Начальный модуль упругости бетона равен тангенсу угла наклона к диаграмме напряжения деформации

Обновлено: 26.04.2024

Определение начального модуля упругости бетона

За начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимается отношение нормального напряжения в бетоне s к его относительной деформации e при величине напряжения сжатия .

Для определения начального модуля упругости бетона проводят испытания серии эталонных призм размером 15×15×60 см.

Образцы нагружают ступенями, примерно по 0,1 от ожидаемой разрушающей нагрузки (принимается по величине, вычисленной в п. 3). На каждой ступени следует выдерживать нагрузку 5 мин. и записывать отсчеты по приборам в начале и в конце выдержки ступени нагрузки в журнал.

Допускается после поднятия нагрузки до ступени 0,6 от ожидаемой разрушающей приборы снять, а образец довести до разрушения со скоростью 0,6 МПа в 1 с.

Перед испытанием образа проверяют совпадение его геометрической и физической оси по методике, изложенной в п. 3.

Частные значения начального модуля упругости для каждого образца вычисляют по формуле

За начальный модуль упругости бетона принимают среднее значение, вычисленное по формуле

где n – переводной коэффициент от величины модуля упругости, вычисленного по результатам испытаний неэталонных образцов, к величине начального модуля упругости, полученного при испытании эталонной призмы 15×15×60 см.

Указанный коэффициент устанавливается для каждой марки бетона путем деления среднего арифметического показателя эталонных образцов на средний арифметический показатель неэталонных образцов. Результаты испытаний заносят в табл. 6.

Теоретически начальный модуль упругости можно вычислить по формуле

где R – принимается по результатам испытания кубов в п. 1.

При напряжениях выше возможны отклонения от линейной зависимости между напряжениями и деформациями, появление которых зависит от марки бетона и времени нагружения. Поэтому при напряжениях, превышающих зависимость между напряжениями и деформациями становится криволинейной, и в расчеты вместо модуля упругости вводится модуль деформаций, который представляет собой тангенс угла наклона секущей, проведенной из начала координат до точки на кривой, соответствующей рассматриваемому напряжению.

Основные физико-механические свойства бетона и арматуры

Физико-механические свойства бетона зависят от его состава, технологии изготовления конструкций и вида их напряженного состояния. Следует учитывать и тот факт, что с увеличением загрязнений и крупного заполнителя прочность бетона ухудшается. При постоянном водоцементном соотношении механические свойства цементного бетона практически не зависят от соотношения между количеством вяжущего и заполнителя.

Характерной особенностью для всех видов бетона является неоднородность структуры. Повышение структурной однородности бетона существенно влияет на улучшение его физико-механических свойств, что способствует значительному росту прочности бетона. Так как неоднородность и дефектность структуры бетона носят случайный характер, то механические свойства бетона целесообразно оценивать с точки зрения статистической механики твердого тела, т. е. с учетом вероятностного описания его напряженно-деформированного состояния.

Вследствие усадки цементного камня, в его соприкосновении с заполнителем возникают микротрещины сцепления ненагруженного бетона. Размеры этих трещин и их количество зависят от микро- и макроструктуры бетона. С увеличением сжимающей нагрузки силы сцепления ослабляются и происходит развитие микротрещин, несмотря на процесс уплотнения бетонной массы. Наряду с этим происходит увеличение растягивающих напряжений в направлении, перпендикулярном плоскости приложения внешней силы. При кратковременном однократном сжатии или растяжении уровень напряжений R_b1 при котором образуются трещины в цементном камне, называют нижней границей микроразрушения или пределом упругости бетона (рис. ниже). Эта величина характеризуется максимальным уплотнением сжатого бетона образца, что подтверждается изменением относительной скорости ультразвука.

Диаграммы деформаций бетона при кратковременном однократном действии нагрузки

R_b1 — нижняя граница микроразрушения; R_b2 — верхняя граница микроразрушения; R_bm — среднее значение прочности бетона на сжатие; R_bt,m — то же, на растяжение; ε_b,el— упругая деформация бетона при сжатии; ε_b,pl — то же, пластическая; v— относительная скорость ультразвука

В тех местах, где цементный камень ослаблен порами и дефектами, возникают концентрации напряжений. Это обстоятельство способствует (при увеличении нагрузки) началу разрушения цементного камня и снижению его сцепления с заполнителем. В результате происходит разуплотнение бетона. Уровень напряжений R_b₂, при котором прекращается прирост объема образца, принимают за верхнюю границу микроразрушения. При дальнейшем увеличении нагрузки происходит интенсивное трещинообразование в бетоне и его отрыв от образца в поперечном направлении.

