Система нормативных документов в строительстве

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

СП 52-104-2006

Москва 2007

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона (НИИЖБ) - филиалом ФГУП «НИЦ «Строительство» Росстроя

2. РЕКОМЕНДОВАН к утверждению и применению конструкторской секцией НТС НИИЖБ 15 августа 2006 г.

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом и.о. генерального директора ФГУП «НИЦ «Строительство» от 3 октября 2006 г. № 143

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий Свод правил разработан в развитие СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

Свод правил содержит рекомендации по проектированию стале-фибробетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений из тяжелого или мелкозернистого бетона с предварительным напряжением и без предварительного напряжения стержневой арматуры, которые обеспечивают выполнение требований СНиП 52-01-2003.

Решение о применении Свода правил при проектировании сталефибробетонных конструкций конкретных зданий и сооружений относится к компетенции заказчика объекта или проектной организации. В случае применения настоящего Свода правил должны быть выполнены все установленные в нем требования.

Настоящий Свод правил следует применять совместно с СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» и СП 52-102-2004 «Предварительно напряженные железобетонные конструкции».

Единицы физических величин, приведенные в Своде правил, выражены: силы - в ньютонах (Н) или в килоньютонах (кН); линейные размеры - в мм (для сечений) или в м (для элементов или их участков); напряжения, сопротивления, модули упругости - в мегапаскалях (МПа); распределенные нагрузки и усилия - в кН/м или Н/мм.

Свод правил разработали кандидаты технических наук И.В. Волков, Э.М. Газин, мл. науч. сотр. В.В. Бабекин (НИИЖБ - филиал ФГУП «НИЦ «Строительство» Госстроя России).

Дата введения 2006-09-01

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий Свод правил (СП) распространяется на проектирование сталефибробетонны конструкций зданий и сооружений различногс назначения, предусмотренных СНиП 52-01-2003, выполняемых из тяжелого или мелкозернистогс бетона классов по прочности на сжатие от В20 до В60, армируемых стальной фибровой арматурой (фиброй), в том числе в сочетании ее стальной стержневой арматурой классов А, В и К по СНиП 52-01-2003.

Положения Свода правил распространяются на проектирование сталефибробетонных конструкций без предварительного и с предварительным натяжением (на упоры) стержневой арматуры и эксплуатируемых в климатических условиях России, в среде с неагрессивной степенью воздействия, при статическом действии нагрузки.

При проектировании сталефибробетонных конструкций гидротехнических сооружений, мостов, покрытий автомобильных дорог, аэродромов и других специальных сооружений следует соблюдать также требования соответствующих норм и рекомендации на проектирование этих видов конструкций и сооружений.

Рекомендации СП распространяются на проектирование сталефибробетонных конструкций, армируемых стальной фиброй, упомянутой в подразделе 5.2 настоящего СП и выпускаемой по Техническим условиям, приведенным в приложении Б.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем Своде правил использованы ссылки на следующие основные нормативные документы:

СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения

СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры

СП 52-102-2004 Предварительно напряженные железобетонные конструкции

ГОСТ 13015-2003 Изделия железобетонные и бетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения

ГОСТ 27751-88 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету.

Другие нормативные и рекомендательные документы, ссылки на которые использованы в настоящем СП, приведены в приложении Б.

3 ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящем Своде правил использованы основные термины и определения по СНиП 52-01-2003, СП 52-101-2003, СП 52-102-2004 и другим нормативным документам. Используемые термины и их определения в соответствии с документами, на которые имеются ссылки в тексте, приведены в приложении В.

4 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

4.1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1.1 Сталефибробетон является разновидностью дисперсно-армированного железобетона (СНиП 52-01-2003, приложении Б.) и изготавливается из тяжелого или мелкозернистого бетона (бетон-матрица), в котором в качестве арматуры используются стальные фибры, дисперсно и равномерно распределенные по объему бетона. Совместная работа бетона и стальных фибр обеспечивается сцеплением по их поверхности, анкеровкой фибры в бетоне за счет ее периодического профиля, кривизны в продольном и поперечном направлениях, а также наличием анкеров на концах фибр.

4.1.2 Сталефибробетонные конструкции по виду армирования рассматриваются как:

фибробетонные - при расчетном армировании только фибрами, равномерно распределенными по объему элемента;

комбинированно армированные - при их расчетном совместном армировании стальными фибрами и стальной стержневой арматурой.

4.1.3 Сталефибробетонные конструкции должны быть обеспечены с требуемой надежноетью от возникновения всех видов предельных состояний расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и конструированием согласно указаниям СНиП 52-01-2003 и настоящего СП. При этом должны быть учтены технологические требования по изготовлению конструкций, соблюдены требования по эксплуатации зданий и сооружений, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.

Применение сталефибробетонных конструкций в средах с агрессивным воздействием на конструкции из бетона и железобетона допускается при выполнении требований, установленных СНиП 2.03.11-85 и настоящим СП.

Выбор конструктивных решений сталефибробетонных конструкций следует производить исходя из технико-экономической целесообразности применения таких конструкций в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения их материало- тру-до- энергоемкости и стоимости, с учетом повышения долговечности и увеличения межремонтного ресурса конструкций.

Сталефибробетон рекомендуется применять для изготовления конструкций, в которых наиболее эффективно могут быть использованы следующие его технические преимущества по сравнению с традиционным бетоном и железобетоном:

- повышенные трещиностойкость, ударная прочность, вязкость разрушения, износостойкость, морозостойкость, сопротивление кавитации;

- пониженные усадка и ползучесть;

возможность использования технологически более эффективных конструктивных решений, чем при традиционном стержневом армировании, например, тонкостенных конструкций, конструкций без стержневой распределительной, косвенной или поперечной арматуры;

- пониженные трудозатраты на арматурные работы;

- повышение степени механизации и автоматизации производства конструкций, например, в сборных тонкостенных оболочках, складках, ребристых плитах покрытий и перекрытий, сборных колоннах, балках, монолитных днищах и стенах емкостных сооружений, дорожных и аэродромных покрытиях; монолитных плитах основания пола промышленных и общественных зданий;

возможность применения новых, более производительных приемов формования армированных конструкций, например, торкретирование, погиб свежеотформованных листовых изделий, роликовое прессование и др.

4.1.7 При выборе конструктивных решений сталефибробетонных конструкций следует учитывать методы их изготовления, монтажа и условия эксплуатации. Форму и размеры сечений элементов следует принимать исходя из наиболее полного учета свойств сталефибробетона, возможности заводского механизированного и автоматизированного изготовления, удобства транспортирования и монтажа элементов и конструкций.

4.1.8 Сталефибробетонные конструкции могут изготавливаться различными технологическими приемами: предварительным приготовлением смеси в заводских условиях или в бетоносмесителях на строительном объекте, уплотнением с помощью вибрирования и вакуумирования, роликовым формованием и прессованием, торкретированием и центрифугированием.

4.1.9 При проектировании сталефибробетонных конструкций следует руководствоваться общими положениями и соблюдать расчетные требования СНиП 52-01-2003, СНиП 2.03.11-85 и настоящего СП.

4.1.10 Сталефибробетон без комбинированного армирования (фибробетон, см. п.4.1.2) рекомендуется применять в элементах конструкций:

работающих преимущественно на ударные нагрузки, смятие, истирание, воздействие кавитации;

работающих преимущественно на сжатие при расположении продольной сжимающей силы в пределах поперечного сечения элемента;

в остальных случаях работающих на сжатие, при расположении продольной сжимающей силы за пределами поперечного сечения элемента, а также работающих на изгиб, когда их разрушение не представляет непосредственной опасности для жизни людей, исправности и сохранности оборудования, т.е. в случаях экономической ответственности конструкций при целесообразности фибрового армирования.

4.1.11 В конструкциях и элементах, подверженных действию крутящих моментов, рекомендуется применять только сталефибробетонные элементы с комбинированным армированием (см. п.4.1.2).

4.1.12 Расчет сталефибробетонных конструкций по предельным состояниям выполняют по аналогии с расчетом железобетонных и армо-цементных конструкций с учетом расчетных характеристик сталефибробетона в соответствии с положениями разделов 4-7 настоящего СП.

