Расчётное сопротивление бетона

Бетонные конструкции изготавливаются в расчете на то, что они способны переносить высокие нагрузки без каких-либо разрушений. Характеристики сооружений из бетона закладываются в проект — это сопротивление бетона сжатию, прочность, плотность, долговечность и т.д. Бетон – материал разнородный, поэтому различные локальные участки конструкции могут обладать разной прочностью и разным сопротивлением к нагрузкам. И расчет прочности необходим, чтобы уточнить нормативные показатели материала. Что такое расчетные параметры, и как их узнают?

Что такое расчетное сопротивление

Этот параметр можно узнать и рассчитать методом простого деления указанных в ГОСТ 12730.0-78 сопротивлений на надежность, которая отражается в виде определенного коэффициента. При вычислениях сопротивления бетона этот коэффициент зависит от типа стройматериала.

[ads-pc-1]
[ads-mob-2]

Значения расчетных сопротивлений материалов обозначаются, как R_b и R_bt, их показатели можно менять в сторону уменьшения или увеличения методом умножения на коэффициент состояния эксплуатации бетона γb_i, который отражает пропорциональность значений от времени прикладывания нагрузки; цикличность нагружений; параметры, свойства и временной отрезок эксплуатации сооружения; метод изготовления; сечение, площадь, и т.д. Узнать конкретное расчётное сопротивление бетона сжатию таблица значений которых отражает математические вычисления, а не физические данные, можно для востребованных промышленностью классов:

Как рассчитывается прочность? Существуют определенные значения прочности, заниженные для обеспечения надежности. Эти установленные параметры и есть расчетные показатели, зависящие от фактических результатов испытаний.

Нормативное сопротивление

1. Параметр отражает показатель материала по сжатию (сжатие бетонной призмы по оси при испытаниях) R_bn и R_btn по растяжению;
2. Значения для максимально нагруженных состояний 1-го состава R_b, R_bt и 2-го состава R_b,_ser, Rbt,_ser вычисляются методом деления этих параметров согласно ГОСТ на прикрепленные коэффициенты надежности – соответственно g_bc и g_bt;
3. Значение по ГОСТ R_bn, зависящие от класса по прочности на сжатие;
4. Установленное значение R_btn при неконтролируемой прочности материала определяется по классу прочности, и воспринимается как обеспеченная прочность при растяжении;
5. Согласно п.2 параметры 1-го типа R_b и R_bt могут изменяться. Для этого R_b и R_bt умножаются на параметр g_bi;
6. Параметры 2-го типа R_b,_ser и R_bt,_ser зависят от показателя g_bi, и при нормальной нагруженности материала в 1,0. Для некоторых легких бетонов используются и другие показатели R_b,_ser и R_bt,_ser по согласованию с проектировщиками;
7. Первоначальный модуль упругости E_b определяется по таблице ниже. Если бетонный объект эксплуатируется в климатическом регионе IVА, и не обеспечен защитой от УФ излучения, то параметры E_b умножаются на 0,85.

[ads-pc-1]
[ads-mob-3]

В таблице указано расчетное сопротивление бетона осевому сжатию по СП 52-101-2003

Сопротивление по ГОСТ или СП зависит от прочности испытываемых образцов (кубиковая нормативная прочность).

R_b и R_bt для осевых растяжений при определении класса бетона устанавливается с зависимостью от прочности согласно ГОСТ испытываемых образцов типов бетона с контролем приготовления раствора. Нормативная кубиковая и призменная прочность на сжатие и на растяжение имеют определенное соотношение, устанавливаемое при стандартных испытаниях бетонных образцов.

Требования к автоклавному бетону

[ads-pc-1]
[ads-mob-2]

Рассчитывая класс бетона по прочности на растяжение по осям, стандартные значения R_b и R_bt берутся как свойство класса, выраженное в цифрах, которые идут после символа «B». Определяющие свойства деформаций бетона — это:

• Максимальные относительные деформации при сжатии-растяжении по осям: Ɛ_bo,n и Ɛ_bto,n;
• Первоначальный модуль упругости E_b,n;

Дополнительные свойства деформаций бетона:

• Первичный коэффициент поперечных деформаций «v»;
• Сдвиг по модулю «G»;
• Коэффициент температурных деформаций α_bt;
• Деформации, зависящие от свойств ползучести раствора Ɛ_сг;
• Деформации, зависящие от усадки материала ε_shr.

Характеристики деформаций определяются, исходя из класса и марки, плотности и технологических показателей бетона. Механические показатели бетона для напряженного состояния по одной оси в общих случаях характеризуются диаграммой деформирования материала, отражающей зависимость напряжений Σ_b,n (Σ_bt,n) и относительных продольных деформаций Ε_b,n (Ε_bt,n) бетона в растянутом или сжатом состоянии при импульсном приложении нагрузки.

[ads-pc-1]
[ads-mob-3]

При расчетах прочности бетонных конструкций основные характеристики, влияющие на конечный результат – это окончательное и фактическое сопротивление бетона R_b и R_bt. Характеристики прочности, полученные в результате вычислений, рассчитываются как стандартные сопротивления материала R_b,_m и R_b,_ser, а также R_bt,_r и R_bt,_ser, поделенные на g_bc и g_bt и. Показания g_bc и g_bt зависят от типа бетона, просчитанных свойств материала, предельных состояний при различных нагрузка, но должны не выходить за следующие рамки:

Для коэффициента g_bc:

1. 1,3 — для максимальных и минимальных нагрузок 1-го состава бетона;
2. 1,0 — для максимальных и минимальных нагрузок 2-го состава;

Для коэффициента g_bt:

1. 1,5 — для максимальных и минимальных нагрузок 1-го состава при определении класса на сжатие по осям;
2. 1,3 – для максимальных и минимальных нагрузок 1-го состава при определении класса на растяжение по осям;
3. 1,0 — для максимальных и минимальных нагрузок 2-го состава бетона.

