|
|
Прочностные характеристики бетона
в силу существенной неоднородности его структуры обладают изменчивостью. Так,
прочность бетонных образцов, даже изготовленных из одной и той же смеси,
может изменяться в значительных пределах в зависимости от размеров и формы
изделия, характера приложения нагрузки и длительности ее действия, условий и
сроков твердения, технологических факторов и т. д. Поэтому с целью
обеспечения достаточной надежности конструкций для выполнения расчетов
необходимо назначить такие значения сопротивления бетона, которые в
подавляющем большинстве случаев были бы ниже их возможных фактических
значений в конструкциях. Изменчивость прочности бетона характеризуется
статистической кривой распределения. Последняя представляет собой график, по
оси абсцисс которого откладываются значения прочности бетона, полученные при
испытании большого количества образцов одной серии (с округлением), а по оси
ординат — частота случаев появления того или иного значения прочности ( 3.3,
а). При достаточно большом количестве образцов эта кривая близка к
теоретической кривой нормального распределения — кривой Гаусса. Пользуясь
кривой распределения, можно вычислить среднее значение основной
характеристики бетона — сопротивления сжатию
Кривые распределения, имеющие одинаковую среднюю величину,
могут отличаться по своей форме ( 3.3, б), которая характеризуется
коэффициентом изменчивости v. Более пологие кривые распределения имеют
повышенный коэффициент изменчивости v и, следовательно, больший разброс
результатов. Напротив, более подъемистые кривые имеют низкий коэффициент
изменчивости и более стабильные результаты, близкие к среднему.
До 1984 г. основной характеристикой прочности бетона
являлась марка М, которую определяли как среднее значение временного
сопротивления бетона сжатию Rm (кгс/см2). При разработке ныне действующих
СНиП 2.03.01 — 84 взамен марок были введены классы бетона по прочности на
сжатие. Численное соотношение между маркой М и классом В бетона такое же, как
между его нормативной и средней прочностью
Опыты показывают, что коэффициент вариации \ = ajRm на
разных стройках и заводах изменяется в широких пределах от 0,05 до 0,25.
Нормами принят средний коэффициент v = 0,135. Заводу-изготовителю необходимо
обеспечить соответствующую классу бетона нормативную прочность R„ с учетом
коэффициента v, определенного для конкретных заводских условий. Очевидно, на
предприятии с хорошо организованным производством, выпускающим бетон с
высокой однородностью, фактический коэффициент вариации будет меньше
нормативного (v4*rr< v„ = 0,135). В этом случае средняя прочность бетона
Rm (3.5) может быть снижена, вследствие чего на таком предприятии появляется
возможность получить экономию цемента. Если же выпускаемый заводом бетон
имеет большую изменчивость прочности 0Wr>v„), то для обеспечения
требуемого значения R„ необходимо повысить прочность бетона Rm, что вызовет
перерасход цемента.
Изменчивость прочности бетона учитывается вероятностным
методом. Однако в процессе изготовления реальных конструкций (при
транспортировании бетонной смеси, укладке бетона, вибрировании, твердении)
вследствие влияния различных факторов, трудно поддающихся учету, могут
возникнуть отклонения прочности бетона от нормативных значений, возможны
также отклонения фактических размеров конструкций от проектных. Учесть эти
отклонения статистическими методами пока не представляется возможным,
поскольку отсутствует достаточное количество опытных данных прочности бетона
непосредственно в конструкциях. В связи с этим возможное отклонение прочности
бетона в конструкциях учитывается специальным коэффициентом надежности уь,
большим единицы, на который делится нормативное сопротивление бетона. Тогда
учитываемое при проектировании расчетное сопротивление бетона
При расчете железобетонных конструкций расчетные
сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rt и Rhl
снижаются (или повышаются) путем умножения на коэффициенты условий работы
бетона уы, учитывающие особенности свойств бетона, длительность действия,
многократную повторяемость нагрузки, условия и стадию работы конструкции,
способ ее изготовления, влияние окружающей среды, размеры сечения и т. п.
Так, с целью учета снижения прочности бетона, имеющей
место при длительном действии нагрузки, вводится коэффициент уЬ2 =
0,85...0,90, при учете нагрузок малой продолжительности уЬ1 = 1,1;
коэффициент yh5, равный 0,85, вводится для монолитных железобетонных колонн с
наибольшим размером сечения менее 30 см и учитывает большее влияние дефектов (раковин) на сечения малых размеров; коэффициент yhl вводится при расчете
железобетонных конструкций, не защищенных от солнечной радиации. При расчете
конструкций по второй группе предельных состояний коэффициенты условий работы
уы принимают равными единице. Такой подход объясняется, прежде всего, меньшей
опасностью отказа конструкции по признакам второй группы предельных
состояний: эти состояния не приводят, как правило, к обрушению конструкций.
Нормативные и расчетные сопротивления арматуры. Для
арматурных сталей за нормативное сопротивление Д. „ принимают наименьшие
контролируемые значения, устанавливаемые действующими стандартами и
проверяемые заводскими лабораториями: для стержневой арматуры, высокопрочной
проволоки и арматурных канатов Д. „ равно физическому или условному пределу
текучести, для обыкновенной арматурной проволоки Д. „ равно напряжению,
составляющему 0,75 временного сопротивления. Значения нормативных
сопротивлений для арматурных сталей, как и для бетона, принимаются и
гарантируются с надежностью 0,95 ( 3.2).
Коэффициенты надежности по арматуре учитывают возможное
уменьшение площади поперечного сечения стержней, изменения механических
свойств в процессе изготовления конструкций и их эксплуатации, недостаточное
развитие пластических деформаций перед разрывом для некоторых классов арматуры.
При расчете по первой группе предельных состояний коэффициент надежности ys
принимают равным: для стержневой арматуры классов A-I, A-II — 1,05; для
класса A-III — 1,07... 1,1 (в зависимости от диаметра); для остальных классов
стержневой арматуры — 1,15... 1,20; для проволочной арматуры классов Вр-1,
B-I — 1,1, классов Bp-II, B-II — 1,20. При расчете по предельным состояниям
второй группы значение коэффициента надежности для всех видов арматуры
принято равным единице, т. е. расчетные сопротивления Rs ser численно равны
нормативным.
Согласно нормам [1], расчетное сопротивление арматуры
сжатию Rsc принимают равным R„ если оно не превышает 400 МПа; для арматуры с более
высоким значением Rs расчетное сопротивление Rsc принимают 400 МПа (или 330
МПа при расчете в стадии обжатия). При длительном действии нагрузки
ползучесть бетона приводит к повышению напряжения сжатия в арматуре. Поэтому
если расчетные сопротивления бетона принимают с коэффициентом условий работы
v42 — 0,9 (т. е. с учетом продолжительного действия нагрузки), то допускается
[1] повышать значение RK до 450 МПа для сталей класса A-IV и до 500 МПа для
сталей классов Ar-IV и выше.
Расчетные сопротивления арматуры для первой группы
предельных состояний снижаются (или повышаются) путем умножения на
соответствующие коэффициенты условий работы ysh учитывающие неравномерность
распределения напряжений в сечении, опасность усталостного разрушения, работу
арматуры при напряжениях выше условного предела текучести. Например, при
расчете прочности железобетонных элементов по наклонным сечениям
сопротивление поперечной арматуры вводится с коэффициентом уто = 0,8,
учитывающим неравномерность распределения напряжений в арматуре по длине
наклонной трещины; возможность превышения условного предела текучести
арматуры 002 при использовании арматуры классов A-IV...A-VI учитывается
коэффициентом ул > 1.
|