Начальный модуль упругости бетона равен тангенсу угла наклона к диаграмме напряжения деформации

Обновлено: 25.01.2025

Определение начального модуля упругости бетона

За начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимается отношение нормального напряжения в бетоне s к его относительной деформации e при величине напряжения сжатия .

Для определения начального модуля упругости бетона проводят испытания серии эталонных призм размером 15×15×60 см.

Образцы нагружают ступенями, примерно по 0,1 от ожидаемой разрушающей нагрузки (принимается по величине, вычисленной в п. 3). На каждой ступени следует выдерживать нагрузку 5 мин. и записывать отсчеты по приборам в начале и в конце выдержки ступени нагрузки в журнал.

Допускается после поднятия нагрузки до ступени 0,6 от ожидаемой разрушающей приборы снять, а образец довести до разрушения со скоростью 0,6 МПа в 1 с.

Перед испытанием образа проверяют совпадение его геометрической и физической оси по методике, изложенной в п. 3.

Частные значения начального модуля упругости для каждого образца вычисляют по формуле

За начальный модуль упругости бетона принимают среднее значение, вычисленное по формуле

где n – переводной коэффициент от величины модуля упругости, вычисленного по результатам испытаний неэталонных образцов, к величине начального модуля упругости, полученного при испытании эталонной призмы 15×15×60 см.

Указанный коэффициент устанавливается для каждой марки бетона путем деления среднего арифметического показателя эталонных образцов на средний арифметический показатель неэталонных образцов. Результаты испытаний заносят в табл. 6.

Теоретически начальный модуль упругости можно вычислить по формуле

где R – принимается по результатам испытания кубов в п. 1.

При напряжениях выше возможны отклонения от линейной зависимости между напряжениями и деформациями, появление которых зависит от марки бетона и времени нагружения. Поэтому при напряжениях, превышающих зависимость между напряжениями и деформациями становится криволинейной, и в расчеты вместо модуля упругости вводится модуль деформаций, который представляет собой тангенс угла наклона секущей, проведенной из начала координат до точки на кривой, соответствующей рассматриваемому напряжению.

Основные физико-механические свойства бетона и арматуры

Физико-механические свойства бетона зависят от его состава, технологии изготовления конструкций и вида их напряженного со­стояния. Следует учитывать и тот факт, что с увеличением загрязне­ний и крупного заполнителя прочность бетона ухудшается. При постоянном водоцементном соотношении механические свойства цементного бетона практически не зависят от соотношения между количеством вяжущего и заполнителя.

Характерной особенностью для всех видов бетона является не­однородность структуры. Повышение структурной однородности бетона существенно влияет на улучшение его физико-механичес­ких свойств, что способствует значительному росту прочности бе­тона. Так как неоднородность и дефектность структуры бетона но­сят случайный характер, то механические свойства бетона целесо­образно оценивать с точки зрения статистической механики твердого тела, т. е. с учетом вероятностного описания его напряженно-дефор­мированного состояния.

Вследствие усадки цементного камня, в его соприкосновении с заполнителем возникают микротрещины сцепления ненагруженного бетона. Размеры этих трещин и их количество зависят от микро- и макроструктуры бетона. С увеличением сжимающей нагрузки силы сцепления ослабляются и происходит развитие микротрещин, не­смотря на процесс уплотнения бетонной массы. Наряду с этим про­исходит увеличение растягивающих напряжений в направлении, перпендикулярном плоскости приложения внешней силы. При крат­ковременном однократном сжатии или растяжении уровень напря­жений R_b1 при котором образуются трещины в цементном камне, называют нижней границей микроразрушения или пределом упру­гости бетона (рис. ниже). Эта величина характеризуется максимальным уплотнением сжатого бетона образца, что подтверждается из­менением относительной скорости ультразвука.

Диаграммы деформаций бетона при кратковременном однократном действии нагрузки

R_b1 — нижняя граница микроразрушения; R_b2 — верхняя граница микроразрушения; R_bm — среднее значение прочности бетона на сжатие; R_bt,m — то же, на растяжение; ε_b,el— упругая деформация бетона при сжатии; ε_b,pl — то же, пластическая; v— относительная скорость ультразвука

В тех местах, где цементный камень ослаблен порами и дефек­тами, возникают концентрации напряжений. Это обстоятельство способствует (при увеличении нагрузки) началу разрушения цемент­ного камня и снижению его сцепления с заполнителем. В результа­те происходит разуплотнение бетона. Уровень напряжений R_b2, при котором прекращается прирост объема образца, принимают за верх­нюю границу микроразрушения. При дальнейшем увеличении на­грузки происходит интенсивное трещинообразование в бетоне и его отрыв от образца в поперечном направлении.

