Основные физико-механические свойства бетона

Основные физико-механические свойства бетона

Б-н - иск кам м-л, полученный в рез-те тв-ния рац-но подобранной смеси из ВВ, воды, крупного и мелкого запол-ля. Д. обладать след физ-мех св-вами: необх проч-ть, хорошее сцепление с арм-рой, достаточная непроницаемость (для защиты арм-ры от коррозии), спец св-вами (морозост-ть, жарост-ть, ст-ть к агрес возд-ям среды).

Структура б-на оказывает огромное влияния на проч-ть и деф-сть. Наибе важным фактором явл-ся кол-во воды, применяемое для пригот-ния смеси, оцениваемое в водоцем соотн-ииW/C, т.е. отн-нии взвешенного кол-ва воды к кол-ву цемента в ед объема бет смеси. Избыточ хим-ки несвязанная вода вступает в хим соед-ия с ч-цами цемента и частично заполняют поры в цем камне и в полостях м/у зернами крупного зап-ля и, постепенно испаряясь, освобождают их. С ↓W/C пористость цем камня ↓, а проч-ть ↑. Длит пр-сы происходящие в б-не (изм-ие водного баланса, ↓объема тв-щего геля, рост упругих кристал сростков) наделяют б-н упругопластич св-вами.

Усадка б-на -св-во б-на ↓ в объеме при тв-нии в обыч воздуш среде. Набухание - увеличение объема б-на при тв-нии в воде. Усадка зависит от след факторов: 1. кол-во и вид цемента (чем больше цемента, тем меньше его усадка); 2. кол-во воды (чем больше W/C, тем больше усадка); 3. крупность запол-ля (усадка больше при мелкозернистых песках и пористом щебне, усадка меньше при разной крупности зерен и меньшем объеме пустот); 4. гидравлич добавки и ускорители тв-ния (увелич-ют усадку). Чем меньше влаж-ть окр среды, тем больше усадоч деф-ции и выше ск-ть их роста. Усадка ускор-ся под нагрузкой (при длит сжатии), а при длит раст-нии – умен-ся. Усадка б-на наиб интенсивна в нач период тв-ния и в течении 1го года, а в дальнейшем постепенно затухает.

Проч-ть б-на. Бетон представляет собой неоднород мат-л и внеш нагрузка создает в нем сложное напряжен сост-ие. В бет образце подвергнутом сжатию, напр-ие концен-ся на более жестких ч-цах, обладающим большим модулем упругости. В то же время происходит концен-ция напр-ий в местах ослабленных порами и пустотами. Кубиковая проч-ть (R). При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва б-на в попер направ-ии. Си­лы трения, направ-ые внутрь, препятствуют свобод­ным попер деф-циям куба и создают эф-т обоймы. Удерж-щее влияние сил трения по мере уда­ления от торц граней куба умен-ся, поэтому после разрушения куб приобретает форму пирамид. При утсранении влияния сил трения смазкой контактных пов-тей, попер деф-ции проявл-ся свободно, трещины стан-ся верт, параллел действию сж-щей силы. Согласно стандарту кубы исп-­ют без смазки контактных пов-тей.с ребром 150мм. Призмен проч-ть (R_b). В расчетах проч-ти кубик проч-ть не применима, т.к. кон-ции отлич-ся по форме от куба. Поэтому исп-ют призмен проч-ть – врем сопр-ие осевому сжатию призмы с отн-ем высоты к стороне осн-ия h/a=4. Про-ть б-на на осевое раст-ние (R_bt) опроед-ся испытанием на разрыв образцов в виде восьмерок, на раскалывание в виде цилиндров и на изгиб в виде балок.Зависит от проч-ти цем камня на раст-ние и сцепле­ния его с зернами запол-ля. 10-.20 раз меньше, чем при сжатии, и уменьшается с увел-нием кл б-на. Проч-ть б-на на срез и скалывание. В чистом ви­де срез представляет собой разделение эл-та на 2 части по сечению, к к-му приложены перерез-­щие силы, сущест сопр-ние срезу оказывают зерна крупных запол-лей, раб-щие, как шпонки, в пл-ти среза. При срезе распред-ие напр-ий по площади сечения считается равномерным. В кон-циях чистый срез встречается редко; обычно он сопровождается действием продол сил R_Sh =2R_bt. Сопр-ние б-на скалыванию возн-ет при из­гибе ж/б балок до появл-ия в них накл трещин. Скал-щие напр-ия по высоте се­чения изм-ся по квадратной параболе.