По показателям прочности для бетона-матрицы приняты классы бетона в соответствии со СНиП 52-01-2003.

4.1.13 Статический расчет сталефибробетонных конструкций в виде оболочек и складок следует выполнять как тонкостенных пространственных конструкций.

4.1.14 Сталефибробетонные комбинированно армированные конструкции с предварительным напряжением стержневой арматуры следует проектировать в соответствии с требованиями СНиП 52-01-2003, СП 52-102-2004 и дополнительными указаниями настоящего СП.

4.1.15 При расчете сталефибробетонных конструкций среднюю плотность сталефибробетона допускается принимать равной:

- 2500 кг/м³ для тяжелого бетона-матрицы;

- 2400 кг/м³ для мелкозернистого бетона-матрицы.

При необходимости может приниматься более точное значение плотности сталефибробетона, определяемое с учетом указаний 4.1.17 и 5.1.1 настоящего СП.

4.1.16 Содержание фибровой арматуры (расход фибры) в единице объема сталефибробетона определяется расчетом в соответствии с требованиями к его физико-механическим свойствам, назначаемым из условий применения и требований настоящего СП.

4.1.17 В рабочих чертежах конструкций из сталефибробетона в случае необходимости, кроме маркировки фибры и ее требуемого содержания (расхода фибры) в 1 м³ сталефибробетонной смеси, приводятся требования к технологическим приемам изготовления, обеспечивающим требуемые свойства сталефибробетона.

4.2 ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

4.2.1 Расчеты сталефибробетонных конструкций следует производить в соответствии с требованиями пп. 6.1.1 - 6.1.10 СНиП 52-01-2003 по предельным состояниям, включающим:

- предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности);

- предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформаций и др.).

Расчеты по предельным состояниям первой группы, содержащиеся в настоящем СП, включают расчеты по прочности, по предельным усилиям.

Расчеты по предельным состояниям второй группы, содержащиеся в настоящем СП, включают расчеты по раскрытию трещин и по деформациям.

4.2.2 Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов следует, как правило, производить для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации; при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям.

4.2.3 Расчеты сталефибробетонных конструкций необходимо, как правило, производить с учетом возможного образования трещин и неупругих деформаций в бетоне и арматуре.

Определение усилий и деформаций от различных воздействий в конструкциях и в образуемых ими системах зданий и сооружений следует производить по методам строительной механики, как правило, с учетом физической и геометрической нелинейности работы конструкций.

4.2.4 При проектировании сталефибробетонных конструкций надежность конструкций устанавливают расчетом путем использования расчетных значений нагрузок и воздействий, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности зданий и сооружений.

Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетаний, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) принимают согласно СНиП 2.01.07-85.

4.2.5 При расчете элементов сборных сталефибробетонных конструкций на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от массы элементов следует принимать с коэффициентом динамичности, равным: 1,60 - при транспортировании, 1,40 - при подъеме и монтаже. Допускается принимать более низкие, обоснованные в установленном порядке значения коэффициентов динамичности, но не ниже 1,25.

4.2.6 При расчете по прочности сталефибробетонных элементов конструкций на действие сжимающей продольной силы следует учитывать случайный эксцентриситет е₀, принимаемый не менее:

- 1/600 длины элемента или расстояния между его сечениями, закрепленными от смещения;

- 1/30 высоты сечения;

- 10 мм.

Для элементов статически неопределимых конструкций значение эксцентриситета продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения е₀ принимают равным значению эксцентриситета, полученного из статического расчета, но не менее е₀.

Для элементов статически определимых конструкций эксцентриситет е₀ принимают равным сумме эксцентриситетов - из статического расчета конструкций и случайного.

4.2.7 К трещиностойкости сталефибробетонных конструкций предъявляют требования соответствующих категорий в зависимости от условий, в которых они работают, и от вида применяемой арматуры:

первая категория - не допускается образование трещин;

вторая категория - допускается ограниченное по ширине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин.

4.2.8 Категории требований к трещиностойкости сталефибробетонных конструкций в зависимости от условий их работы и вида арматуры, а также величины предельно допустимой ширины раскрытия трещин приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

5 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

5.1 БЕТОН (МАТРИЦА)

Показатели качества бетона и их применение при проектировании

5.1.1 Для сталефибробетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего СП, следует предусматривать конструкционный тяжелый бетон средней плотности от 2200 кг/м³ до 2500 кг/м³ включительно или мелкозернистый бетон средней плотности не менее 2200 кг/м³, соответствующие ГОСТ 26633-91.

5.1.2 Основными показателями качества бетона-матрицы, устанавливаемыми при проектировании, являются:

класс бетона-матрицы по прочности на сжатие В:

класс по прочности на осевое растяжение В_; (назначают в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и ее контролируют на производстве);

марка по морозостойкости F (назначают для конструкций, подвергаемых действию попеременного замораживания и оттаивания);

марка по водонепроницаемости W (назначают для конструкций, к которым предъявляют требования ограничения водопроницаемости).

Классы бетона-матрицы по прочности на сжатие В и осевое растяжение В, отвечают значению гарантированной прочности бетона-матрицы, МПа, с обеспеченностью 0,95.

5.1.3 Для сталефибробетонных конструкций следует предусматривать бетоны-матрицы следующих классов и марок:

классов по прочности на сжатие:

В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;

классов по прочности на осевое растяжение:

В_t0,8; В_t 1,2; В_t 1,6; В_t2,0; В_t 2,4; В_t 2,8; В_t3,2;

марок по морозостойкости:

F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500;

марок по водонепроницаемости:

W2; W4; W6; W8; W10; W12.

Допускается применение бетона-матрицы более высоких классов и марок, предусмотренных СНиП 52-01-2003, при соответствующем обосновании.

5.1.4 Возраст сталефибробетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие (проектный возраст), назначают при проектировании исходя из возможных реальных сроков загружения конструкций проектными нагрузками. При отсутствии этих данных класс бетона-матрицы устанавливают в возрасте 28 сут.

Значение отпускной прочности бетона-матрицы или сталефибробетона в элементах сборных конструкций следует назначать в соответствии с ГОСТ 13015-2003 и стандартами на конструкции конкретных видов.

5.1.5 Для сталефибробетонных конструкций рекомендуется, как правило, применять бетонматрицу класса по прочности на сжатие не ниже В20. Применение бетона-матрицы более низкого класса должно быть обосновано.

5.1.6 Марку сталефибробетона по морозостойкости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха в холодный период от минус 5°С до минус 40 °С принимают марку бетона-матрицы по морозостойкости не ниже F75, а при расчетной температуре наружного воздуха выше минус 5°С в указанных выше конструкциях марку бетона-матрицы по морозостойкости не нормируют.

В остальных случаях требуемые марки бетона-матрицы по морозостойкости устанавливают в зависимости от назначения конструкций и условий окружающей среды согласно другим нормативным документам.

5.1.7 Марку сталефибробетона по водонепроницаемости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха выше минус 40°С, а также для наружных стен отапливаемых зданий марку бетона-матрицы по водонепроницаемости не нормируют.

В остальных случаях требуемые марки бетона-матрицы по водонепроницаемости устанавливают по специальным указаниям.

Нормативные и расчетные значения характеристик бетона (матрицы)

Нормативные значения прочностных характеристик бетона-матрицы

5.1.8 Основными прочностными характеристиками бетона-матрицы являются нормативные значения:

- сопротивления осевому сжатию R_b,n;

- сопротивления осевому растяжению R_bt,n.

Нормативные значения сопротивления бетона-матрицы осевому сжатию и осевому растяжению (при назначении класса бетона-матрицы по прочности на сжатие) принимают в зависимости от класса бетона-матрицы по прочности на сжатие В согласно таблице 5.1.

При назначении класса бетона-матрицы по прочности на осевое растяжение В_t, нормативные значения сопротивления бетона-матрицы осевому растяжению R_bt,n  принимают равными числовой характеристике класса бетона-матрицы на осевое растяжение.

Расчетные значения прочностных характеристик бетона-матрицы

5.1.9 Расчетные значения сопротивления бетона-матрицы осевому сжатию R_b и осевому растяжению R_bt определяют по формулам:

Значения коэффициента надежности по бетону-матрице при сжатии γ_b 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-матрице при растяжении γ_bt принимают равными:

1,5 - для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бетона-матрицы по прочности на сжатие;

1,3 - для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бетона-матрицы по прочности на осевое растяжение;

1,0 - для предельных состояний по эксплуатационной пригодности.

Расчетные значения сопротивления бетона-матрицы R_b, R_br R_b,ser R_bt,ser (с округлением) в зависимости от класса бетона-матрицы по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены: для предельных состояний первой группы - соответственно в таблицах 5.2 и 5.3, второй группы - в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Таблица 5.2

Таблица 5.3

5.1.10 В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетона-матрицы умножают на следующие коэффициенты условий работы γ_bi, учитывающие особенности работы бетона-матрицы в конструкции (характер нагрузки, условия окружающей среды и т.д.):

γ_b1 - для сталефибробетонных конструкций, вводимый к расчетным значениям сопротивлений R_b и R_bt и учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки:

γ_b1 = 1,0 - при непродолжительном (кратковременном) действии нагрузки;

γ_b1 =0,9 - при продолжительном (длительном) действии нагрузки;

γ_b3 - для сталефибробетонных конструкций, бетонируемых в вертикальном положении при высоте слоя бетонирования свыше 1,5 м, вводимый к расчетному значению сопротивления бетона R_b, γ_b3 = 0,85.

Влияние попеременного замораживания и оттаивания, а также отрицательных температур учитывают коэффициентом условий работы бетона γ_b4i ≤ 1,0. Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период минус 40°С и выше, принимают коэффициент γ_b4 = 1.0.

В остальных случаях значения коэффициента принимают в зависимости от назначения конструкции и условий окружающей среды.

Деформационные характеристики бетона-матрицы

5.1.11 Основными деформационными характеристиками бетона-матрицы являются значения:

- предельных относительных деформаций бетона-матрицы при осевом сжатии и растяжении (при однородном напряженном состоянии бетона-матрицы) – ε_b0 и ε_bt0.

- начального модуля упругости E_b;

- коэффициента (характеристики) ползучести φ_b,cr;

- коэффициента поперечной деформации бетона-матрицы (коэффициента Пуассона) ν_b,p;

- коэффициента линейной температурной деформации бетона-матрицы α_br.

5.1.12 Значения предельных относительных деформаций бетона-матрицы принимают равными:

при непродолжительном действии нагрузки

ε_b0 = 0,003 - при осевом сжатии;

ε_b0 = 0,00015 - при осевом растяжении;

при продолжительном действии нагрузки - по таблице 5.6 в зависимости от относительной влажности окружающей среды.

5.1.13 Значения начального модуля упругости бетона-матрицы при сжатии и растяжении принимают в зависимости от класса бетона-матрицы по прочности на сжатие В согласно таблице 5.4.

При продолжительном действии нагрузки значения начального модуля деформаций бетона-матрицы определяют по формуле:

где φ_b,cr - коэффициент ползучести, принимаемый согласно п. 5.1.14.

5.1.14 Значения коэффициента ползучести бетона-матрицы принимают в зависимости от условий окружающей среды (относительной влажности воздуха) и класса бетона. Значения коэффициента ползучести бетона-матрицы приведены в таблице 5.5 настоящего СП.

5.1.15 Значение коэффициента поперечной деформации бетона-матрицы допускается принимать ν_b,P - 0,2.

Значение коэффициента линейной температурной деформации бетона-матрицы при изменении температуры от минус 40°С до плюс 50 °С принимают α_bt = 1 10^-5 °С.

Таблица 5.4

Таблица 5.5

Таблица 5.6

5.1.17 При необходимости в расчетах характеристики бетона-матрицы E_b, E_bτ и α_bt могут заменяться соответствующими характеристиками сталефибробетона, определяемыми по следующим формулам.

Начальный модуль упругости сталефибробетона E_fb определяется по формуле:

Значения коэффициента линейной температурной деформации сталефибробетона α_fbt определяется по формуле:

где α_ft - коэффициент линейной температурной деформации стали, принимаемый равным 0,000012 при температуре в диапазоне от минус 40°С до плюс 50°С.

В формулах (5.4) и (5.5) и μ_fν - коэффициент фибрового армирования по объему.

5.2 АРМАТУРА

Показатели качества арматуры

5.2.1 Для фибрового армирования сталефибробетонных конструкций принимается стальная фибра:

- фрезерованная из слябов, выпускаемая по ТУ 0882-193-46854090;

- резанная из стального листа, выпускаемая по ТУ 0991-123-53832025;

- рубленная из проволоки, выпускаемая по ТУ 1211-205-46854090.

5.2.2 Процент фибрового армирования по объему μ_fν, (содержание фибры в 1 м³ сталефибробетонной смеси) указывается в проектной документации на изделие, конструкцию или сооружение.

5.2.3 Стержневая арматура для комбинированного армирования сталефибробетонных конструкций, а также закладные детали принимаются в соответствии с рекомендациями пп. 5.2.1 - 5.2.12 СП 52-101-2003 и разделов 2.2.1 - 2.2.2 СП 52-102-2004.

Нормативные и расчетные значения характеристик фибровой арматуры (фибры)

Нормативные значения прочностных характеристик фибры

Основной прочностной характеристикой фибры является нормативное значение сопротивления растяжению R_f,n, принимаемое в зависимости от вида фибровой арматуры по таблице 5.7.

Указанная контролируемая характеристика фибры принимается в соответствии с вышеуказанными ТУ и гарантируется с вероятностью 0,95.

Расчетные значения прочностных характеристик фибры

5.2.4 Расчетное сопротивление фибры растяжению для предельных состояний первой группы R_f, определяется путем деления нормативного сопротивления на коэффициент надежности по фибровой арматуре γ_f, приведенный в таблице 5.7.

5.2.5 Модуль упругости стальной фибровой арматуры Е_f, принимается равным:

2,0·10⁵ МПа - для фибры фрезерованной из слябов, выпускаемой по ТУ 0882-193-46854090;

2,1·10⁵ МПа - для фибры резаной из стального листа, выпускаемой по ТУ 0991-123-53832025;

1,9·10⁵ МПа - для фибры рубленой из проволоки, выпускаемой по ТУ 1211-205-46854090.

5.2.6 При комбинированном армировании (см. пп. 4.1.2; 5.2.3) нормативные и расчетные сопротивления растяжению и сжатию стержневой арматуры, коэффициенты условий работы и модули упругости этой арматуры принимают согласно СП 52-101-2003 и СП 52-102-2004.

Предварительные напряжения стержневой арматуры при комбинированном армировании.

5.2.7 Предварительные напряжения стержневой арматуры σ_sp принимают не более 0,9R_s,n для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры и не более 0,8R_s,n для холоднодеформированной арматуры и арматурных канатов.

Таблица 5.7

5.2.8 При расчете предварительно напряженных конструкций следует учитывать снижение предварительных напряжений в стержневой арматуре вследствие потерь предварительного напряжения до передачи усилий натяжения на сталефибробетон (первые потери) и после передачи усилия натяжения на сталефибробетон (вторые потери).

Первые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации предварительных напряжений в арматуре, от температурного перепада при термической обработке конструкций, от деформации анкеров и деформации формы (упоров).

Вторые потери предварительного напряжения включают потери от усадки и ползучести сталефибробетона.

5.2.9 Потери от релаксации напряжений арматуры Δσ_spl определяют по формулам:

для арматуры классов А600-А1000 при способе натяжения:

для арматуры классов Вр1200-Вр1500, К1400, К1500 при способе натяжения:

Здесь σ_sp принимается без потерь в МПа.

При отрицательных значениях Δσ_spl , принимают Δσ_spl = 0.

При наличии более точных данных о релаксации арматуры допускается принимать иные значения потерь от релаксации.

5.2.10 Потери Δσ_sp2 от температурного перепада Δt,°С, определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения при нагреве бетона, принимают равными:

При отсутствии точных данных по температурному перепаду допускается принимать Δt =65°С.

При наличии более точных данных о температурной обработке конструкции допускается принимать иные значения потерь от температурного перепада.

5.2.11 Потери от деформации стальной формы (упоров) Δσ_sp3 при неодновременном натяжении арматуры на форму определяют по формуле:

где n - число стержней (групп стержней), натягиваемых не одновременно;

Δl - сближение упоров по линии действия усилия натяжения арматуры, определяемое из расчета деформации формы;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных о конструкции формы и технологии изготовления допускается принимать Δσ_sp3 = 30 МПа.

При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформации формы не учитываются.

5.2.12 Потери от деформации анкеров натяжных устройств Δσ_sp4  определяют по формуле:

где Δl - обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных допускается принимать Δl = 2 мм.

При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформации анкеров не учитывают.

5.2.13 Потери от усадки сталефибробетона Δσ_sp5 определяют по формуле:

где ε_fb,sh - деформации усадки сталефибробетона, значения которых можно приближенно принимать в зависимости от класса бетона-матрицы равными:

0,0002 - для бетона-матрицы классов В35 и ниже;

0,00025 - для бетона-матрицы класса В40;

0,0003 - для бетона-матрицы классов В45 и выше.

Допускается потери от усадки сталефибробетона определять более точными методами.

5.2.14 Потери от ползучести сталефибробетона Δσ_sp6 определяют по формуле:

где φ_b,cr - коэффициент ползучести бетона-матрицы, принимаемый согласно п. 5.1.14 настоящего СП;

σ_fbpj - напряжения в сталефибробетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой j-й группы стержней напрягаемой арматуры;

е_ор - эксцентриситет усилия P₍₁₎ относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента;

γ_sj - расстояние между центрами тяжести сечения рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента;

A_red, I_red - соответственно площадь приведенного сечения элемента и ее момент инерции относительно центра тяжести приведенного сечения;

μ_spj - коэффициент армирования, равный А_spj/А, где и А и А_spj - площади поперечного сечения соответственно элемента и рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры.

При этом значения потерь предварительного напряжения от ползучести сталефибробетона Δσ_sp6 принимают определенными по формуле (5.14) настоящего СП с умножением на понижающий коэффициент, учитывающий влияние фибрового армирования и принимаемый равным:

0,95 - при 0,005 < μ_fν < 0,007;

0,90 - при 0,007 < μ_fν < 0,01;

0,85 -  при μ_fν > 0,01.

Допускается потери от ползучести сталефибробетона определять более точными методами.

Напряжения σ_fbpj определяют по правилам расчета упругих материалов, принимая приведенное сечение элемента, включающее площади сечения сталефибробетона и всей продольной арматуры (напрягаемой и ненапрягаемой) с коэффициентом приведения арматуры к сталефибробетону , согласно п. 5.2.16.

5.2.15 Полные значения первых потерь предварительного напряжения арматуры (по пп. 5.2.9 - 5.2.12) определяют по формуле:

где i - номер потерь предварительного напряжения.

Усилие предварительного обжатия сталефибробетона с учетом первых потерь равно:

где А_spj и σ_sp(1)j - соответственно площадь сечения j-й группы стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента и предварительное напряжение в группе с учетом первых потерь, равное

Здесь σ_bpj - начальное предварительное напряжение рассматриваемой группы стержней арматуры.

Полные значения первых и вторых потерь предварительного напряжения арматуры (по пп. 5.2.9 - 5.2.14) определяют по формуле:

Усилие в напрягаемой арматуре с учетом полных потерь равно:

где

При проектировании конструкций полные суммарные потери σ_sp(2)j следует принимать не менее 100 МПа.

При определении усилия предварительного обжатия сталефибробетона Р с учетом полных потерь напряжений следует учитывать сжимающие напряжения в ненапрягаемой арматуре, численно равные сумме потерь от усадки и ползучести сталефибробетона на уровне этой арматуры.

5.2.16 Предварительные напряжения в сталефибробетоне σ_fbp при передаче усилия предварительного обжатия Р₍₁₎, определяемого с учетом первых потерь, не должны превышать:

если напряжения уменьшаются или не изменяются при действии внешних нагрузок - 0,9R_fbp;

если напряжения увеличиваются при действии внешних нагрузок - 0,7R_fbp.

Напряжения в сталефибробетоне σ_fbp определяют по формуле:

где P_(l) - усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь;

М - изгибающий момент от внешней нагрузки, действующий в стадии обжатия (собственный вес элемента);

е_op - эксцентриситет усилия P₍₁₎ относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента;

y - расстояние от центра тяжести сечения до рассматриваемого волокна.

5.2.17 Длину зоны передачи предварительного напряжения на сталефибробетон для арматуры без дополнительных анкерующих устройств определяют по формуле:

но она должна быть не менее 10d_s и 200 мм, а для арматурных канатов - не менее 300 мм. В формуле (5.20):

σ_sp - предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом первых потерь (см.п. 5.2.15);

R_bond - сопротивление сцепления напрягаемой арматуры со сталефибробетоном, отвечающее передаточной прочности сталефибробетона и определяемое согласно указаниям п. 8.3.25;

A_s, u_s - соответственно площадь и периметр стержня арматуры.

Передачу предварительного напряжения с арматуры на сталефибробетон рекомендуется осуществлять плавно.

6 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ ПЕРВОЙ ГРУППЫ

6.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

6.1.1 Сталефибробетонные элементы рассчитывают по прочности на действие изгибающих моментов, продольных и поперечных сил, крутящих моментов и на местное действие нагрузки (местное сжатие, продавливание).

6.1.2 При расчете сталефибробетонных конструкций по прочности они рассматриваются как железобетонные с фибровой арматурой, равномерно распределенной по всему объему (сечению).

6.1.3 Расчет по прочности сталефибробетонных конструкций производится по предельным усилиям с учетом вида армирования - фибрового или комбинированного (см. п. 4.1.2).

6.1.4 Расчет предварительно напряженных элементов производят для стадии эксплуатации на действие изгибающих моментов и поперечных сил от внешних нагрузок и для стадии предварительного обжатия на действие усилий от предварительного натяжения арматуры и усилий от внешних нагрузок, действующих в стадии обжатия.

6.1.5 Расчет преднапряженных сталефибробетонных элементов в стадии обжатия производят как при внецентренном сжатии усилием предварительного обжатия в предельном состоянии согласно п. 6.3.2.

6.1.6 При расчете предварительно напряженных сталефибробетонных элементов по прочности следует учитывать возможные отклонения предварительного напряжения, определяемого согласно п. 5.2.15 путем умножения значений σ_spj (или усилия обжатия Р_j) для рассматриваемого j-го стержня или группы стержней напрягаемой арматуры на коэффициент γ_sp.

Значения коэффициента γ_sp принимают равными:

0,9 - при благоприятном влиянии предварительного напряжения;

1,1 - при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения.

6.2 РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ДЕЙСТВИЕ ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ И ПРОДОЛЬНЫХ СИЛ

Общие положения

6.2.1 Расчет по прочности сталефибробетонных элементов при действии изгибающих моментов и продольных сил (внецентренное сжатие или растяжение) следует производить для сечений, нормальных к их продольной оси.

Расчет по прочности нормальных сечений сталефибробетонных элементов следует производить на основе предельных усилий.

Расчет по прочности сталефибробетонных элементов на действие крутящих моментов допускается производить для сталефибробетонных элементов с комбинированным армированием на основе положений и по аналогии с расчетом железобетонных элементов по пп. 6.2.36 - 6.2.41 СП 52-101-2003.

6.2.2 При расчете внецентренно сжатых сталефибробетонных элементов следует учитывать влияние прогиба на их несущую способность, как правило, путем расчета конструкций по деформированной схеме.

Допускается производить расчет конструкций по недеформированной схеме, учитывая при гибкости -  > 14 влияние прогиба элемента на его прочность, путем умножения начального эксцентриситета e₀ на коэффициент η, определяемый согласно п. 6.2.26.

6.2.3 Для сталефибробетонных элементов, у которых предельное усилие по прочности оказывается меньше предельного усилия по образованию трещин (п. 7.2.6), площадь сечения продольной арматуры должна быть увеличена по сравнению с требуемой из расчета по прочности не менее чем на 15 % или соответствовать предельному усилию по образованию трещин.

Расчет по прочности нормальных сечений по предельным усилиям

6.2.4 Предельные усилия в сечении, нормальном к продольной оси элемента, следует определять исходя из следующих предпосылок:

- сопротивление сталефибробетона растяжению представляется напряжениями, равными R_fbt и равномерно распределенными по растянутой зоне сталефибробетона;

- сопротивление сталефибробетона сжатию представляется напряжениями, равными R_fb - и равномерно распределенными по сжатой зоне сталефибробетона;

- деформации (напряжения) в арматуре определяют в зависимости от высоты сжатой юны сталефибробетона;

- растягивающие напряжения в стержневой арматуре принимают не более расчетного сопротивления растяжению R_s;

- сжимающие напряжения в стержневой арматуре принимают не более расчетного сопротивления сжатию R_sc.

Допускается принимать для растянутой арматуры с условным пределом текучести напряжения выше R_s, но не более 1,1R_s в зависимости от соотношения ξ и ξ_R (п. 6.2.15).

6.2.5 Расчетные сопротивления сталефибробетона сжатию R_fb и растяжению R_fbt определяется в зависимости от класса по прочности на сжатие бетона-матрицы, геометрии и размеров сечения элемента в соответствии с пп. 6.2.6 – 6.2.12 настоящего СП.

6.2.6 При определении R_fbt различаются два случая:

первый случай: сопротивление растяжению сталефибробетона исчерпывается из-за обрыва некоторого количества фибр и выдергивания стальных, что определяется условием:

второй случай: сопротивление растяжению сталефибробетона исчерпывается из-за выдергивания из бетона условно всех фибр, что определяется условием:

В формулах (6.1) и (6.2) l_f,an - длина заделки фибры в бетоне, обеспечивающая ее разрыв и выдергивании, определяемая по формуле:

где d_f,red - приведенный диаметр используемой фибры, мм;

R_f,ser - нормативное сопротивление растяжению фибр, МПа;

η_f - коэффициент, учитывающий анкеровку фибры и принимаемый равным:

0,6 - для фибры марки FIBREX, резаной из листа, выпускаемой по ТУ 0991-123-53832025;

0,8 - для фибры, фрезерованной из слябов, выпускаемой по ТУ 0882-193-46854090.

Для фибры рубленой из стальной проволоки, выпускаемой по ТУ 1211-205-46854090 коэффициент η_f принимается равным:

0,9 - для фибры марки ХЕНДИКС HENDIX;

0,85 - для фибры марки ФИБЕКС FIBAX-1/50;

0,80 - для фибры марки ФИБЕКС FIBAX-1,3/50;

0,75 - для фибры марки ТВИНФЛЭТ TWINFLAT;

0,70 - для фибры марки МИКСАРМ MIXARM.

При проектировании d_f,red принимается равным:

где S_f - площадь номинального поперечного сечения фибры, определяемая по ее номинальным размерам, принимаемым по соответствующим ТУ.

Для фибры, фрезерованной из слябов, выпускаемой по ТУ 0882-193-46854090, допускается принимать значение d_f,red =1,1 мм.

6.2.7 Если имеет место первый случай исчерпания сопротивления растяжению сталефибробетона, то величина R_fbt определяется по формуле:

где m₁ - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0 для фибры из слябов; 1,1 - для фибры из листа и фибры из проволоки;

k_or - коэффициент ориентации, учитывающий ориентацию фибр в объеме элемента в зависимости от соотношения размеров сечения элемента и длины фибры, принимаемый по таблице 6.1;

μ_fv - коэффициент фибрового армирования по объему;

К_т - коэффициент, определяемый по формуле:

6.2.8 Если имеет место второй случай исчерпания сопротивления растяжению сталефибробетона величина R_fbt определяется по формуле:

где m₂ - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0 для фибры из слябов; 1,1 - для фибры из листа и фибры, рубленой из проволоки.

6.2.9 Значения коэффициентов m₁ и m₂ в случаях применения прогрессивных технологий могут быть уточнены после экспериментального обоснования в соответствующем порядке.

6.2.10 Расчетное сопротивление сжатию сталефибробетона R_fb определяется в зависимости от класса по прочности на сжатие бетона-матрицы, вида и размеров фибры, геометрии и размеров сечения элемента. При этом учитывается только работа фибр, ориентированных нормально к направлению внешнего сжимающего усилия и удовлетворяющих условию (6.1) п. 6.2.6 настоящего СП.

Величина R_fb определяется по формуле:

где k_n - коэффициент, учитывающий работу фибр в сечении, перпендикулярном направлению внешнего сжимающего усилия и принимаемый по таблице 6.2;

φ_f - коэффициент эффективности косвенного армирования фибрами, вычисляемый по формуле:

6.2.11 При расчете конструкций для определения величин R_fb и R_fbt коэффициенты k_ог и k_n принимаются соответственно по таблицам 6.1 и 6.2 различными для отдельных частей сечения рассчитываемого элемента (верхней полки, нижней полки, стенки, ребра и т.п.) в зависимости от соотношения их размеров и длины фибры.

Таблица 6.1

(Опечатка 01.05.2007)

6.2.12 При расчете по прочности сталефибробетонных конструкций фибровую арматуру следует принимать равномерно распределенной по сечению элемента с коэффициентом приведенного армирования по площади, определяемым по формулам:

для растянутой зоны

для сжатой зоны

где μ_fa и  - коэффициенты фибрового армирования по площади;

μ_fv - коэффициент фибрового армирования по объему;

k_ог и k_n - коэффициенты, принимаемые соответственно по таблицам 6.1 и 6.2 настоящего СП.

6.2.13 При расчете прочности сталефибробетонных конструкций величины расчетных сопротивлений принимаются для составляющих частей поперечного сечения элемента R_fbt , R_fb, R_fb,f (для полки); R_fbt,w, R_fb,w (для ребра и стенки) и R_fbt,r, R_fb,r (для кольцевого сечения) и определяются по пп. 6.2.7 - 6.2.11 настоящего СП с использованием в формулах (6.5) - (6.8) коэффициентов ориентации для соответствующих частей сечения: k_n - для сжатой полки; k_or,f - для растянутой полки; k_or,_w - для растянутой зоны сечения ребра или стенки; k_n,_w - для сжатой зоны сечения ребра или стенки; k_or,r и k_n,r- для соответственно растянутой и сжатой зон кольцевого сечения.

6.2.14 Расчет по прочности нормальных сечений следует производить в зависимости от соотношения между значением относительной высоты сжатой зоны сталефибробетона , определяемым из соответствующих условий равновесия, и значением граничной относительной высоты сжатой зоны ξ_R, при котором предельное состояние элемента наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре напряжения, равного расчетному сопротивлению R_s.

6.2.15 Значение ξ_R определяют по формуле:

где ω - характеристика сжатой зоны сталефибробетона, определяемая по формуле:

где а - коэффициент, принимаемый равным для бетона-матрицы:

R_b - в МПа;

σ_sR - напряжение в арматуре, МПа, принимаемое для арматуры классов:

Таблица 6.2

где R_s - расчетное сопротивление арматуры растяжению, принимаемое с учетом соответствующего коэффициента надежности по арматуре γ_s, принимаемых по п. 2.2.2.2 СП 52-102-2004;

σ_sp - предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь и γ_sp = 0,9;

Δσ_sp - см. п. 5.2.15 настоящего СП;

σ_sc,u - предельное напряжение в арматуре сжатой зоны, принимаемое для конструкций из тяжелого и мелкозернистого сталефибробетона равным 500 МПа. При расчете элементов в стадии обжатия значение σ_sc,u = 350 МПа.

6.2.16 Для напрягаемой арматуры, расположенной в сжатой зоне, расчетное сопротивление сжатию R_sc (пп. 6.2.18 и 6.2.19) должно быть заменено напряжением σ_sc, равным:

500 – σ_hc - при учете коэффициента условий работы бетона γ_b1 = 0,9 (п. 5.1.10);

400 - σ_sp - при γ_b1 = 1,0

Здесь 500 и 400 - в МПа.

Значения σ_sp определяют с коэффициентом γ_sp = 1,1.

Во всех случаях напряжение σ_sc принимают не более R_sc.

6.2.17 При расчете внецентренно сжатых железобетонных элементов в начальном эксцентриситете приложения продольной силы е₀ следует учитывать случайный эксцентриситет е₀, принимаемый по п. 4.2.6 настоящего СП.

Расчет изгибаемых элементов

6.2.18 Расчет по прочности сечений изгибаемых элементов производят из условия

где M_ult - предельный изгибающий момент, который может быть воспринят сечением элемента.

6.2.19 Значение М_ult для изгибаемых сталефибробетонных элементов прямоугольного сечения при  определяют по формуле:

при фибровом армировании (см. п. 4.1.2), рис. 6.1

при этом высоту сжатой зоны х определяют по формуле:

при комбинированном армировании (см. п. 4.1.2), рис. 6.2

при этом высоту сжатой зоны определяют из условия:

Рисунок 6.1 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого сталефибробетонного элемента прямоугольного сечения, при его расчете по прочности (при фибровом армировании)

Рисунок 6.2 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого сталефибробетонного элемента прямоугольного сечения, при его расчете по прочности (при комбинированном армировании)

В формулах этого пункта и п. 6.2.20 обозначения площадей сечения A_s и A'_s относятся как к напрягаемой, так и к ненапрягаемой арматуре.

6.2.20 Значение M_ult для изгибаемых элементов, имеющих полку в сжатой зоне (тавровые и двутавровые сечения) при  определяют в зависимости от положения границы сжатой зоны:

если граница проходит в полке (рис. 6.3, a), т.е. соблюдается условие:

значение M_ult определяют по п. 6.2.18 как для прямоугольного сечения шириной

если граница проходит в ребре (рис. 6.3, б), т.е. условие (6.20) не соблюдается, значение М_ult определяют по формуле:

при этом высоту сжатой зоны сталефибробетона x определяют из условия:

6.2.21 Значение  вводимое в расчет, принимают из условия, что ширина свеса полки в каждую сторону от ребра должна быть не более 1/6 пролета элемента и не более:

1/2 расстояния в свету между продольными ребрами - при наличии поперечных ребер или при .

 - при отсутствии поперечных ребер (или при расстояниях между ними больших, чем расстояния между продольными ребрами) и ;

при консольных свесах полки:

 - при ≥0,1h

 - при 0,05 h≤<0,1h

при < 0,05h - свесы не учитывают.

6.2.22 Расчет по прочности изгибаемых элементов кольцевых сечений (рис. 6.4) производится:

при R_fbtr ≥ 0,387R_fbr из условия:

где R_fbr = R_fb

r_m - радиус срединной поверхности стенки кольцевого элемента, равный:

r_e и r_i - радиусы соответственно наружной и внутренней граней кольцевого сечения.

При R_fbtr  < 0,38R_fbr  из условия:

где А_r - общая площадь кольцевого сечения, определяемая по формуле:

a – при x ≤ ; б – при x - > ; 1 – стержневая арматура

Рисунок 6.3 - Схема распределения усилий и эпюра напряжений в сечениях, нормальных к продольной оси изгибаемого двутаврового сечения при комбинированном армировании

1 - стержневая арматура

Рисунок 6.4 - Схема кольцевого сечения сталефибробетонного элемента, принимаемая при его расчете по прочности на изгиб (при комбинированном армировании)

6.2.23 При расчете по прочности изгибаемых сталефибробетонных элементов складчатого сечения с комбинированным армированием стержневой арматурой класса от Вр 1200 до Вр 1500 значение величины R_fbt в расчетных формулах (6.17) - (6.22) пп. 6.2.18, 6.2.19 настоящего СП (рис. 6.2 и 6.3) принимается умноженным на коэффициент условий работы m₃ равный:

0,85 при R_fbtA_bt > 0,5N_s

0,90 при 0,27 N_s < R_fbtA_bt < 0,5 N_s

0,95 при R_fbtA_bt < 0,2 N_s,

где N_s - суммарное предельное усилие в растянутой стержневой арматуре, N_s = A_sR_s.

6.2.24 При расчете по прочности изгибаемых элементов рекомендуется соблюдать условие x ≤ ξ_Rh

В случае, когда по конструктивным соображениям или из расчета по предельным состояниям второй группы площадь растянутой арматуры принята большей, чем это требуется для соблюдения условия x ≤ ξ_Rh, то для элементов из бетона классов В30 и ниже при комбинированном армировании с ненапрягаемой арматурой классов А240, А300, А400 и В500 допускается предельный изгибающий момент M_ult определять по формулам (6.18) или (6.21), подставляя в них значения высоты сжатой зоны x = ξ_Rh.

Расчет внецентренно сжатых элементов

6.2.25 Расчет по прочности прямоугольных сечений внецентренно сжатых элементов производят из условия:

где е - расстояние от точки приложения силы N до центра тяжести сечения растянутой или наименее сжатой (при полностью сжатом сечении элемента) арматуры, равное:

Здесь η - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба (прогиба) элемента на его несущую способность и определяемый согласно п. 6.2.27 настоящего СП.

Высоту сжатой зоны х определяют:

при  (рис. 6.5) из условия:

При  > ξ_R по формуле:

6.2.26 Значение коэффициента η при расчете конструкций по недеформированной схеме определяют по формуле:

где N_cr - условная критическая сила, определяемая по формуле:

где D - жесткость сталефибробетонного элемента;

l₀ - расчетная длина элемента, определяемая согласно п. 6.2.28.

1 – стержневая арматура

Рисунок 6.5 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси сжатого сталефибробетонного элемента, при его расчете по прочности (при комбинированном армировании)

Допускается значение D определять по формуле:

где Е_fb, E_s - модули упругости соответственно сталефибробетона и арматуры;

I_f, I_s - моменты инерции площадей сечения соответственно сталефибробетона и всей продольной арматуры относительно центра тяжести поперечного сечения элемента;

φ_l - коэффициент, учитывающий влияние длительности действия нагрузки

где М₁, М_l1 - моменты относительно центра наиболее растянутого или наименее сжатого (при целиком сжатом сечении) стержня арматуры соответственно от действия полной нагрузки и от действия постоянных и длительных нагрузок;

δ_е - относительное значение эксцентриситета продольной силы e₀/h, где е₀ = M/N принимаемое не менее 0,15.

Допускается уменьшать значение коэффициента η с учетом распределения изгибающих моментов по длине элемента, характера его деформирования и влияния прогибов на значение изгибающего момента в расчетном сечении путем расчета конструкции как упругой системы.

6.2.27 Расчет по прочности прямоугольных сечений внецентренно сжатых элементов с арматурой, расположенной у противоположных в плоскости изгиба сторон сечения, при эксцентриситете продольной силы е₀ ≤ h/30 и гибкости  допускается производить из условия:

где N_ult - предельное значение продольной силы, которую может воспринять элемент, определяемое по формуле:

где A_s,_tot - площадь всей продольной арматуры в сечении элемента;

φ - коэффициент, принимаемый при длительном действии нагрузки по таблице 6.3 в зависимости от гибкости элемента. При кратковременном действии нагрузки значения φ определяют по линейному закону,

принимая φ = 0,9 при  = 10 и φ = 0,85 при  =20.

Таблица 6.3

6.2.28 Расчетную длину l₀ внецентренно сжатого элемента определяют как для элементов рамной конструкции с учетом ее деформированного состояния при наиболее невыгодном для данного элемента расположении нагрузки, принимая во внимание неупругие деформации материалов и наличие трещин.

Допускается расчетную длину l₀ элементов постоянного поперечного сечения по длине l при действии продольной силы принимать равной:

6.2.29 Расчет по прочности внецентренно сжатых сталефибробетонных элементов таврового и двутаврового сечений следует производить:

при ≤ξ_R,

если х ≤ (рис. 6.6, а) - из условия:

высота сжатой зоны х сталефибробетона определяется из условия:

если х >  (рис. 6.6, б) - из условия:

где высота сжатой зоны х сталефибробетона определяется из условия:

а – при х ≤ ; б – при х > ; 1 – стержневая арматура

Рисунок 6.6 - Схема усилий и эпюра напряжений во внецентренно сжатых элементах двутаврового сечения при комбинированном армировании

при  > ξ_R по формуле:

где е_с - эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения, равный е_с = М/N;

N_c - несущая способность центрально сжатого элемента, определяемая по формуле:

N_in - несущая способность сечения, в котором высота сжатой зоны сталефибробетона принимается равной x=ξ_Rh и определяется по формуле:

При х ≤

При х >

е_in - эксцентриситет продольной расчетной силы N_in, определяемый по формуле:

при х ≤

где

y_с - расстояние от центра тяжести приведенного сечения до растянутой или менее сжатой грани;

при х >

где

Влияние прогиба сталефибробетонного элемента учитывается путем умножения значения е_с на коэффициент η вычисляемый согласно п. 6.2.26.

6.2.30 Расчет внецентренно сжатых сталефибробетонных элементов кольцевого сечения (рис. 6.4) должен производиться из условия:

где R_fbr = R_fb

A_r, r_m - см. п. 6.2.22 настоящего СП.

При этом величина относительной площади сжатой зоны сталефибробетона определяется по формуле:

Если полученное из расчета по формуле (6.45) значение а_r< 0,15, в условие (6.44) подставляется значение a_r определяемое по формуле:

6.3 РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ НОРМАЛЬНЫХ СЕЧЕНИЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫХ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СТАДИИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОБЖАТИЯ

6.3.1 При расчете элемента в стадии предварительного обжатия усилие в напрягаемой арматуре вводится в расчет как внешняя продольная сила, равная

где  - площади сечения напрягаемой арматуры, расположенной, соответственно, в наиболее обжатой и растянутой (менее обжатой) зонах сечения;

 - предварительные напряжения с учетом первых потерь и коэффициента γ_sp = 1,1 в арматуре с площадью сечения .

6.3.2 Расчет по прочности элементов прямоугольного сечения в стадии предварительного обжатия производят из условия:

где е_p - расстояние от точки приложения продольной силы N_p с учетом влияния изгибающего момента М от внешней нагрузки, действующей в стадии изготовления (собственный вес элемента), до центра тяжести сечения ненапрягаемой арматуры растянутой или наименее сжатой (при полностью сжатом сечении элемента) от этих усилий (рис. 6.7), определяемое по формуле:

где е_ор - расстояние от точки приложения силы N_р до центра тяжести сечения элемента;

R_fb - расчетное сопротивление сталефибробетона сжатию, численно равного передаточной прочности сталефибробетона R_fbp. по линейной интерполяции (см. таблицу 5.2);

R_sc - расчетное сопротивление ненапрягаемой арматуры сжатию, принимаемое в стадии предварительного обжатия не более 330 МПа;

A'_s - площадь сечения ненапрягаемой арматуры, расположенной в наиболее сжатой зоне сечения элемента.

Высоту сжатой зоны сталефибробетона х вычисляют в зависимости от величины ξ_R, определяемой по формуле (6.13):

при  (рис. 6.7) из условия:

при по формуле:

6.3.3 Расчет по прочности элементов таврового и двутаврового сечений в стадии предварительного обжатия производят в зависимости от положения границы сжатой зоны:

а) если граница сжатой зоны проходит в полке (рис. 6.6, а), т.е. соблюдается условие:

расчет производят как для прямоугольного сечения шириной согласно п. 6.3.2;

б) если граница сжатой зоны проходит в ребре (рис. 6.6, б), т.е. условие (6.40) не соблюдается, расчет производят из условия:

Рисунок 6.7 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого предварительно напряженного сталефибробетонного элемента при его расчете по прочности в стадии обжатия

Где

z_s - расстояние от центра тяжести сечения элемента до растянутой (наименее сжатой) ненапрягаемой арматуры.

Высоту сжатой зоны х определяют по формулам:

При , (ξ_R – п.6.2.14)

При >ξ_R

Расчет центрально растянутых элементов

6.3.4 Расчет по прочности сечений центрально растянутых элементов следует производить только для случаев комбинированного армирования (см. п. 4.1.2), из условия:

где N_ult - предельное значение продольной растягивающей силы, которое может быть воспринято элементом.

Значение силы N_ult определяют по формуле:

где A_s,tot - площадь сечения всей продольной стержневой арматуры.

Расчет внецентренно растянутых элементов

6.3.5 Расчет по прочности прямоугольных нормальных сечений внецентренно растянутых сталефибробетонных элементов, только с комбинированным армированием, следует производить в зависимости от положения продольной силы N:

а) если продольная сила N приложена между равнодействующими усилий в стержневой арматуре S и S' (рис. 6.8) – из условий:

где Ne и Ne' - усилия от внешних нагрузок;

M_ult и M'_ult - предельные усилия, которые может воспринять сечение.

Усилия М_ult и M'_ult определяют по формулам:

Значение коэффициента условия работы m₃ в формулах (6.60) и (6.61) принимается равным:

0,9 при μ_fv > 1 %;

0,8 при 0,8 < μ_fv < 1 %;

0,6 при 0,6 < μ_fv < 0,8 %;

0,3 при 0,3 < μ_fv < 0,6 %.

б) если продольная сила N приложена за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре S и S^’ (рис. 6.8) - из условия (6.58), определяя предельный момент М_ull по формуле:

при этом высоту сжатой зоны х определяют из условия

Если полученное из расчета (6.63) значение х > ξ_Rh, то в формулу (6.62) подставляют х = ξ_Rh, где ξ_R определяют согласно п. 6.2.15.

6.4 РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ

Общие положения

6.4.1 Расчет по прочности сталефибробетонных элементов при действии поперечных сил производят на основе модели наклонных сечений.

При расчете по модели наклонных сечений должны быть обеспечены прочность элемента по полосе между наклонными сечениями и наклонному сечению на действие поперечных сил, а также прочность по наклонному сечению на действие момента.

a – между равнодействующими усилий в арматуре S и S’;б- за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуру S и S’; 1 – стержневая арматура

Рисунок 6.8 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно растянутого сталефибробетонного элемента, при его расчете по прочности, при приложении продольной силы N

Прочность по наклонной полосе характеризуется максимальным значением поперечной силы, которое может быть воспринято наклонной полосой, находящейся под воздействием сжимающих усилий вдоль полосы и растягивающих усилий от поперечной арматуры, пересекающей наклонную полосу. При этом прочность сталефибробетона определяют по сопротивлению сталефибробетона осевому сжатию с учетом влияния сложного напряженного состояния в наклонной полосе.

Расчет по наклонному сечению на действие поперечных сил производят на основе уравнения равновесия внешних и внутренних поперечных сил, действующих в наклонном сечении с длиной проекции а_q на продольную ось элемента. Внутренние поперечные силы включают поперечную силу, воспринимаемую сталефибробетоном в наклонном сечении, и поперечную силу, воспринимаемую пересекающей наклонное сечение поперечной арматурой. При этом поперечные силы, воспринимаемые сталефибробетоном и поперечной арматурой, определяют по сопротивлениям сталефибробетона и поперечной арматуры растяжению с учетом длины проекции а_q наклонного сечения.

Расчет по наклонному сечению на действие момента производят на основе уравнения равновесия моментов от внешних и внутренних сил, действующих в наклонном сечении с длиной проекции а_q на продольную ось элемента. Моменты от внутренних сил включают момент, воспринимаемый сталефибробетоном, момент, воспринимаемый пересекающей наклонное сечение продольной растянутой арматурой, момент, воспринимаемый пересекающей наклонное сечение поперечной арматурой. При этом моменты, воспринимаемые сталефибробетоном, продольной и поперечной арматурой, определяют по сопротивлениям продольной и поперечной арматуры растяжению с учетом длины проекции а_q наклонного сечения.

Расчет сталефибробетонных элементов по полосе между наклонными сечениями

6.4.2 Расчет изгибаемых элементов по сталефибробетонной полосе между наклонными сечениями производят из условия:

где Q - поперечная сила в нормальном сечении элемента;

φ_b1 - коэффициент, определяемый по формуле:

где значения R_b принимаются в МПа,

φ_w1- коэффициент, определяемый по формуле:

где

Значения k_n,_w принимаются по п. 6.2.13.

Значение правой части в формуле (6.64) принимают не более 1,3.

Расчет сталефибробетонных элементов по наклонным сечениям на действие поперечных сил

6.4.3 Расчет изгибаемых сталефибробетонных элементов по наклонному сечению при только фибровом армировании (рис. 6.9, а) производят из условия:

где Q - поперечная сила в наклонном сечении с длиной проекции а_q на продольную ось элемента, определяемая от всех внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения, при этом учитывают наиболее опасное загружение в пределах наклонного сечения;

Q_fb - поперечная сила, воспринимаемая сталефибробетоном сжатой зоны в наклонном сечении;

Q_fbt - поперечная сила, воспринимаемая сталефибробетоном растянутой зоны в наклонном сечении.

Значение поперечной силы Q_fb для изгибаемых и внецентренно сжатых элементов определяется по формуле:

где R_fbt - определяется по формулам (6.5) и (6.7) с заменой в них коэффициента k_оr на k_n,w (см. п. 6.2.13), определяемый по таблице 6.2 настоящего СП;

b и h - соответственно ширина и высота элемента в рассчитываемом сечении;

α_q - проекция наклонной трещины; угол наклона трещины принимается равным 45°;

β - угол наклона вертикальной оси элемента к вертикали.

а - при фибровом армировании; б - при комбинированном армировании

Рисунок 6.9 - Схема усилий при расчете сталефибробетонных элементов по наклонному сечению на действие поперечных сил

Значение поперечной силы Q_fbt определяется по формуле:

6.4.4 Расчет изгибаемых сталефибробетонных элементов по наклонному сечению при комбинированном армировании (рис. 6.9, б) производят из условия:

где Q, Q_fb и Q_fbt - принимаются по п.6.4.3;

Q_sw - поперечная сила, воспринимаемая поперечной арматурой в наклонном сечении. Поперечную силу Q_sw определяют по формуле:

где φ_sw - коэффициент, принимаемый равным 0,75;

q_sw - усилие в поперечной арматуре на единицу длины элемента, определяемое по формуле:

а_q - принимается по п.6.4.3.

Расчет сталефибробетонных элементов по наклонным сечениям на действие моментов

6.4.5 Расчет сталефибробетонных элементов по наклонным сечениям на действие моментов (рис. 6.10) производят из условия:

где М - момент в наклонном сечении с длиной проекции а_q на продольную ось элемента, определяемый от всех внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения, относительно конца наклонного сечения (точка 0), противоположного концу, у которого располагается проверяемая продольная арматура, испытывающая растяжение от момента в наклонном сечении; при этом учитывают наиболее опасное загружение в пределах наклонного сечения;

M_s - момент, воспринимаемый продольной стержневой арматурой, пересекающей наклонное сечение относительно противоположного конца наклонного сечения (точка 0);

M_sw - момент, воспринимаемый поперечной стержневой арматурой, пересекающей наклонное сечение относительно противоположного конца наклонного сечения (точка 0);

М_fbt - момент, воспринимаемый сталефибробетоном, относительно противоположного конца наклонного сечения (точка 0).

Момент M_s определяют по формуле:

где N - усилие в продольной растянутой арматуре, принимаемое равным R_sA_s, a в зоне анкеровки - определяемое согласно пп. 8.3.22 - 8.3.32;

z_s - плечо внутренней пары сил, допускается принимать z_s = 0,9h.

Момент M_sw для поперечной арматуры, нормальной к продольной оси элемента, опреде­ляют по формуле:

где Q_sw - усилие в поперечной арматуре, принимаемое равным q_swa_q;

q_sw - определяют по формуле (6.74), а a_q принимают в пределах от 1,0h до 2,0h. Момент M_fbt определяют по формуле:

где Q_fbt - определяется по п.6.4.3.

Рисунок 6.10 - Схема усилий при расчете сталефибробетонных элементов по наклонному сечению на действие моментов

Расчет производят для наклонных сечений, расположенных по длине элемента на его концевых участках и в местах обрыва продольной арматуры, при наиболее опасной длине проекции наклонного сечения a_q принимаемой в указанных выше пределах.

Допускается производить расчет наклонных сечений, принимая в условии (6.75) момент М в наклонном сечении при длине проекции a_q на продольную ось элемента равным 2,0h, а момент M_sw - равным 0,5q_swh².

При отсутствии поперечной арматуры расчет наклонных сечений производят из условия (6.75), принимая момент М наклонном сечении при длине проекции a_q на продольную ось элемента равным 2,0h, а момент M_sw - равным нулю.

6.5 РАСЧЕТ СТАЛЕФИБРОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА МЕСТНОЕ СЖАТИЕ

6.5.1 Расчет сталефибробетонных элементов на местное сжатие (смятие) производят при действии сжимающей силы, приложенной на ограниченной площади нормально к поверхности сталефибробетонного элемента. При этом учитывают повышенное сопротивление сжатию сталефибробетона в пределах грузовой площади (площади смятия) за счет объемного напряженного состояния сталефибробетона под грузовой площадью, зависящее от расположения грузовой площади на поверхности элемента.

При наличии сетчатого армирования в зоне местного сжатия учитывают дополнительное повышение сопротивления сжатию сталефибробетона под грузовой площадью за счет сопротивления стержневой арматуры.

Расчет элементов на местное сжатие при фибровом армировании (см. п. 4.1.2) производят согласно п. 6.5.2, а при комбинированном армировании - согласно п. 6.5.3.

6.5.2 Расчет элементов на местное сжатие при фибровом армировании (рис. 6.11) производят из условия:

где N - местная сжимающая сила от внешней нагрузки;

А_fb,loc - площадь приложения сжимающей силы (площадь смятия);

R_fb,loc  расчетное сопротивление сталефибробетона сжатию при местном действии сжимающей силы;

ψ - коэффициент, принимаемый равным 1,0 при равномерном и 0,75 при неравномерном распределении местной нагрузки по площади смятия.

Значение R_fb,1ос определяют по формуле:

где φ_fb - коэффициент, определяемый по формуле:

но принимаемый не более 2,5 и не менее 1,0.

В формуле (6.81):

А_fb,mах - максимальная расчетная площадь, устанавливаемая по следующим правилам:

центры тяжести площадей А_fb,1ос и А_fb,max совпадают;

границы расчетной площади А_fb,max каждой стороны площади А_fb,1ос на расстоянии, равном соответствующему размеру этих сторон (рис. 6.11).

6.5.3 Расчет элементов на местное сжатие при наличии сетчатого армирования (косвенной арматуры) в виде сварных сеток производят из условия:

где R_bs,loc - приведенное с учетом сетчатого армирования в зоне местного сжатия расчетное сопротивление сталефибробетона сжатию, определяемое по формуле:

Здесь φ_s,xy - коэффициент, определяемый по формуле:

A_fb,loc,ef  - заключенная внутри контура сеток, считая по их крайним стержням и принимаемая в формуле (6.84) не более А_fb,max;

R_s,xy - расчетное сопротивление растяжению стержневой арматуры;

μ_s,xy - коэффициент сетчатого армирования, определяемый по формуле:

n_х, A_sx, l_x - число стержней, площадь сечения и длина стержня сетки, считая в осях крайних стержней, в направлении Х;

n_y, A_sy, l_y - то же, в направлении Y;

S - шаг сеток.

а a- вдали от краев элемента; б - по всей ширине элемента; в - у края (торца) элемента по всей его ширине; г - на углу элемента; д - у одного края элемента; е - вблизи одного края элемента; 1 - элемент, на который действует местная нагрузка; 2 - площадь смятия A_fb,Ioc; 3 - максимальная расчетная площадь A_fb,max; 4 - центр тяжести площадей A_fb,Ioc и A_fb,max; 5 - минимальная зона армирования сетками, при которой косвенное армирование учитывается в расчете

Рисунок 6.11 - Схемы для расчета элементов на местное сжатие при расположении местной нагрузки

Значения R_fb,loc, A_fb,loc, Ψ и N принимают согласно п. 6.5.2.

Значение местной сжимающей силы, воспринимаемое элементом с сетчатым армированием (правая часть условия 6.82), принимают не более удвоенного значения местной сжимающей силы, воспринимаемого элементом без сетчатого армирования (правая часть условия 6.79).