Уровни R_b1 и R_b2 при осевом сжатии бетона могут быть определены по зависимостям О.Я. Берга:

Физические процессы уплотнения, разуплотнения, микро- и макроразрушения бетона обусловливают характер его деформирования как при сжатии, так и при растяжении. Если статическая нагрузка возрастает мгновенно, то в бетоне развиваются упругие деформации, которые прямо пропорциональны напряжениям, т. е. подчиняются закону Гука. При напряжениях σ_b относительные величины деформаций составляют ε_b,el (рис. выше). При медленном увеличении нагрузки на образцы возникают пластические деформации бетона ε_b,pl, которые в теории железобетона называют деформациями быстронатекающей ползучести. При замедленном (длительном) увеличении нагрузки показатель прочности бетона может снизиться на 10% в сравнении с кратковременным (мгновенным) возрастанием нагрузки.

К основным физико-механическим свойствам бетона относятся прочность и деформативность, определяемые его структурой.

Прочность бетона. Бетон имеет капиллярно-пористую неоднородную структуру, образованную зернами заполнителя (песок, щебень или гравий), скрепленными цементным камнем в монолитный твердый материал. По данным исследований, поры и капилляры занимают около трети объема цементного камня. В таком неоднородном материале внешняя нагрузка создает сложное напряженное состояние.

В сжатом бетонном образце напряжения концентрируются на более твердых частицах и около пор и пустот. При этом растягивающие напряжения действуют по площадкам, параллельным направлению силы (рис. ниже). Так как в бетоне много хаотически расположенных пор и пустот, то растягивающие напряжения накладываются друг на друга.

Поскольку сопротивление бетона растяжению значительно меньше, чем сжатию, то разрушение сжимаемого образца происходит в результате разрыва бетона в поперечном направлении (рис. ниже). Отсутствие закономерности в расположении твердых частиц и пор приводит к существенному разбросу показателей прочности при испытании образцов из одного и того же бетона.

К бетону неприменимы классические теории прочности, так как они справедливы для материалов с идеальными свойствами. Поэтому данные о его прочности и деформативности основываются на большом числе экспериментов.

Схема напряженного состояния и разрушения сжатого бетонного образца

Прочность бетона зависит от многих факторов, основными из которых являются: время и условия твердения, вид напряженного состояния, форма и размеры образцов, длительность нагружения.

Опытами установлено, что прочность бетона нарастает в течение длительного времени, но наиболее интенсивный ее рост происходит в начальный период твердения (28 суток при применении портландцемента, 90 суток при пуццолановом и шлаковом портландцементе). В дальнейшем нарастание прочности значительно замедляется, но при положительной температуре и влажной среде продолжается еще годами (рис. ниже).

Нарастание прочности бетона во времени при хранении во влажной (а) и сухой (б) средах

Из рисунка видно, что в бетоне, хранившемся во влажной среде, увеличение прочности продолжается и по истечении 10 лет. В бетоне же, хранившемся только 7 дней во влажной среде, а затем в сухой, нарастание прочности почти прекратилось примерно через год. Опыты над образцами, хранившимися во влажной среде в течение 20 лет, показали, что прочность их непрерывно растет.

На прочность бетона большое влияние оказывает скорость нагружения образцов. При замедленном нагружении прочность бетона оказывается меньше на 10-15%, чем при кратковременном. При быстром нагружении (0,2 с и менее) прочность бетона, наоборот, возрастает до 20%. Бетон имеет различную прочность при разных силовых воздействиях: сжатии, растяжении, изгибе, срезе. В связи с этим различают несколько характеристик прочности бетона.

Кубиковая прочность бетона при сжатии является основной механической характеристикой (эталон прочности) материала. При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Однако силы трения, возникающие на опорных гранях, препятствуют поперечным деформациям куба вблизи торцов и создают эффект обоймы (рис. ниже). Если устранить влияние сил трения смазкой контактных поверхностей, то поперечные деформации проявляются свободно и куб раскалывается по трещинам, параллельным направлению действия сжимающей силы (рис. ниже), а его прочность уменьшается примерно вдвое. По ГОСТу кубы испытывают без смазки контактных поверхностей. Силы трения влияют на прочность кубов в зависимости от их размеров: чем меньше размер куба, тем больше его прочность. Так, если прочность куба с ребром 15 см равна R, то для куба с ребром 10 см она равна 1,12R, а с ребром 20 см

Кубиковая прочность бетона при сжатии необходима для производственного контроля и при проектировании не применяется, так как реальные конструкции по форме отличаются от куба и приближаются к форме призм. Поэтому за основную характеристику прочности батона сжатых элементов принята призменная прочность — временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм с квадратным основанием а и высотой h.

