Расчет железобетонных конструкций на выносливость

14.1. Расчет железобетонных конструкций на выносливость следует выполнять при действии многократно повторяющейся (регулярной) нагрузки. Проверка сопротивления при расчете на выносливость выполняется отдельно для бетона и арматуры.

Расчет на выносливость выполняется по упругой стадии с трещинами. Работа растянутого бетона и сжатой арматуры не учитывается, и их прочность на выносливость не рассчитывается.

14.2. Расчет на выносливость должен производиться из условий, при которых максимальные напряжения в сжатом бетоне и растянутой арматуре от повторяющейся нагрузки не превышают расчетных сопротивлений бетона и арматуры соответственно на сжатие и растяжение по выносливости

14.3. Расчетные сопротивления бетона и арматуры по выносливости в общем случае определяются с учетом асимметрии циклов нагружений, классов бетона и арматуры (по прочности соответственно на сжатие и растяжение) для числа циклов, равного N=2×10⁶, с использованием ниспадающей криволинейной зависимости, полученной на основании опытных данных.

При определении расчетных сопротивлений бетона по выносливости следует учитывать вид бетона (тяжелый или легкий), а также состояние бетона по влажности. При определении расчетных сопротивлений арматуры по выносливости следует учитывать наличие сварных соединений.

Ассиметрия циклов нагружений характеризуется отношением минимальных и максимальных напряжений в бетоне и арматуре в пределах цикла изменения нагрузки.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(Справочное)

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

1. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия.

2. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений.

3. СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии.

4. СНиП 12-01-2004 Организация строительства.

5. СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции.

6. СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений.

7. СНиП 23-01-99 Строительная климатология.

8. СНиП 32-04-97 Тоннели железнодорожные и автодорожные.

9. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.

10. СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах.

11. СНиП II-23-81* Стальные конструкции.

12. ГОСТ 535-2005 Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия.

13. ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия.

14. ГОСТ 6727-80 Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций. Технические условия.

15. ГОСТ 7473-94 Смеси бетонные. Технические условия.

16. ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.

17. ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия.

18. ГОСТ 8829-94 Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости.

19. ГОСТ 10060.0-95 Бетоны. Методы определения морозостойкости. Основные требования.

20. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

21. ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытания. ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций. Технические условия.

22. ГОСТ 10922-90 Арматурные и закладные изделия сварные, соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Общие технические условия.

23. ГОСТ 12730.0-78 Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости.

24. ГОСТ 12730.1-78 Бетоны. Метод определения плотности.

25. ГОСТ 12730.5-84 Бетоны. Методы определения водонепроницаемости.

26. ГОСТ 13015-2003 Изделия железобетонные и бетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения.

27. ГОСТ 14098-91 Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкция и размеры.

28. ГОСТ 17624-87 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.

29. ГОСТ 17625-83 Конструкции и изделия железобетонные. Радиационный метод определения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения арматуры.

30. ГОСТ 20910-90 Бетоны жаростойкие. Технические условия.

31. ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.

32. ГОСТ 22904-93 Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры.

33. ГОСТ 23732-79 Вода для бетонов и растворов. Технические условия.

34. ГОСТ 23858-79 Соединения сварные стыковые и тавровые арматуры железобетонных конструкций. Ультразвуковые методы контроля качества. Правила приемки.

35. ГОСТ 24211-91 Добавки для бетонов. Общие технические требования.

36. ГОСТ 25192-82 Бетоны. Классификация и общие технические требования.

37. ГОСТ 25214-82 Бетон силикатный плотный. Технические условия.

38. ГОСТ 25246-82 Бетоны химически стойкие. Технические условия.

39. ГОСТ 25485-89 Бетоны ячеистые. Технические условия.

40. ГОСТ 25781-83 Формы стальные для изготовления железобетонных изделий. Технические условия.

41. ГОСТ 25820-2000 Бетоны легкие. Технические условия.

42. ГОСТ 26633-91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия.

43. ГОСТ 27005-86 Бетоны легкие и ячеистые. Правила контроля средней плотности.

44. ГОСТ 27006- 86 Бетоны. Правила подбора составов.

45. ГОСТ 27751-88 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету.

46. ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций.

47. ГОСТ 30515-97 Цементы. Общие технические условия.

48. ГОСТ 31359-2007 Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия.

49. ГОСТ 52085-2003 Опалубка. Общие технические условия.

50. ГОСТ 52086-2003 Опалубка. Термины и определения.

51. ГОСТ 4.212-80 СПКП. Строительство. Бетоны. Номенклатура показателей.

52. ГОСТ Р 51263-99 Полистиролбетон. Технические условия.

