1. Проектные классы и марки бетона.

Являются показателями качества б. Класс по прочности на осевое сжатие – В 3,5…70 – временное сопротивление сжатию в МПа кубов с размером ребра 15 см, испытанных через 28сут хранения при tºС=20±2^оС по ГОСТ и с обеспеченностью 0,95. Основная хар-ка. Класс по прочности на осевое растяжение B_t 0,8…3,2 – временное сопротивление растяжению в МПа с учетом статистической изменчивости. Указывается, когда эта хар-ка имеет главенствующее значение и контролируется на производстве. Марка по морозостойкости F 25…500 – количество циклов поперечного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии, которое выдерживает образец до разрушения. Назначают для конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию (открытые конструкции, ограждающие конструкции и т. п.). Марка по водонепроницаемости W 2…12 – максимальное давление воды, при котором еще не наблюдается ее просачивания через образец. Число – количество выдерживаемых атмосфер или предельное давление воды в кг/см². Назначают для конструкций, к которым предъявляют требования ограниченной проницаемости (резервуары и т.п.). Марка по средней плотности D 800…2000 – указывается в кг/м³. Назначают для конструкций, к которым предъявляют кроме требований прочности требования теплоизоляции, и контролируют на производстве. Марка по самонапряжению S_p. Проектные классы и марки б. получают соответствующим подбором состава бетонной смеси с последующим испытанием контрольных образцов.

2. Полная диаграмма сжатия-растяжения бетона. Ветви диаграммы, координаты вершины. Определение модуля упругости бетона и секущего модуля деформаций.

Начальный модуль упругости при сжатии E_b соответствует лишь упругим деформациям, возникающим при мгновенном загружении: E_b=tgφ₀ (дается в СНиП). Модуль полных деформаций при сжатии E_b' соответствует полным деформациям и является величиной переменной: E_b'=tgφ. Для расчета пользуются средним модулем или модулем упругопластичности: E_b'=tgφ₁ (заменяет предыдущий). E_b'=E_b*υ_e, где υ_e-коэффициент упругости, υ_e=ε_e/ε_b, где ε_e-упругие деформации, ε_b-полные деформации.

4. Сцепление арматуры с бетоном. Факторы, обеспечивающие прочность сцепления. Определение длины зоны анкеровки. (1)

Сцепление – совокупность физических и механических явлений на контактной поверхности ар-ры и б., обеспечивающая их надежное соединение и совместную работу под нагрузкой. Факторы: клеящая способность цементного теста – адгезия 10%; трение на контактной поверхности б. и ар-ры при усадке б. 10-15%; сопротивление срезу и смятию на неровностях поверхности ар-ры 75-80%. Прочность сцепления ар-ры и б. оценивают сопротивлением выдергиванию или вдавливанию арматурных стержней, заанкерованных в б. Прочность сцепления возрастает с повышением класса б., уменьшением водоцементного отношения, с увеличением возраста б. Анкеровка – закрепление концов ар-ры в бетоне – достигается запуском ар-ры за рассматриваемое сечение на длину зоны передачи усилий с ар-ры на б., а также с помощью анкерных устройств. Ненапрягаемая арматура: гладкие стержни снабжены крюками 2,5d, в конструкциях на пористых заполнителях 5d, стержни периодического профиля заводят на длину зоны анкеровки l_an=(ω(R_s/R_b)+Δλ_an)d≥λ_and, где ω, Δλ_an, λ_an–коэффициенты для определения анкеровки ненапрягаемой ар-ры, R_s–расчетное сопротивление ар-ры; R_b–призменная прочность б.; d–диаметр ар-ры. На крайних свободных опорах изгибаемых элементов продольные растянутые стержни заводят для анкеровки за внутреннюю грань опоры (нижний рис.).

4. Сцепление арматуры с бетоном. Факторы, обеспечивающие прочность сцепления. Определение длины зоны анкеровки. (2)

5. Два случая разрушения железобетонной балки по нормальному сечению. Схема напряженного состояния сечения при разрушении. Условие, определяющее характер разрушение.

Стадия III разрушения. Уменьшается высота сжатой зоны б. В растянутой зоне б. не работает, только ар-ра. Эпюра напряжений в сжатой зоне: максимальная ордината напряжений б. перемещается ближе к середине с грани. В расчетах заменяется на прямоугольную. 1 случай - непереармированные сечения: пластичное (в растянутой арматуре достигается σ_yA_s, σ_0,2A_s, потом в сжатой зоне - R_b, б. выкалывается, конструкция разрушается) и хрупкое разрушение (в ар-ре и б. достигаются предельные напряжения σ_sA_s и R_b одновременно); 2 случай – переармированные сечения (в ар-ре предельное напряжение не достигается, разрушение происходит по сжатой части б., достигается R_b, разрушение внезапное).

6. Расчет прочности изгибаемых элементов прямоугольного профиля по нормальному сечению.

Одиночное армирование. R_sA_s=R_bA_b, R_sA_s=R_bbx

M≤R_bA_bz_b или M≤R_bbx(h₀-0,5x), M≤R_sA_s(h₀-0,5x)

Условие прочности ξ≤ξ_R=ω/(1+(R_s/σ_sc,u)(1-ω/1,1))-граничная относительная высота сжатой зоны б., ξ=x/h₀-относительная высота сжатой зоны б., если ξ>ξ_R, то применяется двойное армирование.

σ_sc,u-предельное напряжение в арматуре сжатой зоны б., ω-характеристика сжатой зоны б., R_s-расчетное сопротивление ар-ры растяжению, A_s-площадь сечения продольной ар-ры, R_b-расчетное сопротивление б. сжатию, A_b-площадь сжатой зоны б., h₀-рабочая высота сечения, x-высота сжатой зоны б., b-ширина сечения, M-изгибающий момент, z_b-расстояние от равнодействующей усилий в сжатой зоне б. до усилий в растянутой ар-ре.

7. Расчет прочности изгибаемых элементов таврового профиля по нормальному сечению.

Балка, приводимая к тавровому сечению: при h_f’≥0,1h, b_св=½c, b_св=1/6l; при h_f’<0,1h, b_св=6h_f’.

Балка таврового сечения: при h_f’≥0,1h, b_св=6h_f’, при 0,1h>h_f’>0,05h, b_св=3h_f’, при h_f’<0,05h, b_св=0.

Граница сжатой зоны проходит в ребре:

R_sA_s=R_bbx+R_b(b_f’-b)h_f’↔ξR_bbh₀+R_b(b_f’-b)h_f’,

M≤R_bbx(h₀-0,5x)+R_b(b_f’-b)h_f’(h₀-0,5h_f’)↔

α_mR_bbh₀²+R_b(b_f’-b)h_f’(h₀-0,5h_f’),

ξ≤ξ_R, R_s=σ_s, если ξ>ξ_R.

Граница сжатой зоны проходит в полке:

M≤R_bb_f’h_f’(h₀-0,5h_f’), R_sA_s=R_bb_f’h_f’, R_sA_s=R_bb_f’x,

M=R_bb_f’x(h₀-0,5x)↔α_mR_bb_f’h₀²,

M=R_sA_s(h₀-0,5x)↔R_sA_sh₀ς. R_s-расчетное сопротивление ар-ры растяжению, A_s-площадь сечения продольной ар-ры, R_b-расчетное сопротивление б. сжатию, A_b- площадь сжатой зоны б., h₀-рабочая высота сечения, x-высота сжатой зоны б., b-ширина сечения, M-изгибающий момент, b_f’ и h_f’-ширина и высота полки таврового сечения в сжатой зоне.

ξ_R=ω/(1+(R_s/σ_sc,u)(1-ω/1,1))-граничная относительная высота сжатой зоны б., ξ=x/h₀-относительная высота сжатой зоны б., σ_sc,u-предельное напряжение в арматуре сжатой зоны б., ω-характеристика сжатой зоны б.

8. Причины, вызывающие образование наклонных трещин в изгибаемых элементах. Схемы разрушения изгибаемых элементов по наклонным сечениям. Вид условий прочности по наклонной сжатой полосе и наклонной трещине.(1)

На приопорных участках изгибаемых элементов под воздействием поперечной силы Q и изгибающего момента M в сечениях, наклонных к оси, развивается напряженно-деформированное состояние. Главные растягивающие и главные сжимающие напряжения действуют под углом к оси. Если главные растягивающие напряжения σ_mt превысят сопротивление бетона растяжению R_bt, возникают наклонные трещины; тогда усилия передаются на ар-ру продольную, поперечную R_sw и отогнутую. При дальнейшем при увеличении нагрузки наклонные трещины раскрываются и в конечной стадии происходит разрушение элемента вследствие раздробления б. над вершиной наклонной трещины и развития напряжений в поперечных стержнях-хомутах до предельных значений; напряжения в продольной арматуре могут и не достигать предельных значений. Разрушение происходит вследствие одновременного действия на наклонное сечение поперечных сил и изгибающих моментов.

Расчет по наклонной трещине. Q≤Q_b+Q_sw+Q_s,inc, где: Q–поперечная сила от внешней нагрузки, расположенной по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения, Q_b–поперечная сила, воспринимаемая б. сжатой зоны, Q_sw–сила, воспринимаемая хомутами, Q_s,inc–сила, воспринимаемая отгибами.

Расчет по наклонной сжатой полосе. Q≤0,3φ_w1φ_b1R_bbh₀, где φ_w1-коэффициент, учитывающий влияние хомутов, φ_b1-коэффициент, R_b-расчетное сопротивление б. сжатию, b-ширина сечения, h₀ -рабочая высота сечения.

8. Причины, вызывающие образование наклонных трещин в изгибаемых элементах. Схемы разрушения изгибаемых элементов по наклонным сечениям. Вид условий прочности по наклонной сжатой полосе и наклонной трещине. (2)