Как влияет ползучесть на напряжения в бетоне и арматуре в центрально и внецентренно сжатых элементах

Обновлено: 03.05.2024

19.Усадка, ползучесть бетона, чем они вызваны.Влияние усадки и ползучести на работу ж/б конструкций.

Усадка – свойство бетона уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде. Усадка бетона зависит:

1.количества и вида цемента - чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка

2.количество воды - чем больше отношение вода/цемент, тем больше усадка.

3.крупности заполнителя-при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше

4.присутствие различных гидравлических добавок и ускорителей твердения - они, как правило, увеличивают усадку

Ползучесть – это свойства бетона, характеризующиеся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях. Природа ползучести бетона объясняется его структурой , длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряжений с испытывающей вязкое течение гелевой структурной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций ползучести способствуют капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой .

Влияние ползучести на работу ж/б элементов:

”─” в изгибающих элементах ползучесть приводит к увеличению прогибов; в гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов и снижение несущей способности ;в преднапряженных конструкциях ползучесть приводит к потерям предварительного напряжения

“+”в статически неопределимых системах ползучесть смягчает концентрацию напряжений ; в коротких центрально сжатых элементах ползучесть способствует более полному использованию прочности арматуры.

Влияние усадки на работу ж/б элементов:Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадке способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах ж/б элементов ,которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определяемой ж/б конструкции. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов.

20.Pасчет внецентренно сжатых ж/б эл-ов с отн-но малыми эксцентриситетами

Случай с относительно малыми эксцентриситетами : x > x_R, x= x/h₀ –относительная высота сжатой зоны бетона, x_R-граничная величина относительной высоты сжатой зоны.В этом случае s_s<R_s

s_s=(2*(1-x/1-x_R)/1)* R_s- формула для бетона класса В30 и ниже, арматуры А-Ι,А-II,А-III.

N-продольная сила от нагрузки,

b, h_o -ширина и рабочая высота сечения,

χ-высота сжатой зоны ,

A΄_s -площадь сечения арматуры на сжатие,

R_b-расчетное сопротивление бетона осевому сжатию,

R_s-расчетное сопротивление арматуры растяжению,

е-расстояние от линии действия продольной силы N до растянутой арматуры S.

Как влияет ползучесть на напряжения в бетоне и арматуре в центрально и внецентренно сжатых элементах

12. В чем различие между текучестью стали и ползучестью бетона?

Текучесть проявляется только по достижении определенных напряжений (spl), а ползучесть – при любых напряжениях. Деформации ползучести тем больше, чем выше напряжения в бетоне и чем продолжительнее действует нагрузка. Деформации текучести проявляются очень быстро, в течение всего нескольких минут, а деформации ползучести могут длиться годами.

13. Почему для монтажных петель применяют сталь класса А-I и почти не применяют сталь других классов?

Вовсе не потому, что стержни А-I имеют гладкий профиль, а потому, что у этой стали самые высокие пластические свойства, которые позволяют загибать стержни с малыми радиусами кривизны. Если аналогичные петли изготавливать из “твердой” (высокопрочной) стали, то в них образуются трещины, которые приведут к излому петель, если не в процессе изготовления, то в процессе подъема самой конструкции, что особенно опасно.

14. Что такое релаксация напряжений стали и когда она проявляется?

Релаксация заключается в том, что при зафиксированной деформации esp (например, в растянутом силой Р стержне, неподвижно закрепленном по концам) напряжения ssp через некоторое время падают на величину Dssp (рис. 10). Релаксация – результат пластических свойств стали. У “твердой” стали она проявляется при напряжениях выше предела пропорциональности, у “мягкой” – выше предела текучести. Релаксацию учитывают при проектировании преднапряженного железобетона, когда определяют потери напряжений в натянутой арматуре.

15. Для чего нужно сцепление арматуры с бетоном?

Нужно для обеспечения их совместных деформаций. При отсутствии сцепления арматура никакой пользы не принесет – бетон будет работать сам по себе, а арматура лишь служить балластом. Без сцепления арматуру можно применять в преднапряженных конструкциях, размещая ее в специальных каналах (а иногда даже снаружи конструкции) и передавая усилие ее предварительного натяжения на бетон через концевые анкера – арматура здесь выполняет роль внешней силы, разгружающей конструкцию. Следует, однако, оговориться, что такую арматуру можно применять только при условии ее надежной защиты от коррозии.

16. От чего зависит сцепление?