Деф-сть б-на. В б-не различают деф-ции 2х осн видов: 1. Объемные, развив-щиеся во всех направ-ях под влиянием усадки, изм-ия тем-ры и вл-ти. 2. Силовые, развив-щиеся гл об­разом вдоль направ-ия действия сил. Б-ну св-венно нелин деф-ние. На­чиная с малых напряжений, в нем, помимо упругих де­ф-ций, развив-ся неупругие остаточные или пла­стич деф-ции. Поэтому силовые деф-ции в завис-ти от хар-ра приложения нагрузки и длит-сти ее действия подразделяют на 3 вида: 1) При однократном загружении кратковрем нагрузкой (в нач стадии в б-не проявл-ся в осн упругие деф-ции, преобладание пластич деф-ций проявл-ся по мере приближения к призмен проч-ти б-на, ч/з нек-ое время после снятия нагрузки часть деф-ций восст-ся; после неск-их повтор кратковрем нагружений структур несовер-ва б-на стабил-ся, кривая вырав-ся и приближается к прям упруг деф-ций). 2) При однократдлит загружении. При длит действии пост нагрузки деф-ции камен, бет и ж/б кон-ций не остаются неизмен-ми, а увелич-ся во времени.Св-ва б-на, хар-щиеся нарастанием не­упругих деф-ций с течением времени при пост напр-ях, назт ползучестью б-на. Деф-ции ползучести силовые деф-ции, т.е. с ↑-ся с повышением уровня напр-ий. Наиб интенсивное нарастание этих деф-ций набл-ся в 1ые 3-4мес.Релаксацией напр-ий – пр-с снижения напр-ий, происходящий в б-не при стеснении его деф-цией. Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Эти св-ва наз реалогич св-вами б-на. 3) При многократ повтор нагружении. Эти нагрузки м. иметь стат или динам хар-р. Если при загр-ии образца напр-ия не превышают предела выносливости б-на, то деф-ции постепенно затухая достигают предел величины и стабил завис-ть м/у напр-ями и деф-циями сохр-ся при неогран большом числе циклов загружения. Если напр-ия в образцах превышают предел выносливости, то кривая деф-ций после неск-ких циклов начмнает выгибаться в противополож сторону и наступает хрупкое разрушение. При циклич нагрузках вибрац хар-ра в присутствии стат пригруза происходит снижение длит проч-ти до предела выносливости б-на, появл-ся виброползучесть. 4) Предел деф-ции при осевом раст-ии и сжатии – относит ср удлинения или укорочения в м-т разрушения центр раст или центр сж образцов, испытанных согласно ГОСТ.

 

 

Метод расчета конструкций по предельным состояниям

Сущность: для кон-ций четко установлене предел сост-ия и система расч коэф-ов, введение к-ых гарантирует, что такое сост-ие не наступит при самых неблагоприят сочетаниях нагрузок и при наим значениях прочностных хар-к мат-ла. Проч-ть сечения опред-ют по стадии разрушения, но безоп-ть работы кон-ции под нагрузкой оценивают указанной системой расч коэф-ов.

Предел счит-ся сост-ия, при к-ых кон-ции перестают удовл-ть предъявляемым к ней пр-се экспл-ции треб-ям, т.е. теряют сп-ть сопр-ся внеш нагрузкам и возд-ям или получают недопустимые перемещения или мест повреждения.

Все жбк д. удов-ть треб-ям расчета по 2-м группам предел сост-ий: 1.по несущ сп-ти; 2.по пригодности к норм экспл-ции. Расчет по предел сост-ям I гр вып-ют, чтобы предотвратить след явл-ия: хрупкое, вязкое или иного хар-ра разрушение (расчет по проч-ти); потеря устой-ти формы кон-ции (расчет на устой-ть тонкостенных кон-ций или ее положения, т.е расчет на опрокидывание., скольжение подпорных стен, внеценр нагружен высоких фун-тов, расчет на всплытие заглубленных или подземных резервуаров); усталостное разрушение (расчет на выносливость кон-ций, находящ-ся под действием многократно повторяющейся нагрузки); разрушение на совместные действия сил. факторов и неблагоприят влияний внеш среды. Расчет по предел сост-ям II группы вып-ют, чтобы предотвратить след яв-ия: образование чрезмерного и продолжит раскрытия трещин, если по условию экспл-ции они допустимы; чрезмерные перемещения (прогибы, углы поворота, углы перекоса).

Расчет по предел сост-ям кон-ций в целом, а также отдел ее эл-тов и частей вып-ют для всех этапов 9изгот-ие, тарнс-ие, монтаж, экспл-ция). При этом расч схемы д. отвечать принятым конструктив решениям и каждому из перечисленных этапов. Расч факторы (нагрузки) обладают стат изменчивостью. В расчетах ее необх-мо учитывать. Также вып-ют учет факторов нестат хар-ра различ физ, хим и мех усл-ий работы б-на и арм-ры, а также особен-ти изгот-ия и экспл-ции эл-тов.

