Железобетон

Призмениая прочность бетона при сжатии

Железо­бетонные конструкции по форме отличаются от кубов, поэтому кубиковая прочность бетона не может быть не­посредственно использована в расчетах прочности эле­ментов конструкции. Основной характеристикой прочно­сти бетона сжатых элементов является призменная проч­ность Rb — временное сопротивление осевому сжатию бетонных призм. Опыты на бетонных призмах с разме­ром стороны основания а и высотой H показали, что приз - меиная прочность бетона меньше кубиковой и что она уменьшается с увеличением отношения H/A. Кривая, при­веденная на рис. 1.5, иллюстрирует зависимость отноше­ния Rb/R от H/A по усредненным опытным данным. / Влияние сил трения на торцах призмы уменьшается с увеличением ее высоты и при отношении H/A—А значение Rb становится почти стабильным и равным примерно 0,75 R. Влияние гибкости бетонного образца при Этих ис­пытаниях не сказывалось, так как оно ощутимо лишь при ft/a3s 8.

В качестве характеристики прочности бетона сжатой зоны изгибаемых элементов также принимают Rb, при этом вместо действительной криволинейной эпюры на­пряжений бетона сжатой зоны в предельном состоянии принимают условную прямоугольную эпюру напряжений (рис. 1.6).

Прочность бетона при растяжении зависит от прочно­сти цементного камня при растяжении и сцепления его с зернами заполнителей. Согласно опытным данным, проч­ность бетона при растяжении в 10—20 раз меньше, чем при сжатии, причем относительная прочность прн растя­жении уменьшается с увеличением класса бетона. В опы­тах наблюдается еще больший по сравнению со сжати­ем разброс прочности. Повышение прочности бетона при растяжении может быть достигнуто увеличением расхо­да цемента, уменьшением W/C, применением щебня с шероховатой поверхностью.

Временное сопротивление бетона осевому растяже­нию можно определять по эмпирической формуле

0,5'^яГ. (1.2)

Вследствие неоднородности структуры бетону. эта формула не всегда дает правильные значения Rbt. Зна­чение Rbt определяют испытаниями на разрыв образцов в виде восьмерки, на раскалывание образцов в виде ци­линдров, на изгиб — бетонных балок (рис. 1.7). По раз­рушающему моменту бетонной балки определяют

Rbt = M/YW = 3,5AJ/M?, (1.3)

Где W=Bh!/6 — момент сопротивления прямоугольного сечения; у= = 1,7 — множитель, учитывающий криволинейный характер эпюры напряжений в бетоне растянутой зоны сечеиия вследствие развития неупругих деформаций.

Прочность бетона при срезе и скалывании. В чистом виде явление среза состоит в разделении элемента на две части по сечению, к которому приложены перерезываю­щие силы. При этом сопротивление срезу зерен крупных заполнителей, работающих как шпонки в плоскости сре­за, оказывает существенное влияние. При срезе распре­деление напряжений по площади сечения считается рав­номерным. Временное сопротивление бетона при срезе можно определять по эмпирической формуле

Rsh = 0jV Rb Rbt Или Rsh = 2Rbi. (1.4)

В железобетонных конструкциях чистый срез встречает­ся редко; обычно он сопровождается действием продоль­ных сил.

Сопротивление бетона скалыванию возникает при из­гибе железобетонных балок до появления в них наклон­ных трещин. Скалывающие напряжения по высоте се­чения изменяются по квадратной параболе. Временное сопротивление скалыванию при изгибе, согласно опыт­ным данным, в 1,5—2 раза больше Rbt.

Прочность бетоиа при длительном действии нагрузки. Согласно опытным данным, при длительном действии нагрузки и высоких напряжениях под влиянием развива­ющихся значительных неупругих деформаций и струк­турных изменений бетон разрушается при напряжениях, меньших, чем временное сопротивление осевому сжатию Rb. Предел длительного сопротивления бетона осевому сжатию по опытным данным может составлять Rbt = =0,90 Rb и меньше. Если при эксплуатации конструкции в благоприятных для нарастания прочности бетона усло­виях уровень напряжений Ob/Rbi постепенно уменьшает­ся, отрицательное влияние фактора длительного загру - жения может и не проявляться.

Прочность бетоиа при многократно повторных нагруз­ках. При действии многократно повторных нагрузок с Повторяемостью в несколько миллионов циклов времен­ное сопротивление бетона сжатию под влиянием разви­тия структурных микротрещии уменьшается. Предел прочности бетона при многократно повторных нагрузках или предел выносливости бетона Rr, согласно опытным данным, зависит от числа циклов нагрузки и разгрузки и отношения попеременно возникающих минимальных И

О 0,2 0,4 0,6 0,в 1 Р - &Mlnfomax

Рис. 1.8. Зависимость предела прочности бето­на

А — от числа циклов за - груженин п; б — от ха­рактеристики цикла на базе п=2-Ю6; в —к оп­ределению коэффициента динамической прочности бетона

Максимальных напряжений или асимметрии цикла р = = 0min/0max. На кривой выносливости (рис. 1.8, а) по оси абсцисс отложено число циклов п, а по оси ординат — значение изменяющегося периодически предела вынос­ливости бетона Rr. С увеличением числа циклов п сни­жается Rrl напряжение на горизонтальном участке кри­вой при п-*-оо называют абсолютным пределом выносли­вости. Практический предел выносливости Rr (на ограниченной базе п=2-Ю6) зависит от характеристики цикла р почти линейно, его наименьшее значение Rr = = 0,5 Rb (рис. 1.8, б).

Наименьшее значение предела выносливости, как по­казывают исследования, связано с границей образова­ния структурных микротрещин так, что Rr^Rcr. Такая связь между Rr и Rcr позволяет находить предел вынос­ливости по первичному нагружению образца определе­нием границы образования структурных микротрещин ультразвуковой аппаратурой.

2- 10s Число циклов, п

Значение Rr необходимо для расчета на выносливость железобетонных конструкций, испытывающих динамиче­ские нагрузки, — "подкрановых балок, перекрытий неко­торых промышленных зданий и т. п.