Нормативные сопротивления бетона и арматуры. Коэффициент надежности по материалам.
Нормативные и расчетные сопротивления материалов
В расчете по методу предельных состояний надежность конструкции обеспечивается за счет учета возможных отклонений как действительных нагрузок, так и характеристик материалов от среднестатистических значений в неблагоприятную сторону. Значения усилий Q, так же как и несущей способности Ф, зависят от изменчивости указанных факторов и статистически подчиняются закону нормального (гауссового) распределения (рис. 3.4). Выполнение условия (3.1) должно гарантировать несущую способность конструкций с уровнем надежности не менее 99,7 %. Таким образом, нормативные сопротивления материалов наряду с нормативными нагрузками являются определяющими величинами в расчете по методу предельных состояний.
Нормативное сопротивление Rn это установленное нормами предельное значение напряжений в материале. Оно служит основной характеристикой сопротивления материалов силовым воздействиям и обычно равно контрольной характеристике в соответствии с ГОСТами на материалы. Нормами установлены и другие нормативные характеристики материалов (плотность, модуль упругости, коэффициенты трения, сцепления ползучести. усадки и др.).
таблица 3.3.
| Вид сопротивления | Бетоны | Нормативные сопротивления бетона Rbn и Rbtm - расчетные сопротивления предельных состояний II группы Rb,wr и Rbl, wr, МПа, при классе бетона по прочности на сжатие | ||||||||||||
| В7,5 | В10 | В12,5 | В15 | В20 | В25 | В30 | В35 | В40 | В45 | В50 | В55 | В60 | ||
| Сжатое осевое (призменная прочность) Rbn, Rb,wr | Тяжелый и мелкозернистый | 5,50 | 7,50 | 9,50 | 11,0 | 15,0 | 18,5 | 22,0 | 25,5 | 29,0 | 32,0 | 36,0 | 39,5 | 43,0 |
| Легкий | 5,50 | 7,50 | 9,50 | 11,0 | 15,0 | 18,5 | 22,0 | 25,5 | 29,9 | - | - | - | - | |
| Растяжение осевое Rhtn, Rbt,wr | Тяжелый | 0,700 | 0,850 | 1,00 | 1,15 | 1,40 | 1,60 | 1,80 | 1,95 | 2,10 | 2,20 | 2,30 | 2,40 | 2,50 |
| Мелкозернистый вида: А | 0,700 | 0,850 | 1,00 | 1,15 | 1,40 | 1,60 | 1,80 | 1,95 | 2,10 | - | - | - | - | |
| Б | 0,600 | 0,700 | 0,850 | 0,950 | 1,15 | 1,35 | 1,50 | - | - | - | - | - | - | |
| В | - | - | - | 1,15 | 1,40 | 1,60 | 1,80 | 1,95 | 2,10 | - | - | - | - | |
| Легкий при мелком заполнителе: Плотном | 0,700 | 0,850 | 1,00 | 1,15 | 1,40 | 1,60 | 1,80 | 1,95 | 2,10 | - | - | - | - | |
| Пористом | 0,700 | 0,850 | 1,00 | 1,15 | 1,40 | 1,60 | 1,80 | 1,95 | 2,10 | - | - | - | - |
Нормативное сопротивление бетона принимают в виде двух величин: временное сопротивление призм осевому сжатию (нормативная призменная прочность) и временное сопротивление осевому растяжению
Нормативные сопротивления бетона (с округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие даны в табл. 3.3. Величину R определяют различными способами в зависимости от того, как контролируется прочность бетона. В тех случаях, когда прочность бетона на растяжение не контролируется, принимают косвенным путем - в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие согласно табл. 3.3. Если же осуществляют непосредственный контроль класса бетона по прочности на осевое растяжение, то нормативное сопротивление бетона осевому растяжению принимают равным его гарантированной прочности (классу) на осовое растяжение.
Таблица 3.4.
| Арматура | Класс | Диаметр | Нормативные сопротивления растяжения Rsn и расчетные сопротивления растяжения Rn,ser для предельных состояний II группы, МПа |
| Стержневая | А - I А - II А - III А - IIIв А - IV А - V А - VI | Все диаметры | |
| Проволочная | Вр-I | ||
| Вр-II | |||
| Вр-II | |||
| К-7 | |||
| К-19 |
Нормативные сопротивления арматуры с учетом разброса прочности принимают равными наименьшему (с вероятностью 0,95) контролируемому значению предела текучести физического или же условного. Исключение составляет обыкновенная (не высокопрочная) арматурная проволока класса В-II, для которой нормативное сопротивление R принимают равным наименьшему (с вероятностью 0,95) контролируемому значению напряжения, соответствующему 75% от временного сопротивления разрыву. Нормативные сопротивления арматуры приведены в табл. 3.4.
