Определение напряжения в бетоне

Обновлено: 30.04.2024

При натяжении на упоры применяют стержневую арматуру, высокопрочную проволоку и арматурные канаты; при натяжении на бетон – преимущественно высокопрочную проволоку и арматурные канаты. Арматурные канаты и проволоку небольшого диаметра можно натягивать на упоры форм или бетон непрерывной намоткой.

Натяжение на упоры применяют в заводских условиях. Натяжение на бетон более трудоемко. Поэтому раньше этот вид натяжения применялся редко, только в случаях, когда изготовляли монолитные конструкции или уникальные конструкции больших размеров, в основном в транспортном строительстве. В настоящее время натяжение на бетон получило распространение. Существует опыт в применении натяжения стержневой арматуры на бетон.

Помимо трех способов натяжения арматуры распространен также физико-механический способ натяжения, т.е. самонапряжение, при котором используется свойство бетонов, изготовленных на расширяющемся цементе. При расширении бетона в процессе твердения арматура удлиняется, и таким образом, создается предварительное напряжение. Такой способ технологически прост в применении.

Существуют оригинальные решения использования преднапряженных конструкций.

Применение напрягаемой арматуры с натяжением на бетон позволяет уменьшить прогибы и исключить появление трещин, максимально использовать прочностные свойства высокопрочных сталей, увеличить шаг колонн, т.е. пролет плит, и увеличить нагрузку на перекрытия.

В качестве оригинального решения применения напрягаемой арматуры в монолитном строительстве может быть решение перекрытия с полосовым расположением напрягаемой арматуры по линиям колонн. Обычно напрягаемая арматура в плитах располагается равномерно (с определенным шагом) в виде пучков или канатов по ширине плит. Плиты, расположенные между полосами напрягаемой арматуры, армируются обычной ненапрягаемой арматурой в виде сварных сеток, располагаемых в нижней зоне плит. В надколонных зонах и в зонах расположения полосовой напрягаемой арматуры ненапрягаемая арматура размещается в верхней зоне перпендикулярно к напрягаемой. Криволинейное очертание напрягаемой арматуры над колонной принимается таким, чтобы равнодействующая усилий от арматуры, идущая вниз, направлялась прямо противоположно действию реактивных сил в колонне, которые могут вызвать образование конуса продавливания в плите.



При проектировании таких безбалочных перекрытий рассматривают два основных предельных состояния: разрушение от действия изгибающих моментов по нормальным сечениям и разрушение от продавливания плиты над колонной. Проверка прочности сечений от действия момента ведется раздельно для сечений, где ее нет. Данные проведенных испытаний показали, что в плитах разрушение никогда не происходит от раздавливания бетона сжатой зоны, т.о. доказывая правомерность того, что в сжатой зоне в работу вовлекается большая ширина плиты.

Вертикальная составляющая от напрягаемой арматуры, расположенной над колонной, прямо пропорциональна подъему арматуры над колонной по сравнению с ее уровнем в середине пролета плит. Усилия определяют с учетом потери преднапряжения из-за трения в каналах от перегиба арматуры, усадки и ползучести бетона.


При действии на перекрытие эксплуатационных нагрузок проверке подвергается только трещиностойкость бетона и ширина раскрытия трещин. При этом раздельно рассматривают зоны, где имеется преднапряженная арматура, и зоны, где ее нет. Процент армирования напрягаемой арматуры в середине пролета плит, равный 0,1%, является наиболее оптимальным с точки зрения требований к трещиностойкости и жесткости.


Также для монолитных перекрытий возможно применение преднапряженной канатной арматуры, причем 50% от общего количества арматуры располагается в надколонных полосах, а остальная ее часть равномерно распределяется по пролетной части. Идущие во взаимно перпендикулярных направлениях канаты располагают в двух плоскостях по высоте сечения, но также возможно пересечение в четырех уровнях при большой насыщенности арматуры. Для обеспечения проектного расположения канатов по высоте сечения и придания им криволинейного очертания в зоне над колоннами применяют подставки, сваренные из стержневой арматуры.