53. ГОСТ Р 53772-2010 Канаты стальные арматурные семипроволочные стабилизированные. Технические условия.

54. ГОСТ Р 53231-2008 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности.

55. РТМ 393-94 Руководящие технологические материалы по сварке и контролю качества соединений арматуры и закладных деталей железобетонных конструкций.

56. СТО АСЧМ 7-93 Прокат периодического профиля из арматурной стали. Технические условия.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(Справочное)

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Анкеровка арматуры -	обеспечение восприятия арматурой действующих на нее усилий путем заведения ее на определенную длину за расчетное сечение или устройства на концах специальных анкеров.
Арматура конструктивная -	арматура, устанавливаемая без расчета из конструктивных соображений
Арматура предварительно напряженная -	арматура, получающая начальные (предварительные) напряжения в процессе изготовления конструкций до приложения внешних нагрузок в стадии эксплуатации.
Арматура рабочая -	арматура, устанавливаемая по расчету.
Атмосферное воздействие на бетон -	комплексное воздействие на бетон влажности, температуры и газов, находящихся атмосфере окружающей среды; при наличии среди них агрессивных компонентов вызывает коррозию бетона и/или арматуры
Бетоны высокопрочные -	термин, условно применяемый для бетонов класса по прочности на сжатие выше В60.
Бетоны легкие -	бетоны на цементном вяжущем, пористом крупном и пористом или плотном мелком заполнителе.
Бетоны мелкозернистые (пескобетоны) -	бетоны плотной структуры на цементном вяжущем и плотных мелких заполнителях.
Бетоны напрягающие -	специальные бетоны на основе напрягающего цемента, расширяющиеся при твердении и предназначенные для создания предварительного напряжения (самонапряжения) в конструкции при их твердении.
Бетоны поризованные (поризованной структуры) -	легкие бетоны, характеризуемые высокой пористостью (со степенью поризации свыше 6%) и равномерно распределенной пористой структурой.
Бетоны тяжелые -	бетоны плотные на цементном вяжущем и плотных крупных и мелких заполнителях.
Бетоны ячеистые -	бетоны, у которых основную часть объема составляют равномерно распределенные поры в виде ячеек, полученных с помощью газо - или пенообразователей.
Биологическая защита бетона -	защита бетона в конструкции от биологической коррозии.
Долговечность -	свойство строительных конструкций, зданий и сооружений противостоять химическим, физическим и другим воздействиям в течение длительных сроков без ухудшения проектных характеристик.
Защитный слой бетона -	толщина слоя бетона от грани элемента до ближайшей поверхности арматурного стержня.
Конструктивная огнезащита -	способ огнезащиты, основанный на создании на обогреваемой поверхности конструкции теплоизоляционного слоя средства огнезащиты, не изменяющего свою толщину при огневом воздействии. К конструктивной огнезащите относятся огнезащитные напыляемые составы, обмазки, облицовки огнестойкими плитными, листовыми и другими материалами, в том числе на каркасе, с воздушными прослойками, а также комбинации данных материалов, в том числе с тонкослойными вспучивающимися покрытиями. Способ крепления к конструкции должен строго соответствовать прописанному в протоколе испытаний.
Конструкции бетонные -	конструкции, выполненные из бетона без арматуры или с арматурой, устанавливаемой по конструктивным соображениям и не учитываемой в расчете; расчетные усилия от всех воздействий в бетонных конструкциях должны быть восприняты бетоном.
Конструкции дисперсно-армированные (фибробетонные, армоцементные) -	железобетонные конструкции, включающие дисперсно-расположенные фибры или мелкоячеистые сетки из тонкой стальной проволоки.
Конструкции железобетонные -	конструкции, выполненные из бетона с рабочей и конструктивной арматурой (армированные бетонные конструкции), расчетные усилия от всех воздействий в железобетонных конструкциях должны быть восприняты бетоном и рабочей арматурой.
Конструкции сталежелезобетонные -	железобетонные конструкции, включающие отличные от арматурной стали стальные элементы, работающие совместно с железобетонными элементами.
Коррозионная (агрессивная) среда -	среда, состоящая из жидких, твердых или газообразных веществ, способных при контакте с бетоном вступать во взаимодействие с его составляющими и/или с арматурой, вызывая их разрушение.
Коррозионная стойкость арматуры в бетоне -	способность стальной арматуры сохранять свои свойства в результате ее химического или электрохимического взаимодействия с коррозионной средой.
Коррозионная стойкость бетона -	способность бетона сопротивляться внешнему физическому, химическому, физико-химическому или биологическому воздействию коррозионной среды или внутренней коррозии в бетоне.
Коэффициент армирования железобетона μ -	отношение площади сечения арматуры к рабочей площади сечения бетона, выраженное в %.
Марка бетона по водонепроницаемости W -	показатель проницаемости бетона, характеризующийся максимальным давлением воды, при котором в условиях стандартных испытаний вода не проникает через бетонный образец.
Марка бетона по морозостойкости F -	установленное нормами минимальное число циклов замораживания и оттаивания образцов бетона, испытанных по стандартным базовым методам, при которых сохраняются их первоначальные физико– механические свойства в нормируемых пределах.
Марка бетона по самонапряжению Sр -	установленное нормами значение предварительного напряжения в бетоне (в МПа), создаваемого в результате его расширения при коэффициенте продольного армирования μ = 0,01.
Марка бетона по средней плотности D -	установленное нормами значение плотности (в кг/м3) бетонов, к которым предъявляются требования по теплоизоляции.
Массивная конструкция -	Конструкция, для которой отношение поверхности, открытой для ее высыхания в м^2 к ее объему в м^3 равно или меньше 2.
Морозостойкость бетона –	способность бетона сохранять физико-механические свойства при многократном переменном замораживании и оттаивании, регламентируется маркой по морозостойкости F.
Неагрессивная среда -	среда, нейтральная по отношению к бетону и/или арматуре, не вызывающая их коррозии.
Огнестойкость бетона -	способность бетона в конструкции сохранять несущую и огнепреграждающую способность при пожаре (воздействии огня).
Плотность бетона -	характеристика бетона, равная отношению его массы к объему, регламентируется маркой по средней плотности D.
Предельное усилие -	Наибольшее усилие, которое может быть воспринято элементом, его сечением при принятых характеристиках материалов
Проницаемость бетона -	свойство бетона пропускать через себя газы или жидкости при наличии градиента давления (регламентируется маркой по водонепроницаемости W), либо обеспечивать диффузионную проницаемость растворенных в воде веществ в отсутствие градиента давления (регламентируется нормируемыми величинами плотности тока и электрического потенциала).
Рабочая высота сечения -	расстояние от сжатой грани элемента до центра тяжести растянутой продольной арматуры.
Самонапряжение бетона -	напряжение сжатия, возникающее в бетоне конструкции при твердении в результате расширения цементного камня в условиях ограничения этому расширению, регламентируется маркой по самонапряжению Sp.
Стыки арматуры внахлестку -	соединение арматурных стержней по их длине без сварки путем заведения конца одного арматурного стержня относительно конца другого.
Температуростойкость бетона -	способность бетона в конструкции сопротивляться температурным деформациям (расширению или усадке), вызванным повышением или понижением температуры.
Тепловыделение бетона -	количество теплоты (в кДж/кг или в ккал/кг), образующееся в теле бетонной конструкции за счет гидратации цемента.
Теплопроводность бетона -	характеристика, применяемая при оценке теплозащитных свойств бетона, выражающая его способность проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий под влиянием разности температур на поверхностях.

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(Справочное)

ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Усилия от внешних нагрузок и воздействий
в поперечном сечении элемента

М - изгибающий момент;

М_р - изгибающий момент с учетом момента усилия предварительного обжатия относительно центра тяжести приведенного сечения;

N - продольная сила;

Q - поперечная сила;

T - крутящий момент.

Характеристики материалов

R_b,n - нормативное сопротивление бетона осевому сжатию;

R_b, R_b,ser - расчетные сопротивления бетона осевому сжатию для предельных состояний соответственно первой и второй групп;

R_bt,n - нормативное сопротивление бетона осевому растяжению;

R_bt, R_bt,ser - расчетные сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний соответственно первой и второй групп;

R_b,loc - расчетное сопротивление бетона смятию;

R_bp - передаточная прочность бетона;

R_bond - расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном;

R_s, R_s,ser - расчетные сопротивления арматуры растяжению для предельных состояний соответственно первой и второй групп;

R_sw - расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению;

R_sc - расчетное сопротивление арматуры сжатию для предельных состояний первой группы;

E_b - начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении;

E_b,red - приведенный модуль деформации сжатого бетона;

E_s - модуль упругости арматуры;

E_s,red - приведенный модуль деформации арматуры, расположенной в растянутой зоне элемента с трещинами;

e_bo, e_bto - предельные относительные деформации бетона соответственно при равномерном осевом сжатии и осевом растяжении;

e_so - относительные деформации арматуры при напряжении, равном R_s;

e_b,sh - относительные деформации усадки бетона;

j_b,cr - коэффициент ползучести бетона.

a - отношение соответствующих модулей упругости арматуры E_s и бетона E_b.

Характеристики положения продольной арматуры
в поперечном сечении элемента

S - обозначение продольной арматуры:

а) при наличии сжатой и растянутой от действия внешней нагрузки зон сечения - расположенной в растянутой зоне;

б) при полностью сжатом от действия внешней нагрузки сечении - расположенной у менее сжатой грани сечения;

в) при полностью растянутом от действия внешней нагрузки сечении:

для внецентренно растянутых элементов - расположенной у более растянутой грани сечения;

для центрально-растянутых элементов - всей в поперечном сечении элемента;

S¢ - обозначение продольной арматуры:

а) при наличии сжатой и растянутой от действия внешней нагрузки зон сечения - расположенной в сжатой зоне;

б) при полностью сжатом от действия внешней нагрузки сечении -расположенной у более сжатой грани сечения;

в) при полностью растянутом от действия внешней нагрузки сечении внецентренно растянутых элементов - расположенной у менее растянутой грани сечения.

Геометрические характеристики

b - ширина прямоугольного сечения;

ширина ребра таврового и двутаврового сечений;

, - ширина полки таврового и двутаврового сечений соответственно в растянутой и сжатой зонах;

h - высота прямоугольного, таврового и двутаврового сечений;

- высота полки таврового и двутаврового сечений соответственно в растянутой и сжатой зонах;

- расстояние от равнодействующей усилий в арматуре соответственно S и S¢ до ближайшей грани сечения;

- рабочая высота сечения, равная соответственно и ;

x - высота сжатой зоны бетона;

x - относительная высота сжатой зоны бетона, равная ;

s_w - расстояние между хомутами, измеренное по длине элемента;

- эксцентриситет продольной силы N относительно центра тяжести приведенного сечения, определяемый с учетом указаний п.п 7.1.7 и 8.1.7;

e, e’ - расстояния от точки приложения продольной силы N до равнодействующей усилий в арматуре соответственно S и S¢;

е_ор - эксцентриситет усилия предварительного обжатия относительно центра тяжести приведенного сечения;

y_n - расстояние от нейтральной оси до точки приложения усилия предварительного обжатия с учетом изгибающего момента от внешней нагрузки;

е_р - расстояние от точки приложения усилия предварительного обжатия N_р с учетом изгибающего момента от внешней нагрузки до центра тяжести растянутой или наименее сжатой арматуры;

l - пролет элемента;

l_an - длина зоны анкеровки;

l_р - длина зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон;

- расчетная длина элемента, подвергающегося действию сжимающей продольной силы;

i - радиус инерции поперечного сечения элемента относительно центра тяжести сечения;

d _s, d _sw - номинальный диаметр стержней соответственно продольной и поперечной арматуры;

- площади сечения арматуры соответственно S и S¢;

- площадь сечения хомутов, расположенных в одной нормальной к продольной оси элемента плоскости, пересекающей наклонное сечение;

m _s - коэффициент армирования, определяемый как отношение площади сечения арматуры S к площади поперечного сечения элемента b×h_o без учета свесов сжатых и растянутых полок;

A - площадь всего бетона в поперечном сечении;

- площадь сечения бетона сжатой зоны;

- площадь сечения бетона растянутой зоны;

- площадь приведенного сечения элемента;

- площадь смятия бетона;

I - момент инерции сечения всего бетона относительно центра тяжести сечения элемента;

- момент инерции приведенного сечения элемента относительно его центра тяжести;

W - момент сопротивления сечения элемента для крайнего растянутого волокна.

Характеристики предварительно напряженного элемента

P, N_p - усилие предварительного обжатия с учетом потерь предварительного напряжения в арматуре, соответствующих рассматриваемой стадии работы элемента;

P₍₁₎, P₍₂₎ - усилие в напрягаемой арматуре с учетом соответственно первых и всех потерь предварительного напряжения;

s_sp - предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом потерь предварительного напряжения в арматуре, соответствующих рассматриваемой стадии работы элемента;

Ds_sp - потери предварительного напряжения в арматуре;

s_bp - сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия с учетом потерь предварительного напряжения в арматуре.

Ключевые слова: Требования к бетонным и железобетонным конструкциям, нормативные и рсчетные значения прочностных и деформационных характеристик бетона, требования к арматуре, расчет бетонных и железобетонных элементов по прочности, образованию трещин и деформациям, защита конструкций от неблагоприятных воздействий

Директор НИИЖБ Карпухин И.И.

Исполнители:

Рук. темы, гл.н.с., д.т.н. Мухамедиев Т.А.

д.т.н., проф. Залесов А.С.

Гл. н. с., д.т.н. Чистяков Е.А.

Ст. н. с., к.т.н. Зенин С.А.

Дата добавления: 2015-06-26