Определение напряжения в бетоне

Обновлено: 13.05.2024

В ведение

Настоящий Свод правил разработан в развитие СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

Свод правил содержит рекомендации по расчету и проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений из тяжелого бетона, которые обеспечивают выполнение обязательных требований СНиП 52-01-2003.

Решение вопроса о применении Свода правил при проектировании предварительно напряженных 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.

В Своде правил не приведены особенности расчета и проектирования предварительно напряженных конструкций, подвергаемых циклическим и динамическим воздействиям, воздействиям высоких температур и агрессивных сред. Эти особенности, а также более детальные положения по расчету линейных железобетонных систем и плоских и пространственных железобетонных конструкций освещены в соответствующих сводах правил.

Настоящий Свод правил следует применять совместно с СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры».

Единицы физических величин, приведенные в Своде правил: сила выражена 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 доктора технических наук А.С. Залесов, А.И. Звездов, ТА. Мухамедиев, Е.АЛистяков (ГУП «НИИЖБ» Госстроя России).

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕКОНСТРУКЦИИ

PRESTRESSED CONCRETE STRUCTURES

1 о бщие указания

1.1 Основные положения

1.1.1 Рекомендации настоящего Свода правил (СП) распространяются на проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений, выполненных из тяжелого бетона классов по прочности на сжатие от В20 до В60 с натяжением арматуры до твердения бетона (на упоры) и эксплуатируемых в климатических условиях России, в среде с неагрессивной степенью воздействия, при статическом действии нагрузки.

Рекомендации СП не распространяются на проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, мостов, покрытий автомобильных дорог и аэродромов и других специальных сооружений.

1.1.2 Предварительно напряженные 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 СП. 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.

1.2 Основные расчетные требования

1.2.1 Расчеты предварительно напряженных 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.

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

1.2.2 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.

1.2.3 Расчеты предварительно напряженных 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.

1.2.4 При проектировании предварительно напряженных 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.

1.2.5 При расчете элементов сборных конструкций на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от всех 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 коэффициентов динамичности, но не ниже 1,25.

2 м атериалы для предварительно напряженных железобетонных конструкций

2.1 Бетон

2.1.1 Показатели качества бетона и их применение при проектировании

2.1.1.1 Для предварительно напряженных железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего СП, следует предусматривать конструкционный тяжелый бетон средней плотности от 2200 кг/м 3 до 2500 кг/м 3 включительно.

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

а) класс по прочности на сжатие В;

б) класс по прочности на осевое растяжение Bt (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 Bt отвечают значению гарантированной прочности бетона (МПа) с обеспеченностью 0,95.

2.1.1.3 Для предварительно напряженных железобетонных конструкций следует предусматривать бетоны следующих классов и марок:

а) классов по прочности на сжатие:

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: W 2; W 4; W 6; W 8; W 10; W 12.

2.1.1.4 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 суток.

2.1.1.5 Для предварительно напряженных конструкций рекомендуется применять класс бетона по прочности на сжатие в зависимости от класса напрягаемой арматуры, но не ниже В20.

Передаточную прочность бетона Rbp (прочность бетона к моменту его обжатия, контролируемая аналогично классу бетона по прочности на сжатие) следует назначать не менее 15 МПа и не менее 50 % принятого класса бетона по прочности на сжатие.

2.1.1.6 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 F 75, 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.

2.1.1.7 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.

В остальных случаях требуемые марки бетона по водонепроницаемости устанавливают по специальным указаниям.

2.1.2 Нормативные и расчетные значения характеристик бетона

Нормативные значения прочностных характеристик, бетона

2.1.2.1 Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные значения:

- сопротивления бетона осевому сжатию Rb , n ;

- сопротивления бетона осевому растяжению Rbt , n .

Нормативные значения сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) и осевому растяжению (при назначении класса бетона по прочности на сжатие) принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие В согласно таблице 1.

При назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение Bt нормативные значения сопротивления бетона осевому растяжению Rbt , n принимают равными числовой характеристике класса бетона на осевое растяжение.

