Файл: Лекция 1. 1.pdf

12 кратковременных ψ
2
=0,8 кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования зданий и сооружений в сейсмических районах.
Степень ответственности зданий и сооружений
Степень ответственности зданий и сооружений определяется размером материального и социального ущерба при достижении конструкциями предельных состояний. При проектировании конструкций следует учитывать коэффициент надежности по назначению уп, значение которого зависит от класса ответственности зданий или сооружений. На коэффициент надежности по назначению следует делить предельные значения несущей способности, расчетные значения сопротивлений, предельные значения деформаций, раскрытия трещин или умножать на этот коэффициент расчетные значения нагрузок, усилий или иных воздействий. Установлены три класса ответст- венности зданий и сооружений: класса I,
γ
п
=1—
здания и сооружения, имеющие обоснованное народнохозяйственное и (или) социальное значение; главные корпуса ТЭС,
АЭС; телевизионные башни; промышленные трубы высотой более 200 м; ре- зервуары для нефтепродуктов вместимостью более 10 тыс. куб.м; крытые спортивные сооружения с трибунами; здания театров, кинотеатров, цирков, рынков, учебных заведений, детских дошкольных учреждений, музеев, государственных архивов и т. п.; класс II, γ
п
=0,95—
здания и сооружения промышленного и гражданского строительства (не входящие в классы I и III); класс III, γ
п
=0,9 — различные склады без процессов сортировки и упаковки, одноэтажные жилые дома, временные здания и сооружения.
1.2.7.
Нормативные и расчетные сопротивления бетона
Нормативными сопротивлениями бетона являются сопротивление осевому сжатию призм (призменная прочность) R
bn и сопротивление осевому растяжению R
btn
, которые определяются в зависимости от класса бетона по прочности (при обеспеченности 0,95).
Нормативную призменную прочность определяют по эмпирической формуле:
R
bn
= В (0.77 —0,00125 В)
(2.14) при этом R
bn
≥0,72 В.
Нормативное сопротивление осевому растяжению R
btn определяют в соответствии с зависимостью (пос. пункт 2 таб. 2.2.).
При контроле класса бетона по прочности на осевое растяжение нормативное сопротивление бетона осевому растяжению R
btn принимают равным его гарантированной прочности (классу) на осевое растяжение.
Расчетные сопротивления бетона для расчета по первой группе предельных состояний определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по бетону: при сжатии — γ
bc
=1,3,

13 при растяжении — γ
bt
= 1,5, а при контроле прочности на растяжение — γ
bt
= 1,3.
Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию
R
b
= R
bn
/ γ
bc
(2.15)
(пос. фор.2.1.) расчетное сопротивление бетона осевому растяжению
Rbt= R
btn
/ γ
bt
(2.16)
(пос. фор.2.1.)
Расчетное сопротивление сжатию тяжелого бетона классов В50, В55,
Вб0 умножают на коэффициенты, учитывающие особенность механических свойств высокопрочного бетона (снижение деформаций ползучести), соответственно равные 0,95, 0,925 и 0,9.
Значения расчетных сопротивлений бетона (округленно) приведены в пос. пункт 2 таб. 2.2.
При расчете элементов конструкций расчетные сопротивления бетона
R
b и R
bt уменьшают, а в отдельных случаях увеличивают умножением на соответствующие коэффициенты условий работы бетона
γ
bi
, учитывающие следующие факторы: особенности свойств бетонов; длительность действия нагрузки и ее многократную повторяемость, условия, характер и стадию работы конструкции; способ ее изготовления, размеры сечения и т. п. Значения коэффициентов γbi приведены в пос. пункт 2.8.
Расчетные сопротивления бетона для расчета по второй группе предельных состояний устанавливают при коэффициенте надежности по бетону
γ
b
=1, т.е. принимают равными нормативным значениям R
b,ser
=R
bn
, R
bt,ser
=R
bin и вводят в расчет с коэффициентом условий работы бетона R
bi
=1 за исключением случаев расчета железобетонных элементов по образованию трещин при действии многократно повторяющейся нагрузки, когда следует вводить коэффициент γ
bi
, установленный нормами.
1.2.8.
Нормативные и расчетные сопротивления арматуры
Основной прочностной характеристикой арматуры является нормативное значение сопротивления растяжению R
s,n принимаемое в зависимости от класса арматуры по табл. 2.1
Расчетные значения сопротивления арматуры растяжению R
s для предельных состояний первой группы определяют по формуле
s
n
s
s
R
R
γ
,
=
(2.17)
(пос. фор.2.2.) где γ
s
- коэффициент надежности по арматуре, принимаемый равным:
1.1 - для арматуры классов А240, А300 и А400;
1,15 - для арматуры класса А500;
1.2 - для арматуры класса В500.
Расчетные значения Rs приведены (с округлением) в табл. 2.2. При этом значения R
s,n приняты равными наименьшим контролируемым значениям по соответствующим ГОСТ.

14
Расчетные значения сопротивления арматуры растяжению R
s,ser для предельных состоянии второй группы принимают равными соответствующим нормативным сопротивлениям R
s,n
(см. табл. 2.1),
Таблица 2.1 (пос. таб.2.5)
Арматура классов Номинальный диаметр арматуры, мм
Нормативные значения сопротивления растяжению R
s,n и расчетные значения сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы R
s,ser
МПа (кгс/см )
А240 6-40 240 (2450)
А300 10-70 300 (3060)
А400 6-40 400 (4080)
А500 6-40 500 (5100)
В500 3-12 500 (5100)
Расчетные значения сопротивления арматуры сжатию R
sc принимают равными расчетным значениям сопротивления арматуры растяжению R
s за исключением арматуры класса А500, для которой R
sc
= 400 МПа и арматуры класса В500 для которой R
sc
= 360 МПа (см. табл. 2.2). При расчете конструкций на действие постоянных и длительных нагрузок значения R
sc для арматуры классов А500 и В500 допускается принимать равными R
s
Таблица 2.2. (пос. таб.2.6)
Арматура классов
Расчетные значения сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы, МПа (кгс/см
2
) растяжению сжатию, R
sc продольной, R
s поперечной (хомутов и отогнутых стержней), R
sw
А240 215 (2190)
170 (1730)
215 (2190)
А300 270 (2750)
215 (2190)
270 (2750)
А400 355 (3620)
285 (2900)
355 (3620)
А500 435 (4430)
300 (3060)
400 (4080)
В500 415 (4230)
300 (3060)
360 (3670)
Расчетные значения сопротивления поперечной арматуры (хомутов и отогнутых стержней) R
sw снижают по сравнению с R
s путем умножения на коэффициент условий работы γ
s1
= 0,8, но принимают не более 300 МПа.
Расчетные значения R
sw приведены (с округлением) в табл. 2.2.
Значения модуля упругости арматуры Es принимают одинаковыми при растяжении и сжатии и равными E
s
= 2,0·10 5
МПа = 2,0·106 кгс/см
2

1
Лекция №4.
1.2.9
. Трещиностойкость и деформации в ЖБ элементах.
Процесс развития трещин в растянутых зонах бетона
В железобетонных элементах трещины могут быть вызваны условиями твердения и усадки бетона, предварительным внецентренным обжатием при изготовлении, перенапряженном материалов при эксплуатации в результате перегрузки, осадки опор, изменением температуры и т. п. Трещины от перенапряжения чаще всего появляются в растянутых зонах, реже в сжатых.
Трещины в растянутых зонах элементов, незаметные на глаз, появляются под нагрузкой даже в безукоризненно выполненных железобетонных конструкциях.
Образование их обусловлено малой растяжимостью бетона, не способного следовать за значительными удлинениями арматуры при высоких рабочих напряжениях. В предварительно напряженных конструкциях трещины появляются при сравнительно больших значениях нагрузки. Опыт эксплуатации железобетонных конструкций зданий и сооружений показывает, что при ограниченной ширине раскрытия трещины в растянутых зонах не опасны и не нарушают общей монолитности железобетона.
Арматура в бетоне растянутой зоны элемента несколько сглаживает отрицательное влияние неоднородности структуры и нарушений сплошности бетона, однако при обычном содержании арматуры предельная растяжимость армированного бетона лишь незначительно превышает предельную растяжимость неармированного бетона.
Трещины в сжатых зонах обыкновенно указывают на несоответствие размеров сечения усилиям сжатия; они опасны для прочности конструкции.
В процессе развития трещин в растянутых зонах бетона различают три этапа: возникновение трещин, когда они могут быть еще невидимыми; образование трещин, когда они становятся видимыми невооруженным глазом; раскрытие трещин до предельно возможных пределов. Можно считать, что в элементах с обычным содержанием арматуры образование трещин совпадает с их возник- новением, поэтому рассматривают два этапа: образование и раскрытие трещин.
Три категории требований
к трещиностойкости железобетонных конструкций.
Трещиностойкостью ЖБК называют ее сопротивление образованию трещин в первой стадии напряженного деформированного состояния или сопротивлению раскрытия трещин во второй стадии напряженно деформированного состояния.
К трещиностойкости ЖБК предъявляют различные требования:
1 категория:
В ЖБ элементах не допускается образование трещин (резервуар);
2 категория:

