prosdo.ru
добавить свой файл
1
2) Нормирование частных коэфф в методе предельных состояний. При назначении частных коэфф безопасности метода предельных состояний () нормативные документы EN1990:2001 и ISO 3898 допускают два подхода: а) по соглашению специалистов основываясь на долговременном инженерном опыте проектирования и строительства объектов (метод экспертных оценок); б) по результатам статистического моделирования на базе эксперементальных данных и полевых наблюдений исходя из назначенной меры безопастности конструкции. Меру безопасности строительных конструкций в соответствии с EN1990:2001 и ISO 3898 принято выр4ажать в формальной вероятности разрушения (отказа) либо так называемого индекса надёжности связанных следующей зависимостью: , где Ф-функция Лапласа; - индекс надежности; - вероятность отказа конструкции. Нормы EN1990:2001 и ISO 3898 устанавливают 3 класса надежности стр конструкций, разделяемые в зависимости от последствий, вызываемых разрушением, присваивая каждому из классов свои значения индексов надежности. Исходя из назначенных индексов надежности выполняют колибровку (подбор) частных коэфф безопасности соотв принятому классу надежности для проектируемых конструкций. Для упрощения расчетной процедуры общую меру безопасности разделяют на две составляющие отнесенные соотв к эффектам от внешних воздействий и рассчетным значением предельных условий . Используя представленный метод калибровки могут быть получены соотв значения частных коэфф безопасности используемые в расчетных условиях метода предельных состояний для назначенного класса надежности конструкции. Как показывает анализ принятая в нормативных документах система частных коэфф безопасности позволяет производить расчет по первой группе предельных состояний конструкций относящихся в основном ко второму классу надежности согласно EN1990:2001 и ISO 3898. При расчетах по предельным состояниям второй группы используют нормативные значения характеристик свойств материала, принимая значения частных коэфф безопасности равными единице.


3) В соответствии с требованиями норм EN1990:2001, воздействия на элементы конструктивных систем классифицируют в зависимости от: 1) источника их происхождения: а) «прямые» воздействия или «нагрузка» - силы приложенные непосредственно к конструкциям и вызывающие в элементах напряжения и перемещения; б) непрямые» или «косвенные» воздействия - реактивные силы, вызванные перемещениями связей соединяющих конструктивные элементы; 2) изменения их величины во времени (продолжительности действия): а) постоянные воздействия (G); б) переменные (или временные) воздействия (Q); в) особые (аварийные) воздействия (А), вызванные, например, взрывным воздействием, или нагрузки от столкновения транспортных средств с частями зданий и сооружений;

3) изменения их положения в пространстве: а) стационарные (неподвижные) воздействия; б) нестационарные (подвижные) воздействия; 4) физической природы: статические и динамические. Нормативные и расчетные значения воздействий. Основными характеристиками постоянных и переменных воздействий (нагрузок), установленных в нормах EN1990:2001 , являются их нормативные значения. В соответствии с требованиями нормативные значения постоянных воздействий следует принимать пользуясь следующими правилами: 1) если изменчивость постоянного воздействия G во времени незначительна, в расчетах используют одно нормативное значение численно равное среднему значению Gm; 2) если изменчивость постоянного воздействия G значительна и ею нельзя пренебречь, в расчет вводится два нормативных значения и . Определение нормативных значений переменных воздействий связано с выявлением среднего периода времени t между превышениями назначенного уровня . Следует отметить, что для случая, когда не известен закон статистического распределения величины переменной нагрузки {Q}, в качестве нормативного допускается принимать ее номинальное значение. В соответствии с положениями, принятыми в СНБ 5.03.01 [1], нормативные значения переменных нагрузок следует принимать по СНиП 2.01.07 [3]. При этом в расчет принимают полные значения переменных (временных) нагрузок. Расчетные значения воздействий Fd определяют путем умножения их нормативного значения Fk на частный коэффициент безопасности по нагрузке yf.




