Пониженный модуль упругости бетона для фундамента

Обновлено: 04.05.2024

Бетон представляет собой конгломерат из двух составляющих — цементного камня и заполнителей. В неоднородной структуре возникает сложное напряженное состояние. Более жесткие частицы воспринимают основную часть нагрузки, а вокруг пор и пустот образуются участки с поперечными растягивающими усилиями.

Крупный заполнитель, обладая высоким модулем Юнга, увеличивает упругие свойства бетона. Мелкие пылеватые частицы, поры и пустоты снижают их.

Класс бетона

Чем выше класс материала, т.е. больше его прочность на сжатие и плотность, тем лучше он сопротивляется деформирующим нагрузкам. Наиболее высоким модулем упругости обладает бетон В60 — 39,5 МПа*10-3, минимальный показатель у композита класса В10- 19 МПа*10-3.

Температура и радиация

Повышение температуры окружающей среды, интенсивности солнечной радиации приводят к уменьшению упругих свойств и росту деформаций. Связано это с увеличением внутренней энергии бетона, изменению траекторий движения молекул в твердом теле, линейному расширению материала, и, как следствию, усилению пластичности.

Разницу не учитывают при колебаниях в пределах 20°С. Большие температурные изменения существенно влияют на деформацию бетонных конструкций. В таблице СП 63.13330.2012 указаны величины модулей упругости в зависимости от температуры.

Влажность

Колебания влажности воздуха приводят к изменению упругих свойств материала. В расчетах применяют коэффициент ползучести φ. Чем больше содержание водяных паров в окружающей среде, тем ниже показатель и соответственно меньше пластические деформации конструкции.

Примечание: Относительную влажность воздуха принимают по СП 131.13330.2012 как среднемесячную влажность самого теплого месяца года в регионе строительства.

Время приложения нагрузки

Модуль упругости зависит от времени действия нагрузки. При мгновенном нагружении конструкции деформации пропорциональны величине внешних сил. При длительных напряжениях величина E уменьшается, изменения развиваются по нелинейной зависимости и суммируются из упругих и пластичных деформаций.

Условия набора прочности

При проведении испытаний замечено, что у бетона естественного твердения модуль упругости выше, чем при обработке материала пропариванием при атмосферном давлении или в автоклавных установках.

Это объясняется тем, что изменение условий набора прочности приводит к образованию большего количества пор и пустот из-за неравномерного температурного расширения объема, ухудшения качества гидратации цементных зерен. Такой бетон обладает более низкими упругими свойствами по сравнению с затвердевшим в нормальных условиях.

Возраст бетона

Свежеуложенный бетон набирает прочность в течение 28 суток. Но даже по истечении этого времени материал при нагрузке обладает одновременно упругими и пластическими свойствами. Наибольшей твердости он достигает примерно через 200-250 суток. Показатель E в этом возрасте максимальный, соответствующий марочной прочности.

Армирование конструкций

Для восприятия растягивающих и сжимающих усилий в железобетон помещают каркасы или сетки из арматуры классов АI, AIII, А500С, Ат800, а также из композитов или древесины.

Применение армирования увеличивает упругость, прочность конструкции на сжатие и на растяжение при изгибе, препятствует образованию усадочных и деформационных трещин.

Способы определения

Модуль упругости бетона определяют:

механическим испытанием образцов;
неразрушающим ультразвуковым методом, основанным на сравнении скорости распространения волн в существующей конструкции и испытанном образце с заданными характеристиками.

Механический способ

Исследование первым методом проводят согласно ГОСТ 24452-80. Изготавливают образцы с сечением в виде квадрата или круга с соотношением высоты к диаметру (ширине), равным 4.

Образцы сериями по три штуки выбуривают, высверливают или выпиливают из готовых изделий, либо набивают формы согласно ГОСТ 10180-78. До начала испытаний призмы или цилиндры выдерживают под влажной тканью.

Для определения модуля упругости бетона используют прессы со специальными базами для измерения деформаций. Они состоят из приборов, расположенных под разными углами к граням образца. Индикаторы крепят к стальным рамкам или приклеенным опорным вставкам.

Если испытания проводят для конструкций, работающих при повышенной влажности или высокой температуре, выполняют специальную подготовку по ГОСТ 24452-80.

Испытания проводят по схеме:

Образцы с индикаторами помещают под пресс, совмещая ось заготовки с центром плиты оборудования. Величину разрушающей нагрузки назначают, исходя из марочной прочности бетона.
Нагрузку увеличивают постепенно, ступенями по 10% от разрушающей. Выдерживают интервалы 4-5 минут.
Доводят усилие до 40-45% от максимального. Если программа не предусматривает другие требования, приборы снимают. Дальнейшее нагружение проводят с постоянной скоростью.
Производят обработку результатов для каждого образца при нагрузке, равной 30% от разрушающей. Все данные заносят в журнал испытаний.

