Конструкционные качества бетона и арматуры.
Бетон
По своей структуре бетон представляет собой неоднородное тело, в котором бессистемно расположены зерна заполнителей различной крупности и формы, скрепленные цементным камнем, поры и пустоты, заполненные воздухом и водой. Такая структура определяет его основные физико-механические свойства.
Прочность бетона. Классы бетона.
Отсутствие закономерности в расположении частиц затвердевшего бетона, а также в размещении и размерах пор приводит к тому, что при испытании образцов из одного и того же бетона наблюдается разброс показателей его прочности.
Прочность бетона с течением времени возрастает, при этом существенное влияние имеет изменение температуры и влажности среды, в которой происходит твердение (набор прочности бетона).
Различают несколько характеристик прочности бетона.
Кубиковая прочность (Rn, МПа) – временное сопротивление (предел прочности) на сжатие образца, имеющего форму куба.
Кубиковая прочность образца с размерами ребра 15 см, изготовленного и испытанного по стандарту, называется классом бетона по прочности на сжатие (В, МПа).
СНиП 52-01-2003 устанавливает следующие классы бетонов по прочности на сжатие (гарантированная прочность, МПа, с обеспеченностью 0,95) в целом в пределах от В0,5 до В120, а по СП 52-101-2003 для конструкций без предварительного напряжения В10; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.
Призменная прочность (Rb,n, МПа).
Образцы, имеющие форму призм, при испытании на сжатие показывают меньшую прочность, чем кубики того же поперечного сечения, т.к. с увеличением высоты образца снижается влияние сил трения, возникающих по опорным поверхностям. При отношении высоты призмы h к стороне а ее основания > 4 трение практически не оказывает влияния на временное сопротивление и оно составляет 0,7 – 0,8 от кубиковой прочности.
Призменная прочность является основной прочностной характеристикой бетона при расчете конструкций, работающих на сжатие и изгиб. По ее значению установлены принятые в СНиП нормативные и расчетные сопротивления бетона на сжатие.
Прочность на растяжение.
Временное сопротивление бетона на растяжение (Rbt,n, МПа) устанавливается путем испытания на разрыв стандартных образцов в виде восьмерок.
Между величиной Rbt,n и кубиковой прочностью установлена эмпирическая зависимость:
, | (15) |
Для конструкций, работающих на растяжение дополнительно к классу бетона на сжатие (В) устанавливается класс бетона на растяжение (Bt, МПа).
СНиП предусматривает следующие классы бетона на растяжение в целом от Bt0,4 до Bt6, а по СП 52-101-2003 Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2,0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2.
По прочности бетона на растяжение СНиП устанавливает нормативные и расчетные сопротивления, принимаемые при расчете конструкций по прочности на растяжение, а также по трещиностойкости.
Марки бетона.
Марка бетона по морозостойкости F соответствует минимальному числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, выдерживаемых образцом при стандартных испытаниях, и принимается по СНиП от F15 до F1000.
Марка бетона по водонепроницаемости W соответствует максимальному значению давления воды (МПа·10-1), выдерживаемому образцом при испытании и принимается в пределах от W2 до W30.
Марка по средней плотности Д соответствует среднему значению объемной массы бетона в кг/м3 и принимается в пределах от Д200 до Д5000.
При необходимости устанавливают дополнительные качества бетона, обусловленные требованиями к конструкции.
Таблица 3. Нормативные и расчетные сопротивления бетона (СП 52-101-2003)
Класс бетона по прочности на сжатие | Нормативное сопротивление (Rn) | Расчетное сопротивление (R) | ||
сжатие Rb,n, MПа | растяжение Rbt,n, МПа | сжатие Rb, MПа | растяжение Rbt, MПа | |
В10 | 7,5 | 0,85 | 6,0 | 0,56 |
В15 | 11,0 | 1,1 | 8,5 | 0,75 |
В20 | 15,0 | 1,35 | 11,5 | 0,9 |
В25 | 18,5 | 1,55 | 14,5 | 1,05 |
В30 | 22,0 | 1,75 | 17,0 | 1,15 |
В35 | 25,5 | 1,95 | 19,5 | 1,3 |
В40 | 29,0 | 2,1 | 22,0 | 1,4 |
В45 | 32,0 | 2,25 | 25,0 | 1,5 |
В50 | 36,0 | 2,45 | 27,5 | 1,6 |
В55 | 39,5 | 2,6 | 30,0 | 1,7 |
В60 | 43,0 | 2,75 | 33,0 | 1,8 |
Нормативное сопротивление бетона на сжатие (Rb,n ) и растяжение (Rbt,n) устанавливается по временному сопротивлению (прочности).
Расчетное сопротивление получают делением нормативного сопротивления на коэффициент надежности по бетону.
. | (16) |
.
Значение коэффициентов надежности по бетону принимают равными:
при сжатии - γbc
1,3 - для предельных состояний по несущей способности (первая группа);
1,0 – для предельных состояний по эксплуатационной пригодности (вторая группа);
при растяжении - γbt
1,5 - для предельных состояний первой группы;
1,0 – для предельных состояний второй группы.
Для предельных состояний второй группы расчетные сопротивления равны нормативным их значениям.
. | (17) |
Учет условий работы конструкции.
В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетонов умножают на коэффициенты работы γbi , учитывающие особенности работы бетона в конструкции (характер нагрузки, условия окружающей среды и т. д.):
а) γb1=0,9 при длительном действии нагрузки; его вводят к расчетным сопротивлениям бетона Rb и Rbt;
б) γb1=1,0 при кратковременном действии нагрузки.
Другие значения коэффициентов условий работы приводятся в СНиП.
Деформативность бетона и модуль деформаций.
В бетоне различают объемные и силовые деформации. Объемные деформации вызываются усадкой бетона и изменениям температуры; силовые деформации – это деформации под нагрузкой. Они носят направленный характер.
Между напряжениями и деформациями бетона наблюдается нелинейная зависимость, т.е. бетон не укладывается в закон Гука.
Такой характер (рис. 6) носят деформации материала, свойства которого отвечают закону Гука.
Для бетона диаграмма σ – ε имеет другой вид (рис.7).
Начальный модуль упругости бетона – это нормируемая характеристика, она приводится в СНиП в зависимости от вида и класса бетона.
Упругие деформации характеризуются начальным модулем упругости
. | (18) |
Полные деформации – модулем упруго-пластичности (модуль деформаций)
. | (19) |
Из условий:
, | (20) |
(21) |
определяем
, | (22) |
где - коэффициент упруго-пластичности бетона.
Ползучесть бетона
Ползучесть бетона проявляется при длительном действии нагрузки – это возрастание пластических деформаций при постоянном длительном напряжении.
При расчете железобетонных конструкций ползучесть бетона учитывается введением специальных коэффициентов в расчетные формулы. При этом принимаются во внимание класс бетона, возраст бетона, длительность действия нагрузки, характер окружающей среды и др.
Предельные деформации бетона
Еbо – деформации бетона при достижении предела прочности. Значения предельных относительных деформаций бетона согласно СНиП-52-01-2003 принимаются:
а) непродолжительное действие нагрузки при осевом сжатии Еbо=0,002
при осевом растяжении Еbtо=0,0001
б) продолжительное действие нагрузки в зависимости от влажности окружающей среды:
при сжатии Еbо=0,003 - 0,004
при растяжении Еbtо=0,00021 – 0,00028
Дата добавления: 2015-04-07; просмотров: 958;