1,05 — для арматурных канатов класса К7, а также стальных канатов со спиральной и двойной свивкой и закрытых.
При этом, если проектом предусмотрен контроль процесса натяжения механическим способом (по манометру) и по вытяжке, коэффициент надежности по нагрузке разрешается принимать равным 1,0.
Для отдельных видов напрягаемой арматуры и конкретных производителей, при соответствующем технико-экономическом обосновании и при условии проведения соответствующих испытаний, регламентируемых 7.33, разрешается применять иные коэффициенты, больше указанных выше, но такие, чтобы расчетные сопротивления на этих стадиях не превышали 80 % временного, но не выше нормативного сопротивления растяжению. При этом коэффициент надежности по нагрузке при определении усилий в напрягаемой арматуре принимается равным 1,10 и может быть понижен до значения 1,05 при условии, что проектом предусмотрен двойной контроль и допускаемое отклонение фактических значений усилия и вытяжки от проектных отличается не более 5 % для каждого напрягаемого элемента или группы элементов при групповом натяжении.
Расчетные характеристики для стальных изделий
1.46 Для стальных изделий железобетонных мостов и труб, представляющих отдельные их конструктивные детали (опорные части, элементы шарниров и деформационных швов, упорные устройства и т.д.). и для стальных закладных изделий из листового и фасонного проката расчетные сопротивления следует принимать такими же, как для элементов стальных конструкций мостов (см. раздел 8).
Расчетные сопротивления для арматурных стержней, анкеруемых в бетоне, следует принимать в соответствии с указаниями, относящимися к арматуре.
Характеристики деформативных свойств арматуры и отношение модулей упругости
7.47 Предельные значения относительных деформаций растянутой арматуры (при расчетах по предельным деформациям) следует принимать равными:
— для ненапрягаемой арматуры — 0,025;
— для напрягаемой арматуры — 0,015.
Значения модуля упругости арматуры следует принимать по таблице 7.19.
Таблица 7.19
| Класс (вид) арматурной стали | Модуль упругости, МПа, арматуры | |
| ненапрягаемой Es | напрягаемой Еp | |
| А240, А300 | 2,1·105 | — |
| А400 | 2,0·105 | — |
| А600, А800, А1000 | — | 1,9·105 |
| Проволока классов В, Вр | — | 2,0·105 |
| Пучки из параллельных проволок классов В, Вр | — | 1,9·105 |
| Арматурные канаты класса К7 | — | 1,95·105 |
| Пучки из арматурных канатов класса К7 | — | 1,95·105 |
| Стальные канаты: | ||
| спиральные и двойной свивки | — | 1,7·I05 |
| закрытые | — | 1,6·105 |
7.48 Во всех расчетах элементов мостов, производимых по формулам упругого тела, кроме расчетов мостов с ненапрягаемой арматурой на выносливость и на трещиностойкость следует использовать отношения модулей упругости n1 (Es/Eb или Ер/Eb), определяемые по значениям модулей, приведенным для арматуры в таблице 7.19 и для бетона в таблице 7.11.
При расчетах элементов мостов с ненапрягаемой арматурой на выносливость и на трещиностойкость, при определении напряжений и геометрических характеристик приведенных сечений площадь арматуры учитывается с коэффициентом отношения модулей упругости n‘, при котором учитывается виброползучесть бетона. Значения n‘ следует принимать при бетоне классов:
В20…………………………………………………………………. 22,5;
В22,5 и В25……………………………………………………… 20;
В27,5………………………………………………………………. 17;
В30 и В35………………………………………………………… 15;
В40 и выше……………………………………………………… 10.
Источник