Автор Расчётное сопротивление бетона сжатию таблица
Бетонные конструкции изготавливаются в расчете на то, что они способны переносить высокие нагрузки без каких-либо разрушений. Характеристики сооружений из бетона закладываются в проект — это сопротивление бетона сжатию, прочность, плотность, долговечность и т.д. Бетон – материал разнородный, поэтому различные локальные участки конструкции могут обладать разной прочностью и разным сопротивлением к нагрузкам. И расчет прочности необходим, чтобы уточнить нормативные показатели материала. Что такое расчетные параметры, и как их узнают?
Что такое расчетное сопротивление
Этот параметр можно узнать и рассчитать методом простого деления указанных в ГОСТ 12730.0-78 сопротивлений на надежность, которая отражается в виде определенного коэффициента. При вычислениях сопротивления бетона этот коэффициент зависит от типа стройматериала.
График прочности на растяжение по осям[ads-pc-1]
[ads-mob-2]
Значения расчетных сопротивлений материалов обозначаются, как Rb и Rbt
д. Узнать конкретное расчётное сопротивление бетона сжатию таблица значений которых отражает математические вычисления, а не физические данные, можно для востребованных промышленностью классов:| Сопротивление, тип | Тип | Расчетные показатели для максимально нагруженных состояний 1-й группы Rb и Rbt, МПа, для разных классов прочности | ||||||
| B 10 | B 12,5 | B 15 | B 20 | B 25 | B 30 | B 35 | ||
| Сжатие по оси, R b | Мелкофракционный тяжелый бетон | 6,0 | 7,50 | 8,5 | 11,5 | 14,50 | 17,0 | 19,50 |
| Растяжение по оси, RM | Тяжелый бетон | 0,57 | 0,66 | 0,75 | 0,90 | 1,050 | 1,20 | 1,30 |
Как рассчитывается прочность? Существуют определенные значения прочности, заниженные для обеспечения надежности.
Эти установленные параметры и есть расчетные показатели, зависящие от фактических результатов испытаний.
Нормативное сопротивление
- Параметр отражает показатель материала по сжатию (сжатие бетонной призмы по оси при испытаниях) Rbn и Rbtn по растяжению;
- Значения для максимально нагруженных состояний 1-го состава Rb, Rbt и 2-го состава Rb,ser, Rbt,ser вычисляются методом деления этих параметров согласно ГОСТ на прикрепленные коэффициенты надежности – соответственно g
- Значение по ГОСТ Rbn, зависящие от класса по прочности на сжатие;
- Установленное значение Rbtn при неконтролируемой прочности материала определяется по классу прочности, и воспринимается как обеспеченная прочность при растяжении;
- Согласно п.2 параметры 1-го типа Rb и Rbt могут изменяться. Для этого Rb и Rbt умножаются на параметр gbi;
- Параметры 2-го типа Rb,ser и Rbt,ser зависят от показателя gbi, и при нормальной нагруженности материала в 1,0.
Для некоторых легких бетонов используются и другие показатели Rb,ser и Rbt,ser по согласованию с проектировщиками; - Первоначальный модуль упругости Eb определяется по таблице ниже. Если бетонный объект эксплуатируется в климатическом регионе IVА, и не обеспечен защитой от УФ излучения, то параметры Eb умножаются на 0,85.
Для некоторых легких бетонов используются и другие показатели Rb,ser и Rbt,ser по согласованию с проектировщиками;| Тип сопротивления | Rb,n и Rbt,n согласно ГОСТ, и Rb,ser и Rbt,ser (Мпа) | ||||||||||
| B 10 | B 15 | B 20 | B 25 | B 30 | B 35 | B 40 | B 45 | B 50 | B 55 | B 60 | |
| Сжатие по оси Rb,m и Rb,ser | 7,5 | 11 | 15 | 18,50 | 22,0 | 25,50 | 29 | 32 | 36 | 39,50 | 43 |
| Растяжение по оси Rbt,r и Rbt,ser | 11 | 1,35 | 1,55 | 1,75 | 1,95 | 29 | 2,25 | 2,45 | 2, | 2,75 | |
[ads-pc-1]
[ads-mob-3]
В таблице указано расчетное сопротивление бетона осевому сжатию по СП 52-101-2003
| Тип сопротивления | Сопротивление согласно ГОСТ Rb и Rbt,и Rb,ser и Rbt,ser (Мпа) | ||||||||||
| B 10 | B 15 | B 20 | B 25 | B 30 | B 35 | B 40 | B 45 | B 50 | B 55 | ||
| Сжатие по оси Rb | 6 | 8,5 | 11,5 | 14,5 | 17 | 19,5 | 22 | 25 | 27,5 | 30 | |
| Растяжение по оси Rbt | 0,56 | 0,75 | 0,9 | 1,050 | 1,15 | 1,30 | 1,40 | 1,50 | 1,60 | 1,70 | |
Сопротивление по ГОСТ или СП зависит от прочности испытываемых образцов (кубиковая нормативная прочность).
Rb и Rbt для осевых растяжений при определении класса бетона устанавливается с зависимостью от прочности согласно ГОСТ испытываемых образцов типов бетона с контролем приготовления раствора. Нормативная кубиковая и призменная прочность на сжатие и на растяжение имеют определенное соотношение, устанавливаемое при стандартных испытаниях бетонных образцов.
Требования к автоклавному бетону
| Марка
| Первоначальный модуль упругости Еb автоклавного материала | |||||
| Сжатие и растяжение, МПа | ||||||
| B 1,5 | B 2 | B 2,5 | B 3,5 | B 5 | B 7,5 | |
| D 300 | 900 | 1000 | ||||
| D 400 | 1100 | 1200 | 1300 | |||
| D 500 | 1300 | 1500 | 1600 | 1700 | ||
| D 600 | 1500 | 1600 | 1700 | 1800 | 1900 | |
| D 700 | 1900 | 2200 | 2500 | 2900 | 3200 | 3400 |
[ads-pc-1]
[ads-mob-2]
Рассчитывая класс бетона по прочности на растяжение по осям, стандартные значения Rb и Rbt берутся как свойство класса, выраженное в цифрах, которые идут после символа «B».
- Максимальные относительные деформации при сжатии-растяжении по осям: Ɛbo,n и Ɛbto,n;
- Первоначальный модуль упругости Eb,n;
Дополнительные свойства деформаций бетона:
- Первичный коэффициент поперечных деформаций «v»;
- Сдвиг по модулю «G»;
- Коэффициент температурных деформаций αbt;
- Деформации, зависящие от свойств ползучести раствора Ɛсг;
- Деформации, зависящие от усадки материала εshr.
Характеристики деформаций определяются, исходя из класса и марки, плотности и технологических показателей бетона. Механические показатели бетона для напряженного состояния по одной оси в общих случаях характеризуются диаграммой деформирования материала, отражающей зависимость напряжений Σb,n (Σbt,n) и относительных продольных деформаций Εb,n (Εbt,n
Виды деформаций[ads-pc-1]
[ads-mob-3]
При расчетах прочности бетонных конструкций основные характеристики, влияющие на конечный результат – это окончательное и фактическое сопротивление бетона Rb и Rbt. Характеристики прочности, полученные в результате вычислений, рассчитываются как стандартные сопротивления материала Rb,m и Rb,ser, а также Rbt,r и Rbt,ser, поделенные на gbc и gbt и. Показания gbc и gbt зависят от типа бетона, просчитанных свойств материала, предельных состояний при различных нагрузка, но должны не выходить за следующие рамки:
Для коэффициента gbc:
- 1,3 — для максимальных и минимальных нагрузок 1-го состава бетона;
- 1,0 — для максимальных и минимальных нагрузок 2-го состава;
Для коэффициента gbt:
- 1,5 — для максимальных и минимальных нагрузок 1-го состава при определении класса на сжатие по осям;
- 1,3 – для максимальных и минимальных нагрузок 1-го состава при определении класса на растяжение по осям;
- 1,0 — для максимальных и минимальных нагрузок 2-го состава бетона.
Для максимальных и минимальных нагрузок 1-го и 2-го состава показатели деформаций материала берутся из их значений, указанных в ГОСТ и СНиП. Также при вычислении значений R свойства нагрузок, влияние атмосферных осадков, температуры, напряженности материала и конструкции из бетона корректируются коэффициентами условий эксплуатации конструкции γbi, и отражаются на расчетных деформационных и прочностных параметрах строительного материала.
Диаграммы деформаций конструкций из бетона вычерчиваются, опираясь на метод замены стандартных показателей на расчетные параметры.
Диаграммы деформаций[ads-pc-1]
[ads-mob-3]
Характеристики прочности при двухосном или трехосном приложении напряжений определяются по типу и классу бетона, исходя из связи между максимальными и минимальными значениями напряжений, приложенных в 2-х или 3-х перпендикулярах. Деформирование бетонного объекта вычисляется по плоскому или объемному приложению напряжений. Если конструкция имеет дисперсно-армированное состояние, то для нее принимаются характеристики, как для обычных бетонных или ж/б сооружений.
При работе с фибробетоном его свойства определяются, исходя из физико-эксплуатационных характеристик смеси, также берется в расчет форма, габариты, геометрия и распределение фибр в составе, сцепление фибр с раствором. Определяющие характеристики прочности и возможности деформирования армирования — это стандартные параметры прочности и свойства деформации.
Неупругие деформацииОсновное определение прочности материала армирования при нагрузках на растяжение-сжатие — это установленное ГОСТ сопротивление Rs,n, которое принимается равным показателю эксплуатационного предела текучести или такого же условного предела, который будет соответствовать окончательному удлинению или укорочению, принимаемому как 0,2%. Также ограничение Rs,n происходит по показателям, соответствующим деформирующим нагрузкам, которые равны максимальным показателям деформации бетона вокруг сжатой арматуры при укорочении.
Понятия прочности и класса
Прочность по марке использовалась до введения евростандартов, и ею обозначалась средняя устойчивость на сжатие.
Новые СНиП регламентируют классы прочности при сжатии-растяжении.
[ads-pc-1]
[ads-mob-3]
Понятие «класс» означает сопротивление материала согласно СП сжатию бетонного куба по оси. Эталонные габариты куба – 15 х 15 см. Из-за неравномерности распределения параметров прочности по всему материалу использование среднеарифметических показателей прочности не рекомендовано, так как на локальном участке объективная прочность может быть меньше.
Основная характеристика длительности эксплуатации бетонного объекта – это его класс. При определении класса принимается во внимание и осевое сжатие, и осевое растяжение, значения которых определяются с запасом прочности через удельное сопротивление элементов.
Предельно допустимые напряженияФормула определения сопротивления нагрузкам сжатия: R = Rn /g;
Где g – коэффициент прочности материала, принимаемый как 1,0. Чем однороднее бетон, тем коэффициент g ближе к единице.
Дополнительные параметры для расчетов:
- Электрическое удельное сопротивление раствора;
- Влагостойкость – ее параметры необходимы, чтобы знать максимальное давление жидкой среды, которое может выдержать бетон;
- Воздухопроницаемость связана с прочностью, и имеет постоянное значение в диапазоне 3-130 c/см3.
- Морозостойкость обозначается символом «F» и числами от 50 до 1000, означающими количество циклов заморозки-разморозки;
- Теплопроводность влияет на плотность материала. Чем больше воздуха в бетоне, тем меньше плотность и теплопроводность;
[ads-pc-1]
[ads-mob-3]
Продольные трещины в испытываемых призменных образцах появляются под действием поперечных нагрузок. Прочность образца увеличивается при стягивании бетона хомутами, но разрушение произойдет в любом случае, и трещины появятся позже. Такое отодвигание разрушения во времени называется эффектом обоймы. Хомут, сжимающий элемент, можно заменить укладкой в раствор поперечной стержневой арматуры, металлической сетки или спирали из стали.
- Марка обозначается символом «M», и означает среднюю кубиковую прочность Rв, которая выражается в кг/см2. Следующие за латинской буквой числа – это прочность;
- Класс – символ «B», обозначающий кубиковую прочность (Мпа) с вероятностью 0,95. Неоднородность прочности материала колеблется в пределах Rmin-Rmax.
Неоднородность прочности материала колеблется в пределах Rmin-Rmax.Предварительно напряженные железобетонные конструкции
Конструкция или элемент из железобетона, нагруженный искусственно созданными внутренними напряжениями, направленные обратно реальным физическим нагрузкам при эксплуатации объекта. Искусственные напряжения появляются после внедрения в тело конструкции предварительно напряженной арматуры. Сделать это можно так:
- При заливке раствора в конструкции оставляют пазы, в которые укладывается арматура (сетка, стержни, спирали). Набор прочности завершается натягиванием арматурной сетки или другого типа арматуры с креплением концов по бокам элемента. Натягивание арматуры сопровождается сжатием бетона. Усилие натяжения обозначается символом «Р»;
- Арматура натягивается перед заливкой раствора (т.н. натяжение на упоры), а после отвердения смеси отпускается, что и создает напряжение сжатия.
Еще один вариант создания предварительного напряжения – заливка специального напрягающего цемента марки НЦ.
Затвердевая, объем конструкции из цемента этой марки увеличивается, при этом растягивается и арматура, создавая напряжение растяжения.
Как рассчитать прочность бетона: формула для вычисления
Одним из главных свойств материала называют прочность бетона при осевом сжатии, растяжении при изгибе затвердевшей смеси. Крепость при сжатии выделяют двух видов: призменную, а также кубиковую. Равным образом долговечность раствора характеризуется классом или маркой. Существует процесс по набору бетоном затвердения, он длится ровно 28 дней. Примерно через 7 суток состав обретает 70% своей окончательной крепости.
Что учитывать и от чего зависит?
Физико-механические свойства находятся под тесным воздействием бетонной структуры, зависящие от смешанности раствора и разнящиеся способами изготовления. А также крепость обусловливается следующими факторами:
Качество перемешивания будущего материала тоже влияет на данное его свойство.- интенсивность бетонно-цементного раствора;
- содержимое компонентов в процентном количестве;
- водоцементные пропорции в составе смеси;
- промышленные характеристики;
- свойства наполнителей;
- уровень перемешивания ингредиентов состава;
- часы, потраченные на приобретение раствором твердости;
- температурные показатели в атмосфере;
- сырость в окружающей среде.
Распределение по маркам и классам
Марка обозначается буквой М, а сопутствующая цифра возле нее определяет среднее примерное значение прочности при сжатии, выражается в кгс/см2. Таблица по показателям прочности:
| Марка | Степень прочности, кгс/см2 |
| 100 | 98,2 |
| 150 | 158,6 |
| 200 | 197,4 |
| 250 | 261,90 |
| 300 | 307,40 |
| 350 | 337,42 |
| 400 | 392,8 |
| 450 | 459,29 |
| 500 | 522,77 |
Грамотно вычислить количество ингредиентов материала можно с помощью специального калькулятора.Марка бетона полностью зависит от количественного соотношения цемента в составе раствора. При этом принято считать, что чем больше количество, тем выше марка и, в обратном порядке.
Определяют крепость еще и по цементным классам. Их разделяют для легких и тяжелых составов, а также по уровням крупности. Для расчета составов и пропорций применяют формулы, а для быстроты подсчета есть автоматические калькуляторы. Средняя прочность с коэффициентом крепости n = 0,136 и обеспеченностью t = 0,96 зависит от класса и формула для вычисления: Вb = Rb х0,778 или Rb = Вb / 0,778.
| Вид | Класс, В |
| Легкий | 10, 12,5, 15, 30, 40 |
| Тяжелый | 10, 12,5, 15, 30, 40, 50, 55, 60 |
| Мелкозернистый, крупность < 2,1 | 40 |
| Мелкозернистый, крупность > 1 | 30 |
Нормативные данные
Посмотреть «ГОСТ 10180-90» или cкачать в PDF (3 MB)
Прочность бетона на растяжение при изгибе, на сжатие и др. определяется ГОСТом 10180—90. К основным контрольным характеристикам состава относят:
- Нормативные данные сопротивления (Rbn) с вероятностью 95% и обеспеченностью 0,95 или растяжению (Rbtn).
- Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (смятию). Имеет следующее соотношение, что для первой конечной характеристики обеспеченности Rb составляет — 0,997, а для второй граничное значение Rbser — 0,96.
Как рассчитывать?
Для данного показателя важна и марка цемента, на основе которого производится материал.Крепость обуславливается многочисленными факторами, но первоочередно зависит от цементной марки Rц и обстоятельств застывания. Учитывая, что качество заполнителей для бетона соответствует запросам, описанным в ГОСТ 10268–80, то прочность материала, зависимая от марки и В/Ц, выражается формулой: Rб = ARц (Ц/В — 0,5), где:
- Rб — бетонная крепость за 28 сут., МПа;
- А — показатель, зависящий от наполнителей и их качества;
- Rц — марка;
- Ц/В — соотношение цемента и воды в составе (цифра, противоположная В/Ц).
Посмотреть «ГОСТ 10268-80» или cкачать в PDF (1 MB)
Динамика набора прочности тяжелого бетона: n = 100 * (lg (n) / lg (28)), где n — день, на который желательно определить крепость цемента (но не меньше 3 дней). При обстоятельствах застывания, отличающихся от обычных, особенно по температурным режимам, нужно знать, что уменьшение температуры способствует торможению твердения, а повышение — ускорению. При показателях 10 градусов по Цельсию, спустя 7 сут. цемент будет иметь крепость 40—50%, а при 5 °C — 31—34%. При отрицательных температурах бетоны без специальных добавок вовсе не крепнут.
Граничная высота сжатой зоны (абсолютная или относительная) — показатель (х) предельной прочности бетона, уже перед разрушением.
Формула для вычисления
Чтобы провести расчет прочности бетона на растяжение при изгибе применяют формулу: Rи = 0,1 • P • L / b • h3, где: L — расстояние между балками; Р — масса суммарной нагрузки и к ней добавляется вес бетона; h — высота и b — ширина балки по сечению. Обозначается сокращенно — Btb, и плюсуют число в диапазоне от 0,4 до 8. Прочность на растяжение высчитывают так: Rbt = 0,233 х R2. Показатели растяжения и изгиба существенно меньше, чем способность бетона выносить нагрузки.
Нормативные и расчетные характеристики бетона и арматуры
Основными показателями прочности и деформативности бетона являются нормативные значения их прочностных и деформационных характеристик.
Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные значения:
- сопротивления бетона осевому сжатию Rb,n;
- сопротивления бетона осевому растяжению Rbt,n.
Нормативное значение сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность) следует устанавливать в зависимости от нормативного значения прочности образцов-кубов (нормативная кубиковая прочность) для соответствующего вида бетона и контролируемого на производстве.
Нормативное значение сопротивления бетона осевому растяжению при назначении класса бетона по прочности на сжатие следует устанавливать в зависимости от нормативного значения прочности на сжатие образцов-кубов для соответствующего вида бетона и контролируемого на производстве.
Соотношение между нормативными значениями призменной и кубиковой прочностями бетона на сжатие, а также соотношение между нормативными значениями прочности бетона на растяжение и прочности бетона на сжатие для соответствующего вида бетона следует устанавливать на основе стандартных испытаний.
При назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение нормативное значение сопротивления бетона осевому растяжению принимают равным числовой характеристике класса бетона по прочности на осевое растяжение, контролируемой на производстве.
Основными деформационными характеристиками бетона являются нормативные значения:
- предельных относительных деформаций бетона при осевом сжатии и растяжении εbo,n и εbto,n ;
- начального модуля упругости бетона Еb,n.
- Кроме того, устанавливают следующие деформационные характеристики:
- начальный коэффициент поперечной деформации бетона v;
- модуль сдвига бетона G;
- коэффициент температурной деформации бетона αbt;
- относительные деформации ползучести бетона εсг (или соответствующие им характеристику ползучести φb,cr меру ползучести Cb,cr;
- относительные деформации усадки бетона εshr.
Нормативные значения деформационных характеристик бетона следует устанавливать в зависимости от вида бетона, класса бетона по прочности на сжатие, марки бетона по средней плотности, а также в зависимости от технологических параметров бетона, если они известны (состава и характеристики бетонной смеси, способов твердения бетона и других параметров).
В качестве обобщенной характеристики механических свойств бетона при одноосном напряженном состоянии следует принимать нормативную диаграмму состояния (деформирования) бетона, устанавливающую связь между напряжениями σb,n (σbt,n) и продольными относительными деформациями εb,n (εbt,n) сжатого (растянутого) бетона при кратковременном действии однократно приложенной нагрузки (согласно стандартным испытаниям) вплоть до их нормативных значений.
Основными расчетными прочностными характеристиками бетона, используемыми в расчете, являются расчетные значения сопротивления бетона:
- осевому сжатию Rb;
- осевому растяжению Rbt.
Расчетные значения прочностных характеристик бетона следует определять делением нормативных значений сопротивления бетона осевому сжатию и растяжению на соответствующие коэффициенты надежности по бетону при сжатии и растяжении.
Значения коэффициентов надежности следует принимать в зависимости от вида бетона, расчетной характеристики бетона, рассматриваемого предельного состояния, но не менее:
- для коэффициента надежности по бетону при сжатии:
- 1.3 — для предельных состояний первой группы;
- 1.0 — для предельных состояний второй группы;
- для коэффициента надежности по бетону при растяжении:
- 1,5 — для предельных состояний первой группы при назначении класса бетона по прочности на сжатие;
- 1.3 — то же, при назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение;
- 1.0 — для предельных состояний второй группы.
Расчетные значения основных деформационных характеристик бетона для предельных состояний первой и второй групп следует принимать равными их нормативным значениям.
Влияние характера нагрузки, окружающей среды, напряженного состояния бетона, конструктивных особенностей элемента и других факторов, не отражаемых непосредственно в расчетах, следует учитывать в расчетных прочностных и деформационных характеристиках бетона коэффициентами условий работы бетона γbi.
Расчетные диаграммы состояния (деформирования) бетона следует определять путем замены нормативных значений параметров диаграмм на их соответствующие расчетные значения.
Значения прочностных характеристик бетона при плоском (двухосном) или объемном (трехосном) напряженном состоянии следует определять с учетом вида и класса бетона из критерия, выражающего связь между предельными значениями напряжений, действующих в двух или трех взаимно перпендикулярных направлениях.
Деформации бетона следует определять с учетом плоского или объемного напряженных состояний.
Характеристики бетона — матрицы в дисперсно-армированных конструкциях следует принимать как для бетонных и железобетонных конструкций.
Характеристики фибробетона в фибробетонных конструкциях следует устанавливать в зависимости от характеристик бетона, относительного содержания, формы, размеров и расположения фибр в бетоне, ее сцепления с бетоном и физико-механических свойств, а также в зависимости от размеров элемента или конструкции.
Основными показателями прочности и деформативности арматуры являются нормативные значения их прочностных и деформационных характеристик.
Основной прочностной характеристикой арматуры при растяжении (сжатии) является нормативное значение сопротивления Rs,n, равное значению физического предела текучести или условного, соответствующего остаточному удлинению (укорочению), равному 0,2%. Кроме того, нормативные значения сопротивления арматуры при сжатии ограничивают значениями, отвечающими деформациям, равным предельным относительным деформациям укорочения бетона, окружающего рассматриваемую сжатую арматуру.
Основными деформационными характеристиками арматуры являются нормативные значения:
- относительных деформаций удлинения арматуры εs0,n при достижении напряжениями нормативных значений Rs,n;
- модуля упругости арматуры Es,n.
Для арматуры с физическим пределом текучести нормативные значения относительной деформации удлинения арматуры εs0,n определяют как упругие относительные деформации при нормативных значениях сопротивления арматуры и ее модуля упругости.
Для арматуры с условным пределом текучести нормативные значения относительной деформации удлинения арматуры εs0,n определяют как сумму остаточного удлинения арматуры, равного 0,2%, и упругих относительных деформаций при напряжении, равном условному пределу текучести.
Для сжатой арматуры нормативные значения относительной деформации укорочения принимают такими же, как при растяжении, за исключением специально оговоренных случаев, но не более предельных относительных деформаций укорочения бетона.
Нормативные значения модуля упругости арматуры при сжатии и растяжении принимают одинаковыми и устанавливают для соответствующих видов и классов арматуры.
В качестве обобщенной характеристики механических свойств арматуры следует принимать нормативную диаграмму состояния (деформирования) арматуры, устанавливающую связь между напряжениями σs,n и относительными деформациями εs,n арматуры при кратковременном действии однократно приложенной нагрузки (согласно стандартным испытаниям) вплоть до достижения их установленных нормативных значений.
Диаграммы состояния арматуры при растяжении и сжатии принимают одинаковыми, за исключением случаев, когда рассматривается работа арматуры, в которой ранее были неупругие деформации противоположного знака.
Характер диаграммы состояния арматуры устанавливают в зависимости от вида арматуры.
Расчетные значения сопротивления арматуры Rs определяют делением нормативных значений сопротивления арматуры на коэффициент надежности по арматуре.
Значения коэффициента надежности следует принимать в зависимости от класса арматуры и рассматриваемого предельного состояния, но не менее:
- при расчете по предельным состояниям первой группы — 1,1;
- при расчете по предельным состояниям второй группы — 1,0.
Расчетные значения модуля упругости арматуры Es принимают равными их нормативным значениям.
Влияние характера нагрузки, окружающей среды, напряженного состояния арматуры, технологических факторов и других условий работы, не отражаемых непосредственно в расчетах, следует учитывать в расчетных прочностных и деформационных характеристиках арматуры коэффициентами условий работы арматуры γsi.
Расчетные диаграммы состояния арматуры следует определять путем замены нормативных значений параметров диаграмм на их соответствующие расчетные значения.
Основы расчета железобетона. 200 вопросов и ответов, стр. №4
19. Почему величина lan зависит от прочности арматуры?
С увеличением прочности (расчетного сопротивления Rs) растет и выдергивающие усилие: Ns = RsAs. Для удержания арматуры требуется увеличить сумму сил Тсц, а это возможно (при прочих равных условиях) только увеличив длину анкеровки арматуры в бетоне. Поэтому, чем выше Rs, тем больше требуемая величина lan.
20. Почему величина lan зависит от прочности бетона?
Во-первых, чем выше прочность бетона (расчетное сопротивление Rb), тем выше его адгезия (силы склеивания) с металлом. Во-вторых, чем выше прочность бетона, тем лучше его выступы сопротивляются силам зацепления выступов арматуры. Поэтому, чем выше Rb, тем меньше величина lan.
21. Как быть, если арматуру в бетоне невозможно заделать на величину lan?
Когда такие случаи встречаются в проектной практике, приходится заанкеривать арматуру дополнительно. Например, концы монтажных петель загибают в “крюки” (рис. 12,а), концы рабочих стержней в узлах ферм загибают в “лапы” или приваривают к ним “коротыши” (рис. 12,б), продольную рабочую арматуру в изгибаемых элементах приваривают к опорным закладным изделиям (рис. 12,в).
Кстати, до середины 1950-х годов применяли преимущественно гладкую арматуру, сцепление которой с бетоном очень слабое. Поэтому для ее анкеровки в бетоне концы стержней всегда загибали в “крюки” или в “лапы”.
Рис. 12
22. Можно ли заделать рабочую арматуру на величину lx < lan?
Можно только в одном случае – если арматура поставлена с запасом против требуемой расчетом по прочности. Например, по условию прочности требуемая площадь арматуры равна Аs1, а по условию трещиностойкости ее площадь пришлось увеличить вдвое: Аs2 = 2Аs1. В этом случае длину анкеровки lan, вычисленную для арматуры Аs2 по формуле, приведенной в ответе 17, можно уменьшить в отношении Аs1 /Аs2, т.е. наполовину.
23. Почему в расчете прочности железобетонных конструкций используют предел прочности сжатого бетона, но не используют предел прочности растянутой арматуры?
Если использовать предел прочности арматуры (временное сопротивление разрыву ssu – см. рис.9), то ее удлинения будут столь велики, что у конструкции образуются недопустимо большие трещины и перемещения, но главное – у изгибаемых элементов крайние сжатые волокна бетона намного раньше достигнут предельных деформаций сжатия (εbu на рис.1), и разрушение сжатой зоны наступит прежде, чем арматура достигнет предела прочности на растяжение. Поэтому в расчетах используют предел текучести – физический spl или условный s02.
24. Что такое нормативное сопротивление бетона и арматуры?
Любой материал, даже бетон одного класса и сталь одной марки, не обладает стабильно одинаковой прочностью. Брать в таких случаях среднюю прочность`R слишком рискованно (50 % вероятности того, что в опасном сечении конструкции прочность материала окажется ниже`R), а брать Rmin – слишком накладно (столь низкая прочность приведет к увеличению размеров сечения). Поэтому специалисты условились принимать в качестве нормативной Rn такую прочность, которая давала бы 95 % гарантии, а риска – лишь 5 %, аналогично тому, как принимается класс бетона (см. вопрос 9). На математическом языке это называется “с обеспеченностью 0,95”. Следовательно, нормативным сопротивлением бетона сжатию Rbn является призменная прочность с обеспеченностью 0,95, а нормативным сопротивлением арматуры растяжению Rsn – условный или физический пределы текучести с обеспеченностью 0,95.
25. Что такое расчетное сопротивление бетона и арматуры?
Строительные конструкции должны обладать запасом несущей способности, который предохраняет от многих неприятных случайностей и обеспечивает долговечность зданий и сооружений. Вот почему в расчетах по прочности сечений используют не нормативные, а более низкие – расчетные сопротивления материалов, взятые с запасом по отношению к нормативным: R = Rn /g, где g — коэффициент надежности по прочности. Для бетонаgb =1,3, для арматуры gs = (1,05…1,2) в зависимости от класса стали. Значение g тем больше, чем больший разброс прочности материала, или, говоря иначе, чем менее однородна его прочность.
26. В каких расчетах используют нормативные сопротивления бетона и арматуры?
Если у конструкции в процессе эксплуатации чрезмерно раскрылись трещины или прогибы превысили допустимые значения, то последствия этого не столь опасны, как при исчерпании прочности (разрушении). Вот почему в расчетах по 2-й группе предельных состояний используют преимущественно нормативные сопротивления Rn. Правда, Нормы проектирования в последней редакции обозначают их Rser и именуют “расчетными сопротивлениями для предельных состояний 2-й группы”, но столь длинное название выговаривать неудобно, поэтому инженеры и ученые в обиходе по-прежнему употребляют термин “нормативное сопротивление”, тем более что численно Rser = Rn.
Страницы:
Прочность бетона | Строительный справочник
Опубликовал admin | Дата 24 Август, 2015
Прочность бетона зависит от целого ряда факторов и при одной и той же технологии производства (одинаковом составе, приготовлении и режиме твердения) может меняться весьма значительно. В основном прочность бетона зависит:
- от возраста бетона, и условий твердения;
- от формы и размеров испытываемого образца;
- от рода и характера напряженного состояния.
При различных силовых воздействиях —
сжатии, растяжении, срезе — бетон имеет различную прочность.
Отсутствие закономерности в расположении частиц, составляющих
бетон, в расположении и крупности пор приводит к тому, что при испытании образцов, приготовленных из одной и той же бетонной смеси,
получаются неодинаковые показатели прочности.
Следует еще заметить, что неодинаковые условия испытания и неодинаковые скорости загружения образцов также приводят к разбросу
показателей прочности бетона. Из всех прочностных характеристик бетона наиболее просто определяется его прочность при сжатии. Вместе с тем, высокое сопротивление
бетона сжатию является его наиболее ценным свойством, широко используемым в конструкциях. По этим соображениям в качестве эталона
прочности бетона принята марка бетона, обозначающая предельное
сопротивление R в кг/см 2 (предел прочности) при сжатии кубика с
ребром 20 см в возрасте 28 дней из бетона рабочего состава, изготовленного и испытанного согласно стандарту. Следовательно, определение марки бетона связывается с характером силового воздействия,
формой и размерами образца, возрастом бетона. Предел прочности на сжатие при испытании кубика подсчитывается
путем деления разрушающей силы Np на площадь грани кубика F:
R=Np/F
Проверка бетона на прочность
В ряде стран (США и др.) вместо кубика принят образец, имеющий форму цилиндра высотой 12″=30,5 см и диаметром 6″= 15,2 см. Для одного и того же бетона прочность цилиндрического образца таких размеров составляет 0,75—0,8 от прочности кубика с размером ребра 20 см. Бетон для бетонных и железобетонных конструкций в зависимости от его объемного веса и марки может быть:
а) тяжелый — объемным весом 1800 кг/м³ и более, марок 50, 75,
100, 150, 200, 300, 400, 500 и 600;
б) легкий — объемным весом менее 1800 кг/м³, марок 35, 50, 75, 100,
150, 200, 250 и 300.
В отдельных случаях в зависимости от сроков фактического загружения железобетонной конструкции, способа изготовления и условий
твердения бетона, сроков монтажа, а также вида применяемого цемента разрешается определять расчетные характеристики бетона в возрасте, отличающемся от 28 дней. При этом в проекте, кроме марки бетона,
указывается кубиковая прочность бетона, по которой определялись его
расчетные характеристики, и соответствующий ей возраст бетона.
Выбор оптимальной марки бетона производится на основании технико-экономических соображений ,в зависимости от типа железобетонной конструкции, условий ее эксплуатации, способа изготовления и
монтажа. Для железобетонных конструкций применение тяжелого бетона марки ниже 150 не разрешается; легкие бетоны марки Ниже 150 могут
применяться в тех случаях, когда по условиям эксплуатации исключено
действие влаги и замораживания, поскольку легкие бетоны обладают
значительной пористостью.
Для сжатых железобетонных элементов из тяжелого бетона, размеры сечений которых определяются из расчета на прочность, рекомендуется применять бетон марки не ниже 200. Для сильно нагруженных
конструкций, например для колонн нижних этажей многоэтажных зданий, а также для колонн одноэтажных зданий, воспринимающих значительную крановую нагрузку, рекомендуется принимать бетон марок 300 и 400.
Для изгибаемых элементов из обычного железобетона принимают
бетон марок 150 и 200. Предварительно напряженные железобетонные
конструкции выполняют из бетона марок 200—600.
Опыты показывают, что прочность бетона нарастает в течение длительного времени, но наиболее быстрый рост прочности наблюдается в
начальный период твердения. Так, прочность бетона, приготовленного на портландцементе, интенсивно нарастает в первые 28 суток, а на пуццолановом и шлаковом портландцементе медленнее — примерно в первые
90. суток. Но и в последующем
при наличии благоприятных,
условий твердения, т. е. при
положительной температуре и наличии влажной среды, прочность бетона может нарастать
весьма продолжительное время, измеряемое годами. Объясняется это явление длительным процессом окаменения
цементного теста—твердением геля и ростом кристаллов.
По данным опытов бетонные образцы, хранившиеся в течение 11
лет, показали нарастание прочности в условиях влажной среды вдвое,
при этом из кривых рисунка
видна тенденция и к дальнейшему росту
прочности, а в условиях сухой среды (после первых 7 дней влажного
хранения) —в 1,4 раза; во втором случае нарастание прочности прекратилось к концу первого года. Если бетон остается сухим, как это
бывает при эксплуатации большинства железобетонных конструкций,
то после истечения первого года нельзя ожидать заметного нарастания
прочности. Бетоны высоких марок не дают заметного прироста прочности.
В других опытах в течение 20 лет наблюдалось непрерывное нарастание прочности образцов, причем к концу этого срока прочность бетона увеличилась более чем в 2 раза против 28-дневной.
Повышение температуры и влажности среды значительно ускоряет
процесс твердения бетона. С этой целью железобетонные изделия на:
заводах подвергают специальной термовлажмостной обработке при
температуре 80—90° и влажности 90—100% или же автоклавной обработке при давлении пара около 8 ати и температуре 170°. В последнем,
случае через 12 час. может быть получен бетон проектной марки.
Однако жесткие бетонные смеси на быстротвердеющих высокопрочных портландцементах и без специальной термовлажностной обработки (требующей дополнительных, затрат и увеличивающей стоимость
железобетона) уже через 3 суток набирают прочность, близкую к
марочной.
При замораживании в раннем возрасте нарастание прочности бетона прекращается, а после оттаивания способность его к дальнейшему
накоплению прочности снижается. Исследованиями советских ученых
установлено, что замораживание бетона, набравшего около 70% проектной прочности, не приводит после оттаивания к потере его способности накапливать прочность. Отсюда было установлено, что подогрев
бетона, укладываемого при отрицательных температурах, достаточно производить лишь в течение первых 7—8 суток.
%d0%9f%d1%80%d0%be%d1%87%d0%bd%d0%be%d1%81%d1%82%d1%8c+%d0%b1%d0%b5%d1%82%d0%be%d0%bd%d0%b0+%d1%80%d0%b0%d1%81%d0%bf%d0%b0%d0%bb%d1%83%d0%b1%d0%be%d1%87%d0%bd%d0%b0%d1%8f — со всех языков на все языки
Все языкиАнглийскийРусскийКитайскийНемецкийФранцузскийИспанскийИтальянскийЛатинскийФинскийГреческийИвритАрабскийСуахилиНорвежскийПортугальскийВенгерскийТурецкийИндонезийскийШведскийПольскийЭстонскийЛатышскийДатскийНидерландскийАрмянскийУкраинскийЯпонскийСанскритТайскийИрландскийТатарскийСловацкийСловенскийТувинскийУрдуИдишМакедонскийКаталанскийБашкирскийЧешскийГрузинскийКорейскийХорватскийРумынский, МолдавскийЯкутскийКиргизскийТибетскийБелорусскийБолгарскийИсландскийАлбанскийНауатльКомиВаллийскийКазахскийУзбекскийСербскийВьетнамскийАзербайджанскийБаскскийХиндиМаориКечуаАканАймараГаитянскийМонгольскийПалиМайяЛитовскийШорскийКрымскотатарскийЭсперантоИнгушскийСеверносаамскийВерхнелужицкийЧеченскийГэльскийШумерскийОсетинскийЧеркесскийАдыгейскийПерсидскийАйнский языкКхмерскийДревнерусский языкЦерковнославянский (Старославянский)МикенскийКвеньяЮпийскийАфрикаансПапьяментоПенджабскийТагальскийМокшанскийКриВарайскийКурдскийЭльзасскийФарерскийАбхазскийАрагонскийАрумынскийАстурийскийЭрзянскийКомиМарийскийЧувашскийСефардскийУдмурдскийВепсскийАлтайскийДолганскийКарачаевскийКумыкскийНогайскийОсманскийТофаларскийТуркменскийУйгурскийУрумскийБурятскийОрокскийЭвенкийскийМаньчжурскийГуараниТаджикскийИнупиакМалайскийТвиЛингалаБагобоЙорубаСилезскийЛюксембургскийЧерокиШайенскогоКлингонский
Все языкиРусскийАнглийскийНемецкийЛатинскийИвритИспанскийНорвежскийКитайскийФранцузскийУкраинскийИтальянскийПортугальскийВенгерскийТурецкийПольскийДатскийТатарскийКурдскийСловенскийГреческийИндонезийскийВьетнамскийМаориТагальскийУрдуИсландскийХиндиИрландскийФарерскийБолгарскийЛатышскийАлбанскийАрабскийФинскийПерсидскийМонгольскийНидерландскийШведскийПалиЯпонскийКорейскийЭстонскийГрузинскийТаджикскийЛитовскийРумынский, МолдавскийХорватскийСуахилиКазахскийМакедонскийТайскийБелорусскийГалисийскийКаталанскийЧеченскийКарачаевскийСловацкийЧешскийСербскийАрмянскийАзербайджанскийУзбекскийКечуаГаитянскийМайяАймараШорскийЭсперантоКрымскотатарскийОсетинскийАдыгейскийЯкутскийАйнский языкКхмерскийДревнерусский языкЦерковнославянский (Старославянский)ТамильскийКвеньяАварскийАфрикаансПапьяментоМокшанскийЙорубаЭльзасскийИдишАбхазскийЭрзянскийИнгушскийИжорскийМарийскийЧувашскийУдмурдскийВодскийВепсскийАлтайскийКумыкскийТуркменскийУйгурскийУрумскийЛожбанЭвенкийскийБашкирскийМалайскийМальтийскийЛингалаПенджабскийЧерокиЧаморроКлингонскийБаскскийПушту
Сопротивление бетона
Сопротивление бетона на сжатие и растяжение
СП 63.13330.2012
6.1.11 Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию Rbи осевому растяжению Rbtопределяют по формулам:
Значения коэффициента надежности по бетону при сжатии γbпринимают равными:
для расчета по предельным состояниям первой группы:
1,3 — для тяжелого, мелкозернистого, напрягающего и легкого бетонов;
1,5 — для ячеистого бетона;
для расчета по предельным состояниям второй группы: 1,0.
Значения коэффициента надежности по бетону при растяжении γbtпринимают равными:
для расчета по предельным состояниям первой группы при назначении класса бетона по прочности на сжатие:
1,5 — для тяжелого, мелкозернистого, напрягающего и легкого бетонов;
2,3 — для ячеистого бетона;
для расчета по предельным состояниям первой группы при назначении класса бетона по прочности на растяжение:
1,3 — для тяжелого, мелкозернистого, напрягающего и легкого бетонов;
для расчета по предельным состояниям второй группы: 1,0.
Расчетные значения сопротивления бетона Rb, Rbt, Rb,ser, Rbt,ser(с округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены: для предельных состояний первой группы — в таблицах 6.8, 6.9, второй группы — в таблице 6.7.
Таблица 6.7
| Вид | Бетон | Нормативные сопротивления бетона Rb,n, Rbt,n, МПа, и расчетные сопротивления бетона для предельных состояний второй группы Rb,serи Rbt,ser, МПа, при классе бетона по прочности на сжатие | |||||||||||||||||||||
| В1,5 | В2 | В2,5 | В3,5 | В5 | В7,5 | В10 | В12,5 | В15 | В20 | В25 | В30 | В35 | В40 | В45 | В50 | В55 | В60 | В70 | В80 | В90 | В100 | ||
| Сжатие осевое (призменная прочность) Rb,n, Rb,ser | Тяжелый, мелкозернистый и напрягающий | — | — | — | 2,7 | 3,5 | 5,5 | 7,5 | 9,5 | 11 | 15 | 18,5 | 22 | 25,5 | 29 | 32 | 36 | 39,5 | 43 | 50 | 57 | 64 | 71 |
| Легкий | — | — | 1,9 | 2,7 | 3,5 | 5,5 | 7,5 | 9,5 | 11 | 15 | 18,5 | 22 | 25,5 | 29 | — | — | — | — | — | — | — | — | |
| Ячеистый | 1,4 | 1,9 | 2,4 | 3,3 | 4,6 | 6,9 | 9,0 | 10,5 | 11,5 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | |
| Растяжение осевое Rbt,n и Rbt,ser | Тяжелый, мелкозернистый и напрягающий | — | — | — | 0,39 | 0,55 | 0,70 | 0,85 | 1,00 | 1,10 | 1,35 | 1,55 | 1,75 | 1,95 | 2,10 | 2,25 | 2,45 | 2,60 | 2,75 | 3,00 | 3,30 | 3,60 | 3,80 |
| Легкий | — | — | 0,29 | 0,39 | 0,55 | 0,70 | 0,85 | 1,00 | 1,10 | 1,35 | 1,55 | 1,75 | 1,95 | 2,10 | — | — | — | — | — | — | — | — | |
| Ячеистый | 0,22 | 0,26 | 0,31 | 0,41 | 0,55 | 0,63 | 0,89 | 1,00 | 1,05 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | |
| Примечания 1 Значения сопротивлений приведены для ячеистого бетона средней влажностью 10 %. 2 Для мелкозернистого бетона на песке с модулем крупности 2,0 и менее, а также для легкого бетона на мелком пористом заполнителе значения расчетных сопротивлений Rbt,n, Rbt,serследует принимать с умножением на коэффициент 0,8. 3 Для поризованного бетона, а также для керамзитоперлитобетона на вспученном перлитовом песке значения расчетных сопротивлений Rbt,n, Rbt,serследует принимать как для легкого бетона с умножением на коэффициент 0,7. 4 Для напрягающего бетона значения Rbt,n, Rbt,serследует принимать с умножением на коэффициент 1,2. | |||||||||||||||||||||||
Таблица 6.8
| Вид | Бетон | Расчетные сопротивления бетона Rb, Rbt, МПа, для предельных состояний первой группы при классе бетона по прочности на сжатие | |||||||||||||||||||||
| В1,5 | В2 | В2,5 | В3,5 | В5 | В7,5 | В10 | В12,5 | В15 | В20 | В25 | в30 | B35 | В40 | В45 | В50 | В55 | В60 | В70 | В80 | В90 | В100 | ||
| Сжатие осевое (призменная прочность) | Тяжелый, мелкозернистый и напрягающий | — | — | — | 2,1 | 2,8 | 4,5 | 6,0 | 7,5 | 8,5 | 11,5 | 14,5 | 17,0 | 19,5 | 22,0 | 25,0 | 27,5 | 30,0 | 33,0 | 37,0 | 41,0 | 44,0 | 47,5 |
| Легкий | — | — | 1,5 | 2,1 | 2,8 | 4,5 | 6,0 | 7,5 | 8,5 | 11,5 | 14,5 | 17,0 | 19,5 | 22,0 | — | — | — | — | — | — | — | — | |
| Ячеистый | 0,95 | 1,3 | 1,6 | 2,2 | 3,1 | 4,6 | 6,0 | 7,0 | 7,7 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | |
| Растяжение осевое | Тяжелый, мелкозернистый и напрягающий | — | — | — | 0,26 | 0,37 | 0,48 | 0,56 | 0,66 | 0,75 | 0,90 | 1,05 | 1,15 | 1,30 | 1,40 | 1,50 | 1,60 | 1,70 | 1,80 | 1,90 | 2,10 | 2,15 | 2,20 |
| Легкий | — | — | 0,20 | 0,26 | 0,37 | 0,48 | 0,56 | 0,66 | 0,75 | 0,90 | 1,05 | 1,15 | 1,30 | 1,40 | — | — | — | — | — | — | — | — | |
| Ячеистый | 0,09 | 0,12 | 0,14 | 0,18 | 0,24 | 0,28 | 0,39 | 0,44 | 0,46 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | |
| Примечания 1 Значения сопротивлений приведены для ячеистого бетона средней влажностью 10 %. 2 Для мелкозернистого бетона на песке с модулем крупности 2,0 и менее, а также для легкого бетона на мелком пористом заполнителе значения расчетных сопротивлений Rbtследует принимать с умножением на коэффициент 0,8. 3 Для поризованного бетона, а также для керамзитоперлитобетона на вспученном перлитовом песке значения расчетных сопротивлений Rbtследует принимать как для легкого бетона с умножением на коэффициент 0.7. 4 Для напрягающего бетона значения Rbtследует принимать с умножением на коэффициент 1,2. 5 Для тяжелых бетонов классов В70 — В100 расчетные значения сопротивления осевому сжатию Rbи осевому растяжению Rbtприняты с учетом дополнительного понижающего коэффициента γb,br, учитывающего увеличение хрупкости высокопрочных бетонов в связи с уменьшением деформаций ползучести и равного , где В — класс бетона по прочности на сжатие. | |||||||||||||||||||||||
Таблица 6.9
| Вид сопротивления | Бетон | Расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rbt, МПа, при классе бетона по прочности на осевое растяжение | ||||||
| Вt 0,8 | Вt 1,2 | Вt 1,6 | Вt 2,0 | Вt 2,4 | Вt 2,8 | Вt 3,2 | ||
| Растяжение осевое Rbt | Тяжелый, мелкозернистый, напрягающий и легкий | 0,62 | 0,93 | 1,25 | 1,55 | 1,85 | 2,15 | 2,45 |
Какова характеристическая прочность бетона?
Мы все постоянно говорим о прочности бетона на сжатие. А также знайте, что бетон прочен на сжатие и слаб при растяжении.
Но что подразумевается под характеристической прочностью?
Какова характерная прочность бетона?Прочность бетона, при которой ожидается падение не более 5% результатов испытаний, известна как характеристическая прочность бетона .
Немного сбивает с толку? (Пожалуйста, обратите внимание на нижеследующий абзац, чтобы понять)
Проще говоря, только 5% шансов, что бетон не выдержит своей характерной прочности. Если блок из бетона M25 имеет характеристическую прочность 23 МПа, это означает, что вероятность разрушения составляет всего 5% при этой нагрузке (23 МПа). 95% шанс есть; он выживет.
Испытание на прочность на сжатие будет определяться прочностью бетона через 28 дней в соответствии со стандартом IS.
На основании результатов теста куба был построен график ниже. Количество образцов куба представляет собой вертикальную ось, а прочность на сжатие бетонного куба представляет собой горизонтальную ось.
Что такое характерная прочность и характерная нагрузка?Целевая средняя сила Fcm = fck + (K x S)
Fck = нормативная прочность бетона.
K = 1,65 (постоянная)
S = стандартное отклонение бетонного куба
Каждый материал имеет свою прочность.Например, бетон устойчив к сжатию и слаб к растяжению. Способность сопротивления, при которой вероятность отказа ниже 5%, называется характеристической силой .
Характеристическая нагрузка — это максимальная нагрузка, действующая на конструкцию, вероятность превышения которой составляет 95% в течение срока службы конструкции.
Как рассчитать прочность бетона на сжатие?Прочность бетона на сжатие была определена с помощью неразрушающих испытаний, таких как Испытание отбойным молотком и разрушающими методами в соответствии с кодом IS 456.
Обсудим краткую процедуру испытания бетонного куба на прочность на сжатие разрушающим методом.
- Бетон следует отлить в стальную форму размером 150 мм x 150 мм x 150 мм и погрузить в воду на срок до 28 дней.
- Затем его следует протестировать на машине для испытаний на сжатие, чтобы найти нагрузку, которая разрушает куб.
В соответствии с Кодексом IS, количество образцов куба, которые должны быть отлиты в зависимости от объема бетона, указано ниже.
| КОЛИЧЕСТВО БЕТОНА (M 3 ) | КОЛИЧЕСТВО ОБРАЗЦОВ |
| 1-5 | 1 |
| 6-15 | 2 |
| 16-30 | 3 |
| 31-50 | 4 |
| 51 и старше | 4 + 1 дополнительный образец на каждые дополнительные 50 м 3 бетона. |
Пример расчетаПрочность бетонного куба на сжатие = (максимальная нагрузка / площадь куба) f
- Предположим, что сжимающая нагрузка составляет 375 кН (1 кг = 9.81 Н)
- Площадь поперечного сечения — 15 x 15 = 225 кв.
- Прочность на сжатие = (375 x 1000/225) = 1666 / 9,81 = 169,82 кг / см2.
Бетон набирает 16% прочности за 24 часа, и прочность будет постепенно увеличиваться.
| ДНЕЙ | ПРОЧНОСТЬ |
| День 1 | 16% |
| День 3 | 40% |
| День 7 | 65% |
| День 14 | 90% |
| 28 день | 100% |
Бетон набирает полную прочность за 28 дней.Постепенное увеличение силы указано ниже.
| МАРКА | ПРОЧНОСТЬ РАЗДВИЖЕНИЯ ЗА 3 ДНЯ | ПРОЧНОСТЬ ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ 7 ДНЕЙ | ПРОЧНОСТЬ ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ 28 ДНЕЙ |
| M10 | 4 | 6,5 | 10 |
| M15 | 6 | 9,7 | 15 |
| M20 | 8 | 13 | 20 |
| M25 | 10 | 16.25 | 25 |
| M30 | 12 | 19,5 | 30 |
Марка бетона указана ниже на основе 28-дневного кубического испытания на прочность на сжатие.
| Тип бетона | Марка бетона | Соотношение смеси | Прочность на сжатие через 28 дней, Н / кв.м |
| Бетон обыкновенный | M5 | 1: 5: 10 | 5 |
| M7.5 | 1: 4: 8 | 7,5 | |
| M10 | 1: 3: 6 | 10 | |
| M15 | 1: 2: 4 | 15 | |
| M20 | 1: 1.5: 3 | 20 | |
| Стандартный бетон | M25 | 1: 1: 2 | 25 |
| M30 | Дизайн Микс | 30 | |
| M35 | Дизайн Микс | 35 | |
| M40 | Дизайн Микс | 40 | |
| M45 | Дизайн Микс | 45 | |
| M50 | Дизайн Микс | 50 | |
| Бетон повышенной прочности | M55 | Дизайн Микс | 55 |
| M60 | Дизайн Микс | 60 | |
| M65 | Дизайн Микс | 65 | |
| M70 | Дизайн Микс | 70 | |
| M75 | Дизайн Микс | 75 | |
| M80 | Дизайн Микс | 80 |
Характеристическая прочность бетона является результатом испытания бетонного куба на прочность на сжатие.Расчетная прочность — это требуемая прочность бетона, который должен быть спроектирован согласно нормам IS.
Например, предположим, что прочность бетона требуется M25, а целевая расчетная прочность составляет 28,5 Н / кв.м. Теперь шансы разрушения бетонных кубов при 25 Н / кв.мм составляют всего 5%.
Расчетная прочность составляет 28,5 Н / кв.м, а характеристическая прочность бетона — 25 Н / кв.м.
Надеюсь, вам понравилась эта тема. Счастливого обучения 🙂
Характеристическая прочность бетона — формула, применение и расчет
Какая характерная прочность бетона?
Характеристическая прочность бетона — это определенное теоретическое значение материала, при котором, когда материал фактически испытан, вероятность получения более высоких результатов, чем это значение, составляет 95% или, скажем, вероятность получения результата ниже этого значения 5%. .
Таким образом, характеристическая прочность — это стоимость конструкционного материала с учетом его вероятной изменчивости.
В области инженерии фактическое значение на участке или поле может сильно отличаться от теоретического или расчетного по многим причинам. Ни один из двух материалов не может иметь одинаковые характеристики и свойства, хотя они были изготовлены с одинаковыми техническими характеристиками и условиями.
Лабораторное испытание бетонаТаким образом, он принял метод вероятностно-статистического подхода, в котором определенные результаты определенного количества экспериментов собираются, записываются в качестве данных и анализируются.На основе этого прогнозируется следующее вероятное числовое значение других выборок вместе с некоторыми факторами риска или процентом неопределенности.
Формула характеристической прочности задается просто как;
Характеристическая прочность = средняя прочность образцов — 1,64 * значение стандартного отклонения прочности такого образца
Это уравнение характеристической прочности получено на основе кривой нормального распределения вероятностей и статистического подхода, который формируется из множества образцов, изготовленных при одинаковых условиях и с одинаковыми характеристиками.
Характеристическая прочность формулы бетона
Прочность бетона обычно представляет собой прочность бетона на сжатие, поскольку бетон имеет максимальную прочность на сжатие и является его уникальной особенностью.
Следовательно, в бетоне характеристическая прочность бетона буквально означает характеристическую прочность на сжатие в отличие от других материалов, таких как сталь, дерево и т. Д., Поэтому большая часть конструкции бетонной конструкции выполняется с использованием значения прочности на сжатие.
Кроме того, прочность на сжатие хорошо используется для связи многих свойств бетона, таких как модуль упругости, водонепроницаемость, пористость, износостойкость, огнестойкость и т. Д. Прочность на растяжение обычно составляет 10 процентов от прочности на сжатие, так как бетон очень слабый в напряжении.
Кроме того, характеристическая прочность формулы бетона определяется формулой
.Итак, когда мы говорим «характеристика бетона», это означает вероятный диапазон прочности бетона на сжатие вместе с процентом достоверности.
Бетон обычно классифицируется с учетом его характерного значения прочности на сжатие. Например, бетон марки М15, бетон марки М20, бетон марки М 25 и т. Д. Здесь обозначает смесь, а цифры обозначают характеристическую прочность бетона на сжатие. Расчет бетона и конструкции выполняется на основе этих значений.
Как рассчитать характеристическую прочность бетона
Изготовлено несколько одинаковых образцов для испытаний, которые сформированы из определенной расчетной пропорции агрегатов при аналогичных условиях окружающей среды.Условие удается достичь максимально приближенным к полевым.
Размер образца составляет 150 мм X 150 мм X 150 мм, а иногда диаметр 150 мм, а также высота цилиндра 300 мм. Затем образцы хорошо отверждаются и затем испытываются для определения прочности на сжатие.
Тест обычно проводится через 28 дней. Здесь под испытанием буквально понимается испытание на прочность на сжатие, проводимое в соответствии с UTM.
Результаты всех испытаний будут собраны в виде статистических данных, а затем будут представлены в виде гистограммы, в которой количество образцов, падающих с неопределенным интервалом прочности, сделанное относительно частоты по оси Y и значения прочности бетона. на оси абсцисс.
Стандартное отклонение для таких дискретных данных может быть выражено как;
Где f i = прочность i-го образца,
n = количество экземпляров
фм — средняя прочность образцов
Таким образом, если данные дискретные данные успешно преобразованы в непрерывный ряд с помощью дифференциального исчисления, то такая гистограмма может быть преобразована в тонкую (пунктирную) кривую, которая дает колоколообразную форму, как показано на рис. 1. Кроме того, этот колокол -образная кривая известна как кривая нормального распределения или кривая распределения Гаусса.
Кривая имеет пик частоты в середине, представляющий тестируемый образец, имеет среднюю силу соответствующего значения, на кривой будет почти симметрично. Форма купола или наклон кривой будут отражать изменение прочности других образцов.
Таким образом, теперь кривая может быть полностью аналогична теоретической кривой нормального распределения, показанной на рисунке 2. и исходя из подхода вероятности, статистики и инженерных знаний, мы можем обобщить формулу для определения характеристической прочности.
Чрезвычайно низкая частота при очень низкой или очень высокой силе может не учитываться при практическом подходе. Анализируя график (рис. 2), можно определить вероятное значение любого образца. Например; значение прочности нового образца может находиться между f m -2s и f m + 2s,
Получение максимального значения прочности на сжатие (f max ) = f m + 2s
И минимально вероятное значение прочности на сжатие (f min ) = f m -2s,
если только 95.4 процента средней области графика учитываются только значительно.
Аналогично
Если значимым считается только 68,2 процента графика, тогда
Максимально возможное значение прочности на сжатие (f max ) = f м + s
И минимально вероятное значение прочности на сжатие (f min ) = f m –s
Таким образом, мы можем обобщить максимальное и минимальное вероятное значение для материала на основе того, сколько площади на графике следует рассматривать как значительную, которая может быть выражена формулой;
f max / f min = f m ± k · с;
где, k = коэффициент вероятности
Значение коэффициента вероятности для рассмотрения различных областей показано на рис. 3.
Как мы знаем из определения характеристической прочности, характеристическая прочность — это предельное значение, ниже которого считается встречающимся только 5 процентов от общего числа образцов.
Таким образом, исходя из приведенной выше кривой, мы будем рассматривать только 90 процентов площади (обратите внимание, что 5 процентов площади, дающей значение меньше (fm-k · s), и 5 процентов площади, дающее значение больше, чем (fm + k · s) ) значение необходимо удалить из общей площади кривой в соответствии с общей формулой расчета) как значимое и, следовательно, минимальное значение будет нашим характерным значением для бетона.Что дает
f ck = f m — k · s; к = 1,64
или f ck = f m -1,64 * s
таким образом определяется характерная прочность бетона.
Где используется характерная прочность?Характеристическая прочность бетона используется в качестве нормативных значений при проектировании конструкции. Поскольку проект всегда основан на предположении о наихудших условиях, которые могут действительно произойти на площадке, характеристическая прочность бетона представляет собой минимальное значение в условиях площадки, которые должны присутствовать.
Для метода номинального перемешивания бетона характерная прочность бетона устанавливается на основе стандартного соотношения заполнителей и цемента согласно IS Code 465: 2000, пункт 9 и таблицы 9, которые получены после нескольких испытаний, проведенных при изготовлении стандарта. коды и спецификации.
Для метода «Проектное смешивание бетона» характеристическая прочность бетона, необходимая для бетона, изначально принимается как постоянная, а целевая прочность бетона определяется с использованием обратной формулы характеристической прочности;
, а значение стандартного отклонения s принято равным
.1.5 для M10 — M15
4 для M20 — M25
5 для M30 — M50
Согласно коду IS 456: 2000, пункту 9.2.4.2 и таблице 11
Остальная часть конструкции бетона с заданной прочностью разработана на основе кодов и спецификаций, объясненных методом DOE, методом ACI и методом IS.
Какова характерная нагрузка на конструкцию?
Характеристическая нагрузка также определяется как определенное значение приложенных нагрузок в конструкции, в которой вероятность приложения нагрузки, превышающей эту нагрузку, составляет всего 5% (т.е.е. приложение нагрузки меньше этого значения составляет 95%).
Формула для характеристической нагрузки
Характеристическая нагрузка = Средняя нагрузка + 1,64 * стандартное отклонение приложенной нагрузки
Понятие характеристической нагрузки аналогично характеристической прочности. Он также выводится аналогично характеристической прочности после изучения различных видов нагрузки, приложенной к конструкции в течение определенного интервала времени.
Опять же, я хотел бы повторить тот факт, что конструкция конструкции сделана на основе наихудших условий, которые могут вызвать реальную практику и поле конструкции.
Поэтому для этого характеристическая нагрузка принимается как максимально определенное вероятное значение, которое может применяться с полем вместе с процентом риска. Характеристические нагрузки назначаются после изучения нагрузок, которые могут применяться в течение всего срока службы конструкции.
Нагрузка обычно зависит от их типа: временная нагрузка, статическая нагрузка, сейсмическая нагрузка, ветровая нагрузка и т. Д.
Кроме того, характеристическая нагрузка также называется рабочей нагрузкой или служебной нагрузкой, поскольку они являются непосредственно используемым значением для подхода к проектированию метода рабочего напряжения.При таком подходе характеристические нагрузки не изменяются и не могут выходить за пределы допустимого напряжения в материале.
Однако в подходе к проектированию метода предельных состояний характеристические нагрузки умножаются на коэффициент запаса прочности (больше 1), чтобы получить расчетную нагрузку. На основе такой расчетной нагрузки выполняется оставшаяся процедура расчета.
Надеюсь, эта статья останется для вас полезной.
Счастливое обучение — Civil Concept
Автор,
Инженер-строитель — Раджан Шрешта
Читайте также,
Прочность бетона на сжатие | Испытание бетона на сжатие
Различные испытания цемента для строительства Конструкции
Суммарное испытание на ударную вязкость — пошаговая процедура с отчетом
Испытание на истирание в Лос-Анджелесе — пошаговые инструкции производителей и с отчетом
Испытание бетона на оседание — пошаговая процедура с отчетом
Просмотры сообщений: 2400
Соответствующее сообщениеПрочность бетона на растяжение при проектировании
Прочность бетона на растяжение — очень важный параметр, который учитывается при проектировании.Это может оказать значительное влияние на другие прочности структурного элемента при изгибе, поскольку составляет около 10% прочности бетона на сжатие.
В этой статье мы сосредоточимся на предпосылках и методах оценки прочности бетона на растяжение.
Что такое предел прочности бетона на растяжение?
Бетонный элемент, подвергнутый чистому растяжению или комбинированному действию сжатия и растяжения. Бетонную колонну, использованную для настила пола, можно рассматривать как пример чистого натяжения.
Бетонная балка, подвергаемая изгибу, имеет растягивающие и сжимающие напряжения в одном сечении. Однако учет прочности бетона на растяжение при расчете на изгиб минимален, так как секция может растрескаться и потерять жесткость, обеспечиваемую прочностью бетона на растяжение.
Однако в расчетах с предварительным напряжением при расчетах учитывается предел прочности при растяжении. Он включает в себя определенное значение прочности бетона на разрыв в конструкции.
Почему важна прочность бетона на разрыв?
Как обсуждалось выше, мы учитываем предел прочности при растяжении для того, чтобы получить максимальную отдачу от бетона.Если мы можем это принять во внимание, это довольно большое значение, которое может внести свой вклад в дизайн.
Однако в большинстве случаев мы не можем учитывать предел прочности на разрыв, поскольку при растрескивании он теряет жесткость, обеспечиваемую пределом прочности на разрыв.
При проектировании балок после натяжения и предварительного натяжения мы учитываем предел прочности при растяжении для улучшения несущей способности конструкции. Согласно BS 8110, существует три класса прочности для расчетов предварительного напряжения.
В следующей таблице указаны допустимые напряжения при растяжении с учетом растрескивания бетона.Припуски сделаны с учетом прочности бетона .
Кроме того, прочность на разрыв является доминирующим фактором в борьбе с трещинами. Прочность на разрыв — один из важных факторов, позволяющих избежать трещин.
Как определить предел прочности бетона на разрыв?
Существует эмпирический метод, предложенный разными исследователями для определения прочности на разрыв и значений, которые следует учитывать при проектировании.
В этой статье мы сконцентрируемся на значениях, указанных в различных стандартах.
Кодопределяет критерии прочности на растяжение для элементов предварительного натяжения и предварительного растяжения.
Таблица 3.1 указывает предел прочности бетона на растяжение для каждой марки бетона, и было дано уравнение для его расчета в зависимости от его прочности на сжатие.
Здесь f ck обозначает прочность цилиндра, f ck обозначает прочность куба, а f ctm обозначает предел прочности бетона на растяжение.
Интернет buildingsearch.com для получения дополнительной информации о тестировании.
УСЛОВИЯ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ БЕТОННОЙ КЛАДКИ
ВВЕДЕНИЕ
Бетонные элементы кладки могут быть спроектированы с использованием одного из нескольких методов в соответствии со Строительными нормами и правилами для каменных конструкций (ссылка 1): эмпирический расчет, расчет прочности или расчет допустимого напряжения. В данном TEK представлен базовый обзор критериев проектирования и требований к бетонным конструкциям из каменной кладки, спроектированным с использованием положений по расчету прочности, содержащихся в главе 3 требований Строительного кодекса для каменных конструкций издания 2002 г. (также называемых Кодексом MSJC) (см.1), как указано и изменено в разделе 2108 Международного строительного кодекса (IBC) 2003 г. (ссылка 2). Кроме того, также рассматриваются изменения в методе расчета прочности, внесенные в Кодекс MSJC издания 2005 г. (ссылка 3) через раздел 2108 Международного строительного кодекса 2006 г. (ссылка 4), а также изменения, включенные в Кодекс MSJC 2008 г. (Ссылка 5).
Для получения эмпирических требований и требований к расчету допустимых напряжений пользователю следует обратиться к TEK 14-8A, Эмпирический расчет бетонных стен из каменной кладки (см.6) и TEK 14-7A, Расчет допустимого напряжения бетонной кладки (ссылка 7), соответственно. Таблицы, диаграммы и дополнительные средства проектирования, специфичные для проектирования различных бетонных элементов кладки, можно найти в других связанных TEK.
Расчет прочностиоснован на следующих предположениях проектирования в сочетании с основными принципами инженерной механики (ссылки 1, 3, 5), как показано на рисунке 1 для усиленного элемента:
- Плоские сечения до гибки остаются плоскими после гибки.Следовательно, деформация кладки и арматуры, если она присутствует, прямо пропорциональна расстоянию от нейтральной оси.
- Для неармированной кладки предполагается, что изгибные напряжения в кладке прямо пропорциональны деформации. Для армированной кладки предел прочности кладки не учитывается при расчете изгибной прочности, но учитывается при расчете прогиба.
- Элементы, раствор, раствор и арматура для армированной кирпичной кладки действуют совместно, чтобы противостоять приложенным нагрузкам.
- Номинальная прочность поперечных сечений кладки при комбинированной изгибной и осевой нагрузке определяется применимыми условиями равновесия.
- Максимальное сжимающее напряжение кладки составляет 0,80 f ’ м как для армированной, так и для неармированной кладки.
- Максимально допустимая деформация ε mu при крайнем сжатии волокна бетонной кладки составляет 0,0025.
- Для армированной кирпичной кладки напряжения сжатия и растяжения в арматуре ниже заданного предела текучести, f y , принимаются равными модулю упругости арматуры, Es , умноженному на деформацию стали ε s .Для деформаций, превышающих предел текучести, соответствующий f y , напряжение в арматуре принимается равным f y .
- Для армированной кирпичной кладки напряжение сжатия имеет прямоугольную форму и равномерно распределяется по эквивалентной зоне сжатия, ограниченной стороной сжатия кладки с глубиной a = 0,80c.
На основе предписанной расчетной модели, описанной выше, внутреннее распределение напряжений и деформаций показано на рисунке 1 для армированного элемента кладки.Более подробный обзор модели проекта представлен в документе «Строения каменной кладки, поведение и дизайн» (ссылка 8).
Рисунок 1 — Распределение напряжений и деформаций для расчета прочности армированной кладки2003 ИЗМЕНЕНИЯ В КОНСТРУКЦИИ ПРОЧНОСТИ IBC
IBC 2003 принимает Кодекс MSJC 2002 года с двумя модификациями, относящимися к процедуре расчета прочности в Разделе 2108 IBC.Две модификации заключаются в следующем.
- Раздел 2108.2 вводит максимальную эффективную ширину сжатия для изгиба вне плоскости, в шесть раз превышающую номинальную толщину стенки, чтобы не превышать расстояние между арматурой. Это аналогично ограничениям, которые исторически использовались положениями о допустимом напряжении в Кодексе MSJC, а также теми, которые были приняты в Кодексе MSJC 2005 года для расчета прочности, как рассмотрено ниже.
- Сварные и механические соединения, встроенные в элементы кладки, спроектированные методом расчета прочности, также должны соответствовать Разделу 2108.3 МБК 2003 г. Для сварных соединений свариваемая арматура должна соответствовать ASTM A 706 (ссылка 9). Соединение с помощью механических соединителей классифицируется как механическое соединение типа 1 или типа 2 в соответствии с ACI 318, Требования строительных норм для конструкционного бетона (ссылка 10). Механические соединения типа 1 требуются только для достижения 125 процентов номинального предела текучести соединяемой арматуры. Механические соединения типа 2, наоборот, должны обеспечивать полную заданную прочность на разрыв арматуры.Сварные соединения и механические соединения типа 1 не разрешается использовать в области пластмассовых шарниров промежуточных или специальных армированных стенок, подвергающихся сдвигу.
2002 КОД MSJC КРИТЕРИИ РАЗРАБОТКИ ПРОЧНОСТИ
При расчете прочности расчетная прочность элемента кладки сравнивается с требуемой (или факторизованной) прочностью (обозначенной индексом и ), которая включает коэффициенты нагрузки для учета неопределенности при прогнозировании расчетных нагрузок и вероятности большего. одновременно действует более одной расчетной нагрузки.Требуемая прочность основана на комбинациях расчетных нагрузок на прочность в соответствии с требованиями Раздела 1605 IBC. По выбору проектировщика или когда Кодекс MSJC используется в сочетании с другим строительным кодексом, который не содержит комбинаций нагрузок, конструкции каменной кладки рассчитаны на сопротивление комбинации нагрузок, указанной в ASCE 7, Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций ( ссылка 11). Для расчета прочности эти комбинации нагрузок практически одинаковы.
Расчетная прочность кладки — это номинальная прочность (обозначенная индексом n), умноженная на соответствующий коэффициент снижения прочности Φ.Расчет приемлем, когда расчетная прочность равна или превышает факторную прочность (т.е. когда Φ M n ≥ M u ) для всех предписанных комбинаций нагрузок. В следующих разделах рассматриваются общие требования к расчету прочности, применимые как к неармированным, так и к армированным конструкциям каменной кладки, за исключением требований к конструкции для анкерных болтов и соединений внахлест. По этим темам пользователь может обратиться к TEK 12-3A, Проектирование анкерных болтов, закладываемых в бетонную кладку (см.12) и TEK 12-6, Соединения, развертки и стандартные крючки для бетонной кладки (ссылка 13), соответственно.
Коэффициенты снижения прочности
Для учета неопределенностей в конструкции, свойствах материала, рассчитанных по сравнению с фактической прочностью и ожидаемыми видами разрушения, номинальная прочность элемента кладки умножается на соответствующий коэффициент уменьшения прочности Φ. Коэффициенты снижения прочности используются вместе с коэффициентами нагрузки, применяемыми к расчетным нагрузкам. Значения коэффициентов снижения прочности для различных типов условий нагружения:
- для армированных элементов кладки, подверженных изгибным или осевым нагрузкам; Ф = 0.90; №
- для неармированных элементов кладки, подверженных изгибным или осевым нагрузкам; Φ = 0,60;
- для элементов кладки, подверженных сдвиговым нагрузкам; Φ = 0,80;
- для опоры на элементы кладки; Φ = 0,60.
Дрейф и отклонение
При проектировании на случай землетрясений смещение этажа (относительное смещение соседних этажей) должно сравниваться с предписанными IBC допустимыми смещениями этажей. Когда Кодекс MSJC используется вместе со строительными нормами, не содержащими допустимых сносов этажей, используются положения ASCE 7.Для кирпичных зданий с консольными стенами, работающими на сдвиг, IBC ограничивает смещение этажа до 0,01 h sx , где h sx — это высота этажа ниже уровня, для которого рассчитывается снос. Для других типов зданий с каменной стеной, за исключением каменных каркасов, допустимый сдвиг этажа ограничен 0,007 h sx . В то время как IBC включает пределы сноса этажей для зданий с каменными каркасными стенами, такие структурные конфигурации используются редко.При расчете сноса этажа рассчитанный упругий прогиб умножается на коэффициент усиления прогиба, C d , как предписано в IBC для типа проектируемой структурной системы. Коэффициент усиления отклонения аппроксимирует дополнительное отклонение из-за неупругого отклика (если применимо) системы во время землетрясения. Из-за присущей конструкциям каменной кладки жесткости в плоскости отклонение в плоскости и дрейф этажа редко являются контрольным пределом, если не предусмотрено относительно большое количество отверстий, снижающих прочность и жесткость вдоль линии поперечного сопротивления.
В отличие от расчета допустимых напряжений, который позволяет рассчитывать отклонения с учетом участков без трещин как для армированной, так и для неармированной кладки, расчет прочности требует, чтобы отклонения армированных элементов кладки основывались на характеристиках сечения с трещинами, которые ограничиваются половиной свойств общего сечения. если не выполняется тщательный анализ сечения с трещинами. Отклонение неармированных элементов кладки, которые должны оставаться без трещин, используют свойства сечения без трещин.
Поскольку неармированные элементы кладки должны быть спроектированы таким образом, чтобы они не имели трещин, отклонение редко является контрольным пределом для этих систем. Однако армированные элементы каменной кладки, особенно высокие, тонкие стены, изгибающиеся вне плоскости, могут проявлять чрезмерный прогиб даже при относительно низких приложенных нагрузках. Таким образом, Кодекс MSJC ограничивает прогиб на средней высоте, δ s , усиленных элементов каменной кладки, изгибающихся вне плоскости из-за боковых и осевых нагрузок рабочего уровня до 0.007 ч . Эффекты второго порядка из-за вкладов P -delta также должны быть приняты во внимание, что обычно достигается путем итерации до тех пор, пока не будет достигнута сходимость.
Когда приложенный момент, M ser , меньше момента, необходимого для возникновения трещин, M cr , ( M ser < M cr ), затем средняя высота прогиб элемента кладки, подверженного равномерной нагрузке вне плоскости, можно определить с помощью уравнения 1.
И наоборот, когда приложенный момент, M ser , больше момента, необходимого для возникновения трещин, M cr , но меньше номинального момента прочности сборки ( M cr < M ser < M n ) прогиб на средней высоте элемента кладки, подверженного равномерной нагрузке вне плоскости, можно определить с помощью уравнения 2.
MSJC не предписывает метод определения момента инерции трещины, I cr . Таким образом, разрешен любой рациональный метод определения свойств сечения с трещинами. TEK 14-1B «Свойства сечения бетонных стен из каменной кладки» (ссылка 14) предоставляет типичные характеристики сечения для различных участков стены без трещин. Для использования в уравнениях 1 и 2 момент растрескивания можно принять как
Где модуль разрыва f r , получен из таблицы 1 для рассматриваемого типа раствора и конструкции.
Свойства материала
Из-за отсутствия доступных исследовательских данных, подтверждающих его использование, заданная прочность бетонной кладки на сжатие f ‘ м , рассчитанная методом расчета прочности, должна составлять не менее 1500 фунтов на кв. Дюйм (10,34 МПа), но не более 4000 фунтов на квадратный дюйм (27,58 МПа). Кроме того, при использовании в качестве конструкции требуется, чтобы указанная прочность цементного раствора на сжатие была, по крайней мере, равной указанной прочности бетонной кладки на сжатие, но не более 5000 фунтов на квадратный дюйм (34.47 МПа). Для каждого из этих верхних пределов прочности на сжатие кирпичной кладки или раствора фактическая испытанная прочность может превышать эти значения: ограничение применяется только к определенной прочности, на которой основан проект. Обратите внимание, что эти положения также включены в Кодекс MSJC 2005 года.
Расчет прочности армированной кладки основан на заданном пределе текучести арматуры f y , который ограничен 60 000 фунтов на квадратный дюйм (413,7 МПа). Фактический предел текучести арматуры ограничен 1.В 3 раза выше указанного предела текучести. Сочетание этих требований эффективно исключает использование арматуры стыков слоев в качестве основной конструкционной стали в кладке, спроектированной методом расчета прочности, поскольку номинальный предел текучести арматуры стыков слоев превышает эти пределы. Сопротивление сжатию стальной арматуры не разрешается использовать, если боковая арматура не предусмотрена в соответствии с главой 2 Кодекса MSJC, за исключением случаев, разрешенных при проверке максимальных пределов армирования, как описано ниже.
Неармированная кладка
Для неармированной кладки конструкция кладки (блоки, раствор и раствор, если они используются) рассчитана на то, чтобы выдерживать все приложенные напряжения. Дополнительная способность от включения арматурной стали, если таковая имеется (например, арматура, добавленная для контроля растрескивания при усадке или предписанная кодексом), не принимается во внимание при проектировании неармированных элементов кладки. Поскольку кладка противостоит как растягивающим, так и сжимающим напряжениям, возникающим в результате приложенных нагрузок, кладка должна быть спроектирована так, чтобы оставаться без трещин.
Номинальная прочность на изгиб без армирования
Номинальная прочность на растяжение неармированной бетонной кладки на растяжение определяется модулем разрыва, как предписано в Кодексе MSJC, который варьируется в зависимости от направления пролета, типа раствора, рисунка склеивания и процента затирки, как показано в Таблице 1. Применяются эти значения. к кладке, подверженной внеплоскостному изгибу. Для стен, проходящих горизонтально между опорами, в кодексе консервативно предполагается, что кладка из штабеля не имеет прочности на изгиб через заделанные швы головы, поэтому используется только зона затирки (для секций, залитых горизонтальным раствором).В этом случае модуль разрыва раствора принимается равным 250 фунтов на квадратный дюйм (1720 кПа). Аналогичным образом, для кирпичной кладки, подвергаемой изгибу в плоскости, модуль разрыва при нормальном и параллельном стыках основания принимается равным 250 фунтов на квадратный дюйм (1720 кПа).
Для элементов кладки, подверженных действию изгибающего момента M u и осевой силы сжатия P u , результирующее изгибающее напряжение изгиба определяется с помощью уравнения 4.
Если результирующее значение F u положительное, то сечение кладки контролируется напряжением и значениями модуля разрыва из таблицы 1, уменьшенными на соответствующий коэффициент уменьшения прочности (Φ = 0.60), должно быть выполнено. И наоборот, если значения F и , заданные уравнением 4, отрицательны, сечение кладки находится в состоянии сжатия и применяется расчетное сжимающее напряжение 0,80 f ’ м . При использовании осевой нагрузки для компенсации изгибных напряжений изгиба, как описано выше, в P и следует включать только собственные или другие постоянные нагрузки.
Номинальная осевая прочность неармированного материала
Когда неармированные каменные стены подвергаются только осевым нагрузкам сжатия, номинальная осевая прочность на сжатие P n определяется с помощью уравнения 5 или 6, в зависимости от ситуации.Неармированная кладка не должна воспринимать чистые силы осевого растяжения.
Для элементов с h / r не более 99:
Для элементов с h / r больше 99:
Номинальное сопротивление сдвигу без армирования
Напряжения сдвига в неармированных элементах кладки рассчитываются с использованием чистых характеристик поперечного сечения кладки в направлении приложенной силы сдвига по формуле:
Уравнение 7 применимо для определения касательных напряжений как в плоскости, так и вне плоскости.Поскольку неармированная кладка рассчитана на то, чтобы оставаться без трещин, нет необходимости выполнять анализ сечения с трещинами для определения свойств сечения сетки. В свою очередь, приложенные напряжения сдвига (с учетом соответствующего сочетания нагрузок) сравниваются с номинальной прочностью на сдвиг, V n , неармированной секции кладки, которая является наименьшей из:
Таблица 1 — Значения модуля разрыва, фунт / кв. Дюйм (кПа)Армированная кладка
При проектировании армированной кладки в соответствии с Кодексом MSJC не учитывается сопротивление растяжению, обеспечиваемое каменными блоками, раствором и раствором при определении прочности кладки.(Однако прочность на разрыв элементов, раствора и раствора учитывается при определении жесткости и деформации армированного элемента кладки.) Таким образом, для целей проектирования предполагается, что часть кладки, подверженная действию результирующего растягивающего напряжения, имеет трещины. , передавая все растягивающие усилия на арматуру.
При расчете прочности арматурные стержни, используемые в кладке, не могут быть больше № 9 (M # 29), и стержни не могут быть объединены в связку. Кроме того, номинальный диаметр стержня не может превышать одну восьмую номинальной толщины элемента или одну четверть наименее четкого размера ячейки, полосы или муфты, в которой он размещен.Общая площадь арматурных стержней, размещаемых в одиночной ячейке или при строительстве полого элемента, не может превышать 4% площади ячейки. Обратите внимание, что этот предел не применяется к участкам, где происходят стыки внахлест. При соединении внахлест максимальная площадь арматурного стержня увеличена до 8% как в редакции Кодекса MSJC 2002, так и 2005 года.
Максимальный коэффициент усиления при изгибе
Для обеспечения заданного уровня пластичности армированной кладки в случае разрушения максимальный коэффициент армирования ρ max ограничивается в соответствии с уравнением 8 или 9, в зависимости от ситуации.Уравнение 8 применяется к поперечным сечениям кладки, которые полностью залиты цементным раствором или где нейтральная ось попадает в лицевую оболочку блоков кладки в частично залитой цементным раствором конструкции. Когда нейтральная ось попадает в сердечники частично залитой раствором конструкции, используется уравнение 9.
Коэффициент деформации растянутой арматуры α изменяется в зависимости от коэффициента модификации сейсмической реакции R , элемента кладки и типа нагрузки следующим образом:
- α = 1.3 для стен, подверженных воздействию внеплоскостных сил и рассчитанных с использованием значения R более 1,5,
- α = 5,0 для стен, действующих в плоскости, для колонн и балок, спроектированных с использованием R > 1,5,
- α = 2,0 для каменных конструкций, рассчитанных с R ≤ 1,5.
В приведенном выше наборе требований α больше для внеплоскостных нагрузок, когда R меньше или равно 1,5, что противоречит основной цели обеспечения повышенной пластичности для систем и элементов, требования пластичности которых могут быть относительно высоким.Несколько обновлений и максимальных изменений были включены в последующие редакции Кодекса MSJC 2002 года, как описано ниже.
Усиленная номинальная осевая прочность
Номинальная осевая прочность P и каменных стен, опор и колонн, измененная с учетом эффектов гибкости, определяется с помощью уравнения 10 или 11, в зависимости от ситуации. Кодекс MSJC также ограничивает факторное осевое напряжение до 0,20 м / м.
Для элементов с h / r не более 99:
Для элементов с h / r больше 99:
Обратите внимание, что область арматурной стали, A s , включается в расчет номинальной осевой прочности только в том случае, если она ограничена по бокам в соответствии с главой 2 Кодекса MSJC.
Номинальная прочность на изгиб усиленного армированного материала
Номинальная прочность на изгиб, M n , армированного элемента кладки определяется, как указано ниже. Кроме того, номинальная прочность на изгиб в любом сечении элемента должна составлять не менее одной четвертой максимальной номинальной прочности на изгиб в критическом сечении.
При отсутствии осевых нагрузок или при консервативном пренебрежении осевыми нагрузками, что может быть целесообразным в некоторых случаях, необходимо учитывать несколько обстоятельств при определении номинальной прочности на изгиб армированных стен из кирпича.Для полностью залитого раствором элемента плечо внутреннего момента между результирующими сжимающими и растягивающими силами разрешается для определения сопротивляемости секции. Частично залитые цементным раствором стены анализируются таким же образом, но с дополнительным учетом возможного влияния незацементированных стержней на прочность секции. При изгибе частично залитой кладки кирпичной кладки следует учитывать два типа поведения.
- В первом случае, когда нейтральная ось (место нулевого напряжения) лежит внутри оболочки сжимаемой поверхности, стена анализируется и проектируется с использованием процедур для полностью залитой цементным раствором стены.
- Во втором случае, когда нейтральная ось лежит в пределах площади активной зоны, часть незаращенных ячеек должна быть вычтена из площади кладки, способной нести напряжения сжатия.
Расположение нейтральной оси зависит от расстояния между арматурой, а также от коэффициента армирования ρ и расстояния между арматурой и волокном с крайним сжатием, d .
При анализе стен, частично залитых раствором, обычно изначально предполагается, что нейтральная ось лежит внутри оболочки поверхности сжатия, так как анализ является более простым.Затем на основе этого предположения рассчитывается значение c. Если определено, что нейтральная ось лежит вне оболочки грани сжатия, выполняется более тщательный анализ тройниковой балки. В противном случае выполняется анализ прямоугольной балки.
Анализ прямоугольной балки
Для полностью заполненных цементным раствором элементов кладки и для частично заполненных цементным раствором каменных стен с нейтральной осью в оболочке лицевой стороны сжатия номинальная прочность на изгиб, M n , рассчитывается с использованием уравнений 12 и 13 следующим образом:
Анализ тройника балки
Для стен из кирпичной кладки, частично залитой раствором, где нейтральная ось расположена внутри сердечников, номинальная прочность на изгиб, M n , рассчитывается с использованием уравнений 14, 15 и 16 следующим образом:
Чтобы учесть прогиб, возникающий из-за неплоскостных нагрузок и дополнительного изгибающего момента из-за эксцентрично приложенных осевых нагрузок, необходимо определить учтенный изгибающий момент на средней высоте свободно опертой стены при равномерной нагрузке по уравнению 17 .
Для определения сходящейся величины результирующего отклонения может потребоваться несколько итераций.
Усиленная номинальная прочность на сдвиг
Сдвигу, действующему на армированные элементы каменной кладки, противостоит кладка и арматура сдвигу, если таковая имеется, в соответствии со следующим:
Где V n не может превышать значений, заданных уравнениями 20 или 21, в зависимости от ситуации.
Где M / Vd v меньше или равно 0,25:
Где M / Vd v больше 1,00:
Для значений M / Vd v между 0.25 и 1,00 максимальное значение В, n может быть линейно интерполировано.
Номинальное сопротивление сдвигу, обеспечиваемое кладкой, определяется в соответствии со следующим.
Где значение M / Vd v не должно быть больше 1,0.
Когда в армированную каменную конструкцию вводится арматура на сдвиг, прочность на сдвиг, обеспечиваемая арматурой, рассчитывается в соответствии со следующим.
ТРЕБОВАНИЯ IBC на 2006 год
Ниже приводится краткое изложение изменений и модификаций, принятых в Кодексе MSJC 2005 года, на который делается ссылка в IBC 2006 года. Большинство основных положений проекта остаются неизменными, за некоторыми заметными исключениями, которые рассматриваются ниже.
2006 Модификации прочности IBC
Те же модификации сварных и механических соединений, которые ранее обсуждались в разделе «Модификации прочности конструкции IBC в 2003 году», остаются и в IBC 2006 года.Кроме того, раздел 2108 IBC 2006 года включил ограничение 72 d b на максимальную требуемую длину стыков внахлестку, используемых в кладке, рассчитанной методом расчета прочности, как определено положениями MSJC 2005 года для стыков внахлест. Хотя этот предел обычно не срабатывает для относительно малых диаметров стержня, он может уменьшить требуемую длину нахлеста арматурных стержней большого диаметра или в случаях, когда используются небольшие защитные расстояния. Подробные требования к длине стыка см. В TEK 12-6 (№ 13).
Другие изменения в Раздел 2108 IBC 2006 года отражают обновления и модификации Кодекса MSJC 2005 года для удаления избыточных или противоречивых требований.
Кодекс MSJC 2005 г. Критерии проектирования Прочность подшипников
В основном из-за надзора Кодекс MSJC 2002 года не включал четких положений по определению несущей способности кладки, подверженной сосредоточенным нагрузкам. Требования к несущей способности, принятые в Кодексе MSJC 2005 года, аналогичны тем, которые используются для расчета допустимого напряжения, но изменены по мере необходимости для использования в расчетах на прочность.Номинальная несущая способность кладки принимается как большее из Уравнений 24 и 25:
.Значение 0,6 в уравнениях 24 и 25 является расчетным коэффициентом, а не коэффициентом снижения прочности Φ, который также оказывается равным 0,6 для определения расчетной несущей способности. Для использования в уравнении 25 также должно выполняться следующее выражение:
Где A 1 — фактическая опорная поверхность непосредственно под опорной пластиной, а A 2 — эффективная опорная поверхность, определенная как правая пирамида, имеющая A 1 как верхнюю плоскость и наклонную в 45.Для стен, уложенных в штабель, площадь, определенная в A 2 , заканчивается в головных соединениях, если не используется связующая балка или другие средства распределения напряжений. Сосредоточенные напряжения распределяются по длине, равной ширине опорной поверхности плюс четыре толщины опорного элемента, но не должны превышать межцентровое расстояние между сосредоточенными нагрузками.
Модуль упругости при разрыве
Кодекс MSJC 2005 года включал несколько модификаций значений модуля разрыва, представленных в Таблице 1, для изгибных напряжений растяжения, нормальных к стыкам основания полых, полностью залитых раствором сборок, как показано в Таблице 2.Эти модификации признают, что тип строительного раствора имеет меньшее влияние на модуль разрыва, когда элемент полностью залит.
Кроме того, вместо предписания единственного значения 250 фунтов на квадратный дюйм (1,72 МПа) для кирпичной кладки, подвергаемой изгибу в плоскости, как в Кодексе MSJC 2002 года, Кодекс MSJC 2005 года требует использования Таблицы 1, измененной Таблицей 2, для все случаи изгиба в плоскости и вне плоскости.
Таблица 2 — Изменения значений модуля упругости при разрыве в таблице 1, включенные в Кодекс MSJC 2005 г., фунт / кв. Дюйм (кПа)Максимальные пределы армирования при изгибе
В требованиях к максимальной наружной арматуре 2005 MSJC используется тот же подход градиента деформации, что и рассмотренный выше, с несколькими заметными изменениями.
- Арматура может воспринимать напряжения сжатия, с боковой ограничивающей арматурой или без нее. Кроме того, был удален коэффициент 1,25 номинального предела текучести арматуры. Результирующие уравнения для максимальных пределов наружного армирования даются уравнением 26 для полностью залитых раствором элементов или элементов, подвергающихся нагрузкам в плоскости, и уравнением 27 для частично залитых цементным раствором блоков кладки, подвергающихся внеплоскостным нагрузкам, когда нейтральная ось падает в плоскости. открытая ячейка.
- Коэффициент деформации растянутой арматуры α принимается равным следующим значениям, когда M u / V u d v ≥ 1,0 (что указывает на то, что в характеристиках преобладает exure):
- для промежуточных железобетонных стен с сдвигом, подверженных нагрузкам в плоскости: α = 3,0,
- для специальных армированных стен из кирпичной кладки, подверженных нагрузкам в плоскости: α = 4.0,
- для других элементов кладки и условий нагружения: α = 1,5.
- Для случаев, когда M u / V u d v ≤ 1,0 (указывает на характеристики с преобладанием сдвига) и R > 1,5: α = 1,5.
- Для элементов кладки, у которых M u / V u d v ≤ 1,0 и R ≤ 1,5, нет ограничений на допустимое количество армирования.
- Осевая нагрузка, P , для использования в уравнениях 26 и 27, представляет собой составляющую осевой нагрузки силы тяжести, определяемую из следующей комбинации нагрузок: D + 0.75 L + 0,525 Q E .
Эффективная ширина сжатия на арматурный стержень
Раздел 2108 IBC 2003 года включал ограничения на эффективную ширину сжатия на арматурный стержень, которые впоследствии были удалены из IBC 2006 года, поскольку аналогичные положения были включены в Кодекс MSJC 2005 года. Для кирпичной кладки с непрерывным соединением и для кирпичной кладки с укладкой стяжек с зазором между балками не более 48 дюймов (1219 мм) по центру максимальная ширина используемой области сжатия ограничивается минимум:
- расстояние между центрами арматуры;
- в шесть раз больше номинальной толщины элемента; или
- 72 дюйма(1829 мм).
Граничные элементы
Новым в Кодексе MSJC 2005 года являются проектные положения для граничных элементов, включенных в концевые зоны стен из каменной кладки. Поскольку MSJC не включает минимальные предписывающие требования к детализации армирования для граничных элементов, он требует, чтобы при использовании их эффективность проверялась путем тестирования. Кроме того, при соблюдении требований к геометрической симметрии, осевой нагрузке и изгибным характеристикам Кодекс MSJC допускает отказ от максимальных пределов армирования, как указано выше.Это исключение может потребовать или не потребовать включения специальных граничных элементов, в зависимости от проектных обстоятельств.
2008 MSJC ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЧНОСТИ
На момент публикации редакция Кодекса MSJC 2008 г. была завершена, а редакция IBC 2009 г. — нет. В ожидании того, что IBC 2009 г. примет MSJC 2008 в качестве ссылки, ниже приводится краткий обзор изменений в положениях о конструкции прочности Кодекса MSJC 2008 г.Помимо некоторой реорганизации, существенные изменения в методе расчета на прочность включают:
- Проверка прочности на сдвиг, чтобы помочь предотвратить хрупкое разрушение элемента кладки во время землетрясения, была пересмотрена и применима только к специальным армированным стенам кладки, работающим на сдвиг. Ранее эта проверка применялась как к армированным, так и к неармированным элементам кладки независимо от сейсмических соображений.
- Требование обеспечить не менее 80 процентов поперечной жесткости через стены, работающие на сдвиг, было пересмотрено, чтобы применяться только к категориям сейсмического проектирования C и выше.
- Вместо того, чтобы требовать, чтобы прогиб всех армированных элементов кладки рассчитывался на основе свойств сечения с трещинами, Кодекс MSJC 2008 года просто требует, чтобы при проектировании «учитывались эффекты растрескивания и усиления на жесткость элемента», что обеспечивает большую гибкость при проектировании.
- Метод увеличения момента был включен в конструкцию неармированной каменной кладки при определении влияния эффектов P -delta. Увеличенный момент, M c , определяется либо с помощью анализа второго порядка, либо следующим образом:
Для стержней с h / r ≤ 45 допускается принимать δ = 1.0. Для стержней с 45 < h / r ≤ 60 допускается принимать δ = 1,0 при условии, что максимальное факторизованное осевое напряжение на элементе не превышает 0,72 f ’ м .
ОБОЗНАЧЕНИЯ
A n = полезная площадь поперечного сечения кладки, дюйм² (мм²)
A s = эффективная площадь поперечного сечения арматуры, дюйм² (мм²)
A v = площадь поперечного сечения поперечной арматуры, дюймы² (мм²)
A 1 = площадь подшипника под опорной плитой, дюйм² (мм²)
A 2 = эффективная площадь подшипника, дюйм² (мм²)
a = глубина эквивалентная зона сжатия при номинальной прочности, дюймы (мм)
b = ширина профиля, дюймы (мм)
b w = для частично залитых раствором стенок, ширина залитой раствора плюс каждая толщина стенки при сжатии зона, дюймы (мм)
C = результирующая сжимающая сила, фунт (Н)
c = расстояние от волокна с максимальной деформацией сжатия до нейтральной оси, дюйм.(мм)
C d = коэффициент усиления сейсмического отклонения
C n = номинальная несущая способность, фунт (Н)
D = собственная нагрузка, фунт (Н)
d = расстояние от крайнее сжатие волокна до центра тяжести растянутой арматуры, дюймы (мм)
d b = номинальный диаметр арматуры, дюймы (мм)
d v = фактическая глубина кладки в направлении рассматриваемого сдвига , в.(мм)
d ‘ = расстояние от крайнего растянутого волокна до центра тяжести сжатой арматуры, дюймы (мм)
E м = модуль упругости кладки, фунт / кв. дюйм (МПа)
E s = модуль упругости арматуры, фунт / кв.дюйм (МПа)
e u = эксцентриситет P uf дюймов (мм)
F u = чистое изгибающее напряжение изгиба из-за факторизованных нагрузок, psi (МПа)
F vu = напряжение сдвига на неармированных элементах кладки, psi (МПа)
f ‘ m = указанная прочность кладки на сжатие, psi (МПа)
f r = модуль разрыва, psi (МПа)
f y = заданный предел текучести арматуры, psi (МПа)
h = эффективная высота элемента кладки, дюйм.(мм)
h sx = эффективная высота элемента кладки ниже уровня x, дюймы (мм)
I cr = момент инерции площади поперечного сечения элемента с трещинами, дюймы 4 (мм 4 )
I г = момент инерции общей площади поперечного сечения элемента, дюймы 4 (мм 4 )
I n = момент инерции чистой площади поперечного сечения стержня, дюйм. 4 (мм 4 )
L = временная нагрузка, фунт (Н)
M = максимальный расчетный изгибающий момент без учета поправки на рассматриваемом сечении, дюйм-фунт (Н-мм)
M c = момент, увеличенный с учетом кривизны элемента, дюйм-фунт (Н-мм)
M cr = изгибающий момент при растрескивании, дюйм-фунт (Н-мм)
M n = номинальный момент, дюйм-фунт (Н-мм)
M ser = приложенный изгибающий момент, дюймы-фунт (Н-мм)
M u = факторный момент, дюйм-фунт (Н-мм)
Н v = сжимающая сила, действующая перпендикулярно поверхности сдвига, фунт (Н)
P = аксиальная нагрузка без учета фактора, фунт (Н)
P n = номинальная осевая прочность, фунт (Н)
P u = факторная осевая нагрузка, фунт (Н)
P мкФ = факторная нагрузка от притока на пол или площадь крыши, фунт (Н)
P uw = факторный вес рассматриваемого участка стены притока к секции стены, фунт (Н)
Q E = эффект горизонтального сейсмические силы, фунт (Н)
Q n = первый момент вокруг нейтральной оси участка той части чистого поперечного сечения, лежащей между нейтральной осью и крайним волокном, дюйм.³ (мм³)
R = коэффициент модификации сейсмической реакции
r = радиус инерции, дюймы (мм)
S n = модуль упругости поперечного сечения, дюймы³ (мм³)
s = расстояние между сдвиговой арматурой, дюймы (мм)
T = натяжение арматуры, фунты (Н)
t = заданная толщина элемента кладки, дюймы (мм)
t fs = толщина облицовки бетонной кладки, дюйм.(мм)
V = сила сдвига без учета фактора, фунт (Н)
V м = прочность на сдвиг, обеспечиваемая каменной кладкой, фунт (Н)
V n = номинальная прочность на сдвиг, фунт (Н)
V s = прочность на сдвиг, обеспечиваемая сдвиговой арматурой, фунт (Н)
V u = факторный сдвиг, фунт (Н)
w u = фактор, равномерно распределенный вне плоскости нагрузка, фунт / дюйм. (Н / мм)
X = для частично залитой цементным раствором кирпичной кладки, расстояние от волокна с крайним сжатием до центра тяжести результирующего сжатия, дюйм.(мм)
α = коэффициент деформации текучести арматуры
δ = коэффициент увеличения момента
δ с = прогиб из-за рабочих нагрузок, дюймы (мм)
δ u = прогиб из-за факторизованных нагрузок, дюймы (мм)
ε mu = максимально допустимая деформация сжатия кирпичной кладки
ε s = деформация стали
ε y = деформация текучести арматуры
ρ = коэффициент армирования
ρ макс = максимальная степень усиления
Φ = коэффициент снижения прочности
Список литературы
- Требования строительных норм для каменных конструкций, ACI 530-02 / ASCE 5-02 / TMS 402-02.Сообщено Объединенным комитетом по стандартам кладки, 2002 г.
- Международный Строительный Кодекс 2003 г. Совет Международного кодекса, 2003.
- Строительные нормы и правила для каменных конструкций, ACI 530-05 / ASCE 5-05 / TMS 402-05. Сообщено Объединенным комитетом по стандартам кладки, 2005 г.
- 2006 Международный Строительный Кодекс. Совет Международного кодекса, 2006.
- Строительные нормы и правила для каменных конструкций, ACI 530-08 / ASCE 5-08 / TMS 402-08. Сообщено Объединенным комитетом по стандартам кладки, 2008 г.
- Эмпирический проект бетонных стен, ТЕК 14-8А. Национальная ассоциация бетонных кладов, 2001.
- Расчет допустимого напряжения бетонной кладки, ТЭК 14-7А. Национальная ассоциация бетонных каменщиков, 2004 г.
- Дрисдейл Р. Г., Хамид А. А. и Бейкер Л. Р. Строительные конструкции, поведение и дизайн, второе издание. Общество масонства, 1999.
- Стандартные технические условия на деформированные и плоские стержни из низколегированной стали для армирования бетона, ASTM A 706 / A 706M-01.ASTM International, 2001.
- Строительные нормы и правила для конструкционного бетона, ACI 318-02. Американский институт бетона, 2002. .
- Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других конструкций, ASCE 7-02. Институт структурной инженерии Американского общества инженеров-строителей, 2002 г.
- Расчет анкерных болтов, закладываемых в бетонную кладку, TEK 12-3A. Национальная ассоциация бетонных каменщиков, 2004 г.
- Соединения, развертки и стандартные крючки для бетонной кладки, TEK 12-6.Национальная ассоциация бетонщиков, 2007.
- Раздел «Свойства бетонных стен», TEK 14-1B. Национальная ассоциация бетонщиков, 2007.
NCMA и компании, распространяющие эту техническую информацию, не несут никакой ответственности за точность и применение информации, содержащейся в этой публикации.
Требования к конструкции бетона на основе ACI 318-19
🕑 Время чтения: 1 минута
Есть несколько требований, установленных в ACI 318-19 (Требования Строительных норм для бетона и комментарии), которым должны соответствовать бетонные материалы; в противном случае он не подошел бы для строительства конструкции.
Эти требования меняются от одной структуры к другой. Они включают минимально допустимую прочность бетона на сжатие для конкретной конструкции, модуль разрыва и т. Д.
Требования к конструкции бетона на основе ACI 318-19 1. Прочность на сжатиеПрочность бетона на сжатие определяется на основе следующих критериев.
- На основе таблицы 1.
- На основе требований к прочности рассматриваемой конструкции.
- На основе требований к прочности конструкции. Иногда требования к долговечности требуют использования бетона с высокой прочностью на сжатие.
Таблица 1 Минимальная расчетная прочность бетона на сжатие для различных бетонных конструкций
| Тип применения | Минимальная прочность бетона на сжатие, МПа |
| Общие | 17 |
| Фундаменты для конструкций, отнесенных к SDC A, B или C | 17 |
| Фундаменты для жилищного и коммунального использования, а также классификация занятости со строительством несущей стены двух этажей или меньше, отнесенных к SDC D, E или F | 17 |
| Фундаменты для строений, отнесенных к SDC D, E или F, кроме жилых и Коммунальные услуги и классификация занятости со структурой несущей стены двухэтажной или менее | 21 |
| Рамы со специальным моментом | 21 |
| Несущие стены с армированием класса 420 или 550 | 21 |
| Несущие стены с классом прочности 690 арматура | 35 |
| Сборный без предварительного напряжения забивные сваи Просверленные валы | 28 |
| Забивные предварительно напряженные сваи | 35 |
| Примечание: Максимальная прочность на сжатие легкого бетона в несущих стенах, каркасах и их фундаментах не должна превышать 35 МПа, согласно ACI 318-19. Не обращайте внимания на это условие, если прочность и ударная вязкость элементов, изготовленных из легкого бетона, равны или выше, чем у сопоставимых элементов, изготовленных из обычного бетона. Экспериментальные данные должны продемонстрировать такой результат. |
Модуль упругости бетона, используемый для расчета прогибов, периода вибрации и сноса конструкций. Он рассчитывается с использованием формул, предоставленных Кодексом ACI 318-19 или тестированием.Существуют различия между значениями, полученными из уравнений, и значениями, полученными в результате тестирования.
Однако теоретические значения из уравнений подходят для большинства конструкций. Существенные различия между значениями уравнения и результатами испытаний отмечаются для высокопрочного бетона, легкого бетона и бетонных смесей с низким содержанием крупного заполнителя, такого как самоуплотняющаяся бетонная смесь. 3:
Для нормального бетона:
Где:
Ec: модуль упругости
Wc: вес бетона
Fc ’: прочность бетона на сжатие
Наконец, модуль упругости бетона оценивается посредством испытаний в определенных условиях, таких как проверка достижения заданного модуля упругости или когда его значение используется при дозировании бетонной смеси.3
Таблица 3 Значения? для легких бетонов из заполнителей
| Бетон | Состав заполнителей | Lamda |
| Легковесные | Легкие мелкие и крупные заполнители | 0.75 |
| Легкая мелкозернистая смесь | Легкая крупнозернистая смесь мелкого заполнителя, состоящая из легкого заполнителя и заполнителя нормального веса. | от 0,75 до 0,85 |
| Песок легкий | Заполнитель нормального веса, крупный заполнитель легкий. | 0,85 |
| Легкий песок, крупная смесь | Мелкозернистый заполнитель нормального веса и смешанный крупнозернистый заполнитель, состоящий из легкого и нормального заполнителя. | от 0,85 до 1 |
| Примечание. Легкие мелкие и грубые заполнители относятся к двум основным типам. Первый тип производится из доменного шлака, глины, диатомита, летучей золы, сланца, сланца, пемзы, шлака или туфа. Второй тип состоит в основном из легковесного ячеистого и зернистого неорганического материала. |
Подробнее:
Прочность бетонных цилиндров на сжатие
Испытание бетонного куба на сжатие, процедура, результаты
Модуль упругости бетона — определение и важность при проектировании
Определение модуля упругости бетона в соответствии с ASTM C469
Модуль разрыва бетонной балки
фут бетона (характеристика прочности на сжатие)
Что такое характерная прочность (fck) конструкции бетонной смеси, , что подразумевается под бетоном fck, В этом разделе мы знаем о том, что такое расчетная прочность бетонной смеси и что такое полная форма fck в бетоне.Каждому инженеру-строителю или архитектору-проектировщику для строительных работ необходимо знать значение характеристической прочности бетона на сжатие (fck).
ФКК полной формы в бетоне — это характерная прочность бетона на сжатие. когда мы рассчитываем бетон и сметную стоимость и проектируем для своего проекта, нам нужна fck стоимость бетона.
Что такое бетон и его полная формаfck — характеристика прочности на сжатие различных марок бетона , измеряется в Н / мм2 или мегапаскалях на машине CTM после отливки в течение 28 дней отверждения, например, значение fck для m20 составляет 20 Н / мм2.
Fck полная форма в гражданском строительстве является характеристикой прочности на сжатие.
Что является характеристической прочностью (fck) бетона, у нас есть разные марки бетона, такие как M20, m25, M30, m35, m40, m45, m50, и так далее —
Значение fck для M20: — Марка бетона M20, в котором M обозначает смесь, а числовое число 20 обозначает характеристики прочности на сжатие, поэтому значение fck для бетона M20 составляет 20 Н / мм2 или 20 мПаскаль.
Значение fck для M25: — Марка бетона M25, в котором M обозначает смесь, а числовое число 25 обозначает характеристики прочности на сжатие, поэтому значение fck для бетона M25 составляет 25 Н / мм2 или 25 мПаскаль.
Значение fck для M30: — Марка бетона M30, в котором M обозначает смесь, а числовое число 30 обозначает характеристики прочности на сжатие, поэтому значение fck для бетона M30 составляет 30 Н / мм2 или 30 мПаскаль.
Значение fck для бетона M35: — марка бетона M35, в котором M обозначает смесь, а числовое число 35 обозначает характеристики прочности на сжатие, поэтому значение fck для бетона M35 составляет 35 Н / мм2 или 35 м.паскаль.
Значение fck для M40: — Марка бетона M40, в котором M обозначает смесь, а числовое число 40 обозначает характеристики прочности на сжатие, поэтому значение fck для бетона M40 составляет 40 Н / мм2 или 40 МПа.
Например, у нас есть марка бетона M20, в которой M обозначает смесь, а числовая цифра 20 обозначает ее прочность на сжатие, поэтому характеристическая прочность на сжатие (fck) бетона M20 составляет 20 Н / мм2, а их значение fck для бетона составляет 20 Н. / мм2 или 20 МПа паскаль.а для марки бетона М 25 прочность на сжатие составляет 25 Н / мм2.
Стоимость бетона различных марок бетона составляет:
.● 5Н / мм2 или 5 МПа — M5
● 7,5 Н / мм2 или 7,5 МПа — M7,5
● 10 Н / мм2 или 10 МПа — M10
● 15 Н / мм2 или 15 МПа — M15
● 20 Н / мм2 или 20 МПа — M20
● 25 Н / мм2 или 25 МПа — M25
● 30 Н / мм2 или 30 МПа — M30
● 35 Н / мм2 или 35 МПа — M35
fck машины для испытания бетона на сжатие (СТМ)Характеристики прочности на сжатие (fck) кубического бетона можно проверить с помощью испытательной машины на сжатие (CTM) в лаборатории.
В процессе испытания комплексной прочности бетонного куба предположим, что у нас есть 100 бетонных кубов марки М20. Все бетонные кубы протестированы на машине для испытаний на сжатие, чем был получен следующий результат
◆ Вы можете подписаться на меня на Facebook и подписаться на наш канал Youtube
Вам также следует посетить: —
1) Расчет собственной нагрузки колонны
2) рассчитать собственную нагрузку балки на метр
3) рассчитать нагрузку на плиту на квадратный метр
4) Расчет собственной нагрузки кирпичной стены на метр
5) предельная несущая способность колонны
ФК бетона Испытание, Правила и результат1) если 5% и менее куба бетона марки М20 не выдерживают давления сжатия 20Н / мм2 в машине СТМ в лаборатории и 95% и более бетона куб бетона марки М20 с подставкой с давлением сжатия 20 Н / мм2 в машине CTM, чем это называется успешным испытанием вашего бетона и их характеристики полной прочности бетона марки М 20 составляют около 20 Н / мм2
2) если более 5% бетонного куба марки М20 не выдерживает давление сжатия 20Н / мм2 в машине СТМ в лаборатории и менее 95% бетонного куба марки М20 с подставкой с давлением сжатия 20Н / мм2 в машине CTM, чем это называется неуспешным испытанием бетона, а их характеристика полной прочности бетона марки М 20 составляет менее 20 Н / мм2.
Оценка прочности на изгиб железобетонных элементов с использованием сверхвысокопрочного бетона
Были предложены модели оценки прочности на изгиб для сверхвысокопрочного бетона, армированного стальной фиброй, которые оценивались по результатам испытаний. Предлагаемые модели прочности на изгиб состояли из блоков напряжения сжатия и блоков напряжения растяжения. Прямоугольный блок напряжений, треугольный блок напряжений и реальная форма распределения напряжения использовались на стороне сжатия. При растяжении использовался прямоугольный блок напряжений, распределенный по всей площади стороны растяжения и частичной зоне стороны растяжения.Последняя модель для стороны напряжения — это реалистичное распределение напряжений. Все эти модели были проверены результатами испытаний, которые проводились в данном исследовании. Испытание проводилось четырехточечной нагрузкой с приводом 2000 кН для образца с тонкой балкой. Дополнительные проверки были проведены с предыдущими исследованиями прочности на изгиб бетона, армированного стальной фиброй, или бетона сверхвысокой прочности. Всего был оценен 21 образец для испытаний. В результате сравнения прочности на изгиб секции, глубины нейтральной оси в предельном состоянии, модели с треугольным блоком напряжения сжатия и блоком напряжения растяжения, размягчающимся при деформации, могут быть использованы в качестве точного решения для бетона со сверхвысокими характеристиками.Для консервативной и удобной конструкции сечения можно использовать модифицированную модель прямоугольного блока напряжений с блоком напряжений растяжения типа смягчения деформации.
1. Введение
Обычно прочность на изгиб бетонных элементов нормальной прочности рассчитывается с использованием параметров прямоугольных блоков напряжений. Текущие нормы проектирования обеспечивают параметры прямоугольного блока напряжений для упрощенной методологии проектирования. Однако эти блоки напряжений определяются испытаниями железобетонных колонн, и у них есть очевидные ограничения.Прямоугольный блок напряжений может использоваться, потому что форма отношения напряжения к деформации бетона аналогична трапеции. Однако форма зависимости напряжения от деформации бетона изменилась на треугольную по мере увеличения прочности бетона на сжатие. По этой причине параметры прямоугольного напряженного блока зависят от прочности бетона на сжатие. Например, действующий кодекс ACI [1] предполагает, что более высокое значение прочности бетона на сжатие может быть использовано как 0,85 от указанной прочности бетона на сжатие.А глубина прямоугольного напряженного блока имеет нижнюю границу 0,65 при прочности бетона на сжатие 76 МПа. Предел деформации бетона предлагается значением 0,003. Эти значения определены по результатам испытаний бетона нормальной прочности. Однако в зависимости от прочности на сжатие меняются механические свойства и тип разрушения бетона.
Обычно после пиковой нагрузки может наблюдаться резкое падение сопротивления нагрузки. Бетон сверхвысокой прочности также разрушился при этом режиме разрушения.Чтобы сделать хрупкое разрушение матрицы сверхвысокопрочного бетона более пластичной при сжатии, в матрицу можно включить стальную фибру. Включение стальной фибры может изменить взрывное разрушение сверхвысокопрочного бетона и обеспечить более высокую прочность на разрыв и деформируемость. Поэтому стальная фибра обычно используется для изготовления сверхпрочной бетонной матрицы.
Бетон со сверхвысокими характеристиками обычно имеет гораздо более высокую прочность на сжатие и разрыв, чем бетон нормальной прочности, обычно в диапазоне от 100 до 200 МПа.При расчете сечения необходимо учитывать форму распределения напряжений на стороне сжатия сечения и предел прочности бетона на разрыв. Рекомендации по проектированию для бетона со сверхвысокими характеристиками предложили способ расчета сечения стержня, предложенного для соотношения напряжения и деформации. Тем не менее, соотношение напряжения и деформации для бетона со сверхвысокими характеристиками требует конкретных результатов испытаний, не использующих блоки напряжений или допущения. Таким образом, в этом исследовании различные типы комбинаций блоков напряжений сжатия и растяжения были оценены с экспериментальными результатами и результатами предыдущих исследований для легкого и безопасного проектирования бетонных элементов со сверхвысокими характеристиками.
2. Обзор текущих проектных норм для прочности на изгиб сверхвысокопрочного бетона
Железобетонные элементы, использующие бетон нормальной прочности, спроектированы с допущением, что распределение напряжений может иметь прямоугольную форму, а бетон не может передавать растягивающее напряжение. Однако эти допущения нельзя применять для расчета прочности на изгиб бетонных элементов со сверхвысокими характеристиками. Так как бетон со сверхвысокими характеристиками имеет гораздо более высокую прочность на сжатие, чем бетон с нормальной прочностью и обычно армирован стальной фиброй, форма распределения напряжений на стороне сжатия будет изменена, и следует учитывать распределение растягивающих напряжений на стороне растяжения, чтобы рассчитать прочность на изгиб раздел.В некоторых рекомендациях по проектированию высокопрочного бетона или бетона, армированного стальной фиброй, используются различные допущения для расчета прочности на изгиб. Их можно разделить на две группы: в одной используются параметры блока напряжений, а в другой — заданное соотношение напряжения и деформации бетона.
Текущий проектный код ACI318 [1] предполагает, что прочность на изгиб железобетонной секции может быть рассчитана по
В этом уравнении глубина прямоугольного блока напряжений может быть определена с использованием параметра блока напряжений.Для прочности бетона на сжатие от 17 до 28 МПа в качестве значения можно использовать 0,85. должно линейно уменьшаться со скоростью 0,05 на каждые 7 МПа прочности бетона на сжатие выше 28 МПа прочности бетона на сжатие. Наименьшее значение 0,65.
Как видно из ACI318 [1], текущие положения правил проектирования не учитывают влияние стальной фибры. В некоторых руководствах по проектированию предложен способ расчета прочности на изгиб секции бетона, армированного стальной фиброй.Комитет ACI 544 [2] предоставляет уравнения прочности на изгиб, принимая результаты исследований Хенегера и Догерти [3], особенно для элемента прямоугольного сечения, где номинальная прочность на изгиб сечения, предел текучести стальной арматуры, эффективная глубина сечения, глубина блока напряжений, — высота сечения, — деформация на стороне растяжения, — глубина нейтральной оси, и предел прочности на разрыв бетона, армированного стальной фиброй, можно рассчитать, используя где — длина стальной фибры, — диаметр стальной фибры, объемные проценты стальной фибры, — коэффициент эффективности скрепления.
Имам и др. [4] предложили модифицированную модель ACI 544 [2], которая может быть использована в качестве бетона, армированного стальной фиброй, с высокопрочной матрицей. Имам и др. исследовали напряжение связи между стальной фиброй и матрицей. Они предложили изменить коэффициент высоты блока растягивающего напряжения на 0,02. В соответствии с этой модификацией предел прочности при растяжении можно рассчитать, используя где означает объемную долю стального волокна () и коэффициент волокна (1,0 ~ 1,2). Моментную нагрузку секции можно определить согласно ACI 544 [2], (2).
Lim et al. [5] предложили переоценить параметры блока напряжений с изменением матрицы и стальной фибры. Они используют как 0,90, потому что стальная фибра также может обеспечить большую пластичность при сжатии. Предел прочности при растяжении бетона, армированного стальной фиброй, можно определить, используя где — коэффициент ориентации стального волокна, — коэффициент эффективности длины, — среднее предельное напряжение связи на границе раздела волокно-матрица и — отношение площади поперечного сечения волокна к его периметру.Поскольку Lim et al. [5] разработали свою модель с использованием подхода пластичности, они использовали всю площадь по нейтральной оси в качестве блока сжимающих напряжений. Пренебрегая толщиной покрытия и учитывая блок растягивающих напряжений на растянутой стороне сечения, глубину нейтральной оси можно рассчитать, используя где — прочность бетона на сжатие, — ширина сечения, — предел текучести арматуры. Из (6) можно рассчитать плечо внутреннего момента, где — эффективная глубина сечения. Используя формулы (5), (6) и (7), можно рассчитать изгибную способность секции с помощью
. характеристики.Модели расчета прочности на изгиб для бетона нормальной прочности и бетона, армированного стальной фиброй, показаны на рисунке 1. Основное различие между моделью бетона нормальной прочности и моделью бетона, армированного стальным волокном, заключается в наличии блока растягивающих напряжений. Разница между моделями бетона, армированного стальной фиброй, заключается в диапазоне распределения растягивающего напряжения. Однако они не являются точными моделями, поскольку распределение напряжений может изменяться в зависимости от прочности матрицы на сжатие, а распределение растягивающих напряжений является более полным, чем показано на Рисунке 1.
Для точного определения прочности на изгиб секции, комплексные соотношения напряжения и деформации непосредственно применяются для расчета прочности на изгиб секции. Репрезентативные модели, учитывающие реальное распределение напряжений, предоставляются методом RILEM [9], анализом изгиба EC2 [10] и рекомендациями AFGC-Setra [11]. Они могут предоставить более точное значение, чем модель прочности на изгиб, составленная из блоков напряжений. Однако они нуждаются в более комплексном вычислительном процессе и некоторой материальной проверке.
3. Модель для расчета прочности Flexura Модель
Согласно результатам испытаний материалов на бетон со сверхвысокими характеристиками, большинство форм зависимости напряжения от деформации при сжатии имеют треугольную форму. Следовательно, при сжатии треугольный блок напряжений может быть использован для проектирования бетонных изгибных элементов со сверхвысокими характеристиками. В предыдущем исследовании [12] были предложены параметры прямоугольного блока напряжений для высокопрочного и сверхвысокопрочного бетона. Однако в большинстве положений кодекса используются параметры прямоугольного блока напряжений, поскольку они в основном ориентированы на использование бетона нормальной прочности.Они рассматривают форму зависимости напряжения от деформации, используя различные значения, в зависимости от прочности бетона на сжатие. Прямоугольный блок напряжений немного переоценивает прочность на изгиб бетонного элемента, особенно для высокой степени армирования и прочности на сжатие бетона. Как видно из раздела 2, блоки напряжений при растяжении для бетона, армированного стальными волокнами, показаны в различных формах и размерах. Поэтому при проектировании железобетонных элементов со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками необходимо реорганизовать параметры блока напряжений.
В этом исследовании были рассмотрены три типа параметров напряженного блока: параметры напряженного блока ACI, параметры напряженного блока из руководящих принципов проектирования элементов UHPC и треугольный блок напряжений, определяемый максимальной прочностью на сжатие и соответствующей деформацией, полученной в результате испытаний материала. Поведение при растяжении бетона, армированного стальной фиброй, было разделено на три типа деформационного упрочнения, деформационного разупрочнения и полностью пластического поведения. В этом исследовании блоки напряжений при растяжении были составлены из этих трех типов поведения при растяжении бетона, армированного стальной фиброй.
Распределение деформаций и напряжений в секции сверхвысокопрочного бетона показано на рисунке 2. В этом исследовании использовались три типа блоков напряжений при сжатии и растяжении, соответственно. Всего было исследовано 9 типов моделей прочности на изгиб. Эти модели были проиллюстрированы на рисунке 3. Наиболее важным параметром конструкции для прочности на изгиб является глубина нейтральной оси. Глубина нейтральной оси для 9 типов прочности на изгиб модель была разработана следующим образом: где — прочность бетона на сжатие, — площадь растягиваемой арматуры, — предел текучести стальной арматуры, — предел прочности бетона, — это соотношение между прочностью на растяжение после растрескивания и предел прочности при растяжении, может быть определен как, и являются параметром прямоугольного блока напряжений для прочности на сжатие бетона для бетона нормальной прочности и UHPC, соответственно, и являются параметром глубины блока напряжений для бетона нормальной прочности и UHPC, соответственно, являются шириной сечения, и эффективная глубина сечения.для — деформация, соответствующая пределу прочности на разрыв, и — предельная деформация бетона при сжатии.
Самая сложная и спорная часть — это определение прочности на разрыв фибробетона. Свами и Аль-Таан [13] предложили уравнение в соответствии с теорией композитов следующим образом: где — модуль разрыва бетона, а другие переменные — геометрия волокна, определенная в разделе 2.
Использование глубины нейтральной оси, определенной в (9) Учитывая форму напряженного блока, номинальную прочность на изгиб сверхвысокопрочных бетонных элементов можно рассчитать следующим образом:
Случай 1 .Рассмотрим
Случай 2 . Рассмотрим
Случай 3 . Рассмотрим
Случаи 4, 7 . Рассмотрим
Случаи 5, 8 . Рассмотрим
Случаи 6, 9 . Рассмотрим
4. Поведение сверхвысокопрочных бетонных элементов при изгибе
4.1. План испытаний
Чтобы проверить применимость предложенных моделей, была испытана бетонная балка со сверхвысокими характеристиками. Средний предел прочности стандартного цилиндра на сжатие составил 216 МПа.Прочность на раскалывание стандартного цилиндра составляет 7,2 ~ 19,5 МПа. Пропорции смеси для бетона со сверхвысокими характеристиками приведены в таблице 1. Механические свойства бетона и арматуры, использованных в этом исследовании, были обобщены в таблицах 2 и 3, соответственно. Во избежание преждевременного разрушения образца при сдвиге, весь образец для испытаний усилен хомутами с шагом 150 мм. Между двумя точками загрузки стремена не располагались. При испытании использовался привод на 2000 кН, а отношение диапазона сдвига к глубине составило 6.5. Чтобы проверить модель расчета глубины нейтральной оси, которая была показана в (9), тензодатчики для бетона были установлены на поверхности бетона. Тензодатчики для стали также могут быть прикреплены к арматуре в центре испытуемого образца. Детали испытательных образцов показаны на рисунке 4.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||
(a) План настройки и измерения
(b) Раздел
( а) План настройки и измерений
(б) Раздел
4.2. Результаты испытаний
Испытательные образцы показали характер разрушения при изгибе. Из-за включения стальной фибры локализация трещины не происходила до тех пор, пока не произошло дробление бетона при экстремальном сжатии фибры.После возникновения первоначальной трещины трещины распространились за пределы области максимального изгибающего момента. После выхода арматуры диагональной трещины от растяжения не наблюдалось, и трещины распространились на опоры. При прогибе 98 мм произошло дробление бетона, и трещины распространились на зону дробления с раскрытием начальной трещины. Конечная стадия отказа и соотношение нагрузки и прогиба показаны на рисунках 5 (а) и 5 (б), соответственно. Максимальная нагрузка составила 179 кН, которая возникла после уступки арматуры.Анализируя тензодатчики, прикрепленные к бетону и арматуре, глубина нейтральной оси составила 123 мм на стадии пиковой нагрузки.
(a) Конечная стадия разрушения
(b) Отношение нагрузки к прогибу
(a) Конечная стадия разрушения
(b) Зависимость от нагрузки к прогибу
Глубина нейтральной оси является важным показателем для армированного материала бетонные элементы, поскольку прочность на изгиб и пластичность могут сильно зависеть от глубины нейтральной оси сечения. Глубину нейтральной оси можно измерить путем испытания с использованием показаний тензодатчика, прикрепленного к сжимающемуся волокну и растягивающей арматуре.Поскольку тензодатчик, прикрепленный к волокну с экстремальным растяжением и сжатием, вышел из строя до того, как испытал пиковую нагрузку, использовалось усиление деформации сжатия и растяжения. Кривизна при первом выходе растяжения арматуры составляла 0,0122 (1 / м), а кривизна пиковой нагрузки составляла 0,019 (1 / м). Глубина нейтральной оси составляла 92,5 мм и 122,8 мм от волокна с экстремальным сжатием, соответственно. Как показано на рисунке 6, изменение глубины нейтральной оси произошло после уступки натяжной арматуры. После пиковой нагрузки глубина нейтральной оси не изменялась до тех пор, пока не произошло дробление бетона на сжатой стороне секции.
4.3. Проверка модели прочности на изгиб
При проверке пригодности моделей прочности на изгиб результаты испытаний сравнивались с предполагаемой моделью прочности на изгиб. Результаты сравнения приведены в таблице 4. Как и ожидалось, модель типа 1 с треугольным блоком напряжений показала сравнительно высокую точность. Однако в этой модели была завышена моментная нагрузка секции. Завышение этой модели было вызвано большой площадью блока растягивающих напряжений и более высоким значением плеча момента.Более высокое значение плеча момента может быть получено из-за наличия остаточной прочности. Модель типа 2 также показала приемлемую точность, но в этой модели недооценена моментная нагрузка. Недооценка этой модели была вызвана относительно низким уровнем площади блока растягивающего напряжения и меньшим значением плеча момента для блока растягивающего напряжения. Это меньшее плечо момента было получено в конце блока напряжений. Модель типа 3 с прямоугольным блоком растягивающих напряжений показала низкую точность и завышение.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| : глубина нейтральной оси,: деформация при растяжении арматуры на средней длине балки,: номинальная прочность на изгиб сечения (расчетное значение) и: нагрузка для. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Как правило, прямоугольный блок напряжений показывает большую глубину нейтральной оси от сжатого волокна, чем треугольный блок напряжений; плечо момента имеет меньшее значение, чем в случаях с треугольными блоками напряжений. Типы моделей с прямоугольным блоком напряжений ACI имеют низкую точность по глубине нейтральной оси, деформации растяжения арматуры и моментной нагрузки. Это явление было вызвано большей площадью напряженного блока, чем треугольный блок напряжений. Однако модели со сверхвысокими характеристиками бетонных блоков напряжений, которые получены по результатам испытаний [12], показали относительно высокую точность со всеми типами блоков напряжений при растяжении.Эта модель, в частности, предсказывает глубину нейтральной оси более точно, чем другие модели. Как обсуждалось выше, наиболее точным блоком напряжений при растяжении был блок напряжений, включающий остаточную прочность бетона.
Учитывая низкую пластичность, которая вызвана взрывным разрушением сверхвысокопрочного бетона, наиболее подходящей моделью для расчета прочности на изгиб является тип 8, который был смоделирован с использованием параметров UHPC-прямоугольного блока напряжений при сжатии и разупрочнении при растяжении с учетом модели при растяжении.Тип 7 также может использоваться для целей проектирования, но в этом случае коэффициент снижения прочности тщательно учитывается с учетом свойств материала.
5. Проверка моделей прочности на изгиб с помощью предыдущих исследований
Для проверки применимости принятой модели в широком диапазоне существующие результаты испытаний [6–8] бетонных элементов со сверхвысокими характеристиками были сопоставлены с предполагаемыми моделями. Поскольку существует небольшое количество образцов, только 22 результата испытаний были сопоставлены с предложенной моделью.Технические характеристики собранных результатов испытаний показаны в Таблице 5. Результаты испытаний каждого исследования были обобщены в Таблице 5. Все испытательные образцы испытали текучесть армирования до достижения пиковой нагрузки. Они потерпели неудачу из-за разрушения при изгибе в центре образцов. Собранные образцы для испытаний имеют коэффициент усиления при растяжении от 0,27 до 2,36% и прочность бетона на сжатие 80 ~ 200 МПа. Содержание клетчатки было распределено от 0,5% до 2,0%.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| : ширина балки,: высота балки ,: эффективная глубина балки,: площадь армирования при растяжении,: коэффициент армирования,: прочность бетона на сжатие,: объемная доля стальной фибры,: диаметр волокна,: длина волокна,: предел текучести арматуры, и: результаты испытаний (нагрузка при окончательный отказ). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
По результатам испытаний Ashour et al. [6], влияние волокон на прочность на изгиб не зависит от количества арматуры, но дополнительный момент пропорционален прочности бетона на сжатие. Поэтому в модели прочности на изгиб следует учитывать прочность бетона на сжатие. Dancygier и Savir [7] исследовали прочность на изгиб фибробетона с обычным коэффициентом армирования менее 1%. Длина волокна, которая влияет на показатель армирования (где — объемная доля волокна, — длина волокна, а — диаметр волокна), напрямую изменяет прочность на изгиб сечения.Как правило, длина волокна изменяет режим разрушения фибробетона при изгибе, особенно после пиковой нагрузки. Поэтому при расчете прочности на изгиб следует учитывать поведение материала при растяжении. Ян и др. [8] исследовали метод укладки и коэффициент усиления, особенно для бетона со сверхвысокими характеристиками, прочность на сжатие которого составляет около 200 МПа. Согласно этому исследованию, коэффициент армирования также влияет на прочность на изгиб и пластичность, хотя элементы имеют гораздо более высокую прочность бетона на сжатие.Некоторые результаты тестов не оценивали ранее исследованные методы прогнозирования [2, 4, 5].
Таким образом, все предполагаемые модели были проверены с результатами тестирования. Сравнение результатов испытаний с моделями прочности на изгиб показано на рисунках 7 (a) –7 (d), а описательные статистические данные показаны в таблице 6. Существующая модель прочности на изгиб, которая была рассмотрена в этой статье, имеет точность только при использовании сравнительно более низкой прочности на сжатие. бетона (80 ~ 100 МПа), как показано на рисунке 7 (а). Разнообразие этой модели увеличивается с увеличением прочности бетона на сжатие.Как показано на рисунках 7 (b) и 7 (c), типы с 1 по 6 все еще переоценивают прочность на изгиб бетона со сверхвысокими характеристиками. Однако, когда применялась модель разупрочнения при растяжении, точность сравнительно повышалась. Типы 7–9, в которых используется недавно разработанный прямоугольный блок напряжений, показывают большую точность и безопасность, чем другие 9 моделей. Типы 7 и 8 особенно отличаются высокой точностью в диапазоне бетонов со сверхвысокими характеристиками. Поскольку тип 8, который использует модель разупрочнения при растяжении, недооценивает способность к изгибу, он будет использоваться для безопасного проектирования бетонных элементов со сверхвысокими характеристиками.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SD: стандартное изменение, Var: дисперсия, COV: коэффициент вариации и IAE: интегрированная абсолютная ошибка. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6. Заключение
На основании статистических исследований, аналитических работ и испытаний FRUHSC на прочность на изгиб можно сделать следующие выводы: (1) Распределение напряжений в бетоне со сверхвысокими характеристиками при сжатии в форме треугольника. При растягивающем напряжении распределение напряжений в бетоне со сверхвысокими характеристиками может варьироваться в зависимости от содержания или формы волокон. (2) Были оценены девять моделей прочности на изгиб. Для консервативной оценки предельная деформация при сжатии волокна была принята равной 0.003. Эти модели прочности на изгиб были оценены с использованием предполагаемого распределения напряжений. (3) Самая точная модель бетона со сверхвысокими характеристиками при сжатии — треугольная. Поскольку бетон со сверхвысокими характеристиками имеет большую упругую поверхность, разрушение произошло одновременно с достижением предельной прочности. Однако для безопасного проектирования секции следует использовать модель прочности на изгиб, в которой используются модифицированные прямоугольные блоки напряжений с учетом механических характеристик UHPC. (4) Оценка процесса валидации с использованием результатов испытаний этого исследования и предыдущих исследований, существующих моделей расчета прочности на изгиб не может точно и безопасно предсказать предел прочности на изгиб сверхвысокопрочных образцов бетона, особенно при прочности на сжатие более 100 МПа.Однако модель прочности на изгиб, предложенная в этом исследовании, может обеспечить консервативные и высокоточные (10% ошибки) результаты.