Лекция 1. 1
 Скачать 3.52 Mb.
|
|
D1100 — В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; D1200,D1300 — В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; D1400,D1500 — В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15...В30; D1600,D1700 — В5; В7,5; В10; В12,5; В15...В35; D1800,D1900 — В10; В12,5; В15...В40; D2000 — В20...В40. б) Классы бетона по прочности на осевое растяжение: В0,8; В1,2; В1,6; В2; В2,4; В t 2,8; В3,2. Они характеризуют прочность бетона на осевое растяжение (МПа) по нормам с учетом статической изменчивости прочности: B t =R btm (1-1.64VR btm ) (1.4) При растяжении принято V btm =0,165. в) Марки бетона по морозостойкости. Они характеризуются числом выдерживаемых бетоном циклов попеременных замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. При снижении прочности не более чем на 15 %: 11 тяжелый и мелкозернистый бетоны — F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500; легкий бетой —F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500; ячеистый и поризированный бетоны — F15, F25, F35, F50, F75, F100. г) Марки бетона по водонепроницаемости: W2; W4;W6; W8; W10; W12. Они характеризуются предельным давлением воды (кг/см 2 ), при котором еще не наблюдается ее просачивание через испытываемый образец. д) Марки бетона по средней плотности (кг/м 3 ): тяжелый бетон от D2200 до D 2500; легкий бетон от D800 до D2000; поризованный бетон от D800 до D1400; градация 100 для всех марок. Оптимальные класс и марку бетона выбирают па основании технико- экономических соображений в зависимости от типа железобетонной конструкции, ее напряженного состояния, способа изготовления, условий эксплуатации и др. Рекомендуется принимать класс бетона для железобетонных сжатых стержневых элементов — не ниже В15; для конструкций, испытывающих значительные сжимающие усилия (колонн, арок и т. п.) — В20...В30; для предварительно напряженных конструкций в зависимости от вида напрягаемой арматуры — В20 — В40; для изгибаемых элементов без предварительного напряжения (плит, балок)—В15. Для железобетонных конструкций нельзя применять: тяжелый и мелкозернистый бетоны класса по прочности на сжатие ниже 7,5; легкий бетон класса по прочности на сжатие ни- же 3,5. Легкие бетоны на пористых заполнителях и цементном вяжущем при одинаковых классах и марках по морозостойкости и водонепроницаемости применяют в сборных и монолитных железобетонных конструкциях наравне с тяжелыми бетонами. Во многих случаях они весьма эффективны, так как приводят к снижению массы конструкций. 1.1.7 .Деформативные свойства бетона. Виды деформаций. В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения темпера туры и влажности: силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые попе- речные деформации; начальный коэффициент поперечной деформации бетона v =0,2 (коэффициент Пуассона). 12 Рис. 1.1.9. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне при сжатии и при растяжении. Ι— область упругих деформаций; ΙΙ — область пластических деформации; 1— загрузка; 2 — разгрузка; έ ub — предельная сжимаемость;έ ubt — предельная растяжимость; έ bmax - максимальная сжимаемость на нисходящей ветви диаграммы. Бетону свойственно нелинейное деформирование. Начиная с малых напряжений, в нем, помимо упругих деформаций, развиваются неупругие остаточные или пластические деформации. Поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия подразделяют на три вида: при однократном загружении кратковременной нагрузкой, длительном действии нагрузки; многократно повторяющемся действии нагрузки. Объемные деформации. По данным опытов для тяжелых бетонов деформации, вызванные усадкой έ sl =3· 10 -4 и более, для бетонов на пористых заполнителях έ sl ≈ 4,5·10 -4 Деформация бетона при набухании меньше, чем при усадке. Деформации бетона, возникающие под влиянием изменения температуры, характеризуются коэффициентом линейной температурной деформации бетона ά bt . При изменении температуры среды от —50 °С до +50 °С для тяжелого, мелкозернистого бетонов и бетона на пористых заполнителях с кварцевым песком ά bt = 1 ·10 - 5 о С -1 ; для легких бетонов на мелких пористых заполнителях ά bt = =0,7·10 -5 °С -1 . Этот коэффициент зависит от вида цемента, заполнителей влажиостного состояния бетона и может изменяться в пределах ±30 %, Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой. 13 При однократном загружении бетонной призмы кратковременно приложенной нагрузкой деформации бетона έ b = έ e + έ Pl , (1.5) т. е. она складывается из упругой деформации έ e и неупругой пластической деформации έ Pl (рис. 1.1.9.).Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, в то время как неупругие деформации развиваются во времени. С увеличением скорости загружения υ при одном и том же напряжении σ b неупругие деформации уменьшаются . При растяжении бетонного образца также возникает деформация, складывающаяся из упругой έ et и пластической έ Pl,,t деформаций. έ bt = έ et + έ Pl,t , (1.6) Деформации при длительном действии нагрузки. При сжатии бетонной призмы в режиме пропорционального развития во времени продольных деформаций обнаруживается постепенное снижение сопротивления бетона, так называемая ниспадающая ветвь диаграммы на- пряжения — деформации (см. рис. 1.1.9).Такой участок повышенного деформирования бетона реально наблюдается в конструкциях при определенных условиях нагружения. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается первые 3...4 мес. и может продолжаться несколько лет. На диаграмме (рис. 1.1.10), в) участок 0— 1 характеризует деформации, возникающие при загружении (его кривизна зависит от скорости загружения); участок /—2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений. Рис. 1.1.10. Диаграмма σ b - έ b в сжатом бетоне при различных: числе этапов загружения (а); скорости загружения (б); длительности загружения (в); 14 υ 1> υ 2> υ 3 1- упругие деформации; 2-полные деформации. 1.1.8 .Ползучестью бетона. Свойства бетона, характеризующиеся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3...4 раза превышать упругие деформации. При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в бетоне остаются постоянными. Когда же связи в бетоне (например, стальная арматура) ограни- чивают свободное развитие ползучести (стесненная ползучесть), то напряжения в бетоне уменьшаются. Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации ε b 0 , называют релаксацией напряжений. Ползучесть и релаксация имеют общую природу и оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой. Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряжений с испытывающей вязкое течение гелевой структурной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций ползучести способствуют капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах σ b и капиллярах избыточной воды под нагрузкой. С течением времени процесс перераспределения напряжений затухает и деформирование прекращается. Ползучесть разделяют на линейную, при которой зависимость между напряжениями и деформациями приблизительно линейная, и нелинейную, которая начинается при напряжениях R crc , превышающих границу образования структурных микротрещин. Такое разделение ползучести условно, так как в некоторых опытах наблюдается нелинейная зависимость σ b и ε b даже при относительно малых напряжениях. Учет нелинейной ползучести имеет существенное значение в практических расчетах предварительно напряженных изгибаемых, внецентренно сжатых и некоторых других элементов. Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет собой сумму деформаций: упругой ε е , деформацией ползучести ε pl и усадки ε st . Однако в то время как усадка носит ха- рактер объемной деформации, ползучесть развивается главным образом в направлении действия усилия. 15 Рис. 1.1.11. Деформации ползучести бетона: в зависимости от скорости начального загружения (а) и времени выдержки под нагрузкой t и напряжением σ b (б) Модуль деформаций и мера ползучести бетона Начальный модуль упругости бетона при сжатии Е ь соответствует лишь упругим деформациям, возникающим при мгновенном загружении. Геометрически он определяется как тангенс угла наклона прямой, упругих деформаций (рис. 1.1.12): 0 α ρ tg E b ⋅ = (1.7) где ρ — масштабно размерный коэффициент, МПа. Модуль полных деформаций бетона при сжатии Еь соответствует полным деформациям (включая ползучесть) и является величиной переменной; геометрически он определяется как тангенс угла наклона касательной к кривой σ b — ε b в точке с заданным напряжением α ρ ε σ tg d d E b b b ⋅ = = / (1.8) Для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем или модулем упругопластичности бетона, представляющим собой тангенс угла наклона секущей в точке на кривой сь—и с заданным напряжением 1 / α ρ tg E b ⋅ = t (1.9) 16 Рис. 1.1.12 Схема для определения модуля деформации бетона 1– упругие деформации; 2– секущая; 3– касательная; 4 – полные деформации. Рис. 1.1.13. Диаграммы σ b - ε b при различной длительности загружения бетона. Поскольку угол α 1 меняется в зависимости от напряжений и времени, модуль упругопластичности являешься такжепеременной величиной, меньшей, чем начальный модуль упругости. Зависимость между начальным модулем упругости бетона и модулем упругопластичности можно установить, если выразить одно и то же напряжение в бетоне σ b через упругие деформации ε е , и полные деформации ε b 17 / b b b e b E E ε ε σ = = Отсюда b b E E ν = / (1.10) где ε ε ν e = – коэффициент упругопластических деформаций бетона. По данным опытов коэффициент ν изменяется от 1 (при упругой работе) до 0,15. С увеличением уровня напряжений в бетоне b b R σ и длительности действия нагрузки t коэффициент ν уменьшается. Значение ν(t) может быть определено по специальным опытным данным или по средним опытным диаграммам σ b - ε b (рис. 1.1.13). При изгибе железобетонных элементов для бетона сжатой зоны (по данным опытов) Е' может быть на 15...20 % больше, чем при осевом сжатии. При растяжении элементов модуль упругопластичности бетона b t bt E E ν = / (1.11) где bt et t ε ε ν = – коэффициент упругопластических деформаций бетона при растяжении. Если растягивающее напряжение в бетоне приближается к значению временного сопротивления осевому растяжению bt bt R → σ , то среднее опытное значение ν t =0,5. Предельная растяжимость бетона в зависимости от временного сопротивления растяжению: b bt bt bt ubt E R E R 2 / = = ε (1.12) Начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении E b может быть определен из специальных испытаний призм при низком уровне напряжений: 2 , 0 ≤ b b R σ . Существуют различные эмпирические формулы, в которых устанавливается зависимость между начальным модулем упругости и классом бетона. Так для тяжелого бетона естественного твердения. Еь = 43 000 В/(21 + В) (1.13) Значение Е b при тепловой обработке бетона снижается на 10 %, при автоклавной – на 25 % . Бетоны на пористых заполнителях как более деформативные обладают в 1,5...2 раза меньшим значением начального модуля упругости. Существуют эмпирические формулы, основанные на зависимости между начальным модулем упругости, средней плотностью и кубиковой прочностью бетона. Так, например, отношение начальных модулей упругости легкого бетона на пористых заполнителях и тяжелого бетона можно определять по эмпирической формуле: ( ) 2 / 3 γ γ l k = (1.14) 18 здесь γ l, γ— соответственно средняя плотность бетона на пористых заполнителях и тяжелого бетона при одном и том же классе. Модуль сдвига бетона [ ] ) 1 ( 2 ν + = b b E G (1.15) При коэффициенте поперечных деформаций v=0,2 он равен примерно 0,4E b Мера ползучести бетона С b принимается для определения деформации ползучести в зависимости от сжимающих напряжений в бетоне: b b pl C σ ε = (1.16) Из выражения (1.16) b b E C ⋅ = ϕ (1.17) где ϕ — характеристика ползучести бетона ν ε ε ϕ ) 1 ( v e pl − = = Мера ползучести бетона зависит от его класса, уровня напряжений и является переменной во времени. Для аналитического выражения линейной ползучести бетона приняты математические модели и разработаны различные теории ползучести, наибольшее признание из которых получили теория наследственности и теория старения. 1 Лекция №2. 1.1.9. Арматура для железобетонных конструкций, назначение и виды арматуры Под арматурой понимают гибкие или жесткие стальные стержни, размещенные в массе бетона, в соответствии с эпюрами изгибающих моментов, поперечными и продольными силами, действующими на конструкцию в стадии ее эксплуатации. Назначение арматуры воспринимать растягивающие усилия (при изгибе, внецентренном сжатии, центральном и внецентренном растяжении), а также усадочные и температурные напряжения в элементах конструкций. Значительно реже арматуру применяют для усиления бетона сжатой зоны изгибаемых элементов, однако она высокоэффективна для армирования колонн с малыми (случайными) эксцентриситетами (центрально-сжатые колонны). В результате сцепления арматуры с бетоном в период твердения бетонной массы конструкция работает как одно монолитное тело. Арматуру в ж/б конструкциях устанавливают преимущественно для восприятия растягивающих усилий и усиления бетона сжатых зон конструкций. Арматура, устанавливаемая по расчету – рабочая; устанавливаемая по конструктивным и технологическим соображениям – монтажная. Рабочую и монтажную арматуру объединяют в арматурные изделия – сварные, вязанные сетки и каркасы, которые размещают в ж/б элементах в соответствии с характером их работы под нагрузкой. |