Определение начального модуля упругости бетона В20, В25. Начальный модуль упругости бетона
от чего зависит и как правильно произвести расчет
Любые растворы, которые имеют свойство затвердевать, в застывшем состоянии обладают некой плотностью. Бетон не является исключением. Плотность позволяет определить, для каких работ пригоден материал, поэтому при любом строительстве нужно учитывать все эксплуатационные характеристики, в том числе класс прочности и модуль упругости бетона. Именно от этих параметров будут зависеть качество и срок эксплуатации постройки.
Основное понятие
Важным параметром при выборе бетона является его упругость, которая показывает способность застывшей массы оставаться в целостности даже под воздействием деформации. Такие данные нужны проектировщикам для того, чтобы возводить прочные и долговечные конструкции.
Безусловно, главным достоинством материала является его твердость. Но из-за ползучести затвердевшая масса в процессе эксплуатации может деформироваться. Все это может происходить из-за воздействия нагрузки, если ее значение превысит допустимые нормы. Поэтому следует учитывать величину приложенной нагрузки и значение коэффициента ползучести, из-за которых структура затвердевшего изделия постепенно меняется.
Этапы изменения структуры
При строительстве необходимо учитывать деформацию от приложенной нагрузки. В процессе эксплуатации бетонная структура деформируется в два этапа:
Первый этап — краткосрочное изменение структуры. На этой стадии бетон сохраняет свою целостность и может восстанавливать исходное состояние. При этом во время растяжения, сжатия и изгибания возникает упругая деформация без необратимых разрушений.- Второй этап — разрушения необратимого типа, которые происходят в результате внезапной и сильной нагрузки. Во время пластичной деформации появляются трещины, вследствие которых начинается постепенное разрушение бетонных конструкций.
Помимо деформации от приложенной нагрузки существует такое понятие, как коэффициент упругости. Такой показатель просто необходим для людей, занимающихся расчетом прочности бетонных зданий.
Для застройщиков же такие расчеты проводить не нужно, так как главным ориентиром прочности является класс материала. И чем выше класс, тем больше увеличивается начальный модуль упругости бетона.
Виды раствора
Все подобные материалы подразделяются на несколько видов. Самое интересное заключается в том, что даже не все профессиональные строители знают, что существует несколько разновидностей бетона:
- Тяжелые. Такой вид имеет маркировку М100, М150, М200 и т. д. В состав смеси входят плотные наполнители известняк и гранит. Тяжелый бетон является высокопрочным. Он быстро затвердевает, поэтому его главное предназначение — сборные железобетонные конструкции.
- Легкие. В такой бетон при изготовлении добавляют легкие пористые наполнители, такие как керамзит, пемза, вспученный шлак и другие. Благодаря такому составу материал становится намного легче, поэтому его используют для возведения несущих стен и других ограждающих сооружений.
Легкие изделия бывают еще поризованные, крупнопористые и ячеистые. Отличаются они своим составом и сферой применения.
Факторы, влияющие на упругость
Чтобы понять, от чего зависит модуль упругости бетона В25, В20, В15 и других классов, нужно рассмотреть все причины. На эту величину влияет очень много факторов, но самыми распространенными являются:
- Свойства наполнителя. Если изделие имеет низкую плотность, то и модуль упругости у него небольшой. При использовании тяжелых наполнителей упругость возрастает в несколько раз.
Классность. Чем выше класс, тем больше и упругость. Например, модуль упругости В30 равен 32,5, а у класса В10 он составляет всего лишь 19.- Продолжительность использования. Бетонные конструкции становятся крепче со временем, поэтому специалисты используют таблицы для таких целей.
- Особенности производства. В процессе изготовления могут использоваться разные обработки бетона. Некоторые применяют высокую температуру и давление. Другие же проводят обработку при атмосферном давлении и дают строительному материалу затвердевать естественным путем. Все эти особенности изготовления напрямую влияют на показатель прочности и упругости.
- Время нахождения под давлением и нагрузкой. Для расчета используются специальные таблицы, из которых берется значение и умножается на корректирующий коэффициент.
- Влажность воздуха. Температура и влажность также влияют на значение упругости.
- Арматура. Использование стальной арматуры помогает противостоять различным нагрузкам и сопротивляться деформациям. Необходимые значения находятся в нормативных документах.
Хоть и многие факторы влияют на упругость материала, все же бетонные изделия нельзя назвать ненадежными и недолговечными. При качественном производстве и правильных расчетах конструкции прослужат долгое время.
Начальный модуль
Коэффициент напрямую зависит от температурных условий. Он остается неизменным до определенного порога температуры, который у каждого класса свой. Например, материалы, имеющие температуру плавления 300 ⁰C, при превышении порога могут потерять частично свою устойчивость к деформации. Хотя бетон и не относится к материалам, которые плавятся, но при воздействии высокой температуры нарушается структура массива.
Существуют таблицы, в которых в соответствии со всеми установленными правилами указаны нужные значения. С их помощью можно определить начальный модуль упругости бетона В20, В25, В30 и других классов. Зная классность материала, его плотность и технологию производства, можно легко узнать этот параметр. Для этого для расчетов используются необходимые коэффициенты упругости, плотности и модуль деформации бетона В30, В15 и т. д.
Помимо этого, модуль упругости определяется во время исследований на пробах по бетону. Такой параметр принято обозначать буквой Е. В профессиональных кругах у него есть второе название — модуль Юнга бетона.
tvoidvor.com
Начальные модули упругости тяжелого бетона
| Класс бетона | Бетон, подвергнутый тепловой обработке | Бетон естественного твердения | ||
| Eb∙10-3(МПа) | Eb∙10-3 (кгс/см2) | Eb∙10-3 (МПа) | Eb∙10-3 (кгс/см2) | |
| В 3,5 | 8,5 | 86,7 | 9,5 | 96,9 |
| В 5 | 11,5 | 117 | 13,0 | 133 |
| В 7,5 | 14,5 | 148 | 16,0 | 163 |
| В 10 | 16,0 | 163 | 18,0 | 184 |
| В 12,5 | 19,0 | 194 | 21,0 | 214 |
| В 15 | 20,5 | 209 | 23,0 | 235 |
| В 20 | 24,0 | 245 | 27,0 | 275 |
| В 25 | 27,0 | 275 | 30,0 | 306 |
| В 30 | 29,0 | 296 | 32,5 | 331 |
| В 35 | 31,0 | 316 | 34,5 | 352 |
| В 40 | 32,5 | 332 | 36,0 | 367 |
| В 45 | 34,0 | 347 | 37,5 | 382 |
| В 50 | 35,0 | 357 | 39,0 | 398 |
| В 55 | 35,5 | 362 | 39,5 | 403 |
| В 60 | 36,0 | 367 | 40,0 | 408 |
Приложение 23 Теплофизические характеристики бетонов при высоких температурах
| № п/п | Вид бетона | Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м2 | λtem = A+Bt, Вт/(м·˚С) | сtem = С+Dt, Дж/(кг·˚С) |
| 1 | Тяжелый бетон на гранитном щебне | 2330 | | 710 + 0.84t |
| 2 | Тяжелый бетон на известковом щебне | 2250 | 1.14 – 0.00055t | 710 + 0.84t |
| 3 | Керамзитобетон | 1380 | 0.383 + 0.00008t | 841 + 0.48t |
| 4 | Песчаный бетон | 1900 | 1.044 – 0.0006t | 773 + 0.63t |
| 5 | Газобетон на молотом песке | 480 | 0.093 + 0.00019t | 924 + 0.63t |
| --------- "" --------- | 750 | 0.186 + 0.00035t | 924 + 0.63t | |
--------- "" --------- | 1100 | λt = 0.31= const | 924 + 0.63t |
Приложение 24
Таблица значений функции ошибок Гаусса (Крампа) – егfХ
| X | erfX | X | erfX | X | erfX | X | erfX |
| 0,00 | 0,0000 | 0,50 | 0,5205 | 1,00 | 0,8427 | 1,50 | 0,9661 |
| 0,02 | 0,0216 | 0,52 | 0,5379 | 1,02 | 0,8508 | 1,52 | 0,9684 |
| 0,04 | 0,0451 | 0,54 | 0,5549 | 1,04 | 0,8586 | 1,54 | 0,9706 |
| 0,06 | 0,0676 | 0,56 | 0,5716 | 1,06 | 0,8661 | 1,56 | 0,9726 |
| 0,08 | 0,0901 | 0,58 | 0,5879 | 1,08 | 0,8733 | 1,58 | 0,9745 |
| 0,10 | 0,1125 | 0,60 | 0,6039 | 1,10 | 0,8802 | 1,60 | 0,9763 |
| 0,12 | 0,1348 | 0,62 | 0,6194 | 1,12 | 0,8868 | 1,62 | 0,9780 |
| 0,14 | 0,1569 | 0,64 | 0,6346 | 1,14 | 0,8931 | 1,64 | 0,9796 |
| 0,16 | 0,1790 | 0,66 | 0,6494 | 1,16 | 0,8991 | 1,66 | 0,9811 |
| 0,18 | 0,2009 | 0,68 | 0,6638 | 1,18 | 0,9048 | 1,68 | 0,9826 |
| 0,20 | 0,2227 | 0,70 | 0,6778 | 1,20 | 0,9103 | 1,70 | 0,9838 |
| 0,22 | 0,2443 | 0,72 | 0,6917 | 1,22 | 0,9155 | 1,72 | 0,9850 |
| 0,24 | 0,2657 | 0,74 | 0,7047 | 1,24 | 0,9205 | 1,74 | 0,9861 |
| 0,26 | 0,2869 | 0,76 | 0,7175 | 1,26 | 0,9252 | 1,76 | 0,9872 |
| 0,28 | 0,3079 | 0,78 | 0,7300 | 1,28 | 0,9297 | 1,78 | 0,9882 |
| 0,30 | 0,3286 | 0,80 | 0,7421 | 1,30 | 0,9340 | 1,80 | 0,9892 |
| 0,32 | 0,3491 | 0,82 | 0,7538 | 1,32 | 0,9381 | 1,90 | 0,9928 |
| 0,34 | 0,3694 | 0,84 | 0,7651 | 1,34 | 0,9419 | 2,00 | 0,9953 |
| 0,36 | 0,3893 | 0,86 | 0,7761 | 1,36 | 0,9456 | 2,10 | 0,9970 |
| 0,38 | 0,4090 | 0,88 | 0,7867 | 1,38 | 0,9460 | 2,20 | 0,9981 |
| 0,40 | 0,4284 | 0,90 | 0,7969 | 1,40 | 0,9523 | 2,30 | 0,9989 |
| 0,42 | 0,4475 | 0,92 | 0,8068 | 1,42 | 0,9554 | 2,40 | 0,9993 |
| 0,44 | 0,4662 | 0,94 | 0,8163 | 1,44 | 0,9583 | 2,50 | 0,9996 |
| 0,46 | 0,4847 | 0,96 | 0,8254 | 1,46 | 0,9611 | 2,60 | 0,9998 |
| 0,48 | 0,5027 | 0,98 | 0,8312 | 1,48 | 0,9637 | 2,70 | 0,9999 |
Приложение 25
Номограмма для определения относительной температуры (θ) в зависимости от критерия Фурье (F0) и величины (ξ)
Номограмма для определения относительной температуры (θ) в зависимости от критерия Фурье (F0) и величины (ξ)
Приложение 26
studfiles.net
Усадка бетона. От чего зависит? Физическая основа. Начальный модуль упругости. Местное смятие бетона.
Стр 1 из 14Следующая ⇒Основы безопасности конструкций. Понятие о методах вероятностной оценки безопасности зданий посредством оценки однородности прочности бетона при проектировании и изготовлении конструкций и зданий.
При проектировании бетонных и железобетонных конструкций по результатам расчетов и конструирования должны устанавливаться нормируемые и контролируемые значения характеристик бетона, обеспечивающие безопасность, эксплуатационную пригодность и долговечность конструкций. В качестве основных нормируемых и контролируемых характеристик бетонных и железобетонных конструкций должны назначаться: трещиностойкость, жесткость и морозостойкость.
Меры обеспечения безопасности железобетонных конструкций при армировании
Существует классификация арматуры и бетона, где каждый класс обеспечивает определенное сопротивление разрыву и предел текучести (арматура) и значения прочности для сжатия и растяжения (для бетона).
Так же конструкции должны обеспечивать тот предел огнестойкости, для которых они предназначены.
Качество бетона нельзя оценить только средней его прочностью. На практике всегда наблюдаются отклонения от этой величины. Колебания активности цемента, его нормальной густоты, минералогического состава, свойств заполнителей, дозировки материалов, режимов перемешивания и твердения — все это приводит к неоднородности структуры бетона. Вследствие этого отдельные объемы бетона могут отличаться друг от друга в большей или меньшей степени, что зависит от свойств используемых материалов и отлаженное технологического процесса Соответственно будут колебаться и показатели свойств бетона - прочность, плотность, проницаемость, морозостойкость и др. Для оценки однородности бетона используют статистические методы. Качество бетона определяете главным образом его средней прочностью (или соответствующим комплексом показателей) и однородностью, которая оценивается по коэффициенту вариации прочности (или других показателей).
При изменении коэффициента вариации определенному классу по прочности будет соответствовать различная средняя прочность. С уменьшением и будет уменьшаться и величина средней прочности
Например, для обеспечения класса В10 при и= 13,5% требуется средняя прочность 12,85 МПа, а при v — 7 средняя прочность 11,3 МПа.
При контроле качества бетона по прочности с учетом его однородности проводят статистическую обработку результатов испытаний бетона за определенный период и определяют характеристики его прочности и однородности. В проектах указываются значения нормируемой прочности бетона (в проектном и промежуточном возрасте, отпускные и передаточные). Требуемая прочность представляет собой минимально допустимое значение фактической прочности бетона в партии, при котором будет обеспечена нормируемая прочность с заданной степенью гарантии. Она устанавливается лабораториями заводов и строек в соответствии с достигнутой однородностью бетона в партии.
Фактическая прочность бетона в партии определяется как среднее значение прочности, определенное по результатам испытаний контрольных образцов или неразрушающими методами непосредственно в конструкции.
Строительные конструкции должны обладать запасом несущей способности, который предохраняет от многих неприятных случайностей и обеспечивает долговечность зданий и сооружений. Вот почему в расчетах по прочности сечений используют не нормативные, а более низкие – расчетные сопротивления материалов, взятые с запасом по отношению к нормативным: R = Rn /g, где g - коэффициент надежности по прочности. Для бетона gb =1,3. Значение g тем больше, чем больший разброс прочности материала, или, говоря иначе, чем менее однородна его прочность.
Бетон и арматура. Их свойства. Упругопластический материал. Что это означает? Понятие: релаксация напряжений. Почему ползучесть и релаксация напряжений в бетоне имеют общую физико-механическую основу?
Бетон – это искусственный камень. Его прочность на сжатие намного (в 10...20 раз) превосходит прочность на растяжение. Поэтому бетон, как и природный камень, используют в тех частях зданий и сооружений, которые работают преимущественно на сжатие: в фундаментах, стенах, сводах, опорах мостов и т.п. Для изгибаемых элементов – балок, плит – бетон не годится: он разрушится от разрыва растянутой зоны при очень небольших нагрузках, задолго до исчерпания прочности сжатой зоны. Если в растянутую зону ввести стальную арматуру (стержни, канаты и т.п.) и обеспечить ее надежное сцепление с бетоном, то после образования трещин она возьмет на себя все растягивающие усилия, оставив бетону только сжимающие. (А прочность арматуры на растяжение в сотни раз выше, чем у бетона.) Таким образом, изгибающему моменту будет сопротивляться внутренняя пара сил: сжимающая в бетоне и растягивающая в арматуре.
Бетон – материал более долговечный, чем арматурная сталь, он менее подвержен коррозии. Кроме того, по сравнению со сталью бетон обладает более высокой огнестойкостью, т.е. дольше сохраняет несущую способность при действии высокой температуры, что особенно важно для успешной эвакуации при пожаре. Поэтому арматура, уложенная внутрь бетонного тела, хорошо защищена слоем бетона от коррозии и высокой температуры. Нормы проектирования устанавливают минимальные величины защитного слоя бетона: не менее диаметра стержня (в ряде случаев не менее 2-х диаметров) и не менее 10...70 мм в зависимости от типа конструкции и условий эксплуатации. Отметим также, что без защитного слоя невозможно обеспечить надежное сцепление арматуры с бетоном, а значит и их совместное деформирование.
Бетон – материал упруго-пластичный, это означает, что при действии внешней нагрузки его деформации состоят из двух частей: упругой eel (обратимой) и пластической epl (необратимой). Причем по мере роста напряжений доля epl возрастает, поэтому диаграммы сжатия и растяжения криволинейны (рис.1). Отсюда ясно, что модуль упругости бетона соответствует только начальному участку диаграммы, когда деформации еще можно считать упругими, – его и называют начальным модулем упругости: Еb = sb/eel =tgao. Деформативность бетона зависит также от скорости его нагружения v: при мгновенном нагружении (например, ударе) пластические деформации ничтожно малы, при кратковременном – весьма заметны, при длительном – очень велики (в несколько раз больше, чем упругие; рис. 2). Прочность же при длительном нагружении, наоборот, уменьшается (рис. 3), что в расчетах учитывается коэффициентом условий работы gb2.(0.7, 0.6…)
Пластические свойства бетона вызывают такое явление, как ползучесть: св-во материала деформироваться при постоянной нагрузке. Чем выше sb или чем ниже прочность бетона, тем больше деформации ползучести eп (рис. 4). Наиболее интенсивно eп проявляется в первое время после приложения нагрузки, затем они постепенно затухают в течение нескольких лет.
Релаксация напряжений - уменьшение напряжений в твердом теле с течением времени при постоянных нагрузке и температуре.
Например, сдавили кубик, зафиксировали положение пресса, записали результат, и оставили в таком положении на некоторое время. Со временем нагрузка будет падать, кубик бетона будет приспосабливаться.
Например, положили нагрузку и не увеличиваем, а бетон ползет, особенно свежий.
Релаксация заключается в том, что при зафиксированной деформации εsp (например, в растянутом силой Р стержне, неподвижно закрепленном по концам) напряжения σsp через некоторое время падают на величину Δσsp (рис. 10). Релаксация - результат пластических свойств стали. У "твердой" стали она проявляется при напряжениях выше предела пропорциональности, у "мягкой" - выше предела текучести. Релаксацию учитывают при проектировании преднапряженного железобетона, когда определяют потери напряжений в натянутой арматуре.
Отличие релаксации от ползучести в том, что релаксация происходит при зафиксированном положении нагрузки.
Ползучесть бетона и релаксация напряжений обуславливают рост прогибов железобетонных конструкций с течением времени, снижают предварительные напряжения в арматуре.
Усадка бетона. От чего зависит? Физическая основа. Начальный модуль упругости. Местное смятие бетона.
Усадка - это свойство бетона самопроизвольно уменьшаться в объеме (укорачиваться во всех направлениях) в процессе твердения и набора прочности в воздушной среде. Усадке подвергается не весь бетон, а только цементный камень. Уменьшаясь в объеме, он сжимает встречающиеся препятствия (крупный заполнитель, арматуру), от которых, в свою очередь, получает реакции противодействия. Следовательно, в препятствии возникают сжимающие, а в цементном камне растягивающие напряжения. Последние приводят к появлению усадочных трещин. Чем меньше защитный слой бетона и чем больше диаметр арматуры, тем больше вероятность образования усадочных трещин на поверхности бетона. Если в обычной арматуре усадка вызывает сжимающие напряжения, то в преднапряженной приводит к уменьшению (потерям) растягивающих напряжений.
Обычно усадка бетона происходит наиболее интенсивно в начальный период твердения и в течение первого года. В дальнейшем она затухает. Скорость усадки зависит от влажности окружающей среды – чем меньше влажность, тем больше усадочные деформации и выше скорость их роста. Усадка бетона под нагрузкой при длительном сжатии ускоряется, а при длительном растяжении, наоборот, замедляется.
Неравномерное высыхание бетона приводит к неравномерной усадке и образованию трещин на его поверхности. Предотвратить появление усадочных трещин модно путем правильного подбора состава бетонной смеси, увлажнения открытых поверхностей бетонных конструкций, устройства деформационных швов или постановкой специальной противоусадочной арматуры.
Усадка бетона зависит от ряда причин:
· Количества и вида цемента – чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка
· Количества воды – чем больше W/C, тем больше усадка
· Крупности заполнителей – при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше
Физическая основа усадки
Усадка бетона связана с физико-химическими процессами твердения и уменьшения объема цементного геля, потерей избыточной воды на испарение, на гидратацию с еще непрореагировавшими частицами цемента.
Начальные напряжения, возникающие под влиянием усадки бетона, не фигурируют непосредственно в расчете прочности железобетонных конструкций; их учитывают расчетными коэффициентами, охватывающими совокупность характеристик прочности.
Начальный модуль упругости
Бетон – материал упруго-пластичный, это означает, что при действии внешней нагрузки его деформации состоят из двух частей: упругой eel (обратимой) и пластической epl (необратимой). Причем по мере роста напряжений доля epl возрастает (рис.1). Отсюда ясно, что модуль упругости бетона соответствует только начальному участку диаграммы сжатия и растяжения, когда деформации еще можно считать упругими, – его и называют начальным модулем упругости: Еb = sb/eel =tgao. (тангенс угла наклона кривой).
Начальный модуль упругости соответствует упругим деформациям при мгновенном нагружении и равен тангенсу наклона кривой σb – εb в начале координат.
Смятие - это приложение нагрузки не по всей площади поперечного сечения, а только по ее части, что более опасно, так как вызывает высокую концентрацию напряжений в бетоне, приводит к образованию местных трещин и преждевременному разрушению. Смятие материала начинается тогда, когда интенсивность напряжений достигает величины предела текучести материала. Сопровождается, как правило, остаточными деформациями материала (его обмятием). Смятие возникает в местах опирания конструкций и в зонах контакта сжатых элементов. Для уменьшения напряжений смятия, а главное — остаточных деформаций осуществляют различные конструктивные мероприятия, обеспечивающие распределение передаваемого сжимающего усилия по большей площади (например, при помощи шайб, подкладок, подушек). Одно из наиболее эффективных средств уменьшения обмятия — использование в зонах контакта вкладышей, прокладок и т. п. деталей из материалов более прочных, чем материал основной конструкции. Если прочность не обеспечивается, то в зоне действия напряжений смятия устанавливают сетки косвенного армирования (не менее двух), шаг которых и размеры ячеек зависят от размеров меньшей стороны сечения элемента.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 256; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ
studopedia.net
