1.3. РАСЧЕТ СТЕКЛОФИБРОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ ПЕРВОЙ ГРУППЫ.
1.3.1. Стеклофибробетонные конструкции при расчете по прочности рассматриваются как дисперсно армированные фибровой арматурой, равномерно распределенной по всему сечению (объему) элемента.
1.3.2. Расчет стеклофибробетонных конструкций по предельным состояниям первой группы производится с учетом основных положений СНиП 2.03.01, методики СНиП 2.03.03 и в соответствии с п.п. 1.3.5-1.3.30 настоящих норм.
1.3.3. Расчет элементов стеклофибробетонных конструкций по прочности производится для сечений, нормальных и наклонных к продольной оси. В случае надобности производится расчет элементов на местное действие нагрузки (смятие и продавливание).
1.3.4. Расчет элементов стеклофибробетонных конструкций на смятие следует производить в соответствии с указаниями п.п. 3.39, 3.40 СНиП 2.03.01.
Расчет стеклофибробетонных элементов на продавливание производится в соответствии с указаниями п. 1.3.30 настоящих норм.
Расчет по прочности сечений, нормальных к продольной оси элемента.
1.3.5. Предельные усилия в сечении, нормальном к продольной оси элемента, определяются исходя из следующих предпосылок:
- сопротивление стеклофибробетона сжатию выражается напряжениями, равными Rfb, равномерно распределенными по сжатой зоне сечения;
- сопротивление стеклофибробетона растяжению выражается напряжениями, равными Rfbt, распределенными равномерно в пределах частей сечения по растянутой зоне сечения с учетом коэффициента полноты эпюры напряжений ω (см. п. 1.3.16) в зависимости от армирования и формы сечения элемента;
- напряжения в стержневой или проволочной арматуре, расположенной в сжатой зоне сечения, принимаются равными расчетному сопротивлению при сжатии обычной (Rsc) и преднапряженной (Rpc) арматуры;
- напряжения в стержневой или проволочной арматуре, расположенной в растянутой зоне сечения, принимаются равными расчетному сопротивлению растяжению Rs и Rsp.
При этом значения сопротивлений стеклофибробетона сжатию Rfb и растяжению Rfbt принимаются в зависимости от армирования, формы и размеров элемента по указаниям п.п. 1.3.6-1.3.12 настоящих норм.
1.3.6. Расчетное сопротивление растяжению стеклофибробетона Rfbt определяется в зависимости от класса бетона, количества, вида и размеров фибры, а также размеров элемента по указаниям пп. 1.3.7-1.3.9.
1.3.7. Значение Rfbt, определяются по формуле:
Rfbt = m1×μf×Rf×kl×γfbi×kor, (1)
где: m1 - коэффициент, учитывающий влияние бетона-матрицы на прочность фибробетона и принимаемый по указаниям п. 1.3.8;
μf - коэффициент фибрового армирования по объему;
Rf - расчетное сопротивление растяжению фибровой арматуры, принимаемое по таблице 1.2;
kor - коэффициент, учитывающий ориентацию фибр в объеме элемента, и принимаемый по указаниям п. 1.3.9;
kl - коэффициент, учитывающий влияние длины фибр, и принимаемый по указаниям п. 1.3.10;
γfbi - коэффициенты условий работы, учитывающие особенности свойств бетона, длительность действия и многократную повторяемость нагрузки, условия и стадию работы конструкции, способ ее изготовления и др. Значения коэффициентов γfbi принимаются по указанию п. 1.3.11.
При этом должно соблюдаться условие:
μf > μcr, (2)
где: μcr - критический процент фибрового армирования, определяемый по указаниям п. 1.5.1 настоящих норм.
1.3.8. Значения коэффициента m1 при вычислении величины Rfbt для стеклофибробетона принимаются по данным, приведенным на рис. 1.1. Для промежуточных значений μf коэффициент m1 принимается по интерполяции.
При μf > 2,8 значения коэффициента m1 должны приниматься по опытным данным и согласованию с НИИЖБ.
Рис. 1.1 Изменение коэффициента m1 в зависимости от нормативной прочности на сжатие бетона-матрицы и объемного содержания стекловолокна.
1.3.9. Значения коэффициента kor в формуле 1 принимаются:
kor = 0,37 при 10 мм £ δ £ 15 мм;
kor = 0,35 при 15 мм < δ £ 25 мм;
kor = 0,32 при 25 мм < δ £ 30 мм;
Значения kor для элементов толщиной менее 10 мм и более 30 мм могут быть уточнены в опытном порядке при соответствующем обосновании.
1.3.10. Значения коэффициента kl в формуле 1 принимаются:
kl = 0,95 - при длине фибры 60 мм;
kl = 0,9 - при длине фибры 40 мм;
kl = 0,85 - при длине фибры 20 мм;
kl = 0,70 - при длине фибры 10 мм.
1.3.11. При вычислении величины Rfbt в формулу вводится коэффициент γfb1, значения которого принимаются в зависимости от вида фибробетона и влажности среды, в которой эксплуатируется конструкция, по табл. 1.3.
Таблица 1.3
Вид бетона
|
Значения коэффициента γfb1, при условиях эксплуатации конструкции
|
Воздушно-сухих
|
Влажных W > 80 %
|
На открытом воздухе
|
Стеклофибробетон на портландцементе и щелочестойком волокне при проценте фибрового армирования
|
|
|
|
1,2
|
0,9
|
0,70
|
0,70
|
2,0
|
0,95
|
0,73
|
0,75
|
2,8
|
1,0
|
0,75
|
0,80
|
при μf ≥ 3 %
|
1,0
|
0,80
|
0,90
|
1.3.12. Расчетное сопротивление сжатию стеклофибробетона Rfb определяется по формуле:
Rfb = γfb2×Rb, (3)
где: γfb2 - коэффициент условий работы, принимаемый равным:
γfb2 = 1 при μcr < μ < 1,5 %;
γfb2 = 1,1 при 1,5 % < μ < 2,5 %;
γfb2 = 0,95 при μ > 2,5 %.
1.3.13. Расчет по прочности сечений, нормальных к продольной оси стеклофибробетонного внецентренно нагруженного элемента, когда сила действует в плоскости оси симметрии, производится согласно основным положениям СНиП 2.03.01 и рекомендациям пп. 3.3-3.40 СНиП 2.03.03 по приведенным в нем формулам с учетом указаний п. 1.3.5-1.3.18 настоящих норм.
При этом расчет стеклофибробетонных элементов ведется:
- при фибровом армировании (см. п. 1.1.4) - как армоцементных элементов с арматурой, приведенной к равномерно распределенной по сечению элемента (см. п. 3.2 СНиП 2.03.03);
- при комбинированном армировании (см. п. 1.1.4) - как армоцементных элементов с комбинированным армированием (см. п. 3.2 СНиП 2.03.03).
Расчет стеклофибробетонных элементов производится по расчетным формулам для армоцемента согласно СНиП 2.03.03 с изменениями, приведенными в пп. 1.3.14-1.3.18 настоящих норм, с использованием приведенных в них расчетных схем, усилий и эпюр напряжений в сечениях стеклофибробетонного элемента.
1.3.14. Расчет прочности нормальных сечений изгибаемых, внецентренно сжатых, центрально и внецентренно растянутых стеклофибробетонных элементов производится по формулам 1-43 пп. 3.4-3.19 СНиП 2.03.03 с заменой в них величин, используемых для армоцемента, на величины для стеклофибробетона в соответствии с табл. 1.4.
Таблица 1.4
Расчетные величины, заменяемые в формулах СНиП 2.03.03
|
Расчетные величины, используемые для стеклофибробетона по настоящим нормам
|
Rm×μm1
|
Rfbt
|
Rc1 или Rb + Rmc×μ’m1
|
Rfb
|
Rcf1
|
Rfb
|
Rcw1
|
Rfbw
|
Rcr1
|
Rfbr
|
Rm×μmr1
|
Rfbtr
|
Другие обозначения и величины в указанных формулах принимаются без изменений.
Величины Rfbt, Rfb, Rfbtf, (для полки), Rfbw (для ребра или стенки) и Rfb, Rfbtr (для кольцевого сечения) определяют по указаниям п. 1.3.7-1.3.12, принимая в формулах 4-6 значения коэффициентов ориентации соответственно для отдельных частей сечения элемента:
сжатой полки двутаврового сечения - k’orf;
растянутой полки двутаврового сечения - korf;
растянутой зоны сечения ребра или стенки - korw;
растянутой зоны кольцевого сечения - korr.
Равномерно распределенная по высоте сечения стальная стержневая или проволочная арматура может быть учтена в расчете путем ее приведения к фибровому армированию в соответствии с п. 3.2 СНиП 2.03.03 по формуле:
 (4)
1.3.15. При расчете стеклофибробетонных конструкций по указаниям пп. 1.3.13-1.3.14 настоящих норм используются расчетные схемы внутренних усилий и напряжений, приведенные соответственно для элементов:
изгибаемых - на рис. 1.2-1.7;
внецентренно сжатых - на рис. 1.8 и 1.9;
внецентренно растянутых - на рис. 1.10 и 1.11.
При этом условие п. 3.19 в СНиП 2.03.03 (формула 42) заменяется формулой:
1.3.16. При расчете прочности стеклофибробетонных изгибаемых элементов прямоугольного сечения по схеме, приведенной на рис. 1.3, значение Rfbt умножается на коэффициент ω1, определяемый по формулам:
при h > 5bf ω1 = 0,5 + 2,5 Rfbt/Rfb; (5)
при h ≤ 5bf ω1 = 0,5 + 1,5 Rfbt/Rfb; (6)
1.3.17. При расчете прочности стеклофибробетонных изгибаемых элементов двутаврового сечения по схеме, приведенной на рис. 1.4 и 1.5 значение Rfbt в пределах стенки элемента умножается на коэффициент ω, определяемый по формуле п. 1.3.16. В пределах растянутой полки принимается полная величина Rfbt.
1.3.18. При расчете прочности стеклофибробетонных с комбинированным армированием изгибаемых элементов двутаврового сечения по схеме, приведенной на рис. 1.6 и 1.7 значение Rfbt для растянутой зоны сечения в пределах стенки принимается с коэффициентом ω1, принимаемый равным:
ω1 = 0,5 при μf = 1,2 %;
ω1 = 0,7 при μf = 2,0 %;
ω1 = 0,9 при μf = 2,8 %;
Для стеклофибробетона, расположенного в растянутой полке, значение Rfbt принимается с коэффициентом ω2, назначаемым при армировании растянутой полки стальной арматурой:
классов А-I, А-II, А-III, A-IV, Вр-I ω2 = 0,5 ω1;
классов A-V, A-VI, Вр-II, К7 и К19 ω2 = 0,2.
1.3.19. При расчете по прочности изгибаемых стеклофибробетонных элементов складчатого сечения с комбинированным армированием арматурой класса Вр-II значение величины Rs в расчетных формулах 7-22 пп. 3.7-3.12 СНиП 2.03.03 (см. рис. 1.4 и 1.5), принимается умноженным на коэффициент условий работы γfb3, принимаемый равным:
0,8 при условии Rfbt×At ≥ 0,5 Ns;
0,85 при условии 0,2 Ns < Rfbt×Abt < 0,5 Ns;
0,9 при условии Rfbt×Abt < 0,2 Ns,
где: Ns = As×Rs - суммарное предельное усилие в растянутой проволочной арматуре.
1.3.20. При расчете по прочности изгибаемых элементов стеклофибробетонных конструкций рекомендуется соблюдать условие: x ≤ ζR×h.
В случае, когда площадь сечения растянутой арматуры по конструктивным соображениям или из расчета по предельным состояниям второй группы принята большей, чем это требуется для соблюдения условия x ≤ ζR×h, то для элементов из бетона класса В30 и ниже при комбинированном армировании ненапрягаемой арматурой классов А-I, А-II, А-III, Вр-I допускается производить расчет по формулам (4), (7), (10), (11), (14) и (13) СНиП 2.03.03, принимая ζ = ζR×h.
Для элементов из бетона классов выше В30 и армируемых стержневой или проволочной арматурой, обычной или преднапряженной, более высоких классов, чем указанные в настоящем пункте, допускается производить уточненный расчет, пользуясь общими указаниями п. 3.17 (формулы 28, 31, 33, 34 и 35) СНиП 2.03.01, с учетом положений пп. 1.3.14-1.3.18 настоящих норм.
1.3.21. Расчет прочности сечений, нормальных к продольной оси изгибаемого трехслойного элемента с наружными слоями из стеклофибробетона без стальной арматуры производится из условия обеспеченного сцепления между слоями и их совместной работы до разрушения.
1.3.22. При расчете трехслойных элементов с наружными слоями из стеклофибробетона используется расчетная схема внутренних усилий и эпюра напряжений, приведенная на рис. 1.12 настоящих норм. Прочность нормального сечения изгибаемого трехслойного элемента определяется из условия:
M ≤ ω3×Rfbt×tf×bf×z, (7)
где: z - плечо внутренней пары сил (см. рис. 1.12), определяемое как расстояние между центрами тяжести эпюр напряжений в стеклофибробетоне сжатого и растянутого слоя;
ω3 - коэффициент полноты эпюры напряжений в растянутом стеклофибробетонном слое.
1.3.23. При расчете прочности нормальных сечений изгибаемых элементов по схеме, приведенной на рис. 1.12, для растянутого стеклофибробетонного слоя значение коэффициента ω3 принимаются по данным таблицы 1.5.
Таблица 1.5
Процент фибрового армирования по объему
|
1,5
|
2,0
|
2,5
|
3,0
|
5,0
|
коэффициент полноты эпюры растягивающих напряжений
|
0,9
|
0,93
|
0,95
|
0,97
|
1,00
|
1.3.24. Высота сжатой зоны стеклофибробетона и значение плеча внутренней пары сил определяются из условий:
 (8)
 (9)
При этом напряжения сжатия определяют по относительным деформациям из условий упругой работы, используя следующие зависимости:
σfbc1 = Eb×εfbc1;
σfbc2 = Eb×εfbc2.
Значения  принимаются по таблице 1.6.
Рис. 1.2 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого стеклофибробетонного элемента прямоугольного сечения, при расчете его по прочности.
Рис. 1.3 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого стеклофибробетонного с комбинированным армированием элемента прямоугольного сечения при расчете его по прочности.
Рис. 1.4 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси загибаемого стеклофибробетонного элемента двутаврового сечения, при расчете его по прочности при х ≤ t’f.
Рис. 1.5 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого стеклофибробетонного элемента двутаврового сечения, при расчете его по прочности при х > t’f.
Рис. 1.6 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого стеклофибробетонного с комбинированным армированием элемента двутаврового сечения, при расчете его по прочности при х ≤ t’f.
Рис. 1.7 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого стеклофибробетонного с комбинированным армированием элемента двутаврового сечения, при расчете его по прочности при х > t’f.
Рис. 1.8 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно сжатого стеклофибробетонного элемента двутаврового сечения, при расчете его по прочности при х ≤ t’f.
Рис. 1.9 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно сжатого стеклофибробетонного элемента двутаврового сечения, при расчете его по прочности при x > t’f.
Рис. 1.10 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно растянутого стеклофибробетонного элемента с комбинированным армированием, в расчете его по прочности при приложении продольной силы N в пределах ядра сечения.
1 - стержневая или проволочная арматура.
Рис. 1.11 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси внецентренно растянутого стеклофибробетонного элемента с комбинированным армированием, в расчете его по прочности при приложении продольной силы N за пределами ядра сечения.
1 - стержневая или проволочная арматура.
Рис. 1.12 Схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого трехслойного элемента с наружными слоями из стеклофибробетона.
1.3.25. В расчете прочности нормального сечения по формуле 7 значение z принимается в зависимости от высоты сжатой зоны:
при x > t’ принимается 
при x £ t’ принимается 
Таблица 1.6
Класс бетона
|
Значения  при величине процента фибрового армирования μfv
|
1,5
|
2,0
|
2,5
|
3,0
|
5,0
|
25
|
30
|
35
|
45
|
50
|
65
|
35
|
25
|
30
|
40
|
50
|
60
|
40
|
25
|
30
|
40
|
45
|
55
|
Расчет по прочности сечений, наклонных к продольной оси элемента.
1.3.26. Расчет стеклофибробетонных элементов по наклонным сечениям выполняется на действие: поперечной силы по наклонной полосе между наклонными трещинами; поперечной силы по наклонной трещине; изгибающего момента по наклонной трещине в соответствии с указаниями пп. 3.21-3.23 СНиП 2.03.03 и пп. 1.3.27-1.3.29 настоящих норм.
1.3.27. Расчет стеклофибробетонных элементов прямоугольного сечения на действие поперечной силы для обеспечения прочности по наклонной полосе между наклонными трещинами выполняется с учетом указаний и по формулам (44) и (46) СНиП 2.03.03. При этом: значение φw1 определяется по формуле:
φw1 = 1 + 5 μfaw, (10)
где: μfaw = μv×k2nw (значение knw принимается по указаниям п. 1.3.15).
Значение правой части неравенства в формуле (44) СНиП 2.03.03 принимается не более 1,3.
1.3.28. Расчет стеклофибробетонных элементов по прочности на действие поперечной силы по наклонной трещине выполняется с учетом указаний и по формулам (47)-(51) СНиП 2.03.03. При этом в формулах (48), (49), (50) и (51) производится замена величин:
Qw1 - на Qfb; qmw - на qfb; Rmw×μmw1 на Rfbtw,
где: Rfbtw - определяется согласно указаниям пп. 1.3.7-1.3.12.
1.3.29. Расчет сечений, наклонных к продольной оси стеклофибробетонных элементов, на действие изгибающего момента выполняется в соответствии с положениями п. 3.23 и по формуле (52) СНиП 2.03.03. При этом в формуле (52) производится замена величин:
Rm×μmf1 - на Rfbtf; Rm×μmw1 - на Rfbtw,
где: Rfbtf и Rfbtw - величины, определяемые по указаниям пп. 1.3.7-1.3.9 и 1.3.15 настоящих норм.
Расчет на продавливание.
1.3.30. Расчет на продавливание плитных конструкций из стеклофибробетона без поперечной арматуры рекомендуется производить с учетом положений п. 3.42 СНиП 2.03.01 заменяя условие формулы (107) на условие формулы:
F ≤ 0,7×Rfbt×Um×h, (11)
где: Rfbt - принимается в соответствии с указаниями п. 1.3.7-1.3.9 и формулам (4) и (5) настоящих норм.
h - полная высота сечения элемента;
Um - среднеарифметическое значение параметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, образующейся при продавливании в пределах рабочей высоты сечения (см. рис. 16 СНиП 2.03.01).
|