На основе исследований можно судить о начальном модуле упругости бетона. Эта величина характеризует свойства материала при нагрузке, в пределах которой в образцах возникают обратимые изменения. Показатель обозначается как Eb, его значение для каждого класса бетона внесено в таблицы строительных норм и маркировку изделий.

Так, модуль упругости бетона В15 естественного твердения составляет 23, а подвергнутого тепловой обработке 25 МПа*10-3.

Величина модуля упругости бетона для классов В20, В25, В30, В35 и В40 равна 27, 30, 32,5, 34,5 и 36 МПа*10-3. В пропаренных конструкциях она соответствует 24,5, 27, 29, 31 и 32,5 МПа*10-3.

Объясните, пожалуйста, в каких случаях и на сколько надо уменьшать модуль упругости бетона при расчетах железобетонных конструкций. А то этот момент мне не очень понятен. Большое спасибо!

Жесткость высчитывается для ж.б. конструкций(сечений), и для соответствующих элементов в расчетной схеме она и задается. Таким образом расчетная схема наиболее соответствует проектируемой конструкции. НО.

Спасибо за участие.
Задачи пока никакой не стоит, просто я смотрел здесь некоторые темы и там заметил, что вручную понижают модуль упругости в расчетных программах. А для чего и когда не понятно. Я подозреваю, для того чтобы учесть нелинейность деформации.

Приведенная в снипах E - это начальный модуль упругости. При длительном действии нагрузки надо учесть хотя бы ползучесть - ну это только уровень выпускного в детском саду для расчетчиков.

ага, высчитывается по формуле 6.3 СП63

ЗЫ не "несколько", а "в разы"

На первой стадии расчета для оценки усилий в элементах конструктивной системы допускается принимать приближенные значения жесткостей элементов, имея в виду, что распределение усилий в элементах конструктивных систем зависит не от величины, а, в основном, от соотношения жесткостей этих элементов. Для более точной оценки распределения усилий в элементах конструктивной системы рекомендуется принимать уточненные значения жесткостей с понижающими коэффициентами. При этом необходимо учитывать существенное снижение жесткостей в изгибаемых плитных элементах (в результате возможного образования трещин) по сравнению с внецентренно сжатыми элементами. В первом приближении рекомендуется принимать модуль упругости материала равным Ев с понижающими коэффициентами: 0,6 - для вертикальных сжатых элементов; 0,3 - для плит перекрытий (покрытий) с учетом длительности действия нагрузки.

mainevent100, спасибо.
Почему расчетные программы, например СКАД или ЛИРА автматически не регулируют модуль упругости в зависимости от напряженно-деформационного состояния. К примеру, в СКАДе если выбрать из выпадающего списка "Бетон кл В25" то его модули-коэффициенты и плотность устанавливаются атоматически. Может он так же автоматически их менять при расчете?

Почему расчетные программы, например СКАД или ЛИРА автматически не регулируют модуль упругости в зависимости от напряженно-деформационного состояния.

В первом приближении рекомендуется принимать модуль упругости материала равным Ев с понижающими коэффициентами: 0,6 - для вертикальных сжатых элементов; 0,3 - для плит перекрытий (покрытий) с учетом длительности действия нагрузки.

При этом я лично никак не обнаружил откуда "растут ноги" у 0,6 для вертикальных внецентренно сжатых элементов. 0,3 - примерно похоже на средневзвешенный коэффициент у плит.

Спасибо за разъяснения.
Мне не понятно лишь одно.
"При продолжительном действии нагрузки значения модуля деформаций бетона определяют по формуле (6.3)"
Практически всегда на конструкцию действует постоянная нагрузка (собственный вес + вес вышележащих конструкций). То бишь формулой 6.3 надо пользоваться практически всегда?

если не учитываете в расчете кратковременную полезную нагрузку, то принимаете модуль по ф.6.3.
если учитываете всю нагрузку (включая кратковременную), то другой.
на деле, никто не считает два варианта.
обычно или для всех конструкций принимают начальный модуль, без снижения.
или снижают коэффициентами 0,6 и 0,3

на деле, никто не считает два варианта.
обычно или для всех конструкций принимают начальный модуль, без снижения.
или снижают коэффициентами 0,6 и 0,3

Практически всегда на конструкцию действует постоянная нагрузка (собственный вес + вес вышележащих конструкций). То бишь формулой 6.3 надо пользоваться практически всегда

Если деформации определяешь от пост. и длит. нагрузок.