Уровни R_b1 и R_b2 при осевом сжатии бетона могут быть опреде­лены по зависимостям О.Я. Берга:

Физические процессы уплотнения, разуплотнения, микро- и макроразрушения бетона обусловливают характер его деформиро­вания как при сжатии, так и при растяжении. Если статическая на­грузка возрастает мгновенно, то в бетоне развиваются упругие де­формации, которые прямо пропорциональны напряжениям, т. е. подчиняются закону Гука. При напряжениях σ_b относительные ве­личины деформаций составляют ε_b,el (рис. выше). При медленном увеличении нагрузки на образцы возникают пластические дефор­мации бетона ε_b,pl, которые в теории железобетона называют дефор­мациями быстронатекающей ползучести. При замедленном (дли­тельном) увеличении нагрузки показатель прочности бетона может снизиться на 10% в сравнении с кратковременным (мгновенным) возрастанием нагрузки.

К основным физико-механическим свойствам бетона относят­ся прочность и деформативность, определяемые его структурой.

Прочность бетона. Бетон имеет капиллярно-пористую неодно­родную структуру, образованную зернами заполнителя (песок, ще­бень или гравий), скрепленными цементным камнем в монолитный твердый материал. По данным исследований, поры и капилляры занимают около трети объема цементного камня. В таком неоднородном материале внешняя нагрузка создает сложное напряженное состояние.

В сжатом бетонном образце напряжения концентрируются на более твердых частицах и около пор и пустот. При этом растягива­ющие напряжения действуют по площадкам, параллельным направ­лению силы (рис. ниже). Так как в бетоне много хаотически распо­ложенных пор и пустот, то растягивающие напряжения накладыва­ются друг на друга.

Поскольку сопротивление бетона растяжению значительно мень­ше, чем сжатию, то разрушение сжимаемого образца происходит в результате разрыва бетона в поперечном направлении (рис. ниже). Отсутствие закономерности в расположении твердых частиц и пор приводит к существенному разбросу показателей прочности при испытании образцов из одного и того же бетона.

К бетону неприменимы классические теории прочности, так как они справедливы для материалов с идеальными свойствами. Поэтому данные о его прочности и деформативности основываются на большом числе экспериментов.

Схема напряженного состояния и разрушения сжатого бетонного образца

Прочность бетона зависит от многих факторов, основными из которых являются: время и условия твердения, вид напряженного состояния, форма и размеры образцов, длительность нагружения.

Опытами установлено, что прочность бетона нарастает в тече­ние длительного времени, но наиболее интенсивный ее рост проис­ходит в начальный период твердения (28 суток при применении портландцемента, 90 суток при пуццолановом и шлаковом портланд­цементе). В дальнейшем нарастание прочности значительно замед­ляется, но при положительной температуре и влажной среде про­должается еще годами (рис. ниже).

Нарастание прочности бетона во времени при хранении во влажной (а) и сухой (б) средах

Из рисунка видно, что в бетоне, хранившемся во влажной сре­де, увеличение прочности продолжается и по истечении 10 лет. В бе­тоне же, хранившемся только 7 дней во влажной среде, а затем в сухой, нарастание прочности почти прекратилось примерно через год. Опыты над образцами, хранившимися во влажной среде в те­чение 20 лет, показали, что прочность их непрерывно растет.

На прочность бетона большое влияние оказывает скорость на­гружения образцов. При замедленном нагружении прочность бето­на оказывается меньше на 10-15%, чем при кратковременном. При быстром нагружении (0,2 с и менее) прочность бетона, наоборот, возрастает до 20%. Бетон имеет различную прочность при разных силовых воздействиях: сжатии, растяжении, изгибе, срезе. В связи с этим различают несколько характеристик прочности бетона.

Кубиковая прочность бетона при сжатии является основной механической характеристикой (эталон прочности) материала. При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва бетона в по­перечном направлении. Однако силы трения, возникающие на опорных гранях, препятствуют поперечным деформациям куба вблизи торцов и создают эффект обоймы (рис. ниже). Если устра­нить влияние сил трения смазкой контактных поверхностей, то поперечные деформации проявляются свободно и куб раскалыва­ется по трещинам, параллельным направлению действия сжима­ющей силы (рис. ниже), а его прочность уменьшается примерно вдвое. По ГОСТу кубы испытывают без смазки контактных повер­хностей. Силы трения влияют на прочность кубов в зависимости от их размеров: чем меньше размер куба, тем больше его проч­ность. Так, если прочность куба с ребром 15 см равна R, то для куба с ребром 10 см она равна 1,12R, а с ребром 20 см

Кубиковая прочность бетона при сжатии необходима для произ­водственного контроля и при проектировании не применяется, так как реальные конструкции по форме отличаются от куба и при­ближаются к форме призм. Поэтому за основную характеристику прочности батона сжатых элементов принята призменная проч­ность — временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм с квадратным основанием а и высотой h.