Расчетные подходы

При расчете предварительно напряженных элементов в расчетные формулы вводят предварительно растягивающие напряжения напрягаемой арматуры , действующие до обжатия элемента либо при снижении до нуля напряжений в бетоне. Такое снижение напряжений (во всем сечении или только на уровне растянутой арматуры) может вызываться воздействием на элемент внешних фактических или условных сил. При указанных напряжениях напрягаемой арматуры и нулевом напряжении бетона всего поперечного сечения состояние этого сечения принимают за исходное.

Значения предварительного напряжения принимают с учетом механических свойств арматурной стали, при этом они не должны быть выше вполне определенных регламентируемых нормами значений, т.к. появление пластических деформаций сопровождается необратимыми потерями напряжений, соответствующими остаточным деформациям арматуры.

Значения предварительного напряжения напрягаемой арматуры , создаваемые в ней, или способные возникнуть в процессе ее натяжения, назначают таким образом, чтобы выполнялись условия:

где растягивающее напряжение напрягаемой арматуры

допустимые отклонения предварительного напряжения, МПа

При механическом способе натяжения арматуры , а при электротермическом или электротермомеханическом способах определяется по формуле:

где длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров).

Максимальные предварительные напряжения арматуры ограничены в связи с опасностью обрыва при натяжении или развития недопустимых неупругих деформаций. Минимальные напряжения приняты из условия обеспечения проектного положения натягиваемой арматуры и ограничения чрезмерного раскрытия трещин в бетоне (в случае их образования).



Напряжения в бетоне в сечениях, нормальных к продольной оси элемента, определяют:

при расчете на прочность железобетонных элементов, схемы предельных состояний которых еще не установлены или для которых условия наступления предельного состояния не могут быть выражены через усилия в сечении;
при назначении наибольших сжимающих напряжений в бетоне в стадии обжатия, гарантирующих от его повреждения или разрушения;
при расчете предварительно напряженных элементов по образованию наклонных трещин и по закрытию (зажатию) нормальных и наклонных трещин;
при расчете железобетонных элементов на действие многократно повторных нагрузок;
при установлении контролируемых предварительных напряжений в арматуре по окончании натяжения на упоры и при натяжении на бетон;
при оценке потерь предварительного напряжения от ползучести бетона (в том числе быстронатекающей).

Напряжения в бетоне в сечениях, нормальных к продольной оси элемента, определяют как для упругих материалов по приведенному сечению. При этом усилие предварительного обжатия рассматривают как внешнюю силу.


При суммировании напряжений используется следующее правило знаков. Если сила N вызывает в рассматриваемых волокнах напряжения того же знака, что и напряжения, вызванные усилием обжатия Р, ей присваивают знак “плюс”, если противоположного знака — “минус”. При действии момента правило знаков принимается таким же.

Приведенное сечение включает в себя сечение бетона с учетом ослабления его пазами, каналами и т.п., а также сечение всей продольной арматуры (напрягаемой и ненапрягаемой), умноженное на отношение соответствующих модулей упругости арматуры и бетона. Если части бетонного сечения выполнены из бетонов разных классов или видов (например, сборно-монолитная конструкция), их приводят к одному классу или виду, исходя из отношения модулей упругости бетонов.

Геометрические характеристики приведенного сечения элемента из бетона одного вида и класса определяют по формулам:


Если общая площадь всей продольной арматуры не превышает 0,02 Ab, значения геометрических характеристик приведенного ссчения можно определять относительно центра тяжести бетона в сечении. Если площадь продольной арматуры составляет не более 0,008 Ah, при определении геометрических характеристик приведенного сечения арматуру можно не учитывать

В связи с тем, что чрезмерное обжатие бетона может вызвать нарушение его структуры и образование продольных трещин в бетоне элемента (а следовательно и нарушении анкеровки предварительно напряженной арматуры), сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия должны быть строго ограничены.

