Кубиковая и призменная прочность бетона. Гарантированная прочность бетона

Кубиковая прочность

Для оценки прочности бетона за стандартные лабораторные образцы принимают кубы размером 15 х 15 х 15 см; испытывают их при температуре 20 °С через 28 дней твердения в нормальных условиях (температуре воздуха 15...20°С и относительной влажности 90-100%).

Временное сопротивление эталонных кубов принимают за кубиковую прочность бетона.

При испытании бетонных кубиков края пресса препятствуют поперечным деформациям опорных граней кубиков создавая эффект обоймы. В результате кубики показывают повышенную прочность, по сравнению с реальной прочностью бетона. Если смазать поверхности контакта кубика с гранями пресса, то силы трения не препятствуют работе образца, разрушение происходит от раскалывания образца при меньших напряжениях, соответствующих реальной прочности бетона. Призменная прочность

В реальных условиях поверхности пресса не смазываются, а увеличивается длина образца. При увеличении длины образца отношение прочности образца к прочности кубика уменьшается и при соотношении h/a ≥ 4 устанавливается.

Под призменной прочностью понимают временное сопротивление осевому сжатию призмы с отношением высоты призмы к размеру стороны квадрата, равном 4.

Т.о. призменная прочность показывает реальную прочность бетона.

.

Рис. 3. Характер разрушения бетонной призмы.

По кубиковой прочности устанавливают класс прочности бетона

По призменной прочности устанавливают нормативное сопротивление бетона для расчетов

Гарантированная прочность бетона. Доверительная вероятность. Коэффициент вариации.

Коэффициент вариации прочности бетона в партии:

.

Наименьшее контролируемое значение – временное сопротивление B – расположено на расстоянии χS_mвлево от значения R_m, т.е.:

,

где χ – число, показатель надежности.

Исходя из значения χV_mоценивают обеспеченность гарантируемых значений прочности бетона не менее B. В нормах на проектирование установлена обеспеченность (доверительная вероятность) 0,95. Это имеет место при χ=1,64.

 

3. Работа бетона под нагрузкой. Ползучесть бетона. Начальный и длительный модули деформации бетона.Полные деформации бетона складываются из упругих и пластических деформаций: ε_b = ε_e + ε_pl По мере возрастания напряжений доля последней возрастает, поэтому диаграмма зависимости σ – ε имеет криволинейный характер. Бетон является неупругим материалом.

Диаграмма работы бетона при медленном (I) и быстром (II) нагружении. При быстром нагружении бетон показывает повышенную прочность, при медленном нагружении – пониженную прочность. Пониженную прочность бетона при длительном действии нагрузок учитывают коэффициентом условий работы бетона, который практически во всех случаях расчета железобетонных конструкций, если не оговорены другие условия нагружения, принимается равным γ_b1= 0,9.

Подползучестью называют свойство бетона увеличивать неупругие деформации при длительном действии нагрузки. Величина деформаций ползучести не зависит от скорости нагружения, а увеличивается с ростом напряжений. Диаграмма работы бетона при одинаковом уровне нагружения с различными скоростями

Начальный модуль упругости бетона при сжатии Е_b соответствует лишь упругим деформациям, возникающим при мгновенном загр: Модуль полных деформаций бетона при сжатии соответствует полным деформациям; является величиной переменной:

, где α – угол наклона касательной к кривой σ_b – ε_bв точке с заданным напряжением. Для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем или модулем упругопластичности бетона, представляющим собой тангенс угла наклона секущей в точке на кривой σ_b – ε_b с заданным напряжением:

 

 

24 дайте понятие деформативности арматуры

Характеристики прочности и деформативности арматуры опре­деляют по диаграмме , получаемой путём испытаний стан­дартных образцов. Арматурные стали условно подразделяются на "мягкие", основной гарантированной характеристикой которых яв­ляется предел текучести σ_у, и "твёрдые" с основной гарантирован­ной характеристикой в виде временного сопротивления разрыву σ_и.

Зависимость между напряжениями и деформациями при растя­жении образцов горячекатаной арматуры из малоуглеродистой ста­ли марки Ст3 ("мягкая" сталь) определяется следующей диаграм­мой

Поскольку при сжатии диаграмма деформирования стали суще­ственно отличается от диаграммы при растяжении (рис. 3.16), то для сжатых образцов с уверенностью можно говорить лишь о преде­ле текучести; величину временного сопротивления при сжатии уста­новить практически невозможно.