От нескольких факторов, главные из которых: силы склеивания цементного камня с поверхностью металла, силы трения, вызванные усадкой бетона, и силы механического зацепления выступов арматуры за бетон (последние – у арматуры периодического профиля). Эти силы Тсц препятствуют проскальзыванию арматуры относительно бетона и направлены в сторону, противоположную направлению смещения арматуры. Они являются реакцией противодействия и в сумме равны продольному усилию в стержне: S Тсц = Ns. Очевидно, что сцепление лучше у арматуры периодического профиля и хуже у гладких стержней, особенно с промасленной, грязной или ржавой поверхностью. На практике пользуются не сосредоточенными силами Тсц, а касательными напряжениями tсц = Тсц /Асц, где Асц– площадь поверхности контакта арматуры и бетона.

17. Чем характеризуется сцепление?

Характеризуется длиной зоны анкеровки lan, т.е. такой длиной заделки арматуры в бетоне, которая обеспечивает полное использование прочности стали. Иначе говоря, если стержень заделан на величину lx ³ lan, то выдернуть его из бетона невозможно, он разорвется или потечет в другом месте при усилии Ns1 = RsAs; если на величину lx< lan, то он выдернется при усилии Ns2 = RsAs(lx / lan), недоиспользовав свою прочность (рис. 11).

В последнем случае говорят, что стержень слабо заанкерен в бетоне. (Шутливый пример: если при выдергивании морковки у нее обрывается ботва, это значит, что морковка хорошо “заанкерена” в грядке.)

Чем лучше сцепление, тем выше tсц, тем меньше lan. Эпюра tсц для простоты расчетов принимается прямоугольной, а эпюра Ns соответственно треугольной, хотя в действительности обе они криволинейны (пунктирные линии на рис.11). Длину зоны анкеровки определяют по эмпирической зависимости lan = (wanRs /Rb + Dlan)d, где wan и Dlan – коэффициенты, учитывающие профиль арматуры и характер усилий (сжатие или растяжение), d – диаметр стержня, Rs и Rb.– расчетные сопротивления арматуры и бетона. Задача конструктора состоит в том, чтобы обеспечить заделку арматуры по обе стороны опасного сечения на величину не менее lan.

18. Почему величина lan зависит от диаметра арматуры?

При увеличении диаметра вдвое площадь сечения увеличивается вчетверо; вчетверо (при той же прочности) увеличивается и усилие в стержне. Чтобы удержать этот стержень в бетоне от выдергивания, нужно вчетверо больше сил сцепления, в то время как периметр, а значит, и площадь контакта арматуры с бетоном возросли только вдвое. Следовательно, нужно еще вдвое увеличить площадь контакта, т.е. вдвое увеличить длину анкеровки.

В процессе эскизного конструирования при армировании наиболее распространенной сталью класса A-III можно пользоваться простыми зависимостями: для растянутой арматуры lan= 40d, для сжатой lan= 30d, для растянутых стыков внахлестку lan= 50d, для сжатых стыков lan= 35d. Окончательное решение, разумеется, следует принимать с учетом формулы, приведенной в ответе 17.

Как влияет ползучесть на напряжения в бетоне и арматуре в центрально и внецентренно сжатых элементах

135. Для чего во внецентренно сжатых элементах устанавливают поперечную арматуру?

Устанавливают, как правило, не для восприятия поперечной силы (обычно прочности самого бетона для этого вполне достаточно), а для того, чтобы обеспечить устойчивость продольной арматуры. Под влиянием поперечных деформаций бетона продольные стержни искривляются наружу (выпучиваются), отрывают защитный слой и теряют устойчивость задолго до исчерпания своей прочности (рис. 68). Поперечные стержни препятствуют этому процессу. Их ставят с шагом s не более 15ds (ds - наименьший диаметр продольных стержней). Минимальные диаметры поперечных стержней назначают по условиям сварки: dsw ³ ds /3. Указанные требования, кстати, обязательны и для сжатой продольной арматуры изгибаемых элементов.

Поперечные стержни также сдерживают поперечные деформации бетона и, тем самым, несколько повышают его прочность на сжатие. Однако намного эффективнее в этом отношении косвенное армирование (см. вопрос 137).

136. Как обеспечивается устойчивость внецентренно сжатого элемента?

При внецентренном сжатии элемент искривляется, первоначальный эксцентриситет ео увеличивается, а вместе с ним растет и момент М от внешней нагрузки. Причем, чем больше доля постоянной и длительной нагрузки, тем больше деформации ползучести наиболее сжатых волокон, тем больше элемент искривляется, тем больше растет ео.

137. Как быть, если прочность сжатого элемента недостаточна, а сечение увеличивать нельзя?

Если все пути (увеличение армирования, повышение прочности бетона) исчерпаны, можно применить или жесткое, или косвенное армирование. Жесткая арматура - это стальной сердечник сварного сечения или из прокатного двутавра. Вокруг сердечника по периметру сечения нужно обязательно устанавливать продольную гибкую арматуру с поперечной, соблюдая рекомендации о максимальном суммарном проценте армированияmmax= 15 %.