В соответствии с СНиП 2.03.01-84* сжимающие напряжения в бетоне в стадии обжатия ohp не должны превышать значений (в долях от передаточной прочности), приведенных в табл. 3.9. При более высоких уровнях обжатия значительно возрастают деформации ползучести (развивается нелинейная ползучесть), что приводит к большим потерям предварительного напряжения в напрягаемой арматуре.


Значения определяют по формуле (3.42) на уровне крайних сжатых волокон бетона с учетом первых потерь (за исключением потерь от быстронатекающей ползучести) и при коэффициенте точности натяжения арматуры, равном единице. При вычислении в момент обжатия начальный модуль упругости бетона следует поинимать соответствующим передаточной прочности бетона.

Более низкие напряжения обжатия для элементов с арматурой, натягиваемой на бетон, принимаются по той причине, что значительная часть усадки может проявиться еще до обжатия бетона, а потери напряжений от быстронатекающей ползучести компенсируются в процессе его обжатия.

Для предварительно напряженных конструкций, в которых предусматривается регулирование напряжений обжатия бекона в процессе их эксплуатации (например, в реакторах, резервуарах, телевизионных башнях), напрягаемая арматура применяется без сцепления с бетоном. При этом необходимо предусматривать эффективные мероприятия по защите арматуры от коррозии. К предварительно напряженным конструкциям без сцепления арматуры с бетоном должны предъявляться требования 1-й категории трещиностойкости.



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.

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).

1.1. 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 воздействии на конструкции среды с содержанием сульфатов в пересчете на ионы S O 4 ″ до 5000 мг/л допускается не предусматривать специальную изоляцию.

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.

2.1. 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.

2. Марка бетона по самонапряжению представляет значение предварительного напряжения в бетоне, МПа, создаваемого в результате его расширения при коэффициенте продольного армирования μ = 0,01, и контролируется на образцах-призмах размером 10×10×40 см, изготовленных и испытанных в кондукторах в соответствии с методикой, изложенной в обязательном приложении 1.

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



Исследование внутренних напряжений в бетоне при замораживании

Инженеры Г. Г.. ПОПКОВИЧ, Н. В. ЮНУСОВ, Л. X. ВЛЛР.Г.И, канд. техн. наук С. Г. ГОЛОВИНА, В. В. КАПРАНОВ

При объяснении причин снижения прочности бетона при замораживании все существующие теории исходят из факта возникновения внутренних напряжений при переходе поды из жидкого состояния в твердое. Однако в литературе нет данных о величинах внутренних напряжении, возникающих в реальных конструкциях из бетона. Известно только, что теоретически в замкнутых порах при полном насыщении водой, внутреннее давление может достигать 2500 дан/см2 (1 дан/1 кгс).

В Челябинском политехническом институте проведены исследования по разработке метода измерений внутренних напряжений в бетоне при его замораживании. Для измерения внутренних напряжении применены маганцоупругие датчики.

Они готовились из никель-цинковых н марганцево-цинковых ферритовых колец с намоткой, выполненной из теплостойкого провода марки ПЭВТЛ н наружной изоляцией нитролаком. Для исключения влияния усадки и ползучести отношение диаметра датчика к его толщине принято равным 15. Чувствительность датчиков около 0,2 дан/см2.

Эти датчики устойчиво работают в области температур от +100 до —40° С. При проведении длительных измерений замечено смещение начального отсчета показаний датчиков со временем (дрейф нуля), поэтому в схему включен дополнительный датчик, по которому вносились соответствующие поправки.



Внутреннее напряженное состояние исследовалось в лабораторных условиях на образцах, изготовленных в открытой форме.