Во избежание чрезмерных деформаций в конструкциях горячекатаная арматура может быть использована в них до напряжений σ_s < σ_у. Значит, основной характеристикой прочности для "мягких" сталей является σ_у, для "твёрдых" — σ_и.

Увеличение содержания углерода в арматурной стали сверх 0,5% значительно снижает её пластические свойства и ухудшает сварива­емость.

Поэтому дальнейшее повышение σ_у и σ_и горячекатаной ста­ли достигается легированием. В строительстве в основном применя­ются низколегированные арматурные стали с общим содержанием легирующих добавок обычно не более 2%.

Легированные стали переходят в пластическую стадию без площадки текучести

для арматуры без физической площадки текучести определяется условный предел текучести σ_0,2, то есть напряжение, при котором остаточные относительные деформации 0,2%. Деформации ε – 0,02% соответствуют пределу упругости (σ_е). Однако, многие легиру­ющие добавки, повышая прочность стали, одновременно снижают её деформативность, ухудшают свариваемость и др. полезные свой­ства, повышают стоимость.

В связи с этим для повышения прочности стали, кроме легиро­вания используется также термообработка. При этом сначала осу­ществляется закалка арматурной стали (нагрев до температуры 800...900°С и быстрое охлаждение), а затем отпуск (нагрев до тем­пературы 300...400°С и медленное плавное охлаждение). Причём за­калке могут быть подвергнуты стали, содержащие не менее 0,25% углерода.

Упругие свойства металла определяются модулем упругости E = tg α, где α – угол наклона линии деформирования металла к оси абцисс и пределом упругости σ_е.

25 как применяют сварные арматурные изделия

Сварные арматурные изделия (сетки и каркасы) применяют для снижения трудоёмкости армирования железобетонных конструк­ций. Кроме того, они обеспечивают лучшее сцепление арматурных стержней с бетоном.

Продольные и поперечные стержни сварных изделий, которые называются сетками или каркасами, в местах пересечений (обычно под прямым углом) соединяют между собой контактной точечной электросваркой либо с помощью дуговой электросварки (возможны и другие способы соединения).

Сварные сетки изготовляют чаще всего из обыкновенной арма­турной холоднотянутой проволоки класса В500 диаметром 3, 4, 5 мм и стержневой арматуры класса A400 диаметром 6, 8, 10 мм. Они могут быть рулонные и плоские

В рулонных сетках наибольший диаметр продольных стержней ограничен шестью мм. Рабочей арматурой могут являться продоль­ные или поперечные стержни сетки. Возможно также расположе­ние рабочих стержней в двух направлениях. Ширина стандартной рулонной сетки ограничена размером 3,8м, длина — массой рулона 900...1300 кг. Длина сетки в рулоне составляет 50...100 м, поэтому при использовании в конструкциях сетки разрезают по месту.

Их применяют для армирования линейных элементов (балок, колонн и т.п.).

Сетки и каркасы могут быть вязаными. В настоящее время вязаные арматурные изделия широко применяются в монолитных конструкциях.

26 какие виды арматурных изделий вы знаете

Арматуру подразделяют по назначению в конструкции на рабочую, распределительную и монтажную

Рабочая арматура воспринимает растягивающие усилия, возникающие в железобетонных конструкциях от собственной массы и внешних нагрузок.

Распределительная арматура служит:

• для равномерного распределения нагрузок между рабочими стерж­нями;

• для обеспечения их совместной работы;

• для связи рабочих стержней между собой, препятствуя смещению рабочей арматуры при бетонировании.

Арматурные изделия

Под арматурными изделиями в современном строительстве понимают группы элементов, соединенных между собой и предназначенных для того, чтобы усиливать бетон в сжатых зонах или воспринимать растягивающие напряжения. В первом случае такие совокупности арматурных изделий называются колоннами, а во втором – балками.

Арматурные изделия имеют в своем составе различные закладные детали: стержни, пластины и хомуты. Они закрепляются непосредственно в бетоне. Кроме того, компонентами арматурных изделий являются рабочие стержни и другие разновидности арматуры, которые скрепляются между собой при помощи сварки или вязальной проволоки.

