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 Конструкционные качества бетона и арматуры - №1 - открытая онлайн библиотека > 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:

Конструкционные качества бетона и арматуры - №2 - открытая онлайн библиотека , (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.

Конструкционные качества бетона и арматуры - №3 - открытая онлайн библиотека . (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.

Конструкционные качества бетона и арматуры - №4 - открытая онлайн библиотека . (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.

Конструкционные качества бетона и арматуры - №5 - открытая онлайн библиотека

Такой характер (рис. 6) носят деформации материала, свойства которого отвечают закону Гука.

Для бетона диаграмма σ – ε имеет другой вид (рис.7).

Конструкционные качества бетона и арматуры - №6 - открытая онлайн библиотека

Начальный модуль упругости бетона – это нормируемая характеристика, она приводится в СНиП в зависимости от вида и класса бетона.

Упругие деформации характеризуются начальным модулем упругости

Конструкционные качества бетона и арматуры - №7 - открытая онлайн библиотека . (18)

Полные деформации – модулем упруго-пластичности (модуль деформаций)

Конструкционные качества бетона и арматуры - №8 - открытая онлайн библиотека . (19)

Из условий:

Конструкционные качества бетона и арматуры - №9 - открытая онлайн библиотека , (20)
Конструкционные качества бетона и арматуры - №10 - открытая онлайн библиотека (21)

определяем

Конструкционные качества бетона и арматуры - №11 - открытая онлайн библиотека , (22)

где Конструкционные качества бетона и арматуры - №12 - открытая онлайн библиотека - коэффициент упруго-пластичности бетона.

Ползучесть бетона

Ползучесть бетона проявляется при длительном действии нагрузки – это возрастание пластических деформаций при постоянном длительном напряжении.

Конструкционные качества бетона и арматуры - №13 - открытая онлайн библиотека

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

Е – деформации бетона при достижении предела прочности. Значения предельных относительных деформаций бетона согласно СНиП-52-01-2003 принимаются:

а) непродолжительное действие нагрузки при осевом сжатии Е=0,002

при осевом растяжении Еbtо=0,0001

б) продолжительное действие нагрузки в зависимости от влажности окружающей среды:

при сжатии Е=0,003 - 0,004

при растяжении Еbtо=0,00021 – 0,00028

Арматура.

Для железобетонных конструкций применяют стержневую (А) арматуру и проволочную (В). Как та, так и другая выпускаются круглой, гладкой или периодического профиля.

Согласно СНиП-52-01 и СП-52-101 к применению рекомендуются:

1) горячекатаная гладкая и периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (кольцевой и серповидный профиль) диаметром 6-80мм; (А)

2) термомеханически упроченная периодического профиля (кольцевого и серповидного) диаметром 6-40мм; (А)

3) холоднодеформированная периодического профиля или гладкая диаметром 3-12мм; (В)

4) арматурные канаты диаметром 6-15мм (К)

СНиП также предусматривает применение неметаллической композитной арматуры, фибровой арматуры для дисперсного армирования, а также профильную из листовой стали в качестве жесткой арматуры.

Вид арматуры следует принимать в зависимости от назначения конструкции, характера нагрузок и воздействий окружающей среды.