Характер разрушения бетонных кубов при сжатии

1 — силы трения; 2 — смазка

Опыты показали, что с увеличением h/a влияние сил трения на торцах уменьшается и прочность призм снижается. Разрушение наступает от поперечного растяжения и образования продольных трещин (см. рис. выше). При h/a > 4 прочность призм становится постоянной и равной R_b

(0,7-0,8)R. Призменную прочность используют при расчете сжатых и изгибаемых элементов.

Прочность бетона при местном сжатии (смятии) учитывают при передаче давления только на часть площади (опирание балок, ферм, колонн и т. д.). Как показывают опыты, в этом случае загруженная часть площади обладает большей прочностью, чем R_b, так как в работе участвует также бетон, окружающий площадку смятия и создающий эффект обоймы. Прочность бетона на местное сжатие

где A_log1 — площадь смятия; A_log2 — расчетная площадь, включающая площадку смятия и дополнительный участок, как правило, симметричный по отношению к площади смятия.

Прочность бетона при растяжении зависит от прочности цементного камня, силы его сцепления с заполнителем и значительно меньше прочности при сжатии. При осевом растяжении прочность бетона R _bt = (0,1-0,05)R.

Причем с увеличением кубиковой прочности относительная прочность бетона при растяжении уменьшается. Опытным путем R_bt определяют испытаниями на разрыв восьмерок или на раскалывание образцов в виде цилиндров и кубов.

Прочность бетона при срезе и скалывании в железобетонных конструкциях встречается редко. Обычно срез сопровождается действием нормальных сил. Под чистым срезом понимается разделение элемента на две части по сечению, в плоскости которого действуют перерезывающие силы. Прочность бетона при срезе можно определять по эмпирической зависимости:

Значительно чаще бетон в железобетонных конструкциях работает на скалывание, например, в балках под действием поперечных сил. Скалывающие (касательные) напряжения при изгибе изменяются по высоте сечения по квадратной параболе. Сопротивление бетона скалыванию, по опытным данным, в 1,5-2 раза больше прочности при осевом растяжении.

Прочность бетона при длительных, быстрых и многократно повторяющихся нагружениях. При длительном действии статической нагрузки бетон разрушается при меньших напряжениях, чем временное сопротивление кратковременной нагрузке. Это вызвано развитием значительных неупругих деформаций и структурных изменений в бетоне. Предел длительного сопротивления бетона при осевом сжатии, по опытным данным, составляет 0,9R_b. Если конструкция эксплуатируется в благоприятных для нарастания прочности бетона условиях (например, гидротехнические сооружения, эксплуатируемые во влажной среде), то уровень напряжений OtJRb постепенно уменьшается в связи с ростом R_h, и отрицательное влияние длительного загружения будет со временем проявляться меньше. При нагрузках малой продолжительности (порыв ветра, транспортные средства, краны, удар и т. д.) бетон разрушается при больших напряжениях (1,1-1,2)R_b.

Многократно повторяющиеся нагрузки снижают сопротивление бетона сжатию под влиянием развития микротрещин. Предел выносливости бетона зависит от числа циклов нагрузки, характеристики цикла ρ_b = σ_min /σ_max и принимается не менее 0,5R_b.

Его используют при расчете на выносливость железобетонных конструкций, испытывающих динамические нагрузки (подкрановые балки, пролетные строения мостов и т. д.).

Деформации бетона под нагрузкой. В бетоне различают деформации двух основных видов: силовые, развивающиеся под действием внешних сил, и температурно-влажностные.

Бетон является материалом с ярко выраженными упругопластичными свойствами. Уже при небольших напряжениях в нем кроме упругих (восстанавливающихся) деформаций развиваются пластические (остаточные) деформации, которые в основном зависят от характера приложения и длительности действия нагрузки. Поэтому силовые деформации различают при однократном кратковременном, длительном и многократно повторяющихся нагружениях.

При однократном действии кратковременной нагрузки деформации бетона оценивают путем испытания бетонных призм на сжатие. Если призму загружать ступенями и замерять деформации на каждой ступени дважды (после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой), то диаграмма σ-ε будет ступенчатой (рис. ниже). Деформации ε_pl, замеренные сразу после приложения нагрузки, —упругие и прямо пропорциональны напряжениям, а деформации ε_pl, развивающиеся за время выдержки под нагрузкой, — пластические. Упругие деформации соответствуют мгновенной скорости загружения образца.