Расчетные значения прочностных характеристик бетона

2.1.2.2 Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию Rb и осевому растяже нию Rbt определяют по формулам:

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

1,0 - для предельных состояний по эксп луатационной пригодности (вторая группа).

1,5 - для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бето на по прочности на сжатие;

1,3 - для предельных состояний по несу щей способности при назначении класса бето на по прочности на осевое растяжение;

1,0 - для предельных состояний по эксп луатационной пригодности.

Расчетные значения сопротивления бетона Rb , Rbt , Rb , ser , Rbt , ser ( c округлением) в зависимос ти от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены: для предельных состояний первой группы в таблицах 2 и 3, вто рой группы - в таблице 1.

Нормативные значения сопротивления бетона Rb , n и Rbt , n и расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний второй группы Rb , ser и Rbt , ser , МПа, при классе бетона по прочности на сжатие

Сжатие осевое (призменная прочность)

Расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rbt , МПа, при классе бетона по прочности на сжатие

Сжатие осевое (призменная прочность) Rb

Растяжение осевое Rbt

Расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rbt МПа, при классе бетона по прочности на осевое растяжение

Растяжение осевое Rbl

Деформационные характеристики бетона

2.1.2.4 Основными деформационными характеристиками бетона являются значения:

- начального модуля упругости Е b ;

2.1.2.5 Значения предельных относительных деформаций бетона принимают равными:

при непродолжительном действии нагрузки

при продолжительном действии нагрузки - по таблице 6 в зависимости от относительной влажности окружающей среды.

2.1.2.6 Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие В согласно таблице 4.

Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении Е b , МПа·10 -3 , при классе бетона по прочности на сжатие

При продолжительном действии нагрузки значения начального модуля деформаций бетона определяют по формуле

Относительная влажность воздуха окружающей среды, %

Примечание - Относительную влажность воздуха окружающей среды принимают по СНиП 23-01 как среднюю месячную относительную влажность наиболее теплого месяца для района строительства.

Диаграммы состояния бетона

2.1.2.10 В качестве расчетных диаграмм со стояния бетона, определяющих связь между напряжениями и относительными деформаци ями, принимают трех- и двухлинейную диаг раммы (рисунок 1).

Диаграммы состояния бетона используют при расчете железобетонных элементов по не линейной деформационной модели.


а – трехлинейная; б – двухлинейная

Рисунок 1 – Диаграммы состояния сжатого бетона

при продолжительном действии нагрузки - по таблице 6.

Относительная влажность воздуха окружающей среды, %

Относительные деформации бетона при продолжительном действии нагрузки

Примечание — Относительную влажность воздуха окружающей среды принимают по СНиП 23-01 как среднюю месячную относительную влажность наиболее теплого месяца для района строительства.

Значения приведенного модуля деформации бетона Е b , red принимают:

- при продолжительном действии нагрузки - по таблице 6.

2.1.2.14 При расчете прочности железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели для определения напряженно-деформированного состояния сжатой зоны бетона используют диаграммы состояния сжатого бетона, приведенные в пп. 2.1.2.11 и 2.1.2.12, с деформационными характеристиками, отвечающими непродолжительному действию нагрузки. При этом в качестве наиболее простой используют двухлинейную диаграмму состояния бетона.

2.1.2.15 При расчете образования трещин в железобетонных конструкциях по нелинейной деформационной модели для определения напряженно-деформированного состояния сжатого и растянутого бетона используют трехлинейную диаграмму состояния бетона, приведенную в пп. 2.1.2.11 и 2.1.2.13, с деформационными характеристиками, отвечающими непродолжительному действию нагрузки. Двухлинейную диаграмму ( пп. 2.1.2.12, 2.1.2.13) как наиболее простую используют для определения напряженно-деформированного состояния растянутого бетона при упругой работе сжатого бетона.

2.1.2.16 При расчете деформаций железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели при отсутствии трещин для определения напряженно-деформированного состояния в сжатом и растянутом бетоне используют трехлинейную диаграмму состояния бетона с учетом непродолжительного и продолжительного действия нагрузки. При наличии трещин для определения напряженно-деформированного состояния сжатого бетона помимо указанной выше диаграммы используют, как наиболее простую, двухлинейную диаграмму состояния бетона с учетом непродолжительного и продолжительного действия нагрузки.

