Свод правил по проектированию и строительству СП 52-104-2006 "Сталефибробетонные конструкции"

Steel fibre reineorced concrete structures

Дата введения 1 сентября 2006 г.

Введен впервые

Введение

Настоящий Свод правил разработан в развитие СНиП 52-01-2003 "Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения".

Свод правил содержит рекомендации по проектированию сталефибробетонных конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений из тяжелого или мелкозернистого бетона с предварительным напряжением и без предварительного напряжения стержневой арматуры, которые обеспечивают выполнение требований СНиП 52-01-2003.

Решение о применении Свода правил при проектировании сталефибробетонных конструкций конкретных зданий и сооружений относится к компетенции заказчика объекта или проектной организации. В случае применения настоящего Свода правил должны быть выполнены все установленные в нем требования.

Настоящий Свод правил следует применять совместно с СП 52-101-2003 "Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры" и СП 52-102-2004 "Предварительно напряженные железобетонные конструкции".

Единицы физических величин, приведенные в Своде правил, выражены: силы - в ньютонах (Н) или в килоньютонах (кН); линейные размеры - в мм (для сечений) или в м (для элементов или их участков); напряжения, сопротивления, модули упругости - в мегапаскалях (МПа); распределенные нагрузки и усилия - в кН/м или Н/мм.

Свод правил разработали кандидаты технических наук И.В. Волков, Э.М. Газин, мл. науч. сотр. В.В. Бабекин (НИИЖБ - филиал ФГУП "НИЦ "Строительство" Госстроя России).

1 Область применения

Настоящий Свод правил (СП) распространяется на проектирование сталефибробетонных конструкций зданий и сооружений различного назначения, предусмотренных СНиП 52-01, выполняемых из тяжелого или мелкозернистого бетона классов по прочности на сжатие от В20 до В60, армируемых стальной фибровой арматурой (фиброй), в том числе в сочетании со стальной стержневой арматурой классов А, В и К по СНиП 52-01.

Положения Свода правил распространяются на проектирование сталефибробетонных конструкций без предварительного и с предварительным натяжением (на упоры) стержневой арматуры и эксплуатируемых в климатических условиях России, в среде с неагрессивной степенью воздействия, при статическом действии нагрузки.

При проектировании сталефибробетонных конструкций гидротехнических сооружений, мостов, покрытий автомобильных дорог, аэродромов и других специальных сооружений следует соблюдать также требования соответствующих норм и рекомендации на проектирование этих видов конструкций и сооружений.

Рекомендации СП распространяются на проектирование сталефибробетонных конструкций, армируемых стальной фиброй, упомянутой в подразделе 5.2 настоящего СП и выпускаемой по Техническим условиям, приведенным в приложении Б.

2 Нормативные ссылки

В настоящем Своде правил использованы ссылки на следующие основные нормативные документы:

СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения

СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры

СП 52-102-2004 Предварительно напряженные железобетонные конструкции

ГОСТ 13015-2003 Изделия железобетонные и бетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения

ГОСТ 27751-88 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету.

Другие нормативные и рекомендательные документы, ссылки на которые использованы в настоящем СП, приведены в приложении Б.

3 Термины и определения

В настоящем Своде правил использованы основные термины и определения по СНиП 52-01, СП 52-101, СП 52-102 и другим нормативным документам. Используемые термины и их определения в соответствии с документами, на которые имеются ссылки в тексте, приведены в приложении В.

4 Общие указания

4.1 Основные положения

4.1.1 Сталефибробетон является разновидностью дисперсно-армированного железобетона (СНиП 52-01, приложение Б) и изготавливается из тяжелого или мелкозернистого бетона (бетон-матрица), в котором в качестве арматуры используются стальные фибры, дисперсно и равномерно распределенные по объему бетона. Совместная работа бетона и стальных фибр обеспечивается сцеплением по их поверхности, анкеровкой фибры в бетоне за счет ее периодического профиля, кривизны в продольном и поперечном направлениях, а также наличием анкеров на концах фибр.

4.1.2 Сталефибробетонные конструкции по виду армирования рассматриваются как:

фибробетонные - при расчетном армировании только фибрами, равномерно распределенными по объему элемента;

комбинированно армированные - при их расчетном совместном армировании стальными фибрами и стальной стержневой арматурой.

4.1.3 Сталефибробетонные конструкции должны быть обеспечены с требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и конструированием согласно указаниям СНиП 52-01 и настоящего СП. При этом должны быть учтены технологические требования по изготовлению конструкций, соблюдены требования по эксплуатации зданий и сооружений, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.

4.1.4 Применение сталефибробетонных конструкций в средах с агрессивным воздействием на конструкции из бетона и железобетона допускается при выполнении требований, установленных СНиП 2.03.11 и настоящим СП.

4.1.5 Выбор конструктивных решений сталефибробетонных конструкций следует производить исходя из технико-экономической целесообразности применения таких конструкций в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения их материало-, трудо-, энергоемкости и стоимости, с учетом повышения долговечности и увеличения межремонтного ресурса конструкций.

4.1.6 Сталефибробетон рекомендуется применять для изготовления конструкций, в которых наиболее эффективно могут быть использованы следующие его технические преимущества по сравнению с традиционным бетоном и железобетоном:

- повышенные трещиностойкость, ударная прочность, вязкость разрушения, износостойкость, морозостойкость, сопротивление кавитации;

- пониженные усадка и ползучесть;

- возможность использования технологически более эффективных конструктивных решений, чем при традиционном стержневом армировании, например, тонкостенных конструкций, конструкций без стержневой распределительной, косвенной или поперечной арматуры;

- пониженные трудозатраты на арматурные работы;

- повышение степени механизации и автоматизации производства конструкций, например, в сборных тонкостенных оболочках, складках, ребристых плитах покрытий и перекрытий, сборных колоннах, балках, монолитных днищах и стенах емкостных сооружений, дорожных и аэродромных покрытиях; монолитных плитах основания пола промышленных и общественных зданий;

- возможность применения новых, более производительных приемов формования армированных конструкций, например, торкретирование, погиб свежеотформованных листовых изделий, роликовое прессование и др.

4.1.7 При выборе конструктивных решений сталефибробетонных конструкций следует учитывать методы их изготовления, монтажа и условия эксплуатации. Форму и размеры сечений элементов следует принимать исходя из наиболее полного учета свойств сталефибробетона, возможности заводского механизированного и автоматизированного изготовления, удобства транспортирования и монтажа элементов и конструкций.

4.1.8 Сталефибробетонные конструкции могут изготавливаться различными технологическими приемами: предварительным приготовлением смеси в заводских условиях или в бетоносмесителях на строительном объекте, уплотнением с помощью вибрирования и вакуумирования, роликовым формованием и прессованием, торкретированием и центрифугированием.

4.1.9 При проектировании сталефибробетонных конструкций следует руководствоваться общими положениями и соблюдать расчетные требования СНиП 52-01, СНиП 2.03.11 и настоящего СП.

4.1.10 Сталефибробетон без комбинированного армирования (фибробетон, см. п. 4.1.2) рекомендуется применять в элементах конструкций:

работающих преимущественно на ударные нагрузки, смятие, истирание, воздействие кавитации;

работающих преимущественно на сжатие при расположении продольной сжимающей силы в пределах поперечного сечения элемента;

в остальных случаях работающих на сжатие, при расположении продольной сжимающей силы за пределами поперечного сечения элемента, а также работающих на изгиб, когда их разрушение не представляет непосредственной опасности для жизни людей, исправности и сохранности оборудования, т.е. в случаях экономической ответственности конструкций при целесообразности фибрового армирования.

4.1.11 В конструкциях и элементах, подверженных действию крутящих моментов, рекомендуется применять только сталефибробетонные элементы с комбинированным армированием (см. п. 4.1.2).

4.1.12 Расчет сталефибробетонных конструкций по предельным состояниям выполняют по аналогии с расчетом железобетонных и армоцементных конструкций с учетом расчетных характеристик сталефибробетона в соответствии с положениями разделов 4-7 настоящего СП.

По показателям прочности для бетона-матрицы приняты классы бетона в соответствии со СНиП 52-01.

4.1.13 Статический расчет сталефибробетонных конструкций в виде оболочек и складок следует выполнять как тонкостенных пространственных конструкций.

4.1.14 Сталефибробетонные комбинированно армированные конструкции с предварительным напряжением стержневой арматуры следует проектировать в соответствии с требованиями СНиП 52-01, СП 52-102 и дополнительными указаниями настоящего СП.

4.1.15 При расчете сталефибробетонных конструкций среднюю плотность сталефибробетона допускается принимать равной:

- для тяжелого бетона-матрицы;.

- для мелкозернистого бетона-матрицы.

При необходимости может приниматься более точное значение плотности сталефибробетона, определяемое с учетом указаний пп. 4.1.17 и 5.1.1 настоящего СП.

4.1.16 Содержание фибровой арматуры (расход фибры) в единице объема сталефибробетона определяется расчетом в соответствии с требованиями к его физико-механическим свойствам, назначаемым из условий применения и требований настоящего СП.

4.1.17 В рабочих чертежах конструкций из сталефибробетона в случае необходимости, кроме маркировки фибры и ее требуемого содержания (расхода фибры) в сталефибробетонной смеси, приводятся требования к технологическим приемам изготовления, обеспечивающим требуемые свойства сталефибробетона.

4.2 Основные расчетные требования

4.2.1 Расчеты сталефибробетонных конструкций следует производить в соответствии с требованиями пп. 6.1.1-6.1.10 СНиП 52-01 по предельным состояниям, включающим:

- предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности);

- предельные состояния второй группы (по непригодности к нормальной эксплуатации вследствие образования или чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформаций и др.).

Расчеты по предельным состояниям первой группы, содержащиеся в настоящем СП, включают расчеты по прочности, по предельным усилиям.

Расчеты по предельным состояниям второй группы, содержащиеся в настоящем СП, включают расчеты по раскрытию трещин и по деформациям.

4.2.2 Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных ее элементов следует, как правило, производить для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации; при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям.

4.2.3 Расчеты сталефибробетонных конструкций необходимо, как правило, производить с учетом возможного образования трещин и неупругих деформаций в бетоне и арматуре.

Определение усилий и деформаций от различных воздействий в конструкциях и в образуемых ими системах зданий и сооружений следует производить по методам строительной механики, как правило, с учетом физической и геометрической нелинейности работы конструкций.

4.2.4 При проектировании сталефибробетонных конструкций надежность конструкций устанавливают расчетом путем использования расчетных значений нагрузок и воздействий, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности зданий и сооружений.

Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетаний, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) принимают согласно СНиП 2.01.07.

4.2.5 При расчете элементов сборных сталефибробетонных конструкций на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от массы элементов следует принимать с коэффициентом динамичности, равным: 1,60 - при транспортировании, 1,40 - при подъеме и монтаже. Допускается принимать более низкие, обоснованные в установленном порядке значения коэффициентов динамичности, но не ниже 1,25.

4.2.6 При расчете по прочности сталефибробетонных элементов конструкций на действие сжимающей продольной силы следует учитывать случайный эксцентриситет , принимаемый не менее:

1/600 длины элемента или расстояния между его сечениями, закрепленными от смещения;

1/30 высоты сечения;

10 мм.

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

Для элементов статически определимых конструкций эксцентриситет принимают равным сумме эксцентриситетов - из статического расчета конструкций и случайного.

4.2.7 К трещиностойкости сталефибробетонных конструкций предъявляют требования соответствующих категорий в зависимости от условий, в которых они работают, и от вида применяемой арматуры:

первая категория - не допускается образование трещин;

вторая категория - допускается ограниченное по ширине непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин.

4.2.8 Категории требований к трещиностойкости сталефибробетонных конструкций в зависимости от условий их работы и вида арматуры, а также величины предельно допустимой ширины раскрытия трещин приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Условия работы элементов конструкций	Категории требований к трещиностойкости сталефибробетонных конструкций и предельно допустимая ширина a_crc1 и а_crc2, мм, раскрытия трещин при армировании
	фибровом*	комбинированном
		со стержневой арматурой классов А240 (А-I), А300 (А-II), А400 (А-III, А400С), В500 (Bp-I, B500C)	со стержневой арматурой классов A600 (A-IV), А800 (A-V) и от Вр1200 до Вр1400 (Вр-II), К1400 (К-7) и К1500 (К-19)	со стержневой арматурой классов А1000 (At-VI), Вр1500 (Вр-II) и К1500 (К-19)
Элементы:
1. С полностью растянутым или частично сжатым сечением: воспринимающие давление жидкостей или газов, а также эксплуатируемые в грунте ниже уровня грунтовых вод или при слабоагрессивной степени воздействия среды на бетон	Первая	Вторая a_crc1 = 0,05 a_crc2 = 0,03	Первая	Первая
2. Эксплуатируемые в отапливаемых зданиях с относительной влажностью внутреннего воздуха помещений выше 75%, а также на открытом воздухе и в неотапливаемых зданиях в условиях увлажнения атмосферными осадками, а также эксплуатируемые в грунте выше уровня грунтовых вод	Вторая а_crc1 = 0,05 a_crc2 = 0,03	Вторая a_crc1 = 0,1 a_crc2 = 0,05	Первая	Первая
3. Эксплуатируемые в отапливаемых зданиях с относительной влажностью внутреннего воздуха помещения от 60 до 75% на открытом воздухе и в неотапливаемых зданиях при наличии защиты конструкций от систематического воздействия атмосферных осадков или от выпадения конденсата	Вторая a_crc1 = 0,07 а_crc2 = 0,05	Вторая a_crc1 = 0,15 a_crc2 = 0,1	Вторая a_crc1 = 0,07 a_crc2 = 0,05	Первая
4. Эксплуатируемые в отапливаемых зданиях с относительной влажностью внутреннего воздуха помещения до 60% и при отсутствии возможности систематического увлажнения конструкции конденсатом или атмосферными осадками	Вторая a_crc1 = 0,15 a_crc2 = 0,1	Вторая a_crc1 = 0,2 a_crc2 = 0,15	Вторая a_crc1 = 0,15 a_crc2 = 0,1	Вторая a_crc1 = 0,05 а_crc2 = 0,03
* Применение только фибрового армирования допускается при специальном обосновании.

5 Материалы для сталефибробетонных конструкций

5.1 Бетон (матрица)

Показатели качества бетона и их применение при проектировании

5.1.1 Для сталефибробетонных конструкций, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего СП, следует предусматривать конструкционный тяжелый бетон средней плотности от до включительно или мелкозернистый бетон средней плотности не менее , соответствующие ГОСТ 26633.

5.1.2 Основными показателями качества бетона-матрицы, устанавливаемыми при проектировании, являются:

класс бетона-матрицы по прочности на сжатие В;

класс по прочности на осевое растяжение , (назначают в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и ее контролируют на производстве);

марка по морозостойкости F (назначают для конструкций, подвергаемых действию попеременного замораживания и оттаивания);

марка по водонепроницаемости W (назначают для конструкций, к которым предъявляют требования ограничения водопроницаемости).

Классы бетона-матрицы по прочности на сжатие В и осевое растяжение отвечают значению гарантированной прочности бетона-матрицы, МПа, с обеспеченностью 0,95.

5.1.3 Для сталефибробетонных конструкций следует предусматривать бетоны-матрицы следующих классов и марок:

классов по прочности на сжатие:

В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;

классов по прочности на осевое растяжение:

; ; ; ; ; ; ;

марок по морозостойкости:

F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500;

марок по водонепроницаемости:

W2; W4; W6; W8; W10; W12.

Допускается применение бетона-матрицы более высоких классов и марок, предусмотренных СНиП 52-01, при соответствующем обосновании.

5.1.4 Возраст сталефибробетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие (проектный возраст), назначают при проектировании исходя из возможных реальных сроков загружения конструкций проектными нагрузками. При отсутствии этих данных класс бетона-матрицы устанавливают в возрасте 28 сут.

Значение отпускной прочности бетона-матрицы или сталефибробетона в элементах сборных конструкций следует назначать в соответствии с ГОСТ 13015 и стандартами на конструкции конкретных видов.

5.1.5 Для сталефибробетонных конструкций рекомендуется, как правило, применять бетон-матрицу класса по прочности на сжатие не ниже В20. Применение бетона-матрицы более низкого класса должно быть обосновано.

5.1.6 Марку сталефибробетона по морозостойкости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха в холодный период от минус 5°С до минус 40°С принимают марку бетона-матрицы по морозостойкости не ниже F75, а при расчетной температуре наружного воздуха выше минус 5°С в указанных выше конструкциях марку бетона-матрицы по морозостойкости не нормируют.

В остальных случаях требуемые марки бетона-матрицы по морозостойкости устанавливают в зависимости от назначения конструкций и условий окружающей среды согласно другим нормативным документам.

5.1.7 Марку сталефибробетона по водонепроницаемости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха выше минус 40°С, а также для наружных стен отапливаемых зданий марку бетона-матрицы по водонепроницаемости не нормируют.

В остальных случаях требуемые марки бетона-матрицы по водонепроницаемости устанавливают по специальным указаниям.

Нормативные и расчетные значения характеристик бетона (матрицы)

Нормативные значения прочностных характеристик бетона-матрицы

5.1.8 Основными прочностными характеристиками бетона-матрицы являются нормативные значения:

- сопротивления осевому сжатию ;

- сопротивления осевому растяжению .

Нормативные значения сопротивления бетона-матрицы осевому сжатию и осевому растяжению (при назначении класса бетона-матрицы по прочности на сжатие) принимают в зависимости от класса бетона-матрицы по прочности на сжатие В согласно таблице 5.1.

При назначении класса бетона-матрицы по прочности на осевое растяжение нормативные значения сопротивления бетона-матрицы осевому растяжению принимают равными числовой характеристике класса бетона-матрицы на осевое растяжение.

Расчетные значения прочностных характеристик бетона-матрицы

5.1.9 Расчетные значения сопротивления бетона-матрицы осевому сжатию и осевому растяжению определяют по формулам:

; (5.1)

. (5.2)

Значения коэффициента надежности по бетону-матрице при сжатии принимают равными:

1,3 - для предельных состояний по несущей способности (первая группа);

1,0 - для предельных состояний по эксплуатационной пригодности (вторая группа).

Значения коэффициента надежности по бетону-матрице при растяжении принимают равными:

1,5 - для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бетона-матрицы по прочности на сжатие;

1,3 - для предельных состояний по несущей способности при назначении класса бетона-матрицы по прочности на осевое растяжение;

1,0 - для предельных состояний по эксплуатационной пригодности.

Расчетные значения сопротивления бетона-матрицы (с округлением) в зависимости от класса бетона-матрицы по прочности на сжатие и осевое растяжение приведены: для предельных состояний первой группы - соответственно в табицах 5.2 и 5.3# , второй группы - в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Вид сопротивления	Бетон	Нормативные значения сопротивления бетона-матрицы R_b,n и R_bt,n и расчетные значения сопротивления бетона-матрицы для предельных состояний второй группы R_b,ser и R_bt,ser, МПа, при классе бетона-матрицы по прочности на сжатие
		В10	В15	В20	В25	В30	В35	В40	В45	В50	В55	В60
Сжатие осевое (призменная прочность) R_b,n, R_b,ser	Тяжелый и мелкозернистый группы А	7,5	11,0	15,0	18,5	22,0	25,5	29,0	32,0	36,0	39,5	43,0
Растяжение осевое R_bt,n, R_bt,ser	То же	0,85	1,10	1,35	1,55	1,75	1,95	2,10	2,25	2,45	2,60	2,75
Примечание - Группа мелкозернистых бетонов-матриц приведена в п. 2.3 СНиП 2.03.01.

Таблица 5.2

Вид сопротивления	Бетон	Расчетные значения сопротивления бетона-матрицы для предельных состояний первой группы R_b и R_bt, МПа, при классе бетона-матрицы по прочности на сжатие
		В10	В15	В20	В25	В30	В35	В40	В45	В50	В55	В60
Сжатие осевое (призменная прочность) R_b	Тяжелый и мелкозернистый группы А	6,0	8,5	11,5	14,5	17,0	19,5	22,0	25,0	27,5	30,0	33,0
Растяжение осевое R_bt	То же	0,56	0,75	0,9	1,05	1,15	1,30	1,40	1,50	1,60	1,70	1,80
Примечание - Группа мелкозернистых бетонов-матриц приведена в п. 2.3 СНиП 2.03.01.

Таблица 5.3

Вид сопротивления	Бетон	Расчетные значения сопротивления бетона-матрицы для предельных состоянии первой группы R_bt, МПа, при классе бетона-матрицы по прочности на осевое растяжение
		В_t 0,8	В_t 1,2	В_t 1,6	В_t 2,0	В_t 2,4	В_t, 2,8	В_t 3,2
Растяжение осевое R_bt	Тяжелый и мелкозернистый группы А	0,62	0,93	1,25	1,55	1,85	2,15	2,45
Примечание - Группа мелкозернистых бетонов-матриц приведена в п. 2.3 СНиП 2.03.01.

5.1.10 В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетона-матрицы умножают на следующие коэффициенты условий работы , учитывающие особенности работы бетона-матрицы в конструкции (характер нагрузки, условия окружающей среды и т.д.):

- для сталефибробетонных конструкций, вводимый к расчетным значениям сопротивлений и и учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки:

- при непродолжительном (кратковременном) действии нагрузки;

- при продолжительном (длительном) действии нагрузки;

- для сталефибробетонных конструкций, бетонируемых в вертикальном положении при высоте слоя бетонирования свыше 1,5 м, вводимый к расчетному значению сопротивления бетона , .

Влияние попеременного замораживания и оттаивания, а также отрицательных температур учитывают коэффициентом условий работы бетона . Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период минус 40°С и выше, принимают коэффициент .

В остальных случаях значения коэффициента принимают в зависимости от назначения конструкции и условий окружающей среды.

Деформационные характеристики бетона-матрицы

5.1.11 Основными деформационными характеристиками бетона-матрицы являются значения:

- предельных относительных деформаций бетона-матрицы при осевом сжатии и растяжении (при однородном напряженном состоянии бетона-матрицы) - и ;

- начального модуля упругости ;

- коэффициента (характеристики) ползучести ;

- коэффициента поперечной деформации бетона-матрицы (коэффициента Пуассона) ;

- коэффициента линейной температурной деформации бетона-матрицы .

5.1.12 Значения предельных относительных деформаций бетона-матрицы принимают равными:

при непродолжительном действии нагрузки

- при осевом сжатии;

- при осевом растяжении;

при продолжительном действии нагрузки - по таблице 5.6 в зависимости от относительной влажности окружающей среды.

5.1.13 Значения начального модуля упругости бетона-матрицы при сжатии и растяжении принимают в зависимости от класса бетона-матрицы по прочности на сжатие В согласно таблице 5.4.

При продолжительном действии нагрузки значения начального модуля деформаций бетона-матрицы определяют по формуле:

, (5.3)

где - коэффициент ползучести, принимаемый согласно п. 5.1.14.

5.1.14 Значения коэффициента ползучести бетона-матрицы принимают в зависимости от условий окружающей среды (относительной влажности воздуха) и класса бетона. Значения коэффициента ползучести бетона-матрицы приведены в таблице 5.5 настоящего СП.

5.1.15 Значение коэффициента поперечной деформации бетона-матрицы допускается принимать .

5.1.16 Значение коэффициента линейной температурной деформации бетона-матрицы при изменении температуры от минус 40°С до плюс 50°С принимают .

Таблица 5.4

Бетон	Значения начального модуля упругости бетона-матрицы при сжатии и растяжении Е_b, МПа x 10(-3), при классе бетона-матрицы по прочности на сжатие
	В10	В15	В20	В25	В30	В35	В40	В45	В50	В55	В60
Тяжелый	19,0	24,0	27,5	30,0	32,5	34,5	36,0	37,0	38,0	39,0	39,5
Мелкозернистый группы А	16,5	20,5	22,5	24,0	26,0	27,5	28,5	-	-	-	-
Примечание - Группа мелкозернистых бетонов-матриц приведена в п. 2.3 СНиП 2.03.01.

Таблица 5.5

Относительная влажность воздуха окружающей среды, %	Значения коэффициента ползучести фи_b,cr при классе бетона-матрицы на сжатие
	В10	В15	В20	В25	В30	В35	В40	В45	В50	В55	В60
Выше 75	2,8	2,4	2,0	1,8	1,6	1,5	1,4	1,3	1,2	1,1	1,0
40-75	3,9	3,4	2,8	2,5	2,3	2,1	1,9	1,8	1,6	1,5	1,4
Ниже 40	5,6	4,8	4,0	3,6	3,2	3,0	2,8	2,6	2,4	2,2	2,0
Примечание - Относительную влажность воздуха окружающей среды принимают по СНиП 23-01 как среднюю месячную относительную влажность наиболее теплого месяца для района строительства.

Таблица 5.6

Относительная влажность воздуха окружающей среды, %	Относительные деформации бетона-матрицы при продолжительном действии нагрузки
	при сжатии			при растяжении
	эпсилон_b0 х 10(3)	эпсилон_b2 х 10(3)	эпсилон_b1,red x 10(3)	эпсилон_bt0 х 10(3)	эпсилон_bt2 х 10(3)	эпсилон_bt1,red x 10(3)
Выше 75	3,0	4,2	2,4	0,21	0,27	0,19
40-75	3,4	4,8	2,8	0,24	0,31	0,22
Ниже 40	4,0	5,6	3,4	0,28	0,36	0,26
Примечание - Относительную влажность воздуха окружающей среды принимают по СНиП 23-01 как среднюю месячную относительную влажность наиболее теплого месяца для района строительства.

5.1.17 При необходимости в расчетах характеристики бетона-матрицы , и могут заменяться соответствующими характеристиками сталефибробетона, определяемыми по следующим формулам.

Начальный модуль упругости сталефибробетона определяется по формуле:

. (5.4)

Значения коэффициента линейной температурной деформации сталефибробетона определяется по формуле:

, (5.5)

где - коэффициент линейной температурной деформации стали, принимаемый равным 0,000012 при температуре в диапазоне от минус 40°С до плюс 50°С.

В формулах (5.4) и (5.5) - коэффициент фибрового армирования по объему.

5.2 Арматура

Показатели качества арматуры

5.2.1 Для фибрового армирования сталефибробетонных конструкций принимается стальная фибра:

- фрезерованная из слябов, выпускаемая по ТУ 0882-193-46854090;

- резанная из стального листа, выпускаемая по ТУ 0991-123-53832025;

- рубленная из проволоки, выпускаемая по ТУ 1211-205-46854090.

5.2.2 Процент фибрового армирования по объему (содержание фибры в сталефибробетонной смеси) указывается в проектной документации на изделие, конструкцию или сооружение.

5.2.3 Стержневая арматура для комбинированного армирования сталефибробетонных конструкций, а также закладные детали принимаются в соответствии с рекомендациями пп. 5.2.1-5.2.12 СП 52-101 и разделов 2.2.1-2.2.2 СП 52-102.

Нормативные и расчетные значения характеристик фибровой арматуры (фибры)

Нормативные значения прочностных характеристик фибры

Основной прочностной характеристикой фибры является нормативное значение сопротивления растяжению , принимаемое в зависимости от вида фибровой арматуры по таблице 5.7.

Указанная контролируемая характеристика фибры принимается в соответствии с вышеуказанными ТУ и гарантируется с вероятностью 0,95.

Расчетные значения прочностных характеристик фибры

5.2.4 Расчетное сопротивление фибры растяжению для предельных состояний первой группы определяется путем деления нормативного сопротивления на коэффициент надежности по фибровой арматуре , приведенный в таблице 5.7.

5.2.5 Модуль упругости стальной фибровой арматуры , принимается равным:

- для фибры фрезерованной из слябов, выпускаемой по ТУ 0882-193-46854090;

- для фибры резаной из стального листа, выпускаемой по ТУ 0991-123-53832025;

- для фибры рубленой из проволоки, выпускаемой по ТУ 1211-205-46854090.

5.2.6 При комбинированном армировании (см. пп. 4.1.2; 5.2.3) нормативные и расчетные сопротивления растяжению и сжатию стержневой арматуры, коэффициенты условий работы и модули упругости этой арматуры принимают согласно СП 52-101 и СП 52-102.

Предварительные напряжения стержневой арматуры при комбинированном армировании

5.2.7 Предварительные напряжения стержневой арматуры принимают не более для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры и не более для холоднодеформированной арматуры и арматурных канатов.

Таблица 5.7

N п.п.	Вид фибровой арматуры	Нормативные сопротивления растяжению R_f,n и расчетные сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы R_f,ser, МПа	Коэффициент надежности по фибровой арматуре гамма_f при расчете конструкций по предельным состояниям		Расчетные сопротивления растяжению фибровой арматуры для предельных состояний первой группы R_f, МПа
			первой группы	второй группы
1	Фибра стальная, фрезерованная из слябов, отвечающая ТУ 0882-193-46854090	600	1,10	1,00	500
2	Фибра FIBREX стальная, резаная из стального листа, отвечающая ТУ 0991-123-53832025 соответственно из стали класса по прочности:
	1	460	1,05	1,0	440
	2	550	1,05	1,0	520
	3	640	1,10	1,0	580
3	Фибра стальная рубленная из проволоки, отвечающая ТУ 1211-205-46854090:
	ХЕНДИКС HENDIX	1050	1,10	1,0	950
	МИКСАРМ MIXARM	1100	1,05	1,0	1050
	ФИБЕКС FIВАХ-1/50	950	1,10	1,0	860
	ФИБЕКС FIВАХ-1,3/50	820	1,10	1,0	750
	ТВИНФЛЭТ TWINFLAT	1150	1,10	1,0	1050

5.2.8 При расчете предварительно напряженных конструкций следует учитывать снижение предварительных напряжений в стержневой арматуре вследствие потерь предварительного напряжения до передачи усилий натяжения на сталефибробетон (первые потери) и после передачи усилия натяжения на сталефибробетон (вторые потери).

Первые потери предварительного напряжения включают потери от релаксации предварительных напряжений в арматуре, от температурного перепада при термической обработке конструкций, от деформации анкеров и деформации формы (упоров).

Вторые потери предварительного напряжения включают потери от усадки и ползучести сталефибробетона.

5.2.9 Потери от релаксации напряжений арматуры определяют по формулам:

для арматуры классов А600-А1000 при способе натяжения:

механическом - ; (5.6)

электротермическом - ; (5.7)

для арматуры классов Вр1200-Вр1500, К1400, К1500 при способе натяжения:

механическом - ; (5.8)

электротермическом - . (5.9)

Здесь принимается без потерь в МПа.

При отрицательных значениях принимают .

При наличии более точных данных о релаксации арматуры допускается принимать иные значения потерь от релаксации.

5.2.10 Потери от температурного перепада , °C, определяемого как разность температур натянутой арматуры в зоне нагрева и устройства, воспринимающего усилия натяжения при нагреве бетона, принимают равными:

. (5.10)

При отсутствии точных данных по температурному перепаду допускается принимать .

При наличии более точных данных о температурной обработке конструкции допускается принимать иные значения потерь от температурного перепада.

5.2.11 Потери от деформации стальной формы (упоров) при неодновременном натяжении арматуры на форму определяют по формуле:

, (5.11)

где n - число стержней (групп стержней), натягиваемыхнеодновременно;

- сближение упоров по линии действия усилия натяжения арматуры, определяемое из расчета деформации формы;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных о конструкции формы и технологии изготовления допускается принимать .

При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформации формы не учитываются.

5.2.12 Потери от деформации анкеров натяжных устройств определяют по формуле:

, (5.12)

где - обжатие анкеров или смещение стержня в зажимах анкеров;

l - расстояние между наружными гранями упоров.

При отсутствии данных допускается принимать .

При электротермическом способе натяжения арматуры потери от деформации анкеров не учитывают.

5.2.13 Потери от усадки сталефибробетона определяют по формуле:

, (5.13)

где - деформации усадки сталефибробетона, значения которых можно приближенно принимать в зависимости от класса бетона-матрицы равными:

0,0002 - для бетона-матрицы классов В35 и ниже;

0,00025 - для бетона-матрицы класса В40;

0,0003 - для бетона-матрицы классов В45 и выше.

Допускается потери от усадки сталефибробетона определять более точными методами.

5.2.14 Потери от ползучести сталефибробетона определяют по формуле:

, (5.14)

где - коэффициент ползучести бетона-матрицы, принимаемый согласно п. 5.1.14 настоящего СП;

- напряжения в сталефибробетоне на уровне центра тяжести рассматриваемой j-й группы стержней напрягаемой арматуры;

- эксцентриситет усилия относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента;

- расстояние между центрами тяжести сечения рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры и приведенного поперечного сечения элемента;

, - соответственно площадь приведенного сечения элемента и ее момент инерции относительно центра тяжести приведенного сечения;

- коэффициент армирования, равный , где и A и - площади поперечного сечения соответственно элемента и рассматриваемой группы стержней напрягаемой арматуры.

При этом значения потерь предварительного напряжения от ползучести сталефибробетона принимают определенными по формуле (5.14) настоящего СП с умножением на понижающий коэффициент, учитывающий влияние фибрового армирования и принимаемый равным:

0,95 - при ;

0,90 - при ;

0,85 - при .

Допускается потери от ползучести сталефибробетона определять более точными методами.

Напряжения определяют по правилам расчета упругих материалов, принимая приведенное сечение элемента, включающее площади сечения сталефибробетона и всей продольной арматуры (напрягаемой и ненапрягаемой) с коэффициентом приведения арматуры к сталефибробетону

, согласно п. 5.2.16.

5.2.15 Полные значения первых потерь предварительного напряжения арматуры (по пп. 5.2.9-5.2.12) определяют по формуле:

, (5.15)

где i - номер потерь предварительного напряжения.

Усиление предварительного обжатия сталефибробетона с учетом первых потерь равно:

, (5.16)

где и - соответственно площадь сечения j-й группы стержней напрягаемой арматуры в сечении элемента и предварительное напряжение в группе с учетом первых потерь, равное

.

Здесь - начальное предварительное напряжение рассматриваемой группы стержней арматуры.

Полные значения первых и вторых потерь предварительного напряжения арматуры (по пп. 5.2.9-5.2.14) определяют по формуле:

. (5.17)

Усилие в напрягаемой арматуре с учетом полных потерь равно:

, (5.18)

где .

При проектировании конструкций полные суммарные потери следует принимать не менее 100 МПа.

При определении усилия предварительного обжатия сталефибробетона Р с учетом полных потерь напряжений следует учитывать сжимающие напряжения в ненапрягаемой арматуре, численно равные сумме потерь от усадки и ползучести сталефибробетона на уровне этой арматуры.

5.2.16 Предварительные напряжения в сталефибробетоне при передаче усилия предварительного обжатия , определяемого с учетом первых потерь, не должны превышать: если напряжения уменьшаются или не изменяются при действии внешних нагрузок - ; если напряжения увеличиваются при действии внешних нагрузок - .

Напряжения в сталефибробетоне определяют по формуле:

, (5.19)

где - усилие предварительного обжатия с учетом первых потерь;

М - изгибающий момент от внешней нагрузки, действующий в стадии обжатия (собственный вес элемента);

- эксцентриситет усилия относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента;

Y - расстояние от центра тяжести сечения до рассматриваемого волокна.

5.2.17 Длину зоны передачи предварительного напряжения на сталефибробетон для арматуры без дополнительных анкерующих устройств определяют по формуле:

, (5.20)

но она должна быть не менее и 200 мм, а для арматурных канатов - не менее 300 мм.

В формуле (5.20):

- предварительное напряжение в напрягаемой арматуре с учетом первых потерь (см. п. 5.2.15);

- сопротивление сцепления напрягаемой арматуры со сталефибробетоном, отвечающее передаточной прочности сталефибробетона и определяемое согласно указаниям п. 8.3.25;

, - соответственно площадь и периметр стержня арматуры.

Передачу предварительного напряжения с арматуры на сталефибробетон рекомендуется осуществлять плавно.

6 Расчет элементов сталефибробетонных конструкций по предельным состояниям первой группы

6.1 Общие положения

6.1.1 Сталефибробетонные элементы рассчитывают по прочности на действие изгибающих моментов, продольных и поперечных сил, крутящих моментов и на местное действие нагрузки (местное сжатие, продавливание).

6.1.2 При расчете сталефибробетонных конструкций по прочности они рассматриваются как железобетонные с фибровой арматурой, равномерно распределенной по всему объему (сечению).

6.1.3 Расчет по прочности сталефибробетонных конструкций производится по предельным усилиям с учетом вида армирования - фибрового или комбинированного (см. п. 4.1.2).

6.1.4 Расчет предварительно напряженных элементов производят для стадии эксплуатации на действие изгибающих моментов и поперечных сил от внешних нагрузок и для стадии предварительного обжатия на действие усилий от предварительного натяжения арматуры и усилий от внешних нагрузок, действующих в стадии обжатия.

6.1.5 Расчет преднапряженных сталефибробетонных элементов в стадии обжатия производят как при внецентренном сжатии усилием предварительного обжатия в предельном состоянии согласно п. 6.3.2.

6.1.6 При расчете предварительно напряженных сталефибробетонных элементов по прочности следует учитывать возможные отклонения предварительного напряжения, определяемого согласно п. 5.2.15 путем умножения значений (или усилия обжатия ) для рассматриваемого j-го стержня или группы стержней напрягаемой арматуры на коэффициент .

Значения коэффициента принимают равными:

0,9 - при благоприятном влиянии предварительного напряжения;

1,1 - при неблагоприятном влиянии предварительного напряжения.

6.2 Расчет по прочности сталефибробетонных элементов на действие изгибающих моментов и продольных сил

Общие положения

6.2.1 Расчет по прочности сталефибробетонных элементов при действии изгибающих моментов и продольных сил (внецентренное сжатие или растяжение) следует производить для сечений, нормальных к их продольной оси.

Расчет по прочности нормальных сечений сталефибробетонных элементов следует производить на основе предельных усилий.

Расчет по прочности сталефибробетонных элементов на действие крутящих моментов допускается производить для сталефибробетонных элементов с комбинированным армированием на основе положений и по аналогии с расчетом железобетонных элементов по пп. 6.2.36-6.2.41 СП 52-101.

6.2.2 При расчете внецентренно сжатых сталефибробетонных элементов следует учитывать влияние прогиба на их несущую способность, как правило, путем расчета конструкций по деформированной схеме.

Допускается производить расчет конструкций по недеформированной схеме, учитывая при гибкости влияние прогиба элемента на его прочность, путем умножения начального эксцентриситета на коэффициент , определяемый согласно п. 6.2.26.

6.2.3 Для сталефибробетонных элементов, у которых предельное усилие по прочности оказывается меньше предельного усилия по образованию трещин (п. 7.2.6), площадь сечения продольной арматуры должна быть увеличина# по сравнению с требуемой из расчета по прочности не менее чем на 15% или соответствовать предельному усилию по образованию трещин.

Расчет по прочности нормальных сечений по предельным усилиям

6.2.4 Предельные усилия в сечении, нормальном к продольной оси элемента, следует определять исходя из следующих предпосылок:

- сопротивление сталефибробетона растяжению представляется напряжениями, равными и равномерно распределенными по растянутой зоне сталефибробетона;

- сопротивление сталефибробетона сжатию представляется напряжениями, равными и равномерно распределенными по сжатой зоне сталефибробетона;

- деформации (напряжения) в арматуре определяют в зависимости от высоты сжатой зоны сталефибробетона;

- растягивающие напряжения в стержневой арматуре принимают не более расчетного сопротивления растяжению ;

- сжимающие напряжения в стержневой арматуре принимают не более расчетного сопротивления сжатию .

Допускается принимать для растянутой арматуры с условным пределом текучести напряжения выше , но не более в зависимости от соотношения и (п. 6.2.15).

6.2.5 Расчетные сопротивления сталефибробетона сжатию и растяжению определяются в зависимости от класса по прочности на сжатие бетона-матрицы, геометрии и размеров сечения элемента в соответствии с пп. 6.2.6-6.2.12 настоящего СП.

6.2.6 При определении различаются два случая:

первый случай: сопротивление растяжению сталефибробетона исчерпывается из-за обрыва некоторого количества фибр и выдергивания остальных, что определяется условием:

; (6.1)

второй случай: сопротивление растяжению сталефибробетона исчерпывается из-за выдергивания из бетона условно всех фибр, что определяется условием:

. (6.2)

В формулах (6.1) и (6.2) - длина заделки фибры в бетоне, обеспечивающая ее разрыв при выдергивании, определяемая по формуле:

, (6.3)

где - приведенный диаметр используемой фибры, мм;

- нормативное сопротивление растяжению фибр, МПа;

- коэффициент, учитывающий анкеровку фибры и принимаемый равным:

0,6 - для фибры марки FIBREX, резаной из листа,выпускаемой по ТУ 0991-123-53832025;

0,8 - для фибры, фрезерованной из слябов, выпускаемой по ТУ 0882-193-46854090.

Для фибры рубленой из стальной проволоки, выпускаемой по ТУ 1211-205-46854090 коэффициент принимается равным:

0,9 - для фибры марки ХЕНДИКС HENDIX;

0,85 - для фибры марки ФИБЕКС FIBAX-1/50;

0,80 - для фибры марки ФИБЕКС FIBAX-1,3/50;

0,75 - для фибры марки ТВИНФЛЭТ TWINFLAT;

0,70 - для фибры марки МИКСАРМ MIXARM.

При проектировании принимается равным:

, (6.4)

где - площадь номинального поперечного сечения фибры, определяемая по ее номинальным размерам, принимаемым по соответствующим ТУ.

Для фибры, фрезерованной из слябов, выпускаемой по ТУ 0882-193-46854090, допускается принимать значение .

6.2.7 Если имеет место первый случай исчерпания сопротивления растяжению сталефибробетона, то величина определяется по формуле:

, (6.5)

где - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0 для фибры из слябов; 1,1 - для фибры из листа и фибры из проволоки;

- коэффициент ориентации, учитывающий ориентацию фибр в объеме элемента в зависимости от соотношения размеров сечения элемента и длины фибры, принимаемый по таблице 6.1;

- коэффициент фибрового армирования по объему;

- коэффициент, определяемый по формуле:

. (6.6)

6.2.8 Если имеет место второй случай исчерпания сопротивления растяжению сталефибробетона величина определяется по формуле:

, (6.7)

где - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0 для фибры из слябов; 1,1 - для фибры из листа и фибры, рубленой из проволоки.

6.2.9 Значения коэффициентов и в случаях применения прогрессивных технологий могут быть уточнены после экспериментального обоснования в соответствующем порядке.

6.2.10 Расчетное сопротивление сжатию сталефибробетона определяется в зависимости от класса по прочности на сжатие бетона-матрицы, вида и размеров фибры, геометрии и размеров сечения элемента. При этом учитывается только работа фибр, ориентированных нормально к направлению внешнего сжимающего усилия и удовлетворяющих условию (6.1) п. 6.2.6 настоящего СП.

Величина определяется по формуле:

, (6.8)

где - коэффициент, учитывающий работу фибр в сечении, перпендикулярном направлению внешнего сжимающего усилия и принимаемый по таблице 6.2;

- коэффициент эффективности косвенного армирования фибрами, вычисляемый по формуле:

, (6.9)

где . (6.10)

6.2.11 При расчете конструкций для определения величин и коэффициенты и принимаются соответственно по таблицам 6.1 и 6.2 различными для отдельных частей сечения рассчитываемого элемента (верхней полки, нижней полки, стенки, ребра и т.п.) в зависимости от соотношения их размеров и длины фибры.

Таблица 6.1

Значение k_or в зависимости от размеров сечения растянутого элемента при
h/l_f	b/l_f
	0,5	1	2	3	5	10	20	Более 20
0,2	0,98	0,93	0,78	0,732	0,695	0,665	0,651	0,637
0,4	0,97	0,92	0,77	0,724	0,686	0,658	0,642	0,628
0,6	-	0,91	0,76	0,718	0,681	0,653	0,638	0,624
0,8	-	0,90	0,75	0,707	0,671	0,643	0,628	0,615
1,0	-	-	0,73	0,687	0,652	0,624	0,610	0,597
1,5	-	-	0,69	0,649	0,615	0,589	0,577	0,564
2	-	-	0,67	0,630	0,597	0,573	0,559	0,548
3	-	-	-	0,612	0,580	0,556	0,543	0,532
5	-	-	-	-	0,556	0,543	0,530	0,519
10	-	-	-	-	-	0,533	0,520	0,510
20	-	-	-	-	-	-	0,516	0,505
Более 20	-	-	-	-	-	-	-	0,5
b и h - соответственно больший и меньший размеры сечения элемента (или его части), перпендикулярного к направлению внешнего растягивающего усилия.

6.2.12 При расчете по прочности сталефибробетонных конструкций фибровую арматуру следует принимать равномерно распределенной по сечению элемента с коэффициентом приведенного армирования по площади, определяемым по формулам:

для растянутой зоны

; (6.11)

для сжатой зоны

, (6.12)

где и - коэффициенты фибрового армирования по площади;

- коэффициент фибрового армирования по объему;

и - коэффициенты, принимаемые соответственно по таблицам 6.1 и 6.2 настоящего СП.

6.2.13 При расчете прочности сталефибробетонных конструкций величины расчетных сопротивлений принимаются для составляющих частей поперечного сечения элемента , , (для полки); , (для ребра или стенки) и , (для кольцевого сечения) и определяются по пп. 6.2.7-6.2.11 настоящего СП с использованием в формулах (6.5)-(6.8) коэффициентов ориентации для соответствующих частей сечения: - для сжатой полки; - для растянутой полки; - для растянутой зоны сечения ребра или стенки; - для сжатой зоны сечения ребра или стенки; и - для соответственно растянутой и сжатой зон кольцевого сечения.

6.2.14 Расчет по прочности нормальных сечений следует производить в зависимости от соотношения между значением относительной высоты сжато зоны сталефибробетона , определяемым из соответствующих условий равновесия, и значением граничной относительной высоты сжатой зоны , при котором предельное состояние элемента наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре напряжения, равного расчетному сопротивлению .

6.2.15 Значение определяют по формуле:

, (6.13)

где - характеристика сжатой зоны сталефибробетона, определяемая по формуле:

, (6.14)

где - коэффициент, принимаемый равным для бетона-матрицы:

      тяжелого ..................................................... 0,85

      тяжелого, подвергнутого автоклавной обработке и

      мелкозернистого группы А ..................................... 0,80

- в МПа

- напряжение в арматуре, МПа, принимаемое для арматуры классов:

      А240, А300, А400, В500 .................... сигма   = R  - сигма  ;

                                                       sR    s        sp

      А600, A800, A1000 .. сигма   = R  + 500 - сигма   - Дельта сигма  ;

                                sR    s              sp               sp

      от Вр1200 до Вр1500,

      К1400 и К1500 ....................... сигма   = R  + 500 - сигма  ,

                                                 sR    s              sp

где - расчетное сопротивление арматуры растяжению, принимаемое с учетом соответствующего коэффициента надежности по арматуре , принимаемых по п. 2.2.2.2 СП 52-102;

- предварительное напряжение в арматуре с учетом всех потерь и ;

- см. п. 5.2.15 настоящего СП;

- предельное напряжение в арматуре сжатой зоны, принимаемое для конструкций из тяжелого и мелкозернистого сталефибробетона равным 500 МПа. При расчете элементов в стадии обжатия значение .

Таблица 6.2

Значение k_n в зависимости от размеров сечения сжатого элемента при
h/l_f	b/l_f
	0,5	1	2	3	5	10	20	Более 20
0,2	0,126	0,263	0,449	0,511	0,560	0,597	0,616	0,636
0,4	0,122	0,259	0,444	0,506	0,555	0,591	0,610	0,629
0,6	0,122	0,257	0,441	0,502	0,551	0,589	0,606	0,624
0,8	0,122	0,253	0,429	0,494	0,542	0,578	0,596	0,614
1,0	0,118	0,247	0,422	0,480	0,527	0,563	0,580	0,597
1,5	0,110	0,232	0,399	0,454	0,498	0,531	0,548	0,565
2,0	0,110	0,226	0,387	0,440	0,484	0,517	0,532	0,549
3	0,105	0,219	0,375	0,428	0,470	0,510	0,517	0,532
5	0,1	0,214	0,367	0,418	0,458	0,490	0,504	0,520
10	0,1	0,210	0,360	0,410	0,449	0,481	0,495	0,510
20	0,1	0,297	0,356	0,406	0,446	0,475	0,490	0,505
Более 20	0,1	0,205	0,353	0,401	0,442	0,470	0,485	0,5
b и h - соответственно больший и меньший размеры сечения элемента (или его части), перпендикулярного к направлению внешнего сжимающего усилия.

6.2.16 Для напрягаемой арматуры, расположенной в сжатой зоне, расчетное сопротивление сжатию (пп. 6.2.18 и 6.2.19) должно быть заменено напряжением , равным:

500 - - при учете коэффициента условий работы бетона (п. 5.1.10);

400 - - при .

Здесь 500 и 400 - в МПа.

Значения определяют с коэффициентом .

Во всех случаях напряжение принимают не более .

6.2.17 При расчете внецентренно сжатых железобетонных элементов в начальном эксцентриситете приложения продольной силы следует учитывать случайный эксцентриситет , принимаемый по п. 4.2.6 настоящего СП.

Расчет изгибаемых элементов

6.2.18 Расчет по прочности сечений изгибаемых элементов производят из условия

, (6.15)

где - предельный изгибающий момент, который может быть воспринят сечением элемента.

6.2.19 Значение для изгибаемых сталефибробетонных элементов прямоугольного сечения при определяют по формуле:

при фибровом армировании (см. п. 4.1.2), рис. 6.1

(6.16)

при этом высоту сжатой зоны х определяют по формуле:

; (6.17)

при комбинированном армировании (см. п. 4.1.2), рис. 6.2

; (6.18)

при этом высоту сжатой зоны определяют из условия:

. (6.19)

В формулах этого пункта и п. 6.2.20 обозначения площадей сечения и относятся как к напрягаемой, так и к ненапрягаемой арматуре.

6.2.20 Значение для изгибаемых элементов, имеющих полку в сжатой зоне (тавровые и двутавровые сечения) при определяют в зависимости от положения границы сжатой зоны:

если граница проходит в полке (рис. 6.3, а), т.е. соблюдается условие:

, (6.20)

значение определяют по п. 6.2.18 как для прямоугольного сечения шириной ;

если граница проходит в ребре (рис. 6.3, б), т.е. условие (6.20) не соблюдается, значение определяют по формуле:

, (6.21)

при этом высоту сжатой зоны сталефибробетона х определяют из условия:

. (6.22)

6.2.21 Значение , вводимое в расчет, принимают из условия, что ширина свеса полки в каждую сторону от ребра должна быть не более 1/6 пролета элемента и не более:

1/2 расстояния в свету между продольными ребрами - при наличии поперечных ребер или при ;

- при отсутствии поперечных ребер (или при расстояниях между ними больших, чем расстояния между продольными ребрами) и ;

при консольных свесах полки:

- при ;

- при ;

при - свесы не учитывают.

6.2.22 Расчет по прочности изгибаемых элементов кольцевых сечений (рис. 6.4) производится:

при из условия:

; (6.23)

где ,

; (6.24)

- радиус срединной поверхности стенки кольцевого элемента, равный:

,

и - радиусы соответственно наружной и внутренней граней кольцевого сечения.

при условия:

, (6.25)

где - общая площадь кольцевого сечения, определяемая по формуле:

;

;

. (6.26)

6.2.23 При расчете по прочности изгибаемых сталефибробетонных элементов складчатого сечения с комбинированным армированием стержневой арматурой класса от Вр1200 до Вр1500 значение величины в расчетных формулах (6.17)-(6.22) пп. 6.2.18, 6.2.19 настоящего СП (рис. 6.2 и 6.3) принимается умноженным на коэффициент условий работы , равный:

0,85 при ;

0,90 при ;

0,95 при ,

где - суммарное предельное усилие в растянутой стержневой арматуре, .

6.2.24 При расчете по прочности изгибаемых элементов рекомендуется соблюдать условие .

В случае, когда по конструктивным соображениям или из расчета по предельным состояниям второй группы площадь растянутой арматуры принята большей, чем это требуется для соблюдения условия , то для элементов из бетона классов В30 и ниже при комбинированном армировании с ненапрягаемой арматурой классов А240, А300, А400 и В500 допускается предельный изгибающий момент определять по формулам (6.18) или (6.21), подставляя в них значения высоты сжатой зоны .

Расчет внецентренно сжатых элементов

6.2.25 Расчет по прочности прямоугольных сечений внецентренно сжатых элементов производят из условия:

, (6.27)

где e - расстояние от точки приложения силы N до центра тяжести сечения растянутой или наименее сжатой (при полностью сжатом сечении элемента) арматуры, равное:

.

Здесь - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба (прогиба) элемента на его несущую способность и определяемый согласно п. 6.2.27 настоящего СП.

Высоту сжатой зоны x определяют:

при (рис. 6.5) из условия:

. (6.28)

при по формуле:

. (6.29)

6.2.26 Значение коэффициента эта при расчете конструкций по недеформированной схеме определяют по формуле:

, (6.30)

где - условная критическая сила, определяемая по формуле:

, (6.31)

где D - жесткость сталефибробетонного элемента;

- расчетная длина элемента, определяемая согласно п. 6.2.28.

Допускается значение D определять по формуле:

, (6.32)

где , - модули упругости соответственно сталефибробетона и арматуры;

, - моменты инерции площадей сечения соответственно сталефибробетона и всей продольной арматуры относительно центра тяжести поперечного сечения элемента;

;

;

- коэффициент, учитывающий влияние длительности действия нагрузки

;

где , - моменты относительно центра наиболее растянутого или наименее сжатого (при целиком сжатом сечении) стержня арматуры соответственно от действия полной нагрузки и от действия постоянных и длительных нагрузок;

- относительное значение эксцентриситета продольной силы , где принимаемое не менее 0,15.

Допускается уменьшать значение коэффициента с учетом распределения изгибающих моментов по длине элемента, характера его деформирования и влияния прогибов на значение изгибающего момента в расчетном сечении путем расчета конструкции как упругой системы.

6.2.27 Расчет по прочности прямоугольных сечений внецентренно сжатых элементов с арматурой, расположенной у противоположных в плоскости изгиба сторон сечения, при эксцентриситете продольной силы и гибкости допускается производить из условия:

, (6.33)

где - предельное значение продольной силы, которую может воспринять элемент, определяемое по формуле:

, (6.34)

где - площадь всей продольной арматуры в сечении элемента;

- коэффициент, принимаемый при длительном действии нагрузки по таблице 6.3 в зависимости от гибкости элемента.

При кратковременном действии нагрузки значения определяют по линейному закону, принимая при и при .

Таблица 6.3

l_0/h	6	10	15	20
фи	0,92	0,9	0,83	0,7

6.2.28 Расчетную длину внецентренно сжатого элемента определяют как для элементов рамной конструкции с учетом ее деформированного состояния при наиболее невыгодном для данного элемента расположении нагрузки, принимая во внимание неупругие деформации материалов и наличие трещин.

Допускается расчетную длину элементов постоянного поперечного сечения по длине l при действии продольной силы принимать равной:

      для элементов с шарнирным опиранием на двух концах ....... 1,0 x l;

      для элементов с жесткой заделкой (исключающей поворот

      опорного сечения) на одном конце и незакрепленным

      другим концом (консоль) .................................. 2,0 x l;

      для элементов с шарнирным несмещаемым опиранием

      на одном конце, а на другом конце:

            с жесткой (без поворота) заделкой .................. 0,7 x l;

            с податливой (допускающей ограниченный

            поворот) заделкой .................................. 0,9 x l;

      для элементов с податливым шарнирным опиранием

      (допускающем ограниченное смещение опоры)

      на одном конце, а на другом конце:

            с жесткой (без поворота) заделкой .................. 1,5 x l;

            с податливой (с ограниченным поворотом)

            заделкой ........................................... 2,0 x l;

      для элементов с несмещаемыми заделками

      на двух концах:

            жесткими (без поворота) ............................ 0,5 x l;

            податливыми (с ограниченным поворотом) ............. 0,8 x l;

      для элементов с ограниченно смещаемыми

      заделками на двух концах:

            жесткими (без поворота) ............................ 0,8 x l;

            податливыми (с ограниченным поворотом) ............. 1,2 x l.

6.2.29 Расчет по прочности внецентренно сжатых сталефибробетонных элементов таврового и двутаврового сечений следует производить:

,

если (pиc. 6.6, а) - из условия:

; (6.35)

высота сжатой зоны х сталефибробетона определяется из условия:

; (6.36)

если (рис. 6.6, б) - из условия:

; (6.37)

где высота сжатой зоны х сталефибробетона определяется из условия:

; (6.38)

при по формуле:

; (6.39)

где - эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения, равный ;

- несущая способность центрально сжатого элемента, определяемая по формуле:

, (6.40)

- несущая способность сечения, в котором высота сжатой зоны сталефибробетона принимается равной и определяется по формуле:

при

; (6.41)

при

; (6.42)

- эксцентриситет продольной расчетной силы , определяемый по формуле:

при

; (6.43)

где ;

;

;

;

;

- расстояние от центра тяжести приведенного сечения до растянутой или менее сжатой грани;

при

;

где ;

.

Влияние прогиба сталефибробетонного элемента учитывается путем умножения значения на коэффициент , вычисляемый согласно п. 6.2.26.

6.2.30 Расчет внецентренно сжатых сталефибробетонных элементов кольцевого сечения (рис. 6.4) должен производиться из условия:

, (6.44)

где ;

, - см. п. 6.2.22 настоящего СП.

При этом величина относительной площади сжатой зоны сталефибробетона определяется по формуле:

. (6.45)

Если полученное из расчета по формуле (6.45) значение , в условие (6.44) подставляется значение , определяемое по формуле:

. (6.46)

6.3 Расчет по прочности нормальных сечений предварительно напряженных сталефибробетонных элементов в стадии предварительного обжатия

6.3.1 При расчете элемента в стадии предварительного обжатия усилие в напрягаемой арматуре вводится в расчет как внешняя продольная сила, равная

, (6.47)

где и - площади сечения напрягаемой арматуры, расположенной, соответственно, в наиболее обжатой и растянутой (менее обжатой) зонах сечения;

и - предварительные напряжения с учетом первых потерь и коэффициента в арматуре с площадью сечения и .

6.3.2 Расчет по прочности элементов прямоугольного сечения в стадии предварительного обжатия производят из условия:

, (6.48)

где - расстояние от точки приложения продольной силы с учетом влияния изгибающего момента M от внешней нагрузки, действующей в стадии изготовления (собственный вес элемента), до центра тяжести сечения ненапрягаемой арматуры растянутой или наименее сжатой (при полностью сжатом сечении элемента) от этих усилий (рис. 6.7), определяемое по формуле:

, (6.49)

где - расстояние от точки приложения силы до центра тяжести сечения элемента;

- расчетное сопротивление сталефибробетона сжатию, численно равного# передаточной прочности сталефибробетона , по линейной интерполяции (см. таблицу 5.2);

- расчетное сопротивление ненапрягаемой арматуры сжатию, принимаемое в стадии предварительного обжатия не более 330 МПа;

- площадь сечения ненапрягаемой арматуры, расположенной в наиболее сжатой зоне сечения элемента.

Высоту сжатой зоны сталефибробетона x вычисляют в зависимости от величины , определяемой по формуле (6.13):

при (рис. 6.7) из условия:

; (6.50)

при по формуле:

. (6.51)

6.3.3 Расчет по прочности элементов таврового и двутаврового сечений в стадии предварительного обжатия производят в зависимости от положения границы сжатой зоны:

а) если граница сжатой зоны проходит в полке (рис. 6.6, а), т.е. соблюдается условие:

, (6.52)

расчет производят как для прямоугольного сечения шириной согласно п. 6.3.2;

б) если граница сжатой зоны проходит в ребре (рис. 6.6, б), т.е. условие (6.40) не соблюдается, расчет производят из условия:

, (6.53)

где ; - см. п. 6.3.2;

- расстояние от центра тяжести сечения элемента до растянутой (наименее сжатой) ненапрягаемой арматуры.

Высоту сжатой зоны х определяют по формулам:

при ( - см. п. 6.2.14)

, (6.54)

при

. (6.55)

Расчет центрально растянутых элементов

6.3.4 Расчет по прочности сечений центрально растянутых элементов следует производить только для случаев комбинированного армирования (см. п. 4.1.2), из условия:

, (6.56)

где - предельное значение продольной растягивающей силы, которое может быть воспринято элементом.

Значение силы определяют по формуле:

, (6.57)

где - площадь сечения всей продольной стержневой арматуры.

Расчет внецентренно растянутых элементов

6.3.5 Расчет по прочности прямоугольных нормальных сечений внецентренно растянутых сталефибробетонных элементов, только с комбинированным армированием, следует производить в зависимости от положения продольной силы N:

а) если продольная сила N приложена между равнодействующими усилий в стержневой арматуре S и S' (рис. 6.8) - из условий:

; (6.58)

, (6.59)

где Ne и Ne' - усилия от внешних нагрузок;

и - предельные усилия, которые может воспринять сечение.

Усилия и определяют по формулам:

; (6.60)

. (6.61)

Значение коэффициента условия работы в формулах (6.60) и (6.61) принимается равным:

0,9 при ;

0,8 при ;

0,6 при ;

0,3 при .

б) если продольная сила N приложена за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре S и S' (рис. 6.8) - из условия (6.58), определяя предельный момент по формуле:

, (6.62)

при этом высоту сжатой зоны х определяют из условия

. (6.63)

Если полученное из расчета (6.63) значение , то в формулу (6.62) подставляют , где определяют согласно п. 6.2.15.

6.4 Расчет по прочности сталефибробетонных элементов при действии поперечных сил

Общие положения

6.4.1 Расчет по прочности сталефибробетонных элементов при действии поперечных сил производят на основе модели наклонных сечений.

При расчете по модели наклонных сечений должны быть обеспечены прочность элемента по полосе между наклонными сечениями и наклонному сечению на действие поперечных сил, а также прочность по наклонному сечению на действие момента.

Прочность по наклонной полосе характеризуется максимальным значением поперечной силы, которое может быть воспринято наклонной полосой, находящейся под воздействием сжимающих усилий вдоль полосы и растягивающих усилий от поперечной арматуры, пересекающей наклонную полосу. При этом прочность сталефибробетона определяют по сопротивлению сталефибробетона осевому сжатию с учетом влияния сложного напряженного состояния в наклонной полосе.

Расчет по наклонному сечению на действие поперечных сил производят на основе уравнения равновесия внешних и внутренних поперечных сил, действующих в наклонном сечении с длиной проекции на продольную ось элемента. Внутренние поперечные силы включают поперечную силу, воспринимаемую сталефибробетоном в наклонном сечении, и поперечную силу, воспринимаемую пересекающей наклонное сечение поперечной арматурой. При этом поперечные силы, воспринимаемые сталефибробетоном и поперечной арматурой, определяют по сопротивлениям сталефибробетона и поперечной арматуры растяжению с учетом длины проекции наклонного сечения.

Расчет по наклонному сечению на действие момента производят на основе уравнения равновесия моментов от внешних и внутренних сил, действующих в наклонном сечении с длиной проекции на продольную ось элемента. Моменты от внутренних сил включают момент, воспринимаемый сталефибробетоном, момент, воспринимаемый пересекающей наклонное сечение продольной растянутой арматурой, момент, воспринимаемый пересекающей наклонное сечение поперечной арматурой. При этом моменты, воспринимаемые сталефибробетоном, продольной и поперечной арматурой, определяют по сопротивлениям продольной и поперечной арматуры растяжению с учетом длины проекции наклонного сечения.

Расчет сталефибробетонных элементов по полосе между наклонными сечениями

6.4.2 Расчет изгибаемых элементов по сталефибробетонной полосе между наклонными сечениями производят из условия:

, (6.64)

где Q - поперечная сила в нормальном сечении элемента;

- коэффициент, определяемый по формуле:

, (6.65)

где значения принимаются в МПа,

- коэффициент, определяемый по формуле:

, (6.66)

где , (6.67)

Значения принимаются по п. 6.2.13.

Значение правой части в формуле (6.64) принимают не более 1,3.

Расчет сталефибробетонных элементов по наклонным сечениям на действие поперечных сил

6.4.3 Расчет изгибаемых сталефибробетонных элементов по наклонному сечению при только фибровом армировании (рис. 6.9, а) производят из условия:

, (6.68)

где Q - поперечная сила в наклонном сечении с длиной проекции на продольную ось элемента, определяемая от всех внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения, при этом учитывают наиболее опасное загружение в пределах наклонного сечения;

- поперечная сила, воспринимаемая сталефибробетоном сжатой зоны в наклонном сечении;

- поперечная сила, воспринимаемая сталефибробетоном растянутой зоны в наклонном сечении.

Значение поперечной силы для изгибаемых и внецентренно сжатых элементов определяется по формуле:

, (6.69)

где - определяется по формулам (6.5) и (6.7) с заменой в них коэффициента на (см. п. 6.2.13), определяемый по таблице 6.2 настоящего СП;

b и h - соответственно ширина и высота элемента в рассчитываемом сечении;

- проекция наклонной трещины; угол наклона трещины принимается равным 45°;

- угол наклона вертикальной оси элемента к вертикали.

Значение поперечной силы определяется по формуле:

, (6.70)

где . (6.71)

6.4.4 Расчет изгибаемых сталефибробетонных элементов по наклонному сечению при комбинированном армировании (рис. 6.9, б) производят из условия:

, (6.72)

где , и - принимаются по п. 6.4.3;

- поперечная сила, воспринимаемая поперечной арматурой в наклонном сечении.

Поперечную силу определяют по формуле:

, (6.73)

где - коэффициент, принимаемый равным 0,75;

- усилие в поперечной арматуре на единицу длины элемента, определяемое по формуле:

; (6.74)

- принимается по п. 6.4.3.

Расчет сталефибробетонных элементов по наклонным сечениям на действие моментов

6.4.5 Расчет сталефибробетонных элементов по наклонным сечениям на действие моментов (рис. 6.10) производят из условия:

, (6.75)

где M - момент в наклонном сечении с длиной проекции на продольную ось элемента, определяемый от всех внешних сил, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения, относительно конца наклонного сечения (точка 0), противоположного концу, у которого располагается проверяемая продольная арматура, испытывающая растяжение от момента в наклонном сечении; при этом учитывают наиболее опасное загружение в пределах наклонного сечения;

- момент, воспринимаемый продольной стержневой арматурой, пересекающей наклонное сечение относительно противоположного конца наклонного сечения (точка 0);

- момент, воспринимаемый поперечной стержневой арматурой, пересекающей наклонное сечение относительно противоположного конца наклонного сечения (точка 0);

- момент, воспринимаемый сталефибробетоном, относительно противоположного конца наклонного сечения (точка 0).

Момент определяют по формуле:

, (6.76)

где - усилие в продольной растянутой арматуре, принимаемое равным , a в зоне анкеровки - определяемое согласно пп. 8.3.22-8.3.32;

- плечо внутренней пары сил, допускается принимать .

Момент для поперечной арматуры, нормальной к продольной оси элемента, определяют по формуле:

, (6.77)

где - усилие в поперечной арматуре, принимаемое равным ;

- определяют по формуле (6.74), a принимают в пределах от 1,0 h до 2,0 h.

Момент определяют по формуле:

, (6.78)

где - определяется по п. 6.4.3.

Расчет производят для наклонных сечений, расположенных по длине элемента на его концевых участках и в местах обрыва продольной арматуры, при наиболее опасной длине проекции наклонного сечения , принимаемой в указанных выше пределах.

Допускается производить расчет наклонных сечений, принимая в условии (6.75) момент М в наклонном сечении при длине проекции на продольную ось элемента равным 2,0 h, а момент - равным .

При отсутствии поперечной арматуры расчет наклонных сечений производят из условия (6.75), принимая момент M в наклонном сечении при длине проекции на продольную ось элемента равным 2,0 h, а момент - равным нулю.

6.5 Расчет сталефибробетонных элементов на местное сжатие

6.5.1 Расчет сталефибробетонных элементов на местное сжатие (смятие) производят при действии сжимающей силы, приложенной на ограниченной площади нормально к поверхности сталефибробетонного элемента. При этом учитывают повышенное сопротивление сжатию сталефибробетона в пределах грузовой площади (площади смятия) за счет объемного напряженного состояния сталефибробетона под грузовой площадью, зависящее от расположения грузовой площади на поверхности элемента.

При наличии сетчатого армирования в зоне местного сжатия учитывают дополнительное повышение сопротивления сжатию сталефибробетона под грузовой площадью за счет сопротивления стержневой арматуры.

Расчет элементов на местное сжатие при фибровом армировании (см. п. 4.1.2) производят согласно п. 6.5.2, а при комбинированном армировании - согласно п. 6.5.3.

6.5.2 Расчет элементов на местное сжатие при фибровом армировании (рис. 6.11) производят из условия:

, (6.79)

где N - местная сжимающая сила от внешней нагрузки;

- площадь приложения сжимающей силы (площадь смятия);

- расчетное сопротивление сталефибробетона сжатию при местном действии сжимающей силы;

- коэффициент, принимаемый равным 1,0 при равномерном и 0,75 при неравномерном распределении местной нагрузки по площади смятия.

Значение определяют по формуле:

, (6.80)

где - коэффициент, определяемый по формуле:

, (6.81)

но принимаемый не более 2,5 и не менее 1,0.

В формуле (6.81):

- максимальная расчетная площадь, устанавливаемая по следующим правилам:

центры тяжести площадей и совпадают;

границы расчетной площади отстоят от каждой

стороны площади на расстоянии, равном соответствующему размеру этих сторон (рис. 6.11).

6.5.3 Расчет элементов на местное сжатие при наличии сетчатого армирования (косвенной арматуры) в виде сварных сеток производят из условия:

, (6.82)

где - приведенное с учетом сетчатого армирования в зоне местного сжатия расчетное сопротивление сталефибробетона сжатию, определяемое по формуле:

. (6.83)

Здесь - коэффициент, определяемый по формуле:

, (6.84)

- площадь, заключенная внутри контура сеток, считая по их крайним стержням и принимаемая в формуле (6.84) не более ;

- расчетное сопротивление растяжению стержневой арматуры;

- коэффициент сетчатого армирования, определяемый по формуле:

; (6.85)

- число стержней, площадь сечения и длина стержня сетки, считая в осях крайних стержней, в направлении X;

- то же, в направлении Y;

s - шаг сеток.

Значения , , и N принимают согласно п. 6.5.2.

Значение местной сжимающей силы, воспринимаемое элементом с сетчатым армированием (правая часть условия 6.82), принимают не более удвоенного значения местной сжимающей силы, воспринимаемого элементом без сетчатого армирования (правая часть условия 6.79).

Сетчатое армирование должно отвечать конструктивным требованиям, приведенным в разделе 8.

6.6 Расчет сталефибробетонных элементов на продавливание

Общие положения

6.6.1 Расчет на продавливание производят для плоских сталефибробетонных элементов (плит) при действии на них (нормально к плоскости элемента) местных, концентрированно приложенных усилий - сосредоточенных силы и изгибающего момента.

При расчете на продавливание рассматривают расчетное поперечное сечение, расположенное вокруг зоны передачи усилий на элемент на расстоянии нормально к его продольной оси, по поверхности которого действуют касательные усилия от сосредоточенных силы и изгибающего момента.

Действующие касательные усилия по площади расчетного поперечного сечения должны быть восприняты сталефибробетоном с сопротивлением осевому растяжению и расположенной по обе стороны от расчетного поперечного сечения на расстоянии поперечной стержневой арматурой с сопротивлением растяжению .

При действии сосредоточенной силы касательные усилия, воспринимаемые сталефибробетоном и стержневой арматурой, принимают равномерно распределенными по всей площади расчетного поперечного сечения. При действии изгибающего момента касательные усилия, воспринимаемые сталефибробетоном и поперечной арматурой, принимают с учетом неупругой работы сталефибробетона и стержневой арматуры. Допускается касательные усилия, воспринимаемые сталефибробетоном и стержневой арматурой, принимать линейно изменяющимися по длине расчетного поперечного сечения в направлении действия момента с максимальными касательными усилиями противоположного знака у краев расчетного поперечного сечения в этом направлении.

Расчет на продавливание при действии сосредоточенной силы при фибровом армировании производят согласно п. 6.6.2, при действии сосредоточенной силы и комбинированном армировании - согласно п. 6.6.3, при действии сосредоточенных силы, изгибающего момента и фибровом армировании - согласно п. 6.6.4 и при действии сосредоточенных силы, изгибающего момента и комбинированном армировании - согласно п. 6.6.5.

Расчетный контур поперечного сечения принимают:

при расположении площадки передачи нагрузки внутри плоского элемента - замкнутым и расположенным вокруг площадки передачи нагрузки (рис. 6.12, б, г);

при расположении площадки передачи нагрузки у края или угла плоского элемента - в виде двух вариантов: замкнутым и расположенным вокруг площадки передачи нагрузки и незамкнутым, следующим от краев плоского элемента (рис. 6.12, а, в), в этом случае учитывают наименьшую несущую способность при двух вариантах расположения расчетного контура поперечного сечения.

При действии момента в месте приложения сосредоточенной нагрузки половину этого момента учитывают при расчете на продавливание, а другую половину учитывают при расчете по нормальным сечениям по ширине сечения, включающим ширину площадки передачи нагрузки и высоту сечения плоского элемента по обе стороны от площадки передачи нагрузки.

При действии сосредоточенных моментов и силы в условиях прочности соотношения между действующими сосредоточенными моментами M, учитываемыми при продавливании, и предельными принимают не более соотношения между действующим сосредоточенным усилием F и предельным .

Расчет сталефибробетонных элементов на продавливание при действии сосредоточенной силы

6.6.2 Расчет элементов на продавливание при действии сосредоточенной силы и фибровом армировании производят из условия:

, (6.86)

где F - сосредоточенная сила от внешней нагрузки;

- предельное усилие, воспринимаемое сталефибробетоном.

Усилие определяют по формуле:

, (6.87)

где - площадь расчетного поперечного сечения, расположенного на расстоянии 0,5 h от границы площади приложения сосредоточенной силы F с рабочей высотой сечения h (рис. 6.13).

Площадь определяют по формуле:

, (6.88)

где u - периметр контура расчетного поперечного сечения;

h - рабочая высота сечения.

6.6.3 Расчет сталефибробетонных элементов при комбинированном армировании на продавливание при действии сосредоточенной силы (рис. 6.14) производят из условия:

, (6.89)

где - предельное усилие, воспринимаемое поперечной арматурой при продавливании;

- предельное усилие, воспринимаемое сталефибробетоном, определяемое согласно п. 6.6.2.

Усилие , воспринимаемое поперечной арматурой, нормальной к продольной оси элемента и расположенной равномерно вдоль контура расчетного поперечного сечения, определяют по формуле:

, (6.90)

где u - периметр контура расчетного поперечного сечения, определяемый согласно п. 6.6.2;

- усилие в поперечной арматуре на единицу длины контура расчетного поперечного сечения, расположенной в пределах расстояния 0,5 h по обе стороны от контура расчетного сечения, определяемое по формуле:

, (6.91)

где - площадь сечения поперечной арматуры с шагом , расположенной в пределах расстояния 0,5 h по обе стороны контура расчетного поперечного сечения по его периметру.

При расположении поперечной арматуры не равномерно по контуру расчетного поперечного сечения, а сосредоточенно у осей площадки передачи нагрузки (крестообразное расположение поперечной арматуры) периметр контура и для поперечной арматуры принимают по фактическим длинам участков расположения поперечной арматуры и по расчетному контуру продавливания (рис. 6.12, г).

Значение принимают не более . Поперечную арматуру учитывают в расчете при не менее .

За границей расположения поперечной арматуры расчет на продавливание производят согласно п. 6.6.2, рассматривая контур расчетного поперечного сечения на расстоянии 0,5 h от границы расположения поперечной арматуры (рис. 6.14). При сосредоточенном расположении поперечной арматуры по осям площадки передачи нагрузки расчетный контур поперечного сечения бетона принимают по диагональным линиям, следующим от края расположения поперечной арматуры (рис. 6.12, г).

Поперечная арматура должна удовлетворять конструктивным требованиям, приведенным в разделе 8.

Расчет сталефибробетонных элементов на продавливание при действии сосредоточенных силы и изгибающего момента

6.6.4 Расчет сталефибробетонных элементов на продавливание при совместном действии сосредоточенных силы и изгибающего момента, при фибровом армировании (рис 6.13) производят из условия.

, (6.92)

где F - сосредоточенная сила от внешней нагрузки;

M - сосредоточенный изгибающий момент от внешней нагрузки, учитываемый при расчете на продавливание (п. 6.6.1);

и - предельные сосредоточенные сила и изгибающий момент, которые могут быть восприняты сталефибробетоном в расчетном поперечном сечении при их раздельном действии.

В сталефибробетонном каркасе зданий с плоскими перекрытиями сосредоточенный изгибающий момент равен суммарному изгибающему моменту в сечениях верхней и нижней колонн, примыкающих к перекрытию в рассматриваемом узле.

Предельную силу определяют согласно п. 6.6.2.

Предельный изгибающий момент определяют по формуле:

, (6.93)

где - момент сопротивления расчетного контура поперечного сечения, определяемый согласно п. 6.6.6.

При действии изгибающих моментов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях расчет производят из условия:

, (6.94)

где , и - сосредоточенные сила и изгибающие моменты в направлениях осей X и Y, учитываемые при расчете на продавливание (п. 6.6.1), от внешней нагрузки;

- предельные сосредоточенные сила и изгибающие моменты в направлениях осей X и Y, которые могут быть восприняты сталефибробетоном в расчетном поперечном сечении при их раздельном действии.

Усилие определяют согласно п. 6.6.2.

Усилия и определяют согласно указаниям, приведенным выше, при действии момента соответственно в плоскости оси X и в плоскости оси Y.

При расположении сосредоточенной силы внецентренно относительно центра тяжести контура расчетного поперечного сечения значения изгибающих сосредоточенных моментов от внешней нагрузки определяют с учетом дополнительного момента от внецентренного приложения сосредоточенной силы относительно центра тяжести контура расчетного поперечного сечения.

6.6.5 Расчет сталефибробетонных элементов на продавливание при действии сосредоточенных силы и изгибающего момента при комбинированном армировании (рис. 6.14) производят из условия:

, (6.95)

где F и M - по п. 6.6.4;

и - предельные сосредоточенные сила и изгибающий момент, которые могут быть восприняты сталефибробетоном в расчетном поперечном сечении при их раздельном действии;

и - предельные сосредоточенные сила и изгибающий момент, которые могут быть восприняты поперечной арматурой при их раздельном действии.

Усилия , и определяют согласно пп. 6.6.3 и 6.6.4.

Усилие , воспринимаемое поперечной арматурой, нормальной к плоскости элемента и расположенной равномерно вдоль контура расчетного сечения, определяют по формуле:

, (6.96)

где и - определяют согласно пп. 6.6.3 и 6.6.7.

При действии сосредоточенных изгибающих моментов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях расчет производят из условия

, (6.97)

где F, и - согласно п. 6.6.4;

и - предельные сосредоточенные сила и изгибающие моменты в направлениях осей X и Y, которые могут быть восприняты сталефибробетоном в расчетном поперечном сечении при их раздельном действии;

, и - предельные сосредоточенные сила и изгибающие моменты в направлениях осей X и Y, которые могут быть восприняты поперечной арматурой при их раздельном действии.

Усилия , , и определяют согласно пп. 6.6.3 и 6.6.4. Усилия и определяют согласно рекомендациям, приведенным выше, при действии изгибающего момента соответственно в направлении оси X и оси Y.

Значения в условиях (6.95) и (6.97) принимают не более , , , соответственно.

Поперечная арматура должна отвечать конструктивным требованиям, приведенным в разделе 8.

6.6.6 В общем случае значения момента сопротивления расчетного контура сталефибробетона при продавливании в направлениях взаимно перпендикулярных осей X и Y определяют по формуле:

, (6.98)

где - момент инерции расчетного контура относительно осей и , проходящих через его центр тяжести (рис. 6.12);

- максимальное расстояние от расчетного контура до его центра тяжести.

Значение момента инерции определяют как сумму моментов инерции отдельных участков расчетного контура поперечного сечения относительно центральных осей, проходящих через центр тяжести расчетного контура.

Положение центра тяжести расчетного контура относительно выбранной оси определяют по формуле:

, (6.99)

где - длина отдельного участка расчетного контура;

- расстояние от центров тяжести отдельных участков расчетного контура до выбранных осей.

Для замкнутого прямоугольного контура (рис. 6.12, б, г) с длиной участков и в направлении осей X и Y центр тяжести расположен в месте пересечения осей симметрии контура.

Значение момента инерции расчетного контура определяют по формуле:

, (6.100)

где - момент инерции участков контура длиной и относительно осей и , совпадающих с осями Y и X.

Значения определяют по формулам (6.101) и (6.102), принимая условно ширину каждого участка контура длиной и , равной единице:

; (6.101)

. (6.102)

Значения определяют по формуле:

, (6.103)

или . (6.104)

Для незамкнутого расчетного контура, состоящего из трех прямолинейных участков длиной и (рис. 6.12, в), например, при расположении площадки передачи нагрузки (колонны) у края плоского элемента (плиты перекрытия), положение центра тяжести расчетного контура в направлении оси X определяют по формуле:

, (6.105)

а в направлении оси Y - центр тяжести расположен по оси симметрии расчетного контура.

Значения момента инерции расчетного контура относительно центральных осей и определяют по формуле (6.100).

Значения и определяют по формулам:

; (6.106)

. (6.107)

Значения и определяют по формулам:

; (6.108)

. (6.109)

Значения и определяют по формулам:

и ; (6.110)

. (6.111)

При расчете принимают наименьшие значения моментов сопротивления .

Для незамкнутого расчетного контура, состоящего из двух прямолинейных участков длиной и (рис. 6.12, а), например, при расположении площадки передачи нагрузки (колонны) вблизи угла плоского элемента (плиты перекрытия), положение центра тяжести расчетного контура в направлении осей X и Y определяют по формуле:

. (6.112)

Значения момента инерции расчетного контура относительно центральных осей и определяют по формулам (6.106) и (6.108).

Значения и определяют по формулам:

; (6.113)

; (6.114)

; (6.115)

. (6.116)

Значения и определяют по формулам:

и ; (6.117)

и . (6.118)

При расчете принимают наименьшие значения моментов сопротивления и .

6.6.7 Значения моментов сопротивления поперечной арматуры при продавливании в том случае, когда поперечная арматура расположена равномерно вдоль расчетного контура продавливания в пределах зоны, границы которой отстоят на расстоянии в каждую сторону от контура продавливания сталефибробетона (рис. 6.14), принимают равными соответствующим значениям и .

При расположении поперечной арматуры в плоском элементе сосредоточенно по осям грузовой площадки, например, по оси колонн (крестообразное расположение поперечной арматуры в перекрытии) моменты сопротивления поперечной арматуры определяют по тем же правилам, что и моменты сопротивления сталефибробетона, принимая соответствующую фактическую длину ограниченного участка расположения поперечной арматуры по расчетному контуру продавливания и (рис. 6.12, г).

7 Расчет элементов сталефибробетонных конструкций по предельным состояниям второй группы

7.1 Общие положения

7.1.1 Расчеты по предельным состояниям второй группы включают:

- расчет по раскрытию трещин;

- расчет по раскрытию трещин нормальных и наклонных к продольной оси элемента;

- расчет по деформациям.

Расчет по закрытию трещин для сталефибробетонных конструкций не производится.

7.1.2 Расчет по образованию трещин производят для проверки необходимости расчета по раскрытию трещин, а также для проверки необходимости учета трещин при расчете по деформациям.

7.1.3 При расчете по предельным состояниям второй группы нагрузки принимают с коэффициентом надежности по нагрузке .

7.2 Расчет сталефибробетонных элементов по раскрытию трещин

Общие положения

7.2.1 Расчет сталефибробетонных элементов по раскрытию трещин производят в тех случаях, когда соблюдается условие:

, (7.1)

где M - изгибающий момент от внешней нагрузки относительно оси, нормальной к плоскости действия момента и проходящей через центр тяжести приведенного поперечного сечения элемента;

- изгибающий момент, воспринимаемый нормальным сечением элемента при образовании трещин, определяемый согласно п. 7.2.2.

Для центрально растянутых элементов ширину раскрытия трещин определяют при соблюдении условия:

, (7.2)

где N - продольное растягивающее усилие от внешней нагрузки;

- продольное растягивающее усилие, воспринимаемое элементом при образовании трещин, определяемое согласно п. 7.2.6.

7.2.2 Расчет сталефибробетонных элементов производят по непродолжительному и продолжительному раскрытию трещин.

Непродолжительное раскрытие трещин определяют от совместного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок, продолжительное - только от постоянных и временных длительных нагрузок (п. 4.2.4).

7.2.3 Расчет по раскрытию трещин производят из условия:

, (7.3)

где - ширина раскрытия трещин от действия внешней нагрузки, определяемая согласно пп. 7.2.4, 7.2.7 и 7.2.10;

- предельно допустимая ширина раскрытия трещин.

Значения принимают по таблице 4.1.

7.2.4 Ширину раскрытия трещин определяют исходя из взаимных смещений растянутой арматуры и бетона по обе стороны трещины на уровне оси арматуры и принимают:

при продолжительном раскрытии

, (7.4)

при непродолжительном раскрытии

, (7.5)

где - ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;

- ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок;

- ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок.

Значения , и определяют с учетом влияния продолжительности действия соответствующей нагрузки.

Определение момента образования трещин, нормальных к продольной оси элемента

7.2.5 Момент трещинообразования для сталефибробетонных элементов определяют по формуле:

для элементов без предварительного напряжения арматуры:

, (7.6)

для предварительно напряженных элементов:

, (7.7)

где - момент сопротивления для крайнего растянутого волокна сечения с учетом неупругих деформаций растянутого бетона, определяется по формуле:

, (7.8)

где , и - моменты инерции сжатой зоны бетона, площадей сечения фибровой или фибровой и стержневой арматуры, расположенной соответственно в сжатой и растянутой зонах сечения относительно нулевой линии;

- статический момент площади сечения растянутой зоны бетона относительно нулевой линии;

- отношение модулей упругости фибровой арматуры и бетона .

Положение нулевой линии определяется по формуле:

, (7.9)

где и - статические моменты площадей сечения сжатой зоны бетона, площадей сечения фибровой или фибровой и стержневой арматуры, расположенной в сжатой и растянутой зонах сечения относительно нулевой линии;

- площадь сечения растянутого бетона;

h - высота сечения элемента.

Значение в формуле (7.7) определяется по формуле:

, (7.10)

где - момент усилия относительно оси, параллельной нулевой линии и проходящей через ядровую точку, наиболее удаленную от растянутой зоны, трещиностойкость которой нужно определить.

В формуле (7.7) знак "+" следует принимать, когда направление моментов и противоположны, знак "-" - когда направления совпадают.

Значения , , и вычисляются с коэффициентами фибрового армирования по площади , и , определяемыми по формулам:

; (7.11)

; (7.12)

. (7.13)

Коэффициенты , и , учитывающие ориентацию фибр в полках и ребре, для тавровых и двутавровых сечений принимаются по табл. 6.1 и 6.2.

Значение коэффициента определяется по формуле:

; (7.14)

здесь ,

где - длина заделки фибры в бетоне, определяется согласно п. 6.2.6;

- длина фибры;

M и - изгибающие моменты (п. 7.2.1);

- расчетный изгибающий момент (из расчета по предельным состояниям первой группы).

7.2.6 Усилие при образовании трещин в центрально растянутых элементах определяют по формуле:

, (7.15)

здесь - площадь приведенного поперечного сечения элемента, определяемая по формуле:

; (7.16)

где - площадь поперечного сечения соответственно бетона, растянутой и сжатой стержневой арматуры;

- коэффициент приведения арматуры к бетону, определяемый по формуле:

.

Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси элемента

7.2.7 Ширину раскрытия трещин (мм), нормальных к продольной оси элемента, при комбинированном армировании следует определять по формуле:

, (7.17)

где - коэффициент, принимаемый равным для элементов:

          изгибаемых и внецентренно сжатых ......................... 1,0;

          растянутых ............................................... 1,2;

- коэффициент, принимаемый р