что выражается для: постоянных нагрузок произведением



переменных нагрузок



особых нагрузок (если непосредственно Ad не установлено)



4) В соответствии с CНБ 5.03.01 расчёт конструкции по предельным состояниям выполняется при действии и сочетаний нагрузок:

- расчёт по первой группе предельных состояний на основное сочетание нагрузок

- расчёт по второй группе предельных состояний на действие частного сочетания (расчёт на образование и раскрытие трещин) и на действие практически постоянных сочетаний нагрузок (расчёт по прогибам). Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных воздействий для рассматриваемой стадии работы конструкции с учетом возможности появления различных схем приложения временных нагрузок или при отсутствии некоторых из них.

Основные сочетания нагрузок:

1. , где

- частный коэффициент безопасности для постоянных нагрузок,

- i-тая постоянная нагрузка;

- частный коэффициент безопасности для переменных нагрузок,

-j-тая переменная нагрузка;

- коэффициент сочетания переменной нагрузки,

2. , где

- частный коэффициент безопасности для переменных нагрузок, Нормативное (редкое) сочетание нагрузок:



Частное сочетание нагрузок:



Практически постоянное сочетание нагрузок:



5) Прочностные характеристики бетона и арматуры, как и большинства материалов, не являются постоянными величинами в пределах назначенных классов. Так, например, прочность бетона, изготовленного из одной исходной смеси, может изменяться в значительных пределах в зависимости от целого ряда технологических факторов, размера и формы изделия, условий и сроков твердения, характера приложения и длительности действия нагрузки. Для того, чтобы обеспечить требуемую надежность конструкции, необходимо для бетона или арматурной стали данного класса назначить такие величины расчетных сопротивлений, которые в подавляющем большинстве случаев были бы не ниже возможных фактических сопротивлений бетона и арматуры в конструкции. Для оценки прочностных характеристик бетона и арматуры, внесенных в методы расчета железобетонных конструкций используют вероятностный подход.

Изменчивость прочности бетона и арматуры принято характеризовать так называемыми кривыми распределения прочности, представляющими собой график, по оси абсцисс которого откладывают прочностную характеристику, а на оси ординат - частоту (количество) случаев появления того или иного значения прочностной характеристики На основании полученной кривой распределения могут быть выведены следующие обобщенные статистические характеристики: средняя прочность; дисперсия, определяющая рассеивание случайной величины относительного математического ожидания; среднеквадратичное отклонение (стандарт). Кривые распределения, полученные из опыта, носят эмпирический характер и не могут дать точной вероятности появления той или иной величины прочности материала. Для определения этих значений и используется закон нормального распределения Гаусса. Исходя из этого закона устанавливают нормативное значение прочности , которое бы отвечало некоторой заданной обеспеченности Р, определяющей относительное число случаев, при которых прочность материала окажется выше нормативной. Для определения нормативных прочностных характеристик материалов принимают значение обеспеченности не менее 0,95, обозначающее, что не менее чем в 95 случаях из 100 прочность материала будет выше нормативной. Кроме того, в силу неоднородности

бетона, наблюдаются отклонения в прочности, как по сечению, так и по длине конструкции. Учесть эти отклонения статистическим путем пока не представляется возможным. В связи с этим возможные отклонения прочности бетона в конструкции учитывают путем введения специальных частных коэффициентов безопасности по материалу большим единицы.

6) В соответствии с требованиями норм по проектированию железобетонных конструкций расчет бетонных и железобетонных конструкций по долговечности следует производить по обоснованным расчетным моделям из условия, что при заданных характеристиках конструкции и начальных показателях качества (размерах сечения, количестве арматуры и т.п.) и показателях качества бетона (прочностных, деформационных, морозостойкости и т.п.) продолжительность межремонтного периода и срока службы конструкции, здания и сооружения должны быть не менее установленных соответствующими нормами. Расчеты конструкций должны производиться с учетом влияния окружающей среды (климатических воздействий), а в необходимых случаях — с учетом воздействия пожара, технологических, температурных и влажностных воздействий и агрессивных химических сред. Требования пo долговечности бетонных и железобетонных конструкций обеспечиваются выполнением расчетных условий предельных состояний, а также конструктивными требованиями. Толщину защитного слоя бетона принимают из условий защиты арматуры от коррозии, воздействия огня и обеспечения ее совместной работы с бетоном. Минимальное расстояние между поверхностью стержней продольной арматуры и ближайшей поверхностью бетона элемента (защитный слой бетона) ограничивается величинами, указанными с учетом класса по условиям эксплуатации. Для сборных конструкций допускается размер защитного слоя бетона не меньше 20 мм. Для фундаментов следует принимать толщину защитного слоя бетона не менее: 1) при выполнении из монолитного железобетона: при отсутствии бетонной подготовки — 80 мм; при наличии бетонной подготовки — 45 мм; из сборного железобетона - 45 мм. Толщина защитного слоя бетона не должна быть менее: диаметра арматуры (если он не превышает 40 мм); максимального размера заполнителя (если он меньше 32 мм); максимального размера заполнителя плюс 5 мм (если он больше 32 мм). Толщину защитного слоя бетона поперечной и распределительной арматуры конструкций, работающих в условиях нормальной и слабоагрессивной среды, соответствующих классам ХО, ХС1, ХА1, следует принимать не менее 20 мм. При увеличении степени агрессивности среды на каждую ступень размер защитного слоя бетона следует дополнительно увеличивать на 5 мм.


7) Бетон, являясь искусственным композитным материалом, состоит одновременно из трех материальных фаз (твердой, жидкой и газообразной), образующихся на стадии протекания физико- химических процессов твердения минерального вяжущего вещества; в качестве которого традиционно применяются различные виды цемента. Прочность бетона, его деформативность, а также физические свойства (морозо- и жаростойкость, огнестойкость и тд) определяющим образом зависят от качества структуры, сформировавшейся в процессе твердения вяжущего, ее однородности,. наличия начальных дефектов и повреждений (микротрещин, различных типов структурных пор, состояния контактов между цементной матрицей и включениями в виде зерен заполнителя). Структура бетона содержит начальные дефекты и повреждения, определяющие в значительной мере его поведение под нагрузкой, а также при различных физических и механических воздействиях. Диаграмму деформирования (состояния) бетона, устанавливающую связь между напряжениями и продольными относительными деформациями бетона при кратковременном действии однократно приложенной нагрузки вплоть до установленных ее предельных значений, отвечающих разрушению бетон при однородном напряженном состоянии, следует рассматривать в качестве обобщенной характеристики механических свойств бетона. В силу специфических свойств бетона как материала, его диаграмма состоит из двух характерных участков, которые принято называть восходящей и нисходящей ветвями.


Восходящая ветвь описывает зависимость «напряжения-относительные деформации» до напряжений в вершине диаграммы, которые принято называть пределом кратковременной прочности бетона. Форму кривой, представляющей работу бетона на восходящей ветви диаграммы, можно получить с использованием стандартных методов на традиционных испытательных прессах. В этом случае производят равномерное наращивание усилия на прессе. Исследования нисходящей ветви диаграммы «напряжения-относительные деформации» представляет собой наиболее сложную и трудоемкую часть эксперимента, требует применения специального испытательного оборудования. Экспериментальные исследования показывают, что форма кривой, представляющей зависимость «напряжения-относительные деформации» существенно зависит от кратковременной прочности бетона. Учитывая различия в форме кривых, связывающих напряжения и относительные деформации для бетонов разной прочности, достаточно сложно подобрать единую математическую зависимость, пригодную для аппроксимации опытных данных. При выборе аналитического описания диаграммы деформирования пригодного для использования в инженерных расчетах конструкций, должны быть выполнены следующие требования: 1) возможность наиболее полного отображения через форму кривой деструктивных процессов в структуре бетона при действии напряжений; 2) сравнительная простота аналитической зависимости; 3) возможность простой перестройки диаграммы при учете различных дополнительных факторов. Поэтому полные диаграммы деформирования бетона, удовлетворяющие перечисленным требованиям, являются по сути идеализацией фактических зависимостей, связывающих напряжения и относительные деформации бетона при нагружении. При проектировании железобетонных конструкций используют условную полную идеализированную диаграмму деформирования бетона. Таким образом, для математического описания базовой диаграммы деформирования бетона при сжатии, необходимо иметь обоснованные значения следующих нормируемых параметрических точек: 1) величину напряжений f'c в пиковой точке диаграммы деформирования, соответствующих пределу кратковременной прочности бетона при осевом сжатии; 2) величину относительной продольной деформации, соответствующей напряжениям в пиковой точке диаграммы; 3) величину относительной продольной деформации, принятой в качестве предельной деформации бетона при сжатии, соответствующую назначенному уровню напряжения;4) величину модуля упругости бетона Ест.



9) Прочность на сжатие является важнейшим классификационным показателем, характеризующим технические свойства бетона, как строительного материала. Нормативные документы определяют прочность бетона на сжатие/., как максимальное сжимающее напряжение в бетоне при одноосном напряженном состоянии. Среднее значение прочности, получаемое по результатам испытании серии опытных образцов, обозначают fcm. Следующими величинами, непосредственно вытекающими из таким образом определенной средней прочности бетона на сжатие являются: 1) гарантированная прочность бетона, определяемая как прочность бетона на осевое сжатие, установленная с учетом статистической изменчивости в соответствии с требованиями действующих стандартов на кубах со стороной 15 см, гарантируемая предприятием производителем; 2) мера качества бетона, определяемая как класс по прочности на сжатие, соответствующая его гарантированной прочности и обозначаемая буквой С и числами, выражающими значения нормативного (характеристического) сопротивления и гарантированной прочности; 3) нормативное сопротивление бетона сжатию (fCk) - контролируемая прочностная характеристика бетона, определяемая с учетом статистической изменчивости; 4) расчетная прочность бетона или его расчетное сопротивление, которое определяют как величину, получаемую в результате деления нормативного сопротивления на коэффициент безопасности для бетона ус. При проектировании бетонных, железобетонных и предварительно напряженных конструкций нормы устанавливают следующие классы конструктивных бетонов по прочности на осевое сжатие: 1)для тяжелых, в том числе напрягающих: С8/10; C12/|S; С16/20; С20/25; С25/30; С30/37; C3S/45; С40/50;

2) для легких (при р > 1000 кг/м3): LC8/i0; LC12/1S; LC16/20; LC20/25; LC25/30; LC30/37; LC35/45; 3) для мелкозернистых группы А (естественного твердения или подвергнутые тепловой обработке при атмосферном давлении на песке с модулем крупности более 2,0): 4) для мелкозернистых группы Б (то же с модулем крупности 2,0 и менее):


Отметим, что параметрический ряд классов тяжелого и напрягающего бетонов содержит в нормах характеристики высокопрочных бетонов, к которым согласно определению, данному Международным комитетом по бетону (FIB) следует относить бетоны, имеющие цилиндрическую прочность на сжатие не менее 60 МПа и не более 130 МПа, полученные при использовании традиционных заполнителей и портландцементного вяжущего.

10) Прочностные характеристики бетона, как и большинства материалов, не являются постоянными величинами в пределах назначенных классов. Так, например, прочность бетона, изготовленного из одной исходной смеси, может изменяться в значительных пределах в зависимости от целого ряда технологических факторов, размера и формы изделия, условий и сроков твердения, характера приложения и длительности действия нагрузки. Для того, чтобы обеспечить требуемую надежность конструкции, необходимо для бетона данного класса назначить такие величины расчетных сопротивлений, которые в подавляющем большинстве случаев были бы не ниже возможных фактических сопротивлений бетона и арматуры в конструкции. Кривые распределения, полученные из опыта, носят эмпирический характер и не могут дать точной вероятности появления той или иной величины прочности материала. Для определения этих значений и используется закон нормального распределения Гаусса. Исходя из этого закона устанавливают нормативное значение прочности , которое бы отвечало некоторой заданной обеспеченности Р, определяющей относительное число случаев, при которых прочность материала окажется выше нормативной. Для определения нормативных прочностных характеристик материалов принимают значение обеспеченности не менее 0,95, обозначающее, что не менее чем в 95
случаях из 100 прочность материала будет выше нормативной. Кроме того, в силу неоднородности бетона, наблюдаются отклонения в прочности, как по сечению, так и по длине конструкции. Учесть эти отклонения статистическим путем пока не представляется возможным. В связи с этим возможные отклонения прочности бетона в конструкции учитывают путем введения специальных частных коэффициентов безопасности по материалу большим единицы. 1) гарантированная прочность бетона, определяется как прочность бетона на осевое сжатие, установленная с учетом статистической изменчивости в соответствии с требованиями действующих стандартов на кубах со стороной 15 см, гарантируемая предприятием производителем; 2) мера качества бетона, определяется как класс по прочности на сжатие, соответствующая его гарантированной прочности и обозначаемая буквой С и числами, выражающими значения нормативного (характеристического) сопротивления и гарантированной прочности; 3) нормативное сопротивление бетона сжатию (fCk) - контролируемая прочностная характеристика бетона, определяется с учетом статистической изменчивости; 4) расчетная прочность бетона или его расчетное сопротивление, которое определяют как величину, получаемую в результате деления нормативного сопротивления на коэффициент безопасности для бетона ус.

19) Для ненапрягаемой арматуры, применяемой в железобетонных конструкциях, зависимость, связывающую напряжения и относительные деформации, в общем случае следует принимать при расчете железобетонных конструкций в виде диаграммы «сигмаs-эпсилонs», приведенной на рис. 5.3а. Для арматуры, имеющей физический предел текучести, зависимость ««сигмаs-эпсилонs»,» допускается принимать с горизонтальным участком от относительных деформаций (рис. 5.36). Модуль упругости ненапрягаемой арматуры в интервале температур от минус 30°С до плюс 200°С следует принимать равным 200 кН/мм . Зависимость, связывающая напряжения и относительные деформации, для напрягаемой арматуры предварительно напряженных конструкций следует принимать в соответствии с диаграммой, приведенной на рис. 5.3а. Модуль деформаций для горячекатанной, термически упрочненной и холоднодеформированной арматуры следует принимать равным 200 кН/мм2, а для арматурных канатов -190 кН/мм2.



25) В В зависимости от положения нейтральной оси и, следовательно, очертания эпюры напряжений в сжатой зоне таврового или двутаврового сечения, принято рассматривать два расчетных случая, для которых расчетные схемы усилий показаны на рис. 6.23.


По уравнению определяем где будет находится нейтральная ось:1) при нейтральная ось находится в пределах полки, к расчету принимают прямоугольное сечение с размерами и по уравнениям находим высоту сжатой зоны и требуемое армирование


2) при принимают к расчету тавровое сечение и по уравнениям находят высоту сжатой зоны и требуемое армирование

28) Принимаем значение поперечной силы на опоре от действия основной комбинации нагрузок. Определяем рабочую высоту элемента: Поперечная сила, воспринимаемая железобетонным элементом без поперечного армирования находится по формуле: , где: ;. Подсчитав значения величин входящих в формулу находим . Это значение не должно быть меньше Далее сравниваем значения и если то поперечная сила может быть воспринята бетоном и поперечная арматура устанавливается конструктивно. Если условие не выполняется то требуется расчет поперечной арматуры.

31) Расчет по раскрытию трещин следует производить исходя из условия: . - предельно допустимая ширина раскрытия трещин принимаемая по СНБ 5.03.01. - расчетная ширина раскрытия трещин определяемая по формуле: где - коэфф учитывающий отношение расчетной ширины раскрытия трещин к средней; - среднее расстояние между трещинами определяемое по формуле: . - коэфф учитывающий условие сцепления арматуры с бетоном; - коэфф учитывающий вид напряженного деформированного состояния элемента; - эффективный коэфф армирования равный ; - эффективная площадь растянутой зоны сечения; - средние относительные деформации арматуры определяемые при соотв сочетании нагрузок определяемая по формуле: ; - коэфф учитывающий неравномерность распределения относительных деформаций; - относительные деформации арматуры в сечении с трещиной; - напряжения в крайнем растянутом стержне продольной арматуры в сечении с трещиной; z- расстояние между центрами тяжести жатого бетона и растянутой арматуры. Подсчитав все значения и подставив в начальную формулу получим расчетную ширину раскрытия трещины которую надо сравнить с предельно допустимой. И если расчетная ширина окажется больше надо принять меры по снижению этой величины или по её анулированию.