3.1.3 Характеристики прочности бетонов
Характеристики прочности бетона как конструкционного материала необходимы при выполнении расчетов на прочность как по 1-ой, так и по 2-ой группе предельных состояний.
В расчетах используют следующие виды характеристик прочности бетона:
- характеристики отпускной прочности бетона (для сборных конструкций без предварительного напряжения и для сборных конструкций с предварительным напряжением, если отпускная прочность выше передаточной);
- характеристики прочности бетона в установленном проектной документацией промежуточном возрасте (для монолитных конструкций при снятии несущей опалубки).
Прочность бетона в партии определяют по стандартным методикам на основе результатов испытаний образцов (согласно ГОСТ 10.180-90).
Методика включает в себя:
- конструкцию (форму и размеры) испытуемых образцов, а также их необходимое минимальное количество;
- средства контроля испытаний;
- испытательную аппаратуру;
- описание методов подготовки и проведения испытаний;
- обработку и оценку (анализ) полученных результатов.
Прочность бетона следует определять (согласно ГОСТ 10.180-90) с точностью до 0,1 МПа при испытаниях на сжатие и с точностью до 0,01 МПа при испытаниях на растяжение. Формулы для вычисления характеристик бетона при различных видах нагружения приведены в стандартах.
Для определения класса бетона по прочности на сжатие вначале определяют среднюю прочность бетона в партии (Rm) по формуле:
(1.1)
где Ri – единичное значение характеристики прочности бетона, МПа;
n – общее число испытанных образцов.
Полученное значение Rm непосредственно в расчетах не используют.
При проектировании железобетонных конструкций в зависимости от их вида и условий работы назначают классы и марки бетона. (см п.3.1.2)
При этом количественно класс бетона определяют как среднестатисти- ческое значение при температуре (20±2) 0С определенное с доверительной вероятностью 95%.
Согласно этому определению между классом бетона по прочности на осевое сжатие (В, МПа) и его характеристикой прочности в контрольной партии Rm, определенной по формуле (1.1.), принята следующая зависимость: B=Rm- χ σ (1.2)
где χ – коэффициент, характеризующий принятую при проектировании доверительную вероятность (при нормальном законе распределения величины и вероятности 95% величина χ =1,64);
σ – среднеквадратичное отклонение искомого показателя прочности в данной партии образцов.
Иногда величину «В» называют нормативной кубиковой прочностью бетона.
Класс бетона по прочности на осевое сжатие (В) (в дальнейшем класс – бетона) всегда указывают на рабочих чертежах железобетонной конструкции или элемента.
Выбор класса бетона для изготовления элементов железобетонных конструкций осуществляют в каждом конкретном случае на основании технико-экономических расчетов в зависимости от вида конструкции, способов ее изготовления, монтажа и условий эксплуатации. Согласно п.5.1.5 СП52-101-2003 и п.2.1.13 СП52-102-2004 для железобетонных конструкций следует применять класс бетона не ниже В10 (для ненапряженных конструкций) и не ниже В20 (для напряженных конструкций).
Кроме того, для предварительно напряженных конструкций класс бетона принимают с учетом вида и класса применяемой арматуры, о чем подробно будет сказано ниже.
Основными характеристиками сопротивления бетонов силовым воздей- ствиям являются нормативные сопротивления.
Нормативную призменную прочность (в дальнейшем – нормативную прочность бетона Rb,n) при сжатии определяют по формуле:
Rb,n = В(0,77-0,001В)≤0,72В, (1.3)
Нормативные значения сопротивления бетона сжатию рассчитывают по формуле (1.3) или принимают по табл.5.1. СП-52-101-2003. Нормативные значения сопротивления бетона осевому растяжению (Rbt,n) принимают в виде:
Rbt,n=Bt, (1.4)
При определении класса бетона по прочности на осевое растяжение доверительную вероятность принимают такой же (95%), как и при осевом сжатии. Значение Rbt,n для различных классов бетонов приведены также в табл.5.1. СП-52-101-2003.
Для расчета конкретных (фермы, балки и прочие) железобетонных конструкций и элементов используют не нормативные, а так называемые расчетные сопротивления.
Для расчетов железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы (прочность, устойчивость, выносливость) и второй группы (расчеты по раскрытию трещин и по деформациям) расчетные сопротивления бетонов (Rb, Rbt) вычисляют путем деления нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по бетону γb, γbt, принимаемые по нормативам (СП52-101-2003) равными:
Значения коэффициента надежности по бетону при сжатии γb принимают равными:
1,3 - для предельных состояний по несущей способности (первая группа);
1,0 - для предельных состояний по эксплуатационной пригодности (вторая группа).
Значения коэффициента надежности по бетону при растяжении γbt принимают равными:
1,5 - для предельных состояний по несущей способности (при назначении класса бетона по прочности на сжатие);
1,3 - для предельных состояний по несущей способности (при назначении класса бетона по прочности на осевое растяжение);
1,0 - для предельных состояний по эксплуатационной пригодности.
Подсчитанные (с учетом указанных коэффициентов) значения Rb и Rbt приведены в табл.5.2. и 5.3. (СП52-101-2003).
Кроме того, расчетные значения прочностных характеристик бетонов (Rb, Rbt) снижают (или повышают) путем умножения на коэффициенты условий работы γbi, учитывающие особенности работы бетона в конструкции (характер нагрузки, условия окружающей среды и т.д.):
- γb1 - для бетонных и железобетонных конструкции, вводимый к расчетным значениям сопротивлений Rb и Rbt и учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки (γb1 = 1,0 - при непродолжительном (кратковременном) действии нагрузки; γb1 = 0,9 при продолжительном (длительном) действии нагрузки;
- γb2 - для бетонных конструкций, вводимый к расчетным значениям сопротивления Rb и учитывающий характер разрушения таких конструкций; (γb2 = 0,9);
- γb3 - для бетонных и железобетонных конструкций, бетонируемых в вертикальном положении, вводимый к расчетному значению сопротивления бетона Rb; (γb3 = 0,9);
- γb4 - для бетонных и железобетонных конструкций, учитывающий влияние попеременного замораживания и оттаивания, а также отрицательных температур.