4.2. МАТЕРИАЛЫ ФУНДАМЕНТОВ (ч. 1)

Нормативные и расчётные сопротивления арматуры

За нормативное сопротивление стержневой арматуры растяже­нию (Rsn

) принимается наименьшее контролируемое значение предела те­кучести с обеспеченностью 0,95, т.е.

(2.11)

Расчётные сопротивления арматуры растяжению для расчётов по предельным состояниям первой и второй группы определяют де­лением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффи­циенты надёжности по арматуре, т.е.

(2.12)

где gs – коэффициент надежности по арматуре, принимаемый равным:

для предельных состояний первой группы:

1,1 – для арматуры классов А240, А300 и А400;

1,15 – для арматуры класса А500;

1,2 – для арматуры класса В500;

1,0 – для предельных состояний второй группы, т.е.

(2.13)

Расчётное сопротивление стержневой арматуры классов A240, А300, A400 сжатию Rsc,

используемое при расчётах по предельным состояниям первой группы, при наличии сцепления с бетоном при­нимают
Rsc —
| |, так как при такой арматуре предел текучести стали при сжатии обычно достигается раньше разрушения сжатого железобетонного элемента.

Структура расчётных формул

В расчётах по несущей способности (по предельным состояниям пер­вой группы) исходят из стадии III напряжённо-деформированного состояния. При этом проверяется выполнение условия

F Fult

(2.14)

где F –

вероятное наибольшее усилие, которое может возникнуть в элементе при исключительных критических, но всё же возможных обстоятельствах;

Fult

– вероятная минимальная несущая способность элемента, определённая с учётом пониженной против контролируе­мой прочности бетона и арматуры.

Изменчивость величин F

и
Fult
как правило, описывается зако­ном нормального распределения случайных величин. Условие (2.14) можно изобразить графически (рис. 34).

Рис. 34. Кривые распределения:

а – усилий от внешней нагрузки в расчётном сечении; б – несущей способности в том же сечении: – среднестатистическое значение усилия от внешней нагрузки (Nн

);
N –
расчётное значение усилия; – среднестатистическое значение несущей способности элемента; Ф – значение несущей способности с учётом пониженных против контролируемых прочностей бетона и арматуры

Подробнее условие (2.14) можно записать так:

, (2.15)

где С –

коэффициент, учитывающий насколько точно выбранная расчётная схема отражает работу реальной конструкции и другие факторы;

S –

коэффициент, учитывающий форму и размеры попе­речного сечения элемента.

Учтя, что и , a Rb = , Rs = ,

неравенство (2.15) можно записать несколько короче

(2.16)

Оценим в явном виде реальный коэффициент запаса прочности, который получается при расчёте по этому методу, приравняв

F = Fult

. (2.16 а)

При определении k

для короткого центрально сжатого бетонного элемента примем, что
N н = Nэкспл..
Сучётом этого (2.16 а) можно пере­писать так:

, (2.16 б)

где А

– площадь поперечного сечения элемента;

= 0, 9 – коэф­фициент, который вводится при расчёте бетонных конструкций.

С учётом того, что Npaзp = ,

формулу (2.16 б) можно записать так:

откуда

Аналогично можно записать условия, которые должны соблю­даться при расчётах по предельным состояниям второй группы, т.е. при расчёте прогибов, ширины раскрытия трещин и при расчёте по образованию трещин.

Расчёт по перемещениям обычно заключается в определении прогиба конструкции от нагрузок с учётом длительности их дей­ствия и и в сравнении его с предельно допустимым прогибом

f

≤
fult
, (2.17)

где fult

– предельно допустимый прогиб по нормам для рассматри­ваемой конструкции.

Расчёт по раскрытию трещин заключается в определении ши­рины раскрытия трещин и сравнении её с предельно допустимой шириной раскрытия

acrc

≤
acrc,ult
. (2.18)

Расчет железобетонных элементов следует производить по продолжительному и по непродолжительному раскрытию нормальных и наклонных трещин.

Ширину продолжительного раскрытия трещин определяют по формуле:

acrc = acrc1

,

а непродолжительного раскрытия трещин – по формуле:

acrc = acrc1 + acrc2 — acrc3

,

где acrc1

– ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;

acrc2

– ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок;

acrc3

– ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок.

Считается, что трещины не появляются, если усилие N

от дей­ствия внешних нагрузок не превосходит усилия
Fcrc,ult,
т.е.

F

≤
Fcrc,ult
, (2.19)

где Fcrc,ult –

усилие, воспринимаемое сечением в момент, предшеству­ющий образованию трещин.

Метод расчёта по предельным состояниям называют полуверо­ятностным. Большинство величин, входящих в расчётные форму­лы, являются величинами случайными. Нормативные значения на­грузок и воздействий, а также сопротивлений материалов обоснова­ны с позиций теории вероятностей. Однако проектировщик пользу­ется конкретными детерминированными величинами, полученными на основании теории вероятностей. Таким образом, теория вероят­ностей используется в нормах проектирования строительных кон­струкций в неявной форме, что послужило основанием называть метод рас­чёта по предельным состояниям полувероятностным.

Основная идея метода расчёта по предельным состояниям за­ключается в обеспечении гарантии того, чтобы даже в тех редких случаях, когда на конструкцию действуют максимально возмож­ные нагрузки, прочность бетона и арматуры минимальна, а условия эксплуатации весьма неблагоприятны, конструкция не разрушалась или не получала бы недопустимых прогибов или трещин.

Достоинства метода:

1. Введением в расчёты вместо единого коэффициента запаса проч­ности системы расчётных коэффициентов, диф­ференцированно учитывающих влияние на несущую способность элемента из­менчивости нагрузок, прочностных свойств материалов, условий эксплуатации, класса ответственности достигают лучшей сходи­мости теоретических данных с опытными, чем при едином коэф­фициенте запаса k

в прежних методах расчёта.

2. Каждое новое достижение в повывшении однородности матери­алов может быть учтено в нормах, что приведёт к их экономии.

3. Конструкции, рассчитанные по предельным состояниям, получа­ются несколько экономичнее по расходу материалов.

Недостатки метода:

1. Некоторые коэффициенты метода не получили достаточного опытного обоснования. Так, например, одинаковый коэффициент надёжности по нагрузке для собственного веса , приме­няемый как для большепролётных тонкостенных покрытий типа оболочек, где нагрузка от массы покрытия является основной, так и для междуэтажных перекрытий, которые работают на зна­чительную временную нагрузку, недостаточно обоснован.

2. Определение несущей способности элементов, состоящих из двух и более материалов (например, железобетонных) выполняется в настоящее время без учёта совместного статистического раз­броса прочности этих материалов при расчётных сопротивлени­ях, соответствующих низкой прочности каждого материала. Ве­роятность обнаружить материал с прочностью ниже расчётно­го сопротивления приблизительно равна 0,001. Вероятность сов­местного невыгодного попадания арматуры и бетона минималь­ной прочности является величиной чрезвычайно малой (пример­но 2 • 10-6), которая практически не может встретиться в экс­плуатируемых конструкциях. В связи с этим запроектированные по нормам конструкции обладают дополнительными резервами прочности, которые не учитываются в расчётах.

Определения

Прочность – основное качество, которое точно описывает его несущую способность. Определяется она пределом на сжатие – это наивысший предел нагрузки, при котором наступают разрушения образца. И это основной показатель, который и учитывают при его использовании.

Расчетное сопротивление – это показатель стойкости материала нагружающим воздействиям. Используется он при проектировочных расчетах, и неотъемлемо связан с нормативными показателями сопротивления сжатию.

До 2000−х годов ориентировались только на марки материала, которые и принимали как расчетный показатель, но по новым техническим документам, каждой марке присвоен новый критерий соответствия образца сжимающим нагрузкам.

Он выявлен в лабораторных условиях, узаконен специалистами и отражен в СП 52−101−2003. Согласно этому техническому документу, нормативное сопротивление материала осевому сжатию – это и есть класс на сжатие, заданный с 95%-ой обеспеченностью. Условие означает, что оно выполняется в 95% тестируемых случаев, и только в 5% может отклоняться от установленных показателей.

Но даже такой процент доказывает, что пользоваться при проектировании средними расчетными показателями неоправданно рискованно. А при выборе наименьшего значения, увеличится сечение конструкции или изделия, что в свою очередь отразится на перерасходе денежных и энергоресурсов.

Согласно СП 52−101−2003, нормативные значения сопротивления представлены на фото ниже.

Есть еще такое определение, как предел прочности на растяжение. По своей природе, данный материал в разы хуже выдерживает растягивающие нагрузки. Поэтому его и армируют в ЖБИ, стяжках пола большой толщины, фундаментах и прочее.

При расчетах используют в приоритете показатель при сжатии. В принципе, любое изделие или конструкция, испытывают большие нагрузки именно от сжимающих статических или динамических воздействий. Но сопротивление к изгибающим воздействиям учитывают при проектировании. В таких случаях, просто пользуются таблицей соответствия классов.

Таблица 6.7 из СП 63.13330.2012″СНиП 52-01-2003, в которой указаны марки сопротивление к сжатию, растяжению.
Вид

От прочности в срезе при скалывании, зависит устойчивость к сжатию от корреляционных показателей.

Примечание. Сопротивление сжатию В25 наиболее часто встречающийся показатель при проектировании материала.

Сравнительные технические характеристики композитной стеклопластиковой арматуры и стальной арматуры

Понятие равнопрочной замены представляет собой замену арматуры произведенной из стали, на арматуру из композитных материалов, которая имеет такую же прочность и схожие прочие физико-механические показатели. Под равнопрочным диаметром стеклопластиковой арматуры, будем понимать ее такой наружный диаметр, при котором прочность будет равна прочности аналога из металла заданного диаметра.

Диаграмма растяжения. Определения предела текучести и предела прочности металлической арматуры

На рисунке 1 приведена кривая зависимости напряжения от деформации металлической арматуры.

На рисунке 2 приведено примерное расположение кривых зависимости напряжения от деформации металлической и композитной арматуры (1).

σп- Наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука, называется пределом пропорциональности. Предел пропорциональности зависит от условно принятой степени приближения, с которой начальный участок диаграммы можно рассматривать как прямую.

Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости σу, т.е это наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций.

σт- предел текучести.

Под пределом текучести понимается то напряжение, при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки. В тех случаях, когда на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести, за предел текучести условно принимается величина напряжения, при котором остаточная деформация составляет 0,2%.

Отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец, к его начальной площади поперечного сечения носит название предела прочности или временного сопротивления. Предел прочности также является условной величиной.

Единица измерения предела текучести и предела прочности — паскаль Па. Более удобно предел текучести и предел прочности измерять в мегапаскалях МПа.