 

Дощатые настилы

Настилы из досок и брусков исп-ют в покрытиях неотаплив зд и в покрытиях отаплив зд с холод чердаком. Настилы уч-ют в обеспечении простран жест-ти и устой-ти покрытий зд и соор. Тем не менее, они относятся к менее ответственным кон-ям, для их изгот-ия допускается исп-ть пиломатериалы III сорта. Настилы м.б. построечного изгот-ния или выпускаться в виде готовых щитов покрытия заводского изгот-ния. Различают 2 типа настилов: продол (доски раб слоя располагаются перпен-но коньку кровли) и попер (доски раб слоя располагаются // коньку кровли). Попер настилы конструируют однослойными, разряженными в виде обрешетки (под кровлю из волнистых листов, черепицы) или в виде двойного перекрестного настила под рулонную кровлю. Шаг досок однослойных, разряженных настилов опред-ся расчетом и типом кровли. Двойной перекрестный настил состоит из 2 слоев нижнего (раб), верхнего (защит). Толщина и шаг досок раб настила опред-ся расчетом. Доски раб настила д. иметь длину достаточную для перекрытия 2 пролетов. Защитный косой настил вып-ся из досок толщиной 16-32мм, шириной не менее 100мм, укладываемых под углом 45-60 к раб слою. Защитный слой обеспечивает совместную работу всех элементов настила, защищая кровлю от разрывов при коробление и растрескивании более толстых досок раб слоя.

Настил условно рассматривают как двухпролетные неразрезные балки. Расчет ведется для полосы настила шириной 1м с учетом числа досок раб слоя на этой ширине. Доски защит слоя учитывают т-ко при сборе нагрузок. При углах наклона кровли больше 10Å считается: 1. пост нагрузка от покрытия равномерно распределена по пов-ти кровли, 2. снег нагрузка зависит от формы покрытия и распред-ся на гориз проекцию кровли, 3. при угле наклона кровли до 30Å снег нагрузка не учитывается, 4. врем нагрузка от сосредоточо груза 1,2 кН (вес ч-ка с инструментом); при разряженном настиле с шагом досок более 15см нагрузка от соседнего груза передается на одну доску, а при сплошном - на 2; при двойном настиле груз считается распределенным на 0,5 м настила Р=2,4 кН.

Настилы рассч-ют на 2 сочетания нагрузок: 1. пост и врем снег нагрузка, 2. пост и врем от сосредоточ груза. На 1-ое сочетание нагрузок расчет ведется на проч-ть и жес-ть, на 2-е т-ко на прочность. Продол настил и двойной перекрестный рассч-ся т-ко на составляющие нагрузок перпенд-ые скату кровли. Скатные составляющие восприним-ся жесткой основой крыши, что обеспечивается конструктивными мероп-ями или косым настилом. Расчет попер разряжен настила из брусков произ-ся на косой изгиб.

Порядок расчета: 1. По величине мах м-та опред-ют треб м-т соприя. 2. По сортаменту принимают толщину досок раб настила. 3. Вычисляют треб общую ширину досок на расч полосе 1м. Если ширина =100см – сплошной, если меньше – разряженный, если больше – несущей сп-ти недостаточно, необх-мо увеличить толщину досок раб настила, или изменить конструкцию настила.

 

Клеефанерные балки

Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и дощатых поясов и м.б. с плоской или волнистой фанерной стенкой. Попер сечение клеефанер балки может быть двутавр или коробч. Так как при этом пояса удалены от нейтральной оси, то материал в таких балках используется более эф­-но. Для изгот-ия балок исп-ют пиломат-лы хвой пород I и II сорта и водостойкую фанеру марок ФСФ и ФБС.

Фанерная стенка помимо работы на сдвигающие уси­лия м. воспринимать и норм напр-ия (если волокна наруж шпонов расположены вдоль оси балки). Клеефанерные балки м.б. пост высоты, двускатными, а также с криволин верх поясом. Одним из важных преимуществ клеефанерных балок с криволинейным верхним поясом по сравнению с дву­скатными является то, что они не имеют стыка в коньке и поэтому могут быть выполнены полностью без металь­ными, что делает их более пригодными к применению в помещениях с агрес средой, в частности для хим произ-в. Клеефанер балки рассч-ют с учетом различ модулей упругости древ-ны поясов и фанерной стенки по приведенным геом хар-кам. Приведение осущ-ют к мат-лу, в к-ом находят напр-ния.

Осн правила конструирования: 1. Рекоменд пролеты 9-12 м. 2. Размеры попер сечения предварит задаются: h=(1/10 – 1/20)l; h_П=(1/6 – 1/10)h. 3. Пояса балок вып-ют из досок толщиной не более 50мм и шириной не более 100мм. 4. Фанерная стенка приним-ся >8мм. 5. Стыки фанер стенки по длине вып-ют «в ус» или в стык с накладками. 6. Для лучшего исп-ия несущей сп-сти фанер стенки листы фанеры располагают т.об., чтобы волокна ее рубашек были направ-ны вдоль оси балки. 7. Устой-ть верт стенки обеспеч-ся постановкой ребер жесткости ч/з 1/10 пролета, в крайних панелях сечения усиливают доплнит листом фанеры и подкосом жесткости. 8. Внутр полости коробчатых сечений обрабатывают комбинирован составом антисептиков и антиперенов.