Для максимальных и минимальных нагрузок 1-го и 2-го состава показатели деформаций материала берутся из их значений, указанных в ГОСТ и СНиП. Также при вычислении значений R свойства нагрузок, влияние атмосферных осадков, температуры, напряженности материала и конструкции из бетона корректируются коэффициентами условий эксплуатации конструкции γ_bi, и отражаются на расчетных деформационных и прочностных параметрах строительного материала.

Диаграммы деформаций конструкций из бетона вычерчиваются, опираясь на метод замены стандартных показателей на расчетные параметры.

[ads-pc-1]
[ads-mob-3]

Характеристики прочности при двухосном или трехосном приложении напряжений определяются по типу и классу бетона, исходя из связи между максимальными и минимальными значениями напряже­ний, приложенных в 2-х или 3-х перпендикулярах. Деформирование бетонного объекта вычисляется по плоскому или объемному приложению напряжений. Если конструкция имеет дисперсно-армированное состояние, то для нее принимаются характеристики, как для обычных бетонных или ж/б сооружений.

При работе с фибробетоном его свойства определяются, исходя из физико-эксплуатационных характеристик смеси, также берется в расчет форма, габариты, геометрия и распределение фибр в составе, сцепление фибр с раствором. Определяющие характеристики прочности и возможности деформирования армирования — это стандартные параметры прочности и свойства деформа­ции.

Основное определение прочности материала армирования при нагрузках на растя­жение-сжатие — это установленное ГОСТ сопротивление R_s,n, которое принимается равным показателю эксплуатационного предела текучести или такого же условного предела, который будет соответствовать окончательному удлинению или укорочению, принимаемому как 0,2%. Также ограничение R_s,n происходит по показателям, соответствующим деформирующим нагрузкам, которые равны максимальным показателям деформации бетона вокруг сжатой арматуры при укорочении.

Понятия прочности и класса

Прочность по марке использовалась до введения евростандартов, и ею обозначалась средняя устойчивость на сжатие. Новые СНиП регламентируют классы прочности при сжатии-растяжении.

[ads-pc-1]
[ads-mob-3]

Понятие «класс» означает сопротивление материала согласно СП сжатию бетонного куба по оси. Эталонные габариты куба – 15 х 15 см. Из-за неравномерности распределения параметров прочности по всему материалу использование среднеарифметических показателей прочности не рекомендовано, так как на локальном участке объективная прочность может быть меньше.

Основная характеристика длительности эксплуатации бетонного объекта – это его класс. При определении класса принимается во внимание и осевое сжатие, и осевое растяжение, значения которых определяются с запасом прочности через удельное сопротивление элементов.

Формула определения сопротивления нагрузкам сжатия: R = R_n /g;

Где g – коэффициент прочности материала, принимаемый как 1,0. Чем однороднее бетон, тем коэффициент g ближе к единице.

Дополнительные параметры для расчетов:

1. Электрическое удельное сопротивление раствора;
2. Влагостойкость – ее параметры необходимы, чтобы знать максимальное давление жидкой среды, которое может выдержать бетон;
3. Воздухопроницаемость связана с прочностью, и имеет постоянное значение в диапазоне 3-130 c/см³.
4. Морозостойкость обозначается символом «F» и числами от 50 до 1000, означающими количество циклов заморозки-разморозки;
5. Теплопроводность влияет на плотность материала. Чем больше воздуха в бетоне, тем меньше плотность и теплопроводность;

[ads-pc-1]
[ads-mob-3]

Продольные трещины в испытываемых призменных образцах появляются под действием поперечных нагрузок. Прочность образца увеличивается при стягивании бетона хомутами, но разрушение произойдет в любом случае, и трещины появятся позже. Такое отодвигание разрушения во времени называется эффектом обоймы. Хомут, сжимающий элемент, можно заменить укладкой в раствор поперечной стержневой арматуры, металлической сетки или спирали из стали.

1. Марка обозначается символом «M», и означает среднюю кубиковую прочность R_в, которая выражается в кг/см². Следующие за латинской буквой числа – это прочность;
2. Класс – символ «B», обозначающий кубиковую прочность (Мпа) с вероятностью 0,95. Неоднородность прочности материала колеблется в пределах R_min-R_max.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции

Конструкция или элемент из железобетона, нагруженный искусственно созданными внутренними напряжениями, направленные обратно реальным физическим нагрузкам при эксплуатации объекта. Искусственные напряжения появляются после внедрения в тело конструкции предварительно напряженной арматуры. Сделать это можно так:

1. При заливке раствора в конструкции оставляют пазы, в которые укладывается арматура (сетка, стержни, спирали). Набор прочности завершается натягиванием арматурной сетки или другого типа арматуры с креплением концов по бокам элемента. Натягивание арматуры сопровождается сжатием бетона. Усилие натяжения обозначается символом «Р»;
2. Арматура натягивается перед заливкой раствора (т.н. натяжение на упоры), а после отвердения смеси отпускается, что и создает напряжение сжатия.

Еще один вариант создания предварительного напряжения – заливка специального напрягающего цемента марки НЦ. Затвердевая, объем конструкции из цемента этой марки увеличивается, при этом растягивается и арматура, создавая напряжение растяжения.