Пластические деформации с уменьшением скорости загружения или увеличением времени выдержки образца под нагрузкой возрастают, а зависимость σ-ε становится более пологой. Таким образом, полная деформация бетона ε_b = ε_el + ε_pl. При большом количестве ступеней загружения график σ-ε становится криволинейным (пунктир на рис. ниже). В общем случае диаграмма «напряжения— деформации» для бетона изображена на рис. ниже. Если в какой-то момент загружения, соответствующий напряжению σ_b, нагрузку с бетонного образца быстро снять, то кривая σ-ε будет обращена выпуклостью в противоположную сторону. В процессе разгружения восстанавливается часть неупругих деформаций (рис. ниже). После полной разгрузки в образце сохраняются остаточные деформации, которые с течением времени частично восстанавливаются (деформации упругого последействия ε_ep).

Диаграмма σ-ε при испытании бетонных призм на сжатие

1 — упругие деформации; 2 — полные деформации

Общая диаграмма «напряжения-деформации» бетона

' 1 и 2 — соответственно области упругих и пластических деформаций

Связь между напряжениями и деформациями для бетона, как упругопластичного материала, характеризуется модулем деформации и является переменной величиной, определяемой как тангенс угла наклона касательной к кривой σ-ε, т. е. E_b = tga = dσ/dε. Использование такого определения модуля деформаций сложно и затруднительно.

Поэтому для практических расчетов при небольших напряжениях σ_b < R_b, связь σ-ε принимается линейной (соответствует закону Гука) и называется начальным (или мгновенным) модулем упругости E_b - tga = σ_b/ε_el. При σ_b > 0,3/R_b влияние пластических деформаций становится существенным и в расчетах используют средний модуль, или модуль упругопластичности, представляющий собой тангенс угла наклона секущей E_b,_Pl = tga = σ_b/ε_el.

где v = ε_l/ε_b — коэффициент, характеризующий упругопластичное состояние бетона при сжатии; он изменяется от 1 (при упругой работе) до 0,1 и зависит от величины напряжений и длительности нагрузки.

При осевом растяжении диаграмма σ-ε имеет тот же характер, что и при сжатий. Начальные модули упругости бетона при растяжении и сжатии отличаются незначительно и могут быть приняты одинаковыми. Тогда модуль упругопластичности бетона при растяжении

где v_t —коэффициент, характеризующий упругопластическое состояние бетона при растяжении. При σ_bt - R_bt по опытным данным v_t = 0,5.

При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Эти деформации интенсивно нарастают в первые 3—4 месяца, затем их рост постепенно замедляется и прекращается через несколько лет.

Нарастание неупругих деформаций во времени при длительном действии нагрузки или напряжений (температурных, влажностных и т. п.) называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3-4 раза превышать упругие деформации. Деформации ползучести бетона и скорость их нарастания во времени зависят от очень многих факторов. Так, с ростом напряжений ползучесть бетона увеличивается; загруженный в раннем возрасте бетон характеризуется большей ползучестью, чем старый бетон. Ползучесть бетона в сухой среде значительно больше, чем во влажной. На ползучесть бетона также влияют технологические факторы: увеличение количества цемента и В/Ц, применение цементов низких марок повышают ползучесть; хорошо фракционированный заполнитель, тщательное уплотнение бетонной смеси уменьшают деформации ползучести.

Различают ползучесть линейную и нелинейную. Линейная ползучесть возможна при σ_b < 0,5R_b, когда увеличение деформаций примерно пропорционально увеличению напряжений (рис. ниже, кривая 1). При напряжениях σ_b > 0,5R_b в бетоне появляются микротрещины, начинаются ускоренное нарастание неупругих деформаций и нелинейная ползучесть (рис. ниже, кривая 2). Так как граница между этими двумя видами ползучести (граница развития микротрещин) выше напряжений при эксплуатационных нагрузках, наибольшее практическое значение имеет линейная ползучесть.

Деформации ползучести бетона

Для количественной оценки деформаций ползучести пользуются величинами: характеристика ползучести φ_t и мера ползучести С_(t);

где ε_pl(t) —деформация ползучести к моменту времени t; ε_el —упругая деформация в момент загружения (рис. ниже, t = 0); σ_b— длительно действующие напряжения.

При многократно повторяющейся нагрузке происходит постепенное накопление неупругих деформаций. После определенного числа циклов загружения и разгрузки неупругие деформации выбираются, и бетон начинает работать упруго. Такой характер деформирования наблюдается при напряжениях, не превышающих предела выносливости. При большем значении напряжений после некоторого числа циклов неупругие деформации начинают неограниченно расти и происходит разрушение образца, т. е. наступает усталость бетона.

