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.

График прочности на растяжение по осям
График прочности на растяжение по осям

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

Значения расчетных сопротивлений материалов обозначаются, как Rb и Rbt, их показатели можно менять в сторону уменьшения или увеличения методом умножения на коэффициент состояния эксплуатации бетона γbi, 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:

Сопротивление, тип Тип Расчетные показатели для максимально нагруженных состояний 1-й группы Rb и Rbt, МПа, для разных классов прочности
B 10 B 12,5 B 15 B 20 B 25 B 30 B 35
Сжатие по оси, Rb Мелкофракционный тяжелый бетон 6,0 7,50 8,5 11,5 14,50 17,0 19,50
Растяжение по оси, RM Тяжелый бетон 0,57 0,66 0,75 0,90 1,050 1,20 1,30

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) Rbn и Rbtn по растяжению;
  2. Значения для максимально нагруженных состояний 1-го состава Rb, Rbt и 2-го состава Rb,ser, Rbt,ser вычисляются методом деления этих параметров согласно ГОСТ на прикрепленные коэффициенты надежности – соответственно gbc и gbt;
  3. Значение по ГОСТ Rbn, зависящие от класса по прочности на сжатие;
  4. Установленное значение Rbtn при неконтролируемой прочности материала определяется по классу прочности, и воспринимается как обеспеченная прочность при растяжении;
  5. Согласно п.2 параметры 1-го типа Rb и Rbt могут изменяться. Для этого Rb и Rbt умножаются на параметр gbi;
  6. Параметры 2-го типа Rb,ser и Rbt,ser зависят от показателя gbi, и при нормальной нагруженности материала в 1,0. Для некоторых легких бетонов используются и другие показатели Rb,ser и Rbt,ser по согласованию с проектировщиками;
  7. Первоначальный модуль упругости Eb определяется по таблице ниже. Если бетонный объект эксплуатируется в климатическом регионе IVА, и не обеспечен защитой от УФ излучения, то параметры Eb умножаются на 0,85.
Тип сопротивления Rb,n и Rbt,n согласно ГОСТ, и Rb,ser и Rbt,ser (Мпа)
B 10 B 15 B 20 B 25 B 30 B 35 B 40 B 45 B 50 B 55 B 60
Сжатие по оси Rb,m и Rb,ser 7,5 11 15 18,50 22,0 25,50 29 32 36 39,50 43
Растяжение по оси Rbt,r и Rbt,ser 0,85 11 1,35 1,55 1,75 1,95 29 2,25 2,45 2, 2,75
Структура бетона
Структура бетона

 

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

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

Тип сопротивления Сопротивление согласно ГОСТ Rb и Rbt,и Rb,ser и Rbt,ser (Мпа)
B 10 B 15 B 20 B 25 B 30 B 35 B 40 B 45 B 50 B 55
Сжатие по оси Rb 6 8,5 11,5 14,5 17 19,5 22 25 27,5 30
Растяжение по оси Rbt 0,56 0,75 0,9 1,050 1,15 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70

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

Rb и Rbt 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

Марка

 

Первоначальный модуль упругости Еb автоклавного материала
Сжатие и растяжение, МПа
B 1,5 B 2 B 2,5 B 3,5 B 5 B 7,5
D 300 900 1000
D 400 1100 1200 1300
D 500 1300 1500 1600 1700
D 600 1500 1600 1700 1800 1900
D 700 1900 2200 2500 2900 3200 3400
Ячеистый бетон
Ячеистый бетон

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

Рассчитывая класс бетона по прочности на растяжение по осям, стандартные значения Rb и Rbt 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: Ɛbo,n и Ɛbto,n;
  • Первоначальный модуль упругости Eb,n;

Дополнительные свойства деформаций бетона:

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

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 Σb,n (Σbt,n) и относительных продольных деформаций Εb,n (Εbt,n) бетона в растянутом или сжатом состоянии при импульсном приложении нагрузки.

Виды деформаций
Виды деформаций

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

При расчетах прочности бетонных конструкций основные характеристики, влияющие на конечный результат – это окончательное и фактическое сопротивление бетона Rb и Rbt. Характеристики прочности, полученные в результате вычислений, рассчитываются как стандартные сопротивления материала Rb,m и Rb,ser, а также Rbt,r и Rbt,ser, поделенные на gbc и gbt и. Показания gbc и gbt зависят от типа бетона, просчитанных свойств материала, предельных состояний при различных нагрузка, но должны не выходить за следующие рамки:

Для коэффициента gbc:

  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 gbt:

  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 γbi, 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.

Диаграммы деформаций
Диаграммы деформаций

[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.

Неупругие деформации
Неупругие деформации

Основное определение прочности материала армирования при нагрузках на растя­жение-сжатие — это установленное ГОСТ сопротивление Rs,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 Rs,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.

Нарастание прочности
Нарастание прочности

[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.

Предельно допустимые напряжения
Предельно допустимые напряжения

Формула определения сопротивления нагрузкам сжатия: R = Rn /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;
Визуальное выявление трещин в образцах
Визуальное выявление трещин в образцах

[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 Rв, 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 Rmin-Rmax.

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.

Расчётное сопротивление бетона обновлено: Апрель 28, 2018 автором: Артём