Арматура

Бетон

Конструкционные качества бетона и арматуры.

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 (R_n, 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 (R_b,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 (R_bt,n, МПа) устанавливается путем испытания на разрыв стандартных образцов в виде восьмерок.

Между величиной R_bt,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 (B_t, МПа).

СНиП предусматривает следующие классы бетона на растяжение в целом от B_t0,4 до B_t6, а по СП 52-101-2003 B_t0,8; B_t1,2; B_t1,6; B_t2,0; B_t2,4; B_t2,8; B_t3,2.

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 (R_b,n) и растяжение (R_bt,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 - γ_bc

1,3 - для предельных состояний по несущей способности (первая группа);

1,0 – для предельных состояний по эксплуатационной пригодности (вторая группа);

при растяжении - γ_bt

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 γ_bi, учитывающие особенности работы бетона в конструкции (характер нагрузки, условия окружающей среды и т. д.):

а) γ_b1=0,9 при длительном действии нагрузки; его вводят к расчетным сопротивлениям бетона R_b и R_bt;

б) γ_b1=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

Е_bо – 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_bо =0,002

при осевом растяжении Е_btо =0,0001

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

при сжатии Е_bо =0,003 - 0,004

при растяжении Е_btо =0,00021 – 0,00028

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.

Механические свойства и классификация арматурных сталей.

Прочностные показатели арматурных сталей рассматриваются на диаграмме σ – ε (рис. 9).

Деформативность арматуры оценивается по удлиннению (деформации) арматуры (%) до разрыва. Деформативность арматуры уменьшается с повышением прочности: для стержневой арматуры оценивается по физическому пределу текучести деформации составляют от 25 до 14%, оцениваемых по условному пределу текучести 8-5%, для проволочной арматуры - 6-4%.

Модуль упругости стали находится в пределах
Е_s=(1,7÷ 2,1)·10⁵Мпа.

Для арматурной стали характерно проявление пластических свойств во времени (ползучесть), а также релаксаций напряжений.

Релаксация стали – уменьшение напряжения при постоянной деформации с течением времени. Наибольшей релаксацией обладает арматура из твердых (прочных) сталей и поэтому релаксация имеет очень большое значение для предварительно напряженных конструкций. В мягких горячекатаных сталях релаксация незначительна и в расчетах не учитывается. Арматура в зависимости ее основных характеристик (прочность, деформативность и др.) делится на классы. Один и тот же класс арматуры включает арматуру, изготовляемую из сталей разных марок.

Классы арматуры.

Основным показателем качества арматуры, который нормируется, является класс арматуры по прочности на растяжение – это значение предела текучести (физического или условного) в МПа, устанавливаемого в соответствии с требованиями стандартов. Пределы прочности классов по СНиП-52-01:

- для стержневой арматуры – от А240 до А1500;

- для проволочной – от В500 до В2000;

- для канатов – от К1400 до К2500.

В настоящее время осуществляется переход на нормы проектирования железобетонных конструкций СНиП-52-01-2003.

Нормы построены так:

1. Выпущен СНиП 52-01 – основные положения;

2. В развитие этих норм предусмотрен выпуск сводов Правил, примерный перечень которых приведен в приложении к СНиП-52-01-2003, всего предусмотрено разработать 17 сводов Правил. Пока выпущен только СП-52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры».

Для железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями свода Правил СП-52-101, следует предусматривать арматуру:

- гладкую класса А240;

- периодического профиля горячекатаную и термически упрочненную;

- периодического профиля классов: А300, А400, А500;

- периодического профиля проволочную класса В500.

Дата добавления: 2015-08-31