Предельные деформации бетона. Предельными называют деформации бетона перед его разрушением. Различают предельную сжимаемость ε_bu и растяжимость ε_btu, которые зависят от прочности бетона, его состава и длительности приложения нагрузки.

С увеличением прочности бетона они уменьшаются, а с ростом длительности нагрузки увеличиваются. По данным опытов, предельная сжимаемость бетона ε_bu = (0,8—З)10 -3 . В расчетах принимают ε_bu = 2 · 10 -3 , а при длительном действии нагрузки ε_bul = 2,5 · 10 -3 .

Предельная растяжимость бетона в 10-20 раз меньше предельной сжимаемости и в среднем принимают ε_btu = 1,5 · 10 -3 . Величину ε_btu можно определять в зависимости от прочности бетона при растяжении с учетом модуля упругопластичности бетона (см. формулу выше):

Предельная растяжимость бетона существенно влияет на сопротивление образованию трещин в растянутых зонах железобетонных конструкций.

Температурные и влажностные деформации бетона. Температурные деформации бетона неизбежны в массивных гидротехнических сооружениях при их бетонировании. Твердение бетона сопровождается выделением теплоты (экзотермический разогрев) и при последующем неравномерном остывании конструкции появляются значительные температурные деформации. Они возникают также в сооружениях, подверженных атмосферным воздействиям или изменениям технологических температур. Температурные деформации при ограничении перемещений конструкций (статически неопределимые) или при неравномерном их распределении по объему (в массивных сооружениях) вызывают растягивающие напряжения, которые могут привести к появлению трещин. Для расчета температурных деформаций и напряжений пользуются коэффициентом линейного расширения бетона, величина которого, по опытным данным, при температуре от -50 до +50 °С в среднем составляет 1-10 -5 1/град.

Влажностные деформации бетона вызваны его свойством: уменьшаться в объеме при твердении в воздушной среде (усадка) и увеличиваться в объеме при увлажнении (набухание). Усадку бетона можно представить как сумму деформаций двух видов: собственно усадки и влажностной усадки.

Собственно усадка происходит в результате уменьшения истинного объема системы цемент — вода в процессе гидратации цемента и необратима. Влажностная усадка связана с испарением свободной влаги в бетоне; она частично обратима: при твердении на воздухе происходит усадка бетона, а при достаточном притоке влаги — набухание. Деформации влажностной усадки бетона в 10-20 раз больше деформаций собственно усадки.

Усадка бетона происходит наиболее интенсивно в начальный период твердения и в течение первого года. В дальнейшем она постепенно затухает. Величина и скорость усадки зависят от влажности окружающей среды (чем меньше влажность, тем больше усадочные деформации и выше скорость их роста), вида цемента, состава бетона, способов его укладки и т. д. Неравномерное высыхание бетона по объему в массивных гидротехнических сооружениях приводит к неравномерной усадке. Открытые поверхностные слои бетона теряют влагу быстрее и усадка их больше, чем внутренних, более влажных зон. В результате такой неравномерности во внутренних слоях бетонного тела возникают сжимающие, а в наружных — растягивающие напряжения, приводящие к образованию поверхностных трещин.

Величина усадки (набухания) зависит от многих факторов и колеблется в широких пределах. По опытным данным средние деформации могут быть приняты равными: усадки — 2 · 10 -4 , набухания — 1 · 10 -4 . Уменьшение усадочных деформаций и напряжений в бетоне достигается как технологическими (уменьшение расхода цемента и отношения В/Ц, повышение плотности бетона, увлажнение открытых поверхностей и т. д.), так и конструктивными мерами, например, устройством усадочных швов, постановкой противоусадочной арматуры. Наиболее радикальным средством устранения усадки является применение безусадочных цементов.

В строительстве наибольшее применение получили обычные тяжелые бетоны плотностью 22-25 кН/м. Прочность бетона нарастает с течением времени. Наиболее быстрый ее рост происходит в начальный период твердения (28 суток для портландцемента, 90 суток для пуццоланового и шлакового портландцемента).

В зависимости от вида действующих нагрузок (сжатие, растяжение, изгиб, срез) бетон имеет различную прочность.

Кубиковая прочность R — это временное сопротивление сжатию бетонных кубов размером 150x150x150 мм.

Так как реальные конструкции но форме отличаются от куба, то при расчетах используется призменная прочность R_b, представляющая собой временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм с квадратным основанием а и высотой h.