Характер разрушения бетонных кубов при сжатии

1 — силы трения; 2 — смазка

Опыты показали, что с увеличением h/a влияние сил трения на торцах уменьшается и прочность призм снижается. Разрушение наступает от поперечного растяжения и образования продольных трещин (см. рис. выше). При h/a > 4 прочность призм становится постоянной и равной R_b

(0,7-0,8)R. Призменную прочность ис­пользуют при расчете сжатых и изгибаемых элементов.

Прочность бетона при местном сжатии (смятии) учитыва­ют при передаче давления только на часть площади (опирание ба­лок, ферм, колонн и т. д.). Как показывают опыты, в этом случае загруженная часть площади обладает большей прочностью, чем R_b, так как в работе участвует также бетон, окружающий площад­ку смятия и создающий эффект обоймы. Прочность бетона на ме­стное сжатие

где A_log1 — площадь смятия; A_log2 — расчетная площадь, включаю­щая площадку смятия и дополнительный участок, как правило, сим­метричный по отношению к площади смятия.

Прочность бетона при растяжении зависит от прочности це­ментного камня, силы его сцепления с заполнителем и значительно меньше прочности при сжатии. При осевом растяжении прочность бетона R _bt = (0,1-0,05)R.

Причем с увеличением кубиковой прочности относительная прочность бетона при растяжении уменьшается. Опытным путем R_bt определяют испытаниями на разрыв восьмерок или на раскалы­вание образцов в виде цилиндров и кубов.

Прочность бетона при срезе и скалывании в железобетон­ных конструкциях встречается редко. Обычно срез сопровождается действием нормальных сил. Под чистым срезом понимается разде­ление элемента на две части по сечению, в плоскости которого дей­ствуют перерезывающие силы. Прочность бетона при срезе можно определять по эмпирической зависимости:

Значительно чаще бетон в железобетонных конструкциях рабо­тает на скалывание, например, в балках под действием поперечных сил. Скалывающие (касательные) напряжения при изгибе изменя­ются по высоте сечения по квадратной параболе. Сопротивление бетона скалыванию, по опытным данным, в 1,5-2 раза больше прочности при осевом растяжении.

Прочность бетона при длительных, быстрых и многократ­но повторяющихся нагружениях. При длительном действии ста­тической нагрузки бетон разрушается при меньших напряжениях, чем временное сопротивление кратковременной нагрузке. Это вы­звано развитием значительных неупругих деформаций и структур­ных изменений в бетоне. Предел длительного сопротивления бето­на при осевом сжатии, по опытным данным, составляет 0,9R_b. Если конструкция эксплуатируется в благоприятных для нарастания проч­ности бетона условиях (например, гидротехнические сооружения, эксплуатируемые во влажной среде), то уровень напряжений OtJRb постепенно уменьшается в связи с ростом R_h, и отрицательное вли­яние длительного загружения будет со временем проявляться мень­ше. При нагрузках малой продолжительности (порыв ветра, транс­портные средства, краны, удар и т. д.) бетон разрушается при боль­ших напряжениях (1,1-1,2)R_b.

Многократно повторяющиеся нагрузки снижают сопротивле­ние бетона сжатию под влиянием развития микротрещин. Предел выносливости бетона зависит от числа циклов нагрузки, характе­ристики цикла ρ_b = σ_min /σ_max и принимается не менее 0,5R_b.

Его используют при расчете на выносливость железобетонных конструкций, испытывающих динамические нагрузки (подкрановые балки, пролетные строения мостов и т. д.).

Деформации бетона под нагрузкой. В бетоне различают де­формации двух основных видов: силовые, развивающиеся под дей­ствием внешних сил, и температурно-влажностные.

Бетон является материалом с ярко выраженными упругопластич­ными свойствами. Уже при небольших напряжениях в нем кроме упругих (восстанавливающихся) деформаций развиваются пластичес­кие (остаточные) деформации, которые в основном зависят от харак­тера приложения и длительности действия нагрузки. Поэтому сило­вые деформации различают при однократном кратковременном, дли­тельном и многократно повторяющихся нагружениях.

При однократном действии кратковременной нагрузки дефор­мации бетона оценивают путем испытания бетонных призм на сжа­тие. Если призму загружать ступенями и замерять деформации на каждой ступени дважды (после приложения нагрузки и через неко­торое время после выдержки под нагрузкой), то диаграмма σ-ε бу­дет ступенчатой (рис. ниже). Деформации ε_pl, замеренные сразу после приложения нагрузки, —упругие и прямо пропорциональны напря­жениям, а деформации ε_pl, развивающиеся за время выдержки под нагрузкой, — пластические. Упругие деформации соответствуют мгновенной скорости загружения образца.

Пластические деформации с уменьшением скорости загруже­ния или увеличением времени выдержки образца под нагрузкой возрастают, а зависимость σ-ε становится более пологой. Таким образом, полная деформация бетона ε_b = ε_el + ε_pl. При большом ко­личестве ступеней загружения график σ-ε становится криволиней­ным (пунктир на рис. ниже). В общем случае диаграмма «напряже­ния— деформации» для бетона изображена на рис. ниже. Если в какой-то момент загружения, соответствующий напряжению σ_b, нагрузку с бетонного образца быстро снять, то кривая σ-ε будет обращена выпуклостью в противоположную сторону. В процессе разгружения восстанавливается часть неупругих деформаций (рис. ниже). После полной разгрузки в образце сохраняются оста­точные деформации, которые с течением времени частично восста­навливаются (деформации упругого последействия ε_ep).

Диаграмма σ-ε при испытании бетонных призм на сжатие

1 — упругие деформации; 2 — полные деформации

Общая диаграмма «напряжения-деформации» бетона

' 1 и 2 — соответственно области упругих и пластических деформаций

Связь между напряжениями и деформациями для бетона, как упругопластичного материала, характеризуется модулем деформа­ции и является переменной величиной, определяемой как тангенс угла наклона касательной к кривой σ-ε, т. е. E_b = tga = dσ/dε. Ис­пользование такого определения модуля деформаций сложно и затруднительно.

Поэтому для практических расчетов при небольших напряже­ниях σ_b < R_b, связь σ-ε принимается линейной (соответствует за­кону Гука) и называется начальным (или мгновенным) модулем уп­ругости E_b - tga = σ_b/ε_el. При σ_b > 0,3/R_b влияние пластических деформаций становится существенным и в расчетах используют средний модуль, или модуль упругопластичности, представляющий собой тангенс угла наклона секущей E_b,_Pl = tga = σ_b/ε_el.

где v = ε_l/ε_b — коэффициент, характеризующий упругопластичное со­стояние бетона при сжатии; он изменяется от 1 (при упругой работе) до 0,1 и зависит от величины напряжений и длительности нагрузки.

При осевом растяжении диаграмма σ-ε имеет тот же характер, что и при сжатий. Начальные модули упругости бетона при растяже­нии и сжатии отличаются незначительно и могут быть приняты оди­наковыми. Тогда модуль упругопластичности бетона при растяжении

где v_t —коэффициент, характеризующий упругопластическое состо­яние бетона при растяжении. При σ_bt - R_bt по опытным данным v_t = 0,5.

При длительном действии нагрузки неупругие деформации бе­тона с течением времени увеличиваются. Эти деформации интен­сивно нарастают в первые 3—4 месяца, затем их рост постепенно замедляется и прекращается через несколько лет.

Нарастание неупругих деформаций во времени при длитель­ном действии нагрузки или напряжений (температурных, влажно­стных и т. п.) называют ползучестью бетона. Деформации ползу­чести могут в 3-4 раза превышать упругие деформации. Дефор­мации ползучести бетона и скорость их нарастания во времени зависят от очень многих факторов. Так, с ростом напряжений пол­зучесть бетона увеличивается; загруженный в раннем возрасте бетон характеризуется большей ползучестью, чем старый бетон. Ползучесть бетона в сухой среде значительно больше, чем во влаж­ной. На ползучесть бетона также влияют технологические факто­ры: увеличение количества цемента и В/Ц, применение цементов низких марок повышают ползучесть; хорошо фракционированный заполнитель, тщательное уплотнение бетонной смеси уменьшают деформации ползучести.

Различают ползучесть линейную и нелинейную. Линейная пол­зучесть возможна при σ_b < 0,5R_b, когда увеличение деформаций примерно пропорционально увеличению напряжений (рис. ниже, кривая 1). При напряжениях σ_b > 0,5R_b в бетоне появляются микро­трещины, начинаются ускоренное нарастание неупругих деформа­ций и нелинейная ползучесть (рис. ниже, кривая 2). Так как граница между этими двумя видами ползучести (граница развития микро­трещин) выше напряжений при эксплуатационных нагрузках, наи­большее практическое значение имеет линейная ползучесть.

Деформации ползучести бетона

Для количественной оценки деформаций ползучести пользуются величинами: характеристика ползучести φ_t и мера ползучести С_(t);

где ε_pl(t) —деформация ползучести к моменту времени t; ε_el —упру­гая деформация в момент загружения (рис. ниже, t = 0); σ_b— дли­тельно действующие напряжения.

При многократно повторяющейся нагрузке происходит посте­пенное накопление неупругих деформаций. После определенного числа циклов загружения и разгрузки неупругие деформации вы­бираются, и бетон начинает работать упруго. Такой характер де­формирования наблюдается при напряжениях, не превышающих предела выносливости. При большем значении напряжений пос­ле некоторого числа циклов неупругие деформации начинают нео­граниченно расти и происходит разрушение образца, т. е. насту­пает усталость бетона.

Предельные деформации бетона. Предельными называют деформации бетона перед его разрушением. Различают предельную сжимаемость ε_bu и растяжимость ε_btu, которые зависят от прочнос­ти бетона, его состава и длительности приложения нагрузки.