2.1.2.17 При расчете раскрытия нормальных трещин по нелинейной деформационной модели для определения напряженно-деформированного состояния в сжатом бетоне используют диаграммы состояния, приведенные в пп. 2.1.2.11 и 2.1.2.12, с учетом непродолжительного действия нагрузки. При этом в качестве наиболее простой используют двухлинейную диаграмму состояния бетона.

2.2 Арматура

2.2.1 Показатели качества арматуры

2.2.1.1 Для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций следует применять отвечающую требованиям соответствующих государственных стандартов или утвержденных в установленном порядке технических условий арматуру следующих видов:

- горячекатаную гладкую и периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профили) диаметром 6 - 40 мм;

- термомеханически упрочненную периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профили) диаметром 6 - 40 мм;

- холоднодеформированную периодического профиля диаметром 3 - 12 мм;

- арматурные канаты диаметром 6 - 15 мм.

2.2.1.2 Основным показателем качества арматуры, устанавливаемым при проектировании, является класс арматуры по прочности на растяжение, обозначаемый:

А - для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры;

Вр - для высокопрочной холоднодсформированной арматуры периодического профиля;

К - для арматурных канатов.

Классы арматуры по прочности на растяжение отвечают гарантированному значению предела текучести, физического или условного (равного значению напряжений, соответствующих остаточному относительному удлинению 0,2 %), с обеспеченностью не менее 0,95, определяемому по соответствующим стандартам.

Кроме того, в необходимых случаях к арматуре предъявляют требования по дополни­тельным показателям качества: свариваемость, пластичность, хладостойкость и др.

2.2.1.3 Для железобетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего СП, следует предусматривать:

в качестве напрягаемой арматуры:

горячекатаную и термомеханически упрочненную периодического профиля классов А600 (А- IV ), А800 ( A - V ) и А1000 (А- VI );

холоднодеформированную периодического профиля классов от Вр1200 до Вр1500 (Вр- II );

канатную 7- и 19-проволочную классов К1400, К1500 (К-7, К-19);

в качестве ненапрягаемой арматуры:

горячекатаную гладкую класса А 240 (А-1);

- горячекатаную, термомеханически упрочненную и холоднодеформированную периодического профиля классов А300 (А- II ), А400 (А- III ), А500 (А500С), В500 ( Bp - I , B 500 C ).

2.2.1.4 При выборе вида и марок стали для арматуры, устанавливаемой по расчету, а также прокатных сталей для закладных деталей следует учитывать температурные условия эксплуатации конструкций и характер их нагружения.

В конструкциях, эксплуатируемых при статической нагрузке в отапливаемых зданиях, а также на открытом воздухе и в неотапливаемых зданиях при расчетной температуре минус 40 °С и выше, может быть применена арматура всех вышеуказанных классов, за исключением арматуры класса А600 марки стали 80С (диаметром 10 - 18 мм), класса А300 марки стали Ст5пс (диаметром 18 - 40 мм) и класса А240 марки стали Ст3кп, которые применяют при расчетной температуре минус 30 °С и выше.

При других условиях эксплуатации класс арматуры и марку стали принимают по специальным указаниям.

При проектировании зоны передачи предварительного напряжения, анкеровки арматуры в бетоне и соединений арматуры внахлестку (без сварки) следует учитывать характер поверхности арматуры.

При проектировании сварных соединений арматуры следует учитывать способ изготовления арматуры ( ГОСТ 14098 ; РТМ 393 ).

2.2.1.5 Для монтажных (подъемных) петель элементов сборных железобетонных и бетонных конструкций следует применять горячекатаную арматурную сталь класса А240 марок Ст3сп и Ст3пс.

В случае если возможен монтаж конструкций при расчетной зимней температуре ниже минус 40 °С, для монтажных петель не допускается применять сталь марки Ст3пс.

2.2.2 Нормативные и расчетные значения характеристик арматуры

Нормативные значения прочностных характеристик арматуры

2.2.2.1 Основной прочностной характеристикой арматуры является нормативное значение сопротивления растяжению Rs , n , принимаемое в зависимости от класса арматуры по таблице 7.