 

Клееные деревянные арки

Прим-ют при стр-ве большепролетных общ и спорт зд, в произ и склад зд с хим-ки агрес средой.

Класс-ция: 1. По конструкт схеме: 3х- и 2хшарнирные. 2. По очертанию оси: круговые (l =18-63м); стрельчатые (18-45м); параболообразные (18-24м); треугольные (12-24м). 3. По типу попер сечения: сплошные (прямоугол, двутавр); спаренные; арм-ные и др. 4. По сп-бу восприятия распора: непоср-но ж/б фун-тами, несущ кон-циями каркаса зд или стал затяжкой.

Осн положения по проек-ию. Клееные ДА реком-ся проек-ть 3хшарнир стат-ки определимыми. Пролет арок l =18-60м и >. Шаг арок 3-6м. опред-ие геом хар-к ДА зависит от очертания их оси, наиб распространены арки кругового и стрельчатого очертания. Стат расчет арок ведется по общим правилам стр механики. Расч сечением арок явл-ся сечение с max изгиб м-том от наиб невыгодного сочит-я нагрузок. При этом же сочит-и опред-ют величину продол и попер сил в коньковом и опор узлах. Конструкт расчет закл-ся в подборе поер сечения по формулам для сжато-изгибаемых эл-тов в соотв. с треб-ями СНиП. При расчете арок на прос-ть и устой-ть в пл-ти кривизны расч длина приним-ся: l₀=0,35·S – для 2хшарнир арок и сводов; l₀=0, 8·S – для 3хшарн арок и сводов; l₀=0,5·S – для стрельчатых и треугольных арок. S – длина дуги всей арки. При расчет еарок на прос-ть по деформирован схеме и на устой-ть плоской формы деф-ия коэф-т, учит-щий дополнит м-т от продол силы при деф-ции оси эл-та опред-ся: , N_K – продол усилие в коньковом узле. После подбора сечения арки, констр-ют и расч-ют коньковый и опорный узлы и при необх-ти монтаж стык отправочных эл-тов.

Коньковый узел. КУ арок пролетом до 18 м решаются простым лобовым упором и перекрываются парными дерев или метал накладками на болтах. Толщина дерев накладок приним-ся =-ой половине ширины сечения арок, а стал – назнач-ся констр-но 10-20мм. Длина накладок опред-ся диаметром и шагом расстановки болтов и зависит от их кол-ва. Диаметрами болтов задаются и расставляют их по дли накладок с учетом треб-ний min рас-ий вдоль и поперек волокон древ-ны. (рис) Расчет узла ведут на действие попер силы от расч сочитания нагрузок, а п/накладка расм-ся как условная двухконсольная балка. Опред-ют min несущ сп-сть одного болта. При прим-нии метал накладок в узле за расч несущ сп-сть болта принимают max знач-е несущ сп-сти болта на изгиб. треб кол-во болтов рассчитывают в кажд верт ряду.. проверка торцов арки на смятие не произ-ся в в иду запаса проч-ти.

При пролетах арок >18м узлы решаются в виде классич шарниров. При этом δ пластин стал башмака назначается 10-20мм. Расчет крепления стал башмака к арке закл-ся в проверке усл-ия: равнодействующая усилий в наиб загружен болек от действия расч попер силы и м-та не превышает его min несущ сп-сти: , М_Б – расч м-т в башмаках: М_Б=Q·e, Q – расч попер сила в башмаке; е – рас-ие от оси шарнира до центра болтового соед-ния; z_max – max рас-ие м/у осями болтов в напрв-ии перпендик-ом к оси эл-та; Σz_i² – сумма квадратов рас-ий м/у рядами болтов; n_Б – число болтов в крайнем ряду параллел-ом оси эл-та; m_Б – общее кол-во болтов в башмаке. При невып-нии усл-ия необх-мо увеличить диаметр болтов или их кол-во, и повторить расчет. Затем подбирают терб радиус цилиндрич шарнира.

Опорный узел. В пролетах арок до 18м опорные узлы вып-ют простым лобовым упором с парными стал накладкаи (рис). Треб площадь смятия в ОУ опред-ся по продол сжи-щей силе. Попер сила воспринимается анкерными болтами, заделанными в фун-т или заклад деталью фун-та. Стал накладки башмака крепят к арке глухорями или болтами. Треб S сечения болтов и их необх кол-во опред-ют в соотв-ии с рассм-ми ранее формулами.