Регулируют. Инженерная нелинейности в последней лире 2016 даже показывает изополя сниженных жесткостей.

В общем, я на скорую руку произвел расчет в СКАДе. Результаты в приложенном файле ПДФ.
Если в кратце, то я замоделил коробку 6х6х3(h). стенки толщ 250 мм и перекрытие толщ 200 мм. Я произвел расчет в двух вариантах: 1 - все элементы с началным модулем упругости, 2 - стены с коэфф 0,6 а перекрытие 0,3.
При начальных модулях упругости прогиб плиты оказался меньше чем при пониженных почти в 3 раза.
А вот с армированием все гораздо интереснее. Нижнее армирование при начальном модуле упругости вылезло с БОЛЬШИМИ сечениями чем при пониженном модуле упругости примерно в 1,08 раза. А верхнее с меньшими сечениями чем при пониженном модуле упругости примерно в 0,89 раз.
Вот как так.

Прикладываю также сам расчетный файл

все эти модули как и написано в СП, для расчета в первом приближении, что бы определиться с сечениями конструкций. Не очень понятно что ты ожидал увидеть снизив модуль упругости в 3 раза, получил прогибы в 3 раза больше. Снизишь в 5 раз, получишь в 5 раз больше. Если уж так хочется повозиться с нелинейностью, то считать нужно уже в реальной постановке, с соответствующими диаграммами по бетону и реально заложенный шаг и диаметр арматуры.

ага, высчитывается по формуле 6.3 СП63

ЗЫ не "несколько", а "в разы"

Если деформации определяешь от пост. и длит. нагрузок.

Регулируют. Инженерная нелинейности в последней лире 2016 даже показывает изополя сниженных жесткостей.

Прикладываю также сам расчетный файл

ага, высчитывается по формуле 6.3 СП63

ЗЫ не "несколько", а "в разы"

Если деформации определяешь от пост. и длит. нагрузок.

Регулируют. Инженерная нелинейности в последней лире 2016 даже показывает изополя сниженных жесткостей.

Прикладываю также сам расчетный файл

Для учёта нелинейных жесткостей в соответствии с пунктами 6.2.6 и 6.2. СП 52-103-2007 модуль упругости следует применять с понижающим коэффицинтами, 0.6 – для вертикальных сжатых элементов (колонн и стен); 0.3 – для горизонтальных элементов (плит и балок).

Следует отметить, что в соответствии с пунктом 6.2.5 СП 52-103-2007 на последующих стадиях расчёта, когда известно армирование, в расчёт следует вводить уточненные значения жесткостей элементов, с учётом армирования, образования трещин и развития неупругих деформация в бетоне и арматуре. Но на практике в связи с тем, что эта задача не автоматизирована, она является трудоёмкой и поэтому производится только в особых случаях.

Уточнить модуль упругости возможно произведя расчёт по нелинейной деформационной модели из расчёта начальных и окончательных жесткостных характеристик D11 и D22 по формулам 8.42 и 8.43 СП 63.13330.2012

Такой расчёт можно произвести с помощью программы Расчет произвольных ж/б нормальных сечений по нелинейной деформационной модели написанной Игорем Салтыковым.

В Итоге на примере задания жесткостей в SCAD для элементов из бетона В25 модуль упругости для горизонтальных элементов следует задавать равным Ев= 30600000*0.3 = 918000 т/м2

а для вертикальных элементов Ев= 30600000*0.6 = 1836000 т/м2.

О назначении модуля упругости при расчёте железобетонных конструкций: 3 комментария

С 26.06.2019 года введён в действие СП 430.1325800.2018 «Монолитные конструктивные системы. Правила проектирования.», в пункте 6.2.7 устанавливаются аналогичные требования.

Добрый день! Из вашей статьи можно сделать вывод, что задавать модуль упругости нужно пониженный как для первичного расчёта, для определения сечений конструкций, так и для окончательного расчёта когда уже известно армирование? Так как указано в статье, что уточнение модуля упругости , с учётом армирования, образования трещин и развития неупругих деформаций в бетоне и арматуре затруднено на практике в связи с тем, что эта задача не автоматизирована.

Здравствуйте, в теории необходимо после подбора армирования нужно уточнить модуль упругости железобетонных конструкций, но на практике это очень трудоёмкая задача (поскольку она не автоматизирована), поэтому она производится в исключительных случаях, например в связи с необходимостью усиления конструкций или учёта существенных отклонений уже возведенных конструкций от проекта.

Читайте также: