Определение кривизны железобетонных элементов на основе нелинейной деформационной модели

8.2.32 Полную кривизну железобетонных элементов на участках без трещин в растянутой зоне сечения определяют по формуле (8.140), а на участках с трещинами в растянутой зоне сечения - по формуле (8.141).

Значения кривизн, входящих в формулы (8.140) и (8.141), определяют из решения системы уравнений (8.26)-(8.30). При этом для элементов с нормальными трещинами в растянутой зоне напряжение в арматуре, пересекающей трещины, определяют по формуле

, (8.160)

где

. (8.161)

Здесь - относительная деформация растянутой арматуры в сечении с трещиной сразу после образования нормальных трещин;

- усредненная относительная деформация растянутой арматуры, пересекающей трещины, в рассматриваемой стадии расчета.

При определении кривизн от непродолжительного действия нагрузки в расчете используют диаграммы кратковременного деформирования сжатого и растянутого бетона, а при определении кривизн от продолжительного действия нагрузки - диаграммы длительного деформирования бетона с расчетными характеристиками для предельных состояний второй группы.

Для частных случаев действия внешней нагрузки (изгиб в двух плоскостях, изгиб в плоскости оси симметрии поперечного сечения элемента и т.п.) кривизны, входящие в формулы (8.140) и (8.141), определяют из решения систем уравнений, указанных в 8.1.26-8.1.28.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции

Предварительные напряжения арматуры

9.1.1 Предварительные напряжения арматуры принимают не более для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры и не более для холоднодеформированной арматуры и арматурных канатов.

9.1.2 При расчете предварительно напряженных конструкций следует учитывать снижение предварительных напряжений вследствие потерь предварительного напряжения - до передачи усилий натяжения на бетон (первые потери) и после передачи усилия натяжения на бетон (вторые потери).

При натяжении арматуры на упоры следует учитывать:

первые потери - от релаксации предварительных напряжений в арматуре, температурного перепада при термической обработке конструкций, деформации анкеров и деформации формы (упоров);

вторые потери - от усадки и ползучести бетона.

При натяжении арматуры на бетон следует учитывать:

первые потери - от деформации анкеров, трения арматуры о стенки каналов или поверхность конструкции;

вторые потери - от релаксации предварительных напряжений в арматуре, усадки и ползучести бетона.

9.1.3 Потери от релаксации напряжений арматуры определяют по формулам:

для арматуры классов А600-А1000 при способе натяжения:

механическом - ; (9.1)

электротермическом - ; (9.2)

для арматуры классов 1200-1500, К1400, К1500, К1600 при способе натяжения:

механическом - ; (9.3)

электротермическом - . (9.4)

Здесь принимается без потерь в мегапаскалях.

При отрицательных значениях принимают 0.

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

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

. (9.5)

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

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

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

, (9.6)

где - число стержней (групп стержней), натягиваемых неодновременно;

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

- расстояние между наружными гранями упоров.

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

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

9.1.6 Потери от деформации анкеров натяжных устройств при натяжении арматуры на упоры определяют по формуле

, (9.7)

где - обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров;

- расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных допускается принимать 2 мм.

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

9.1.7 При натяжении арматуры на бетон потери от деформации анкеров натяжных устройств определяют по формуле (9.7), в которой принимают 2 мм, а потери от трения о стенки каналов или поверхность конструкции определяют по формуле

,

где - основание натуральных логарифмов;

, - коэффициенты, определяемые по таблице 9.1;

- длина участка от натяжного устройства до расчетного сечения, м;

- суммарный угол поворота оси арматуры, рад;

- принимается без потерь.

Таблица 9.1

Канал или поверхность	Коэффициенты для определения потерь от трения арматуры
		при арматуре в виде
		пучков, канатов	стержней периодического профиля
1 Канал:
с металлической поверхностью	0,0030	0,35	0,40
с бетонной поверхностью, образованный жестким каналообразователем		0,55	0,65
то же, гибкимканалообразователем	0,0015	0,55	0,65
2 Бетонная поверхность		0,55	0,65

9.1.8 Потери от усадки бетона при натяжении арматуры на упоры определяют по формуле

, (9.8)

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

0,0002 - для бетона классов В35 и ниже;

0,00025 - для бетона класса В40;

0,0003 - для бетона классов В45 и выше.

Для бетона, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, потери от усадки бетона вычисляют по формуле (9.8) с умножением полученного результата на коэффициент, равный 0,85.

Потери от усадки бетона при натяжении арматуры на бетон определяют по формуле (9.8) с умножением полученного результата независимо от условий твердения бетона на коэффициент, равный 0,75.

Допускается потери от усадки бетона определять более точными методами.

9.1.9 Потери от ползучести бетона определяют по формуле

, (9.9)

где - коэффициент ползучести бетона, определяемый согласно 6.1.16;

- напряжения в бетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой -й группы стержней напрягаемой арматуры;

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

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

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

Для бетона, подвергнутого тепловой обработке, потери вычисляют по формуле (9.9) с умножением полученного результата на коэффициент, равный 0,85.

Допускается потери от ползучести бетона определять более точными методами.

Напряжения определяют по правилам расчета упругих материалов, принимая приведенное сечение элемента, включающее площадь сечения бетона и площадь сечения всей продольной арматуры (напрягаемой и ненапрягаемой) с коэффициентом приведения арматуры к бетону , согласно 9.1.11.

При 0 принимается 0 и 0.

9.1.10 Полные значения первых потерь предварительного напряжения арматуры (по 9.1.3-9.1.6) определяют по формуле

, (9.10)

где - номер потерь предварительного напряжения.

Усилие предварительного обжатия бетона с учетом первых потерь равно:

, (9.11)

где и - площадь сечения -й группы стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента и предварительное напряжение в группе с учетом первых потерь

.

Здесь - начальное предварительное напряжение рассматриваемой группы стержней арматуры.

Полные значения первых и вторых потерь предварительного напряжения арматуры (по 9.1.3-9.1.8) определяют по формуле

. (9.12)

Усилие в напрягаемой арматуре с учетом полных потерь равно

, (9.13)

где

.

При проектировании конструкций полные суммарные потери для арматуры, расположенной в растянутой при эксплуатации зоне сечения элемента (основной рабочей арматуры), следует принимать не менее 100 МПа.

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

При определении усилий обжатия с учетом ненапрягаемой арматуры на уровне ненапрягаемой арматуры, потери от ползучести на этом уровне принимают равными , где - потери от ползучести для стержней напрягаемой арматуры, ближайшей к рассматриваемой ненапрягаемой арматуре; и - напряжения в бетоне на уровне рассматриваемой ненапрягаемой и напрягаемой арматуры соответственно.

9.1.11 Предварительные напряжения в бетоне при передаче усилия предварительного обжатия , определяемого с учетом первых потерь, не должны превышать:

если напряжения уменьшаются или не изменяются при действии внешних нагрузок - ,

если напряжения увеличиваются при действии внешних нагрузок - .

Напряжения в бетоне определяют по формуле

, (9.14)

где - усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь;

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

- расстояние от центра тяжести сечения до рассматриваемого волокна;

- эксцентриситет усилия относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента.

9.1.12 Длину зоны передачи предварительного напряжения на бетон для арматуры без дополнительных анкерующих устройств определяют по формуле

, (9.15)

но не менее и 200 мм, а для арматурных канатов также не менее 300 мм.

В формуле (9.15):

- предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом первых потерь;

- сопротивление сцепления напрягаемой арматуры с бетоном, отвечающее передаточной прочности бетона и определяемое согласно 10.3.24;

, - площадь и периметр стержня арматуры.

Передачу предварительного напряжения с арматуры на бетон рекомендуется осуществлять плавно.

9.2 Расчет элементов предварительно напряженных железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы

Расчет предварительно напряженных железобетонных элементов по прочности

Общие положения

9.2.1 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.

9.2.2 Расчет по прочности предварительно напряженных элементов при действии изгибающих моментов следует производить для сечений, нормальных к их продольной оси.

Расчет по прочности нормальных сечений в общем случае производят на основе нелинейной деформационной модели согласно 9.2.13-9.2.15.

Допускается расчет железобетонных элементов прямоугольного, таврового и двутаврового сечений с арматурой, расположенной у перпендикулярных плоскости изгиба граней элемента, при действии усилий в плоскости симметрии нормальных сечений производить на основе предельных усилий согласно 9.2.7-9.2.12.

9.2.3 Для железобетонных элементов, у которых предельное усилие по прочности оказывается меньше предельного усилия по образованию трещин, площадь сечения продольной растянутой арматуры должна быть увеличена по сравнению с требуемой из расчета по прочности не менее чем на 15% или должна удовлетворять расчету по прочности на действие момента образования трещин.

9.2.4 Расчет преднапряженных элементов в стадии обжатия производят как при внецентренном сжатии усилием предварительного обжатия в предельном состоянии согласно 9.2.10-9.2.12.

9.2.5 Расчет предварительно напряженных элементов по прочности при действии поперечных сил (расчет по наклонным сечениям) и местном действии нагрузки (расчеты на смятие и продавливание) следует производить согласно указаниям 8.1.

9.2.6 При расчете предварительно напряженных элементов по прочности следует учитывать возможные отклонения предварительного напряжения, определяемого согласно 9.1.9, путем умножения значений (или усилия обжатия ) для рассматриваемого -го стержня или группы стержней напрягаемой арматуры на коэффициент .

Значения коэффициента принимают равными:

0,9 - при благоприятном влиянии предварительного напряжения;

1,1 - при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения.

Расчет предварительно напряженных элементов на действие изгибающих моментов в стадии эксплуатации по предельным усилиям

9.2.7 Расчет по прочности нормальных сечений следует производить согласно указаниям раздела 8.1 с учетом дополнительных указаний 9.2.8-9.2.9. При этом в формулах 8.1 обозначения площадей сечения и следует относить как к напрягаемой, так и к ненапрягаемой арматуре.

Допускается принимать для растянутой арматуры с условным пределом текучести напряжения выше , но не более в зависимости от соотношения и (9.2.8).

9.2.8 Значения относительной деформации арматуры растянутой зоны при вычислении значения граничной высоты сжатой зоны бетона следует определять по формулам:

для арматуры с условным пределом текучести

; (9.16)

где - предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь и 0,9;

400 - в МПа.

для ненапрягаемой арматуры с физическим пределом текучести

.

9.2.9 Для напрягаемой арматуры, расположенной в сжатой зоне, расчетное сопротивление сжатию следует заменить напряжением , равным:

500 - - при учете коэффициента условий работы бетона 0,9 (п.6.1.12);

400 - при 1,0.

Здесь - в МПа.

Значения определяют с коэффициентом 1,1.

Во всех случаях напряжение принимают не более .

Расчет предварительно напряженных элементов в стадии предварительного обжатия

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

, (9.17)

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

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

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

, (9.18)

где - расстояние от точки приложения продольной силы с учетом влияния изгибающего момента от внешней нагрузки, действующей в стадии изготовления (собственная масса элемента), до центра тяжести сечения ненапрягаемой арматуры растянутой или наименее сжатой (при полностью сжатом сечении элемента) от этих усилий (рисунок 9.1), определяемое по формуле

, (9.19)

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

- расчетное сопротивление бетона сжатию, принимаемое по линейной интерполяции (таблица 6.8) как для класса бетона по прочности на сжатие, численно равного передаточной прочности бетона ;

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

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

Рисунок 9.1 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого предварительно напряженного элемента при его расчете по прочности в стадии обжатия

Рисунок 9.1 - Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого предварительно напряженного элемента при его расчете по прочности в стадии обжатия

Высоту сжатой зоны бетона определяют в зависимости от величины , определяемой по формуле (8.1) с подстановкой в нее значения , где - расчетное сопротивление растянутой ненапрягаемой арматуры и 0,003:

а) при (рисунок 9.1) по формуле

, (9.20)

б) при - по формуле

. (9.21)

9.2.12 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 (рисунок 8.2, а), т.е. соблюдается условие

, (9.22)

расчет производят как для прямоугольного сечения шириной согласно 9.2.11;

б) если граница сжатой зоны проходит в ребре (рисунок 8.2, б), т.е. условие (9.22) не соблюдается, расчет производят из условия

, (9.23)

где ; - см. 9.2.11;

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

Высоту сжатой зоны определяют по формулам:

a) при (- см. 9.2.11)

; (9.24)

б) при

. (9.25)

Расчет по прочности нормальных сечений на основе нелинейной деформационной модели

9.2.13 При расчете по прочности на основе нелинейной деформационной модели усилия и деформации в сечении, нормальном к продольной оси элемента, определяют с использованием основных положений, указанных в 8.1.20-8.1.22.

9.2.14 При расчете нормальных сечений по прочности (рисунок 9.2) в общем случае используют:

уравнения равновесия внешних сил и внутренних усилий в нормальном сечении элемента

; (9.26)

; (9.27)

; (9.28)

уравнения, определяющие распределение деформаций от действия внешней нагрузки по сечению элемента

; (9.29)

; (9.30)

; (9.31)

зависимости, связывающие напряжения и относительные деформации бетона и арматуры:

бетона

; (9.32)

ненапрягаемой арматуры

; (9.33)

напрягаемой арматуры

. (9.34)

Рисунок 9.2 - Расчетная схема нормального сечения предварительно напряженного железобетонного элемента

Рисунок 9.2 - Расчетная схема нормального сечения предварительно напряженного железобетонного элемента

В уравнениях (9.26) - (9.34):

, , , - площадь, координаты центра тяжести -го стержня напрягаемой арматуры и напряжение в нем;

- относительная деформация -го стержня напрягаемой арматуры от действия внешней нагрузки;

- относительная деформация предварительного напряжения арматуры, определяемая с учетом потерь предварительного напряжения, отвечающих рассматриваемой расчетной стадии;

- модуль упругости -го стержня напрягаемой арматуры;

- коэффициент упругости -го стержня ненапрягаемой арматуры, остальные параметры - см. 8.1.23.

Значения коэффициентов и определяют по указаниям 8.1.23, а значения коэффициентов - по формуле

. (9.35)

(Измененная редакция, Изм.N 2).

9.2.15 Расчет нормальных сечений железобетонных элементов по прочности производят из условий, приведенных в 8.1.24.

9.3 Расчет предварительно напряженных элементов железобетонных конструкций по предельным состояниям второй группы

Общие положения

9.3.1 Расчеты по предельным состояниям второй группы включают:

расчет по образованию трещин;

расчет по раскрытию трещин;

расчет по деформациям.

9.3.2 Расчет по образованию трещин производят когда необходимо обеспечить отсутствие трещин, а также как вспомогательный при расчете по раскрытию трещин и по деформациям.

Требования по отсутствию трещин предъявляют к предварительно напряженным конструкциям, у которых при полностью растянутом сечении должна быть обеспечена непроницаемость (находящихся под давлением жидкости или газов, испытывающих воздействие радиации и т.п.), к уникальным конструкциям, а также к конструкциям при воздействии сильно агрессивной среды.

9.3.3 При расчете по образованию трещин в целях их недопущения коэффициент надежности по нагрузке принимают 1,0 (как при расчете по прочности). При расчете по раскрытию трещин и по деформациям (включая вспомогательный расчет по образованию трещин) принимают коэффициент надежности по нагрузке 1,0.

9.3.4 Расчет изгибаемых предварительно напряженных элементов по предельным состояниям второй группы производят как при внецентренном сжатии на совместное действие усилий от внешней нагрузки и продольной силы , равной усилию предварительного обжатия .

Расчет предварительно напряженных железобетонных элементов по образованию и раскрытию трещин

9.3.5 Расчет предварительно напряженных изгибаемых элементов по раскрытию трещин производят исходя из общих положений, указанных в разделе 8.2 и с учетом указаний 9.3.6-9.3.10.

Определение момента образования трещин, нормальных к продольной оси элемента

9.3.6 Изгибающий момент при образовании трещин в общем случае определяется по деформационной модели согласно 9.3.10. Допускается для простых сечений (прямоугольного и таврового сечений с арматурой, расположенной у верхней и нижней граней сечения, с полкой в сжатой зоне) определять момент трещинообразования согласно 9.3.7.

9.3.7 Определение момента образования трещин производят с учетом неупругих деформаций растянутого бетона согласно 9.3.8.

Допускается момент образования трещин определять без учета неупругих деформаций растянутого бетона, принимая в формуле (9.36) . Если при этом условия (8.118) и (8.139) не удовлетворяются, то момент образования трещин следует определять с учетом неупругих деформаций растянутого бетона.

9.3.8 Момент образования трещин предварительно напряженных изгибаемых элементов с учетом неупругих деформаций растянутого бетона определяют по формуле

, (9.36)

где - момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна с учетом положений 8.2.10;

- расстояние от точки приложения усилия предварительного обжатия до ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны, трещинообразование которой проверяется;

- то же, до центра тяжести приведенного сечения;

- расстояние от центра тяжести приведенного сечения до ядровой точки,

. (9.37)

В формуле (9.36) знак "плюс" принимают, когда направления вращения моментов и внешнего изгибающего момента противоположны; "минус" - когда направления совпадают.

Значения и определяют согласно указаниям 8.2.

Для прямоугольных сечений и тавровых сечений с полкой, расположенной в сжатой зоне, значение при действии момента в плоскости оси симметрии допускается определять по формуле (8.122).

9.3.9 Усилие при образовании трещин в центрально растянутых элементах определяют по формуле (8.127) 8.2.

9.3.10 Определение момента образования трещин на основе нелинейной деформационной модели производят исходя из общих положений, приведенных в 6.1.24, 9.2.13-9.2.15, но с учетом работы бетона в растянутой зоне нормального сечения, определяемой диаграммой состояния растянутого бетона согласно 6.1.22. Расчетные характеристики материалов принимают для предельных состояний второй группы.

Значение определяют из решения системы уравнений, представленных в 9.2.13-9.2.15, принимая относительную деформацию бетона у растянутой грани элемента от действия внешней нагрузки, равной предельному значению относительной деформации бетона при растяжении , определяемому согласно указаниям 8.1.30.