Косвенная арматура в виде поперечных сварных сеток или спиралей, охватывающих снаружи продольные стержни, препятствует поперечному расширению бетона и повышает его сопротивление продольному сжатию (см. вопрос 8). Разрушение элемента происходит, когда косвенная арматура достигает предела текучести. Следует, однако, помнить, что сетки косвенного армирования затрудняют укладку и уплотнение бетона. Кроме того, косвенное армирование эффективно только при малых эксцентриситетах и при небольшой гибкости элементов.

138. Как рассчитывают на сжатие бетонные сечения?

В общем виде задача решается через равенство статических моментов Si частей площади Ab, лежащих по обе стороны от ее центра тяжести. Для прямоугольного сечения Ab = bx, гдеx = h – 2e0. Для таврового сечения нужно учитывать положение ц.т. Ab (в полке или в стенке). В примере, показанном на рис. 70,б, Ab можно определить, разделив сжатую зону на три части и подсчитав статические моменты площади каждой части относительно ц.т. Ab. Тогда S1 = S2 + S3, или b´f(h1)2/2 = b´f(h2)2/2 + bh3 (h2+ + h3 /2), где h1 = y – e0,h2 = h´f – h1, h3 – искомая величина. Найдя h3, получим Ab = b´f h´f + bh3. Если прочность недостаточна, то следует увеличить либо Rb, либо размеры сечения(с увеличением размеров увеличивается Ab).

Как и для железобетонных элементов, к эксцентриситету, полученному из статического расчета, добавляется случайный эксцентриситет ea, а продольный изгиб учитывается умножением e0 на коэффициент h (см. вопрос 136). Величина эксцентриситета e0h не должна превышать 0,9у, где y – расстояние от центра тяжести сечения до крайнего сжатого волокна.В ряде случаев (некоторые конструкции гидротехнических и др. специальных сооружений, карнизы, парапеты) прочность бетонных сечений исчерпывается прочностью растянутой зоны. Поэтому расчет прочности таких конструкций сводится к расчету по образованию трещин (см. вопрос 158).

139. Почему при внецентренном сжатии площадь сжатой зоны в бетонном сечении не определяют так, как в железобетонном?

Если определять из условия Ab = N/Rb, то площадь сжатой зоны будет зависеть только от величины N и не зависеть от точки приложения последней. А это приведет к тому, что ось равнодействующей внутренних усилий в бетоне Nb не будет совпадать с осью силы N, т.е. равновесие не будет обеспечено. Хорошо было бы метод расчета бетонных сечений перенести и на железобетонные, тогда не возникало бы абсурдной ситуации, изложенной в ответе 128. Однако практически осуществить это трудно, поскольку появляется еще одна неизвестная и расчет резко усложняется, особенно для случая малых эксцентриситетов.

140. Что такое местное сжатие (смятие)?

Это приложение нагрузки не по всей площади поперечного сечения, а только по ее части, что более опасно, так как вызывает высокую концентрацию напряжений в бетоне, приводит к образованию местных трещин и преждевременному разрушению (рис. 71).

Ползучесть бетона. Ее влияние на напряжение в бетоне и арматуре. Влияние ползучести на предварительное напряжение растянутой арматуры.

Пластические свойства бетона вызывают такое явление, как ползучесть: свойство материала деформироваться при постоянной нагрузке.

Ползучесть разделяют на линейную, при которой зависимость между напряжениями и деформациями приблизительно линейная, и нелинейную, которая начинается при напряжениях, превышающих границу образования структурных микротрещин. Такое разделение ползучести условно, так как в некоторых опытах наблюдается нелинейная зависимость напряжения и деформаций даже при относительно малых напряжениях Учет нелинейной ползучести имеет существенное значение в практических расчетах предварительно напряженных изгибаемых, внецентренно сжатых и некоторых других элементов. Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения было получено напряжение, конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми. С ростом напряжений ползучесть бетона увеличивается. Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый бетон. Ползучесть бетона в сухой среде значительно больше, чем во влажной. Технологические факторы также влияют на ползучесть бетона: с увеличением W/C и количества цемента на единицу объема бетонной смеси ползучесть возрастает; с повышением прочности зерен заполнителей, повышением прочности бетона, его класса она уменьшается.

Чем выше s_b или чем ниже прочность бетона, тем больше деформации ползучести e_п (рис. 4). Наиболее интенсивно e_п проявляется в первое время после приложения нагрузки, затем они постепенно затухают в течение нескольких лет.