Номинальный диаметр арматуры, мм

Нормативные значения сопротивления растяжению Rs , n и расчетные значения сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы Rs , ser , МПа

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях



Особенности проектирования предварительно напряженных железобетонных конструкций

Железобетонные конструкции, в которых в процессе изготовления создаются искусственные предварительные напряжения в бетоне и в арматуре, называют предварительно напряженными (или, сокращенно, преднапряженными). Предварительные напряжения в бетоне являются сжимающими, а в арматуре — растягивающими. В предварительно напряженном железобетоне бетон, плохо работающий на растяжение, путем искусственного напряжения работает в основном на сжатие. Переход к предварите тьно напряженным кон струкцням значительно расширил область применения железобетона за счет увеличения пролетов, уменьшения сечений, возможности широкого применения железобетона в растянутых и сложно напряженных элементах и конструкциях (трубы, резервуары, газгольдеры, плавучие доки, корпуса атомных реакторов и т. п.). Предварительное напряжение значительно у величи вает трещиностойкость конструкций и снижает их деформации, а также позволяет успешно использовать высокопрочные бетон и арматуру, применение которых в обычном железобетоне является малоэффективным.

Применение высокопрочных материалов позволяет существенно снизить материалоемкость железобетонных конструкций и добиться снижения их стоимости.

Способы создания предварительного напряжения. Существует два способа создания предварительных напряжений в арматуре - 1) натяжение на упоры и 2) натяжение на бетон. Способ натяжения на упоры является более индустриальным, и поэтому он стал основным в заводском производстве преднапряженных железобетонных конструкций. Арматуру при этом способе устанавливают в форме до бетонирования, один из ее концов закрепляют и домкратом (или другим приспособлением) натягивают другой конец до заданных напряжений (механическое натяжение). После того, как бетон уложат и он наберет определенную передаточную прочность, арматуру отпускают с упоров, вследствие чего напряжения с арматуры передаются на бетон (рис. 4.2, а,б), стремясь обжать его с напряжением. Можно воспользоваться и электронагревом (до 300. 400°С) арматурных стержней, снабженных заранее высаженными головками (электротермическое натяжение). После нагрева стержней их сразу же свободно укладывают в упоры, препятствующие укорочению стержней при остывании; в результате в остывших стержнях устанавливаются предварительные растягивающие напряжения.

Менее индустриальным способом является натяжение на бетон, применяющееся в основном для изготовления крупноразмерных конструкций из элементов заводского изготовления. При этом вначале изготовляют чисто бетонный или слабо армированный элемент (рис. 4.2, в): после достижения бетоном передаточной прочности, арматуру заводят в каналы, образованные еще при бетонировании с помощью специальных шлангов или труб. Затем арматуру напрягают домкратами, используя в качестве упоров сам бетонный элемент, после чего каналы для улучшения сцепления арматуры с бетоном инъецируют мелкозернистым бетоном под давлением 0,5. 0,6 МПа.

Размещение напрягаемой арматуры в элементах должно соответствовать характеру внешних усилий. В центрально-растянутых элементах напрягаемую арматуру размещают равномерно по сечению, чтобы равнодействующая усилий обжатия была приложена в центре сечения. Изгибаемые элементы проектируют так, чтобы сечение имело по возможности развитую сжатую и растянутую зоны бетона (тавровые, двутавровые, коробчатые сечения); прн этом основную напрягаемую арматуру располагают в растянутой зоне. Напрягаемая арматура обычно требуется для обеспечения трещиностойкости верхней зоны, которая при изготовлении может оказаться растянутой. Если в изгибаемом элементе действуют значительные поперечные силы, то на приопорных участках можно подвергнуть предварительному напряжению и поперечную арматуру (хомуты); возникающее при этом двухосное предварительное напряжение существенно увеличивает трещиностойкоеть наклонных сечений балки.

Помимо напрягаемой арматуры обычно устанавливают обычную (ненапрягаемую) арматуру, из условия прочности элемента в процессе изготовления, транспортировки и монтажа; при этом ненапрягаемую арматуру располагают ближе к наружной поверхности элеменга.


