Пособие к СНиП 2.03.01-84 по проектированию самонапряженных железобетонных конструкций

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИЖБ) ГОССТРОЯ СССР

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ (ЦНИИпромзданий) ГОССТРОЯ СССР

ПОСОБИЕ

по проектированию самонапряженных железобетонных конструкций

(к СНиП 2.03.01-84)

Утверждено

приказом НИИЖБ Госстроя СССР

от 8 мая 1985 г. № 27

Рекомендовано к изданию секцией теории железобетона и арматуры научно-технического совета НИИЖБ Госстроя СССР.

Содержит рекомендации, отражающие особенности проектиро­ва­ния железобетонных конструкций из тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов на напрягающем цементе (НЦ).

Для инженерно-технических работников проектных организаций.

При пользовании Пособием необходимо учитывать утвержден­ные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые в журнале “Бюллетень строительной техники”, “Сборнике изменений к строительным нормам и правилам” Госстроя СССР и информационном указателе “Государственные стандарты СССР” Госстандарта.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие содержит рекомендации по проектированию и расчету самонапряженных железобетонных конструкций, выполняемых из напрягающего бетона на напрягающем цементе (НЦ).

Разработано к СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции в части конкретизации требований к проектированию самонапряженных конструкций, расчетных характеристик напрягающего бетона, особенностей расчета этих конструкций, включая самонапряжение в зависимости от количества и характера расположения арматуры в конструкции, а также от деформаций элементов в процессе самонапряжения.

Расчет самонапряженных конструкций на все виды эксплуатационных воздействий по предельным состояниям первой и второй групп производится, как правило, в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84 как конструкций из тяжелого, в том числе мелкозернистого, и легкого бетонов и с учетом в необходимых случаях предварительного напряжения арматуры и бетона, а также их деформаций в результате самонапряжения, определяемых согласно положениям настоящего Пособия.

Расчет и проектирование предварительно напряженных железобетонных конструкций на основе напрягающего бетона рекомендуется производить в соответствии с „Пособием по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов" ЦНИИпромзданий и НИИЖБ Госстроя СССР с учетом расчетных характеристик напрягающего бетона, приведенных в настоящем Пособии.

В Пособии, как и в СНиП 2.03.01-84, приведены физические величины в единицах Международной системы единиц (СИ).

Пособие допускает использование прямого метода расчета, особенно при действии внешних сил и изгибающих моментов противоположных знаков, позволяющего сразу подбирать оптимальные (по расходу материалов, стоимости и другим показателям) сечения бетона и арматуры с обязательной проверкой их в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84.

Разработано НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук В.В. Михайлов, канд. техн. наук Л.И. Будагянц) и ЦНИИпромзданий Госстроя СССР (инж. И.К. Никитин) с использованием работ д-ра техн. наук Г.И. Бердичевского, кандидатов техн. наук С.Л. Литвера и Л.А. Титовой, инженеров М.И. Бейлиной и А.П. Чушкина (НИИЖБ Госстроя СССР), д-ра техн. наук З.Н. Цилосани и канд. техн. наук Т.О. Силагадзе (Институт строительной механики и сейсмостойкости им. К.С. Завриева АН ГССР), кандидатов техн. наук В.Д.Будюка, О.С.Деха и А.А. Кондратчика (Брестский ИСИ Минуза БССР), канд. техн. наук Е.Н. Щербакова (ЦНИИС Минтрансстроя), канд. техн. наук Р.Р. Юсупова (ТашЗНИИЭП Госгражданстроя).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Пособие распространяется на проектирование самонапряженных железобетонных конструкций, выполняемых из бетонов тяжелого, в том числе мелкозернистого, легкого марки по плотности не ниже D1400, естественного твердения или подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении и предназначенных для работы при систематическом воздействии температур не выше 50 и не ниже минус 70 ^оС.

Самонапряженные железобетонные конструкции — конструкции, предварительное напряжение которых создается в процессе твердения напрягающего бетона за счет его расширения и натяжения в результате этого находящейся в конструкции арматуры или возникает при иных видах стеснений деформаций расширения указанного бетона при его твердении (например, в стыках элементов конструкций, отверстиях и т. п.).

Примечание. Проектирование самонапряженных железобетон­ных конструкций гидротехнических сооружений, мостов, транспортных тоннелей, труб под насыпями, покрытий автомобильных дорог и аэродромов, а также конструкций, выполняемых из особо тяжелого бетона и из бетона на специальных заполнителях, следует производить согласно требованиям соответствующих нормативных документов.

1.2. Самонапряженные железобетонные конструкции следует применять исходя из их технико-экономической эффективности в конкретных условиях строительства и с учетом следующих особенностей данных конструкций:

повышения трещиностойкости или уменьшения размеров сечений элементов за счет самонапряжения конструкций в результате расширения напрягающего бетона без применения дополнительных устройств, машин и механизмов (например, элементов, воспринимающих давление жидкостей или газов; конструкций, эксплуатируемых в грунте ниже уровня грунтовых вод; емкостных сооружений и стыков элементов этих сооружений; оболочек покрытий, безрулонных кровель и т. п.);

обеспечения повышенной водонепроницаемости конструкций при действии гидростатического давления без устройства гидроизоляции ¾ за счет плотной структуры данного бетона;

увеличения расстояния между деформационными швами и сокращения их количества в протяженных сооружениях за счет самонапряжения и повышенной прочности данного бетона на осевое растяжение (например, в спортивных сооружениях).

Самонапряженные железобетонные конструкции целесообразно применять также в тех случаях, когда предварительное напряжение поперечной и косвенной арматуры выполнить другими способами трудоемко и технически сложно (например, в колоннах со спиральной арматурой в зданиях и сооружениях под большими нагрузками).

1.3. Самонапряженные железобетонные конструкции, указанные в п. 1.1, следует проектировать как железобетонные конструкции из тяжелого или легкого бетона в соответствии со СНиП 2.03.01-84 и с учетом рекомендаций настоящего Пособия.

1.4. Самонапряженные железобетонные конструкции, предназна­ченные для работы в условиях агрессивной среды, необходимо проектировать с учетом дополнительных требований, предъявляемых СНиП по защите строительных конструкций от коррозии к конструкциям из тяжелого и легкого бетонов.

При воздействии на конструкции среды с содержанием сульфатов в пересчете на ионы до 5000 мг/л допускается не предусматривать специальную изоляцию.

При более высоком содержании сульфатов защитные слои конструкций следует выполнять с добавкой 1 ¾ 2 % асбестового или базальтового волокна. В массивных сооружениях взамен этого целесообразно использовать плиты-оболочки, изготовленные с добавкой асбестового или базальтового волокна.

1.5. При проектировании самонапряженных железобетонных конструкций следует учитывать требования соответствующих документов по технологии приготовления напрягающего бетона, а также особенности производства работ.

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ САМОНАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Для самонапряженных железобетонных конструкций рекомендуется предусматривать напрягающий бетон на напрягающем цементе НЦ-20 и НЦ-40, отвечающий требованиям соответствующих стандартов и технических условий, утвержденных в установленном порядке.

Допускается применять напрягающий бетон на НЦ-10 при условии обеспечения предусмотренных проектом марок по самонапряжению и водонепроницаемости.

2.2. Для самонапряженных конструкций необходимо предусматривать следующие классы и марки напрягающего бетона:

а) классы по прочности на сжатие ¾ В20; В25; В3О; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В70;

б) классы по прочности на осевое растяжение ¾ В_t1,6; В_t2; В_t2,4; В_t2,8; В_t3,2; В_t3,6; В_t4; В_t4,4; В_t4,8;

в) марки по морозостойкости ¾ F100; F150; F200; F300; F400; F500;

г) марки по самонапряжению ¾ S_р0,6; S_р0,8; S_pl; S_рl,2; S_р1,5; S_p2; S_р2,5; S_р3; S_ð4;

д) марка no водонепроницаемости напрягающего бетона обеспечивается не ниже W12 и в проектах может не указываться.

Примечания: 1. Классы бетона по прочности на сжатие и осевое растяжение отвечают значению гарантированной прочности бетона в МПа, контролируемой на базовых образцах в установленные сроки, согласно государственным стандартам, с обеспеченностью 0,95.

2. Марка бетона по самонапряжению представляет значение предварительного напряжения в бетоне, МПа, создаваемого в результате его расширения при коэффициенте продольного армирования m = 0,01, и контролируется на образцах-призмах размером 10´10´40 см, изготовленных и испытанных в кондукторах в соответствии с методикой, изложенной в обязательном приложении 1.

3. Проектные марки бетона по самонапряжению выше S_ð2 могут предусматриваться только при использовании и подтверждении обеспеченности объекта цементом НЦ-40.

4. Проектные марки бетона по самонапряжению S_р2 и S_р4 при использовании цементов соответственно НЦ-20 и НЦ-40 рекомендуется назначать для конструкций, эксплуатируемых после их возведения во влажных условиях или в воде.

5. При выборе проектной марки бетона по самонапряжению рекомендуется учитывать положения пп. 3.4 и 4.6 настоящего Пособия.

2.3. Класс бетона по прочности на сжатие для самонапряженных конструкций в зависимости от вида и класса арматуры следует принимать не ниже указанного в табл. 8 СНиП 2.03.01-84.

2.4. Нормативные R_bn, и расчетные R_b и R_b,ser сопротивления напрягающего бетона осевому сжатию в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие для предельных состояний соответственно первой и второй групп следует принимать как для тяжелого и мелкозернистого бетонов по табл. 12 и 13, а коэффициенты надежности и коэффициенты условий работы — соответственно по табл. 11 и 15, 16 СНиП 2.03.01-84.

2.5. Нормативные R_btn и расчетные сопротивления напрягающего бетона осевому растяжению для предельных состояний первой R_dt и второй R_bt,ser групп, а также начальные модули упругости Е_b при сжатии и растяжении в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие приведены в табл. 1.

Таблица 1

При контроле класса напрягающего бетона по прочности на осевое растяжение нормативные и расчетные сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний второй группы R_btn и R_bt,ser следует принимать равными его гарантированной прочности (классу) на осевое растяжение, а расчетные сопротивления бетона осевому растяжению для предельных состояний первой группы R_bt в зависимости от класса бетона по прочности на осевое растяжение — по табл. 2.

Примечание. При расчете тонкостенных конструкций допускается учитывать рост прочности напрягающего бетона на осевое растяжение после 28 суток на 30 и 40 % соответственно к 90-м и 180-м суткам. При этом в проекте должна быть указана необходимая прочность к моменту загружения конструкции.

Таблица 2

Примечание. В табл. 1 и 2 над чертой указаны значения в МПа, под чертой ¾ в кгс/см².

2.6. Расчетные сопротивления напрягающего бетона для предельных состояний первой группы, приведенные в табл. 1 и 2, в соответствующих случаях следует умножать на коэффициенты условий работы согласно табл. 15 ¾ 17 СНиП 2.03.01-84.

2.7. Величина расчетного самонапряжения напрягающего бетона R_bs в зависимости от марки бетона по самонапряжению приведена в табл. 3.

Таблица 3

2.8. Для армирования самонапряженных железобетонных конструкций:

следует преимущественно применять:

а) стержневую горячекатаную арматурную сталь классов A-III, A-IV, A-V;

б) стержневую термически упрочненную арматурную сталь классов Ат-IV и Ат-V;

в) обыкновенную арматурную проволоку классов В_р-I и В-I диаметром 3 — 5 мм;

допускается применять:

г) стержневую горячекатаную арматурную сталь классов А-II и А-I;

д) стержневую термически упрочненную арматурную сталь класса at-vi;

е) высокопрочную арматурную проволоку классов В-II и В_р-II и арматурные канаты класса К-7.

Арматуру классов A-III, А-II, А-I, В_р-I и В-I рекомендуется применять в виде сварных каркасов и сварных сеток.

2.9. Арматурную сталь следует принимать в зависимости от типа конструкций, степени предварительного напряжения арматуры, условий возведения и эксплуатации конструкций в соответствии с требованиями пп. 2.23 и 2.24 СНиП 2.03.01-84 и с учетом положений пп. 3.1, 3.4 и 3.7 настоящего Пособия.

2.10. Нормативные и расчетные характеристики арматуры, а также коэффициенты условий работы арматуры следует принимать в соответствии с указаниями пп. 2.25 ¾ 2.30 СНиП 2.03.01-84.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЙ В БЕТОНЕ И АРМАТУРЕ ПРИ САМОНАПРЯЖЕНИИ КОНСТРУКЦИЙ

3.1. Напряжения в арматуре самонапряженных конструкций рассчитываются из условия равновесия с напряжениями (самонапряжением) в бетоне. Самонапряжение бетона в конструкции определяется исходя из марки бетона по самонапряжению с учетом коэффициента армирования, расположения арматуры в бетоне (одно-, двух- и трехосное армирование), а также в необходимых случаях ¾ потерь от усадки и ползучести бетона и арматуры при загружении конструкции.

Напряжения обжатия бетона s_bp в процессе самонапряжения конструкции в зависимости от марки бетона по самонапряжению, коэффициента и характера армирования конструкции определяются по формуле

s_bp = R_bsk_mk_sk_e, (1)

где R_bs ¾ принимается в соответствии с п. 2.7 и табл. 3 настоящего Пособия;

k_m ¾ коэффициент, определяемый в зависимости от суммарного коэффициента армирования для рассматриваемого направления по формуле

, (2)

здесь m, m' ¾ коэффициенты армирования арматуры соответственно S и S',

k_s — коэффициент, принимаемый равным при армировании:

одноосном 1,0

двухосном 1,2

трехосном 1,5

k_e ¾ коэффициент, определяемый в зависимости от эксцентриситета армирования сечения e_s (расстояния между центром тяжести всей продольной арматуры и центром тяжести бетонного сечения) по формуле

. (3)

Самонапряжение бетона принимается равномерно распределенным по сечению (равнодействующая сил обжатия приложена в центре тяжести бетонного сечения).

Примечания: 1. Коэффициент k_s для конструкций, выполняемых с применением НЦ-20, принимается во всех случаях равным единице.

2. Коэффициент k_e для конструкций и их элементов (пространственных, при наличии жестких связей, стыков и т. п.) в процессе самонапряжения которых искривление или выгиб невозможны, принимается равным единице.

3.2. Самонапряжение бетона в стыковых соединениях определяется с учетом фактического армирования стыка конструкции (выпусков, стыковых стержней), условий упругого или иного ограничения деформаций стыка (например, отпора торцов обращенных в стык сборных элементов, закрепленных в основании), приведенных к эквивалентному армированию (по степени сопротивления расширению бетона) сечения стыка. При наличии в стыке выпусков или силковых стержней, привариваемых к накладным деталям, самонапряжение бетона в стыке определяется по п. 3.1.

3.3. Предварительные напряжения в арматуре и в результате самонапряжения бетона определяются из условия равновесия усилий обжатия в бетоне и растяжения в арматуре с учетом положения их равнодействующей в центре тяжести бетонного сечения по формулам:

; (4)

. (5)

Для прямоугольного сечения предварительные напряжения в арматуре определяются по формулам:

; (6)

. (7)

В формулах (4) ¾ (7):

s_bp ¾ принимается по п. 3.1;

e, e' — расстояния от равнодействующей обжатия бетона до арматуры соответственно S и S'.

3.4. Предельная величина предварительного напряжения s_sp и s¢_sp в рабочей арматуре соответственно S и S' (в момент снижения величины самонапряжения в бетоне до нуля от внешних сил) определяется по формулам:

; (8)

. (9)

Предельная величина предварительного напряжения s_sp и s'_sp рабочей арматуры не должна превышать 0,80R_s,ser.

R формулах (8) и (9) величины s_con2 и s¢_con2 принимаются без учета потерь от ползучести и усадки бетона.

3.5. При расчете самонапряженных конструкций учитываются только потери предварительного напряжения арматуры от ползучести и усадки бетона в зависимости от марки бетона по самонапряжению и влажности среды.

3.6. Потери от ползучести бетона при загружении конструкции определяются как для тяжелого и легкого бетонов по поз. 9 табл. 5 и п. 1.26 СНиП 2.03.01-84. Полученное значение потерь умножается на коэффициент k_j, учитывающий влажность среды j,%:

k_j = (2,9 - 0,02)j. (10)

3.7. Потери от усадки бетона s₈ определяются по формуле:

s₈ = k_mÎ₈E_s, (11)

где Î₈ ¾ относительная усадка напрягающего бетона, принимаемая по табл. 4;

k_m ¾ коэффициент, учитывающий размеры сечения элемента и определяемый по формуле:

, (12)

здесь r_m ¾ приведенный радиус поперечного сечения, см, определяемый как отношение площади к открытому периметру (не защищенному гидроизоляцией).

Таблица 4

Продолжение табл. 4

Примечания: 1. При переменном влажностном режиме эксплуатации конструкций к указанным в табл. 4 величинам вводится коэффициент 0,8.

2. При двух- и трехосном армировании приведенные в табл. 4 величины умножаются на коэффициент 0,6.

3. Напрягающий бетон марок S_p2 и S_p4 соответственно на НЦ-20 и НЦ-40 должен применяться только в конструкциях, эксплуатируемых в постоянных влажных условиях (песчаный бетон).

3.8. В конструкциях, эксплуатируемых в постоянных влажных условиях (например, резервуарах, подводных сооружениях и подземных сооружениях в грунтовых водах), потери самонапряжения от усадки могут не учитываться (вследствие восстановления полной величины самонапряжения во влажных условиях), если заранее известно и указано в проекте, что непосредственно перед загружением конструкция будет находиться во влажном состоянии не менее 4 сут. В сборных элементах таких конструкций потери самонапряжения учитываются только при расчете на монтажные нагрузки.

4. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ САМОНАПРЯЖЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

4.1. Выбор конструктивных решений следует производить в соответствии с основными положениями пп. 1.2 ¾ 1.8 СНиП 2.03.01-84 и с учетом рекомендаций настоящего Пособия.

4.2. Сборно-монолитные конструкции при расчете на внешнюю нагрузку принимаются неразрезными (монолитными) до момента исчерпания самонапряжения по контакту сборных элементов и монолитного бетона.

4.3. Самонапряженные железобетонные конструкции должны удовлетворять требованиям расчета по несущий способности (предельные состояния первой группы) и по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы) согласно пп. 1.10 ¾ 1.21 СНиП 2.03.01-84 и рекомендациям настоящего Пособия, учитывающего особенности самонапряженных конструкций.

4.4. Расчет по прочности элементов самонапряженных железобетонных конструкций (кроме элементов в защитной оболочке со спиральной арматурой на воздействие сжимающей продольной силы) производится как конструкций из тяжелого бетона в соответствии с требованиями пп. 3.1 — 3.49 СНиП 2.03.01-84, принимая расчетные характеристики материалов согласно рекомендациям разд. 2, а величину предварительного напряжения в арматуре от самонапряжения бетона — разд. 3 настоящего Пособия.

4.5. Расчет элементов сплошного сечения с косвенным армированием в виде спирально расположенной арматуры и защитной стальной оболочке при эксцентриситете приложения внешней нагрузки в пределах ядра сечения, ограниченного спирально расположенной арматурой, при его гибкости ° рекомендуется производить по формуле (36) СНиП 2.03.01-84, вводя вместо r_b приведенную призменную прочность бетона , определяемую по формуле

= - k_A( - R_sc), (13)

где ¾ приведенная призменная прочность бетона, ограниченного) спиралью, определяемая по формуле (52) СНиП 2.03.01-84 с заменой коэффициента 2 коэффициентом эффективности спиральной арматуры т_s, определяемым по формуле

m_s = 2(1 +0,03s_bp), (14)

здесь s_bp ¾ величина предварительного обжатия сердечника, определяемая согласно п. 3.1;

k_A — отношение площади поперечного сечения защитной стальной оболочки ко всему сечению элемента;

R_sc ¾ ðасчетное сопротивление сжатию защитной стальной оболочки, принимаемое равным пределу текучести стали по ГОСТ 380-71, разделенному на коэффициент надежности, равный 1,05.

4.6. Расчет элементов самонапряженных железобетонных конструкций по образованию и раскрытию трещин следует производить как конструкций из тяжелого или легкого бетона в соответствии с положениями разд. 4 СНиП 2.03.01-84 с учетом самонапряжения бетона и напряжения арматуры согласно разд. 3, а также продольных и поперечных деформаций, определяемых согласно пп. 4.11 и 4.12 настоящего Пособия.

При расчете изгибаемых самонапряженных элементов на раскрытие наклонных трещин по формулам (152) и (153) СНиП 2.03.01-84 величина напряжения в хомутах s_sw принимается уменьшенной на величину предварительного напряжения хомутов от самонапряжения, определяемую по п. 3.3 настоящего Пособия.

Допускается производить подбор сечений элементов этих конструкций по предельным состояниям второй группы при действии усилий или изгибающих моментов противоположных знаков (монтажных и эксплуатационных усилий, знакопеременных эпюр моментов в покрытиях полов при перемещении нагрузки, в шелыге и боковых участках трубы и т. п.) с помощью прямого метода, приведенного в рекомендуемом приложении 3, с последующей проверкой этих сечений расчетом по несущей способности согласно требованиям СНиП 2.03.01-84.

4.7. При расчете элементов самонапряженных железобетонных конструкций по образованию и раскрытию трещин, нормальных к продольной оси элемента, усилие Р рассматривается как равнодействующая сил обжатия сечения с учетом потерь от ползучести и усадки бетона, определяемых в соответствии с указаниями пп. 3.1 и 3.5 ¾ 3.8 настоящего Пособия.

По концам элементов учитывается снижение предварительного напряжения в арматуре на длине зоны передачи напряжений арматуры на бетон, согласно указаниям п. 2.29 СНиП 2.03.01-84, по линейному закону.

4.8. Расчет по образованию трещин, наклонных к продольной оси элемента (см. п. 4.21 СНиП 2.03.01-84), рекомендуется производить с учетом самонапряжения бетона во всех направлениях, по которым расположена арматура. Самонапряжение бетона определяется согласно п. 3.1 настоящего Пособия, при этом m и m' вычисляются для каждого направления отдельно.

4.9. При расчете по закрытию трещин, нормальных к продольной оси элемента (см. п. 4.19 СНиП 2.03.01-84), нормальные напряжения сжатия s_b на растягиваемой внешними нагрузками грани элемента должны быть не менее 0,2 МПа.

4.10. Расчет стыка, выполненного из напрягающего бетона, по предельным состояниям второй группы рекомендуется производить с учетом обжатия бетона и предварительного напряжения арматуры в соответствии с пп. 3.2 и 4.6 и сопротивления растяжению бетона, принимаемого равным R_bt,sert. По контакту бетона стыка и сборных элементов при действии нормальных растягивающих усилий учитываются только обжатие бетона стыка и предварительное напряжение арматуры. При действии сдвигающих сил по контакту бетона стыка и сборных элементов допускается учитывать сцепление этого бетона, равное по величине обжатию зоны контакта в результате самонапряжения.

4.11. Продольные деформации бетона в процессе самонапряжения, принимаемые одинаковыми с деформациями арматуры, Î_con2 и ΢_con2 при назначении деформационных швов определяются по формулам

Î_con2 = и ΢_con2 = , (15)

где s_con2, s¢_con2 принимаются согласно п. 3.3.

Распределение продольных деформаций бетона по высоте сечения принимается по линейному закону, за исключением зоны передачи напряжений арматуры на бетон.

4.12. При расчете деформаций кривизна элементов самонапряженных конструкций от самонапряжения бетона определяется по формуле

, (16)

s_con2, s¢_con2 ¾ определяются согласно п. 3,3;

s_bp ¾ принимается согласно п. 3.1.

Полную кривизну элемента для участка с трещинами в растянутой зоне, определяемую по формуле (170) СНиП 2.03.01-84, необходимо уменьшить на величину , определяемую по формуле (16) настоящего Пособия. '

Выгиб элемента длиной l определяется по формуле

. (17)

5. ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В СЕЧЕНИИ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОМОЩЬЮ СИЛОВОЙ КАЛИБРОВКИ ПРИ САМОНАПРЯЖЕНИИ

5.1. Перераспределение напряжений в сечении элемента с помощью силовой калибровки производится для увеличения обжатия бетона в крайних волокнах, подверженных наибольшим растягивающим напряжениям в стадии эксплуатации, с соответствующим повышением трещиностойкости самонапряженной конструкции.

Силовая калибровка ¾ ограничение поперечных деформаций (выгиба) несимметрично армированных элементов в процессе самонапряжения, осуществляемое путем наложения жестких связей, например стального кондуктора (черт. 1, а), или попарным сплачиванием в пакет элементов, выгибы которых происходят навстречу один другому (черт. 1, б). При снятии этих связей после завершения процесса самонапряжения происходит перераспределение напряжений по сечению элемента, т. е. равнодействующая обжатия получает эксцентриситет е_р относительно центра тяжести бетонного сечения.

Черт. 1. Силовая калибровка самонапряженных элементов

а ¾ в кондукторе или пакетом с упором посредине; б ¾ пакетом с упором по плоскости

5.2. При ограничении поперечных деформаций самонапряженного элемента с помощью жесткого кондуктора с упором посредине или эквивалентным способом — попарным сплачиванием в пакет с одной прокладкой между ними посредине (см. черт. 1, а) ¾ эксцентриситет равнодействующей обжатия принимается равным е_р = 1,5 е_s, в середине (под упором) с уменьшением до нуля на концах элемента по линейному закону. В этом случае при расчете s_bp коэффициент k_е в формуле (1) принимается равным единице.

5.3. При ограничении поперечных деформаций путем сплачивания элементов в пакет эксцентриситет равнодействующей ер определяется по формуле

, (18)

где l ¾ длина элемента;

х_l — расстояние от начала элемента до рассматриваемого сечения.

Коэффициент k_е в формуле (1) при этом принимается равным единице.

5.4. Напряжения и деформации арматуры при силовой калибровке элементов определяются из условия равновесия с самонапряжением бетона, определяемым по формуле (1), с учетом рекомендаций пп. 5.2 и 5.3.

6. КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

6.1. При проектировании самонапряженных железобетонных конструкций для обеспечения условий их изготовления, долговечности и надежности, а также совместной работы арматуры и бетона следует выполнять требования разд. 5 СНиП 2.03.01-84 для тяжелого бетона и рекомендации пп. 6.2 ¾ 6.9 настоящего Пособия.

6.2. В самонапряженных железобетонных конструкциях толщиной свыше 40 см необходимо предусматривать временные или постоянные каналы для увлажнения бетона в процессе твердения, чтобы расстояние от внутренних зон до увлажняемой поверхности не превышало 25 см.

6.3. Армирование конструкций рекомендуется предусматривать в двух, предпочтительней — в трех, направлениях для создания объемного предварительного напряжения, а основную рабочую арматуру — располагать возможно ближе к направлению главных растягивающих напряжений, применяя в необходимых случаях пространственные каркасы и криволинейную арматуру.

6.4. Конструкция основания и сопряжение элементов самонапряженных железобетонных конструкций со смежными элементами зданий и сооружений должны обеспечивать возможную свободу перемещений в период расширения бетона.

6.5. В покрытиях больших площадей целесообразно устраивать скользящие слои из двух слоев и более полимерных пленок и других рулонных материалов, в том числе с графитовой пудрой (для снижения трения покрытия по основанию).

Расстояние между деформационными швами и их ширина определяются расчетом с учетом деформаций самонапряжения (см. п. 4.11) и температурных деформаций, а также типа конструкций.

6.6. Соединение элементов конструкций с целью повышения трещиностойкости и водонепроницаемости стыка, замоноличиваемого бетоном на напрягающем цементе, следует выполнять стыкованием арматуры внахлестку или сваркой выпусков арматуры (закладных деталей), рассчитанных на восприятие действующих в стыке усилий от расширения бетона и от внешних воздействий (черт. 2).

Величина нахлестки петлевых выпусков стыка, измеренная на прямолинейном участке С, должна быть не менее:

при полностью растянутом от действия внешних сил сечении ¾ 15d;

при наличии сжатой зоны — 10d.

Черт. 2. Стык элементов самонапряженных железобетонных конструкций, работающих на растяжение (распределительная арматура и анкера закладных деталей условно не показаны)

а - при стыковании арматуры внахлестку; б ¾ при стыковании арматуры сваркой; 1 ¾ рабочая арматура элемента; 2¾ закладная деталь; 3 ¾ соединительные накладки

6.7. При замоноличивании бетоном на напрягающем цементе сборно-монолитных или монолитных с временной разрезкой швами конструкций последние должны быть связаны между собой или с основанием упругими связями (выносной арматурой, анкерами и т. п.) таким образом, чтобы действие распора при расширении бетона на напрягающем цементе в швах создавало в бетоне конструкций предварительное обжатие.

6.8. Для сокращения зоны анкеровки стержневой арматуры в самонапряженных элементах и обеспечения обжатия бетона по всей длине элементов рекомендуется (при соответствующем технико-экономическом обосновании) окаймлять торцы элементов стальным профилем (швеллером, уголком и т.д.) и заанкеривать в нем напрягаемую арматуру (например, контактной сваркой).

6.9. Для повышения трещиностойкости самонапряженного стыка по контакту бетона стыка и сборных элементов и использования на этих участках сопротивления бетона растяжению целесообразно выполнять торцевые участки элементов переменной толщины (см. черт. 2), при этом длина участков должна превышать их толщину не менее чем в 2 раза.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Обязательное

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ САМОНАПРЯЖЕНИЯ НАПРЯГАЮЩЕГО БЕТОНА НА НАПРЯГАЮЩЕМ ЦЕМЕНТЕ

1. Самонапряжение напрягающего бетона на напрягающем цементе (НЦ) определяется при подборе состава и контроле качества бетона самонапряженных железобетонных конструкций для обеспечения расчетного самонапряжения конструкции — обжатия бетона и соответствующего натяжения арматуры.

2. Самонапряжение бетона R_bs определяется на контрольных образцах-призмах размером 10´10´40 см, отформованных и твердеющих при нормальных влажных условиях (см. пп. 8 и 9 настоящего приложения) в динамометрическом кондукторе, создающем в процессе расширения бетона образца упругое ограничение деформаций, эквивалентное продольному армированию, равному 1 %.

3. Для испытаний применяется следующее оборудование:

а) динамометрический кондуктор для образца-призмы размером 10´10´40 см (см. чертеж);

б) измерительное устройство ("краб") с индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм для замера выгиба пластин кондуктора;

в) стальной эталон (пластина) для поверки измерительного устройства;

г) форма-опалубка (включающая днище и борта) для формирования образца;

д) емкость с водой для хранения кондукторов с образцами.

Динамометрический кондуктор для испытания образца-призмы размером 10´10´40 см

1 ¾ динамометрический кондуктор; 2 ¾ измерительное устройство с индикатором часового типа; 3 — бетонный образец-призма размером 10´10´40 см

4. Форма должна удовлетворять требованиям ГОСТ 22685-77.

5. До сборки кондуктора с формой производится затяжка гаек на тягах и снимается нулевой замер кондуктора с помощью измерительного устройства (²краба²), предварительно поверенного с помощью эталона на постоянство отсчета.

Температура кондуктора, измерительного устройства и эталона во время замера должна быть одинаковой.

6. Перед формованием образца форма должна быть собрана в кондукторе с помощью скоб на тягах кондуктора с минимальным зазором для исключения деформаций тяг.

7. Контроль самонапряжения бетона производится на бетонном заводе или на объекте у места укладки бетона в конструкцию.

Формование образцов производится в соответствии с ГОСТ 10180—78.

8. Отформованные в кондукторе образцы украшаются пленкой или другим водонепроницаемым материалом для защиты от потерь влаги.

9. Твердение образцов в кондукторе с формой до достижения бетоном прочности 8 — 15 МПа (80 — 150 кгс/см²), но не менее суток должно происходить в помещении с температурой воздуха 20 ± 2 °С, дальнейшее твердение в кондукторе со снятой формой (до 28 сут) ¾ в воде или в обильно влажных опилках, песке и т. п.

Образцы, предназначенные для производственного контроля самонапряженного бетона, должны храниться в условиях, аналогичных условиям твердения бетона в конструкции.

10. Замеры кондукторов производятся ежедневно для бетона в возрасте 1 ¾ 7 сут и далее в возрасте 10, 14 и 28 сут каждый раз с поверкой измерительного устройства с помощью эталона.

11. Величина самонапряжения образца R_bs определяется по формуле

,

где D, l ¾ соответственно полная деформация образца в процессе самонапряжения бетона и его длина;

m_k — приведенный коэффициент армирования образца, принимаемый равным 0,01;

E_s — модуль упругости стали кондуктора, принимаемый равным 2×10⁵ Мпа (2×10⁶ кгс/см²).

12. Самонапряжение бетона R_bs вычисляется как среднее арифметическое по результатам замеров трех образцов-близнецов в кондукторах, отформованных из одной пробы бетона.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рекомендуемое

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА САМОНАПРЯЖЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Пример 1. Расчет стенки круглого резервуара для воды. Резервуар представляет собой цилиндрическую (полигональную) емкость, заполненную водой; D = 24 м; Н = 3,6 м. Стенка из плоских панелей шириной 2,3 м (самонапряженные). Сопряжение с днищем ¾ жесткое (заделка). Расчетная зона панели находится на расстоянии 0,4Н от днища. Растягивающее усилие N = 200 кН/м. Изгибающий момент в середине панели (вследствие полигональности, т. е. несоответствия оси стены окружности емкости) М = 8 кН×м (черт. 1).

Принимаем сечение стенки h = 140 мм, самонапряженный бетон классов В30, В_t2,4, марки S_p1,5, т. е. R_b = 17 МПа; Е_b = 24 000 МПа; R_bt,ser = 2,4 МПа; R_bs = 1,2 МПа; сталь класса А-III; R_s = 365 МПа для диаметров 10 ¾ 40 мм; E_s = 200000 МПа; .

Производим расчет по прочности:

мм;

мм;

h₀ = 140   (15 + 5) = 120 мм

Черт. 1. Схема стенки цилиндрического резервуара

мм;

; ;

мм²;

мм²;

Принимаем арматуру Æ10, шагом 150 мм (7 Æ10 = 550 мм²).

Принимаем ³ 0,25; = 0,25×550 = 137 мм²; принимаем арматуру Æ6, шагом 200 мм (5 Æ6 = 142 мм²).

Суммарное армирование

m + m' = .

Напряжение обжатия бетона в сечении (самонапряжение)

s_bp = R_bsk_mk_sk_e,

где

k_s = 1,2;

; ;

мм.

Таким образом, s_bp = 1,2×0,852×1,2×0,71 = 0,87 МПа.

Проверяем напряжения в арматуре от самонапряжения:

;

.

Увеличиваем сечение арматуры до 7 Æ6 = 200 мм² (Æ6, шаг 140 мм) соответственно:

m + m' = ,

тогда ;

s_bp = 1,2×0,874×1,2×0,71 = 0,89 МПа.

.

Проверяем сечение по трещиностойкости.

К самонапряженным емкостям предъявляются требования I категории трещиностойкости, т. е. образование трещин не допускается:

;

.

Для простоты расчета считаем нейтральную ось расположенной посредине высоты сечения (х = h / 2) :

мм;

,

е_ор = 0, так как обжатие равномерное; силовая калибровка не применяется, тогда:

0,87×1000×140×40,4 мм = 4920720 H×мм;

М_r = N(e_o +r) = 200000 (40 + 40,4) = 16 080 000 H×мм = 16,1×10⁶ H×мм;

М_crc = R_bt.ser W_pl + М_rp = 2,4×6 163 000 + 4 920 720 = 19 711 920 H×мм = 19,7×10⁶ H×мм;

19,7×10⁶ H×мм > 16,1×10⁶ H×мм.

Следовательно, трещиностойкость обеспечена.

Если не нормировать марку бетона на осевое растяжение, то для бетона класса В30 можно принять R_bt.ser = 1,8 МПа и тогда

М_crc = 1,8×6 163 000 + 4 920 720 = 16 014 120 = 16,01×10⁶ H×мм;

16,1×106 Н×мм » 16,01×10⁶ н×мм,

т.е. трещиностойкость расчетом также обеспечивается. Это дает основание не контролировать на строительной площадке прочность бетона на осевое растяжение и нормировать только класс бетона по прочности на сжатие В30 и марку бетона по самонапряжению S_р1,5.