2
Допускается ограничение по ширине непродолжительное раскрытие трещин при условии их последующего надежного покрытия (бункеры);
3 категория:
Допускается ограничение по ширине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин (жилые и общественные здания);
Предельная ширина раскрытия трещин, при которой обеспечивается нормальная эксплуатация здания, коррозионная стойкость рабочей арматуры, долговечность конструкции в зависимости от категории требований по трещиностойкости не должна превышать 0,05...0,4 мм.
Сопротивление образованию трещин центрально-растянутых
элементов.
Расчет по образованию трещин заключается в проверке условий, что трещины в сечениях нормальных и продольных осей не образуются если продольная внешняя сила N не превосходит внутреннего предельного усилия в сечении перед образованием трещин:
N
≤N
сrс
(2.18)
Если условие не выполняется, то образуются трещины. Если трещины образуются, то определяется ширина ее раскрытия. Эта ширина сопоставляется с допустимой шириной:
a
crc
≤ a
crc,ult
(2.19)
(пос. фор.4.1.)
Для уменьшения раскрытия трещин – увеличивается площадь сечения арматуры или увеличиваются геометрические размеры балки:
Продольная сила N
сгс определяется по напряжениям, возникшим в материалах перед образованием трещин, т.е.
N
сrс
=R
btn
∙A+20∙As +P
(2.20)
A – площадь сечения элементов; 20МПа - напряжение в арматуре перед образованием трещин; Р – усилие предварительного обжатия;
1.2.10.
Предварительно напряженный
железобетон и способы создания предварительного напряжения
Предварительно напряженными называют такие железобетонные конструкции, в которых в процессе изготовления искусственно создают значительные сжимающие напряжения в бетоне натяжением высокопрочной арматуры. Начальные сжимающие напряжения создают в тех зонах бетона, которые впоследствии под воздействием нагрузок испытывают растяжение. При этом повышается трещиностойкость конструкции и создаются условия для

3 применения высокопрочной арматуры, что приводит к экономии металла и снижению стоимости конструкции.
Удельная стоимость арматуры η, характеризуемая отношением ее цены Ц
(руб/т) к расчетному сопротивлению R
s
(МПа), снижается с увеличением прочности арматуры (рис. 1.2.4.). Поэтому высокопрочная арматура значительно выгоднее обычной. Однако применять высокопрочную арматуру в конструкциях без предварительного напряжения нельзя, так как при высоких растягивающих напряжениях в арматуре и соответствующих деформациях удлинения в растянутых зонах бетона появляются трещины значительного раскрытия, лишающие конструкцию необходимых эксплуатационных качеств- это является одним из недостатков предварительно наряженных конструкций.
Суть использования предварительно напряженного железобетона в конструкциях—экономический эффект, достигаемой применением высокопрочной арматуры; высокая трещиностойкость и как следствие повышенная жесткость, лучшее сопротивление динамическим нагрузкам, коррозионная стойкость, долговечность.