Виды арматуры и арматурных изделий

Вся арматура, которая используется для производства железобетонных изделий, классифицируется по следующим признакам:

• Материал
• Способ изготовления
• Профиль

Арматура бывает металлической и неметаллической, причем последняя в последние годы получает все большее распространение. По способу изготовления ее подразделяют на катанную, проволочную и стержневую, а по профилю – на периодического профиля и гладкую.

Существует также классификация строительной арматуры и по таким признакам, как:

• Принцип работы
• Назначение
• Способ монтажа

Что касается принципа работы арматуры, то по этому параметру она подразделяется на напрягаемую и ненапрягаемую, по назначению — на рабочую, монтажную и распределительную, по способу монтажа — на вязаную (в виде каркасов, сеток и отдельных стержней) и сварную.

Металлическая арматура подвергается таким процедурам, как холодная вытяжка, закалка, сплющивание в холодном состоянии, волочение через фильеры (отверстия, имеющие меньший диаметр, чем сама арматура). Это делается для того, чтобы упрочнить изделия и наиболее полно использовать свойства металла.

Если необходимо армировать предварительно напряженные конструкции, то помимо высокопрочной штучной арматуры используют пряди и пучки. Для изготовления прядей применяют высокопрочную проволоку, диаметр которой составляет три миллиметра. Кроме того, из отдельных прядей делают канаты.

При армировании бетона используют также арматуру из стеклопластика. По сравнению со стальной она имеет намного меньшую массу, совершенно не подвержена коррозии, и при этом не уступает по своим показателям прочности металлической. Тем не менее, есть у нее и некоторые недостатки, существенно ограничивающие сферу применения. К таковым относятся достаточно высокая чувствительность к температурным и динамическим воздействиям, меньший по сравнению со стальной арматурой модуль упругости, а также сложность в изготовлении. «Заменителем» стеклопластиковой арматуры в ряде случаев успешно становится асбестовое или рубленое стеклянное волокно.

В современном строительстве весьма широко применяются изготовленные из арматуры сетки. Они производятся или в виде плоских сеток, или в виде рулонов. Сейчас арматурные заводы производят легкие сетки. Для их изготовления используется холоднотянутая проволока диаметром от 3 до 7миллиметров, а также горячекатаная низколегированная сталь периодического профиля. Кроме того, промышленность производит также тканые сетки, имеющие ячейки размером от 5 до 20 миллиметров. Они используются для того, чтобы армировать тонкостенные железобетонные конструкции. Для армирования прогонов, ригелей и балок применяются пространственные или плоские арматурные каркасы.

27 какие факторы влияют на сцепление арматуры с бетоном

Скольжению арматуры в бетоне препятствует сцепление между ними (сопротивление сдвигу). Надежное сцепление является основным фактором, обеспечивающим совместную работу арматуры и бетона в железобетоне и позволяющим ему работать под нагрузкой как единому монолитному телу. При отсутствии сцепления образование первой трещины влечет за собой возрастание удлинений на всем протяжении растянутой арматуры, что приводит к резкому раскрытию образовавшейся трещины, сокращению высоты сжатой зоны, снижению несущей способности.

В различных опытах сила сцепления арматуры с бетоном определялась сопротивлением скольжению забетонированного стержня при его выдергивании или выталкивании. Как показали опыты, сила сцепления меняется в широких пределах и в основном зависит от трех факторов:

Ø склеивания арматуры с бетоном, благодаря клеящей способности цементного теста (адгезия);

Ø сил трения, возникающих на поверхности арматуры благодаря зажатию стержней в бетоне при его усадке;

Ø сопротивления бетона усилиям среза, возникающим из-за наличия неровностей и выступов на поверхности арматуры.

Наибольшее влияние на сцепление оказывает третий фактор – он обеспечивает около 75% от общей величины сцепления. Первый фактор оказывает наименьшее влияние – до 25% всей силы сцепления.

Арматура периодического профиля с сильно шероховатой поверхностью обладает более высоким и надежным сопротивлением скольжению благодаря зацеплению и заклиниванию ее выступов в бетоне. По сравнению с гладкими стержнями арматура периодического профиля обладает в 2-3 раза большей силой сцепления с бетоном.

28 какие способы анкеровки арматуры в бетон

В железобетонных конструкциях закрепление концов арматуры в бетоне — анкеровка — осуществляется запуском арматуры за рас­сматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с арматуры на бетон (обусловленную сцеплением арматуры с бетоном).

Арматура из гладких стержней класса A240 должна иметь по кон­цам анкера в виде полукруглых крюков диаметром 2, 5d (рис. 4.5а). Анкерами гладких стержней в сварных сетках и каркасах служат стержни поперечного направления, поэтому их применяют без крю­ков на концах. Также не имеют крюков на концах арматурные стержни периодического профиля, обладающие значительно луч­шим сцеплением с бетоном.

Анкеровку арматуры осуществляют одним из следующих способов или их сочетанием:

- в виде прямого окончания стержня (прямая анкеровка);

- с загибом на конце стержня в виде крюка, отгиба (лапки) или петли;

- с приваркой или установкой поперечных стержней;

- с применением специальных анкерных устройств на конце стержня.

Прямую анкеровку и анкеровку с лапками допускается применять только для арматуры периодического профиля. Для растянутых гладких стержней следует предусматривать крюки, петли, приваренные поперечные стержни или специальные анкерные устройства.

Лапки, крюки и петли не рекомендуется применять для анкеровки сжатой арматуры, за исключением гладкой арматуры, которая может подвергаться растяжению при некоторых возможных сочетаниях нагрузки.

При расчете длины анкеровки арматуры следует учитывать способ анкеровки, класс арматуры и ее профиль, диаметр арматуры, прочность бетона и его напряженное состояние в зоне анкеровки, конструктивное решение элемента в зоне анкеровки (наличие поперечной арматуры, положение стержней в сечении элемента и др.).

29 Назовите стадии напряженно-деформированного состояния

стадия I — до появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда напряжения в бетоне меньше временного сопротивления растяжению и растягивающие усилия воспринимаются арматурой и бетоном совместно;

стадия II — после появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда растягивающие усилия в местах, где образовались трещины, воспринимаются apматypoй и участком бетона над трещиной, а на участках между трещинами - арматурой и бетоном совместно;

стадия III — стадия разрушения, характеризующаяся относительно коротким периодом работы элемента, когда напряжения в растянутой стержневой арматуре достигают физического или условного предела текучести в высокопрочной арматурной проволоке – временного сопротивления, а напряжения в бетоне сжатой зоны — временного сопротивления сжатию. В зависимости от степени армирования элемента последовательность разрушения зон – растянутой и сжатой – может изменяться.

 

 30Стадия I (продолжается до появления нормальных трещин в бетоне растянутой зоны). Она имеет место при небольших нагруз­ках, составляющих приблизительно 15...20% от разрушающей, когда напряжения в бетоне и арматуре невелики, деформации носят пре­имущественно упругий характер, а эпюры нормальных напряжений в бетоне сжатой и растянутой зон треугольные. Нейтральный слой проходит через центр тяжести приведённого к бетону сечения (рис. 32). На рис. 32 и – соответственно средний предел прочно­сти бетона при осевом сжатии и средний предел прочности бетона при осевом растяжении.

 

а – фактические эпюры напряжений; б – то же, схематизированные

После этого при некотором увеличении нагрузки в волокнах бе­тона растянутой зоны развиваются неупругие деформации, начиная с крайних волокон. Деформации в них доходят до = 15 • 10^-5. Эпюра напряжений в растянутой зоне превращается в криволиней­ную и растягивающие напряжения в бетоне становятся равными не только в крайних волокнах. Это означает, что наступает конеч­ный этап стадии I – стадия Iа. Бетонная балка в этот момент разру­шается. Напряжения в растянутой арматуре в стадии Iа определя­ются в соответствии с условиями совместности деформаций и законом Гука

 

31 Стадия II – это новое качественное состояние балки. Наступает она после появления трещин в бетоне растянутой зоны, когда растяги­вающие усилия в сечениях, где образовались трещины, восприни­маются арматурой и бетоном над трещиной (расположенным ниже нейтральной оси). Между трещинами бетон работает на растяже­ние, и напряжения в арматуре уменьшаются по мере удаления от сечения с трещиной.

В интервале растянутой зоны между двумя соседними трещи­нами сцепление арматуры с бетоном не нарушается. В сжатой зоне бетона развиваются неупругие деформации и эпюра нормальных на­пряжений искривляется. Высота сжатой зоны бетона в этой и следующей стадиях переменна по длине элемента: в сечениях над трещи­нами она меньше чем в сечениях между трещинами. Продольные деформации бетона сжатой зоны в сечении над трещиной несколько больше чем на участке между трещинами. По этой стадии работа­ют наиболее напряжённые сечения в период эксплуатации. Нагрузка на конструкцию в этот момент может доходить до 65% и более от разрушающей.

Конец стадии II характеризуется началом заметных неупругих деформаций в арматуре. К концу этой стадии напряжения в ар­матуре превышают предел упругости и при арматуре из «мягкой» стали могут иногда достигать предела текучести (стадии IIа). Тре­щины в бетоне растянутой зоны иногда могут развиваться почти до нейтральной оси.

32 Стадия III (стадия разрушения) характеризуется относительно коротким по времени периодом работы балки. Криволинейность эпюры напряжений сжатия в бетоне становится ярко выра­женной и приближается по очертанию к кубической параболе или параболе более высокого порядка. Бетон растянутой зоны из работы почти полностью исключается.

Опыты свидетельствуют, что характер разрушения балки по нор­мальному сечению зависит от вида и количества продольной арма­туры в сечении. При этом возможны следующие два случая разру­шения балки.

33 что такое предварительно напряженный железобетон

Сущность. Под предварительно напряженными понимают железобетонные конструкции, элементы, изделия, в которых предварительно, т. е. в процессе изготовления, искусственно созданы в соответствии с расчетом начальные напряжения растяжения в части или во всей рабочей арматуре и обжатие всего или части бетона.

Обжатие бетона в предварительно напряженных конструкциях на заданную величину осуществляется предварительно натянутой арматурой, стремящейся после отпуска натяжных устройств возвратиться в первоначальное состояние (рис. 14). При этом проскальзывание арматуры в бетоне исключается их взаимным естественным сцеплением, а при недостаточности естественного сцепления - специальной искусственной анкеровкой торцов арматуры в бетоне. Начальное предварительное напряжение арматуры, создаваемое в результате искусственного натяжения арматуры, после отпуска натяжных устройств снижается за счет относительного упругого обжатия бетона.

течением длительного времени потери предварительного напряжения арматуры существенно увеличиваются за счет усадки и ползучести бетона и арматуры, релаксации напряжений арматуры и многих других факторов.

Сущность предварительно напряженных железобетонных конструкций нетрудно проследить, например, посредством сопоставления диаграмм, центрально растянутых элементов соответственно с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой (рис. 15). Арматура, стараясь возвратиться в первоначальное положение, обжимает бетон с напряжением

Преимущества. •В предварительно напряженных конструкциях представляется возможность использовать высокоэкономичную стержневую арматуру повышенной прочности и высокопрочную проволочную арматуру, позволяющих в среднем до 50% сокращать расход дефицитной стали в строительстве. Предварительное обжатие растянутых зон бетона значительно отдаляет момент образования трещин в растянутых зонах элементов, ограничивает ширину их раскрытия и повышает жесткость элементов, практически не влияя на их прочность.

• Предварительно напряженные конструкции часто оказываются экономичными для зданий и сооружений с такими пролетами, нагрузками и условиями работы, при которых применение железобетонных конструкций без предварительного напряжения технически невозможно или вызывает чрезмерно большой перерасход бетона и стали для обеспечения требуемой жесткости и несущей способности конструкций. Применение предварительного напряжения позволяет наиболее рационально выполнять стыки сборных элементов конструкций, обжимая их напрягаемой арматурой. При этом существенно сокращается расход дополнительного металла в стыках или совсем отпадает необходимость в его применении.

• Предварительное напряжение позволяет расширить использование сборных и сборно-монолитных конструкций составного течения, в которых бетон повышенной прочности применяется только в заранее изготовленных предварительно напряженных элементах, а основная или значительная часть конструкций выполняется из тяжелого или легкого бетона, не подвергаемого предварительному напряжению.

• Предварительное напряжение, увеличивающее сопротивление конструкций образованию трещин, повышает их выносливость при работе на воздействие многократно повторяющейся нагрузки. Это объясняется уменьшением перепада напряжений в арматуре и бетоне, вызываемого изменением величины внешней нагрузки. Правильно запроектированные предварительно напряженные конструкции безопасны в эксплуатации, так как показывают перед разрушением значительные прогибы, предупреждающие об аварийном состоянии конструкций.

• С возрастанием процента армирования сейсмостойкость предварительно напряженных конструкций во многих случаях повышается (особенно при тавровых сечениях с полкой в сжатой зоне и легких бетонах). Это объясняется тем, что благодаря применению более прочных и легких материалов сечения предварительно напряженных конструкций в большинстве случаев оказываются меньшими по сравнению с железобетонными конструкциями без предварительного напряжения той же несущей способности, а следовательно, более гибкими и легкими. Повышению сейсмостойкости способствует также пространственная работа зданий и сооружений в целом, получаемая обжатием их отдельных частей предварительно напряженной арматурой. Наиболее сейсмостойкими являются напряженные конструкции, обладающие существенным превышением несущей способности над пределом трещиностойкости.

Недостатки. Железобетонным конструкциям с предварительно напряженной арматурой присущи следующие основные недостатки.

Предварительно напряженные конструкции характеризуются повышенной трудоемкостью проектирования и изготовления. Они требуют большей тщательности в расчете и конструировании, при изготовлении, хранении, транспортировании и монтаже, так как еще до приложения внешних нагрузок в сечениях их элементов могут возникнуть недопустимые сжимающие или растягивающие напряжения, способные привести в аварийное состояние. Например, в торцах предварительно напряженных конструкций при сосредоточенном и неравномерном приложении усилий обжатия могут возникнуть продольные трещины, существенно снижающие их несущую способность. Если не учитывать специфические особенности создания предварительного напряжения, то условия работы под нагрузкой всей конструкции или отдельных ее частей могут ухудшаться.

34 что такое потеря предварительного напряжения в бетоне для передачи усилий натяжения на бетон(первые потери)

???????????????????

35 Виды нагрузок и их классификация

В зависимости от продолжительности действия нагрузки бывают /1, п. 1.4./

– постоянными,

– временные: длительные и кратковременные и особыми.

Постоянными называются нагрузки, действующие в течение всего периода эксплуатации. К ним относятся собственный вес несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов для заглубленных сооружений, усилие предварительного обжатия.

Временными называются нагрузки, изменяющиеся в процессе эксплуатации по величине и расположению. Они могут появляться и исчезать Временные нагрузки делятся на длительные и кратковременные.

К длительным нагрузкам относятся: вес частей зданий и сооружений, положение которых при эксплуатации может меняться (временные перегородки и т. п.), длительные воздействия стационарного оборудования, давление газов, жидкостей в емкостях и трубопроводах, нагрузки в складских помещениях, книгохранилищах, библиотеках и других подобных помещениях, вес технических этажей, вес и давление сыпучих материалов в емкостях, воздействия от неравномерной деформации основания (не сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта), от веса воды на водонаполненных покрытиях, нагрузка от отложения производственной пыли, воздействия усадки и ползучести.

К кратковременным нагрузкам относятся: снеговые, ветровые, гололедные нагрузки, нагрузки от людей, мебели, легкого оборудования в жилых и общественных зданиях, временные нагрузки, возникающие при монтаже строительных конструкций или при переходном режиме, нагрузки от кранов, тельферов, нагрузки от веса насыпных и других материалов, избыточного давления воздуха в емкостях, температурные воздействия (климатические и от горячих материалов, загружаемых в емкости) и т. п. кратковременные нагрузки

К особым нагрузкам и воздействиям относятся: сейсмические и взрывные воздействия, нагрузки и воздействия, вызываемые резким нарушением технологического процесса, неисправностью оборудования – обрыв канатов, удар о преграду, удар кранов о тупиковый упор, неравномерные деформации основания, сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта (оттаивание вечномерзлых грунтов, замачивание просадочных грунтов), воздействия деформаций земной поверхности под влиянием горных разработок, в карстовых районах и пр.