2014-02-09
625
Классификация и расчетные сопротивления бетона и арматуры
9.2.1. Конструктивными бетонами являются:
тяжелые (на плотных крупных и мелких заполнителях);
мелкозернистые (только с мелким заполнителем);
легкие (на пористых заполнителях);
ячеистые (без заполнителей, с порами);
поризованные (с заполнителем и порами).
При этом наиболее часто используются тяжелые бетоны.
Основными характеристиками бетона являются класс по прочности (Bk, k – временное сопротивление на сжатие, МПа), марка по средней плотности (Dl, l – плотность, кг/куб. м), марка по морозостойкости (Fm, m – допустимое количество циклов замерзания и оттаивания) и марка по водопроницаемости (Wn, n – коэффициент фильтрации, см/с). Временное сопротивление бетона на сжатие определяется испытанием на сжатие без трения бетонного куба со стороной 150 мм, в возрасте 28 суток, полученного при средней температуре и высокой влажности.
По прочности бетоны подразделяется на несколько классов.
Так, тяжелые бетоны по прочности на сжатие представлены пятнадцатью классами (B3,5...B60).
Расчетные сопротивления бетона на сжатие R_b и растяжение R_bt (без учета коэффициентов условий работы конструкции g_bi) представлены зависимостями
R_b = R_bn / g_bc, (14)
R_bt = R_btn / g_bt, (15)
где R_bn и R_btn – нормативные сопротивления бетона на сжатие и растяжение;
g_bc и g_bt – коэффициенты надежности по материалу бетона на сжатие и растяжение.
Приблизительная зависимость нормативного сопротивления R_bn тяжелого бетона от класса на сжатие Bk представлена выражением
R_bn ≈ 0.75 * k. (16)
Для первой группы предельного состояния всех бетонов, кроме ячеистого, g_bc = 1.3 и g_bt = 1.5; для второй группы – g_bc = 1 и g_bt = 1.
Расчетные сопротивления тяжелого бетона даны в табл. 4.
Таблица 4
| 3,5 | 7,5 | 12,5 | ... | Bk | |||||||||
| 2.05 | 2.8 | 4.5 | 6.0 | 7.5 | 8.5 | 11.5 | 14.5 | 17.0 | ... | 27.5 | 30.0 | 33.0 | R_b |
| 0.26 | 0.37 | 0.48 | 0.57 | 0.66 | 0.75 | 0.90 | 1.05 | 1.20 | ... | 1.55 | 1.60 | 1.65 | R_bt |
Окончательное значение расчетного сопротивления бетона получается умножением R_b или R_bt на коэффициенты условий работы конструкций g_bi, которые определяются по СНиП в зависимости от многократности повторения нагрузки, длительности действия нагрузок, процента влажности, числа циклов замораживания и оттаивания и пр.
9.2.2. Арматура подразделяется на стержневую, проволочную и прокатную. В свою очередь стержневая и проволочная арматура может быть круглой гладкой и периодического профиля (рифленой). Круглой гладкой арматурой является горячекатаная класса A-I и проволочная классов B-I и B-II. Рифленой арматурой является горячекатаная классов A-II...A-VI, термически упрочненная классов Aт-II...Aт-VI и проволочная классов Bp-I, Bp-II. Из проволоки изготовляются пучки и канаты (семипроволочные K-7 и девятнадцатипроволочные K-19).
Расчетное сопротивление арматуры на растяжение определяется по формуле R_s = R_sn / g_s, (17)
где R_sn – нормативное сопротивление арматуры на растяжение;
g_s – коэффициент надежности по арматуре на растяжение (g_s = 1.05...1.2).
Расчетные сопротивления основных видов арматура даны в табл. 5.
Таблица 5
| Вид и класс арматуры | Расчетное сопротивление, в МПа | ||
| На р На растяжение R_s | На На сжатие R_sc | Накло Наклонные сечения R_so | |
| A-I A-II, 6...8 мм A-III,10...4мм A-IV A-V A-VI B-I, 3 мм B-II, 3 мм Bp-II, 3 мм K-7, 6 мм K-19, 14 мм | - - - |
Окончательное значение расчетного сопротивления арматуры определяется умножением R_s, R_sc и R_so на коэффициенты условий работы конструкции, которые определяются в зависимости от многократности повторения нагрузки, при соединениях арматуры внахлестку или сваркой и при элементах из легкого бетона.
В целях повышения трещиностойкости и жесткости растянутых, изгибаемых и сжатых конструкций применяется предварительно напряженный железобетон.
Различают два метода натяжения арматуры:
натяжение на упоры (заводское изготовление элементов);
натяжение на бетон (арматура располагается в каналах или пазах уникальных сооружений).
Существует несколько способов натяжения:
механический;
электротермический (применяется в 80% изделий при нагревании до температуры 300...350 гр. С);
физико-термический (с применением расширяющихся цементов).
Анкеровка предварительно напряженной арматуры выполняется за счет сцепления расчетного участка арматуры или с помощью шайбы, петли и конической пробки с колодкой.
Предварительно напряженное изделие проходит несколько стадий напряженного состояния:
в процессе изготовления арматура подвергается расчетному контролируемому напряжению, уменьшенному на первые потери напряжения (напряжение в бетоне нулевое);
в готовом ненагруженном изделии происходит изгиб в сторону наименее натянутой арматуры (в балках – в сторону их верха), напряжение в арматуре уменьшается на потери напряжения, а напряжение растяжения бетона не превышает расчетного сопротивления R_bt;
в нагруженном изделии прогиб реализуется в сторону наиболее растянутой арматуры; напряжение в наиболее растянутой арматуре не превышает контролируемого напряжения, уменьшенного на потери и увеличенному на 30 МПа, и напряжение в растянутой зоне бетона не превышает R_btser (расчетному сопротивлению растяжения по второй группе предельного состояния).
Потери напряжения в арматуре при натяжении на упоры представлены первыми потерями и вторыми потерями.
Факторами, вызывающими первые потери, являются:
релаксация (самопроизвольное снижение напряжения);
температурный перепад арматуры и упоров;
деформация анкеров;
трение арматуры об огибающие приспособления;
деформация стальных форм;
быстронатекающая ползучесть бетона.
Вторые потери происходят из-за усадки бетона и ползучести бетона в течение длительного времени.
Указанные потери напряжения вычисляются по эмпирическим формулам. В первом приближении все потери находятся в диапазоне 200...250 МПа и, во всяком случае, больше 100 МПа.