При соотношении h/a > 4 призменная и кубиковая прочности связаны зависимостью

Прочность бетона при растяжении, связь призменной и кубико- вой прочности определяются эмпирической формулой

Прочность бетона на растяжение при изгибе R_btc вычисляется по обычной формуле изгиба, не учитывающей пластические деформации,

Среднее значение коэффициента изгиба

В действительности, для различных бетонов значение К_с колеблется в широких пределах. Прочность бетона при растяжении определяется по формуле

Otvety_po_ZhBK

Форма стандартных образцов бетона при определении его основной прочностной характеристики:

Размеры базовых (эталонных) образцов бетона при определении его призменной прочности:

призма 15х15х60 см

Размеры базовых (эталонных) образцов бетона при определении его кубиковой прочности:

15х15х15 см

Факторы, оказывающие влияние на значение кубиковой прочности бетона при испытании его стандартных образцов:

силы трения между опорными гранями образца и плитами пресса

Гибкостью образца-призмы бетона и влиянием сил трения пренебрегают при отношении его высоты к размеру поперечного сечения:

в пределах от 4 до 8

Начальный модуль упругости бетона равен тангенсу угла наклона к диаграмме «Напряжения-деформации»:

касательной в начале координат

Характер изменения кубиковой прочности бетона при увеличении размеров стандартных образцов:

с увеличением размеров бетонного куба прочность снижается

Возраст стандартных образцов бетона на обычном портландцементе при определении их прочности и начального модуля упругости:

Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов выполняется для следующих этапов:

изготовления, транспортирования, возведение, эксплуатации, при этом расчетные схемы

должны отвечать принятым конструктивным решениям

(Расчет по предельным состояниям конструкции производят для всех стадий: изготовление,

хранение, транспортирование, монтаж и эксплуатация.)

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в плитах и стенках толщиной до 100 мм должна составлять:

10 мм и не менее диаметра стержня или каната

Расчет по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления:

образование чрезмерного и продолжительного раскрытия трещин (если по условиям эксплуатации они допустимы);

чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворотов, углы перекоса и амплитуды колебаний).

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в плитах и стенках толщиной более 100 мм и балках должна составлять:

15 мм (в балках высотой до 250 мм)

Расчет по предельным состояниям первой группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления:

хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности);

потерю устойчивости конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций) или ее положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен, внецентренно нагруженных высоких фундаментов; расчет на всплытие заглубленных или подземных резервуаров и т.п.);

усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократно повторяющихся подвижных или пульсирующих нагрузок: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов или перекрытий под неуравновешенными машинами);

разрушение от совместного воздействия силовых факторов и неблагоприятных воздействий внешней среды (агрессивность среды, попеременное замораживание и оттаивание и т.п.).

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в монолитных фундаментах при наличии бетонной подготовки должна составлять:

Не менее диаметра стержня или каната и не менее 35 мм

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в колоннах должна составлять:

20 мм и не менее диаметра арматуры

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в монолитных фундаментах при наличии песчаной подготовки должна составлять:

Не менее диаметра стержня или каната и не менее 70 мм

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в сборных фундаментах должна составлять:

Не менее диаметра стержня или каната и не менее 30 мм

Размеры базового (эталонного) образца бетона при определении его кубиковой прочности:

15х15х15 см, ребро 150 мм

Нормируемые ГОСТ сроки выдержки стандартных образцов бетона перед испытаниями соответствуют времени:

Наиболее интенсивного набора бетоном прочности при его существенном последующем замедлении

Установить правильную последовательность порядка убывания значений прочности бетона на осевое сжатие:

Марка бетона;

Класс бетона;

Нормативное значение призменной прочности;

Среднее значение призменной прочности;

Расчетное сопротивление

Температура, при которой в условиях естественного твердения выдерживают стандартные образцы бетона перед испытаниями:

Влажность, при которой в условиях естественного твердения выдерживают стандартные образцы бетона перед испытаниями

от 90% до 100%

Отношение между начальными модулями упругости бетона при осевом сжатии и осевом растяжении:

численно равны

Отношение прочности бетона при осевом сжатии и осевом растяжении:

при сжатии в 10-20 раз больше, чем при растяжении

Установить правильную последовательность порядка убывания значений прочности бетона на осевое растяжение:

Среднее значение призменной прочности;

Класс бетона (нормативное значение призменной прочности)

Доверительная вероятность (надежность) назначения нормативных сопротивлений бетона осевому сжатию:

Форма стандартных образцов бетона при определении его прочности на осевое растяжение:

«восьмерка»; балка; цилиндр, испытываемый на скалывание

Доверительная вероятность (надежность) назначения нормативных сопротивлений бетона осевому растяжению:

Цель установки монтажной арматуры в ЖБК:

Обеспечение проектного положения продольной и поперечной арматуры при бетонировании

Равномерное распределение усилий между отдельными стержнями

Классы арматурной стали с явно выраженной площадкой текучести:

мягкие стали,

Классы А-I (A240), A-II (A300), A-III (A400)

Цель установки рабочей арматуры в ЖБК:

Восприятие усилий от эксплуатационных нагрузок

Восприятие усилий от монтажных нагрузок

Цель установки конструктивной арматуры в ЖБК:

Восприятие усилий от усадки бетона

Восприятие усилий от изменения температуры

Восприятие усилий от изменения местных напряжений (сосредоточенных сил)

Основная характеристика прочностных свойств арматуры:

предел текучести (работает на растяжение)

Установить соответствие между диаграммой работы арматурной стали и нормируемой величиной ее напряжений:

Мягкие арматурные стали с ярко выраженной площадкой текучести – физический предел текучести

Арматурные стали с неявно выраженной площадкой текучести – условный предел текучести

Арматурные стали с линейной зависимостью напряжения-деформации почти до разрыва – временное сопротивление разрыву

Доверительная вероятность (надежность) назначения нормативных сопротивлений арматуры осевому растяжению:

Относительная остаточная деформация, соответствующая условному пределу текучести гибкой стальной арматуры:

0,2%

Классы арматурной стали с неявно выраженной площадью текучести:

низколегированные, термически упрочненные стали,

классы А-IV (A600), A-V (A800), A-VI (A1000)

Классы арматурной стали с линейной зависимостью почти до разрыва:

высокопрочная проволока,

классы Вр-I (B500), Вр-II, Вр-II (Bp1200-Bp1500)

Установить соответствие между стадиями напряженно-деформированного состояния нормальных сечений изгибаемых элементов с ненапрягаемой арматурой и характером деформирования бетона их растянутой зоны:

Стадия I – упругая работа без трещин;

Стадия II – упруго-пластическая работа с трещинами;

Стадия III – работа с трещинами и значительными пластическими деформациями.

Установить соответствие между стадиями напряженно-деформированного состояния нормальных сечений изгибаемых элементов из обычного железобетона и характером деформирования их растянутой арматуры:

Стадия I - упругая работа, растягивающие усилия по всей длине воспринимают бетон и арматура совместно;

Стадия II – упруго-пластическая работа, напряжения не достигают физического или условного предела текучести;

Стадия III – работа со значительными пластическими деформациями, напряжения достигают или не достигают предела текучести в зависимости от характера армирования растянутой зоны.

Коэффициенты надежности по бетону и арматуре учитывают:

Возможные отклонения нормативных сопротивлений в неблагоприятную сторону;

Изменчивость площади сечения арматуры;

Изменчивость нагрузок в неблагоприятную сторону;

Возможность неблагоприятных сочетаний различных нагрузок

Отношение среднестатистических значений прочностных и деформативных характеристик диаграмм работы гибкой стальной арматуры при сжатии и растяжении:

Диаграмма сжатия имеет более низкие прочностные и деформативные характеристики, чем при растяжении

Стадия I – упругая работа;

Стадия II – упруго-пластическая работа, напряжения меньше предела прочности на сжатие;

Стадия III – значительные пластические деформации, напряжения достигают предела прочности на сжатие

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона характеризует предельное состояние:

По несущей способности, когда при разрушении сжатой зоны бетона напряжения в растянутой арматуре достигают расчетного сопротивления растяжению

Причиной образования нормальных трещин изгибаемых и внецентренно нагруженных железобетонных элементов является превышение:

силового воздействия на конструкции, так и в результате температурных и усадочных напряжений в бетоне

главными растягивающими напряжениями в зоне максимального изгибающего момента предела прочности бетона на растяжение

Стадия I - упругая работа, растягивающие усилия по всей длине воспринимают бетон и арматура совместно;

Стадия напряженно-деформированного состояния, положенная в основу расчета прочности железобетонных элементов по нормальному сечению:

стадия III

Предпосылки, используемые для расчета прочности изгибаемых и внецентренно нагруженных элементов по нормальному сечению:

напряжения в сжатой и растянутой арматуре принимаются в зависимости от высоты сжатой зоны бетона с учетом предварительного напряжения, но не более расетных сопротивлений сжатию и растяжению

работа растянутого бетона не учитывается

в сжатой зоне бетона принимается треугольная эпюра напряжений

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

7. Модуль деформации бетона и мера ползучести

Для расчёта железобетонных конструкций используют модуль упругопластичности (секущий модуль) бетона при сжатии – это величина, соответствующая тангенсу угла наклона секущей, проходящей через начало координат и точку на диаграмме полных деформаций (рис.2.11).