Материалы для преднапряженных конструкций. В качестве материалов для преднапряженных конструкций применяют бетон классов, как правило, не ниже B20. B30 (в зависимости от класса арматуры, СНиП 2.03.01 — 84. табл. 8), стержневую арматуру периодического профиля классов A-IV, Ат-IV, A-V, Ат-V, A-VI, Ат-Vl, проволочную классов В-ll, Вр-11 и арматурные канаты классов К-7, К-19. При длине элементов более 12 м применяют преимущественно проволочную арматуру и арматурные канаты. По возможности следует применять арматуру с более высокими прочностными характеристиками.

Величина предварительного напряжения в арматуре. Исходным понятием, характеризующим величину предварительного растягивающего (или сжимающего) напряжения в арматуре и не зависящим от способа создания напряжений, является напряжение, действующее соответственно в арматуре до начала обжатия элемента (при натяжении арматуры на упоры) или при снижении до нуля имевшихся напряжений в бетоне (при натяжении арматуры на бетон). Последнее снижение (во всем сечении или только на уровне рассматриваемой арматуры) может вызываться воздействием на элемент внешних фактических или условных сил. Напряженное состояние сечения при указанных выше напряжениях арматуры и нулевом напряжении в бетоне принимают за исходное, используемое для вывода расчетных формул и для формулировки расчетных условий, в том числе для назначения величин предварительного напряжения арматуры и бетона.

С одной стороны, величина предварительного напряжения в арматуре, контролируемого при изготовлении преднапряженных конструкций, не должна быть слишком низкой, иначе эффект предварительного напряжения будет со временем утрачен вследствие неизбежных потерь этого напряжения. С другой стороны, величина предварительного напряжения не должна быть слишком высокой, иначе возникнет опасность развития остаточных деформаций в арматуре или даже ее разрыва (в случае высокопрочной проволоки). Поэтому величина предварительного напряжения арматуры, (соответствующего нулевым напряжениям в бетоне) принимается ограниченной и снизу, и сверху:


В пределах указанных ограничений целесообразно величину предварительного напряжения выбирать по возможности наибольшей. Выбрав osp, назначают величины начального контролируемого предварительного напряжения. Их назначают таким образом, чтобы конструкции с различными способами натяжения (на упоры и на бетон) работали в одинаковых условиях и могли быть рассчитаны по единой методике.

Напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия. Эффективное использование преимуществ предварительного напряжения зависит не только от правильно назначенного предварительного напряжения арматуры, но и от соответствующих напряжений обжатия, действущих в бетоне. В частности, чрезмерного обжатия приходится избегать в конструкциях, работающих преимущественно на сжатие. В этих условиях предварительное обжатие бетона может повышаться за счет напряжений от внешней эксплуатационной нагрузки, при этом возможно значительное увеличение ползучести бетона, его микро- и даже макроразрушения. Если же созданное предварительное напряжение обжатия бетона уменьшается или по крайней мере не растет при действии внешних нагрузок, величина этого обжатия может назначаться более высокой (табл. 4.1). Для конструкций с натяжением арматуры на бетон допустимые напряжения обжатия приняты сниженными по сравнению со случаем натяжения на упоры. Это снижение обусловлено главным образом тем, что при натяжении на бетон потери от быстронатекающих деформаций ползучести в процессе обжатия бетона сразу же компенсируются дополнительным обжатием. В этих условиях фактические напряжения обжатия могут оказаться в стадии эксплуатации более высокими по сравнению с аналогичными условиями при натяжении на упоры.

Потери предварительного напряжения в процессе изготовления и с течением времени. Искусственно созданные предварительные напряжения в бетоне и арматуре не остаются постоянными, особенно вскоре после их создания. Характер изменения напряжений зависит от ряда причин, предопределяемых свойствами примененных материалов, условиями изготовления конструкций, влиянием окружающей среды и др. При проектировании предварительно напряженных конструкций необходимо заранее предусмотреть возможность изменения напряжений в бетоне и арматуре.

В нормах приведено 11 видов потерь. Однако одновременное проявление всех видов потерь обычно на практике не встречается, и при проектировании учитываются только те потери, которые обусловлены принятым способом изготовления конструкции, ее видом, свойствами примененных в данном случае материалов, температурой и влажностью окружающей среды и т.п. В целях обеспечения унифицированного учета, все потери подразделяются на первые потери при изготовлении элемента и обжатии бетона, и вторые потери после обжатия бетона (табл. 4.2, 4.4). Если вычисленные потери оказываются отрицательными, их принимают равными нулю. Суммарные потери принимаются не менее 100 МПа.


Определение напряжений в бетоне и арматуре. В процессе проектирования предварительно напряженных конструкций необходимо оценивать влияние предварительного напряжения и внешней нагрузки на работу конструкции в различное время, начиная с момента ее изготовления и до достижения ею расчетного предельного состояния. В частности, следует определить: наибольшее сжимающее напряжение в бетоне в стадии обжатия, чтобы предупредить повреждение или разрушение бетона; сжимающее напряжение в бетоне на уровне продольной арматуры для вычисления потерь от ползучести; контролируемое предварительное напряжение в арматуре при ее натяжении на бетон и др. Во всех подобных случаях напряжения определяют по правилам расчета упругих материалов; при этом рассматривают приведенное сечение, включающее сечение бетона с учетом ослабления его каналами, пазами и т. п., а также сечение всей продольной (напрягаемой и ненапрягаемой) арматуры.

Начальные модули упругости арматуры и тяжелого бетона при сжатии и растяжении приведены в СНиП 2.03.1— 84, табл. 18,29.


Напряжения в бетоне определяют при проверке контролируемых напряжений в арматуре предельных напряжений при обжатии, расчете потерь от быстронатекающей ползучести и от ползучести.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие содержит рекомендации по проектированию и расчету самонапряженных железобетонных конструкций, выполняемых из напрягающего бетона на напрягающем цементе (НЦ).

Разработано к СНиП 2.03.01-84 в части конкретизации требований к проектированию самонапряженных конструкций, расчетных характеристик напрягающего бетона, особенностей расчета этих конструкций, включая самонапряжение в зависимости от количества и характера расположения арматуры в конструкции, а также от деформаций элементов в процессе самонапряжения.

Расчет самонапряженных конструкций на все виды эксплуатационных воздействий по предельным состояниям первой и второй групп производится, как правило, в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84 как конструкций из тяжелого, в том числе мелкозернистого, и легкого бетонов и с учетом в необходимых случаях предварительного напряжения арматуры и бетона, а также их деформаций в результате самонапряжения, определяемых согласно положениям настоящего Пособия.

Расчет и проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций на основе напрягающего бетона рекомендуется производить в соответствии с «Пособием по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов» ЦНИИпромзданий и НИИЖБ Госстроя СССР с учетом расчетных характеристик напрягающего бетона, приведенных в настоящем Пособии.

В Пособии, как и в СНиП 2.03.01-84, приведены физические величины в единицах Международной системы единиц (СИ).

Пособие допускает использование прямого метода расчета, особенно при действии внешних сил и изгибающих моментов противоположных знаков, позволяющего сразу подбирать оптимальные (по расходу материалов, стоимости и другим показателям) сечения бетона и арматуры с обязательной проверкой их в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84.

Разработано НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук В.В. Михайлов, канд. техн. наук Л.И. Будагян ц ) и ЦНИИпромзданий Госстроя СССР (инж. И.К. Никити н ) с использованием работ д-ра техн. наук Г.И. Берд ичевского , кандидатов техн. наук С.Л. Литвер а и Л.А. Титовой, инженеров М.И. Бейлиной и А.Л. Чу шкина (НИИЖБ Госстроя СССР), д-ра техн. наук З.Н. Цилосани и канд. техн. наук Т.О. Силагадзе (Институт строительной механики и сейсмостойкости им. К.С. Завриева АН ГССР), кандидатов техн. наук В.Д. Будюка, О.С. Деха и А.А. Кондратчика (Брестский ИСИ Минвуза БССР), канд. техн. наук Е.Н. Щербакова (ЦНИИС Минтрансстроя), канд. техн. наук P . P. Юсупова (ТашЗНИИЭП Госгражданстроя).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Пособие распространяется на проектирование самонапряженных железобетонных конструкций, выполняемых из бетонов тяжелого, в том числе мелкозернистого, легкого марки по плотности не ниже D1400, естественного твердения или подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении и предназначенных для работы при систематическом воздействии температур не выше 50 и не ниже минус 70 °С.

Самонапряженные железобетонные конструкции - конструкции, предварительное напряжение которых создается в процессе твердения напрягающего бетона за счет его расширения и натяжения в результате этого находящейся в конструкции арматуры или возникает при иных видах стеснения деформаций расширения указанного бетона при его твердении (например, в стыках элементов конструкций, отверстиях и т.п.).

Примечан и е. Проектирование самонапряженных железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, мостов, транспортных тоннелей, труб под насыпями, покрытий автомобильных дорог и аэродромов, а также конструкций, выполняемых из особо тяжелого бетона и из бетона на специальных заполнителях, следует производить согласно требованиям соответствующих нормативных документов.

1.2. Самонапряженные железобетонные конструкции следует применять исходя из их технико-экономической эффективности в конкретных условиях строительства и с учетом следующих особенностей данных конструкций:

повышения трещиностойкости или уменьшения размеров сечений элементов за счет самонапряжения конструкций в результате расширения напрягающего бетона без применения дополнительных устройств, машин и механизмов (например, элементов, воспринимающих давление жидкостей или газов; конструкций, эксплуатируемых в грунте ниже уровня грунтовых вод; емкостных сооружений и стыков элементов этих сооружений; оболочек покрытий, безрулонных кровель и т.п.);

обеспечения повышенной водонепроницаемости конструкций при действии гидростатического давления без устройства гидроизоляции - за счет плотной структуры данного бетона;

увеличения расстояния между деформационными швами и сокращения их количества в протяженных сооружениях за счет самонапряжения и повышенной прочности данного бетона на осевое растяжение (например, в спортивных сооружениях).

Самонапряженные железобетонные конструкции целесообразно применять также в тех случаях, когда предварительное напряжение поперечной и косвенной арматуры выполнить другими способами трудоемко и технически сложно (например, в колоннах со спиральной арматурой в зданиях и сооружениях под большими нагрузками).

1.3. Самонапряженные железобетонные конструкции, указанные в п. 1.1, следует проектировать как железобетонные конструкции из тяжелого или легкого бетона в соответствии со СНиП 2.03.01-84 и с учетом рекомендаций настоящего Пособия.

1.4. Самонапряженные железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях агрессивной среды, необходимо проектировать с учетом дополнительных требований, предъявляемых СНиП по защите строительных конструкций от к оррозии к конструкциям из тяжелого и легкого бетонов.

При более высоком содержании сульфатов защитные слои конструкций следует выполнять с добавкой 1 - 2 % асбестового или базальтового волокна. В массивных сооружениях взамен этого целесообразно использовать плиты-оболочки, изготовленные с добавкой асбестового или базальтового волокна.

1. 5. При проектировании самонапряженных железобетонных конструкций следует учитывать требования соответствующих документов по технологии приготовления напрягающего бетона, а также особенности производства работ.

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ САМОНАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Для самонапряженных железобетонных конструкций рекомендуется предусматривать напрягающий бетон на напрягающем цементе НЦ-20 и НЦ-40, отвечающий требованиям соответствующих стандартов и технических условий, утвержденных в установленном порядке.

Допускается применять напрягающий бетон на НЦ-10 при условии обеспечения предусмотренных проектом марок по самонапряжению и водонепроницаемости.

