Напряжение в бетоне при изгибе

Прочность бетона при изгибе и осевом растяжении

Предел прочности при изгибе имеет большое значение для конструкций, подвергающихся изгибающим усилиям (балки, прогоны, панели перекрытий). Эта характеристика достаточно хорошо изучена для бетонов нормального твердения.

Влияние автоклавной обработки на предел прочности при изгибе проверялось нами на бетоне состава 1:2, 34:3,75 с В/Ц = 0,55 при расходе цемента 320 кг/м3. Бетон приготовлялся пластичной консистенции удобоукладываемостью 20 сек. Цементы применялись различные. Минералогический состав их представлен в табл. 1. Часть клинкера (25, 40, 50 и 60%) при помоле цемента замещалась кварцевым песком. Цемент размалывался до удельной поверхности 3000 см2/г.

Бетонные образцы размером 4x4x16 см, изготовленные на этих цементах, подвергались автоклавной обработке под давлением пара 9, 13, 17 и 21 ат в течение 8 ч и испытывались через одни сутки после запаривания. Результаты испытаний образцов на изгиб представлены на рис. 70. Минералогический состав клинкера не оказывает существенного влияния на прочность бетона автоклавного твердения при изгибе. Образцы на алитовом, мало- и среднеалюминатном цементах приобрели прочность при изгибе всего лишь на 11—13% больше, чем образцы на среднеалитовом высокоалюминатном цементе.

Добавка песка в количестве 25% повышает предел прочности бетона при изгибе на различных видах цемента. При добавлении 40% песка прочность образцов на алитовых цементах равноценна прочности бетона, полученной на чистых цементах. При больших добавках песка прочность при изгибе понижается более интенсивно у бетонов на белитовых цементах.

По данным Рейнсдорфа, при введении в портландцемент молотого песка соотношение между прочностью при изгибе и прочностью при сжатии бетона автоклавного твердения увеличивается приблизительно от 1:7,5 до 1:10,2.

Существенным фактором, влияющим на предел прочности бетона автоклавного твердения при изгибе, является давление пара при запаривании. Из рис. 70 видно, что при увеличении давления пара с 9 до 13 ат прочность при изгибе несколько увеличивается, а при дальнейшем повышении давления пара значительно снижается.

Опыты по запариванию бетона при 21 ат в течение различного времени (рис. 71) показали, что интенсивное нарастание прочности наблюдается в первые часы запаривания. Максимальное значение прочности при изгибе достигается при запаривании в течение 4—6 ч, однако абсолютное ее значение на 10—20% ниже полученного при запаривании в течение 8 ч при 9 ат. Увеличение времени запаривания при 21 ат сверх 6 ч понижает прочность бетона при изгибе. Следует отметить, что эти результаты действительны лишь для данных условий опыта. С изменением тонкости помола цемента и состава бетона оптимальное время запаривания при 21 ат может изменяться.

На рис. 72 показана кривая зависимости предела прочности при изгибе от предела прочности при сжатии для бетона, запаренного при различном давлении пара; для сравнения приведены данные для бетона, твердевшего 28 суток в нормальных условиях. При одном и том же значении прочности на сжатие бетон автоклавного твердения имеет меньшую прочность на изгиб, чем бетон нормального твердения. Повышение давления пара при автоклавной обработке сверх 13 ат в еще большей степени снижает прочность на изгиб, а поэтому не рекомендуется. Меньшее значение прочности бетона на изгиб при одной и той же

прочности при сжатии свидетельствует о повышенной хрупкости бетона автоклавного твердения, увеличивающейся по мере роста температуры запаривания.

В НИИЖБе канд. техн. наук В.С. Булгаков и инж. Л.П. Гиренко исследовали физико-механические свойства высокопрочных бетонов нормального и автоклавного твердения. Запаривание образцов из бетона, данные о котором приведены в табл. 28, производилось через 30 ч после изготовления по режиму 3+8+3 ч при 9 ат. Образцы испытывались через 14 суток после запаривания.

В соответствии с ГОСТ 10180—62 коэффициент К в этой формуле для балок размером 15х15×55 см принят равным 1. Разрушение балок происходило в зоне максимальных моментов.

С ростом прочности при сжатии прочность на растяжение при изгибе также увеличивается. При этом отношение Rр*и/Rсж для бетона автоклавного твердения лишь незначительно ниже, чем для бетона нормального твердения.

Прочность бетона при осевом растяжении определялась путем испытания призматических образцов с уширениями на концах.

Рабочая часть образца была размером 10х10х40 см. Чтобы исключить разрушение образцов в оголовках, в них были поставлены арматурные каркасы. Образец имел плавный переход от уширения к рабочему сечению. Оголовки имели отверстия, образованные трубками, закладывавшимися при изготовлении образца. В эти отверстия при испытании вставлялся штырь захватного приспособления.

Перед испытанием на боковые поверхности образца наклеивались тензодатчики для определения деформаций при растяжении. Образец укреплялся в прессе с помощью захватов. Нагрузка на образец прикладывалась также ступенями, равными 0,1 разрушающей. Результаты испытания образцов при осевом растяжении приведены в табл. 29.

Как видно из таблицы, прочность на осевое растяжение с ростом марки бетона увеличивается незначительно. При этом отношение прочности при осевом растяжении к прочности при сжатии бетона высоких марок практически одинаковое.

Учитывая то обстоятельство, что при автоклавной обработке прочность бетона при сжатии более высокая, чем у бетона нормального твердения, получаемые при этом результаты испытаний прочности бетона при изгибе можно признать удовлетворительными. Ограничение области применения бетонных и железобетонных изделий автоклавного твердения возможно по другим показателям, а не по пределу сопротивления бетона изгибу или осевому растяжению.

Проф. Г.Д. Цискрели, исследовавший влияние условий влажностного состояния бетона на его физико-механические свойства, установил, что увлажнение повышает со временем прочность на растяжение тяжелых бетонов, изготовленных из подвижных смесей.

Источник

Напряжение и деформация железобетона при изгибе

При изгибе железобетонной балки в зависимости от величины изгибающего момента в сечении последовательно возникают следующие стадии напряженно-деформированного состояния.

Стадия I. При малых нагрузках напряжения в бетоне и арматуре малы. В бетоне возникают преимущественно упругие деформации. Эпюры напряжений в сжатой и растянутой зонах можно изобразить прямыми линиями.

При увеличении нагрузки напряжения в бетоне и арматуре растут, в бетоне развиваются как упругие, так и неупругие деформации, эпюры напряжений искривляются, нейтральная ось балки перемещается в сторону сжатой области балки. Стадия I характеризуется отсутствием трещин в растянутом бетоне и усилия воспринимаются всем сечением (при определении напряжений допускается применение зависимостей сопротивления упругих материалов).

Конечным этапом стадии I является стадия Ia, на которой напряжения бетона в растянутой зоне поперечного сечения балки достигают предела прочности на растяжение R_bt.

Стадия II наступает с появлением трещин в растянутой зоне. В это время характерной является работа железобетона при наличии трещин. Напряжения в растянутой зоне бетона в сечениях, проходящих по трещине, принимаются равными нулю по всей высоте растянутой зоны.

Напряжения в сжатой зоне бетона на стадии II остаются меньше предела прочности бетона R_b, а в растянутой арматуре в начале равны σ_s, а на конечном этапе достигают R_s (расчетное сопротивление арматуры растяжению).

Характер разрушения на стадии III зависит от количества растянутой арматуры и ее механических свойств. Когда напряжения в арматуре достигают предела текучести σ_0,2, происходит быстрое нарастание пластических деформаций и прогибов балки. В сжатой зоне бетона напряжения достигают предела прочности на сжатие R_b; бетон разрушается.

Напряжение в сжатой арматуре:

где

ω₁ – коэффициент полноты эпюры сжимающего напряжения в бетоне. Прямоугольник ω₁=1; треугольник ω₁=0,5

Подставим и сократим на R_bt:

площадь поперечного сечения. A_b=f(x_crc)

Из этого выражения определяют x_crc.