Расчетные сопротивления — результат деления нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности: по бетону при сжатии (растяжении) или по арматуре. Назначая эти коэффициенты, учитывают не только разброс значений прочности, но и другие факторы, влияющие на надежность конструкции, которые с трудом поддаются статистическому определению. Расчетные сопротивления бетона классов В50 ..В60 дополнительно умножают на коэффициенты, равные 0,90...0,95, учитывающие особенность высокопрочного бетона - его пониженную ползучесть. В табл. 3.5 приведены расчетные сопротивления тяжелого бетона, полученные подобным способом (с округлением).
В зависимости от класса арматуры принимают коэффициенты надежности по арматуре V, 1,05..1,20. Расчетные сопротивления арматуры R растяжению даны в табл. 3.6. При сжатии расчетные сопротивления арматуры в расчете но I группе предельных состояний (кроме класса А-IIIв) принимают равными расчетным сопротивлениям арматуры R при растяжении, но не более 400 МПа.
Таблица 3.5.
| Вид сопротивления | Бетоны | Расчетные сопротивления для предельных состояний I группы Rb и Rbl, МПа, при классе бетона по прочности на сжатие | ||||||||||||
| В7,5 | В10 | В12,5 | В15 | В20 | В25 | В30 | В35 | В40 | В45 | В50 | В55 | В60 | ||
| Сжатое осевое (призменная прочность) Rb, | Тяжелый и мелкозернистый | 4,50 | 6,00 | 7,50 | 8,50 | 11,5 | 14,5 | 17,0 | 19,5 | 22,0 | 25,0 | 27,5 | 30,0 | 33,0 |
| Легкий | 4,50 | 6,00 | 7,50 | 8,50 | 11,5 | 14,5 | 17,0 | 19,5 | 22,0 | - | - | - | - | |
| Растяжение осевое Rbl | Тяжелый | 0,480 | 0,570 | 0,660 | 0,750 | 0,900 | 1,05 | 1,20 | 1,30 | 1,40 | 1,45 | 1,55 | 1,60 | 1,65 |
| Мелкозернистый вида: А | 0,480 | 0,570 | 0,660 | 0,750 | 0,900 | 1,05 | 1,20 | 1,30 | 1,40 | - | - | - | - | |
| Б | 0,400 | 0,450 | 0,570 | 0,640 | 0,770 | 0,900 | 1,00 | - | - | - | - | - | - | |
| В | - | - | - | 0,750 | 0,900 | 1,05 | 1,20 | 1,30 | 1,40 | - | - | - | - | |
| Легкий при мелком заполнителе: Плотном | 0,480 | 0,570 | 0,660 | 0,750 | 0,900 | 1,05 | 1,20 | 1,30 | 1,40 | - | - | - | - | |
| Пористом | 0,480 | 0,570 | 0,660 | 0,740 | 0,800 | 0,900 | 1,00 | 1,10 | 1,20 | - | - | - | - |
Таблица 3.6.
| Класс стержневой арматуры и ее диаметр d, мм | При растяжении | При сжатии (...) | |
| Продольной, а также поперечной (хомутом и отогнутых стержней) при расчете наклонных сечений на действие изгибающего момента Rμ | Поперечный (хомутов и отогнутых стержней) при расчете наклонных сечений на действие поперечной силы R(...) | ||
| A - I A - II A - III d=6...8 A - III d=10...40 A - IV A - V A - VI | 285 (255*) 290 (255*) | ||
| A - III d: С контролем удлинения и напряжения Только удлинения | |||
| Вр - I d=3 Вр - I d=4 Вр - I d=5 | |||
| Вр - II d=3 Вр - II d=4 Вр - II d=5 Вр - II d=6 Вр - II d=7 Вр - II d=8 | |||
| Вр - II d=3 Вр - II d=4 Вр - II d=5 Вр - II d=6 Вр - II d=7 Вр - II d=8 | |||
| К - 7 d=6 К - 7 d=9 К - 7 d=12 К - 7 d=15 | |||
| К - 19 d=14 |
Таблица 3.7.
| Факторы, обуславливающие введение коэффициента условий работы | γbi | Числовое значение |
| Многократно повторяющаяся нагрузка | γb1 | 0,45 ... 1,0 |
| Длительность действия нагрузки: а)при учете посторонних, длительных и кратковременных нагрузок, кроме нагрузок непродолжительного действия, суммарная длительность которых мала ( например крановые, ветровые, возникающие про изготовлении транспортировании и возведении), а также при учете особых нагрузок, вызванных деформациями просадочных, набухающих, вечномерзлых грунтов: если конструкция эксплуатируется в условиях благоприятных для нарастания прочности бетона (твердение под водой; во влажном грунте; на воздухе, при влажности воздуха выше 75%) в остальных случаях б) при учете в рассматриваемом сочетании кратковременных нагрузок, суммарная длительность которых мала, или особых нагрузок не указанных выше | γb2 | 1,0 0,9 1,1 |
| Бетонирование в вертикальных положениях, при высоте слоя бетонирования более 1,5м | γb3 | 0,85 |
| Влияние 2-осного напряженного состояния на прочность бетона | γb4 | По формуле (6.13) |
| Бетонирование монолитных бетонных столбов и железобетонных колонн с наибольшим размером сечения менее 30 см | γb5 | 0,85 |
| Попеременное замораживание и оттаивание | γb6 | 0,7...1,0 |
| Эксплуатация конструкций, незащищенных от сильной солнечной радиации (в южных районах | γb7 | 0,85 |
| Расчет в стадии предварительного обжатия конструкций (и скобках - для легкого бетона): С проволочной арматурой Со стержневой арматурой | γb8 | 1,0(1,25) 1,2(1,35) |
| Бетонные конструкции | γb9 | 0,9 |
| Бетонные конструкции повышенной прочности при учете коэффициента γΔ | γb10 | 0,3 + ω <1 (ω - по формуле 4.7) |
| Стыки сборных элементов при толщине шва менее 1/3 меньшего размера сечения элемента и менее 10 см | γb11 | 1,15 |
Таблица 3.8
| Фактор, обуславливающий введение коэффициента условий работы арматуры | Характеристика арматуры | Класс арматуры | γsi | |
| γsi | Числовое значение коэффициента | |||
| Многократное повторение нагрузки | Продольная и поперечная | A - I, A - II, A - III, A - IV, A - V, Bр-I, B-II, Bp - II и K - 7 | γs3 | 0,31...1,0 |
| Наличие сварных соединений при многократном повторении нагрузки | A - I, A - II, A - III, A - IV, A - V | γs4 | 0,2, 1,0 (учитывается одновременно с γs3) | |
| Зона передачи напряжений для арматуры без анкеров и зона анкеровки ненапрягаемой арматуры | Продольная напрягаемая и ненапрягаемая | Независимо от класса | γs5 | l../l.. для напрягаемой и l../l.... для ненапрягаемой арматуры; l. - расстояние от начала зоны передачи напряжений до рассматриваемого сечения: l.., l.. - соответственно длина зоны передачи напряжений и зоны анкеровки арматуры |
| Работа высокопрочной арматуры при напряженных выше условного предела текучести | Продольная растянутая | A - IV, A - V, A - VI, B-II, Bp - II, K - 7 и К -19 | γs6 | 1,05...1,2 (по формуле 4.7) |
Нормативные и расчётные сопротивления бетона
При проектировании нормативное сопротивление бетона принимается численно равным прочности бетона, соответствующей его классу.
Нормативное сопротивление бетонных призм осевому сжатию Rb,n(призменная прочность) определяется по нормативному значению кубиковой прочности с учетом зависимости, связывающей призменную и кубиковую прочность.
Нормативные сопротивления бетона осевому растяжению Rbt,nв случаях, когда прочность бетона на растяжение не контролируется, определяются по нормативному значению кубиковой прочности с учетом зависимости , связывающей прочность на растяжение с прочностью на сжатие.
Если же прочность бетона на растяжение контролируется непосредственным испытанием образцов на производстве, то нормативное сопротивление осевому растяжению принимается равным Rbt,n=Rbt,m(1-1,64ν) и характеризует класс бетона по прочности на растяжение.
Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rbt определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности бетона при сжатии γbcили γbt при растяжении :Rb =Rb,n/γbc , Rbt = Rbt,n/ γbt
Для тяжелого бетона γbс= 1,3; γbе=1,5. Эти коэффициенты учитывают возможность понижения фактической прочности по сравнению с нормативной вследствие отличия прочности бетона в реальных конструкциях от прочности в образцах и ряд других факторов, зависящих от условий изготовления и эксплуатации конструкций.
Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний 2-ой группы Rb,serи Rbt,ser определяются при коэфффициентах надежности γbс = γbt=1, т.е. принимаются равными нормативным сопротивлениям. Это объясняется тем, что наступление предельных состояний II группы менее опасно, чем I группы, поскольку оно, как правило, не приводит к обрушению сооружений и их элементов. При расчете бетонных и железобетонных конструкций расчетные сопротивления бетона в необходимых случаях умножают на коэффициенты условий работы γbi, учитывающие: длительность действия и повторяемость нагрузки, условия изготовления, характер работы конструкции и т. п. Например, с целью учета снижения прочности бетона, имеющего место при длительной нагрузке, вводят коэффициент γb2= 0,85...0,9, при учёте нагрузок малой длительности γb2 = 1,1
Нормативные и расчетные сопротивления арматуры. Нормативные сопротивления арматуры принимают равными наименьшим контролируемым значениям для стержневой арматуры, высокопрочной проволоки и арматурных канатов — пределу текучести, физическому (σy, или условному σ0,02; для обыкновенной арматурной проволоки — напряжению, составляющему 0,75 от временного сопротивления разрыву, Значения нормативных сопротивлений Rsn принимают в соответствии с действующими стандартами на арматурные стали, как и для бетона, с надежностью 0,95 .Расчетные сопротивления арматуры растяжению Rs и Rs.ser для предельных состояний I и II группы определяются делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по арматуре γs:Rs= Rsn / γs
Коэффициент надежности устанавливают, чтобы исключить возможность разрушения элементов в случае чрезмерного сближения Rs и Rsn Он учитывает изменчивость площади поперечного сечения стержней, раннее развитие пластических деформаций арматуры и т.п. Его значение для стержневой арматуры классов А-I, А-П составляет 1,05; классов А-III — 1,07...1,1; классов А-1V, А-V—1,15; классов А-VI —1,2; для проволочной арматуры классов Вр-I, В-I — 1,1; классов В-II, Вр-II, К-7, К-19— 1,2.
При расчете по предельным состояниям II группы значение коэффициента надежности для всех видов арматуры принято равным единице, т.е. расчетные сопротивления численно равны нормативным.
При назначении расчетных сопротивлений арматуры сжатию Rsc учитываются не только свойства стали, но и предельная сжимаемость бетона. Принимая ε bcu=2*10-3, модуль упругости стали Es=2*10 -5 МПа, можно получить наибольшее напряжение, достигаемое в арматуре перед разрушением бетона из условия совместных деформаций бетона и арматуры σ cs= ε bcuEs Согласно нормам расчетное сопротивление арматуры сжатию Rsv принимают равным Rs, если оно не превышает 400 МПа; для арматуры с более высоким значением Rs, расчетное сопротивление принимают 400 МПа (или 330 МПа при расчете в стадии обжатия). При длительном действии нагрузки ползучесть бетона приводит к повышению напряжения сжатия в арматуре. Поэтому если расчетное сопротивление бетона принимают с учетом коэффициента условий работы γb2=0,85...0,9 (т.е. с учетом продолжительного действия нагрузки), то допускается при соблюдении соответствующих конструктивных требований повышать значение Rзс до 450 МПа для сталей класса А- IV и до 500 МПа для сталей классов Ат-IV и выше.
При расчетах конструкций по I группе предельных состояний расчетные сопротивления арматуры в необходимых случаях умножаются на коэффициенты условий работы γsi , учитывающие неравномерность распределения напряжений в сечении, наличие сварных соединений, многократное действие нагрузки и др. Например, работа высокопрочной арматуры при напряжениях выше условного предела текучести учитывается коэффициентом условий работы у8б, величина которого зависит от класса арматуры и изменяется от 1,1 до 1,2
Дата добавления: 2017-05-18; просмотров: 2594;