2.2. Для самонапряженных конструкций необходимо предусматривать следующие классы и марки напрягающего бетона:

а) классы по прочности на сжатие - B 20; B25; B 30; B35; B 40; B45; B 50; B55; B 60; B70;

б) классы по прочности на осевое растяжение - B t 1,6; B t 2; B t 2,4; B t 2,8; Bt3,2; B t 3,6; B t 4; B t 4,4; B t 4 ,8;

в) марки по морозостойкости - F100; F150; F200; F 300; F400; F 500;

г) марки по самонапряжению - Sp0,6; Sp0,8; Sp1; Sp1,2; Sp1,5; Sp2; Sp2,5; Sp3; Sp4;

д) марка по водонепрони цаемости напрягающего бетона обеспечивается не ниже W12 и в проектах может не указываться.

Примечани я: 1. Классы бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение отвечают значению гарантированной прочности бетона в МПа, контролируемой на базовых образцах в установленные сроки, согласно государственным стандартам, с обеспеченностью 0,95.

3. Проектные марки бетона по самонапряжению выше Sp2 могут предусматриваться только при использовании и подтверждении обеспеченности объекта цементом НЦ- 40.

4. Проектные марки бетона по самонапряжению Sp2 и S p 4 при использовании цементов соответственно НЦ-20 и НЦ-40 рекомендуется назначать для конструкций, эксплуатируемых после их возведения во влажных условиях или в воде.

5. При выборе проектной марки бетона по самонапряжению рекомендуется учитывать положения пп. 3.4 и 4.6 настоящего Пособия.

2.3. Класс бетона по прочности на сжатие для самонапряженных конструкций в зависимости от вида и класса арматуры следует принимать не ниже указанного в табл. 8 СНиП 2.03.01-84.

2.4. Нормативные R bn и расчетны е Rb и Rb , ser сопротивления напрягающего бетона осевому сжатию в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие для предельных состояний соответственно первой и второй групп следует принимать как для тяжелого и мелкозернистого бетонов по табл. 12 и 13, а коэффициенты надежности и коэффициенты условий работы - соответственно по табл. 11 и 15, 16 СНиП 2.03.01-84.

2.5. Нормативные R btn и расчетные сопротивления напрягающего бетона осевому растяжению для предельных состояний первой R bt и второй R bt , ser групп, а также начальные модули упругости E b при сжатии и растяжении в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие приведены в табл. 1 .

При контроле класса напрягающего бетона по прочности на осевое растяжение нормативные и расчетные сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний второй группы R btn и Rbt , ser следует принимать равными его гарантированной прочности (классу) на осевое растяжение, а расчетные сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний первой группы R bt в зависимости от класса бетона по прочности на осевое растяжение - по табл. 2.

Примечан и е. При расчете тонкостенных конструкций допускается учитывать рост прочности напрягающего бетона на осевое растяжение после 28 сут на 30 и 40 % соответственно к 90-м и 180-м суткам. При этом в проекте должна быть указана необходимая прочность к моменту загружения конструкции.

2.6. Расчетные сопротивления напрягающего бетона для предельных состояний первой группы, приведенные в табл. 1 и 2, в соответствующих случаях следует умножать на коэффициенты условий работы согласно табл. 15 - 17 СНиП 2.03.01-84.

Нормативные сопротивления бетона Rbtn, расчетные сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний первой Rbt и второй Rbt,ser групп и начальные модули упругости Еb · 10 - 3 при сжатии и осевом растяжении для напрягающего бетона классов по прочности на сжатие

Расчет по наклонным сечениям в СП 63.13330.2012

Подниму вопрос. Очень неоднозначный пункт норм. Из переписки со SCADSoft'ом - покачто они принимают сигма_ср как N/A. Это дает в колоннах, где должна ставиться продольная арматура на сжатие, сигма_ср/Rb > 1, а значит коэффициент фи по экстраполяции вообще должен уйти в минус. Программно в Арбате это выливается в огромный коэффициент использования по бетонной полосе, а в SCAD'е - в "непроходящие" по Q элементы. Как реализован пункт в остальных программных комплексах не знаю.

Через месяц СП 63 становится обязательным вместе с этим пунктом. Необходимо срочно что-то придумывать, товарищи! Проектировать все сжатые элементы так, чтоб сжатие воспринималось только бетоном - несколько неэкономично, а порой и невозможно.

Может быть, нужно написать коллективное письмо с просьбой разъяснений в НИИЖБ?

Читайте также: