СП 27.13330.2017 «Бетонные и железобетонные конструкции, пред»

Введение

Настоящий свод правил разработан с учетом обязательных требований, установленных в Федеральных законах от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании» [1], от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [2].

Настоящий свод правил содержит основные положения по расчету и проектированию бетонных и железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений из тяжелого и легкого конструкционного бетона, работающих в условиях воздействия повышенных технологических температур (от 50 °С до 200 °С включительно) с учетом влажной среды, а также тепловых агрегатов из жаростойкого бетона, армированного обычной и жаростойкой арматурой, которые эксплуатируются в условиях воздействия высоких технологических температур (свыше 200 °С до 1400 °С).

Свод правил разработан коллективом НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» под руководством д-ра техн. наук, проф. А.Ф. Милованова . Исполнители: канд. техн. наук И.С. Кузнецова , Л.А. Титова , М.Ю. Титов ; мл. науч. сотр. В.Г. Рябченкова и М.П. Корнюшина , ведущий инженер Ю.С. Рянзина .

В разработке свода правил приняли участие канд. техн. наук Р.Я. Ахтямов, ст. науч. сотр. Р.Р. Ахтямов (ООО «УралНИИстром»).

1Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование бетонных и железобетонных конструкций, подвергающихся систематическим воздействиям повышенных (от 50 °С до 200 °С включительно) и высоких (свыше 200 °С) технологических температур (далее - воздействия температур) и увлажнению техническим паром.

Свод правил устанавливает требования по проектированию указанных конструкций, изготовляемых из тяжелых бетонов средней плотностью от 2200 до 2500 кг/м³ (далее обычный бетон) и жаростойких бетонов плотной структуры средней плотностью от 900 до 2500 кг/м³ .

Проектирование специальных железобетонных конструкций (резервуаров дымовых труб, емкостей, фундаментов доменных печей и др.), подвергающихся систематическому воздействию температур свыше 50 °С, следует проводить с учетом дополнительных требований, предъявляемых к этим сооружениям соответствующими нормативными документами.

Требования настоящего свода правил не распространяются на конструкции из жаростойкого бетона ячеистой структуры.

Свод правил не распространяется на определение огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций.

2Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 390-96 Изделия огнеупорные шамотные и полукислые общего назначения и массового производства. Технические условия

ГОСТ 530-2012 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия

ГОСТ 2694-78 Изделия пенодиатомитовые и диатомитовые теплоизоляционные. Технические условия

ГОСТ 2850-95 Картон асбестовый. Технические условия

ГОСТ 4157-79 Изделия огнеупорные динасовые. Технические условия

ГОСТ 4543-71 Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия

ГОСТ 4689-94 Изделия огнеупорные периклазовые. Технические условия

ГОСТ 5040-96 Изделия огнеупорные и высокоогнеупорные легковесные теплоизоляционные. Технические условия

ГОСТ 5381-93 Изделия высокоогнеупорные хромитопериклазовые. Технические условия ГОСТ 5632-2014 Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки ГОСТ 5949-75 Сталь сортовая и калиброванная коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия ГОСТ 9573-2012 Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные. Технические условия ГОСТ 10499-95 Изделия теплоизоляционные из стеклянного штапельного волокна. Технические условия ГОСТ 10888-93 Изделия высокоогнеупорные периклазохромитовые для кладки сводов сталеплавильных печей. Технические условия ГОСТ 10922-2012 Арматурные и закладные изделия, их сварные, вязаные и механические соединения для железобетонных конструкций. Общие технические условия ГОСТ 12865-67 Вермикулит вспученный ГОСТ 13015-2012 Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения ГОСТ 14098-2014 Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры ГОСТ 20901-2016 Изделия огнеупорные для кладки воздухонагревателей и воздухопроводов горячего дутья доменных печей. Технические условия ГОСТ 20910-90 Бетоны жаростойкие. Технические условия ГОСТ 21880-2011 Маты из минеральной ваты прошивные теплоизоляционные. Технические условия ГОСТ 24704-2015 Изделия огнеупорные корундовые и высокоглиноземистые. Технические условия ГОСТ 24748-2003 Изделия известково-кремнеземистые теплоизоляционные. Технические условия ГОСТ 25192-2012 Бетоны. Классификация и общие технические требования СП 16.13330.2011 «СНиП II-23-81* Стальные конструкции» СП 20.13330.2016 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия» СП 28.13330.2012 «СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии» СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» (с изменениями № 1, № 2) СП 70.13330.2012 «СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции» (с изменением № 1)

СП 131.13330.2012 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология» (с изменением № 2)

Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

3Термины и определения

В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1анкер

Крепежная деталь (элемент крепления) из круглого или профилированного металлического профиля.

3.2высокая температура

Эксплуатационная температура воздействия на конструкции в диапазоне от 200 о С до 1400 о С.

3.3длительный нагрев

Воздействие расчетной температуры в период эксплуатации (различают постоянный и циклический длительный нагрев).

3.4жаростойкий бетон

Тяжелый и легкий бетоны плотной структуры, применяемые в бетонных и железобетонных конструкциях, работающих в условиях воздействия высоких технологических температур.

3.5кратковременный нагрев

Первый разогрев конструкции до расчетной температуры при ее изготовлении.

3.6обычный бетон

Тяжелый бетон средней плотностью от 2200 до 2500 кг/см³ , применяемый в железобетонных конструкциях, работающих в условиях воздействия повышенных технологических температур.

3.7постоянный нагрев

Длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция подвергается нагреву с колебаниями температуры до 30 % расчетного значения.

3.8повышенная температура

Эксплуатационная температура воздействия на бетонные и железобетонные конструкции в интервале от 50 °С до 200 о С включительно.

3.9футеровка

Ненесущий элемент конструкции теплового агрегата, работающего в условиях воздействия высоких температур, представляющий собой защитную внутреннюю облицовку печей, топок, дымовых труб и других нагреваемых поверхностей, выполняемую из жаростойких тяжелых и легких бетонов.

3.10циклический нагрев

Длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция периодически подвергается повторяющемуся нагреву с колебаниями температуры более 30 % от расчетной величины при длительности циклов от 3 ч до 30 дней.

4Общие указания

Основные положения

Фундаменты, которые при эксплуатации постоянно подвергаются воздействию температуры до 250 °С включительно, допускается принимать из обычного бетона.

Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия высоких температур свыше 200 °С, следует предусматривать из жаростойкого бетона.

СП 27.13330.2017

Несущие элементы конструкций тепловых агрегатов, выполняемые из жаростойкого бетона, сечение которых может нагреваться до температуры свыше 1000 °С, допускается применять только после опытной проверки.

Выбор конструктивных решений следует проводить, исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения материалоемкости, трудоемкости и стоимости строительства, за счет: применения эффективных строительных материалов и конструкций; снижения веса конструкций; наиболее полного использования физико-механических свойств материалов; использования местных строительных материалов; соблюдения требований по экономному расходованию основных строительных материалов.

В процессе конструирования тепловых агрегатов необходимо учитывать технологические требования к их изготовлению, требования по эксплуатации сооружений и тепловых агрегатов, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.

Жаростойкие бетоны в элементах конструкций тепловых агрегатов следует применять в соответствии с приложением А.

Классы жаростойкого бетона по предельно допустимой температуре применения в соответствии с ГОСТ 20910 в зависимости от вида вяжущего, заполнителей, тонкомолотых добавок и отвердителя приведены в таблице 5.1.

При проектировании конструкций из жаростойких бетонов по ГОСТ 20910 необходимо учитывать дополнительные требования к исходным материалам для жаростойких бетонов, подбору состава и технологии их изготовления, а также специфику производства работ по возведению конструкций из жаростойких бетонов.

При невозможности обеспечения указанных требований расчет таких конструкций допускается проводить только на воздействие температуры и нагрузки, без учета периодического увлажнения. При этом в расчетном сечении конструкции не должны учитываться крайние слои бетона толщиной 20 мм с каждой стороны, подвергающиеся замачиванию до 7 ч, и толщиной 50 мм - при длительности замачивания бетона более 7 ч, либо должна предусматриваться защита поверхности бетона от периодического замачивания.

Окрашенные поверхности бетона или гидроизоляционные покрытия этих конструкций должны быть светлых тонов.

Основные расчетные требования

Расчеты должны обеспечивать надежность бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур, как на стадии их изготовления, так и в течение всего срока их службы в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями.

Расчетные схемы и основные предпосылки для расчета бетонных и железобетонных конструкций следует устанавливать в соответствии с условиями их действительной работы в предельном состоянии, с учетом, в необходимых случаях, пластических свойств бетона и арматуры, наличия трещин в растянутом бетоне, а также влияния усадки и ползучести бетона, как при нормальной температуре, так и при воздействии повышенных и высоких температур.

Расчет статически определимых конструкций по предельным состояниям первой и второй групп (за исключением расчета по образованию трещин) следует вести только для стадии длительного нагрева. Расчет по образованию трещин необходимо проводить для стадий кратковременного и длительного нагрева с учетом усилий, возникающих от нелинейного распределения температуры бетона по высоте сечения элемента.

Расчет статически неопределимых конструкций и их элементов по предельным состояниям первой и второй групп следует проводить: а) на кратковременный нагрев конструкции по режиму согласно СП 70.13330, когда возникают наибольшие усилия от воздействия температуры. При этом жесткость элементов конструкции определяется от кратковременного действия всех нагрузок и нагрева; б) на длительный нагрев - при воздействии на конструкцию расчетной температуры в период эксплуатации, когда происходит снижение прочности и жесткости элементов в результате воздействия длительного нагрева и нагрузки. При этом жесткость элементов определяется от длительного воздействия всех нагрузок и нагрева.

Расчетные усилия и деформации от кратковременного и длительного нагрева определяют с учетом коэффициента надежности по температуре γt . Коэффициент надежности по температуре γt принимается: а) при расчете по предельным состояниям первой группы равным 1,1; б) по предельным состояниям второй группы равным 1,0.

Таблица 4.1

Примечания

1 Бетонные конструкции рассчитывают только по прочности.

2 При расчете статически неопределимых конструкций, кроме сочетаний воздействий температуры и нагрузок, указанных в настоящей таблице, в необходимых случаях следует проверить другие возможные неблагоприятные сочетания воздействий, в том числе и при остывании.

3 В статически неопределимых конструкциях допускается проводить расчет: а) при кратковременном нагреве только на наибольшие усилия от воздействия температуры, если усилия от постоянных, длительных и кратковременных нагрузок вызывают напряжения сжатия в бетоне σb ≤ 0,1 МПа; б) при длительном нагреве свыше 700 °С - на совместное воздействие постоянных, длительных и кратковременных нагрузок без учета усилий от длительного нагрева.

4 При расчете на кратковременный нагрев длительная нагрузка учитывается как кратковременная.

СП 27.13330.2017 б) при нагреве бетонов составов № 2-11, 23 и 24 в интервале температур от 200 °С до 500 °С - по расчетной температуре, а при нагреве свыше 500 °С - при 500 °С; в) при нагреве бетонов составов № 12-21, 29 и 30 в интервале температур от 200 °С до 400 °С - по расчетной температуре, а при нагреве свыше 400 °С - при 400 °С.

Для конструкций, находящихся на наружном воздухе, наибольшие температуры нагрева бетона и арматуры определяют по расчетной летней температуре наружного воздуха, принимаемой по средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца в районе строительства по СП 131.13330. Вычисленные температуры не должны превышать предельно допустимых температур применения бетона по ГОСТ 20910 и арматуры - по таблице 5.11.

1/600 длины элемента или расстояния между сечениями, закрепленными от смещения; 1/10 высоты сечения и не менее 10 мм.

Для элементов статически неопределимых конструкций значения эксцентриситета продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения е о принимают равным значению эксцентриситета, полученного из статического расчета, но не менее еа .

Для элементов статически определимых конструкций эксцентриситет е о принимают равным сумме эксцентриситетов из статического расчета конструкции, случайного и температурного от неравномерного нагрева по высоте сечения элемента.

Дополнительные указания по проектированию предварительно напряженных конструкций

Основные потери предварительного напряжения арматуры для конструкций из обычного бетона состава № 1 и жаростойких бетонов составов № 2, 3, 6, 7, 10 и 11 (по таблице

• 5.1) определяют, как для тяжелого бетона по СП 63.13330. Потери от усадки жаростойкого бетона следует принимать на 10 МПа больше указанных в СП 63.13330.

Время в сутках следует принимать: при определении потерь от ползучести - со дня обжатия бетона, при определении потерь от усадки - со дня окончания бетонирования до нагрева конструкции.

Дополнительные потери предварительного напряжения арматуры принимают по таблице 4.2.

Таблица 4.2

О б о з н а ч е н и я:

• ∆ t s - разность между температурой арматуры при эксплуатации, определяемой теплотехническим расчетом и температурой арматуры при натяжении, которую допускается принимать равной 20 °С;
• α bt - коэффициент, принимаемый по таблице 5.6 в зависимости от температуры бетона на уровне напрягаемой арматуры и длительности нагрева;
• Еs - модуль упругости арматуры, принимаемый по таблице 5.17; α st и β s - коэффициенты, принимаемые по таблице 5.14 в зависимости от температуры арматуры.

Примечания

• 1 Потери предварительного напряжения от релаксации напряжений арматуры принимают для кратковременного и длительного нагрева одинаковыми и учитывают при температуре нагрева арматуры свыше 40 °С.
• 2 Потери предварительного напряжения арматуры от разности деформаций бетона и арматуры учитывают в элементах, выполненных из обычного бетона, при нагреве арматуры свыше 100 °С и в элементах из жаростойкого бетона при нагреве арматуры свыше 70 °С.
• 3 Если от усилий, вызванных совместным действием нагрузки, температуры и предварительного обжатия, в бетоне на уровне арматуры в стадии эксплуатации возникают растягивающие напряжения, то дополнительные потери от ползучести бетона не учитывают.
• 4 Потери от ползучести бетона при натяжении в двухосном направлении следует уменьшить на 15 %.

где М - момент от собственного веса элемента;

Р усилие предварительного обжатия; еор - эксцентриситет усилия Р относительно центра тяжести приведенного сечения; ysp расстояние от усилия Р до центра тяжести сечения.

При определении усилий от воздействия температуры жесткость элемента вычисляют по 8.22.

проволочной классов Вр1200, Вр1500, К1400, К1500

где σ sp > 0 - остаток предварительного напряжения в арматуре, %, исходного значения при изготовлении; t s > 20 - температура арматуры при нагреве, °С.

Из формул (4.2)-(4.5) следует, что во время нагрева происходит полная потеря предварительного напряжения в стержневой арматуре класса А600 при ее нагреве свыше 210 °С, класса А800 - свыше 220 °С, класса А1000 - свыше 350 °С и в проволочной арматуре классов Вр1200, Вр1500, К1400, К1500 - свыше 330 °С.

5Материалы для бетонных и железобетонных конструкций

Бетон

Показатели качества бетона и их применение при проектировании

Жаростойкий бетон средней плотности до 1100 кг/м³ включительно следует предусматривать преимущественно для ненесущих ограждающих конструкций и в качестве теплоизоляционных материалов.

Жаростойкий бетон средней плотности более 1100 кг/м³ следует предусматривать для несущих конструкций.

Традиционные составы обычного и жаростойких бетонов для бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур, приведены в таблице 5.1.

Дополнительные составы жаростойких бетонов приведены в справочном пособии [3]. Однако необходимые расчетные коэффициенты условий работы для дополнительных составов [3] не исследованы, и их применение возможно только после проведения соответствующих исследований по установлению необходимых расчетных параметров.

Нормируемые показатели качества бетона должны быть обеспечены соответствующим подбором состава бетонной смеси, технологией приготовления бетонных смесей и технологией производства бетонных работ при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Подбор составов жаростойких бетонов следует проводить в соответствии с пособием [3].

Для обеспечения нормируемых показателей качества бетона в конструкциях необходимо осуществлять контроль соответствия нормируемых показателей бетона, как на стадии изготовления бетонной смеси, так и на стадии бетонирования конструкций.

СП 27.13330.2017 Таблица 5.1

Продолжение таблицы 5.1

Продолжение таблицы 5.1

Продолжение таблицы 5.1

СП 27.13330.2017 Продолжение таблицы 5.1

Продолжение таблицы 5.1

Примечания

• 1 Для бетонов классов И8-И14 с отвердителем из кремнефтористого натрия не допускается воздействие пара и воды без предварительного нагрева до 800 °С. Бетон класса И6 подвергать воздействию пара не следует.
• 2 Все положения настоящего свода правил для состава обычного бетона № 1 распространяются на составы бетонов № 1а и № 1б.
• 3 При необходимости, для обычного бетона состава № 1 назначается класс по прочности на растяжение в пределах от Bt 0,8 до Bt 3,2 включительно.
• 4 Апробированные на практике составы жаростойких бетонов и их номера, приведенные в настоящей таблице, соответствуют приведенным в пособии [3].
• 5 Дополнительные экспериментальные составы жаростойких бетонов № 38-56 приведены в пособии [3].

Значение нормируемой отпускной прочности бетона в элементах сборных конструкций, выполненных из обычного тяжелого бетона, устанавливают по ГОСТ 13015, конструкций, выполненных из жаростойкого бетона, - по ГОСТ 20910.

Для железобетонных конструкций тепловых агрегатов и других сооружений, находящихся над землей и подвергающихся атмосферным осадкам, должна быть обеспечена марка по водонепроницаемости не ниже W8.

В конструкциях и изделиях, предназначенных для работы в условиях воздействия высокой температуры и агрессивной среды, следет применять жаростойкий бетон, наиболее стойкий в агрессивной среде: нейтральной, щелочной и газовой -жаростойкий бетон на портландцементе и шлакопортландцементе; кислой газовой и в расплавах щелочных металлов - жаростойкий бетон на жидком стекле; углеродной и фосфорной газовой - жаростойкий бетон на высокоглиноземистом и глиноземистом цементах и фосфатных связках, на алюмосиликатных заполнителях с содержанием в них окиси железа Fe2O3 не более 1,5 %; водородной газовой -жаростойкий бетон на высокоглиноземистом цементе с заполнителями, содержащими окись алюминия Al2O3, не более 7 %.

При воздействии температур, превышающих значения, указанные в ГОСТ 20910, необходимо предусматривать устройство защитных слоев (футеровок).

Нормативные и расчетные характеристики бетона

№ 1-3, 6, 7, 10-15, 19-21 - как для тяжелого бетона;

№ 4, 5, 8, 9, 16-18, 23, 24, 29, 30 - как для легкого бетона на пористом мелком заполнителе.

Расчетные сопротивления обычного бетона Rbt для предельных состояний первой группы в зависимости от класса бетона по прочности на осевое растяжение (состав № 1 по таблице 5.1) принимают по СП 63.13330.

Расчетные сопротивления бетона в соответствующих случаях следует умножать на коэффициент условий работы по СП 63.13330.

для предельных состояний второй группы

Значения коэффициента условия работы бетона при сжатии γ bt принимают по таблице 5.2 в зависимости от температуры в середине высоты:

• сжатой зоны бетона при расчете по формулам (7.1), (8.4), (8.5), (8.10), (8.12), (8.13), (8.17), (8.24), (8.25) СП 63.13330.2012;
• полки и ребра сжатой зоны - по формулам (8.6)-(8.8) СП 63.13330.2012;
• части сечения - по формуле (6.17);
• сечения - по формуле (8.55) СП 63.13330.2012;
• центра тяжести приведенного сечения - по формуле (6.16).

Расчетные сопротивления растяжению: для предельных состояний первой группы

для предельных состояний второй группы

Значение коэффициента условия работы бетона при растяжении γ tt принимают по таблице 5.3 в зависимости от температуры бетона: в центре тяжести сечения при расчете по формулам (7.5), (8.57), (8.61), (8.88), (8.94) СП 63.13330.2012; на уровне растянутой арматуры - по формуле (8.12) СП 63.13330.2012, и формулам (8.3), (8.9), (8.13) настоящего свода правил; в зоне анкеровки - по формуле (9.2);

Таблица 5.2

• 2 Для конструкций, которые во время эксплуатации подвергаются циклическому нагреву, коэффициенты γ bt и β b следует снизить на 15 % и коэффициент γ tt - на 20 %.
• 3 Коэффициенты γ bt , γ tt и β b для промежуточных значений температур принимаются интерполяцией.
• 4 Коэффициенты γ bt , γ tt и β b для бетонов составов 1-3 при их нагреве свыше 300 °С определяются экстраполяцией.

Деформационные характеристики бетона

• коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона) νb.p ,
• коэффициент линейной температурной деформации α bt ,
• коэффициент температурной усадки бетона α сs .

Таблица 5.3

Значение коэффициента β b принимают по таблице 5.2 в зависимости от температуры бетона в центре тяжести сечения при расчете по формулам (6.16), (6.17), (8.27) в пункте 8.1.15 СП 63.13330.2012; на уровне растянутой арматуры - (8.6), (8.7); крайнего волокна бетона - (5.10), (8.34).

Значения коэффициента ползучести φ b,cr для разных составов жаростойкого бетона (по таблице 5.1), учитывающего влияние длительной ползучести бетона на деформации элемента без трещин при длительном нагреве, представлены в таблице 5.4. Коэффициент ползучести бетона φ b,cr получен как отношение полных относительных деформаций сжатия бетона при длительном воздействии температуры к упругим деформациям бетона естественной влажности до воздействия температуры.

Таблица 5.4

Примечания

• 1 В таблице приведены значения коэффициента ϕ b,cr для длительного нагрева.
• 2 Для кратковременного нагрева и непродолжительного действия нагрузки коэффициент ϕ b,cr = 1.
• 3 Значение коэффициента ϕ b,cr для промежуточных температур принимают интерполяцией.
• 4 При наличии в элементе сжатой арматуры с μ ' ≥ 0,7 % значение коэффициента ϕ b,cr умножается на (1 -0,11 μ ' ), но принимается не менее 0,6.
• 5 При двухосном напряженном состоянии значение коэффициента ϕ b,cr умножается на 0,8.
• 6 При попеременном увлажнении значения ϕ b2 следует умножать на 1,2.

В качестве расчетных диаграмм состояния бетона, определяющих связь между напряжениями и относительными деформациями, могут быть использованы двухлинейные и трехлинейные диаграммы, отвечающие поведению бетона. При этом должны быть обозначены основные параметрические точки диаграмм (максимальные напряжения и соответствующие деформации, граничные значения и т.д.).

При расчете железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели может быть использована двухлинейная диаграмма состояния бетона (рисунок 5.1, б ), как наиболее упрощенный вариант, с деформационными характеристиками, отвечающими: кратковременному воздействию температуры и нагрузки - используют при расчете прочности и раскрытия нормальных трещин для определения напряженно-деформированного состояния сжатой зоны бетона, а также при расчете трещинообразования для определения напряженно-деформированного состояния растянутого бетона при упругой работе сжатого бетона; кратковременному и длительному воздействиям температуры и нагрузки - используют при расчете деформаций для определения напряженно-деформированного состояния сжатого бетона.

При двухлинейной диаграмме (рисунок 5.1, б ) сжимающие напряжения бетона σ b в зависимости от относительных деформаций ε b рассчитывают по формулам:

Значение приведенного модуля упругости Eb,red,t рассчитывают по формуле

Рисунок 5.1 - Расчетные диаграммы состояния сжатого бетона

При трехлинейной диаграмме (рисунок 5.1, а ) сжимающие напряжения бетона σ b в зависимости от относительных деформаций укорочения бетона ε b рассчитывают по формулам

Значения напряжения σ b 1 принимают

Значения относительных деформаций εb1 принимают:

Растягивающие напряжения бетона σ bt в зависимости от относительных деформаций растяжения ε bt определяют по диаграмме на рисунке 5.1. При этом расчетные сопротивления бетона сжатию Rb заменяют на расчетные значения сопротивления растяжению Rbt .

Температуру бетона при определении напряженно-деформированного состояния сжатого бетона принимают по наименьшей температуре сжатого бетона и при определении напряженнодеформируемого состояния растянутого бетона - наибольшей температуре растянутого бетона.

Таблица 5.5

При необходимости определения температурного расширения бетона при повторном воздействии температуры после кратковременного или длительного нагрева к коэффициенту линейной температурной деформации α bt следует прибавить абсолютное значение коэффициента температурной усадки бетона α cs соответственно для кратковременного или длительного нагрева.

Таблица 5.6

Примечания

1 Коэффициент αbt для промежуточных значений температуры определяется интерполяцией.

2 Для бетонов состава № 1 (по таблице 5.1) с карбонатным щебнем (доломит, известняк) коэффициент αbt следует увеличить на 1· 10 -6 · град -1 .

Таблица 5.7

5.26Марку по средней плотности бетона естественной влажности принимают по таблице 5.1.

Среднюю плотность бетона в сухом состоянии при его нагреве свыше 100 °С уменьшают на 150 кг/м³ .

Среднюю плотность железобетона (при μ ≤ 3 %) принимают на 100 кг/м³ больше средней плотности соответствующего состояния бетона.

⧉❝5.27

Коэффициент теплопроводности λ бетона в сухом состоянии принимают по таблице 5.8 в зависимости от средней температуры бетона в сечении элемента.

Коэффициент теплопроводности λ огнеупорных и теплоизоляционных материалов принимают по таблице 6.2.

Таблица 5.8

Номера составов бетона по таблице 5.1	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С
	50	100	300	500	700	900
1, 1а	1,51	1,37	1,09	-	-	-
20	2,68	2,43	1,94	1,39	1,22	1,19
21	1,49	1,35	1,37	1,47	1,57	1,63
2, 3, 6, 7, 13	1,51	1,37	1,39	1,51	1,62	-
10, 11	0,93	0,89	0,84	0,87	0,93	1,05
14-18	0,99	0,95	0,93	1,01	1,04	1,28
19	0,87	0,83	0,78	0,81	0,87	0,99
4, 5, 8, 9	0,81	0,75	0,63	0,67	0,70	-

Номера составов бетона по таблице 5.1	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С	Коэффициент теплопроводности λ , Вт/(м·°С) обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента, °С
	50	100	300	500	700	900
12	0,93	0,88	0,81	0,90	-	-
23	0,37 0,43	0,39 0,45	0,46 0,52	0,52 0,58	0,58 0,64	-
29	0,44 0,50	0,46 0,52	0,52 0,58	0,58 0,64	0,64 0,70	0,70 0,76
24	0,27 0,38	0,29 0,41	0,34 0,45	0,40 0,50	0,45 0,55	0,51 0,59
30	0,31 0,44	0,34 0,46	0,37 0,51	0,43 0,56	0,49 0,60	-
26, 28	0,21	0,23	0,28	0,33	0,37	0,42
22, 25, 27, 31, 32, 36	0,29	0,31	0,36	0,42	0,48	0,53
33	0,21	0,22	0,25	0,29	0,33	0,37
34, 35, 37	0,24	0,27	0,31	0,37	0,43	0,49

• 2 Коэффициент теплопроводности λ обычного и жаростойкого бетонов с естественной влажностью после нормального твердения или тепловой обработки при атмосферном давлении и средней температуре бетона в сечении элемента до 100 °С следует принимать по данным таблицы, увеличенным на 30 %.
• 3 Для промежуточных значений температур величину коэффициента теплопроводности λ определяют интерполяцией.

⧉❝5.28

При расчете железобетонных конструкций на выносливость, а также по образованию трещин при многократно повторяющейся нагрузке в условиях воздействия температур свыше 50 о С расчетные сопротивления обычного бетона следует дополнительно умножать на коэффициенты условий работы γ b 1 и γ b 1 t , принимаемые по таблицам 5.9 и 5.10.

Таблица 5.9

Бетон	Состояние бетона по	Коэффициент условий работы бетона γ b1 при многократно повторяющейся нагрузке и коэффициенте асимметрии цикла ρ b , равном	Коэффициент условий работы бетона γ b1 при многократно повторяющейся нагрузке и коэффициенте асимметрии цикла ρ b , равном	Коэффициент условий работы бетона γ b1 при многократно повторяющейся нагрузке и коэффициенте асимметрии цикла ρ b , равном	Коэффициент условий работы бетона γ b1 при многократно повторяющейся нагрузке и коэффициенте асимметрии цикла ρ b , равном	Коэффициент условий работы бетона γ b1 при многократно повторяющейся нагрузке и коэффициенте асимметрии цикла ρ b , равном	Коэффициент условий работы бетона γ b1 при многократно повторяющейся нагрузке и коэффициенте асимметрии цикла ρ b , равном	Коэффициент условий работы бетона γ b1 при многократно повторяющейся нагрузке и коэффициенте асимметрии цикла ρ b , равном
	влажности	0-0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
Обычный бетон составов №1, 1а, 1б по таблице 5.1	Естественной влажности	0,75	0,80	0,85	0,90	0,95	1,00	1,00

Примечание - В таблице принят коэффициент асимметрии цикла ρb = σb,min σb,max , где σ b,min и σ b,max -соответственно наименьшее и наибольшее напряжения в бетоне в пределах цикла изменения нагрузки.

,

Таблица 5.10

Температура	Коэффициент условий работы обычного бетона γ b1t при многократно повторяющейся нагрузке	Коэффициент условий работы обычного бетона γ b1t при многократно повторяющейся нагрузке
бетона, °С	без увлажнений	с переменным увлажнением и высыханием
50	0,8	0,7
70	0,6	0,5
90	0,4	0,3
110	0,3	0,2

При применении жаростойкого бетона в железобетонных конструкциях, подвергающихся воздействию высоких температур и многократно повторяющейся нагрузки, расчетные сопротивления бетона должны быть специально обоснованы.

Арматура

Показатели качества арматуры

⧉❝5.29

Для армирования железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, арматура должна приниматься по СП 63.13330.

Для железобетонных конструкций из жаростойкого бетона при нагреве арматуры свыше 400 °С предусматривают стержневую арматуру и прокат из:

• легированной стали марки 30ХМ по ГОСТ 4543;
• коррозионно-стойких жаростойких и жаропрочных сталей марок 12Х13, 20Х13, 08Х17Т, 12Х189Н9Т, 20Х23Н18, 45Х14Н14В2М по ГОСТ 5632 и ГОСТ 5949.

⧉❝5.30

Предельно допустимую температуру применения арматуры и проката в железобетонных конструкциях, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, следует принимать по таблице 5.11. Ограничение температур применения арматуры и проката связано с развитием пластических деформаций и изменениями структуры сталей. В предварительно напряженной арматуре с повышением температуры происходят дополнительные потери предварительного напряжения, что еще более ограничивает допускаемую температуру ее применения.

Таблица 5.11

Вид и класс арматуры, марка стали и проката	Предельно допустимая температура, °С, применения арматуры и проката, установленных	Предельно допустимая температура, °С, применения арматуры и проката, установленных
	по расчету	по конструктивным соображениям
Стержневая арматура классов:
А240	400	450
А400, А500, А600, Ат600, А800, А1000	450	500
напрягаемая	200	-
Проволочная арматура классов:
В500, В р 1200-В р 1500, К1400, К1500	400	450
напрягаемая	100	-

Вид и класс арматуры, марка стали и проката	Предельно допустимая температура, °С, применения арматуры и проката, установленных	Предельно допустимая температура, °С, применения арматуры и проката, установленных
	по расчету	по конструктивным соображениям
Прокат из стали марок: ВСт3кп2, ВСт3Гпс5, ВСт3сп5, ВСт3пс6	400	450
Стержневая арматура и прокат из стали марок: 30ХМ, 12Х13, 20Х13,	500	700
20Х23Н18	550	1000
12Х18Н9Т, 45Х14Н14, В2М, 08Х17Т	600	800

Примечания

1 При циклическом нагреве предельно допустимую температуру применения напрягаемой арматуры следует принимать на 50 о С ниже указанной в таблице.

• 2 При многократно повторяющейся нагрузке предельно допустимая температура применения напрягаемой арматуры не должна превышать 100 о С и ненапрягаемой арматуры - 200 о С.

Нормативные и расчетные характеристики арматуры

⧉❝5.31

Нормативные и расчетные сопротивления основных видов стержневой и проволочной арматуры для предельных состояний первой и второй групп в зависимости от вида и класса арматуры принимают по СП 63.13330.

Нормативные и расчетные сопротивления проката из стали марок ВСт3 принимают по СП 16.13330.

Расчетные сопротивления арматуры из жаростойкой стали для предельных состояний первой и второй групп принимают по таблицам 5.12 и 5.13, которые определены путем деления соответствующих нормативных сопротивлений на коэффициент надежности по арматуре γs, принимаемый для предельных состояний: по первой группе …………. 1,3; по второй группе …………. 1,0.

Расчетное сопротивление арматуры в соответствующих случаях следует умножать на коэффициент условий работы арматуры по СП 63.13330.

Таблица 5.12

Арматура и прокат из стали марки	Нормативные сопротивления растяжению R sn и расчетные сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы R s,ser , МПа (кгс/см² )	Модуль упругости принимают равным Е s ·10 4 , МПа (кгс/см² )
30ХМ	590 (6000)	21 (210)
12Х13	410 (4200)	22 (220)
20Х13	440 (4500)	22 (220)
20Х23Н18, 12Х18Н9Т, 08Х17Т	195 (2000)	20 (200)
45Х14Н14В2М	315 (3200)	20 (200)

Таблица 5.13

	Расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы, МПа	Расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы, МПа	Расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы, МПа
Арматура классов и марок	растяжению	растяжению	сжатию R sc
	продольной, R s	поперечной (хомутов и отогнутых стержней), R sw
30ХМ	450	-	400*, 500
12Х13	325	260	325
30Х13	345	275	345
20Х23Н18, 12Х18Н9Т, 08Х17Т	150	120	150
45Х14Н14В2М	245	195	245

⧉❝5.32

Влияние температуры на изменение прочностных свойств арматуры учитывают умножением нормативных и расчетных сопротивлений арматуры на коэффициент условия работы арматуры γst , определяемый по таблице 5.14.

Расчетные сопротивления продольной арматуры при нагреве

Расчетные сопротивления поперечной арматуры при нагреве

Таблица 5.14

Вид и класс арматуры, марки жаростойкой арматуры и проката	Коэф- фици- ент	Расчет на нагрев	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С
Вид и класс арматуры, марки жаростойкой арматуры и проката	Коэф- фици- ент	Расчет на нагрев	50-100	200	300	400	450	500	550	600
А240, ВСт3кп2, ВСт3Гпс5, ВСт3сп5, ВСт3пс6	γ st	Кратковременный Длительный	1,00 1,00	0,95 0,85	0,90 0,65	0,85 0,35	0,75 0,15	0,60 -	0,45 -	0,30 -
В500	γ st	Кратковременный Длительный	1,00 1,00	0,90 0,80	0,85 0,60	0,60 0,30	0,45 0,10	0,25 -	0,12 -	0,05 -
В р 1200-В р 1500, К1400, К1500	γ st	Кратковременный Длительный	1,00 1,00	0,85 0,75	0,70 0,55	0,50 0,25	0,35 0,05	0,25 -	0,15 -	0,10 -
А240, В500, В р 1200÷В р 1500, ВСт3сп2, ВСт3Гпс5, ВСт3пс5, ВСт3пс6, К1400, К1500	α st	Кратковременный и длительный	11,5	12,5	13,0	13,5	13,6	13,7	13,8	13,9
А400, А500	γ st	Кратковременный Длительный	1,00 1,00	1,00 0,90	0,95 0,75	0,85 0,40	0,75 0,20	0,60 -	0,40 -	0,30 -
А600, А800, А1000	γ st	Кратковременный Длительный	1,00 1,00	0,85 0,80	0,75 0,65	0,65 0,30	0,55 0,10	0,45 -	0,30 -	0,20 -
А400, А500, А600, А800, А1000	α st	Кратковременный и длительный	12,0	13,0	13,5	14,0	14,2	14,4	14,6	14,8
30ХМ	γ st	Кратковременный Длительный	1,00 1,00	0,90 0,85	0,85 0,80	0,78 0,25	0,76 0,15	0,74 0,08	0,72 -	0,70 -
30ХМ	α st	Кратковременный и длительный	9,5	10,2	10,7	11,2	11,5	11,8	12,1	12,4

Вид и класс арматуры, марки жаростойкой арматуры и проката	Коэф- фици- ент	Расчет на нагрев	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С	Коэффициенты условий работы арматуры γ st , линейного температурного расширения арматуры α st и β s при температуре ее нагрева, °С
Вид и класс арматуры, марки жаростойкой арматуры и проката	Коэф- фици- ент	Расчет на нагрев	50-100	200	300	400	450	500	550	600
12Х13, 20Х13	γ st	Кратковременный Длительный	1,00 1,00	0,95 0,93	0,86 0,83	0,80 0,70	0,73 0,45	0,65 0,13	0,53 -	0,40 -
12Х13, 20Х13	α st	Кратковременный и длительный	12,0	12,6	13,3	14,0	14,3	14,7	15,0	15,3
20Х23Н18	γ st	Кратковременный Длительный	1,00 1,00	0,97 0,97	0,95 0,93	0,92 0,77	0,88 0,50	0,85 0,30	0,81 0,18	0,75 0,08
20Х23Н18	α st	Кратковременный и длительный	10,3	11,3	12,4	13,6	14,1	14,7	15,2	15,7
12Х18Н9Т, 08Х17Т	γ st	Кратковременный Длительный	1,00 1,00	0,72 0,72	0,65 0,65	0,62 0,60	0,58 0,58	0,60 0,55	0,57 0,50	0,56 0,40
12Х18Н9Т, 08Х17Т	α st	Кратковременный и длительный	10,5	11,1	11,4	11,6	11,8	12,0	12,2	12,4
45Х14Н14В2М	γ st	Кратковременный Длительный	1,00 1,00	0,86 0,86	0,78 0,78	0,72 0,70	0,68 0,63	0,64 0,55	0,60 0,43	0,56 0,30
45Х14Н14В2М	α st	Кратковременный и длительный	10,5	11,1	11,4	11,6	11,8	12,0	12,2	12,4
А600, А800, А1000, В1200-В р 1500, К1400, К1500, ВСт3кп2, ВСт3Гпс5, ВСт3сп5, ВСт3пс6, 30ХМ, 12Х13, 20Х13, 20Х23Н18, 12Х18Н9Т, 08Х17Т, 45Х14Н14В2М	β s	Кратковременный и длительный	1,00	0,90	0,88	0,83	0,80	0,78	0,75	0,73
А400, А500, А600, А800, А1000	β s	Кратковременный и длительный	1,00	0,96	0,92	0,85	0,78	0,71	0,55	0,40

Примечания

• 1 Коэффициент линейного температурного расширения арматуры равен числовому значению, умноженному на 10 -6 град -1 .
• 2 При расчете несущих конструкций на длительный нагрев, срок службы которых не превышает 5 лет, коэффициент γst следует увеличить на 20 %, при этом его значение должно быть не более, чем при кратковременном нагреве.
• 3 Коэффициенты γ st , α st и β s для промежуточных значений температур определяют по интерполяции.

Значения коэффициентов условия работы арматуры γst принимают по таблице 5.14 в зависимости:

• от температуры в центре тяжести растянутой арматуры при расчете по формулам (8.2), (8.5), (8.6), (8.8), (8.9), (8.12), (8.13), (8.19), (8.23), (8.25), (8.64) СП 63.13330.2012, а также (5.15);
• сжатой арматуры - по формулам (8.4)-(8.8), (8.10), (8.12), (8.13), (8.22), (8.24), (8.25) СП 63.13330.2012, а также (5.16);
• максимальной t s поперечной - по формулам (8.59), (8.92) СП 63.13330.2012;
• косвенной арматуры - по формуле (8.84) СП 63.13330.2012;
• в зоне анкеровки - по формулам (9.1), (9.3).

⧉❝5.33

При расчете на выносливость железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия температур свыше 50 ° С, следует дополнительно вводить коэффициенты условий работы арматуры γ s3 (по таблице 5.15) и γ s3t , а при расчете наклонных сечений или при наличии сварных соединений арматуры также вводится коэффициент условий работы γs4 (по таблице 5.16).

Таблица 5.15

Класс арматуры	Коэффициент условий работы арматуры γ s3 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s3 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s3 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s3 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s3 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s3 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s3 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s3 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s3 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном
	-1	-0,2	0	0,2	0,4	0,7	0,8	0,9	1
A240	0,41	0,63	0,70	0,77	0,90	1,00	1,00	1,00	1,00
А400 диаметром, мм: 6 - 8	0,33	0,38	0,42	0,47	0,57	0,85	0,95	1,00	1,00
10 - 40	0,31	0,36	0,40	0,45	0,55	0,81	0,91	0,95	1,00
А600	-	-	-	-	0,38	0,72	0,91	0,96	1,00
A800	-	-	-	-	0,27	0,55	0,69	0,87	1,00
A1000	-	-	-	-	0,19	0,53	0,67	0,87	1,00
Вр1200-Вр1600	-	-	-	-	-	0,67	0,82	0,91	1,00
К1400-К1700 диаметром, мм:
6 и 9	-	-	-	-	-	0,77	0,92	1,00	1,00
12 и 15	-	-	-	-	-	0,68	0,84	1,00	1,00

Обозначения, принятые в таблице :

В таблице принят коэффициент асимметрии цикла ρb = σs,min σs,max , σ s,min и σ s,max - соответственно наименьшее и наибольшее напряжения в растянутой арматуре в пределах цикла изменения нагрузки, определяемые согласно 7.24. Примечание - При расчете изгибаемых элементов из тяжелого бетона с ненапрягаемой арматурой значение ρs для продольной арматуры принимается:

где Mmin и Mmax - соответственно наименьший и наибольший изгибающие моменты в расчетном сечении элемента в пределах цикла изменения нагрузки.

Значения γ s3t принимаются в зависимости от температуры нагрева арматуры:

$$до 100 о С ......... 1,00; 150 о С ......... 0,80; 200 о С ......... 0,65.$$

Для промежуточных значений температур коэффициент γ s3t определяется по интерполяции.

Таблица 5.16

Класс арматуры	Группа сварных соединений	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном
Класс арматуры	Группа сварных соединений	0,0	0,2	0,4	0,7	0,8	0,9	1,0
	1	0,90	0,95	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00
	2	0,65	0,70	0,75	0,90	1,00	1,00	1,00
	3	0,25	0,30	0,35	0,50	0,65	0,85	1,00
	1	0,90	0,95	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00
	2	0,60	0,65	0,65	0,70	0,75	0,85	1,00
	3	0,20	0,25	0,30	0,45	0,60	0,80	1,00
	1	-	-	0,95	0,95	1,00	1,00	1,00
	2	-	-	0,75	0,75	0,80	0,90	1,00
	3	-	-	0,30	0,35	0,55	0,70	1,00
горячекатаная	1	-	-	0,95	0,95	1,00	1,00	1,00
горячекатаная	2	-	-	0,75	0,75	0,80	0,90	1,00
горячекатаная	3	-	-	0,35	0,40	0,50	0,70	1,00

Примечания

1 Группы сварных соединений, приведенные в настоящей таблице, включают следующие типы соединений, допускаемые для конструкций при расчете на выносливость:

1-я - стыковое - по пункту 6 приложения А;

Класс арматуры	Группа сварных соединений	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном	Коэффициент условий работы арматуры γ s4 при многократном повторении нагрузки и коэффициенте асимметрии цикла ρ s , равном
Класс арматуры	Группа сварных соединений	0,0	0,4	0,7	0,8	0,9	1,0

• 2-я - крестообразное - по пункту 1, стыковые - по пунктам 5, 8 и 9, а также по пунктам 10-12 и 25 - все соединения при отношении диаметров стержней, равном 1,0 (см. приложение А; тавровые - по пунктам 5 и 7 приложения Б).

3-я - крестообразные - по пунктам 2 и 4, стыковые - по пунктам 13-26 приложения А; тавровые - по пунктам 1-4, 6, 8 и 9 приложения Б.

• 2 В таблице значения γs4 для арматуры диаметром до 20 мм.
• 3 Значения приведены коэффициента γs4 должны быть снижены: на 5 % при диаметре стержней 22-32 мм и на 10 % при диаметре свыше 32 мм.
• 4 В конструкциях, рассчитываемых на выносливость, соединения по пунктам 3 и 27 приложения А, а также по пунктам 10-14 приложения Б применять не допускается.

Деформационные характеристики арматуры

⧉❝5.34

При воздействии температуры основными деформационными характеристиками арматуры являются относительные деформации удлинения арматуры ε s0 при достижении напряжениями расчетного сопротивления Rst, модуль упругости арматуры Еst и коэффициент линейного температурного расширения арматуры α st .

Значения относительных деформаций арматуры ε s 0 в упругой стадии рассчитывают по формуле

где Rst - сопротивление арматуры.

⧉❝5.35

Значения модуля упругости арматуры Еs принимают одинаковыми при растяжении и сжатии. Модуль упругости арматуры Еs для основных видов стержневой и проволочной арматуры принимается по СП 63.13330, для арматуры и проката из жаростойкой стали - по таблице 5.14.

Таблица 5.17

Класс и марка арматуры	Модуль упругости арматуры, Е s · 10 5 МПа (Н/мм² )
12Х13, 20Х13	2,2
30ХМ	2,1
А240, А400, А500, А600, А800, А1000, В500, В р 1200÷В р 1500, 20Х23Н18, 08Х17Т, 12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М	2,0
К1400, К1500	1,95

Влияние температуры на изменения модуля упругости арматуры учитывают умножением модуля упругости арматуры Еs на коэффициент β s

Значения коэффициента β s принимают по таблице 5.13 в зависимости от температуры в центре тяжести:

• растянутой арматуры - при расчете по формулам (8.2), (8.15), (8.128) СП 63.13330, а также (5.18), (6.20), (8.11), (8.13), (8.25), (8.34) настоящего свода правил;
• сжатой арматуры - по формулам (5.18), (6.21), (8.12), (8.26).

⧉❝5.36

При расчете железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели в качестве расчетной диаграммы состояния (деформирования) арматуры, устанавливающей связь между напряжениями σst и относительными деформациями εs арматуры, принимают упрощенные двухлинейные диаграммы по типу диаграмм Прандтля (рисунок 5.2) для арматуры с физическим пределом текучести классов А240-А500, В500 и для арматуры с условным пределом текучести классов А600-А1000, Вр1200-Вр1500, К1400, К1500.

Экспериментально установлено, что в сталях, имеющих площадку текучести, с повышением температуры постепенно исчезает участок упрочнения за участком площадки текучести, а при нагреве свыше 300 о С этот участок полностью отсутствует.

Экспериментальные диаграммы деформирования арматуры носят, в основном, трехстадийный характер:

• на первой стадии наблюдается упругая работа стали, выраженная восходящей ветвью диаграммы до точки, условно принятой за предел текучести (1-й участок диаграммы);
• на второй стадии наблюдается пластическая стадия работы стали, характеризующаяся ростом деформаций при незначительном увеличении напряжений, выраженная на диаграмме вторым характерным наклонным участком с малым уклоном до точки, условно принятой за временное сопротивление. Незначительное увеличение напряжений в расчетах не учитывается, и этот участок диаграммы условно принимается горизонтальным (2-й участок диаграммы);
• третья стадия состояния арматуры - стадия разрушения материала, характеризующаяся ниспадающей ветвью диаграммы (резкое уменьшение напряжения при росте деформаций). Эта стадия не учитывается в расчетах.

Экспериментально установлено, что характерными являются два участка работы арматурных сталей (упругий и пластический), без учета третьей стадии работы арматуры (ниспадающего участка), что обусловило принятие двухлинейного характера расчетных диаграмм состояния арматуры при воздействии температур.

?s σ σ

s s2 s2

Рисунок 5.2 -Расчетная двухлинейная диаграмма растянутой арматуры

При построении расчетных диаграмм состояния арматуры напряжения в арматуре σ s определяют в зависимости от относительных деформаций εs по формулам:

Значения предельной относительной деформации арматуры принимают равными:

Допускается при соответствующем обосновании принимать величину относительной деформации ε s 2 менее или более предельных значений в зависимости от марки стали, типа армирования, критерия надежности конструкции и других факторов.

Значения Еst принимают по формуле (5.19), значения Rst - по формуле (5.15).

Диаграммы состояния арматуры при растяжении и сжатии принимают одинаковыми.

Допускается в качестве расчетных диаграмм состояния арматуры использовать криволинейные фактические диаграммы деформирования арматуры, определенные опытным путем.

⧉❝5.37

С повышением температуры коэффициент линейного температурного расширения арматуры αst увеличивается, и его значения принимают по таблице 5.14 в зависимости от класса арматуры, марки проката и температуры нагрева.

6Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций на воздействие температуры

Расчет температуры в бетоне железобетонных конструкций

Расчет распределения температур в ограждающих конструкциях сложной конфигурации сечений элементов, в массивных конструкциях и в конструкциях, находящихся ниже уровня земли, а также при неустановившемся тепловом потоке с учетом переменной влажности бетона по сечению следует проводить методами расчета температурных полей, по теории теплопроводности или по соответствующим нормативным документам.

Температуру арматуры в сечениях железобетонных конструкций принимают равной температуре бетона в месте ее расположения.

где υ - скорость ветра, м/с.

При расчете наибольших усилий в конструкциях от воздействия температуры принимают максимальную из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16 % и более, а при определении максимальной температуры нагрева бетона и арматуры принимают минимальную из средних скоростей ветра по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16 % и более согласно СП 131.13330, но не менее 1 м/с.

Таблица 6.1

Таблица 6.2

• 2 Коэффициент теплопроводности λ для промежуточных значений температур определяется интерполяцией.

• 0,140 ………… при 50 °С;
• 0,095 ………… при 100 °С;
• 0,035 ………... при 300 °С;
• 0,013 ………... при 500 °С.

Для промежуточных температур термическое сопротивление воздушной прослойки принимается по интерполяции.

Температуру материала более нагретой поверхности tb рассчитывают по формуле

а температуру материала менее нагретой поверхности t es - по формуле

В трехслойной конструкции температуру материала между первым и вторым слоями, считая слои от более нагретой поверхности, рассчитывают по формуле

а между вторым и третьим слоями - по формуле

Температура менее нагретой поверхности третьего слоя равна

Тепловой поток Q (Вт/м² ) определяют из выражения

где t i - температура воздуха производственного помещения или рабочего пространства теплового агрегата; t е - температура наружного воздуха.

Сопротивление теплопередаче R0 (м² ·°С/Вт) многослойной конструкции равно

где R1 = 1 1 λ δ ; R2 = 2 2 λ δ ; …; Rn-1 = 1 1 --n n λ δ ; Rn = n n λ δ ;

R 1 , R 2, …, Rn1 , R n - термическое сопротивление материала в отдельных слоях конструкции, пронумерованных со стороны нагреваемой поверхности, м² ·°С/Вт; δ1 , δ2 , …, δ n1 , δn - толщина отдельных слоев, м; λ1 , λ2 , …, λ n1 , λn - коэффициенты теплопроводности материалов в слоях конструкции, принимаемые в зависимости от средней температуры слоя, Вт/м·°С.

Для трехслойной конструкции ограждения с учетом различия в площадях теплоотдающих внутренней Ais и наружной Aes поверхностей: температура материала более нагретой поверхности

температура материала между первым и вторым слоями

температура материала между вторым и третьим слоями

температура менее нагретой поверхности третьего слоя

Сопротивление теплопередачи конструкции рассчитывают по формуле

где Ais и Aes - расчетные площади теплоотдающих внутренней и наружной поверхностей; А 1 и А 2 - расчетные площади конструкции на границе между первым и вторым и между вторым и третьим слоями.

Для конструкций, находящихся на наружном воздухе, наибольшие температуры нагрева бетона и арматуры определяют по расчетной летней температуре наружного воздуха, принимаемой по средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца в районе строительства по СП 131.13330.

Вычисленные температуры не должны превышать значений предельно допустимых температур применения бетонов по ГОСТ 20910 и арматуры - по таблице 5.11.

При расчете наибольших усилий от воздействия температуры в конструкциях, находящихся на наружном воздухе, температуру бетона и арматуры вычисляют по расчетной зимней температуре наружного воздуха, принимаемой по температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по СП 131.13330.

Расчет деформаций от воздействия температуры

Для элемента, выполненного из одного вида бетона, если температура бетона наиболее нагретой грани не превышает 400 °С, сечение не разбивается на части, и момент инерции приведенного сечения принимается равным

СП 27.13330.2017

При кратковременном нагреве приведенная площадь бетона

где Ebt - модуль упругости нагретого бетона, рассчитываемый по формуле (5.5).

В двутавровых и тавровых сечениях элементов, выполненных из одного вида бетона, линия раздела должна проходить по границе между ребром и полкой (рисунок 6.1).

В элементе, сечение которого по высоте состоит из различных видов бетона, линия раздела должна проходить по границе бетонов.

При кратковременном нагреве приведенная площадь Ared,i для i -й части сечения, на которые разбивается все сечение элемента, рассчитывают по формуле

где Ebt,i - модуль упругости бетона i -й части сечения определяют по формуле (5.5), в которой коэффициент βbi принимают в зависимости от состава и температуры бетона в центре тяжести площади i -й части сечения. Коэффициент βbi допускается определять в зависимости от средней температуры бетона i -й части сечения.

а - на две части; б - на три части; в - на четыре части; Ц.Т. - центр тяжести приведенного сечения; t b 1 , t b 2 , ... t bi - наибольшая температура бетона 1-й, 2-й, ... i -й частей сечения

Рисунок 6.1 Схемы разбивки на части по высоте прямоугольного, таврового и двутаврового сечений элементов

где As,red, As',red - соответственная приведенная площадь растянутой и сжатой арматуры. Коэффициенты приведения арматуры к более прочному бетону: растянутой арматуры сжатой арматуры и его температурная кривизна где Is = (yt - a) 2 Asα

где Est, Est' - модули упругости растянутой и сжатой арматуры, которые определяют по формуле (5.19).

Расстояние от центра тяжести i -й части сечения до наименее нагретой грани элемента, относительно которой определяют центр тяжести сечения

Расстояние от центра тяжести i -й части сечения до центра тяжести всего приведенного сечения

где α bti , α bti+ 1 - коэффициенты, принимаемые по таблице 5.6 в зависимости от температуры бетона более и менее нагретой грани i -й части сечения.

С учетом каждой части сечения бетона и арматуры определяют площадь Ared , статический момент Sred и момент инерции Ired всего приведенного сечения относительно его центра тяжести.

Расстояние от центра тяжести приведенного железобетонного сечения до наименее нагретого или наиболее растянутого волокна рассчитывают по формуле

а - температуры бетона; б - деформации удлинения от нагрева; в - напряжения в бетоне от нагрева; г - деформации укорочения от остывания; д - напряжения в бетоне от остывания при нелинейном изменении температур по высоте бетонного сечения элементов; Ц.Т. - центр тяжести приведенного сечения

Рисунок 6.2 Схемы распределения температур, деформаций и напряжений по высоте бетонного сечения элемента

Температурные деформации для элементов без трещин в растянутой зоне

• а) Сечение элемента приводится к более прочному бетону. Удлинение εt оси элемента и ее кривизну t r 1 рассчитывают по формулам:

где К = A's,red y'sε's + As,red ysεs ; γt - коэффициент надежности по температуре, принимаемый по 4.10.

Удлинение εti оси iй части бетонного сечения и ее кривизну ti r 1 (см. рисунок 6.2) рассчитывают по формулам:

СП 27.13330.2017

В формулах (6.15)-(6.35) Ared, Ared,i, As,red, A's,red, ybi, ys , y' s , I red , I red,i , yyi принимают по (6.16)-(6.21).

Удлинение ε s и ε ' s соответственно арматуры S и S' находят из формул

где α st - коэффициент, принимаемый по таблице 5.13 в зависимости от температуры нагрева арматуры S и S' .

При расчете бетонного сечения в формулах (6.33) и (6.34) удлинение арматуры εs и ε' s не учитывают. б) При неравномерном нагреве бетона с прямолинейным распределением температуры по высоте сечения элемента (рисунок 6.3, а ) удлинение оси элемента ε t и ее кривизну t r 1 допускается рассчитывать по формулам:

где t b, tb 1 - температуры бетона менее и более нагретых граней сечения; αbt, αbt 1 - коэффициенты линейной температурной деформации бетона, принимаемые в зависимости от температуры бетона менее и более нагретых граней сечения по таблице 5.6.

• в) При остывании неравномерно нагретого бетона с прямолинейным распределением температуры по высоте сечения элемента от усадки бетона укорочение εсs оси элемента и ее кривизну cs r 1 допускается рассчитывать по формулам:

где α cs и αcs 1 - коэффициенты линейной температурной усадки бетона, принимаемые по таблице 5.7 в зависимости от температуры бетона менее и более нагретой грани сечения; γt , tb и tb 1 - следует принимать по (6.22). а

• бетонного и железобетонного элемента без трещин; б
• железобетонного элемента с трещинами в растянутой зоне, расположенными у менее нагретой грани; нагретой грани; г в
• то же, у более
• железобетонного элемента с трещинами по всей высоте сечения;

Ц.Т. - центр тяжести приведенного сечения

Рисунок 6.3 Схемы распределения температур (1), деформаций от неравномерного нагрева (2) и остывания (3) при прямолинейном изменении температур по высоте сечения элементов

Температурные деформации для элементов с трещинами в растянутой зоне

• а) Для железобетонного элемента с трещинами в растянутой зоне, расположенной у менее нагретой грани сечения (рисунок 6.3, б ), удлинение ε t оси элемента и ее кривизну t r 1 рассчитывают по формулам: где

Средний коэффициент температурного расширения αstm определяют, исходя из следующих положений.

За счет сцепления бетона с арматурой на участках между трещинами деформации арматуры уменьшаются. Температурные деформации арматуры по длине между трещинами непостоянны. Среднее температурное удлинение арматуры в бетоне составляет

Приняв изменения температурных деформаций арматуры в бетоне от нагрева по тому же закону, что и при растягивающем усилии, значение среднего коэффициента температурного расширения арматуры в бетоне для первого нагрева рассчитывают по формуле

Коэффициент ψ s, учитывающий работу растянутого бетона между трещинами, для практических расчетов допускается принимать в зависимости от процента армирования продольной растянутой арматуры элемента или определять по формуле (8.137) СП 63.13330.

б) Для участков железобетонного элемента с трещинами в растянутой зоне бетона, расположенной у более нагретой грани сечения (рисунок 6.3, в), удлинение εt оси элемента определяют по формуле (6.43) и ее кривизну r 1 - по формуле t

• в) Для участков железобетонного элемента с трещинами по всей высоте сечения (рисунок

6.3, г) удлинение εt оси элемента и ее кривизну t r 1 рассчитывают по формулам:

t s и ts ' - температуры арматуры соответственно S и S' ; t b - температура бетона сжатой грани сечения; αstm, α'stm - коэффициенты, определяемые по формуле (6.46) для арматуры S и S'; αbt - коэффициент, принимаемый по таблице 5.6 в зависимости от температуры бетона более или менее нагретой грани сечения; γt принимается по 4.10; а' - толщина защитного слоя более нагретой грани. г) При равномерном нагреве железобетонного элемента кривизну t r 1 оси элемента допускается принимать равной нулю.

В железобетонных элементах из обычного бетона при температуре арматуры до 100 °С и из жаростойкого бетона при температуре арматуры до 70 °С для участков с трещинами в растянутой зоне бетона допускается определять удлинение оси элемента εt и ее кривизну t r 1 по формулам

(6.39) и (6.40), как для бетонных элементов без трещин.

Расчет усилий от воздействия температуры

Если определение усилий в плоской статически неопределимой системе проводят методом сил, то в общем случае перемещения по направлению лишних неизвестных в системе канонических уравнений вычисляют по формуле

где Ared,x, Dx - приведенные площадь и жесткость элемента в сечениях, определяемые по формулам (6.17) настоящего свода правил и (8.43) СП 63.13330.

В выражении (6.50) для немассивных стержневых конструкций третьим интегралом, учитывающим деформации сдвига, можно пренебречь. При расчете железобетонных изгибаемых, сжатых или растянутых элементов, когда е0 = ≥ N M 0,8 h0 , с достаточной для расчета точностью можно не учитывать и второй интеграл, выражающий продольные деформации элементов.

Момент от неравномерного нагрева бетона по высоте сечения при равномерном нагреве бетона по длине элемента, заделанного на опорах от поворота, а также в замкнутых рамах кольцевого, квадратного и прямоугольного очертаний, имеющих одинаковые сечения, рассчитывают по формуле

где t r 1 - кривизна оси элемента от изменения температуры, которую определяют по формулам

(6.40), (6.42), (6.44), (6.47), (6.49);

D - жесткость сечения, определяемая по формуле (8.143) СП 63.13330.

где Мt и Mt' - моменты, возникающие соответственно при кратковременном и длительном воздействиях температуры.

Наибольшие температурные моменты возникают при первом кратковременном нагреве. При повторных кратковременных нагревах и длительном нагреве температурные моменты меньше, чем при первом нагреве.

Температурные моменты в элементах со стыками арматуры из косынок и накладок из листовой стали и из уголков на 50 % меньше моментов в элементе без стыка.

где М о.ш, М о и Мt - моменты соответственно при образовании первых пластических шарниров на опорах, от нагрузки и температурного воздействия.

До образования первых пластических шарниров на опорах жестко заделанного изгибаемого элемента, в пролете момент от нагрузки снижается из-за образования температурного момента другого знака. После образования опорных пластических шарниров железобетонный элемент превращается в статически определимую конструкцию. Температурный момент в пролете пропадает, и остается только момент от нагрузки. Полное разрушение элемента происходит при образовании пластического шарнира в середине пролета, когда в нагретой до высоких температур арматуре резко увеличиваются пластические деформации.

7Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы

Расчет бетонных элементов по прочности

Основные положения

Для бетонных элементов, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур, следует проводить расчеты по прочности на действие продольных сжимающих сил и на местное сжатие при постоянном нагреве.

При расчете бетонных элементов на действие сжимающей силы следует учитывать деформации от неравномерного нагрева бетона по высоте сечения, определяемые по 6.22-6.25 и 8.15, суммируя их с эксцентриситетом продольной силы ео . Эксцентриситет продольной силы ео относительно центра тяжести приведенного сечения определяют как сумму эксцентриситетов продольной силы из статического расчета конструкции и случайного еа , определяемого по 4.17.

Если деформации от нагрева уменьшают эксцентриситет продольной силы ео , то их не учитывают в дальнейшем расчете.

Внецентренно сжатые бетонные элементы

При неравномерном нагреве по высоте сечения с температурой бетона наиболее нагретой грани более 400 °С расчет внецентренно сжатых элементов следует проводить с учетом различия прочности бетона по высоте сечения. Сечение по высоте разделяют на две части, нагретых до температуры менее и более 400 ° С.

Наибольшая температура бетона сжатой зоны сечения элементов не должна превышать предельно допустимую температуру применения бетона, указанную в ГОСТ 20910.

Коэффициент η , входящий в формулы (7.4) и (7.5) СП 63.13330.2012, рассчитывают по формулам (7.6) и (7.7), принимая момент инерции сечения I равным Ired , который следует определять по 6.16-6.21 без учета арматуры.

Изгибаемые бетонные элементы

Расчет изгибаемых бетонных элементов следует проводить из условия (7.8) СП 63.13330, в котором вместо расчетного сопротивления бетона Rbt следует принимать Rbtt, вычисляемое по формуле (5.3) с учетом коэффициента условий работы бетона γ tt , приведенного в таблице 5.2.

При неравномерном нагреве по высоте сечения с температурой бетона наиболее нагретой грани свыше 400 ° С момент сопротивления сечения W следует определять с учетом характеристик приведенного сечения по 6.22-6.25.

Расчет железобетонных элементов по прочности

Расчет по прочности сечений, нормальных к продольной оси элемента

Среднюю температуру бетона сжатой зоны прямоугольных сечений при ξ < ξ R допускается принимать по температуре бетона, расположенного на расстоянии 0,2 h 0 от сжатой грани сечения. Если x = ξ Rh 0, или сечение полностью сжато ( x = h ), коэффициент условий работы бетона γ bt допускается принимать в зависимости от температуры бетона, расположенного на расстоянии 0,5 х от сжатой грани сечения.

При расчете на нагрузку наибольшая температура бетона сжатой зоны сечения элемента не должна превышать предельно допустимой температуры применения бетона, указанной в ГОСТ 20910. Полку, расположенная в растянутой зоне, в расчете не учитывают.

Вместо начального модуля упругости бетона Еb в формулах СП 63.13330 следует принимать Еbt при кратковременном действии температуры и нагрузки (по формуле 5.5) и Еbτ при длительном действии температуры и нагрузки (по формуле 5.6).

Вместо начального модуля упругости арматуры Es в формулах СП 63.13330 cледует принимать Est (по формуле 5.19).

Прочность изгибаемых элементов

Прочность внецентренно сжатых элементов

При расчете внецентренно сжатых элементов расстояние от точки приложения продольной силы N до центра тяжести сечения растянутой или менее сжатой арматуры следует определять c учетом продольного изгиба (прогиба) элемента от неравномерного воздействия температуры по высоте сечения элемента еt по формуле

где et - величина продольного изгиба (прогиба) элемента от неравномерного воздействия температуры по высоте сечения элемента, рассчитываемая по формуле

где ( 1 r ) t -кривизна продольной оси элемента от температуры, рассчитываемая по формулам (6.34), (6.40), (6.42), (6.44), (6.47), (6.49); l о -расчетная длина элемента, определяемая по СП 63.13330.2012 (пункт 8.1.17).

где Ared - приведенная площадь прямоугольного сечения, рассчитываемая по формуле (6.16); ΣRcst As - сумма произведений площадей продольной арматуры, устанавливаемой по каждой стороне сечения, на расчетные сопротивления арматуры сжатию, рассчитываемые в зависимости от температур по формуле (5.16); φ - коэффициент продольного изгиба, определяемый по таблице 8.1 СП 63.13330; lо - расчетная длина элемента, определяемая по СП 63.13330.2012 (пункт 8.1.17);

• φt -коэффициент, учитывающий влияние нагрева на продольный изгиб элемента, который принимается равным при температуре бетона в центре тяжести сечения:

100 °С …………. φt = 0,95,

200 °С …………. φt = 0,90,

300 °С …………. φt = 0,85,

500 °С …………. φt = 0,75,

700 °С …………. φt = 0,65.

Прочность растянутых элементов

При расчете центрально-растянутых железобетонных элементов, неравномерно нагретых по высоте сечения, в формуле (8.19) СП 63.13330.2012 правая часть уравнения заменяется суммой произведений площади арматуры, расположенной по каждой из сторон сечения, на расчетное сопротивление арматуры Rs и коэффициент условий работы арматуры γ st , принимаемый по таблице 5.13 в зависимости от температуры соответствующей арматуры.

Расчет по прочности нормальных сечений на основе нелинейной деформационной модели

Общие положения расчета, расчетные зависимости между усилиями и деформациями, методика расчета по прочности нормальных сечений следует принимать по формулам (8.26) (8.54) СП 63.13330.2012 с учетом 7.7-7.10.

Бетон по высоте сечения разбивают на элементарные участки с одинаково деформируемыми стержнями арматуры. Диаграмму деформирования бетона на сжатие строят для средней температуры бетона сжатой зоны (рисунок 5.1). Диаграмму деформирования арматуры строят для температуры ее нагрева (рисунок 5.2). До момента разрушения соблюдается условие равновесия внешних сил и внутренних усилий с учетом плоского деформирования сечения. Моментную ось рекомендуется выбирать на сжатой грани сечения.

Критерием исчерпания прочности нормального сечения является достижение краевой деформацией сжатого бетона ее предельного значения εb2 .

В сжатых колоннах при четырехстороннем воздействии температуры определяют распределение температур по сечению колонны. Сечение разбивают на полые прямоугольники с одинаковой температурой нагрева, для которых принимают равномерное распределение напряжений. Строят диаграммы деформирования бетона для температуры нагрева середины толщины каждого участка бетона и диаграммы деформирования арматуры для температуры ее нагрева.

За предельное значение деформаций укорочения с однозначной эпюрой напряжений и деформаций принимают предельную деформацию наименее нагретого бетона в сечении при однородном напряженном состоянии εb0 при нулевой кривизне в сечении.

По диаграмме деформирования для каждого участка определяют напряжения в бетоне и в арматуре соответствующие предельной деформации бетона наименее нагретого участка.

Прочность сечения проверяется из уравнения равновесия.

Расчет прочности железобетонных элементов на действие поперечных сил

Расчет железобетонных элементов по полосе между наклонными сечениями

В формуле (8.55) СП 63.13330.2012 расчетное сопротивление бетона Rb следует дополнительно умножать на коэффициент условий работы бетона γ bt , принимаемый по таблице 5.2 в зависимости от температуры бетона в центре тяжести сечения.

Расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на действие поперечных сил

При расчете на действие поперечной силы элементов с поперечной арматурой по формулам (8.57) - (8.62) СП 63.13330.2012: расчетное сопротивление арматуры Rsw дополнительно умножают на коэффициент условий работы арматуры γ st , принимаемый по таблице 5.14 в зависимости от наибольшей температуры поперечной арматуры в рассматриваемом сечении; расчетное сопротивление бетона сжатию Rb дополнительно умножают на коэффициент условий работы бетона γ bt , принимаемый по таблице 5.2 в зависимости от средней температуры бетона сжатой зоны; расчетное сопротивление бетона растяжению Rbt дополнительно умножают на коэффициент условий работы бетона γ tt , принимаемый по таблице 5.2 в зависимости от средней температуры бетона сжатой зоны.

Среднюю температуру бетона сжатой зоны прямоугольного сечения допускается определять по температуре бетона, расположенного на расстоянии 0,2 h 0 от сжатой грани сечения.

Коэффициент ϕ b 2 в формуле (8.57) СП 63.13330.2012 при средней температуре бетона сжатой зоны сечения следует устанавливать равным для бетона составов (таблица 5.1):

``` № 1-3, 6, 7, 10-15, 19-21: 50 °С - 200 ° С ....................... 2,0, 800 ° С и выше ....................... 5,0; № 4, 5, 8, 9, 16-18, 23 и 29: 50 °С - 200 ° С ........................ 1,5, 800 ° С и выше ....................... 4,5. ```

Для температур в интервале от 200 о С до 800 ° С коэффициент ϕ b 2 определяют интерполяцией.

При этом расчетные сопротивления бетона Rbt и Rb следует дополнительно умножать на коэффициент условий работы бетона соответственно γ tt и γ bt , определяемые по таблице 5.2 в зависимости от средней температуры бетона сжатой зоны сечения.

Вместо коэффициента ϕ b2 в формуле (8.57) СП 63.13330.2012 следует учитывать коэффициент ϕ b4 , который при средней температуре бетона сжатой зоны сечения принимается равным для бетона составов (см. таблицу 5.1):

``` № 1, 3, 6, 7, 10-15, 19-21: 50 °С - 200 ° С ....................... 1,5, 800 ° С и выше ....................... 3,3; № 4, 5, 8, 9, 16-18, 23 и 29: 50 °С - 200 ° С ...................... 1,0, 800 ° С и выше ....................... 2,2. ```

Кроме того, поперечную силу Qb , вычисленная по формуле (8.57) СП 63.13330.2012, следует принимать не более 2,5Rbt γ tt bho и не менее φ b 3(1 + φ n ) Rbt γ tt bho..

Коэффициент ϕ b 3 при средней температуре бетона сжатой зоны сечения устанавливают равным для бетонов составов (см. таблицу 5.1):

``` № 1, 3, 6, 7, 10-15, 19-21: 50 °С - 200 ° С ....................... 0,6, 800 ° С и выше ....................... 1,3; № 4, 5, 8, 9, 16-18, 23 и 29: 50 °С - 200 ° С ....................... 0,4, 800 ° С и выше ....................... 0,9. ```

Для температур в интервале от 200 °С до 800 °С коэффициенты ϕ b 3 и ϕ b 4 принимаются по интерполяции.

Расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на действие моментов

Расчет железобетонных элементов на местное сжатие

Коэффициент ψ в формулах (8.80) и (8.83) при неравномерном распределении местной нагрузки под концами балок, прогонов, перемычек для бетона составов № 1-21, 23 и 29 (по таблице 5.1) принимается равным 0,75.

При определении расчетного сопротивления бетона смятию Rb,loc по формуле (8.81) СП 63.13330 расчетное сопротивление бетона Rb следует дополнительно умножить на коэффициент условий работы бетона γ bt , принимаемый по таблице 5.2 в зависимости от средней температуры бетона площади смятия.

При вычислении приведенного расчетного сопротивления бетона сжатию Rbs,loc по формуле (8.84) СП 63.13330 расчетное сопротивление растяжению косвенной арматуры Rs,xy следует дополнительно умножить на коэффициент условий работы арматуры γ st , принимаемый по таблице 5.13 в зависимости от температуры нагрева косвенной арматуры.

Расчет железобетонных элементов на продавливание

При расчете на продавливание по формулам (8.88) и (8.94) СП 63.13330.2012 расчетное сопротивление бетона Rbt следует дополнительно умножать на коэффициент условий работы бетона γ tt , принимаемый по таблице 5.2 в зависимости от средней температуры бетона на проверяемом участке.

При расчете по формуле (8.92) СП 63.13330.2012 расчетное сопротивление арматуры Rsw следует дополнительно умножать на коэффициент условий работы арматуры γ st , принимаемый по таблице 5.13 в зависимости от наибольшей температуры нагрева поперечной арматуры Asw .

Расчет железобетонных элементов на выносливость

Напряжения в бетоне и арматуре вычисляют как для упругого тела (по приведенным сечениям) на действие внешних нагрузок, усилий от воздействия температуры и усилия предварительного обжатия P . Неупругие деформации в сжатой зоне бетона учитываются снижением величины модуля упругости бетона, принимая коэффициенты приведения арматуры к бетону α′ равными 25, 20, 15 и 10 соответственно для бетонов классов В15, В25, В30, В40 и выше.

При воздействии температуры свыше 50 °С величины вышеприведенных коэффициентов α ′ следует умножать на отношение коэффициентов β s /β b . Значения коэффициентов β s принимают по таблице 5.14 в зависимости от температуры арматуры, β b - по таблице 5.2 в зависимости от средней температуры бетона сжатой зоны сечения.

где σ b,max и σ s,max - максимальные нормальные напряжения соответственно в сжатом бетоне и в растянутой арматуре.

При этом расчетные сопротивления бетона сжатию Rb и растяжению арматуры Rs умножают на соответствующие коэффициенты условий работы γb1 , γb1t , принимаемые в зависимости от средней температуры бетона сжатой зоны по таблицам 5.9 и 5.10, и на коэффициенты γs3 , γs3t , γs4 , принимаемые в зависимости от температуры растянутой арматуры по таблицам 5.15 и 5.16.

В зоне, проверяемой по сжатому бетону, при действии многократно повторяющейся нагрузки появление растягивающих напряжений не допускается.

Сжатую арматуру на выносливость не рассчитывают.

8Расчет элементов железобетонных конструкций по предельным состояниям второй группы

Общие положения

Расчет железобетонных элементов по раскрытию трещин

Для центрально растянутых элементов ширину раскрытия трещин определяют, когда продольное растягивающее усилие от внешней нагрузки и температуры больше продольного растягивающего усилия Ncrc , воспринимаемого элементом при образовании трещин и определяемого по формуле (8.9).

Непродолжительное раскрытие трещин определяют от совместного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок при кратковременном нагреве.

Продолжительное раскрытие трещин определяют только от постоянных и временных длительных нагрузок при длительном нагреве.

Ширина раскрытия трещин аcrc от действия внешней нагрузки и температуры, рассчитываемая по формулам (8.1) и (8.2), не должна превышать предельно допустимую ширину раскрытия трещин, регламентированную в СП 63.13330.2012 (пункт 8.2.6).

• при продолжительном раскрытии трещин

• при непродолжительном раскрытии трещин

где аcrc, 1 - ширина раскрытия трещин от продолжительных постоянных и временных нагрузок при длительном нагреве; аcrc,2 - ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок при кратковременном нагреве; аcrc,3 - ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок при кратковременном нагреве.

Определение момента образования трещин, нормальных к продольной оси элемента

Расчет железобетонных элементов по образованию трещин на усилия, вызванные только воздействием температуры, следует проводить при нагреве: в элементах статически неопределимых конструкций, когда перепад температур по высоте сечения более 30 °С; в статически определимых конструкциях, когда перепад температур по высоте сечения более 50 °С при криволинейном распределении температуры; когда температура растянутой арматуры превышает 100 °С в конструкциях из обычного бетона и 70 °С - в конструкциях из жаростойкого бетона; при остывании после нагрева, когда температура арматуры превышала 70 °С в элементах статически неопределимых конструкций.

При совместном воздействии нагрузки и температуры трещина образуется от внешней нагрузки при более низких температурах.

Расчет по образованию трещин при температурах свыше 200 °С для элементов с μ ≥ 0,4 % допускается не проводить, так как эти элементы работают с трещинами в растянутой зоне.

Допускается момент образования трещин определять без учета неупругих деформаций растянутого бетона по 8.9. Если при этом условия формул (8.118) и (8.139) СП 63.13330 не удовлетворяются, то момент образования следует определять с учетом неупругих деформаций растянутого бетона.

1 - уровень центра тяжести приведенного поперечного сечения

Рисунок 8.1 Схема напряженно-деформированного состояния сечения элемента при проверке образования трещин при действии изгибающего момента ( а ), изгибающего момента и продольной силы ( б )

В формуле (8.3) знак «плюс» принимают при сжимающей силе и знак «минус» - при растягивающей силе N .

Момент сопротивления приведенного сечения для крайнего растянутого волокна бетона W рассчитывают по формуле

где ex - расстояние от точки приложения продольной силы N , расположенной в центре тяжести приведенного сечения элемента, до ядровой точки, наиболее удаленной от растянутой зоны, трещинообразование которой проверяют. Значение ex рассчитывают по формуле

В формуле (8.4) момент инерции приведенного поперечного сечения Jred следует определять по формуле (6.29), а расстояние от наиболее растянутого волокна бетона до центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента yt - по формуле (6.32).

В формуле (8.3) напряжения сжатия от расширения бетона на уровне растянутой арматуры при нагреве σbt допускается рассчитывать по формуле

а напряжения растяжения от сокращения бетона на уровне растянутой арматуры при остывании σcs допускается определять по формуле

В формулах (8.3), (8.6), (8.7) Rbt,ser,t определяется по формуле (5.4), Ebt - по формуле (5.5), αbt - по таблице 5.6, αcs - по таблице 5.7 в зависимости от температуры бетона на уровне растянутой арматуры.

где значения Ared , Rbt,sert,t , σbt , σcs принимают по 6.16, 5.16 и 8.9.

Расчет железобетонных элементов по образованию трещин при воздействии температуры и многократно повторяющейся нагрузки следует проводить по СП 63.13330, при этом расчетное сопротивление бетона Rb.ser следует дополнительно умножать на коэффициент условий работы бетона γ b 1 t , принимаемый по таблице 5.9 в зависимости от температуры бетона на уровне растянутой арматуры. Максимальное нормальное растягивающее напряжение в бетоне, вызванное нагрузкой, должно суммироваться с растягивающим напряжением от воздействия температуры, рассчитываемым по формуле (8.7).

Расчет ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента

В формуле (8.128) вместо начального модуля упругости арматуры Es cледует применить Est, учитывающий влияние температуры на изменения модуля упругости арматуры и рассчитываемый по формуле (5.19).

Коэффициент φ1 , учитывающий продолжительность действия нагрузки и температуры, принимается равным: φ1 = 1,0 - при кратковременном действии нагрузки и температуры; φ1 = 1,4 - при длительном действии нагрузки и температуры.

Коэффициент, учитывающий неравномерное распределение относительных деформаций растянутой арматуры между трещинами ψs , допускается принимать равным 1. Если расчетное раскрытие трещин превышает предельное значение по СП 63.13330.2012 (пункт 8.2.6), то коэффициент ψs рассчитывают по формуле (8.137) СП 63.13330.2012.

При вычислении напряжений в продольной растянутой арматуре в нормальном сечении с трещиной по формуле (8.129) СП 63.13330.2012, момент инерции приведенного поперечного сечения Jred относительно его центра тяжести с учетом площади сечения бетона только сжатой зоны, площадей сечения сжатой арматуры с коэффициентом приведения сжатой арматуры к бетону α's1 и растянутой арматуры с коэффициентом приведения растянутой арматуры к бетону αs1 рассчитывают по формуле

Значение Ib определяют по 8.23. Значения Is и I' s рассчитывают по формулам (8.23) и (8.24) и yc - по формуле (8.29).

Значения коэффициентов приведения арматуры к бетону рассчитывают по формулам: для растянутой арматуры

Приведенный модуль деформации бетона Eb,red,t учитывающий неупругие деформации сжатого бетона, рассчитывают по формуле

Прочность бетона Rb,ser,t рассчитывают по формуле (5.4), относительную деформацию бетона εb1,red принимают по таблице 5.5 для кратковременного нагрева.

Температурные деформации расширения при нагреве

и температурные деформации укорочения бетона при остывании после нагрева для сжатой арматуры

где αstm - определяют по формуле (6.46); αbt , αcs - принимают соответственно по таблицам 5.6 и 5.7 в зависимости от температуры арматуры и длительности нагрева; t s - температура бетона на уровне растянутой арматуры.

В этом случае при расчете ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, в формулу (8.128) СП 63.13330.2012 вместо σs Es вводят выражения: при нагреве

при остывании после нагрева

где β s коэффициент, принимаемый по таблице 5.14 в зависимости от температуры арматуры.

Значение σ s не должно превышать значения Rs,ser γ st для стержневой арматуры и 0,8 Rs,ser γ st для проволочной арматуры. Коэффициент условий работы арматуры γ st принимают по таблице 5.14 в зависимости от температуры арматуры. При внецентренном растяжении, для случая е 0 < 0,8 h 0 возможно появление трещин на всю высоту сечения.

Расчет элементов железобетонных конструкций по деформациям

Расчет железобетонных элементов по прогибам

Полный прогиб железобетонных элементов, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, равен сумме прогибов, обусловленных: деформацией изгиба fm , который определяют по 8.17; деформацией от воздействия температуры f t , который определяют по 8.20.

Прогиб f t допускается не учитывать, если он приводит к уменьшению полного прогиба элемента.

При действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок и кратковременного и длительного нагрева прогиб балок или плит во всех случаях не должен превышать 1/150 пролета и 1/75 вылета консоли.

где x M - изгибающий момент в сечении х от действия единичной силы, приложенной по направлению искомого перемещения элемента в сечении х по длине пролета l , для которого определяют прогиб; x r 1 - полная кривизна элемента в сечении х от внешней нагрузки, при которой определяют прогиб.

Для конструкций тепловых агрегатов из жаростойкого железобетона в каждом конкретном случае прогиб элемента устанавливается проектом.

В общем случае для железобетонных изгибаемых элементов вычисление прогиба проводят путем разбиения элемента на ряд участков, определения кривизны на границах этих участков (с учетом отсутствия или наличия трещин и знака кривизны) и перемножения эпюр моментов x M и кривизны x r 1 по длине элемента при линейном распределении кривизны в пределах каждого участка. В этом случае прогиб в середине пролета элемента рассчитывают по формуле

где l r sup, 1 , r r sup, 1 - кривизна элемента, соответственно на левой и правой опорах; il r 1 , ir r 1 - кривизны элемента в сечении i слева и справа от оси симметрии (середины пролета); с r 1 - кривизна элемента в середине пролета; n - четное число равных участков, на которые разделяют пролет, принимаемое не менее 6; l - пролет элемента.

В формулах (8.18) и (8.19) кривизны ( r 1 ) определяют при действии нагрузки по 8.21-8.26 соответственно для участков без трещин и с трещинами. Знак ( r 1 ) принимают в соответствии с эпюрой кривизны.

Для свободно опертых или консольных элементов максимальный прогиб рассчитывают по формуле

где max 1 r - полная кривизна в сечении с наибольшим изгибающим моментом от нагрузки и температуры, при которой определяют прогиб.

Для изгибаемых элементов для постоянного по длине элемента сечения, имеющих трещины, на каждом участке, в пределах которого изгибающий момент не меняет знак, кривизну допускается вычислять для наиболее напряженного сечения, принимая ее для остальных сечений такого участка изменяющейся пропорционально значениям изгибающего момента.

где t r 1 (х) - кривизна элемента в сечении х от воздействия температуры с учетом наличия в данном сечении трещин, вызванных усилиями от действия нагрузки или температуры, определяется согласно 6.23, 6.24;

При расчете свободно опертой или консольной балки постоянной высоты с одинаковым распределением температуры бетона по высоте сечения на всей длине балки температурный прогиб рассчитывают по формуле

где t r 1 - кривизна от воздействия температуры, определяемая по 6.22-6.24; s - коэффициент, принимаемый для свободно опертых балок равным 1/8 и для консольных равным 1/2.

Прогибы сборных элементов конструкций из жаростойкого бетона, имеющих одностороннее армирование и сварные стыки арматуры в растянутой зоне сечения, определяют с учетом повышенной деформативности шва в стыке. При этом кривизна элемента в пределах стыка, определенная как для целого элемента, увеличивается в пять раз при заполнении шва раствором после сварки стыковых накладок и в 50 раз - при заполнении шва до сварки, осуществляемой с учетом заданной последовательности сварки, указанной в 9.21.

Определение кривизны железобетонных элементов

• а) для элементов или участков элемента, где в растянутой зоне не образуются нормальные к продольной оси трещины, согласно пунктам 8.2.24, 8.2.26 СП 63.13330.2012;
• б) для элементов или участка элемента, где в растянутой зоне имеются трещины, согласно пунктам 8.2.24, 8.2.25 и 8.2.27 СП 63.13330.2012.

Элементы или участки элементов рассматривают без трещин, если трещины не образуются при действии полной нагрузки, включающей постоянную, временную длительную и кратковременную нагрузки и усилия от температуры.

В формуле (8.143) СП 63.13330.2012 модуль деформации бетона Eb1 , определяемый в зависимости от продолжительности действия нагрузки и температуры.

Жесткость железобетонного элемента на участке без трещин в растянутой зоне

При вычислении момента инерции Ired приведенного сечения элемента относительно его центра тяжести по формуле (8.144) СП 63.13330.2012, момент инерции бетонного сечения Ib относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента следует определять: при температурах нагрева до 400 °С - по формуле (6.15); при более высокой температуре - по 6.17-6.21.

В формуле (8.144) СП 63.13330 моменты инерции площадей сечения растянутой Is и сжатой I' s арматуры относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента рассчитывают по формулам:

Коэффициент приведения растянутой арматуры к бетону

коэффициент приведения сжатой арматуры к бетону

где Est и E' st - модули упругости растянутой и сжатой арматуры, рассчитываемые по формуле (5.19) в зависимости от температуры растянутой и сжатой арматуры.

Момент инерции Ired допускается определять без учета арматуры согласно 6.16, 6.20 и 6.21. Значения модуля деформации бетона Eb1 в формуле (8.143) СП 63.13330.2012, формулах (8.25) и (8.26) настоящего свода правил принимают равными:

• при кратковременном действии нагрузки и нагреве

где φb -коэффициент, учитывающий влияние кратковременной ползучести бетона и принимается для бетона составов (таблица 5.1):

№ 1-3, 6, 7, 10, 11, 19-21 …….…

№ 4, 5, 8, 9, 23, 24 ……………...

0,85

0,80

№ 12-18, 29, 30 ………………..…

0,70;

• при продолжительном действии нагрузки и нагреве

где Eb τ - начальный модуль деформаций бетона, рассчитываемый по формуле (5.6) в зависимости от температуры бетона в центре тяжести приведенного сечения.

Расстояние от наиболее сжатого волокна бетона до центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента рассчитывают по формуле

где Sc,red - статический момент приведенного сечения элемента относительно наиболее сжатого волокна бетона, равный

Ared - площадь приведенного поперечного сечения элемента, рассчитываемая по формуле (6.27), а ее статический момент относительно наиболее сжатого волокна бетона рассчитывают по формуле

As, Ssc, A's, S'sc - площади поперечного сечения и их статические моменты относительно наиболее сжатого волокна бетона, соответственно растянутой и сжатой арматуры:

Жесткость железобетонного элемента на участке с трещинами в растянутой зоне

При вычислении момента инерции Ired приведенного поперечного сечения элемента относительно его центра тяжести по формуле (8.148) СП 63.13330.2012 значение момента инерции сжатой зоны бетона Ib рассчитывают по формулам (8.36)-(8.39).

Значения моментов инерции площадей сечения растянутой Is и сжатой I' s арматуры определяют по формулам (8.23) и (8.24), принимая уcm равным расстоянию от наиболее сжатого волокна бетона до центра тяжести приведенного поперечного сечения без учета бетона растянутой зоны (рисунок 8.2).

• центр тяжести приведенного сечения

Рисунок 8.2 Схема напряжений и деформаций в приведенном поперечном сечении элемента с трещинами, при расчете по деформациям, при действии изгибающего момента ( а ), изгибающего момента и продольной силы ( б )

Коэффициент приведения сжатой арматуры к бетону αs1 рассчитывают по формуле (8.12), коэффициент приведения растянутой арматуры к бетону αs2 по формуле

Приведенный модуль деформации сжатого бетона Eb,red,t рассчитывают по формуле (8.13).

Приведенный модуль деформации растянутой арматуры Es,red,t рассчитывают с учетом влияния растянутого бетона между трещинами по формуле

где Est - определяют по формуле (5.19).

В формуле (8.148) СП 63.13330 момент инерции площади сечения сжатой зоны бетона Ib определяют: а) при действии только изгибающего момента М

• для элементов прямоугольного поперечного сечения по формуле

• для элементов таврового (со сжатой полкой) и двутаврового поперечных сечений с нулевой линией, расположенной в ребре ниже сжатой полки ( xm > h'f ), по формуле

б) при действии изгибающего момента M и продольной силы N (сжимающей или растягивающей)

• для элементов прямоугольного поперечного сечения по формуле

• для элементов таврового (со сжатой полкой) и двутаврового поперечного сечений с нулевой линией, расположенной в ребре ниже сжатой полки ( xm>h'f ), по формуле

В тех случаях, когда определяемая согласно 8.31 высота сжатой зоны xm ≤ h'f , момент инерции Ib вычисляют как для элементов прямоугольного поперечного сечения по формулам (8.36) и (8.38), принимая b = b'f .

В формуле (8.154) СП 63.13330.2012 момент инерции приведенного поперечного сечения элемента относительно его центра тяжести Ired и площадь приведенного поперечного сечения Ared определяют для полного сечения элемента (без учета трещин) по 6.16-6.21, 8.22.

При совместном действии кратковременных и длительных нагрузок и температур полный прогиб элементов без трещин и с трещинами в растянутой зоне определяют путем суммирования прогибов соответствующих нагрузок и длительности нагрева, по аналогии с суммированием кривизны согласно 8.26, принимая жесткостные характеристики D в зависимости от указанной в этом пункте принятой продолжительности действия, рассматриваемой нагрузки и нагрева.

Допускается при определении жесткостных характеристик D элементов с трещинами в растянутой зоне принимать коэффициент ψs = 1. В этом случае, при совместном действии кратковременных и длительных нагрузок и температур, полный прогиб элементов с трещинами в растянутой зоне определяют путем суммирования прогибов от кратковременного действия кратковременных нагрузок и температур и от длительного действия длительных нагрузок и температур, с учетом соответствующих значений жесткостных характеристик D , как это принято для элементов без трещин.

где коэффициенты φ 1 принимают по таблице 8.1, φ2 - по таблице 8 .2.

Таблица 8.1

Таблица 8.2

Жесткость изгибаемых элементов с трещинами в растянутой зоне допускается рассчитывать по формуле

Кривизну внецентренно сжатых элементов, а также внецентренно растянутых элементов при приложении силы N вне расстояния между арматурами S и S' на участках с трещинами в растянутой зоне рассчитывают по формуле

где Sred - определяют по формуле (8.30) и Eb,red,t - по формуле (8.13).

Определение кривизны железобетонных элементов на основе деформационной модели

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

9Конструктивные требования

Геометрические размеры конструкций

• несущую способность конструкции;
• возможность надлежащего размещения арматуры (расстояния между стержнями, защитный слой бетона и т.д.), ее анкеровки и совместной работы с бетоном;
• достаточную жесткость конструкций;
• необходимую огнестойкость, водонепроницаемость, теплои звукоизоляцию, коррозионную стойкость, радиационную защиту конструкций и т.п.;
• возможность качественного изготовления при бетонировании конструкций.

Толщину монолитных сводов, куполов, плит покрытий и перекрытий из тяжелого жаростойкого бетона следует принимать не менее 80 мм, плит из легкого жаростойкого бетона не менее 70 мм.

Минимальную толщину сборных плит следует определять из условия обеспечения требуемой толщины защитного слоя бетона и условий расположения арматуры по толщине плиты.

Размеры сечений внецентренно сжатых бетонных и железобетонных элементов при воздействии повышенных и высоких температур следует принимать такими, чтобы их гибкость l 0 l в любом направлении не превышала предельных значений, указанных в таблице 9.1.

Таблица 9.1

Примечания

1 Для железобетонных элементов с односторонним армированием предельные гибкости принимают как для бетонных элементов.

2 Для промежуточных значений температур значение предельной гибкости принимают по интерполяции.

Армирование

Защитный слой бетона

При этом минимальная толщина защитного слоя бетона должна быть при температуре арматуры:

, , а при более высокой температуре ее следует увеличивать на 0,5 диаметра анкеруемой арматуры.

Минимальные расстояния между стержнями арматуры

Продольное армирование

Продольное армирование и минимальная площадь сечения продольной арматуры в железобетонных элементах из жаростойкого бетона должны приниматься по СП 63.13330.

Диаметр рабочей продольной арматуры не должен превышать при температуре арматуры: от 50 °С до 100 о С включительно ……………………….............. 28 мм; от 100 °С до 200 о

С .......................................................................... 25 мм; от 200 °С до 300 о С .......................................................................... 20 мм; от 300 °С до 400 С .......................................................................... 16 мм; о от 400 С ........................................................................................... 12 мм. о

Наибольшие расстояния между стержнями распределительной арматуры плит следует принимать не более 2 h и 600 мм.

Поперечное армирование

Поперечную арматуру следует устанавливать у всех поверхностей железобетонных элементов, вблизи которых ставится продольная арматура. При этом поперечная арматура должна охватывать крайние продольные стержни.

Диаметр отогнутых стержней в зависимости от температуры арматуры следует принимать по 9.11.

Анкеровка ненапрягаемой арматуры

где As и us соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения, определяемые по номинальному диаметру стержня;

Rst - расчетное сопротивление арматуры растяжению, по формуле (5.15), принимая γst по таблице 5.14 для температуры арматуры в зоне анкеровки;

Rbond - расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки и по формуле

где Rbtt - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, по формуле (5.3), принимая γtt по таблице 5.2 для температуры бетона в зоне анкеровки; η

1 - коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры, принимаемый по СП 63.13330.2012 (пункт 10.3.24).

При попеременном увлажнении бетона и при температуре арматуры свыше 200 ° С величину l о,an следует увеличивать на 20 %. К каждому растянутому продольному стержню необходимо предусматривать приварку не менее двух поперечных стержней.

• α = 1,0 - для растянутых стержней;
• α = 0,75 - для сжатых стержней периодического профиля с прямыми концами или гладкой арматуры с крюками.

где l an - длина анкеровки, определяемая по СП 63.13330.2012 (пункт 10.3.26); l

• s - расстояние от конца анкеруемого стержня до рассматриваемого поперечного сечения элемента, принимаемое в качестве длины анкеровки, требуемой для передачи усилия Ns в арматуре на бетон;
• R st - расчетное сопротивление арматуры растяжению, определяемое по формуле (5.15), принимая γst по таблице 5.14 для температуры арматуры в зоне анкеровки;
• As - площадь поперечного сечения анкеруемого стержня.

Соединения ненапрягаемой арматуры

Длина перепуска (нахлеста) l арматуры в рабочем направлении должна быть не менее величины lо,an , определяемой с учетом 9.16. Диаметр стыкуемых стержней из арматуры периодического профиля не должен превышать 28 мм, а из гладкой арматуры - 20 мм.

Стыки внахлест без сварки не допускаются при циклическом нагреве и при постоянном нагреве растянутой арматуры свыше 100 ° С.

Стыки рабочей растянутой арматуры внахлестку без сварки следует, как правило, располагать «в разбежку». При этом считается, что стыки расположены в разных сечениях, если расстояния между ближними концами стержней нахлесток не менее 0,3 l s .

Распределительную и сжатую арматуру допускается стыковать в одном сечении.

СП 27.13330.2017

Гнутые стержни

Стыки элементов сборных конструкций

Стыки между стеновыми панелями из жаростойкого бетона следует предусматривать на растворе, с установкой бетонного бруса размером 5х5 см (рисунок 9.1, а ). В стыках панелей, перекрывающих рабочее пространство теплового агрегата, бетонный брус следует устанавливать на растворе с менее нагретой стороны ребер (рисунок 9.1, б ). Пространство между ребрами стыкуемых подвесных панелей с консольными выступами плиты следует заполнять теплоизоляционным материалом (рисунок 9.1, в ).

Стыки между панелями из легкого жаростойкого бетона следует заполнять раствором прочностью на сжатие, меньшей прочности бетона футеровки. Марка раствора принимают не ниже М15. Продольные торцевые поверхности панелей должны иметь пазы или скосы, удерживающие раствор от выпадения (рисунок 9.1, г, д, е, ж ).

Толщину шва стыка между сборными элементами тепловых агрегатов следует принимать не менее 20 мм. а - стык ребристых панелей в стенах; б - то же, в покрытиях; в - то же, с консольными выступами; г - стык двухслойных панелей; д - стык панелей с окаймляющим арматурным каркасом; е - стык панелей с окаймляющим каркасом из тяжелого жаростойкого бетона; ж - стык панелей из легкого жаростойкого бетона; 1 - тяжелый жаростойкий бетон; 2 - арматурный каркас; 3 - легкий жаростойкий бетон с D1100 и менее; 4 - брусок сечением 50х50 мм из тяжелого жаростойкого бетона; 5 - стержень диаметром 6 мм; 6 - жаростойкий раствор; 7 - уголок жесткости панели; 8 - жаростойкий легкий бетон с D1200 и более; 9 - анкер; 10 - теплоизоляционная прослойка толщиной 10-20 мм; 11 - металлический лист; 12 - стыковая накладка

Рисунок 9.1 Стыки элементов сборных конструкций из жаростойкого бетона

В стыках панелей, передающих усилия от арматуры через косынку на стыковую накладку с эксцентриситетом, обязательно следует предусматривать анкеры из арматуры периодического профиля. Длина анкерных стержней, приваренных к пластине «в тавр» или внахлест, должна быть не менее lо,an , определяемой по 9.16.

Если необходимую расчетную длину анкеров трудно выдержать из-за температуры, превышающей предельно допустимую температуру применения арматуры, устанавливаемой по расчету (см. таблицу 5.11), то допускается уменьшать длину анкеров с обязательной приваркой к их концам дополнительных пластин (рисунок 9.3). а)

а - нахлесточное соединение с металлической накладкой из листовой стали; б - стыковое соединение по ГОСТ 10222; в - стыковое соединение по ГОСТ 14098; г - нахлесточное соединение

Рисунок 9.2 - Соединения арматуры в стыках элементов сборных конструкций из жаростойкого бетона

1 - арматура; 2 - косынка; 3 - стыковая накладка; 4 - сварка; 5 - анкер арматуры; 6 - анкер косынки; 7 - анкерующая пластинка

Рисунок 9.3 - Деталь стыка арматуры четырех панелей из жаростойкого железобетона

Температурно-усадочные швы

При неравномерной осадке фундаментов следует предусматривать разделение конструкций осадочными швами.

Расчет допускается не выполнять, если принятое расстояние между температурноусадочными швами не превышает значений, указанных в таблице 9.2, в которой наибольшие расстояния между температурно-усадочными швами даны для бетонных и железобетонных конструкций с ненапрягаемой и с предварительно напряженной арматурой, при расчетной зимней температуре наружного воздуха минус 40 °С, относительной влажности воздуха 60 % и выше и высоте колонн 3 м.

Таблица 9.2

Примечания

1 Для железобетонных конструкций (пункт 2) расчетная температура внутри которых не превышает 50 °С, расстояния между температурно-усадочными швами при расчетной зимней температуре наружного воздуха минус 30 °С, 20 °С, 10 °С и 1 °С увеличивают соответственно на 10 %, 20 %, 40 % и 60 % и при влажности наружного воздуха в наиболее жаркий месяц года ниже 40 %, 20 % и 10 % уменьшают соответственно на 20 %, 40 % и 60 %.

2 Для железобетонных каркасных зданий (пункт 2, а, б, г) расстояния между температурно-усадочными швами увеличивают при высоте колонн 5 м - на 20 %, 7 м - на 60 % и 9 м - на 100 %. Высоту колонн определяют: для одноэтажных зданий - от верха фундамента до низа подкрановых балок, а при их отсутствии - до низа ферм или балок покрытия; для многоэтажных зданий - от верха фундамента до низа балок первого этажа.

3 Для железобетонных каркасных зданий (пункт 2, а, б, г) расстояния между температурно-усадочными швами определены при отсутствии связей либо при расположении связей в середине температурного блока. Расстояния между температурно-усадочными швами в сооружениях и тепловых агрегатах с расчетной температурой внутри объемов 70 °С, 120 °С, 300 °С, 500 °С и 1000 °С уменьшают соответственно на 20 %, 40 %, 60 %, 70 % и 90 %.

Относительное удлинение оси элемента ε t следует вычислять в зависимости от вида конструкции и характера нагрева по 6.22-6.25.

Ширину температурно-усадочного шва, вычисленную по формуле (9.4), следует увеличить на 30 %, если шов заполняется асбесто-вермикулитовым раствором, каолиновой ватой или шнуровым асбестом, смоченным в глиняном растворе (рисунок 9.4, а ).

Температурно-усадочные швы в бетонных и железобетонных конструкциях следует принимать шириной не менее 20 мм.

Когда давление в рабочем пространстве теплового агрегата не равно атмосферному, температурно-усадочный шов должен иметь уширение для установки бетонного бруса. Брус следует устанавливать насухо без раствора. Между брусом и менее нагретой поверхностью шов необходимо заполнить легко деформируемым теплоизоляционным материалом (рисунок 9.4, б ).

В печах, где требуется герметичность рабочего пространства, с наружной поверхности в температурно-усадочном шве следует предусматривать компенсатор (рисунок 9.4, в ).

а - шов, заполненный шнуровым асбестом; б - то же, с бетонным бруском; в - то же, с металлическим компенсатором; 1 - шнуровой асбест, смоченный в глиняном растворе; 2 - бетонный брусок; 3 - компенсатор; 4 - стальной стержень диаметром 6 мм

Рисунок 9.4 Температурные швы в конструкциях из жаростойкого бетона

а - компенсационные; б - усадочные; 1 - компенсационный шов шириной 2-5 мм; 2 - усадочный шов глубиной 0,1 hf и шириной 2-3 мм

Рисунок 9.5 Швы со стороны нагреваемой поверхности в конструкциях из жаростойкого бетона

Отдельные конструктивные требования

Если в конструкциях от нагрузки растягивающие усилия возникают со стороны более нагретой грани сечения элемента, то арматура может воспринимать растягивающие усилия при температуре, не превышающей предельно допустимую температуру применения арматуры, устанавливаемой по расчету (см. таблицу 5.11).

Для снижения температуры арматуры допускается увеличивать толщину защитного слоя бетона у более нагретой грани сечения элемента до шести диаметров продольной арматуры или предусматривать теплоизоляцию из легкого жаростойкого бетона.

На границе бетонов разных видов следует устанавливать конструктивную арматуру из жаростойкой стали диаметром не более 4 мм, которая должна быть приварена к хомутам (рисунок 9.6).

Температура нагрева конструктивной арматуры не должна превышать предельно допустимую температуру применения конструктивной арматуры, указанную в таблице 5.11.

1 - тяжелый жаростойкий бетон; 2 - теплоизоляционный слой из легкого жаростойкого бетона; 3 - сетка из жаростойкой стали диаметром 4 мм; 4 - продольная рабочая арматура

Рисунок 9.6 Конструкция изгибаемого железобетонного элемента, нагреваемого до температуры более 400 °С со стороны растянутой зоны

В двухслойных панелях, проектируемых из разных видов жаростойкого бетона, теплоизоляционный легкий жаростойкий бетон допускается предусматривать как со стороны рабочего пространства, так и с наружной стороны теплового агрегата.

Для улучшения совместной работы отдельных слоев бетона необходимо предусматривать установку конструктивной арматуры или анкеров. Конструктивная арматура должна заходить в каждый слой бетона на глубину не менее 50 мм. Если в зоне сопряжения отдельных слоев бетона температура превышает предельно допустимую температуру применения конструктивной арматуры, указанную в таблице 5.10, то для усиления связи между слоями допускается устраивать выступы или бетонные шпонки.

В ребристых панелях плиту и ребра следует выполнять из тяжелого или легкого конструкционного жаростойкого бетона (см. рисунок 9.5, б ). В местах сопряжения ребер с плитой необходимо устраивать вуты. Между ребрами с менее нагретой стороны следует располагать тепловую изоляцию из легкого жаростойкого бетона или теплоизоляционных материалов. В ребрах панели следует предусматривать арматурные каркасы, которые должны быть заведены в бетон плиты не менее чем на 50 мм. При необходимости снижения температуры рабочей арматуры, устанавливаемой в ребрах, ребра могут выступать за наружную поверхность тепловой изоляции. Плиту панели следует армировать конструктивной сварной сеткой из арматуры диаметром не более 4 мм с расстояниями между стержнями не менее 100 мм.

Температура нагрева сварной сетки не должна превышать предельно допустимую температуру применения конструктивной арматуры, указанную в таблице 5.11. Если температура нагрева плиты панели превышает предельно допустимую температуру применения конструктивной арматуры, допускается плиту не армировать.

Для ненесущих облегченных ограждающих конструкций тепловых агрегатов следует предусматривать легкие жаростойкие бетоны и эффективные теплоизоляционные материалы.

В панелях с окаймляющим каркасом прямоугольного или трапециевидного сечения ребра следует предусматривать из тяжелого или легкого конструкционного жаростойкого бетона, а пространство между ребрами на всю толщину следует заполнять теплоизоляционным легким жаростойким бетоном. Ребра следует армировать плоскими каркасами, расположенными с менее нагретой стороны (рисунок 9.7, б ).

В панелях с окаймляющим арматурным каркасом сварной каркас следует располагать по периметру панели у менее нагретой стороны (рисунок 9.7, в ).

Крепление панелей к каркасу должно осуществляться на болтах или на сварке так, чтобы панели могли свободно перемещаться при нагреве.

В конструкциях тепловых агрегатов из монолитного железобетона со стороны рабочего пространства в углах сопряжения стен, а также стен с покрытием и перекрытием следует предусматривать вуты.

При температуре рабочего пространства теплового агрегата свыше 800 °С ограждающую конструкцию с целью увеличения ее термического сопротивления следует выполнять многослойной, с включением в ее состав слоев из эффективной теплоизоляции (рисунок 9.7, г ).

Многослойная несущая или самонесущая конструкция со стороны рабочего пространства должна иметь футеровочную плиту из жаростойкого бетона, а с ненагреваемой стороны несущее основание в виде железобетонной плиты или металлического листа с окаймляющими уголками, а между ними - слой теплоизоляции. Волокнистые огнеупорные материалы следует применять в температурных зонах сечения конструкции, где нельзя применять более дешевые и менее дефицитные материалы, например, плиты или маты из минеральной ваты. а - двухслойная панель на металлическом листе; б - панель с окаймляющим каркасом из тяжелого жаростойкого бетона; в - панель с окаймляющим арматурным каркасом; г - панель на металлическом листе со стальными анкерами и эффективной теплоизоляцией; 1 - уголок жесткости панели; 2 - металлический лист; 3 - анкер; 4 - легкий жаростойкий бетон с D1100 и менее; 5 - легкий жаростойкий бетон с D1200 и более; 6 - окаймляющий каркас из тяжелого жаростойкого бетона; 7 - арматурный каркас; 8 - эффективная теплоизоляция; 9 - усадочный шов; 10 - шайба

Рисунок 9.7 Конструкции панелей из легкого жаростойкого бетона

Пространственные анкеры устанавливают в швах плитной и минераловатной изоляции.

Расстояние между анкерами принимают в пределах 0,7 - 1,0 м, а расстояние от краев панели до центра пространственного анкера принимают кратным размеру плит теплоизоляции и равным половине расстояния между анкерами. Плита из жаростойкого бетона, закрепленная с помощью анкеров, от действия собственного веса в горизонтальном положении панели будет работать как двухконсольная система с максимальными растягивающими усилиями в сечениях под пространственными анкерами, где имеются местные арматурные сетки, включенные в пространственный анкер для увеличения площади анкеровки.

Футеровочная плита из жаростойкого бетона в укрупненных монтажных элементах разрезается швами шириной 2 мм на отдельные части таким образом, чтобы каждый отдельный монолитный участок бетонной футеровки крепился к основанию панели четырьмя или двумя анкерами.

1 - пространственный анкер; 2 - железобетонная несущая плита; 3 - минераловатная изоляция; 4 - плитная изоляция; 5 - арматурная сетка; 6 - футеровочная плита из жаростойкого бетона

Рисунок 9.8 Пространственный анкер в многослойной конструкции панели с железобетонной несущей плитой

Купола и своды с плоской верхней поверхностью у пяты должны иметь компенсационный шов шириной 20-40 мм на глубину, равную высоте сечения в замке (рисунок 9.9). Заполнение шва следует предусматривать из легкодеформируемого материала, с покраской пят тонким слоем битумного лака. За осевую линию в таких куполах и сводах допускается принимать дугу окружности, проведенную через центр пяты и середину высоты сечения в центре пролета.

1 кожух; 2 - сетка из проволоки диаметром до 6 мм, приваренная к кожуху; 3 компенсационный шов толщиной 20 - 40 мм, заполненный легко деформируемым материалом; 4 бетонный купол; 5 - пята купола; 6 шов бетонирования

Рисунок 9.9 - Конструкция купола перекрытия с технологическими отверстиями из жаростойкого бетона для крутого теплового агрегата

В куполах и сводах с плоской верхней поверхностью, при высоте сечения в замке более 250 мм, кроме основной рабочей арматуры, установленной со стороны менее нагретой поверхности, необходимо предусматривать конструктивную сетку из проволоки диаметром 3 - 6 мм с ячейкой не более 75х75 мм, которую располагают в слое бетона с температурой, не превышающей предельно допустимую температуру применения конструктивной арматуры сетки (см. таблицу 5.11). Эта сетка должна соединяться хомутами с основной арматурой (рисунок 9.10).

1 - купол; 2 пята купола; 3 - опорное кольцо; 4 шов бетонирования; 5 - кожух; 6 теплоизоляционная прослойка толщиной 20 - 40 мм; 7 рабочая арматура опорного кольца; 8 компенсационный шов шириной 20 - 40 мм, заполненный легко деформируемым материалом; 9 - рабочая арматура купола; 10 хомут из проволоки диаметром 6 мм; 11 сетка из проволоки диаметром 3 - 6 мм

Рисунок 9.10 Конструкция железобетонного купола покрытия с плоской верхней поверхностью из жаростойкого бетона для круглого теплового агрегата

Отверстия большого размера следует окаймлять армированными бортовыми замкнутыми рамами. Сечение стенок бортовых рам определяют из расчета на усилия от воздействия температуры и нагрузки.

В стенах и сводах печей для крепления к ним футеровочных материалов предпочтительно применение анкерных систем. Анкера следует предусматривать из жаропрочной стержневой арматуры или проката, а при эксплуатационной температуре свыше 1200 о С - из огнеупорной керамики. Выбор марок сталей для анкеров следует проводить с учетом предельно допустимой температуры применения сталей и максимальной температуры эксплуатации анкеров по таблицам 5.11 и 9.3.

Таблица 9.3

При проектировании анкерных систем для крепления жаростойких бетонов (футеровок) следует учитывать следующие показатели:

• рабочую температуру устройства;
• толщину и количество слоев бетона или футеровки (одно- или многослойная);
• общий вес материалов и условия работы.

От выше перечисленных параметров зависит выбор формы и размеров анкера, шаг их установки. Наиболее распространенной является V-образная форма анкеров, с устройством загибов и гофр, как в плоскости изделия, так и вне плоскости (рисунок 9.11), с последующим объединением в пространственную систему, как показано на рисунке 9.8, поз. 1.

При проектировании анкерных систем шаг крепления анкеров для стен, как правило, принимается равным 300-400 мм, а для сводов - 200-250 мм. К металлическим кожухам тепловых агрегатов крепление анкеров осуществляется при помощи сварки.

, а б

, в

, г

• анкеры для однослойного бетона; д, е, ж, з
• анкеры для многослойного бетона

Рисунок 9.11 Образцы форм металлических анкеров для крепления жаростойких футеровок к металлическим кожухам тепловых агрегатов

Футеровка конструктивных элементов печей (панелей) из жаростойкого бетона предназначена для изоляции металлической обшивки печи от воздействия температуры и снижения теплопотерь в процессе эксплуатации печей.

Поскольку жаростойкий бетон футеровок в процессе эксплуатации проявляет усадочные деформации в виде трещин, проблему изоляции металла от проникновения газов рекомендуется решать путем устройства антикоррозийной газонепроницаемой обмазки на границе раздела фаз

«жаростойкий бетон - металл», которая позволяет обеспечить защиту метала от воздействия различных газов и кислот, адсорбирующих на поверхность металла.

Для исключения попадания дымовых газов, содержащих Н2S и SО2, на металлические поверхности оснований панелей и армирующих деталей, последние перед укладкой жаростойких бетонных смесей рекомендуется покрыть антикоррозионной газонепроницаемой обмазкой в виде промежуточного слоя (рисунок 9.12).

Газонепроницаемую обмазку следует наносить на металлические поверхности методом набрызга (торкретом) за 2-3 прохода при толщине каждого слоя не менее 3 мм или вручную. При этом необходимо обеспечить сплошность нанесения обмазки по всей площади защищаемой металлической поверхности.

Рисунок 9.12 Фрагмент футеровки цилиндрической трубчатой печи панелей из легкого жаростойкого бетона, формуемой на металлическом основании

В качестве антикоррозионной газонепроницаемой обмазки применяют гидроизоляционные смеси на расширяющих добавках со следующими характеристиками:

• средняя плотность 1800-2000 кг/м³ ;
• предел прочности на изгиб/сжатие, МПа, в возрасте:

• 7 сут - 4,0/40,0, 28 сут - 6,0/55,0;
• марка по водонепроницаемости W20;
• марка по морозостойкости F200;
• сульфатостойкость с содержанием сульфатов в пересчете на ионы SО4 до 5000 мг/л;
• газопроницаемость 0,0238 - 0,0509 см³ /с.

Требования, указываемые в проектах

• наибольшая температура нагрева конструкции при эксплуатации, принятая в расчете;
• вид и класс бетона по предельно допустимой температуре применения;
• класс бетона по прочности на сжатие и требуемая прочность бетона при температуре во время эксплуатации;
• виды (классы) арматуры и марка жаростойкой стали;
• вид увлажнения бетона и его периодичность при эксплуатации;
• прочность бетона при отпуске сборных элементов предприятием-изготовителем;
• способы обетонировки стыков и узлов, марка и состав раствора для заполнения швов в стыках элементов.

АПриложение А. Основные типы сварных соединений арматуры

БПриложение Б. Основные типы сварных соединений стержневой арматуры с плоскими элементами сортового проката

ВПриложение В. Примеры применения жаростойкого бетона в элементах конструкций тепловых агрегатов

ГПриложение Г. Основные буквенные обозначения

Библиография

1. [1] Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании»
2. [2] Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»
3. [3] Технология изготовления жаростойких бетонов. Справочное пособие