Рис. 2.11. Схема для определения модулей деформаций в бетоне

Если выразить одно и то же напряжение через упругие деформации и полные деформации , то получим

Коэффициент пластичности бетона равен

Коэффициент упругопластической деформации бетона равен

Используя (2.11) и (2.12) получим зависимость между секущим и начальным модулями (2.14)

Коэффициент упругопластической деформации можно выразить через коэффициент пластичности:

Для идеально упругого материала пластические деформации малы, т.е. .

Для идеально пластического материала упругие деформации малы, т.е. .

Зависимость между напряжениями и деформациями ползучести выражаются мерой ползучести . Используя формулы (2.11), (2.12), (2.14), получим:

Мера ползучести зависит от класса бетона и его начального модуля деформаций. Мера ползучести – это удельная деформация ползучести.

8. Реологические свойства бетона

Усадка – это уменьшение бетона в объеме при твердении в обычной (воздушной) среде (рис.2.12).

Рис. 2.12. Усадка бетона

1 – фрагмент бетонной балки; 2, 3 – продольные и поперечные усадочные трещины; 4 – наружний (высохший) слой; 5 – внутренний слой;

6 – растягивающие напряжения

Образование усадочных трещин обуславливается интенсивным уменьшением объема наружных слоев элемента, в то время как внутренний слой не успевает сократиться в объеме. Это вызывает в еще неокрепшем наружном слое собственные растягивающие напряжения, вследствие чего на поверхности бетона могут появиться многочисленные усадочные трещины.

Отрицательное влияние усадочных напряжений учитывают косвенно конструктивной арматурой и устройством усадочных швов.

Размеры усадки бетона и изменение ее во времени зависят от многих факторов:

с увеличением цемента на единицу объема возрастает усадка;

с увеличением водоцементного отношения (В/Ц) усадка увеличивается;

чем выше влажность при твердении бетона, тем больше усадка и т.д.

Набольшее влияние усадка оказывает в начальный период твердения, т.к. с течением времени уменьшается влажностный градиент по мере высыхания бетона, и растут кристаллические сростки, оказывающие сопротивление усадочным напряжениям.

Набухание – это увеличение бетона в объеме при твердении его в воде.

Процесс набухания бетона намного быстрее усадки. При набухании проникновение воды начинается с поверхности бетона, поэтому объем наружных слоев увеличивается, в то время как объем внутренних слоев увеличиться не успевает. Это вызывает в наружном слое бетона неопасные сжимающие напряжения, которые не учитываются при расчете железобетонных конструкций.

Ползучесть – это свойство бетона, характеризующее нарастание неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях.

Деформации ползучести бетона обусловлены его структурными несовершенствами. Абсолютная величина деформаций ползучести зависит от возраста, прочности бетона и его составляющих компонентов, влажности среды.

Ползучесть уменьшается по мере старения бетона, увеличения его прочности, уменьшения водоцементного отношения (В/Ц), увеличения влажности окружающей среды. Скорость деформаций ползучести бетона со временем затухает, асимптотически приближаясь к нулевому значению.

Если бетонному образцу задать некоторую деформацию обусловливающую соответствующее напряжение , а затем устранить возможность дальнейшего деформирования наложением связей, то с течением времени напряжения в бетоне будут уменьшаться, стремясь асимптотически к некоторой конечной величине.

Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения было получено напряжение , конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми (рис.2.13).

Рис. 2.13. Деформации ползучести бетона в зависимости от скорости

Модуль деформации бетона. Начальный модуль упругости бетона. Модуль полных деформаций. Модуль упругопластичности бетона

Начальный модуль упругости бетона – отношение напряжений в бетоне к деформациям, вызванным данными напряжениями при напряжениях близких к нулю или столь быстром загружении, что пластические деформации не успевают проявиться в заметной мере. Геометрически начальный модуль упругости бетона определяется по диаграмме как арктангенс угла наклона касательной к оси абсцисс в точке с координатами (0;0).

Модуль полных деформаций – отношение напряжений в бетоне к полным деформациям (сумме упругих и пластических деформаций) вызванных данным напряжением. Геометрически модуль полных деформаций определяется по диаграмме как арктангенс наклона секущей к оси абсцисс в любой точке диаграммы.

Модуль упругопластичности бетона – отношение приращений напряжений в бетоне к приращению деформаций, вызванных данным изменением напряжений. Геометрически начальный модуль упругости бетона определяется по диаграмме как арктангенс угла наклона касательной к оси абсцисс в любой точке диаграммы. Примечательно, что в отличие от начального модуля упругости и модуля полных деформаций, данный модуль упругопластичности бетона может быть и отрицательной величиной (на ниспадающей ветви диаграммы).

Читайте также: