Глава 2. Физико-механични и деформационни свойства на бетона,деформационни свойства на бетона,

армировката и стоманобетона

Якостни свойства на бетона

Физико-механичните характеристики на обикновения бетон зависят от неговия състав(качество и количество на вложения цимент, водоциментно отношение, качества и зърномет-ричен състав на добавъчните материали), от начина на приготвяне и изливане на бетона, от

б бтемпературно-влажностния режим при втвърдяване на бетона, от възрастта на бетона, отформата и размерите на образците и др.

Бетоните притежават и физически свойства като съсъхване, набъбване, пълзене,мразоустойчивост, водонепропускливост, звукопроводност, устойчивост на корозия и др.

В зависимост от характера на външните натоварвания бетонът проявява различниякости: на натиск, на опън, на срязване и на хлъзгане.

р у , д р у , у р д , у р др

При външно натоварване на натиск в бетона се създава сложно напрегнато състояние.

1. Якост на натиск на бетона

Причини за това са порите и шуплите в бетонаи различната якост и деформируемост нациментовия камък и добавъчните материали.

Около порите и шуплите се получава концент-рация на напреженията, като се пораждат напречнидеформации и напречни опънни напрежения коитодеформации и напречни опънни напрежения, коитомогат да доведат по поява на невидими (микро-пукнатини) или видими пукнатини в бетона.

При изпитването на бетонни кубчета на натиск разрушаването им започва с образуванена наклонени (диагонални) или вертикални пукнатини.

Пукнатините се получават от развитието на напречни деформации, по-големи отграничните на бетона при опън.

Разрушаването на кубчетата по първата схема – по диагонални пукнатини, се дължи назначителните сили на триене, които се явяват между допирните плоскости на кубчетата и

Разрушаването по втората схема се получава, когато силите на триене са частично

значителните сили на триене, които се явяват между допирните плоскости на кубчетата ипресата. Те възпрепятстват свободното проявяване на напречните деформации по цялатависочина на кубчетата.

отстранени чрез намазване на допирните плоскости с подходяща смазка.Когато съществуват сили на триене, кубчетата се разрушават от по-големи външни

товари.При изпитване на кубчета с по-малки страни се получават по-големи кубови якости аПри изпитване на кубчета с по-малки страни се получават по-големи кубови якости, а

при кубчета с по-големи страни – по малки кубови якости. Получаването на якости прикубчета с различни размери се обяснява с влиянието на триенето при допирните плоскости инееднородната структура на бетона.

1.1. Цилиндрична якост на натиск на бетона – fck

Цилиндричната якост на натиск се приема за основна

р fck

механична характеристика на бетона. Тя се установява отизпитването на осов натиск на цилиндри с диаметър 150mm и височина 300 mm, които се оставят в кофражнатаф й 16форма най-малко 16 часа, но не повече от три дни, притемпература 20±5°С.

След декофриране отлежават във вода с температураСлед декофриране отлежават във вода с температура20±2°С или във влажна камера с температура 20±5°С иотносителна влажност на въздуха ≥ 95% непосредственодо началото на изпитването.

Натоварването се прилага с постоянна скорост,избрана в интервала от 0,2 MPa/s до 1,0 MPa/s до разру-шаванешаване.

Според характеристичната цилиндричнаякост на натиск на бетона на възраст 28 дниfck бетонът се класифицира в класове, озна-чавани с буквата С.

Под характеристична якост се разбирай бстойността на якостта, под която трябва да

попадат не повече от 5% от всички резулта-ти при изпитване на бетона (обезпеченост95%).95%).

Допуска се при определянето класа набетона да се използва и характеристичнатакубова якост на натиск на бетона на възраст28 дни fck,cube, определена от изпитване накубчета с размери 150/150/150 mm.

Класовете бетон по якост на натиск са:Класовете бетон по якост на натиск са:

– за обикновен бетон: С12/15; С16/20; С20/25; С25/30; С30/37; С35/45; С40/50; С45/55;С50/60; С55/67; С60/75; С70/85; С80/95; С90/105.

Класовете за обикновен бетон над C50/60 се смятат високоякостни класове бетон и няма

– за бетон с леки добавъчни материали: LC12/13; LC16/18; LC20/22; LC25/28; LC30/33;LC35/38; LC40/44; LC45/50; LC50/55; LC55/60; LC60/66; LC70/77; LC80/88.

да се разглеждат в настоящият лекционен курс.

1.2. Кубова якост на бетона – fck,cube

Връзката между цилиндрична и кубова якост е приблизително fck ≈ 0,8fck,cube.

у fck,cube

Кубовата якост на натиск при изпитване на стандартнибетонни кубчета се изчислява по формулата:

]N/mmMPa[ 2== AkNf bk

където Nmax e максималният товар при разрушаване, в [N];

]N/mmMPa[max, == AkNf cubeck

А е площ на напречното сечение на пробното тяло, в/ущ р р , /укоято действа силата, в [mm2];

k е e корекционен коефициент за влиянието на форматаи размерите на пробното тяло; k = 1 0 за кубчета с ръб 150 mmи размерите на пробното тяло; k 1,0 за кубчета с ръб 150 mmили 200 mm; k = 0,95 за кубчета със страна 100 mm; k = 0,90 за кубчета с ръб 70,7 mm; k =1,25 за призми с размери 100/100/400 mm или с размери 150/150/600 mm.

При изпитване на кубчета с по-малки страни се получават по-големи кубови якости нанатиск, поради което за тях стойността на корекционния коефициент е по-малка от 1,0, а прикубчета с по-големи страни – по малки кубови якости.

При изпитване на натиск на голям брой стандартни пробни тела (цилиндри или кубчета)се проявява статическата изменяемост на якостта на бетона: в n1 на брой тела се установяваякост f в n тела – f в n тела – fякост fc1, в n2 тела – fc2, в nn тела – fcn.

Общият брой на телата е n = n1+n2+...+ nn.С нанасянето по абцисата на стойностите на съпротивленията на натиск fc1, fc2, ... fcn, а по

б бординатната ос на честотата на случаите n1, n2, ... nn след съответното обработване сеполучава статистическа крива на разпределението (гаусова крива).

Нормално (гаусово) разпределение на честотите на якоститеНормално (гаусово) разпределение на честотите на якостите

Резултатите от изпитването се обработват по статистически път и се определят:

средна временна якост – fcm: ;...2211n

fnfnfnf cnncccm

+++=

отклоненията – Δi: ;1;,, niff mcici ÷=−=Δ

средното квадратично отклонение – σ: .1... 22

22211 Δ++Δ+Δ

=nnn nnσ

1−nХарактеристичната якост на бетона на натиск fck (цилиндрична или кубова) се приема

най-ниско контролираната якост, разположена на абцисната ос на разстояние 1,64σ отсредната стойност:средната стойност:

където отклонението 1 64σ от средната якост f гарантиращо 5% фрактил в БДС EN 1992-

].MPa[864,1 −=−= cmcmck fff σ

където отклонението 1,64σ от средната якост fcm, гарантиращо 5% фрактил, в БДС EN 19921-1 е прието с твърда стойност 8МРа, независимо от класа на бетона.

1.3. Призменна якост на бетонарОпределя се от изпитване на призматичните пробни тела с размери 100/100/400 mm или

150/150/600 mm.Призмената якост е по-малка от кубовата (равна е приблизително на 0,8fck cube), порадир у (р р , fck,cube) р

което за бетонни призми корекционният коефициент има стойност 1,25.При призматични пробни тела влиянието на триенето между допирните плоскости

намалява и при отношение на височината към страната на основата на образеца h/b ≥ 4триенето практически не оказва влияние върху якостта на натиск на бетона.

Якостта на натиск при огъване се определя при изпитването на стоманобетонни пробнигреди преармирани за да започне разрушаването им от натисковата зона

1.4. Якост на натиск при огъване

греди, преармирани, за да започне разрушаването им от натисковата зона.

Поради развитието на пластични деформации диаграмата на напреженията в натисковатазона на бетона непосредствено преди разрушаване е криволинейна с ръбово напрежение,близко до призмената якост (цилиндричната якост) на натиск, но в най-изпъкналата част наблизко до призмената якост (цилиндричната якост) на натиск, но в най изпъкналата част надиаграмата максималното напрежение е с около 25% по-голямо и тази максимална стойностсе приема за якост на натиск при огъване.

Досега точно определяне на якостта на огъване все още няма поради развиването наДосега точно определяне на якостта на огъване все още няма поради развиването назначителни пластични деформации в натисковата зона на стоманобетонното сечение доразрушаването му.

В последно време и при елементи подложени на огъване в изчисленията се приемаВ последно време и при елементи, подложени на огъване, в изчисленията се приемацилиндричната якост.

1.5. Якост на натиск при многократно повтарящи се натоварвания – fc,fat

По-съществени структурни изменения в бетона и по-ранно проявление на микро-пукнатини са установени при многократно повтарящи се динамични натоварвания (няколкомилиона цикли), което води до намаляване на якостта на натиск на бетона.

Якостта на бетона в такива случаи наречена якост на умора зависи от броя на циклитеЯкостта на бетона в такива случаи, наречена якост на умора, зависи от броя на циклитена натоварване и от отношението на създаваните периодично минимални и максималнинапрежения σc,min/σc,max.

Познаването на якостта на бетона на умора е необходимо при изчисляването наПознаването на якостта на бетона на умора е необходимо при изчисляването настоманобетонни конструкции на динамични натоварвания, като подкранови греди,фундаменти под машини и др.

Когато натоварването върху един бетонен елемент се предава не на цялото, а на част отнапречното му сечение, бетонът проявява по-голяма от кубовата и призмената си якост.

1.6. Якост при местен натиск (якост на смачкване) – fc,loc

Това се дължи на обстоятелството, че бетонът в ненатоварената площ задържанапречните деформации от местното натоварване.

Случаи на местен натиск обикновено се явяват при ставите на рамки, дъги, сводове и др.

На практика стойността на fc,loc е в зависимост от схемата на натоварването, вида икласът на бетона и се изменя в широк интервал:

( ) ff 521÷= ( ) cubecklocc ff ,, 5,21÷=

Най-малката якост на бетонна е якостта на опън.

2. Якост на опън на бетона

Тя е максималното напрежение, което бетона може да поеме при осов опън ипредставлява около 1/8 до 1/20 от кубовата якост.

По-ниските класове бетон имат относително по-голяма якост на опън от по-високитекласовекласове.

Най-доброто средство за увеличаване на якостта на бетона на опън е доброто мууплътняване посредством вибриране, пресуване, вакуумиране и др., както и използването напо-висококачествени цименти.

За елементи, при които якостта на опън е от голяма важност, кодът препоръчваизпитване на образци, отговарящи на действителните условия, при които е поставенаконструкцията.

по висококачествени цименти.

2.1. Якост на осов опън – fctПробните тела са във вид на осморки, които се изпитват на осов опън.

Определя се като средна стойност fctm и две характеристични стойности – fctk 0,05 и fctk 0,95,които съответстват на 5% и 95% фрактили на Гаусово статистическо разпределение наякостта на опън.

2.2. Якост на опън при разцепване – fct,sp

Определя се при изпитване на цилиндрични пробни тела, обикновено с диаметър 150 mmа 150и дължина 150 mm.

Пробните тела се натоварват на натиск със сила, равномерно разпределена пообразувателната.

Всяко тяло се разрушава от напрежение на опън (получава се ортогонална сила на опън).Якостта на опън при разцепване се изчислява по формулата:

( ) MPa];[2 max, DlNf spct π=където Nmax e максималният товар при разрушаване, в [N];

D е диаметърът на цилиндъра в [mm];D е диаметърът на цилиндъра, в [mm];l e дължината на образувателната на цилиндъра, в [mm];

Якостта на опън при разцепване е по-голяма от якостта на осов опън fct. Тя може да сеполучи приблизително от якостта на опън при разцепване f чрез корекционен коефициентполучи приблизително от якостта на опън при разцепване fct,sp чрез корекционен коефициент

MPa].[9,0 ,spctct ff =

2.3. Якост на опън при огъване – fct,fl

Определя се при изпитване на пробни бетонни призми с размери 100/100/400 mm или150/150/600 о о е а ейс е о а о а о е рез а о ар а е с ор150/150/600 mm, подложени на действието на огъващ момент чрез натоварване с горниролки, разположени в третините на подпорното разстояние.

Средната якост на опън при огъване се определя по формулата:

( )( ) MPa][2max, bhlFf flctm =

където Fmax e максималният товар при разрушаване, в [N];l е разстоянието между опорите, в [mm];р у р , [ ];b е широчината на напречното сечение, в [mm];h е широчината на напречното сечение, в [mm].

Средната якост на опън при огъване на стоманобетонни елементи fctm,fl зависи от средна-та якост на осов опън на бетона fctm и от височината на напречното сечение. В БДС EN 1992-1-1 се препоръчва следната зависимост:

( )[ ]fhff ( )[ ] MPa].[;10006,1max, ctmctmflctm fhff −=

В БДС EN 1992-1-1 не се изисква задължително изпитване на опън за определяне наякостта на бетона на опън, чиито стойности в стандарта са дефинирани чрезекспериментални зависимости във функция от характеристичната стойност на цилиндричнатаекспериментални зависимости във функция от характеристичната стойност на цилиндричнатаякост на натиск на бетона fck или от средната стойност на цилиндричната якост на натиск набетона fcm.

Средната (най-вероятна) стойност на якостта на осов опън на бетона fctm при 50%фрактил, която се използва при нелинеен конструктивен анализ, при контрол напреместванията и на пукнатините, се определя с помощта на израза:

за класове бетон ≤ С50/60.

Характеристичната стойност на якостта на осов опън на бетона с обезпеченост 95% (5%фрактил) долна граница чиято изчислителна стойност се използва за носимоспособността

MPa][30,0 3 2ckctm ff =

фрактил) – долна граница, чиято изчислителна стойност се използва за носимоспособносттана бетонни елементи (сечения без армировка в опънната зона) се определя с израза:

MPa].[70,00,05 ctmctk ff =

Характеристичната стойност на якостта на осов опън на бетона с обезпеченост 5% (95%фрактил) – горна граница, чрез която в крайно гранично състояние се определя минималнатаармировка в опънните зони на елементите се определя с израза:

MP ][351 ff MPa][35,10,95 ctmctk ff =

В изчисленията се избира с коя стойност ще се работи (fctm, fctk 0,05 или fctk 0,95) се избираспоред поставените цели – в полза на сигурността или в полза на реалистична прогноза.според поставените цели в полза на сигурността или в полза на реалистична прогноза.