Общие положения расчета плоскостных и массивных конструкций с учетом нелинейных свойств железобетона

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 48Следующая ⇒

А. Первые потери

1. Релаксация напряжений арматуры:

при механическом способе натяжения арматуры:

а) проволочной

-

б) стержневой

0,1s_sp - 20

-

при электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения арматуры:

а) проволочной

0,05s_sp

-

б) стержневой

0,03s_sp

Здесь s_sp принимается без учета потерь, МПа. Если вычисленные значения потерь окажутся отрицательными, их следует принимать равными нулю

-

2. Температурный перепад (разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилие натяжения при прогреве бетона)

Для бетона классов В15-В40 1,25Dt

-

Для бетона класса В45 и выше 1,0Dt,

где Dt - разность между температурой нагреваемой арматуры и неподвижных упоров (вне зоны нагрева), воспринимающих усилие натяжения, °С. При отсутствии точных данных принимается Dt = 65 °С.

При подтягивании напрягаемой арматуры в процессе термообработки на величину, компенсирующую потери от температурного перепада, последние принимаются равными нулю

-

3. Деформации анкеров, расположенных у натяжных устройств

где Dl - обжатие опрессованных шайб, смятие высаженных головок и т. п., принимаемое равным 2 мм; смещение стержней в инвентарных зажимах, определяемое по формуле

d - диаметр стержня, мм;

l - длина натягиваемого стержня (расстояние между наружными гранями упоров формы или стенда), мм.

При электротермическом способе натяжения потери от деформаций анкеров в расчете не учитываются, так как они учтены при определении значения полного удлинения арматуры

где Dl₁ - обжатие шайб или прокладок, расположенных между анкерами и бетоном элемента, принимаемое равным 1 мм;

Dl₂ - деформация анкеров стаканного типа, колодок с пробками, анкерных гаек и захватов, принимаемая равной 1 мм;

l - длина натягиваемого стержня (элемента), мм

4. Трение арматуры:

а) о стенки каналов или о поверхность бетона конструкций

-

где е - основание натуральных логарифмов;

w, d - коэффициенты, определяемые по табл. 6;

c - длина участка от натяжного устройства до расчетного сечения, м;

q - суммарный угол поворота оси арматуры, рад;

s_sp - принимается без учета потерь

б) об огибающие приспособления

где е - основание натуральных логарифмов;

d - коэффициент, принимаемый равным 0,25;

q - суммарный угол поворота оси арматуры, рад;

s_sp - принимается без учета потерь

-

5. Деформация стальной формы при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций

где h - коэффициент, определяемый по формулам:

при натяжении арматуры домкратом

при натяжении арматуры намоточной машиной электротермомеханическим способом (50 % усилия создается грузом)

n - число групп стержней, натягиваемых неодновременно;

Dl - сближение упоров по линии действия усилия Р, определяемое из расчета деформации формы;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных о технологии изготовления и конструкции формы потери от ее деформации принимаются равными 30 МПа.

При электротермическом способе натяжения потери от деформации формы в расчете не учитываются, так как они учтены при определении полного удлинения арматуры

-

6. Быстронатекающая ползучесть для бетона:

а) естественного твердения

где a и b - коэффициенты, принимаемые:

a = 0,25 + 0,025R_bp, но не более 0,8;

b = 5,25 - 0,185R_bp, но не более 2,5 и не менее 1,1;

s_bp - определяются на уровне центров тяжести продольной арматуры S и S¢ с учетом потерь по поз. 1-5 настоящей таблицы.

Для легкого бетона при передаточной прочности 11 МПа и ниже вместо множителя 40 принимается множитель 60

-

б) подвергнутого тепловой обработке

Потери вычисляются по формулам поз. 6а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 0,85

-

Б. Вторые потери

7. Релаксация напряжений арматуры:

а) проволочной

-

б) стержневой

-

(см. пояснения к поз. 1 настоящей таблицы)

8. Усадка бетона (см. п. 1.26):

Бетон естественного твердения

Бетон, подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении

Независимо от условий твердения бетона

тяжелого классов:

а) В35 и ниже

б) В40

в) В45 и выше

мелкозернистого групп:

г) А

Потери определяются по поз. 8а, б настоящей таблицы с умножением на коэффициент, равный 1,3

д) Б

Потери определяются по поз. 8а настоящей таблицы с умножением на коэффициент, равный 1,5

е) В

Потери определяются по поз. 8а - в настоящей таблицы как для тяжелого бетона естественного твердения

легкого при мелком заполнителе:

ж) плотном

з) пористом

9. Ползучесть бетона (см. п. 1.26):

а) тяжелого и легкого при плотном мелком заполнителе

где s_sp - то же, что в поз. 6, но с учетом потерь по поз. 1-6 настоящей таблицы;

a - коэффициент, принимаемый равным для бетона:

естественного твердения - 1,00;

подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении - 0,85

б) мелкозернистого групп:

А

Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 1,3

Б

Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 1,5

В

Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы при a = 0,85

в) легкого при пористом мелком заполнителе

Потери вычисляются по формулам поз. 9а настоящей таблицы с умножением полученного результата на коэффициент, равный 1,2

10. Смятие бетона под витками спиральной или кольцевой арматуры (при диаметре конструкции до 3 м)

-

где d_ext - наружный диаметр конструкции, см

11. Деформация обжатия стыков между блоками (для конструкций, состоящих из блоков)

-

где n - число швов конструкции и оснастки по длине натягиваемой арматуры;

Dl - обжатие стыка, принимаемое равным для стыков, заполненных бетоном, - 0,3 мм; при стыковании насухо - 0,5 мм;

l - длина натягиваемой арматуры, мм

Примечания: 1. Потери предварительного напряжения в напрягаемой арматуре S¢ определяются так же, как в арматуре S.

2. Для самонапряженных конструкций потери от усадки и ползучести бетона определяются по опытным данным.

Таблица 6

Канал или поверхность

Коэффициенты для определения потерь от трения арматуры (см. поз. 4 табл. 5)

w

d при арматуре в виде

пучков, канатов

стержней периодического профиля

1. Канал:

с металлической поверхностью

0,0030

0,35

0,40

с бетонной поверхностью, образованный жестким каналообразователем

0,55

0,65

то же, гибким каналообразователем

0,0015

0,55

0,65

2. Бетонная поверхность

0,55

0,65

б) для конструкций, предназначенных для эксплуатации при влажности воздуха ниже 40 %, потери должны быть увеличены на 25 %, за исключением конструкций из тяжелого и мелкозернистого бетонов, предназначенных для эксплуатации в климатическом подрайоне IVА согласно СНиП 2.01.01-82 и не защищенных от солнечной радиации, для которых указанные потери увеличиваются на 50 %;

в) допускается использовать более точные методы для определения потерь, обоснованные в установленном порядке, если известны сорт цемента, состав бетона, условия изготовления и эксплуатации конструкции и т. п.

1.27. Значение предварительного напряжения в арматуре вводится в расчет с коэффициентом точности натяжения арматуры g_sp, определяемым по формуле

                                                        (6)

Знак «плюс» принимается при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения (т. е. на данной стадии работы конструкции или на рассматриваемом участке элемента предварительное напряжение снижает несущую способность, способствует образованию трещин и т. п.), знак «минус» - при благоприятном.

Значения Dg_sp при механическом способе натяжения арматуры принимаются равными 0,1, а при электротермическом и электротермомеханическом способах натяжения определяются по формуле

                                                  (7)

но принимаются не менее 0,1;

здесь р, s_sp - см. п. 1.23;

п_р - число стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента.

При определении потерь предварительного напряжения арматуры, а также при расчете по раскрытию трещин и по деформациям значение Dg_sp допускается принимать равным нулю.

1.28. Напряжения в бетоне и арматуре, а также усилия предварительного обжатия бетона, вводимые в расчет предварительно напряженных конструкций, определяются с учетом следующих указаний.

Напряжения в сечениях, нормальных к продольной оси элемента, определяются по правилам расчета упругих материалов. При этом принимают приведенное сечение, включающее сечение бетона с учетом ослабления его каналами, лазами и т. п., а также сечение всей продольной (напрягаемой и ненапрягаемой) арматуры, умноженное на отношение a модулей упругости арматуры и бетона. Если части бетонного сечения выполнены из бетонов разных классов или видов, их приводят к одному классу или виду, исходя из отношения модулей упругости бетона.

Усилие предварительного обжатия Р и эксцентриситет его приложения е_0р относительно центра тяжести приведенного сечения (черт. 1) определяются по формулам:

                                         (8)

                          (9)

где s_s, s¢_s -           напряжения в ненапрягаемой арматуре соответственно S и S¢, вызванные усадкой и ползучестью бетона;

y_sp, y¢_sp, y_s, y¢_s - расстояния от центра тяжести приведенного сечения до точек приложения равнодействующих усилий соответственно в напрягаемой и ненапрягаемой арматуре S и S¢ (см. черт. 1).

Черт. 1. Схема усилий предварительного напряжения в арматуре в поперечном сечении железобетонного элемента

При криволинейной напрягаемой арматуре значения s_sp и s¢_sp умножают соответственно на cosq и cosq¢, где q и q¢ - углы наклона оси арматуры к продольной оси элемента (для рассматриваемого сечения).

Напряжения s_sp и s¢_sp принимают:

а) в стадии обжатия бетона - с учетом первых потерь;

б) в стадии эксплуатации элемента - с учетом первых и вторых потерь.

Напряжения s_s и s¢_s принимают численно равными:

в стадии обжатия бетона - потерям напряжений от быстронатекающей ползучести по поз. 6 табл. 5;

в стадии эксплуатации элемента - сумме потерь напряжений от усадки и ползучести бетона по поз. 6, 8 и 9 табл. 5.

1.29. Сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия s_bp не должны превышать значений (в долях от передаточной прочности бетона R_bp), указанных в табл. 7.

Таблица 7

Напряженное состояние сечения

Способ натяжения арматуры

Сжимающие напряжения в бетоне в стадии предварительного обжатия в долях от передаточной прочности бетона s_bp/R_bp, не более

при расчетной зимней температуре наружного воздуха, °С

минус 40 и выше

ниже минус 40

при обжатии

центральном

внецентренном

центральном

внецентренном

1. Напряжения уменьшаются или не изменяются при действии внешних нагрузок

На упоры

0,85

0,95*

0,70

0,85

На бетон

0,70

0,85

0,60

0,70

2. Напряжения увеличиваются при действии внешних нагрузок

На упоры

0,65

0,70

0,50

0,60

На бетон

0,60

0,65

0,45

0,50

_____________

* Для элементов, изготовляемых с постепенной передачей усилия обжатия, при наличии стальных опорных деталей и косвенной арматуры с объемным коэффициентом армирования m_v ³ 0,5 % (см. п. 5.15) на длине не менее длины зоны передачи напряжений l_p (см. п. 2.29) допускается принимать значение s_bp/R_bp = 1,00.

Примечания: 1. Значения s_bp/R_bp, указанные в настоящей таблице, для батона в водонасыщенном состоянии при расчетной температуре воздуха ниже минус 40 °С следует принимать на 0,05 меньше.

2. Расчетные зимние температуры наружного воздуха принимаются согласно указаниям п. 1.8.

3. Для легкого бетона классов В7,5 - В12,5 значения s_bp/R_bp следует принимать не более 0,30.

Напряжения s_bp определяются на уровне крайнего сжатого волокна батона с учетом потерь предварительного напряжения по поз. 1-6 табл. 5 и при коэффициенте точности натяжения арматуры g_sp, равном единице.

1.30. Для предварительно напряженных конструкций, в которых предусматривается регулирование напряжении обжатия бетона в процессе их эксплуатации (например, в реакторах, резервуарах, телевизионных башнях), напрягаемая арматура применяется без сцепления с бетоном, при этом необходимо предусматривать эффективные мероприятия по защите арматуры от коррозии. К предварительно напряженным конструкциям без сцепления арматуры с бетоном должны предъявляться требования 1-й категории трещиностойкости.

1.31. Расчет плоскостных конструкций (типа балок-стенок, плит перекрытий) и массивных конструкций по предельным состояниям первой и второй групп следует производить по напряжениям (усилиям), деформациям и перемещениям, вычисляемым с учетом физической нелинейности, анизотропии, а в необходимых случаях - ползучести, накопления повреждений (в длительных процессах) и геометрической нелинейности (в основном для тонкостенных конструкций).

Примечание. Анизотропия - неодинаковость свойств (здесь - механических) по разным направлениям. Ортотропия - вид анизотропии, при котором имеются три взаимно перпендикулярные плоскости симметрии свойств.

1.32. Физическую нелинейность, анизотропию и ползучесть следует учитывать в определяющих соотношениях, связывающих между собой напряжения и деформации, а также в условиях прочности и трещиностойкости материала. При этом следует выделять две стадии деформирования элементов - до и после образования трещин.

1.33. До образования трещин для бетона должна, как правило, использоваться нелинейная ортотропная модель, позволяющая учитывать направленное развитие эффекта дилатации и неоднородность деформирования при сжатии и растяжении. Допускается пользоваться квазиизотропной моделью бетона, учитывающей проявление указанных факторов в среднем по объему. Для железобетона в этой стадии следует исходить из совместности осевых деформаций арматуры и окружающего бетона, за исключением концевых участков арматуры, не снабженных специальными анкерами.

При опасности выпучивания арматуры следует ограничивать ее предельные сжимающие напряжения.

Примечание. Дилатация - увеличение объема тела при сжатии, обусловленное развитием множества микротрещин, а также трещин большей протяженности.

1.34. В условиях прочности бетона следует учитывать сочетание напряжений на площадках разных направлений, в силу которых, в частности, его сопротивление двух- и трехосному сжатию превышает прочность при одноосном сжатии, а при комбинациях сжатия и растяжения может быть меньше, чем при действии одного из них. В необходимых случаях должна приниматься во внимание длительность действия напряжений.

Условие прочности железобетона без трещин должно составляться исходя из условий прочности составляющих материалов как двухкомпонентной среды.

1.35.В качестве условия трещинообразования следует использовать условие прочности бетонных элементов двухкомпонентной среды.

1.36. После образования трещин следует использовать модель анизотропного тела общего вида при нелинейных выражениях зависимостей усилий или напряжений от перемещений с учетом следующих факторов:

углов наклона трещин к арматуре и схем пересечения трещин;

раскрытия трещин и сдвига их берегов;

жесткости арматуры: осевой - с учетом сцепления с полосами или блоками бетона между трещинами; тангенциальной - с учетом податливости бетонного основания у берегов трещин и соответственно осевых и касательных напряжений в арматуре в трещинах;

жесткости бетона: между трещинами - на осевые силы и сдвиг (снижается для схемы пересекающихся трещин); в трещинах - на осевые силы и сдвиг за счет зацепления берегов трещин при достаточно малой их ширине;

частичного нарушения совместности осевых деформаций арматуры и бетона между трещинами.

В модели деформирования неармированных элементов с трещинами учитывается лишь жесткость бетона между трещинами.

В случаях возникновения наклонных трещин следует учитывать особенности деформирования бетона над наклонными трещинами.

1.37. Ширину раскрытия трещин и взаимный сдвиг их берегов следует определять исходя из смещения стержней различных направлений относительно пересекаемых ими берегов трещин с учетом расстояний между трещинами и при соблюдении условия совместности этих смещений.

1.38. Условия прочности плоских и объемных элементов с трещинами должны основываться на следующих предпосылках:

принимается, что разрушение происходит вследствие значительного удлинения арматуры по наиболее опасным трещинам, в общем случае расположенным косо к стержням арматуры, и раздробления бетона полос или блоков между трещинами или за трещинами (например, в сжатой зоне плит над трещинами);

сопротивление бетона сжатию снижается из-за возникновения растяжения в перпендикулярном направлении, создаваемого силами сцепления с растянутой арматурой, а также из-за поперечных смещений арматуры у берегов трещин;

при определении прочности бетона учитываются схемы образования трещин и углы наклона трещин к арматуре;

в стержнях арматуры учитываются, как правило, нормальные напряжения, направленные вдоль их оси; допускается учитывать касательные напряжения в арматуре в местах трещин (нагельный эффект), принимая, что стержни не изменяют своей ориентации;

принимается, что в трещине разрушениявсе пересекающие ее стержни достигают расчетных сопротивлении на растяжение (для арматуры, не имеющей предела текучести, напряжения должны контролироваться в процессе деформационного расчета).

Прочность бетона в различных его зонах следует оценивать по напряжениям в нем как в компоненте двухкомпонентной среды (за вычетом приведенных напряжений в арматуре между трещинами, определяемых с учетом напряжений в трещинах, сцепления и частичного нарушения совместности осевых деформаций арматуры с бетоном).

1.39. Несущую способность железобетонных конструкций, способных претерпевать достаточные пластические деформации, допускается определять методом предельного равновесия.

1.40. При расчете конструкций по прочности, деформациям, образованию и раскрытию трещин методом конечных элементов должны быть проверены условия прочности и трещиностойкости для всех конечных элементов, составляющих конструкцию, а также условия возникновения чрезмерных перемещений конструкции. При оценке предельного состояния по прочности допускается полагать отдельные конечные элементы разрушенными, если это не влечет за собой прогрессирующего разрушения конструкции и по истечении действия рассматриваемой нагрузки эксплуатационная пригодность конструкции сохранится или может быть восстановлена.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США