Для определения изгибающего момента Mcrc запишем уравнение моментов относительной точки приложения равнодействующих сжимающих усилий в бетоне (точка С).

;

где

W_pl – упругопластинчатый момент сопротивления железобетонного сечения при образовании трещин.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Напряжение в бетоне при изгибе

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ БЕЗ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ АРМАТУРЫ

Concrete and reinforced concrete structures without prestressing

1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона (ГУП «НИИЖБ») Госстроя России

ВНЕСЕН Управлением технического нормирования, стандартизации и сертификации в строительстве и ЖКХ Госстроя России

2 ОДОБРЕН для применения постановлением Госстроя России от 25.12.2003 N 215

Документ не применяется в связи с отказом в госрегистрации Министерства юстиции Российской Федерации (Письмо Минюста Российской Федерации от 24.01.2005 N 01/463-ВЯ). — Примечание изготовителя базы данных.

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий Свод правил содержит рекомендации по расчету и проектированию бетонных и железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры, которые обеспечивают выполнение обязательных требований СНиП 52-01-03 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

Решение вопроса о применении Свода правил при проектировании бетонных и железобетонных конструкций конкретных зданий и сооружений относится к компетенции заказчика или проектной организации. В случае если принято решение о применении настоящего Свода правил, должны быть выполнены все установленные в нем требования.

Приведенные в Своде правил единицы физических величин выражены: силы — в ньютонах (Н) или в килоньютонах (кН); линейные размеры — в мм (для сечений) или в м (для элементов или их участков); напряжения, сопротивления, модули упругости — в мегапаскалях (МПа); распределенные нагрузки и усилия — в кН/м или Н/мм.

Свод правил разработали д-ра техн. наук А.С.Залесов, А.И.Звездов, Т.А.Мухамедиев, Е.А.Чистяков (ГУП «НИИЖБ» Госстроя России).

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий Свод правил распространяется на проектирование бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений различного назначения, выполненных из тяжелого бетона классов по прочности на сжатие от В10 до В60 без предварительного напряжения арматуры и эксплуатируемых в климатических условиях России, в среде с неагрессивной степенью воздействия, при статическом действии нагрузки.

Свод правил не распространяется на проектирование бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, мостов, покрытий автомобильных дорог и аэродромов и других специальных сооружений.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем Своде правил использованы ссылки на следующие нормативные документы:

СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения

СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия

СНиП 23-01-99* Строительная климатология

ГОСТ 13015.0-2003* Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные. Общие технические требования

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 13015-2012, здесь и далее по тексту. — Примечание изготовителя базы данных.

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

3 ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящем Своде правил использованы термины по СНиП 52-01 и другим нормативным документам, на которые имеются ссылки в тексте.

4 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

4.1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1.1 Бетонные и железобетонные конструкции должны быть обеспечены с требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и конструированием согласно указаниям настоящего Свода правил. При этом должны быть выполнены технологические требования при изготовлении конструкций и соблюдены требования по эксплуатации зданий и сооружений, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.

4.1.2 Конструкции рассматривают как бетонные, если их прочность обеспечена одним только бетоном.

Бетонные элементы применяют:

а) преимущественно на сжатие при расположении продольной сжимающей силы в пределах поперечного сечения элемента;

б) в отдельных случаях в конструкциях, работающих на сжатие, при расположении продольной сжимающей силы за пределами поперечного сечения элемента, а также в изгибаемых конструкциях, когда их разрушение не представляет непосредственной опасности для жизни людей и сохранности оборудования и когда применение бетонных конструкций целесообразно.

4.2 ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

4.2.1 Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить по предельным состояниям, включающим:

— предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности);

— предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформаций и др.).

Расчеты по предельным состояниям первой группы, содержащиеся в настоящем СП, включают расчет по прочности с учетом в необходимых случаях деформированного состояния конструкции перед разрушением.

Расчеты по предельным состояниям второй группы, содержащиеся в настоящем СП, включают расчеты по раскрытию трещин и по деформациям.

4.2.2 Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов следует, как правило, производить для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации; при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям.

4.2.3 Расчеты железобетонных конструкций необходимо, как правило, производить с учетом возможного образования трещин и неупругих деформаций в бетоне и арматуре.

Определение усилий и деформаций от различных воздействий в конструкциях и в образуемых ими системах зданий и сооружений следует производить по методам строительной механики, как правило, с учетом физической и геометрической нелинейности работы конструкций.

4.2.4 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций надежность конструкций устанавливают расчетом путем использования расчетных значений нагрузок и воздействий, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности зданий и сооружений.

Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетаний, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) принимают согласно СНиП 2.01.07.

4.2.5 При расчете элементов сборных конструкций на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от веса элементов следует принимать с коэффициентом динамичности, равным: 1,60 — при транспортировании, 1,40 — при подъеме и монтаже. Допускается принимать более низкие, обоснованные в установленном порядке, значения коэффициента динамичности, но не ниже 1,25.

4.2.6 При расчете по прочности бетонных и железобетонных элементов на действие сжимающей продольной силы следует учитывать случайный эксцентриситет , принимаемый не менее:

1/600 длины элемента или расстояния между его сечениями, закрепленными от смещения;

Для элементов статически неопределимых конструкций значение эксцентриситета продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения принимают равным значению эксцентриситета, полученного из статического расчета, но не менее .

Для элементов статически определимых конструкций эксцентриситет принимают равным сумме эксцентриситетов — из статического расчета конструкций и случайного.

5 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

5.1 БЕТОН

Показатели качества бетона и их применение при проектировании

5.1.1 Для бетонных и железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего Свода правил, следует предусматривать конструкционный тяжелый бетон средней плотности от 2200 кг/м до 2500 кг/м включительно.

5.1.2 Основными показателями качества бетона, устанавливаемыми при проектировании, являются:

а) класс бетона по прочности на сжатие В;

б) класс по прочности на осевое растяжение (назначают в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и ее контролируют на производстве);

в) марка по морозостойкости F (назначают для конструкций, подвергаемых действию попеременного замораживания и оттаивания);

г) марка по водонепроницаемости W (назначают для конструкций, к которым предъявляют требования ограничения водопроницаемости).

Классы бетона по прочности на сжатие В и осевое растяжение отвечают значению гарантированной прочности бетона, МПа, с обеспеченностью 0,95.

5.1.3 Для бетонных и железобетонных конструкций следует предусматривать бетоны следующих классов и марок:

а) классов по прочности на сжатие:

В10; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;

б) классов по прочности на осевое растяжение:

в) марок по морозостойкости:

F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500;

г) марок по водонепроницаемости: W2; W4; W6; W8; W10; W12.

5.1.4 Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение (проектный возраст), назначают при проектировании исходя из возможных реальных сроков загружения конструкций проектными нагрузками. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливают в возрасте 28 сут.

Значение отпускной прочности бетона в элементах сборных конструкций следует назначать в соответствии с ГОСТ 13015.0 и стандартами на конструкции конкретных видов.

5.1.5 Для железобетонных конструкций рекомендуется применять класс бетона по прочности на сжатие не ниже В15.

5.1.6 Марку бетона по морозостойкости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха в холодный период от минус 5 °С до минус 40 °С, принимают марку бетона по морозостойкости не ниже F75, а при расчетной температуре наружного воздуха выше минус 5 °С в указанных выше конструкциях марку бетона по морозостойкости не нормируют.

В остальных случаях требуемые марки бетона по морозостойкости устанавливают в зависимости от назначения конструкций и условий окружающей среды по специальным указаниям.

5.1.7 Марку бетона по водонепроницаемости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха выше минус 40 °С, а также для наружных стен отапливаемых зданий марку бетона по водонепроницаемости не нормируют.

Источник