С увеличением прочности бетона они уменьшаются, а с ростом длительности нагрузки увеличиваются. По данным опытов, предель­ная сжимаемость бетона ε_bu = (0,8—З)10 -3 . В расчетах принимают ε_bu = 2 · 10 -3 , а при длительном действии нагрузки ε_bul = 2,5 · 10 -3 .

Предельная растяжимость бетона в 10-20 раз меньше предель­ной сжимаемости и в среднем принимают ε_btu = 1,5 · 10 -3 . Величину ε_btu можно определять в зависимости от прочности бетона при растяжении с учетом модуля упругопластичности бетона (см. фор­мулу выше):

Предельная растяжимость бетона существенно влияет на сопро­тивление образованию трещин в растянутых зонах железобетонных конструкций.

Температурные и влажностные деформации бетона. Темпе­ратурные деформации бетона неизбежны в массивных гидротехни­ческих сооружениях при их бетонировании. Твердение бетона со­провождается выделением теплоты (экзотермический разогрев) и при последующем неравномерном остывании конструкции появля­ются значительные температурные деформации. Они возникают также в сооружениях, подверженных атмосферным воздействиям или изменениям технологических температур. Температурные де­формации при ограничении перемещений конструкций (статичес­ки неопределимые) или при неравномерном их распределении по объему (в массивных сооружениях) вызывают растягивающие на­пряжения, которые могут привести к появлению трещин. Для рас­чета температурных деформаций и напряжений пользуются коэф­фициентом линейного расширения бетона, величина которого, по опытным данным, при температуре от -50 до +50 °С в среднем со­ставляет 1-10 -5 1/град.

Влажностные деформации бетона вызваны его свойством: уменьшаться в объеме при твердении в воздушной среде (усадка) и увеличиваться в объеме при увлажнении (набухание). Усадку бето­на можно представить как сумму деформаций двух видов: собствен­но усадки и влажностной усадки.

Собственно усадка происходит в результате уменьшения истин­ного объема системы цемент — вода в процессе гидратации цемен­та и необратима. Влажностная усадка связана с испарением сво­бодной влаги в бетоне; она частично обратима: при твердении на воздухе происходит усадка бетона, а при достаточном притоке вла­ги — набухание. Деформации влажностной усадки бетона в 10-20 раз больше деформаций собственно усадки.

Усадка бетона происходит наиболее интенсивно в начальный период твердения и в течение первого года. В дальнейшем она по­степенно затухает. Величина и скорость усадки зависят от влажно­сти окружающей среды (чем меньше влажность, тем больше уса­дочные деформации и выше скорость их роста), вида цемента, со­става бетона, способов его укладки и т. д. Неравномерное высыхание бетона по объему в массивных гидротехнических сооружениях при­водит к неравномерной усадке. Открытые поверхностные слои бетона теряют влагу быстрее и усадка их больше, чем внутренних, более влажных зон. В результате такой неравномерности во внут­ренних слоях бетонного тела возникают сжимающие, а в наруж­ных — растягивающие напряжения, приводящие к образованию поверхностных трещин.

Величина усадки (набухания) зависит от многих факторов и колеблется в широких пределах. По опытным данным средние де­формации могут быть приняты равными: усадки — 2 · 10 -4 , набу­хания — 1 · 10 -4 . Уменьшение усадочных деформаций и напряже­ний в бетоне достигается как технологическими (уменьшение рас­хода цемента и отношения В/Ц, повышение плотности бетона, увлажнение открытых поверхностей и т. д.), так и конструктивными мерами, например, устройством усадочных швов, постановкой противоусадочной арматуры. Наиболее радикальным средством ус­транения усадки является применение безусадочных цементов.

В строительстве наибольшее применение получили обычные тяжелые бетоны плотностью 22-25 кН/м. Прочность бетона нарас­тает с течением времени. Наиболее быстрый ее рост происходит в начальный период твердения (28 суток для портландцемента, 90 су­ток для пуццоланового и шлакового портландцемента).

В зависимости от вида действующих нагрузок (сжатие, растя­жение, изгиб, срез) бетон имеет различную прочность.

Кубиковая прочность R — это временное сопротивление сжа­тию бетонных кубов размером 150x150x150 мм.

Так как реальные конструкции но форме отличаются от куба, то при расчетах используется призменная прочность R_b, представляю­щая собой временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм с квадратным основанием а и высотой h.

При соотношении h/a > 4 призменная и кубиковая прочности связаны зависимостью

Прочность бетона при растяжении, связь призменной и кубико- вой прочности определяются эмпирической формулой

Прочность бетона на растяжение при изгибе R_btc вычисляется по обычной формуле изгиба, не учитывающей пластические деформации,

Среднее значение коэффициента изгиба

В действительности, для различных бетонов значение К_с колеб­лется в широких пределах. Прочность бетона при растяжении оп­ределяется по формуле

Otvety_po_ZhBK

Форма стандартных образцов бетона при определении его основной прочностной характеристики:

Размеры базовых (эталонных) образцов бетона при определении его призменной прочности:

призма 15х15х60 см

Размеры базовых (эталонных) образцов бетона при определении его кубиковой прочности:

15х15х15 см

Факторы, оказывающие влияние на значение кубиковой прочности бетона при испытании его стандартных образцов:

силы трения между опорными гранями образца и плитами пресса

Гибкостью образца-призмы бетона и влиянием сил трения пренебрегают при отношении его высоты к размеру поперечного сечения:

в пределах от 4 до 8

Начальный модуль упругости бетона равен тангенсу угла наклона к диаграмме «Напряжения-деформации»:

касательной в начале координат

Характер изменения кубиковой прочности бетона при увеличении размеров стандартных образцов:

с увеличением размеров бетонного куба прочность снижается

Возраст стандартных образцов бетона на обычном портландцементе при определении их прочности и начального модуля упругости:

Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов выполняется для следующих этапов:

изготовления, транспортирования, возведение, эксплуатации, при этом расчетные схемы

должны отвечать принятым конструктивным решениям

(Расчет по предельным состояниям конструкции производят для всех стадий: изготовление,

хранение, транспортирование, монтаж и эксплуатация.)

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в плитах и стенках толщиной до 100 мм должна составлять:

10 мм и не менее диаметра стержня или ка­ната

Расчет по предельным состояниям второй группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления:

образование чрезмерного и продолжительного раскрытия трещин (если по условиям эксплуатации они допустимы);

чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворотов, углы перекоса и амплитуды колебаний).

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в плитах и стенках толщиной более 100 мм и балках должна составлять:

15 мм (в балках высотой до 250 мм)

Расчет по предельным состояниям первой группы выполняют, чтобы предотвратить следующие явления:

хрупкое, вязкое или иного характера разрушение (расчет по прочности);

потерю устойчивости конструкции (расчет на устойчивость тонкостенных конструкций) или ее положения (расчет на опрокидывание и скольжение подпорных стен, внецентренно нагруженных высоких фундаментов; расчет на всплытие заглубленных или подземных резервуаров и т.п.);

усталостное разрушение (расчет на выносливость конструкций, находящихся под воздействием многократно повторяющихся подвижных или пульсирующих нагрузок: подкрановых балок, шпал, рамных фундаментов или перекрытий под неуравновешенными машинами);

разрушение от совместного воздействия силовых факторов и неблагоприятных воздействий внешней среды (агрессивность среды, попеременное замораживание и оттаивание и т.п.).

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в монолитных фундаментах при наличии бетонной подготовки должна составлять:

Не менее диаметра стержня или каната и не менее 35 мм

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в колоннах должна составлять:

20 мм и не менее диаметра арматуры

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в монолитных фундаментах при наличии песчаной подготовки должна составлять:

Не менее диаметра стержня или каната и не менее 70 мм

Толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры в сборных фундаментах должна составлять:

Не менее диаметра стержня или каната и не менее 30 мм

Размеры базового (эталонного) образца бетона при определении его кубиковой прочности:

15х15х15 см, ребро 150 мм

Нормируемые ГОСТ сроки выдержки стандартных образцов бетона перед испытаниями соответствуют времени:

Наиболее интенсивного набора бетоном прочности при его существенном последующем замедлении

Установить правильную последовательность порядка убывания значений прочности бетона на осевое сжатие:

Марка бетона;

Класс бетона;

Нормативное значение призменной прочности;

Среднее значение призменной прочности;

Расчетное сопротивление

Температура, при которой в условиях естественного твердения выдерживают стандартные образцы бетона перед испытаниями:

Влажность, при которой в условиях естественного твердения выдерживают стандартные образцы бетона перед испытаниями

от 90% до 100%

Отношение между начальными модулями упругости бетона при осевом сжатии и осевом растяжении:

численно равны

Отношение прочности бетона при осевом сжатии и осевом растяжении:

при сжатии в 10-20 раз больше, чем при растяжении

Установить правильную последовательность порядка убывания значений прочности бетона на осевое растяжение:

Среднее значение призменной прочности;

Класс бетона (нормативное значение призменной прочности)

Доверительная вероятность (надежность) назначения нормативных сопротивлений бетона осевому сжатию:

Форма стандартных образцов бетона при определении его прочности на осевое растяжение:

«восьмерка»; балка; цилиндр, испытываемый на скалывание

Доверительная вероятность (надежность) назначения нормативных сопротивлений бетона осевому растяжению:

Цель установки монтажной арматуры в ЖБК:

Обеспечение проектного положения продольной и поперечной арматуры при бетонировании

Равномерное распределение усилий между отдельными стержнями

Классы арматурной стали с явно выраженной площадкой текучести:

мягкие стали,

Классы А-I (A240), A-II (A300), A-III (A400)

Цель установки рабочей арматуры в ЖБК:

Восприятие усилий от эксплуатационных нагрузок

Восприятие усилий от монтажных нагрузок

Цель установки конструктивной арматуры в ЖБК:

Восприятие усилий от усадки бетона

Восприятие усилий от изменения температуры

Восприятие усилий от изменения местных напряжений (сосредоточенных сил)

Основная характеристика прочностных свойств арматуры:

предел текучести (работает на растяжение)

Установить соответствие между диаграммой работы арматурной стали и нормируемой величиной ее напряжений:

Мягкие арматурные стали с ярко выраженной площадкой текучести – физический предел текучести

Арматурные стали с неявно выраженной площадкой текучести – условный предел текучести

Арматурные стали с линейной зависимостью напряжения-деформации почти до разрыва – временное сопротивление разрыву

Доверительная вероятность (надежность) назначения нормативных сопротивлений арматуры осевому растяжению:

Относительная остаточная деформация, соответствующая условному пределу текучести гибкой стальной арматуры:

0,2%

Классы арматурной стали с неявно выраженной площадью текучести:

низколегированные, термически упрочненные стали,

классы А-IV (A600), A-V (A800), A-VI (A1000)

Классы арматурной стали с линейной зависимостью почти до разрыва:

высокопрочная проволока,

классы Вр-I (B500), Вр-II, Вр-II (Bp1200-Bp1500)

Установить соответствие между стадиями напряженно-деформированного состояния нормальных сечений изгибаемых элементов с ненапрягаемой арматурой и характером деформирования бетона их растянутой зоны:

Стадия I – упругая работа без трещин;

Стадия II – упруго-пластическая работа с трещинами;

Стадия III – работа с трещинами и значительными пластическими деформациями.

Установить соответствие между стадиями напряженно-деформированного состояния нормальных сечений изгибаемых элементов из обычного железобетона и характером деформирования их растянутой арматуры:

Стадия I - упругая работа, растягивающие усилия по всей длине воспринимают бетон и арматура совместно;

Стадия II – упруго-пластическая работа, напряжения не достигают физического или условного предела текучести;

Стадия III – работа со значительными пластическими деформациями, напряжения достигают или не достигают предела текучести в зависимости от характера армирования растянутой зоны.

Коэффициенты надежности по бетону и арматуре учитывают:

Возможные отклонения нормативных сопротивлений в неблагоприятную сторону;

Изменчивость площади сечения арматуры;

Изменчивость нагрузок в неблагоприятную сторону;

Возможность неблагоприятных сочетаний различных нагрузок

Отношение среднестатистических значений прочностных и деформативных характеристик диаграмм работы гибкой стальной арматуры при сжатии и растяжении:

Диаграмма сжатия имеет более низкие прочностные и деформативные характеристики, чем при растяжении

Установить соответствие между стадиями напряженно-деформированного состояния нормальных сечений изгибаемых элементов с ненапрягаемой арматурой и характером деформирования бетона их сжатой зоны:

Стадия I – упругая работа;

Стадия II – упруго-пластическая работа, напряжения меньше предела прочности на сжатие;

Стадия III – значительные пластические деформации, напряжения достигают предела прочности на сжатие

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны бетона характеризует предельное состояние:

По несущей способности, когда при разрушении сжатой зоны бетона напряжения в растянутой арматуре достигают расчетного сопротивления растяжению

Причиной образования нормальных трещин изгибаемых и внецентренно нагруженных железобетонных элементов является превышение:

силового воздействия на конструкции, так и в результате температурных и усадочных напряжений в бетоне

главными растягивающими напряжениями в зоне максимального изгибающего момента предела прочности бетона на растяжение

Установить соответствие между стадиями напряженно-деформированного состояния нормальных сечений изгибаемых элементов из обычного железобетона и характером деформирования их растянутой арматуры:

Стадия I - упругая работа, растягивающие усилия по всей длине воспринимают бетон и арматура совместно;

Стадия II – упруго-пластическая работа, напряжения не достигают физического или условного предела текучести;

Стадия III – работа со значительными пластическими деформациями, напряжения достигают или не достигают предела текучести в зависимости от характера армирования растянутой зоны.

Стадия напряженно-деформированного состояния, положенная в основу расчета прочности железобетонных элементов по нормальному сечению:

стадия III

Предпосылки, используемые для расчета прочности изгибаемых и внецентренно нагруженных элементов по нормальному сечению:

напряжения в сжатой и растянутой арматуре принимаются в зависимости от высоты сжатой зоны бетона с учетом предварительного напряжения, но не более расетных сопротивлений сжатию и растяжению

работа растянутого бетона не учитывается

в сжатой зоне бетона принимается треугольная эпюра напряжений

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

7. Модуль деформации бетона и мера ползучести

Для расчёта железобетонных конструкций используют модуль упругопластичности (секущий модуль) бетона при сжатии – это величина, соответствующая тангенсу угла наклона секущей, проходящей через начало координат и точку на диаграмме полных деформаций (рис.2.11).

