Предельные состояния бетонных и железобетонных конструкций

5.5.1.1Расчеты бетонных и железобетонных конструкцийследует производить по методу предельных состояний.

Расчеты должны с назначенной надежностью гарантировать конструкцию от наступления предельных состояний первой и второй групп.

5.5.1.2Расчеты по предельным состояниям первой группывключают в себя:

¾ расчет по прочности;

¾ расчет по выносливости (при действии многократно повторяющейся нагрузки);

¾ расчет по устойчивости формы;

¾ расчет по устойчивости положения (опрокидывание, скольжение, всплывание и т. п.).

5.5.1.3Расчеты по прочности, а также по выносливости бетонных и железобетонных конструкций производятся из условия, по которому усилия, напряжения и деформации в конструкциях от расчетных воздействий и их сочетаний с учетом начального напряженного состояния (включая предварительное напряжение, самонапряжение и т. п.) не должны превышать соответствующих предельных значений, воспринимаемых конструкцией непосредственно перед разрушением любого характера.

5.5.1.4Расчеты по устойчивости формыконструкции, а также по устойчивости положения (с учетом совместной работы конструкции и основания, их деформационных свойств, сопротивления сдвигу по контакту с основанием и т.п.) следует производить по соответствующим нормативным документам.

5.5.1.5Расчеты по предельным состояниям второй группы включают в себя:

¾ расчет по образованию трещин;

¾ расчет по ширине раскрытия трещин;

¾ расчет по деформациям.

При расчете конструкции по предельным состояниям второй группы следует принимать значения частных коэффициентов безопасности для материалов равными 1, в связи с чем в расчете принимают средние значения модулей упругости и нормативные значения прочностных характеристик материалов.

5.5.1.6Расчет бетонных и железобетонных конструкций по образованию трещин следует производить из условия, по которому усилия, напряжения, деформации в конструкциях от различных воздействий и их сочетаний не должны превышать соответствующих предельных значений, воспринимаемых конструкцией при образовании трещин.

5.5.1.7Расчет бетонных и железобетонных конструкций по раскрытию трещин следует производить из условия, по которому ширина раскрытия трещин в конструкции от расчетных воздействий и их сочетаний не должна превышать предельно допустимых значений, приведенных в таблице 5.1, в зависимости от требований, предъявляемых к конструкции, условий ее эксплуатации (воздействия окружающей среды и характеристик материалов с учетом особенностей коррозионного поведения арматуры).

Для конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных условиях, следует предусматривать дополнительные мероприятия по защите от коррозии в соответствии с положениями СНиП 2.03.11.

5.5.1.8Расчет бетонных и железобетонных конструкций по деформациямследует производить из условия, по которому прогибы, углы поворота, перемещения и (или) параметры колебаний конструкции от различных воздействий и их сочетаний не должны превышать соответствующих предельно допустимых значений, установленных в зависимости от характеристики объекта, возможности повре-

СНБ 5.03.01-02

ждения смежных и прилегающих соседних элементов, технологического оборудования, с учетом эстетических соображений, а также создавать другие опасные ситуации в процессе эксплуатации.

Таблица 5.1 — Предельно допустимые значения ширины раскрытия трещинw_lim В миллиметрах

Предельно допустимые значения прогибов следует принимать в соответствии с требованиями раздела 10 СНиП 2.01.07.

С целью компенсации полного прогиба либо его части, конструкция может иметь начальный выгиб. Рекомендуется, чтобы величина начального выгиба не превышала 1/250пролета.

Для расчета железобетонных конструкций по деформациям допускается использовать диаграмму деформирования конструкции, связывающую усилия, воспринимаемые конструкцией, и соответствующие им деформации (перемещения).

Диаграмму деформирования конструкции, связывающую изгибающий момент и кривизну, допускается принимать состоящей из трех линейных отрезков, соответствующих стадиям работы конструкций: до образования трещин, с трещинами при упругой работе арматуры и при неупругих деформациях арматуры и бетона вплоть до достижения конструкцией предельного состояния (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 — Зависимости «момент ¾ кривизна»:

а — для железобетонных конструкций;

б — для предварительно напряженных конструкций

Методы расчета конструкций

5.5.2.1Расчеты бетонных и железобетонных конструкций должны, как правило, производиться с учетом возможного образования трещин и неупругих деформаций в бетоне и арматуре.

5.5.2.2Определение предельных усилий и деформаций в бетонных и железобетонных конструкциях следует производить на основе расчетных схем (моделей), в наибольшей степени отвечающих действительному характеру работы конструкции в рассматриваемом предельном состоянии.

СНБ 5.03.01-02

5.5.2.3Определение усилий и деформаций в конструкциях и образуемых ими системах зданий и сооружений следует производить методами строительной механики, как правило, с учетом их совместной работы, физической и геометрической нелинейности.

5.5.2.4 При расчете конструкций по предельным состояниям первой группы допускается использовать линейно-упругий (с учетом или без учета перераспределения усилий), нелинейный и пластический методы расчета.

5.5.2.5 При расчете конструкций по предельным состояниям второй группы для определения внутренних усилий следует применять, как правило, линейно-упругий либо нелинейный методы расчета.

5.5.2.6 В статически неопределимых системах следует учитывать перераспределение усилий в конструкциях вследствие образования трещин и развития неупругих деформаций в бетоне и арматуре вплоть до достижения конструкцией предельного состояния, а в необходимых случаях должна учитываться их геометрическая нелинейность.

В случае, когда при расчете выполняют перераспределение моментов, рассчитанных из предпосылки линейно-упругой работы конструкции, для критических сечений реальной конструкции следует предусматривать конструктивные мероприятия, обеспечивающие их достаточную способность к повороту, соответствующему заданному расчетом перераспределению.

5.5.2.7Пластический метод расчета (например, по методу предельного равновесия) следует применять в случае очень деформативных элементов, армированных мягкими сталями.

5.5.2.8При расчете конструкций, подвергнутых действию многократно повторяющейся нагрузки, следует применять, как правило, линейно-упругий метод расчета. Не рекомендуется для расчета таких конструкций пользоваться пластическим методом расчета.

Расчетные модели для сечений

5.5.3.1Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить на действие изгибающих и крутящих моментов, продольных и поперечных сил, возникающих в конструкциях от различных воздействий, а также на местное действие нагрузки.

Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить методами, использующими:

¾ модель сечений (нормальных к продольной оси конструкции, наклонных, пространственных) или блочную модель;

¾ стержневую модель (осевую, плоскую, пространственную).

Расчет железобетонных конструкций с предварительно напряженной арматурой следует производить по общим правилам с учетом особенностей, изложенных в разделе 9.

5.5.3.2Расчеты конструкций на действие изгибающих моментов и продольных сил (сжимающих и растягивающих), по несущей способности (прочности) и пригодности к нормальной эксплуатации (трещиностойкости и деформациям) при любой форме поперечных сечений, любом расположении арматуры в пределах сечения и произвольной системе усилий, вызванных внешними воздействиями, следует производить на основе общей деформационной расчетной модели сечений, нормальных к продольной оси конструкции (основная модель), использующей:

¾ уравнения равновесия моментов и продольных сил в сечении, нормальном к продольной оси конструкции;

¾ уравнения, определяющие зависимости между напряжениями и относительными деформациями бетона и арматуры, в виде диаграмм состояния (деформирования) материалов, приведенных в разделе 6;

¾ уравнения, определяющие распределение относительных деформаций в бетоне и арматуре по сечению, нормальному к продольной оси конструкции, исходя из гипотезы плоских сечений. При этом, относительные деформации арматуры, имеющей сцепление с бетоном (независимо, при сжатии или растяжении), следует принимать такими же, как и для окружающего бетона;

¾ условия деформирования бетона и арматуры между трещинами, нормальными к продольной оси конструкции.

5.5.3.3 Для расчетов элементов общей формы по сечениям, нормальным к продольной оси, при любом положении арматуры и любых внешних воздействиях допускается использовать уравнения равновесия моментов и продольных сил, действующих в рассматриваемом сечении совместно с уравнениями, описывающими распределение деформаций по сечению, на любом уровне загружения в виде:

, (5.1)

СНБ 5.03.01-02

где ¾ вектор-столбец усилий, вызванных действием расчетных воздействий в рассматриваемом сечении конструкции;

¾ вектор-столбец деформаций рассматриваемого сечения, являющийся функцией внешних сил и геометрических параметров S;

¾ матрица жесткостей для рассматриваемого сечения, компоненты которой являются функцией внешних сил , геометрических параметров сечения S и корректируются в зависимости от уровня нагружения по диаграммам состояния (деформирования) «s¾e» для материалов, принимаемых согласно разделу 6;

e_z, k_x, k_y ¾ соответственно относительная деформация продольной оси элемента и изменения кривизн в плоскостях, совпадающих с осями х и у.

5.5.3.4Напряжения в арматуре и бетоне следует определять по расчетным диаграммам состояния материалов исходя из суммарных относительных деформаций от всех воздействий, включая начальные и развивающиеся в процессе эксплуатации конструкции (усадка, ползучесть, набухание, предварительное напряжение, самонапряжение и т. п.).

5.5.3.5Распределение относительных деформаций бетона и растянутой арматуры на длине участ-ка между трещинами допускается принимать равномерным с усредненными значениями относительных деформаций бетона и арматуры.

5.5.3.6При отсутствии сцепления арматуры с бетоном расчет следует производить на основе расчетной модели, учитывающей равномерное удлинение (укорочение) арматуры по длине участка конструкции, где отсутствует сцепление арматуры с бетоном.

5.5.3.7Расчет по прочности железобетонных элементов прямоугольного, таврового и двутаврового поперечных сечений с арматурой, сосредоточенной у наиболее растянутой и сжатой граней элемента, выполненного из бетона класса не более С⁵⁰/₆₀, когда изгибающие моменты и продольные силы, вызванные нагрузками и воздействиями, приложены в плоскости симметрии сечения, допускается производить по предельным усилиям в сечении, нормальном к продольной оси (альтернативная модель), принимая прямоугольную эпюру распределения напряжений в бетоне сжатой зоны сечения.

5.5.3.8Расчет железобетонных конструкций при совместном действии изгибающих моментов, продольных и поперечных сил следует производить на основе общей деформационной модели, используя:

¾ уравнения равновесия для железобетонного элемента в условиях плоского напряженного сос-тояния;

¾ уравнения совместности деформаций для железобетонного элемента в условиях плоского деформированного состояния;

¾ трансформированные диаграммы деформирования для элемента с диагональными (наклонными) трещинами, приведенные в разделе 6;

¾ диаграммы деформирования для арматуры, приведенные в разделе 6;

¾ зависимости, связывающие касательные напряжения и перемещения в сечении, проходящем вдоль диагональной (наклонной) трещины.

5.5.3.9 Для сечений простой геометрической формы (прямоугольной, тавровой, двутавровой) с арматурой, сосредоточенной у наиболее растянутой и наиболее сжатой граней сечения, когда усилия (моменты, продольные и поперечные силы), вызванные внешними нагрузками, действуют в плоскости оси симметрии сечения при расчетах по общей деформационной модели допускается принимать следующие упрощения:

¾ в расчетном сечении касательные напряжения равномерно распределены по высоте эффективной зоны среза, заключенной между равнодействующими в растянутой и сжатой арматуре;

¾ в бетонной полосе, выделяемой параллельными диагональными (наклонными) трещинами, направления (оси) главных напряжений и главных относительных деформаций совпадают.

5.5.3.10 Расчет железобетонных конструкций на действие поперечных сил допускается производить на основе упрощенных идеализированных моделей:

СНБ 5.03.01-02

¾ модели наклонных сечений, включающей уравнения равновесия внешних и внутренних сил в расчетном наклонном сечении;

¾ стержневой модели, состоящей из сжатых и растянутых поясов, соединенных между собой сжатыми и растянутыми раскосами, и использующей уравнения равновесия внешних и внутренних сил в расчетном сечении.

5.5.3.11 Расчет железобетонных конструкций по прочности на действие крутящих моментов и изгиба следует производить на основе расчетной модели разрушения железобетонного элемента по пространственному сечению (модель пространственного сечения).

Расчет железобетонных конструкций по прочности на действие крутящих моментов, изгиба и осевых усилий допускается производить на основе расчетной модели железобетонного элемента с трещинами в виде пространственной стержневой системы (модель пространственной фермы).

5.5.3.12При действии местной сжимающей нагрузки, приложенной к ограниченной площадке, площадь которой меньше площади сечения конструкции, следует производить расчет конструкций на местное сжатие (смятие) непосредственно под грузовой площадкой.

5.5.3.13При действии местной растягивающей нагрузки, приложенной на ограниченной площадке, площадь которой меньше площади сечения конструкции, следует производить расчет на местное растяжение (отрыв).

5.5.3.14При действии на плитные конструкции местной поперечной нагрузки, приложенной на ограниченной площадке, следует производить расчет плит на местный срез (продавливание).

5.5.3.15Расчет стыков(сопряжений, контактных швов) должен производиться на действие изгибающих моментов, сдвигающих, растягивающих и сжимающих усилий, передаваемых от одного элемента к другому и действующих в сечении, совпадающем с плоскостью стыкового соединения.

5.5.3.16При расчете объемных конструкций, подвергающихся силовым воздействиям в трех взаимно перпендикулярных направлениях, в общем случае следует рассматривать выделенные из конструкции объемные элементы единичного размера с усилиями, действующими по их граням.

Расчет объемных элементов следует производить по наиболее опасным сечениям, расположенным под углом по отношению к направлению действующих на элемент усилий, на основе соответствующих расчетных моделей, либо на основе обобщенного критерия прочности армированного элемента при объемном напряженном состоянии.

5.5.3.17Расчет бетонных и железобетонных конструкций (стержневых, плоскостных, объемных) методом конечных элементов (МКЭ) следует производить с использованием соответствующей матрицы жесткости конечных элементов. Матрицу жесткости конечных элементов следует формировать на основе общих моделей деформирования и прочности бетона и железобетона при различных напряженных состояниях конструкции. Особенности деформирования и разрушения конструкций с различным видом напряженных состояний следует учитывать в физических соотношениях, представляющих собой связь относительных деформаций и напряжений.

5.5.3.18Расчет массивных железобетонных конструкций допускается производить методами теории упругости с использованием блочных моделей.

В качестве критериев исчерпания прочности и трещиностойкости массивных железобетонных конструкций следует принимать условие достижения напряжениями их соответствующих предельных значений (расчетных сопротивлений).

Для массивных конструкций сложной конфигурации кроме расчетных методов допускается использовать результаты испытания физических моделей.

При применении блочных моделей следует рассматривать систему блоков, разделенных нормальными или наклонными трещинами и контактирующих между собой посредством бетона сжатой зоны и арматуры растянутой зоны.

Долговечность конструкций

5.6.1 Требования по долговечности бетонных и железобетонных конструкций обеспечиваются выполнением расчетных условий предельных состояний, а также конструктивными требованиями, изложенными в разделе 11, в зависимости от классов по условиям эксплуатации конструкции, приведенных в таблице 5.2.

Под условиями эксплуатации принято понимать физические и химические условия окружающей среды, в которой эксплуатируется как вся конструкция, так и ее отдельные элементы. Условия эксплуатации не включают эффектов от действия нагрузки.

СНБ 5.03.01-02

Таблица 5.2 — Классы по условиям эксплуатации конструкций в зависимости от характеристики
окружающей среды и минимальные классы бетона по прочности на сжатие

СНБ 5.03.01-02

Окончание таблицы 5.2

5.6.2 Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости бетонных и железобетонных конструкций в зависимости от режима их эксплуатации и расчетных зимних температур наружного воздуха в районе строительства следует принимать:

¾ для конструкций зданий и сооружений (кроме наружных стен отапливаемых зданий) — не ниже указанных в таблице 5.3;

¾ для наружных стен отапливаемых зданий — не ниже указанных в таблице 5.4.

Таблица 5.3

СНБ 5.03.01-02

Таблица 5.4

Материалы

Требования к бетону

Общие положения

6.1.1.1Вид бетона и его технические контролируемые показатели качества следует назначать в соответствии с требованиями, предъявляемыми к бетонным, железобетонным и предварительно напряженным железобетонным конструкциям соответствующими стандартами.

6.1.1.2Основными техническими показателями бетона, контролируемыми по соответствующим стандартам, являются:

¾ класс по прочности на сжатие С;

¾ марка по морозостойкости F;

¾ марка по водонепроницаемости W;

¾ марка по средней плотности D;

¾ марка по самонапряжению Sp (для напрягающих бетонов).

6.1.1.3При необходимости могут быть установлены дополнительные технические показатели качества бетона, связанные с теплоизоляцией, термической стойкостью, огнестойкостью, коррозионной стойкостью, биологической защитой и т. п. Необходимые показатели качества бетона следует устанавливать при проектировании бетонных, железобетонных, предварительно напряженных конструкций в соответствии с расчетом и классом по условиям эксплуатации согласно указаниям подраздела 5.6.