При пролетах >18м ОУ решают в виде классич шарниров, кон-ция узлов аналогисна кон-ции КУ. Кроме того, необх-мо учитывать мест напр-ия, возник-щие в узле в следствие опирания арки неполным сечением ч/з стал башмаки.

Конструк-но эти уч-ки арок усиливают фанер накладками на клею, стяжными хомутами или вклеенными стержнями.

 

 

Деревянные рамы

Прим-ся при стр-ве общ. и спорт. зд, произ и складских зданий с хим-ки агрес средой. Осн схем ДР, применяемых в ст-ве, большое множество. Наибольшее распространение, благодаря простоте изготовления и надеж-ти, получили гнуто-клееные рамы. Досчатые и брусчатые сборно-разборные рамы необх пролетов до 12 м исп-ют в каркасах холодных складов и навесах. Возможны пролеты рам до 60 м.

Класс-ция: 1. По конструк схеме: 3х- и 2хшарнирные. 2. По мат-лу: клееные дерев, клеефанерные, брусчатые и досчатые.

«+» (3-х шарнирных): хорошо работают на гориз нагрузки; геом неизмен-ть и попер устой-ть обеспечивается без жесткого защемления стоек в фун-те; по сравнению с арками проще устройство огражд кон-ций. «-»: в карнизных узлах появл-ся значит изгиб м-ты.

Осн положения по проек-нию. ДР реком-ся проек-ть 3-хшарнирными, стат-ки определимыми, 2-хшарнирные рамы с жесткими опорными узлами ограничены в применении из-за сложности констр-ния узлов, обеспечивающих жесткую заделку дерев стоек-рам в фун-т. Пролеты рам l =12-24 (60м). Угол наклона ригеля α 14-45⁰. Шаг рам приним-ся из технико-экон сооброжений и составляетет 3; 4,5; 6м. Ширина сечения клееных ДР назначается аналогичноно др клееным кон-циям с учетом сущ-щего сортамента пиломат-лов и нормируемых пропусков на обработку боковых пов-тей кон-ций, составляет b =140-240мм. Высота рам в карнизном узле опред-ся расчетом и назнач-ся в приделах (1/12-1/30) пролета. Высота сечения ригеля рам в коньковом узле приним-ся не менее 0,3 высоты в карнизном узле, а в опорном сечении - ≥0,4 высоты в карниз узле. Прямолин эл-ты рам изгот-ся из слоев толщиной после острожки 32мм. Толщина на криволин уч-ках зависит от внутр радиуса кривизны в карнизном узле и назначается 16-24мм.

Определение геом хар-к зависит от констр особ-тей рам. Расч сочетанием нагрузок явл-ся загружение пост и снег нагрузками по всему пролету и загружение одностор снег нагрузкой на половине пролета. Ветровая нагрузка при высоте стоек рам до 4м и углах наклона ригеля до 14⁰ в расчетах не учитывается. Статич расчет рам ведется по общим правилам стр механики. Расч сечением рам явл-ся сечение в карнизном узле с max М_ИЗГ. Конструкт расчет закл-ся в подборе попер сечения по формулам для сжато-изгиб. эл-тов в соотв-вии со СНиП.

При проверке устой-ти плоской формы деф-ния 3хшарнирных рам из прямолин эл-тов с углом м/у осями ригеля и стойки >130⁰ для гнуто-клееных рам расч длину эл-та принимают равной длине п/рамы по осевой линии. При угле м/у ригелем и стойкой < 130⁰ расч длину эл-та принимают равной длинам ригеля и стойки по внеш кромке.

Коньковые узлы рам констр-ся и расч-ся аналогично коньковым узлам 3хшарнирных арок. Опорный узел расч-ся простым лобовым упором дерев стойки в метал башмак. Распор передается непоср-но на фун-т или воспроиз-ся затяжкой, расположенной ниже уровня пола.

 

Расчет деформаций основания

При проек-ии осн-ий вместе с ф-том расчет по деф-циям произ-ят после окончат назначения размеров подошвы фун-та для конкретного зд или соор, конкрет усл-ий возд-ия и экспл-ции, применительно к выбран стр площадке с учетом возм изм-ий при усл-ий осн-ия. Для проек-ия осн-ий и фун-тов необх-мо выявить наиб хар-ные виды деф-ций, установить их предел размеры для зд, соор-ий и их отдел кон-ций. Расчет деф-ций осн-ия допускается не вып-ть, если ср давление под фун-тами проек-го соор не превышает расч сопр-ия грунта осн-ия в соотв-ии с п.2.41-2.48 СНиП и вып-ся одно из след усл-ий: 1.степень изменчивости сжимаемости осн-ия меньше предельной (опред-емое по п.2.54а); 2.инж-геол усл-ия площадки стр-ва соотв-ют об-ти прим-ия типового проекта (по п.2.54в); 3)грунт усл-ия площадки стр-ва соор, перечислен в табл.6 СНиП, относятся к одному из вариантов, указанных в этой табл.

Осадки фун-тов. До начала расчета необх-мо убедиться в возм-ти исп-ия теории лин-но-деф-емых тел и проверить усл-ие: p<R. Осадки опред-ют от расч нагрузок с к-том надеж-ти по нагрузке γ_f=1. Осадка осн-ия вызывается дополнит давлением , равным полному давлению под подошвой фун-та за вычетом норм напр-ия от собств веса грунта на уровне подошвы фун-та: p₀=p-σ_zg.0. При план-ке с резкой σ_zg.0=γ’d. При отсутствии план-ки и план-ки подсыпкой: σ_zg.0=d_n, где γ’ – удел вес грунта, расположен выше подошвы ф-та, d, d_n – глубина заложение ф-та от уровня план-ки и от уровня прир рельефа. Для опред-ия конеч осадок исп-ют м-ды механики грунтов: м-д послойного суммир-ия; эквивалентного слоя грунта; линейно-деформир-го слоя конечной толщины. Из-за различ упрощений и допущений осадки одного и того же ф-та, вычислен разными м-дами м. иметь расхождения в 1,5 и >раз. Поэтому прежде чем выбрать расч формулу, необх-мо ознакомиться с принятыми в ней допущениями и проанализ-ть в к-ой степени она отвечает усл0ям работы осн-ия ф-та.

 

 

Закрепление грунтов

Закрепление грунтов закл-ся в искус преобразова­нии стр св-в грунтов в усл-ях их ест залегания разнообразными физ-хим м-дами. В пр-се закрепления м/у ч-цами грунта возникают прочные структурные связи за счет инъецирования в грунт и последующего тв-ия опред реагентов. М-ды инъекционного закрепления грунтов, не сопровожда­емые мех, в особ-ти динам возд-ями, в осн применяют для усиления осн-ий соор-ий, защи­ты сущ-щих зд и соор при стр-ве новых, в т.ч. подзем сооружений, создания противофильтрационных завес.

Цементация грунтов. Прим-ют для упрочнения осн-ий под зд и соор при кап стр-ве и рек-ции для созд-ия противофильтрационных завес, для предания водонепрониц-ти породам при устрой-ве шахт и туннелей. Ц-ние представляет собой заполнение пустот, трещин и крупных пор ц-тным или ц-глин р-ром, образующим со временем тв камень. Для цементации песч и скал грунтов применяют забивные инъекторы или инъекторы-тампоны, опускаемые в пробуренные скважины.

Силикатизация грунтов. Прим-ся для хим закрепле­ния песков с к-том фильтрации 0,5-80м/сут, мак­ропористых просад грунтов с к-том фильтрации 0,2-2,0м/сут и отдел видов насып грунтов. Сущность м-да закл-ся в том, что в грунты нагнетается силикат натрия в виде р-ра (жидкое стекло), к-ым заполняется поровое пр-во и при наличии отвердителя образуется гель, тв-щий с течением времени.

Смолизация. Сущность закл-ся во введении в грунт высокомолекулярных орган соед-ний типа карбамидных, фенолформальдегидных и других синтет смол в смеси с отвердителями – к-тами, кислыми солями. Исп-ся в песч и лессовых просадочных грунтах. При этом в грунт ч/з систему иъекторов или скважин нагнетают синтет смолы с отвердителем.

Глинизация и битумизация. Глинизацию применяют для умень­шения водопрониц-ти песков. Технология глинизации закл-ся в нагнетании ч/з инъекторы, погруженные в песчаный грунт, водной суспензии глины. При повышении давления вода из р-ра отжимается и обезвоженное глинистое тесто заполняет пустоты и придает породе водонепрониц-ть. Сп-б горячей битумизации закл-ся в нагнетании расплавленного битума ч/з пробуренные скважины, к-ый при остывании в породе придает ей водонепрониц-ть. Сп-б холодной битумизации закл-ся в нагнетании битумной эмульсии ч/з пробуренные скважины.

Эл/хим закрепление грунтов. М-д прим-ют для закрепления водонасыщ глинистых грунтов в сочетании с эле­ктроосмосом. В этом м-де ч/з аноды в грунт подают водные р-ры солей многовалентных мет-лов, к-ые, соединяясь с глинистым грунтом, коагулируют глинистые ч-цы. Создаются глинистые агрегаты, сцементированные м/у собой гелями солей железа и алюминия. При этом проч-ть грунтов сущ-но возрастает, резко снижается их сп-ть к набуханию.

Термич закрепление грунтов. Наиб часто этот м-д исп-ся для устранения просадоч св-в макропористых лессовых грунтов. Глубина закрепляемой толщи достигает 20м. Сущность м-да заключ-ся в том, что ч/з грунт в течение неск-ких суток пропускают раскален­ный воздух или раскаленные газы. Под действием высокой тем­-ры отдел минералы, входящие в состав скелета, опла­вляются. В рез-те этого образ-ся прочные водостойкие стру­ктурные связи м/у ч-цами и агрегатами грунта. При тем-ре >900 происходит спекание грунта и оплывание стенок скважин, а при тем-ре <300 не происходит устранение просадоч св-в.