Рис. 2.11. Схема для определения модулей деформаций в бетоне

Если выразить одно и то же напряжение через упругие деформации и полные деформации , то получим

Коэффициент пластичности бетона равен

Коэффициент упругопластической деформации бетона равен

Используя (2.11) и (2.12) получим зависимость между секущим и начальным модулями (2.14)

Коэффициент упругопластической деформации можно выразить через коэффициент пластичности:

Для идеально упругого материала пластические деформации малы, т.е. .

Для идеально пластического материала упругие деформации малы, т.е. .

Зависимость между напряжениями и деформациями ползучести выражаются мерой ползучести . Используя формулы (2.11), (2.12), (2.14), получим:

Мера ползучести зависит от класса бетона и его начального модуля деформаций. Мера ползучести – это удельная деформация ползучести.

8. Реологические свойства бетона

Усадка – это уменьшение бетона в объеме при твердении в обычной (воздушной) среде (рис.2.12).

Рис. 2.12. Усадка бетона

1 – фрагмент бетонной балки; 2, 3 – продольные и поперечные усадочные трещины; 4 – наружний (высохший) слой; 5 – внутренний слой;

6 – растягивающие напряжения

Образование усадочных трещин обуславливается интенсивным уменьшением объема наружных слоев элемента, в то время как внутренний слой не успевает сократиться в объеме. Это вызывает в еще неокрепшем наружном слое собственные растягивающие напряжения, вследствие чего на поверхности бетона могут появиться многочисленные усадочные трещины.

Отрицательное влияние усадочных напряжений учитывают косвенно конструктивной арматурой и устройством усадочных швов.

Размеры усадки бетона и изменение ее во времени зависят от многих факторов:

с увеличением цемента на единицу объема возрастает усадка;

с увеличением водоцементного отношения (В/Ц) усадка увеличивается;

чем выше влажность при твердении бетона, тем больше усадка и т.д.

Набольшее влияние усадка оказывает в начальный период твердения, т.к. с течением времени уменьшается влажностный градиент по мере высыхания бетона, и растут кристаллические сростки, оказывающие сопротивление усадочным напряжениям.

Набухание – это увеличение бетона в объеме при твердении его в воде.

Процесс набухания бетона намного быстрее усадки. При набухании проникновение воды начинается с поверхности бетона, поэтому объем наружных слоев увеличивается, в то время как объем внутренних слоев увеличиться не успевает. Это вызывает в наружном слое бетона неопасные сжимающие напряжения, которые не учитываются при расчете железобетонных конструкций.

Ползучесть – это свойство бетона, характеризующее нарастание неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях.

Деформации ползучести бетона обусловлены его структурными несовершенствами. Абсолютная величина деформаций ползучести зависит от возраста, прочности бетона и его составляющих компонентов, влажности среды.

Ползучесть уменьшается по мере старения бетона, увеличения его прочности, уменьшения водоцементного отношения (В/Ц), увеличения влажности окружающей среды. Скорость деформаций ползучести бетона со временем затухает, асимптотически приближаясь к нулевому значению.

Если бетонному образцу задать некоторую деформацию обусловливающую соответствующее напряжение , а затем устранить возможность дальнейшего деформирования наложением связей, то с течением времени напряжения в бетоне будут уменьшаться, стремясь асимптотически к некоторой конечной величине.

Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения было получено напряжение , конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми (рис.2.13).

Рис. 2.13. Деформации ползучести бетона в зависимости от скорости

Модуль деформации бетона. Начальный модуль упругости бетона. Модуль полных деформаций. Модуль упругопластичности бетона

Начальный модуль упругости бетона – отношение напряжений в бетоне к деформациям, вызванным данными напряжениями при напряжениях близких к нулю или столь быстром загружении, что пластические деформации не успевают проявиться в заметной мере. Геометрически начальный модуль упругости бетона определяется по диаграмме как арктангенс угла наклона касательной к оси абсцисс в точке с координатами (0;0).

Модуль полных деформаций – отношение напряжений в бетоне к полным деформациям (сумме упругих и пластических деформаций) вызванных данным напряжением. Геометрически модуль полных деформаций определяется по диаграмме как арктангенс наклона секущей к оси абсцисс в любой точке диаграммы.

Модуль упругопластичности бетона – отношение приращений напряжений в бетоне к приращению деформаций, вызванных данным изменением напряжений. Геометрически начальный модуль упругости бетона определяется по диаграмме как арктангенс угла наклона касательной к оси абсцисс в любой точке диаграммы. Примечательно, что в отличие от начального модуля упругости и модуля полных деформаций, данный модуль упругопластичности бетона может быть и отрицательной величиной (на ниспадающей ветви диаграммы).

Читайте также:

  
• Контейнер из поликарбоната для су вид
  
• Люк в цоколь под маршем на второй этаж в частном доме
  
• Добавка для цемента ligaphob n 90
  
• Раскладка плитки каменный остров керама марацци
  
• Как продлить кирпичную кладку