При вибрационных нагрузках с большим числом повторений в минуту (200-600) наблюдается ускоренное развитие ползучести бетона, называемое виброползучестью или динамической ползучестью.

Влияние ползучести на предварительное напряжение растянутой арматуры Рассмотрим схему на рис. 6. После приложения нагрузки N бетон и арматура укоротились на величину, соответствующую относительной деформации e_b (благодаря сцеплению, они работают совместно). В бетоне установилось сжимающее усилие N_b1, а в арматуре N_sc1. Затем, вследствие ползучести, деформации выросли на величину e_п. Поскольку арматура работает практически упруго, сжимающие напряжения в ней с течением времени возрастают по закону Гука на величину Ds_sc= e_пЕ_s, а усилие – на величину DN_sc = Ds_scA_s (где А_s – площадь сечения арматуры), т.е. N_sc2 = =N_sc1 + DN_sc. Но если N_sc растет, а внешняя сила N постоянна, то, значит, усилие и напряжения в бетоне падают: N = N_b1 + N_sc1 = N_b2 + N_sc2. Происходит перераспределение напряжений: бетон частично разгружается, а арматура дополнительно нагружается. При наличии в сжатом бетоне преднапряженной (предварительно натянутой) арматуры растягивающие напряжения в ней падают, “теряются” – отсюда и термин “потери напряжений” (От момента натяжения арматуры до начала приложения внешней нагрузки на конструкцию часть величины предварительного напряжения s_sp безвозвратно теряется).

Мягкая и твердая арматурная сталь. Текучесть стали. Условный предел текучести. Принципиальные отличия горячекатаной арматуры от высокопрочной.

“Мягкая” арматура (классы А-I, A-II, A-III) на диаграмме растяжения (рис. 9,а) имеет три главных участка: упругие деформации (здесь действует закон Гука), площадку текучести при напряжениях s_pl (предел текучести) и упруго-пластические деформации (криволинейный участок). При проектировании конструкций используют первый и второй участки. Текучесть стали в той или иной степени учитывают в расчетах нормальных сечений на изгиб (при слабом армировании, при многорядном расположении арматуры и т.д.), в расчетах статически неопределимых конструкций по методу предельного равновесия и в других случаях. Третий участок в расчетах не участвует – деформации там столь велики, что в реальных условиях они соответствуют уже разрушению конструкций.

Повышением прочности горячекатаной арматурной стали и уменьшение удлинения при разрыве достигают введением в ее состав углерода и различных легирующих добавок: марганца, кремния, хрома и др. Существенного повышения прочности горячекатаной арматурной стали достигают термически упрочнением или холодным деформированием. При термическом упрочнении осуществляется закаливание арматурной стали (нагревом до 800 – 900С и быстрым охлаждением), затем частичный отпуск(нагревом до 300-400С и постепенным охлаждением).

“Твердая”, или высокопрочная арматура (классы А-IV, Ат-IV и выше, B-II, Bp-II, K-7, K-19) не имеет физического предела текучести (рис. 9,б), она деформируется упруго до предела пропорциональности, а далее диаграмма постепенно искривляется. В качестве границы безопасной работы принят условный предел текучести s₀₂, при котором остаточные, т.е. пластические удлинения составляют 0,2 %. У “твердых” сталей прочность выше, чем у “мягких”, но зато меньше удлинения при разрыве d, т.е. у них хуже пластические свойства, они более хрупкие.

Напряжение, при котором деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки, называется физическим пределом текучести.

При малых удлинениях может произойти хрупкое (внезапное) обрушение железобетонной конструкции, даже при небольших перегрузках: арматура разорвется, когда прогибы малы, а раскрытие трещин незначительно – другими словами, когда конструкция не подает сигналов, предупреждающих о своем опасном состоянии. Поэтому арматура любого класса должна иметь величину равномерного относительного удлинения при разрыве d, как правило, не менее 2 %.

Сталь высокопрочной арматуры более хрупкая, относительное удлинение при разрыве равно 4,5%, сталь стержневой горячекатанной арматуры более пластичная, относительное удлинение при разрыве ее равно 18%.

Как влияет ползучесть на напряжения в бетоне и арматуре в центрально и внецентренно сжатых элементах

Рекомендации
по учету ползучести и усадки бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций

Рекомендованы к изданию решением секции конструкций Ученого совета НИИЖБа.

Содержат методику расчета железобетонных конструкций с учетом ползучести и усадки бетона, условий изготовления, а также сроков нагружения конструкций.

Изложены основные положения расчета, приведены значения деформаций ползучести и усадки тяжелых бетонов и другие характеристики, необходимые для расчета. Даны методики определения потерь предварительного напряжения от усадки и ползучести бетона, жесткостей и перемещений изгибаемых и сжатых элементов, величин критических сил для сжатых стержней, а также методика расчета статически неопределимых систем.

Для инженерно-технических работников проектных и производственных организаций, научных работников, а также студентов строительных вузов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Рекомендации содержат положения по учету ползучести и усадки бетона при проектировании бетонных и железобетонных стержневых элементов и составленных из них систем, изготовленных из тяжелого бетона и применяемых в промышленном, гражданском, гидротехническом, транспортном и других областях строительства.

Целью Рекомендаций является внедрение в практику проектирования методов расчета, позволяющих более точно учитывать влияние деформаций ползучести и усадки бетона на напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций. Использование в расчетном аппарате статистически обоснованных характеристик бетона, принимаемых в зависимости от состава бетона, его возраста в момент нагружения, длительности действия нагрузки, условий окружающей среды в стадии эксплуатации конструкции и других факторов, позволяет более правильно проектировать бетонные и железобетонные конструкции.

Рекомендации предусматривают возможность применения расчетного аппарата также и при отсутствии в полном объеме исходных данных о составе бетона и некоторых других факторах.

Основными характеристиками бетона, учитываемыми в расчетах, являются прочность и модуль упругости бетона в момент приложения силового или температурно-влажностного воздействия, мера ползучести (характеристика ползучести) бетона, деформация усадки бетона и др.

Рекомендации состоят из 12-ти разделов: в разделах 1-3 излагаются основные положения и предпосылки методик расчета, а также приводятся значения прочностных и деформационных характеристик бетона; в разделах 4-9 содержится изложение методов расчета бетонных и железобетонных конструкций с учетом ползучести и усадки в предположении линейной зависимости между напряжениями и деформациями; в разделах 10-12 приведены методики расчета с учетом нелинейного деформирования бетона при кратковременном и длительном действии нагрузки.

Рекомендации составлены на основе результатов исследований, проведенных в СССР и за рубежом.

Рекомендации разработаны НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук Р.Л.Серых, канд. техн. наук А.В.Яшин), ЦНИИС Минтрансстроя (кандидаты техн. наук Е.Н.Щербаков, Н.Г.Хубова), ВЗИСИ Минвуза РСФСР (д-р техн. наук В.М.Бондаренко, кандидаты техн. наук В.Г.Назаренко, И.М.Сперанский), ОИСИ Минвуза УССР (д-р техн. наук И.Е.Прокопович, кандидаты техн. наук М.В.Штейнберг, А.Н.Орлов), ЛПИ имени М.И.Калинина Минвуза РСФСР (д-р техн. наук П.И.Васильев); НИИСК Госстроя СССР (д-р техн. наук А.Б.Голышев, кандидаты техн. наук В.Я.Бачинский, В.А.Критов).

В разработке отдельных положений Рекомендаций приняли также участие ИСМиС АН ГССР (д-ра техн. наук З.Н.Цилосани, Г.В.Кизирия); ВЗПИ Минвуза СССР (д-р техн. наук Ю.В.Зайцев), ЦНИИС Минтрансстроя (инж. В.Л.Хасин); ДИСИ Минвуза УССР (канд. техн. наук В.А.Пахомов), КАДИ Минвуза УССР (д-р техн. наук Я.Д.Лившиц, ОИСИ Минвуза УССР (кандидаты техн. наук В.И.Барановский, М.М.Застава, инж. М.М.Бакирова), КПИ Минвуза МССР (д-р техн. наук Е.Н.Львовский, инж. Ф.П.Сырбу), ВЗИСИ Минвуза РСФСР (кандидаты техн. наук В.В.Костюков, А.Н.Курбанов, Е.П.Михлин); Ленинградский ИСИ Минвуза РСФСР (канд. техн. наук А.И.Филиппов); ЦНИИпроект Госстроя СССР (канд. техн. наук С.В.Бондаренко).

1. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации содержат указания по учету влияния деформаций ползучести и усадки при расчете бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона на цементном вяжущем, выполняемых как без предварительного натяжения арматуры, так и с предварительным натяжением, и предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия температур не выше плюс 50 °С и не ниже минус 40 °С и относительной влажности воздуха в пределах от 30 до 100%.

1.2. Материалы Рекомендаций основаны на обширных результатах статистической обработки опытных данных о кратковременном и длительном деформировании бетона, а также экспериментально проверенных теоретических решениях задач теории ползучести. Рекомендации позволяют более точно оценивать влияние ползучести и усадки бетона на несущую способность и перемещения, создают возможности для проектирования более рациональных и экономичных бетонных и железобетонных конструкций.

Для упрощения расчетов помещены таблицы, в которых промежуточные значения определяют по линейной интерполяции.

1.3. Рекомендации распространяются на расчет стержневых элементов бетонных и железобетонных конструкций, а также конструкций, рассчитываемых аналогичными способами, при действии нагрузок и (или) вынужденных деформаций (температурные и влажностные воздействия, смещения опор и т.д.).

Рекомендации не распространяются на расчет массивных конструкций гидротехнических и других сооружений. При наличии данных о величинах деформации ползучести и усадки рекомендации могут применяться и для расчета конструкций из других видов бетона (на пористых заполнителях, на специальных вяжущих и т.п.).

1.4. При определении внутренних усилий и перемещений расчетные температура и влажность среды устанавливаются заданием на проектирование. При отсутствии в задании необходимых указаний температура и влажность среды определяются по отраслевым техническим условиям.

1.6. Численные значения характеристик бетона, приведенные в настоящих Рекомендациях, предназначены только для проектирования. Характеристики арматуры, а также другие данные, не нашедшие отражения в Рекомендациях, следует принимать по соответствующим нормативным документам.

1.7. Усилия в статически неопределимых железобетонных конструкциях от нагрузок и вынужденных деформаций при расчете по предельным состояниям первой и второй групп следует, как правило, определять с учетом неупругих деформаций бетона и арматуры, с учетом в необходимых случаях нелинейности деформаций при кратковременном нагружении и деформаций ползучести, наличия трещин, а также деформированного состояния как отдельных элементов, так и конструкций в целом.

1.8. Усилия, возникающие при любом изменении температуры, определяют в предположении однократного и стационарного во времени характера этих температурных воздействий.

1.9. Вынужденные деформации, связанные с неравномерной осадкой опор в статически неопределимых системах, считаются мгновенно зафиксированными или монотонно изменяющимися по законам, регламентированным соответствующими документами или полученным по результатам экспериментальных или натурных наблюдений.

1.10. При расчете конструкций, возводимых методом последовательного наложения связей после частичного или полного загружения, перемещения в направлении этих связей, сформировавшиеся при работе по разрезной схеме, рассматривают как вынужденные перемещения в неразрезной системе, сохраняющиеся после замыкания связей.

1.11. Если статически неопределимая система состоит из конструктивных элементов, бетон которых существенно различается по возрасту, составу или другим показателям, то в расчет системы следует вводить элементы с соответствующими жесткостями, а также параметрами ползучести и усадки.

2. ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА

2.1. Вводимые в расчет класс бетона по прочности на сжатие и нормативное значение призменной прочности имеют обеспеченность, равную 0,95, и принимаются согласно СНиП 2.03.01-84 для возраста бетона =28 сут. Значения модуля упругости , предельные значения меры ползучести и деформации усадки , определяемые по формулам (1), (3) и (4) или по табл.2 и 4, принимаются среднестатистическими с обеспеченностью 0,5 и соответствуют базовым условиям, принятым по ГОСТ 24452-80 и ГОСТ 24544-81 с изм.

2.2. Для учета в расчетах влияния отклонений фактических условий изготовления, загружения и эксплуатации железобетонных элементов от базовых условий (возраста бетона в момент загружения или же начала его высыхания, размеров поперечного сечения элемента, температурно-влажностного режима окружающей среды, тепловлажностной обработки) числовые значения деформационных характеристик , , , полученные согласно п.2.1, умножают на коэффициенты, приведенные в табл.5-7 и в примечаниях к табл.2 и 4.

2.3. Значение начального модуля упругости бетона при известных характеристиках состава бетонной смеси и ее составляющих определяют по формуле

СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменениями N 1, 2, 3)

, -

расчетные сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний соответственно первой и второй групп;

расчетное сопротивление бетона смятию;

передаточная прочность бетона;

расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном;

расчетные сопротивления арматуры растяжению для предельных состояний соответственно первой и второй групп;

расчетное сопротивление поперечной арматуры растяжению;

расчетное сопротивление арматуры сжатию для предельных состояний первой группы;

начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении;

приведенный модуль деформации сжатого бетона;

модуль упругости арматуры;

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

предельные относительные деформации бетона соответственно при равномерном осевом сжатии и осевом растяжении;

относительные деформации арматуры при напряжении, равном ;

относительные деформации усадки бетона;

коэффициент ползучести бетона;

отношение соответствующих модулей упругости арматуры и бетона .

Характеристики положения продольной арматуры в поперечном сечении элемента

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;

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

ширина прямоугольного сечения; ширина ребра таврового и двутаврового сечений;

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

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 и до ближайшей грани сечения;

рабочая высота сечения, равная соответственно и ;

высота сжатой зоны бетона;

относительная высота сжатой зоны бетона, равная ;

расстояние между хомутами, измеренное по длине элемента;

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

расстояния от точки приложения продольной силы до равнодействующей усилий в арматуре соответственно и ;

эксцентриситет усилия предварительного обжатия относительно центра тяжести приведенного сечения;

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

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

длина зоны анкеровки;

длина зоны передачи предварительного напряжения в арматуре на бетон;

расчетная длина элемента, подвергающегося действию сжимающей продольной силы;

радиус инерции поперечного сечения элемента относительно центра тяжести сечения;

номинальный диаметр стержней соответственно продольной и поперечной арматуры;

площади сечения арматуры соответственно и ;

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

коэффициент армирования, определяемый как отношение площади сечения арматуры к площади поперечного сечения элемента без учета свесов сжатых и растянутых полок;

площадь всего бетона в поперечном сечении;

площадь сечения бетона сжатой зоны;

площадь сечения бетона растянутой зоны;

площадь приведенного сечения элемента;

площадь смятия бетона;

момент инерции сечения всего бетона относительно центра тяжести сечения элемента;

момент инерции приведенного сечения элемента относительно его центра тяжести;

момент сопротивления сечения элемента для крайнего растянутого волокна.

Характеристики предварительно напряженного элемента

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

усилие в напрягаемой арматуре с учетом соответственно первых и всех потерь предварительного напряжения;

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

потери предварительного напряжения в арматуре;

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

6. Ползучесть бетона. Ее влияние на напряжение в бетоне и арматуре. Влияние ползучести на предварительное напряжение растянутой арматуры.

П ластические свойства бетона вызывают такое явление, как ползучесть: свойство материала деформироваться при постоянной нагрузке.

Чем выше _bили чем ниже прочность бетона, тем больше деформации ползучести _п (рис. 4). Наиболее интенсивно _п проявляется в первое время после приложения нагрузки, затем они постепенно затухают в течение нескольких лет.

Влияние ползучести на предварительное напряжение растянутой арматуры Рассмотрим схему на рис. 6. После приложения нагрузки N бетон и арматура укоротились на величину, соответствующую относительной деформации _b (благодаря сцеплению, они работают совместно). В бетоне установилось сжимающее усилие N_b1, а в арматуре N_sc1. Затем, вследствие ползучести, деформации выросли на величину _п. Поскольку арматура работает практически упруго, сжимающие напряжения в ней с течением времени возрастают по закону Гука на величину _sc= _пЕ_s, а усилие – на величину N_sc= _scA_s (где А_s – площадь сечения арматуры), т.е. N_sc2= =N_sc1+ N_sc. Но если N_sc растет, а внешняя сила N постоянна, то, значит, усилие и напряжения в бетоне падают: N = N_b1+ N_sc1= N_b2+ N_sc2. Происходит перераспределение напряжений: бетон частично разгружается, а арматура дополнительно нагружается. При наличии в сжатом бетоне преднапряженной (предварительно натянутой) арматуры растягивающие напряжения в ней падают, “теряются” – отсюда и термин “потери напряжений” (От момента натяжения арматуры до начала приложения внешней нагрузки на конструкцию часть величины предварительного напряжения _sp безвозвратно теряется).

9. Деформации бетона при длительном загружении, ползучесть бетона.

Деформации при длительном действии нагрузки. Придлительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается первые 3 – 4 мес и может продолжаться несколько лет. На диаграмме σ_b – ε_b участок 0 – 1 характеризует деформации, возникающие при загружении, кривизна этого участка зависит от скорости загружения; участок 1–2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.

Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций при длительном действии нагрузки, называют ползучестью бетона.

Деформации ползучести могут в 3 – 4 раза превышать упругие деформации. При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в бетоне остаются постоянными. Если же связи в бетоне (например, стальная арматура) стесняют свободное развитие ползучести, то ползучесть будет стесненной, при которой напряжения в бетоне уже не будут оставаться постоянными.

Если бетонному образцу сообщить некоторое начальное напряжение σ_b 0 и начальную деформацию ε_b 0 , а затем устранить возможность дальнейшего деформирования наложением связей, то с течением времени напряжения в бетоне начинают уменьшаться.

Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации, называют релаксацией напряжений.

Ползучесть и релаксация имеют общую природу и оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой.

Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения v было получено напряжение σ_b₁, конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми (рис. а). С ростом напряжений ползучесть бетона увеличивается; зависимость деформации— время при напряжениях σ_b₁< σ_b₂< σ_b₃ показана на рис. б. Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый бетон. Ползучесть бетона в сухой среде значительно больше, чем во влажной. Технологические факторы также влияют на ползучесть бетона: с увеличением W/C и количества цемента на единицу объема бетонной смеси ползучесть возрастает; с повышением прочности зерен заполнителей- ползучесть уменьшается; с повышением прочности бетона, его класса ползучесть уменьшается. Бетоны на пористых заполнителях обладают несколько большей ползучестью, чем тяжелые бетоны.

Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряжений с испытывающей вязкое течение гелевой структурной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций ползучести способствуют капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой. С течением времени процесс перераспределения напряжений затухает и деформирование прекращается.

Ползучесть разделяют на линейную, при которой зависимость между напряжениями и деформациями приблизительно линейная, и нелинейную. При напряжениях, превышающих границу образования структурных микротрещин R 0 _crc , начинается ускоренное развитие деформаций, или нелинейная ползучесть. Такое разделение ползучести условно, так как в некоторых опытах наблюдается нелинейная зависимость σ_b – ε_b даже при относительно малых напряжениях. Отметим здесь существенно важное значение учета нелинейной ползучести для практических расчетов предварительно напряженных изгибаемых, внецентренно сжатых и некоторых других элементов.

Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет собой сумму деформаций: упругойε_е, ползучести ε_pl и усадки ε_sl. Однако в то время как усадка носит характер объемной деформации, ползучесть развивается главным образом в направлении действия усилия.

Ползучесть бетона - это явление увеличения неупругих деформаций при длительном действии нагрузки

Абсолютные деформации ползучести зависят от возраста бетона, его прочности, уровня напряжений, гранулометрического состава и т.д. Различают линейную и нелинейную ползучесть. При линейной ползучести прирост неупругих деформаций за единицу времени пропорционален приложенным напряжениям, при нелинейной ползучести такая зависимость отсутствует.

Мера ползучести.

Под мерой ползучести С_b понимают относительную деформацию ползучести приσ_b ≤ 0,3R_bn, накопившуюся к моменту времениtпри загружении образцов вt₀ < tи приходящуюся на 1 МПа действующего постоянного напряжения.

C_b(t, t₀) = ε_cr (t, t₀)/ σ_b, ε_cr = λ_вε_b σ_b= ε_b∙E ! _b

Релаксация -это процесс уменьшения напряжений при постоянной деформации.

Ползучесть и релаксации взаимосвязаны. Они увеличивают прогибы, снижают предварительное напряжение, уменьшают трещиностойкость.

Ползучесть железобетона

Это объясняется тем, что арматура, обладающая значительно большим модулем упругости, вовлекается в совместную работу с бетоном за счет сил сцепления и тем самым препятствует свободным усадочным деформациям бетона.

Вследствие этого в бетоне возникают начальные растягивающие напряжения, а в арматуре – сжимающие. Растягивающее усилие в бетоне равно сжимающему усилию в арматуре, т.к. процесс усадки происходит самоуравновешенно без внешней нагрузки.

Растягивающие напряжения бетона в железобетонном образце зависят от величины свободной усадки бетона, количества арматуры и класса бетона. При мощной арматуре растягивающие напряжения в бетоне возрастают и возможно появление усадочных трещин. Несимметричное расположение арматуры в сечении железобетонного образца повышает начальные усадочные напряжения, т.к. влияние такой арматуры при усадке скажется как действие продольной силы и изгибающего момента.

Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки будут складываться с напряжениями в растянутой зоне изгибаемого элемента и способствовать более раннему появлению трещин в бетоне. Но с появлением трещин влияние усадки уменьшается, а в стадии разрушения исчезает и не оказывает влияние на предельную несущую способность элемента.

При проектировании промышленных и гражданских зданий и сооружений большой протяженности предусматривают устройством деформационных швов, которые уменьшают неблагоприятное влияние усадки.

Ползучесть железобетона является следствием ползучести бетона. Стальная арматура, как и при усадке, является внутренней связью, препятствующей свободным деформациям ползучести бетона. В железобетонном элементе при продолжительном действии нагрузки стесненная деформация ползучести приводит к перераспределению усилий в сечении между бетоном и арматурой. Процесс перераспределения напряжений происходит в течение длительного времени сначала интенсивно, а затем затухает.

Ползучесть и усадка протекают одновременно и совместно влияют на работу конструкций. В железобетонной колонне они действуют в одном направлении: уменьшают напряжения в бетоне и увеличивают их в арматуре. В изгибаемых элементах усадка и ползучесть оказывают противоположное влияние: под действием усадки напряжения в бетоне сжатой зоны увеличиваются, а в растянутой арматуре уменьшаются; а под действием ползучести, наоборот, напряжения в бетоне сжатой зоны уменьшаются, а в растянутой арматуре увеличиваются. Это приводит к увеличению прогибов.

Читайте также: