Нормативные сопротивления бетона и арматуры. Коэффициент надежности по материалам

Нормативные и расчетные сопротивления материалов

В расчете по методу предельных состояний надежность конструкции обеспечивается за счет учета возможных отклонений как действительных нагрузок, так и характеристик материалов от среднестатистических значений в неблагоприятную сторону. Значения усилий Q, так же как и несущей способности Ф, зависят от изменчивости указанных факторов и статистически подчиняются закону нормального (гауссового) распределения (рис. 3.4). Выполнение условия (3.1) должно гарантировать несущую способность конструкций с уровнем надежности не менее 99,7 %. Таким образом, нормативные сопротивления материалов наряду с нормативными нагрузками являются определяющими величинами в расчете по методу предельных состояний.

Нормативное сопротивление Rn это установленное нормами предельное значение напряжений в материале. Оно служит основной характеристикой сопротивления материалов силовым воздействиям и обычно равно контрольной характеристике в соответствии с ГОСТами на материалы. Нормами установлены и другие нормативные характеристики материалов (плотность, модуль упругости, коэффициенты трения, сцепления ползучести. усадки и др.).

таблица 3.3.

Нормативное сопротивление бетона принимают в виде двух величин: временное сопротивление призм осевому сжатию (нормативная призменная прочность) и временное сопротивление осевому растяжению

Нормативные сопротивления бетона (с округлением) в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие даны в табл. 3.3. Величину R определяют различными способами в зависимости от того, как контролируется прочность бетона. В тех случаях, когда прочность бетона на растяжение не контролируется, принимают косвенным путем - в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие согласно табл. 3.3. Если же осуществляют непосредственный контроль класса бетона по прочности на осевое растяжение, то нормативное сопротивление бетона осевому растяжению принимают равным его гарантированной прочности (классу) на осовое растяжение.

Таблица 3.4.

Нормативные сопротивления арматуры с учетом разброса прочности принимают равными наименьшему (с вероятностью 0,95) контролируемому значению предела текучести физического или же условного. Исключение составляет обыкновенная (не высокопрочная) арматурная проволока класса В-II, для которой нормативное сопротивление R принимают равным наименьшему (с вероятностью 0,95) контролируемому значению напряжения, соответствующему 75% от временного сопротивления разрыву. Нормативные сопротивления арматуры приведены в табл. 3.4.

Расчетные сопротивления — результат деления нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности: по бетону при сжатии (растяжении) или по арматуре. Назначая эти коэффициенты, учитывают не только разброс значений прочности, но и другие факторы, влияющие на надежность конструкции, которые с трудом поддаются статистическому определению. Расчетные сопротивления бетона классов В50 ..В60 дополнительно умножают на коэффициенты, равные 0,90...0,95, учитывающие особенность высокопрочного бетона - его пониженную ползучесть. В табл. 3.5 приведены расчетные сопротивления тяжелого бетона, полученные подобным способом (с округлением).

В зависимости от класса арматуры принимают коэффициенты надежности по арматуре V, 1,05..1,20. Расчетные сопротивления арматуры R растяжению даны в табл. 3.6. При сжатии расчетные сопротивления арматуры в расчете но I группе предельных состояний (кроме класса А-IIIв) принимают равными расчетным сопротивлениям арматуры R при растяжении, но не более 400 МПа.

Таблица 3.5.

Таблица 3.6.

Таблица 3.7.

Таблица 3.8

Нормативные и расчётные сопротивления бетона

При проектировании нормативное сопротивление бетона принимается численно равным прочности бетона, соответствующей его классу.

Нормативное сопротивление бетонных призм осевому сжатию R_b,n(призменная прочность) определяется по нормативному значению кубиковой прочности с учетом зависимости, связывающей призменную и кубиковую прочность.

Нормативные сопротивления бетона осевому растяжению R_bt,nв случаях, когда прочность бетона на растяжение не контролируется, определяются по нормативному значению кубиковой прочности с учетом зависимости , связывающей прочность на растяжение с прочностью на сжатие.

Если же прочность бетона на растяжение контролируется непосредственным испытанием образцов на производстве, то нормативное сопротивление осевому растяжению принимается равным R_bt,n=R_bt,m(1-1,64ν) и характеризует класс бетона по прочности на растяжение.

Расчетные сопротивления бетона для предельных со­стояний первой группы R_b и R_bt определяют делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэф­фициенты надежности бетона при сжатии γ_bcили γ_bt при растяжении :R_{b =}R_b,n/γ_{bc ,} R_{bt =} R_bt,n/ γ_bt

Для тяжелого бетона γ_bс= 1,3; γ_bе=1,5. Эти коэффициенты учитывают возможность понижения фактической прочности по сравнению с нормативной вследствие отличия прочности бетона в реальных конструкциях от прочности в образцах и ряд других факторов, зависящих от условий изготовления и эксплуатации конструкций.

Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний 2-ой группы R_b,serи R_bt,_ser определяются при коэфффициентах надежности γ_bс = γ_bt=1, т.е. принимаются равными нормативным сопротивлениям. Это объясняется тем, что наступление предельных состояний II группы менее опасно, чем I группы, поскольку оно, как правило, не приводит к обрушению сооружений и их элементов. При расчете бетонных и железобетонных конструкций расчетные сопротивления бетона в необходимых случаях умножают на коэффициенты условий работы γ_bi, учитывающие: длительность действия и повторяе­мость нагрузки, условия изготовления, характер работы конструкции и т. п. Например, с целью учета сниже­ния прочности бетона, имеющего место при длительной нагрузке, вводят коэффициент γ_b2= 0,85...0,9, при учёте нагрузок малой длительности γ_b2 = 1,1

Нормативные и расчетные сопротивления арматуры. Нормативные сопротивления арматуры принимают равными наименьшим контролируемым значениям для стержневой арматуры, высокопрочной проволоки и арматурных канатов — пределу текучести, физическому (σ_y, или условному σ_0,02; для обыкновенной арматурной проволоки — напряжению, составляющему 0,75 от временного сопротивления разрыву, Значения нормативных сопротивлений R_sn принимают в соответствии с действующими стандартами на арматурные стали, как и для бетона, с надежностью 0,95 .Расчетные сопротивления арматуры растяжению R_s и R_s.ser для предельных состояний I и II группы определяются делением нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности по арматуре γ_s:R_s= R_sn / γ_s

Коэффициент надежности устанавливают, чтобы исключить возможность разрушения элементов в случае чрезмерного сближения R_s и R_sn Он учитывает изменчивость площади поперечного сечения стержней, раннее развитие пластических деформаций арматуры и т.п. Его значение для стержневой арматуры классов А-I, А-П составляет 1,05; классов А-III — 1,07...1,1; классов А-1V, А-V—1,15; классов А-VI —1,2; для проволочной арматуры классов Вр-I, В-I — 1,1; классов В-II, Вр-II, К-7, К-19— 1,2.

При расчете по предельным состояниям II группы значение коэффициента надежности для всех видов арматуры принято равным единице, т.е. расчетные сопротивления численно равны нормативным.

При назначении расчетных сопротивлений арматуры сжатию R_sc учитываются не только свойства стали, но и предельная сжимаемость бетона. Принимая ε _bcu=2*10^-3, модуль упругости стали E_s=2*10 ^-5 МПа, можно получить наибольшее напряжение, достигаемое в арматуре перед разрушением бетона из условия совместных деформаций бетона и арматуры σ _cs= ε _bcuE_s Согласно нормам расчетное сопротивление арматуры сжатию R_sv принимают равным R_s, если оно не превышает 400 МПа; для арматуры с более высоким значением R_s, расчетное сопротивление принимают 400 МПа (или 330 МПа при расчете в стадии обжатия). При длительном действии нагрузки ползучесть бетона приводит к повышению напряжения сжатия в арматуре. Поэтому если расчетное сопротивление бетона прини­мают с учетом коэффициента условий работы γ_b2=0,85...0,9 (т.е. с учетом продолжительного действия нагрузки), то допускается при соблюдении соответствующих конструктивных требований повышать значение R_зс до 450 МПа для сталей класса А- IV и до 500 МПа для сталей классов Ат-IV и выше.

При расчетах конструкций по I группе предельных состояний расчетные сопротивления арматуры в необходимых случаях умножаются на коэффициенты условий работы γ_si , учитывающие неравномерность распределения напряжений в сечении, наличие сварных соединений, многократное действие нагрузки и др. Например, работа высокопрочной арматуры при напряжениях выше условного предела текучести учитывается коэффициентом условий работы у₈б, величина которого зависит от класса арматуры и изменяется от 1,1 до 1,2