В морозильной камере при постоянной температуре, равной —10° С, внутренние напряжения, возникающие в мелкозернистых бетонах при замораживании образцов в формах с ребром 10, 15, 20 т.н.

В опытах использован бетон состава; шлакопортландцемепт марки 300—680 кг/м3, песок Федоровского карье- pa — 1200 кг/м3. Вначале проведены эксперименты для выяснения возможности измерения внутренних напряжений в теле бетона при его замораживании, определения величины этих напряжений н характера их распределения по образцу, а кроме того — для получения некоторого представления о влиянии таких факторов, как размеры образна и количество воды в бетоне на величину напряжений, возникающих в бетоне при замораживании.



Возникающие в центре образца внутренние напряжения зависят от его размеров, а именно с их увеличением напряжения в центре возрастают, достигая для куба с ребром 20 см величины 21 дан/см2 против 4 дан/см2 для куба С ребром 10 см.

В соответствия с существующими внутренние напряжения должны зависеть от водоцементного отношения. Действительно, исследования показали, что напряжения, возникающие в центре образца 20 X 20X20 см, увеличиваются с ростом И/Ц н составляют 7,1; 10,2 и 21 дан/см2 для В/ll соответственно 0,3; 0,4 и 0,5. Замораживание водопроводной воды в форме с ребром 10 см показало наличие в центре внутреннего напряжения в 25 дан/см2. Следовательно, напряжения, возникающие при замораживании воды, превосходят в значительной степени напряжения п бетонных образцах такого же размера.

На рис. 1 приведен график напряжений, возникающих в различных точках образца с ребром 20 см (бетон е В/Ц — 0,5). Внутренние напряжения возрастают от края образца к центру (у стенки формы они равны 1 дан/см-). Напряжения в любой точке возникают лишь в момент замерзания бетона и там где происходит резкое изменение структуры воды при переходе ее из жидкого состояния в твердое.

Во второй серии экспериментов изучали влияние времени выдерживания бетона перед замораживанием на внутренние напряжения. Состав прежний. В/Д = 0,4, формы с ребром 15 см. Рис. 2 показывает, что максимальные внутренние напряжения возникают при замораживании бетона не сразу после укладки его в форму, а спустя некоторое время. Этот интересный результат свидетельствует о том, что напряжения увеличиваются по мере структурообразования бетона с 9,5 до 16,2 дан/см2 п только после некоторого упрочнения структуры бетона они снижаются до 6 дан/см2.

Исследование внутренних напряжений и температурных полей в производственных условиях проводилось на фундаментах под оборудование и под колонны на объектах г. Челябинска в январе—(феврале 1969 г. Приведем результаты двух экспериментов, выбранных для иллюстрации наиболее разнохарактерных режимов прогрева бетона: случай недопустимо высоких перепадов



Проведенные исследования внутреннего напряженного состояния как в производственных, так ив лабораторных условиях подтверждают обоснованность требований об обязательности набора критической прочности бетоном перед его замораживанием, так как экспериментально установлено, что при замораживании ранее суточного возраста возникающие внутренние напряжения превосходят по величине прочность структуры. В фундаментах здания в условиях эксперимента при замораживании после прогрева внутренние напряжения меньше, но тем не менее составляют А—9 дан/см. Значит, для того чтобы бетон пс разрушался при замораживании, он должен иметь прочность на растяжение не меньшую, чем величина фактических внутренних напряжении.





Ориентировочно можно считать, что при замораживании бетона после его прогрева внутренние напряжения незначительно отличаются от величии А— 9 дан/см2, а значит, соответствуют требованиям к критической прочности на сжатие в пределах 50—120 кг/см2.

Разработаны датчик и методика измерения внутренних напряжении в бетоне при отрицательном температуре.

Экспериментально определены величины внутренних напряжении в бетоне в процессе его замораживания в зависимости от размера образцов, водоцементного отношения и времени выдерживания перед замораживанием. Они находятся в пределах 4—22 дан/см2.

Читайте также: