Контроль трещин. Общие положения. Минимальная площадь арматуры

7.3  Контроль трещин

7.3.1 Общие положения

(1)Р Трещинообразование необходимо ограничивать до степени, при которой оно не будет влиять на надлежащее функционирование и долговечность конструкции или ухудшать ее внешний вид.

(2) Трещинообразование является обычным в железобетонных конструкциях, подверженных изгибу, срезу, кручению или растяжению, которые возникают при непосредственном приложении нагрузки или ограничении или вынужденных деформациях.

(3) Трещины могут появляться также по другим причинам, таким как пластическая усадка или химические реакции расширения внутри затвердевшего бетона. Такие трещины могут быть недопустимо большими, но их исключение и контроль вне правил, установленных в настоящем подразделе.

(4) Образование трещин может быть допущено без проверки ширины их раскрытия, если они
не влияют на функционирование конструкции.

(5) Предельное значение w_max для расчетной ширины раскрытия w_k должно быть установлено
с учетом предполагаемого назначения и вида конструкции, а также расходов на ограничение трещино­образования.

Примечание — Значение w_max может быть указано в национальном приложении. Рекомендуемые значения для соответствующих классов эксплуатации приведены в таблице 7.1N.

Если отсутствуют специальные требования (например, водонепроницаемость), может быть принято, что ограничение расчетной ширины трещин до значений w_max согласно таблице 7.1N, при практически постоянном сочетании нагрузок, будет, как правило, соблюдаться для железобетонных конструкций зданий относительно их внешнего вида и долговечности.

Долговечность предварительно напряженных конструкций может быть более критически зависима от трещинообразования. Если отсутствуют более точные требования, может быть принято, что ограничение расчетной ширины трещин до значений w_max согласно таблице 7.1N, при частом сочетании нагрузок, будет, как правило, достаточным для предварительно напряженных элементов. Ограничение декомпрессии требует, чтобы все части напрягаемого элемента, имеющего сцепление с бетоном, или канал были расположены
не менее чем на 25 мм внутри сжатого бетона.

 

Таблица 7.1N — Рекомендуемые значения w_max                                                                                          В миллиметрах

Класс эксплуатации

Железобетонные элементы и предварительно напряженные элементы с напрягающими
элементами, не имеющими сцепления с бетоном

Предварительно напряженные
элементы с напрягающими элементами, имеющими сцепление с бетоном

Практически постоянное
сочетание нагрузок

Частое сочетание нагрузок

Х0, ХС1

0,4¹⁾

0,2

ХС2, ХС3, ХС4

0,3

0,2²⁾

XD1, XD2, XS1, XS2, XS3

Декомпрессия

¹⁾ Для классов эксплуатации Х0 и ХС1 ширина раскрытия трещины не влияет на долговечность, и это предельное значение используется для обеспечения, как правило, допустимого внешнего вида исходя из эстетико-психологических требований. Если отсутствуют требования к внешнему виду, то данное предельное значение может быть повышено.

²⁾ Для данных классов эксплуатации дополнительно необходимо проверить декомпрессию при практически постоянном сочетании нагрузок.

 

(6) Для конструкций, имеющих напрягающие элементы, без сцепления с бетоном, применяются те же требования, что и для железобетонных элементов. Для конструкций с комбинацией напрягающих элементов, имеющих и не имеющих сцепление с бетоном, распространяются те же требования, что и для предварительно напряженных конструкций с напрягающими элементами, имеющими сцепление с бетоном.

(7) Особые меры необходимы для элементов, находящихся в условиях класса эксплуатации XD3. Выбор соответствующих мер будет зависеть от вида агрессивного вещества (агента).

8) При использовании моделей «распорка — тяж», с распорками, ориентированными вдоль траекторий сжимающих напряжений и работающими без трещин, возможно использовать усилия в тяжах для определения соответствующих напряжений в стали и расчета ширины трещины (см. 5.6.4 (2)).

(9) Ширина раскрытия трещины может быть определена согласно 7.3.4. Упрощенная альтернатива заключается в ограничении диаметра стержней или расстояний между ними согласно 7.3.3.

(1)Р Если требуется контроль ширины раскрытия трещин, необходимо установить минимальное количество арматуры, имеющей сцепление с бетоном, для контроля трещинообразования в зонах,
в которых ожидается растяжение. Требуемое количество арматуры может быть рассчитано из условия равновесия между растягивающим усилием в бетоне непосредственно перед образованием трещин и растягивающим усилием в арматуре при ее текучести или при меньшем напряжении, если это необходимо для ограничения ширины трещин.

(2) Если более строгий расчет показывает, что меньшая площадь сечения арматуры будет достаточной, требуемая минимальная площадь арматуры может быть рассчитана следующим образом. При профильных сечениях, таких как тавровые балки и коробчатые балки, минимальное армирование должно быть определено для каждой части сечения (стенок, полок) по формуле

                                                              (7.1)

где A_s,min  — минимальная площадь сечения арматурной стали в пределах растянутой зоны;

A_ct        — площадь растянутой зоны бетона. Растянутая зона — это та часть сечения, которая, согласно расчету, растянута перед образованием первой трещины;

s_s          — абсолютное значение максимального напряжения, допускаемого в арматуре непосредственно после образования трещины. Оно может быть принято как предел теку­чести арматуры f_yk. Однако меньшее значение может потребоваться для обеспечения предельных значений ширины раскрытия трещины в соответствии с максимальным диаметром стержня или расстоянием (шагом) между стержнями (см. 7.3.3 (2));

f_ct,eff      — среднее значение прочности бетона при растяжении во время, когда впервые может произойти возникновение трещин, f_ct,eff = f_ctm, или менее, (f_ctm(t), если образование трещин ожидается ранее чем через 28 сут;

k    — коэффициент, учитывающий влияние неравномерных самоуравновешенных напряжений, которые приводят к снижению ограничивающих усилий: k = 1,0 — для ребер
с h £ 300 мм или полок с шириной менее 300 мм; k = 0,65 — для ребер с h ³ 800 мм или полок с шириной более 800 мм; промежуточные значения определяются интерполяцией;

k_c          — коэффициент, учитывающий распределение напряжения в сечении непосредственно перед образованием трещин и изменение плеча внутренней пары сил: для чистого растяжения k = 1,0; для изгиба или изгиба совместно с продольными силами:

для прямоугольных сечений и ребер коробчатых сечений и Т-сечений

                                              (7.2)

для полок коробчатых сечений и Т-сечений

                                                           (7.3)

здесь s_c — среднее напряжение бетона, действующее на рассматриваемую часть сечения:

;                                                                             (7.4)

N_Ed  — осевая сила в предельном состоянии по эксплуатационной пригодности, которая воздействует на рассматриваемую часть сечения (усилие сжатия обозначено положительным знаком). N_Ed должна быть определена при характеристических значениях предварительного напряжения и осевых сил при соответствующем сочетании воздействий;

h* = h   — для h < 1,0 м;

h* = 1,0 м — для h ³ 1,0 м;

k₁  — коэффициент, учитывающий влияние осевых сил на распределение напряжения:

k₁ = 1,5, если N_Ed — сжимающая сила;

, если N_Ed — растягивающая сила;

F_cr — абсолютное значение растягивающего усилия в полке непосредственно перед образованием трещин при моменте трещинообразования, рассчитанном при f_ct,eff.

(3) Напрягающие элементы, имеющие сцепление с бетоном, в растянутой зоне могут быть учтены при расчете трещиностойкости в пределах расстояния от центра напрягающего элемента не более 150 мм. Это влияние может быть учтено добавлением слагаемого  в левую часть формулы (7.1),

где       — площадь сечения предварительно напрягаемых и пост-напрягаемых арматурных элементов в пределах эффективной площади A_c,eff;

A_c,eff  — эффективная площадь растянутого бетона, окружающего арматуру или напрягающие элементы, с высотой h_c,ef, причем h_c,ef принимается как меньшее значение
2,5 · (h – d); (h – x)/3; h/2 (рисунок 7.1);

Ds_p    — отклонение напряжения в напрягающих элементах от состояния нулевых относительных деформаций в бетоне на том же уровне;

x₁         — поправочный коэффициент прочности сцепления, учитывающий различные диаметры напрягаемой и арматурной стали:

,                                                                         (7.5)

здесь x — отношение прочностей сцепления напрягаемой и арматурной стали согласно таблице 6.2;

Æ_s — наибольший диаметр арматурной стали;

Æ_p — эквивалентный диаметр напрягающих элементов согласно 6.8.2. Если для ограничения ширины раскрытия трещин используется только напрягаемая сталь,
то действует условие

(4) В предварительно напряженных элементах не требуется никакой минимальной арматуры
в сечениях, в которых при характеристическом сочетании нагрузок и характеристическом значении усилия предварительного напряжения бетон сжат или абсолютное значение растягивающих напряжений в бетоне менее s_сt,p.

Примечание — Значение для s_сt,p может быть указано в национальном приложении. Рекомендуемое значение равно f_ct,eff согласно 7.3.2 (2).

Рисунок 7.1 — Эффективная площадь растяжения (типичные случаи):