4
Рис. 1.2.7.Способы создания предварительного натяжения; а-
натяжение арматуры на упоры (принципиальная схема); б- готовый
элемент; в- натяжение арматуры на упоры при непрерывном армировании;
г- натяжение арматуры на бетон (принципиальная схема);д- готовый
элемент; 1- форма; 2- арматура; 3- упор; 4- домкрат; 5-затвердевший
бетон; 6- подпор; 7- штыри поддона, 8- трубки; 9- зажим; 10= канал; 11-
анкер; 12- заинъекцированный канал.
В предварительно наряженной балке под нагрузкой (рис. 1.2.6, а) бетон испытывает растягивающие напряжения только после погашения начальных сжимающих напряжений. При этом сила F
crc
, вызывающая образование трещин или ограниченное по ширине их раскрытие, превышает нагрузку, действующую при эксплуатации F
ser
С увеличением нагрузки на балку до предельного разрушающего значения F
u напряжения в арматуре и бетоне достигают предельных значений. В аналогичной балке без предварительного напряжения (рис. 1.2.6,б} нагрузка
F
crc
ser
, но разрушающая нагрузка F
u для обеих балок близка по значению, поскольку предельные напряжения в арматуре и бетоне этих балок одинаковы.
Таким образом, железобетонные предварительно напряженные элементы работают под нагрузкой без трещин или с ограниченным по ширине их раскрытием
F
ser
crc
u
, а конструкции без предварительного напряжения— при наличии трещин (F
crc
ser
u
) и при больших значениях прогибов (рис. 1.2.6, в). В этом раз- личие конструкций предварительно напряженных и без предварительного

5 напряжения с вытекающими отсюда особенностями их расчета, конструирования и изготовления.
В производстве предварительно напряженных элементов возможны два способа создания предварительного напряжения: натяжение арматуры на упор и натяжение ее на бетон. При натяжении на упор арматуру заводят в форму до бетонирования элемента, один конец ее закрепляют в упоре, другой — натягивают домкратом или другим приспособлением до заданного контролируемого напряжения (рис. 1.2.7, а). После приобретения бетоном необходимой кубиковой прочности перед обжатием R
bp арматуру отпускают с упоров. Арматура при восстановлении упругих деформаций в условиях сцепления с бетоном обжимает окружающий бетон (рис. 1.2.7,б). При так называемом непрерывном армировании форму укладывают на поддон, снабженный штырями, арматурную проволоку специальной навивочной машиной с заданным усилием навивают на трубки, надетые на штыри поддона, и конец ее закрепляют плашечным зажимом (рис. 1.2.7, в). После того как бетон наберет необходимую прочность, изделие с трубками снимают со штырей поддона, при этом арматура обжимает бетон.
Стержневую арматуру можно натягивать на упоры электротермическим способом. Стержни с высаженными головками разогревают электрическим током до 300... 350 °С, заводят в форму и закрепляют концами в упорах форм. При восстановлении начальной длины в процессе остывания арматура натягивается на упоры. Арматуру можно натягивать также электротермомеханическим способом.
При натяжении на бетон сначала изготовляют бетонный или слабоармированный элемент (рис. 1.2.7, г), затем при достижении бетоном прочности R
bp создают в нем предварительное сжимающее напряжение. Напря- гаемую арматуру заводят в каналы или в пазы, оставляемые при бетонировании элемента, и натягивают на бетон (рис. 1.2.7, д). При этом способе напряжения в ар- матуре контролируют после окончания обжатия бетона. Каналы в бетоне, превышающие диаметр арматуры на 5...15 мм, создают укладкой извлекаемых впоследствии пустообразователей (стальных спиралей, резиновых трубок и т. п.) - или оставляемых в бетоне гофрированных стальных трубок и др. Сцепление арматуры с бетоном создается после обжатия инъецированием — нагнетанием в каналы цементного теста или раствора под давлением через заложенные при изготовлении элемента тройники — отводы. Если напрягаемую арматуру располагают с внешней стороны элемента (кольцевая арматура трубопроводов, резервуаров и т. п.), то навивку ее с одновременным обжатием бетона выполняют специальными навивочными машинами. В этом случае на поверхность элемента после натяжения арматуры наносят торкретированием (под давлением) защитный слой бетона.
Натяжение на упоры как более индустриальное является основным способом в заводском производстве. Натяжение на бетон применяется главным образом для крупноразмерных конструкций и при соединении их на монтаже.