 

 

(38ч2)ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ.

Котлованами называют выемки, выполненные в грунте и предназначенные для различных целей: устройства фундаментов, монтажа подземных конструкций, прокладки туннелей и т. п. Выемки, имеющие малую ширину и большую длину, называют траншеями, а имеющие малые размеры в плане и большую глубину — шахтами.

На чертежах котлована (план и разрезы) указываются горизон­тальная и вертикальная привязки котлована к местности, основные оси, размеры поверху и понизу, абсолютные отметки дна и всех заглублений, заложение откосов.

Проект производства и организации работ содержит указания о способе производства работ, последовательности и сроках выпол­нения операций, комплекте машин и механизмов для производства работ, расстановке землеройных машин и транспортных средств в забое и т. д.

Целью защитных мероприятий является сохранение природной структуры грунтов в основании возводимых фундаментов и обес­печение устойчивости стенок котлована на все время производства строительных работ.

Так, у большинства неводонасыщенных грунтов при замачива­нии за счет изменения природной структуры уменьшаются про­чностные и деформативные характеристики. Отсюда требование — не допускать скапливания на дне котлована атмосферной или грунтовой воды, для чего проектом предусматриваются специаль­ные меры для защиты

котлована от обводнения (затопления повер­хностными или подтопления подземными водами).

При отрывке котлованов в зимнее время следует иметь в виду, что большинство влажных и водонасыщенных грунтов при промер­зании обладает пучинистыми свойствами. Чтобы предотвратить промерзание грунтов дна котлована, -их покрывают слоем шлака или другого аналогичного по свойствам материала.

Особое внимание при отрывке котлованов уделяется обеспече­нию устойчивости их стенок. Конструкции крепления стенок или откосов котлованов должны воспринимать все нагрузки от давле­ния грунта и подземных вод и защищать его от их оползания или обрушения.

Кроме того, при разработке котлованов и траншей в непосред­ственной близости и ниже уровня заложения примыкающих соору­жений необходима разработка специальных мероприятий против осадки и деформации этих сооружений. К таким мероприятиям относятся забивка шпунтовой стенки, ограждающей основание су­ществующего здания, или закрепление грунтов основания. При необходимости производится заглубление подошвы существующе­го фундамента ниже дна проектируемого котлована путем подвод­ки под него нового фундамента.

 

Основные физико-механические свойства бетона

Б-н - иск кам м-л, полученный в рез-те тв-ния рац-но подобранной смеси из ВВ, воды, крупного и мелкого запол-ля. Д. обладать след физ-мех св-вами: необх проч-ть, хорошее сцепление с арм-рой, достаточная непроницаемость (для защиты арм-ры от коррозии), спец св-вами (морозост-ть, жарост-ть, ст-ть к агрес возд-ям среды).

Структура б-на оказывает огромное влияния на проч-ть и деф-сть. Наибе важным фактором явл-ся кол-во воды, применяемое для пригот-ния смеси, оцениваемое в водоцем соотн-ииW/C, т.е. отн-нии взвешенного кол-ва воды к кол-ву цемента в ед объема бет смеси. Избыточ хим-ки несвязанная вода вступает в хим соед-ия с ч-цами цемента и частично заполняют поры в цем камне и в полостях м/у зернами крупного зап-ля и, постепенно испаряясь, освобождают их. С ↓W/C пористость цем камня ↓, а проч-ть ↑. Длит пр-сы происходящие в б-не (изм-ие водного баланса, ↓объема тв-щего геля, рост упругих кристал сростков) наделяют б-н упругопластич св-вами.

Усадка б-на -св-во б-на ↓ в объеме при тв-нии в обыч воздуш среде. Набухание - увеличение объема б-на при тв-нии в воде. Усадка зависит от след факторов: 1. кол-во и вид цемента (чем больше цемента, тем меньше его усадка); 2. кол-во воды (чем больше W/C, тем больше усадка); 3. крупность запол-ля (усадка больше при мелкозернистых песках и пористом щебне, усадка меньше при разной крупности зерен и меньшем объеме пустот); 4. гидравлич добавки и ускорители тв-ния (увелич-ют усадку). Чем меньше влаж-ть окр среды, тем больше усадоч деф-ции и выше ск-ть их роста. Усадка ускор-ся под нагрузкой (при длит сжатии), а при длит раст-нии – умен-ся. Усадка б-на наиб интенсивна в нач период тв-ния и в течении 1го года, а в дальнейшем постепенно затухает.

Проч-ть б-на. Бетон представляет собой неоднород мат-л и внеш нагрузка создает в нем сложное напряжен сост-ие. В бет образце подвергнутом сжатию, напр-ие концен-ся на более жестких ч-цах, обладающим большим модулем упругости. В то же время происходит концен-ция напр-ий в местах ослабленных порами и пустотами. Кубиковая проч-ть (R). При осевом сжатии кубы разрушаются вследствие разрыва б-на в попер направ-ии. Си­лы трения, направ-ые внутрь, препятствуют свобод­ным попер деф-циям куба и создают эф-т обоймы. Удерж-щее влияние сил трения по мере уда­ления от торц граней куба умен-ся, поэтому после разрушения куб приобретает форму пирамид. При утсранении влияния сил трения смазкой контактных пов-тей, попер деф-ции проявл-ся свободно, трещины стан-ся верт, параллел действию сж-щей силы. Согласно стандарту кубы исп-­ют без смазки контактных пов-тей.с ребром 150мм. Призмен проч-ть (R_b). В расчетах проч-ти кубик проч-ть не применима, т.к. кон-ции отлич-ся по форме от куба. Поэтому исп-ют призмен проч-ть – врем сопр-ие осевому сжатию призмы с отн-ем высоты к стороне осн-ия h/a=4. Про-ть б-на на осевое раст-ние (R_bt) опроед-ся испытанием на разрыв образцов в виде восьмерок, на раскалывание в виде цилиндров и на изгиб в виде балок.Зависит от проч-ти цем камня на раст-ние и сцепле­ния его с зернами запол-ля. 10-.20 раз меньше, чем при сжатии, и уменьшается с увел-нием кл б-на. Проч-ть б-на на срез и скалывание. В чистом ви­де срез представляет собой разделение эл-та на 2 части по сечению, к к-му приложены перерез-­щие силы, сущест сопр-ние срезу оказывают зерна крупных запол-лей, раб-щие, как шпонки, в пл-ти среза. При срезе распред-ие напр-ий по площади сечения считается равномерным. В кон-циях чистый срез встречается редко; обычно он сопровождается действием продол сил R_Sh =2R_bt. Сопр-ние б-на скалыванию возн-ет при из­гибе ж/б балок до появл-ия в них накл трещин. Скал-щие напр-ия по высоте се­чения изм-ся по квадратной параболе.

Деф-сть б-на. В б-не различают деф-ции 2х осн видов: 1. Объемные, развив-щиеся во всех направ-ях под влиянием усадки, изм-ия тем-ры и вл-ти. 2. Силовые, развив-щиеся гл об­разом вдоль направ-ия действия сил. Б-ну св-венно нелин деф-ние. На­чиная с малых напряжений, в нем, помимо упругих де­ф-ций, развив-ся неупругие остаточные или пла­стич деф-ции. Поэтому силовые деф-ции в завис-ти от хар-ра приложения нагрузки и длит-сти ее действия подразделяют на 3 вида: 1) При однократном загружении кратковрем нагрузкой (в нач стадии в б-не проявл-ся в осн упругие деф-ции, преобладание пластич деф-ций проявл-ся по мере приближения к призмен проч-ти б-на, ч/з нек-ое время после снятия нагрузки часть деф-ций восст-ся; после неск-их повтор кратковрем нагружений структур несовер-ва б-на стабил-ся, кривая вырав-ся и приближается к прям упруг деф-ций). 2) При однократдлит загружении. При длит действии пост нагрузки деф-ции камен, бет и ж/б кон-ций не остаются неизмен-ми, а увелич-ся во времени.Св-ва б-на, хар-щиеся нарастанием не­упругих деф-ций с течением времени при пост напр-ях, назт ползучестью б-на. Деф-ции ползучести силовые деф-ции, т.е. с ↑-ся с повышением уровня напр-ий. Наиб интенсивное нарастание этих деф-ций набл-ся в 1ые 3-4мес.Релаксацией напр-ий – пр-с снижения напр-ий, происходящий в б-не при стеснении его деф-цией. Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Эти св-ва наз реалогич св-вами б-на. 3) При многократ повтор нагружении. Эти нагрузки м. иметь стат или динам хар-р. Если при загр-ии образца напр-ия не превышают предела выносливости б-на, то деф-ции постепенно затухая достигают предел величины и стабил завис-ть м/у напр-ями и деф-циями сохр-ся при неогран большом числе циклов загружения. Если напр-ия в образцах превышают предел выносливости, то кривая деф-ций после неск-ких циклов начмнает выгибаться в противополож сторону и наступает хрупкое разрушение. При циклич нагрузках вибрац хар-ра в присутствии стат пригруза происходит снижение длит проч-ти до предела выносливости б-на, появл-ся виброползучесть. 4) Предел деф-ции при осевом раст-ии и сжатии – относит ср удлинения или укорочения в м-т разрушения центр раст или центр сж образцов, испытанных согласно ГОСТ.