Глава 2. Физико-механични и деформационни свойства на бетона,деформационни свойства на бетона,

армировката и стоманобетона

Ограничаване на напречните деформации в бетонадеформации в бетона

При бетонни елементи, подложени на натиск, разрушението настъпва при деформацияприблизително равна на εcu, поради което бетона се определя като крехък материал.

Под действието на вертикален осов товар в напречните сечения на натиснат елемент сеф бразвиват напречни деформации и когато те станат по-големи от граничните, в бетона се

появяват вертикални пукнатини и носещата способност на бетона на натиск се изчерпва.Този процес може да се забави като се подобрят деформационните свойства на бетона

чрез подходящо армиране, посредством което в голяма степен се ограничават напречните мур д д щ р р , р д р р удеформации.

В й ф (ф б)В това отношение най-ефективна е спиралната армировка (фигура б), в която се създаваопънно усилие в резултат на действащия върху нея равномерен натиск σr, възникващ принапречното деформиране на бетона.

Спиралната армировка противодейства на деформирането като упражнява върху бетонаСпиралната армировка противодейства на деформирането като упражнява върху бетонасъщия по големина на противоположно насочен равномерен натиск σr, вследствие на коетобетонът, намиращ се в ядрото, работи като всестранно натиснат и повишава изчислителнотоси съпротивление на натиск (фигура в).

Стойността на действащото радиално напрежение σr се определя с израза:2 Af

където fywd e изчислителното съпротивление на опън на спиралната армировка;

;2

0sDAf scywd

r =σ

D0 е диаметъра на спиралната армировка;Asc е площта на сечението на спиралната армировка;

s е разстоянието между намотките на спиралната армировка.

Така определения равномерен натиск поставя бетона, обхванат от спиралната армировкав условия, подобни на тези при триосов натиск.

Това води до подобряване работата на ограничения бетон не само с повишаване нанеговата якост на натиск, но и със значително увеличаване на граничното му относителноскъсяване.

В елементи с квадратно или правоъгълно напречно сечение ролята на спиралата може дасе изпълнява от разположена нагъсто напречна армировка (стремена и връзки), както инадлъжни железа, разположени близо едно до друго.

В тези случаи ограничаването на напречните деформации не е равномерно и сеВ тези случаи, ограничаването на напречните деформации не е равномерно и сеосъществява ефективно само в ъглите на стремената поради това, че под действие нанатиска, който упражнява бетонът върху тях не могат да се огъват извън сечението.

За да могат да противодействат на този натиск стремената трябва да са надлежноЗа да могат да противодействат на този натиск стремената трябва да са надлежнозакотвени в ядрото на стоманобетонното сечение за да не се отварят при напречното мудеформиране и да имат достатъчно голям диаметър за да не достигат до провлачане поддействие на това натоварване.

За да се намали огъването на стремената и се увеличи ефективността на ограничаванетона напречните деформации в елементите със квадратно или правоъгълно напречно сечение ена напречните деформации в елементите със квадратно или правоъгълно напречно сечение ецелесъобразно да се включат и допълнителни връзки във вид на добре закотвени в ядрото„есове”, полигонални или правоъгълни стремена.

Конструирането на допълнителни напречни връзки изисква и равномерно разпределениру р р р р р р рпо периферията на сечението допълнителни надлъжни пръти, които също допринасят заограничаването на напречните деформации на бетона, като аналогично на стременатапротиводействат на упражнявания върху тях натиск.

В участъка между стремената и надлъжните пръти ограничаването на напречнитеВ участъка между стремената и надлъжните пръти ограничаването на напречнитедеформации в ядрото на сечението се осъществява от сводовото действие на бетона, което етолкова по-ефективно, колкото е по-малко разстоянието между тях.

– количеството на напречната армировка (основни стремена и допълнителни

За ограничаването на напречните деформации в бетона благоприятно влияние оказватмного фактори, които могат да се систематизират в следната последователност:

р р р ( рнапречни връзки), изразено чрез механичния обемен коефициент на напречно армиране ωwd,тъй като колкото е по-висок ωwd толкова напречният натиск върху бетона е по-голям;– граница на провлачане на напречната армировка fywd – тя определя горнатар ц р р р р fywd р д р

граница на натиска върху бетона в ядрото;

– разстояние между стремената s – колкото е по-малко, толкова ограничаването нанапречните деформации на бетона е по-ефективно;

– диаметър на стремената φw – с неговото увеличаване намалява огъването настремената и се увеличава ефективността на ограничаване на напречните деформации вбетона;– количеството на надлъжната армировка, изразено чрез коефициента на армиране

ρtot и нейния диаметър – тя също ограничава напречните деформации на бетона в участъкамежду стремената. За да изпълни функциите си надлъжната армировка трябва да бъдепредпазена и от изкълчване тъй като то води до намаляване на страничния натиск върхупредпазена и от изкълчване, тъй като то води до намаляване на страничния натиск върхубетона. Обикновено диаметърът на надлъжните пръти е достатъчно голям за да предотвратиизкълчването им, но независимо от това между тях и стремената, които им служат за опора,трябва да се създаде много добър контакт;р р ;

– якост на бетона fcd – бетоните с по-ниска якост притежават по-висока дуктилност(възможност за поглъщане на енергия и работа при наличие на немалки пластичнидеформации) и обратно – по-вискоякостните бетони са с по-ниска дуктилност.

Под термина „ограничен бетон” се разбира бетон, чиито напречни деформации саограничени посредством създаване на страничен натиск чрез подходящо армиране.

д ф р ц ) р ду

БДС ЕN 1992-1-1 дава следния модел на ограничения бетон, който дефинираформулираните по-горе параметри:

( ) ;050за0050001 ffff ≤+= σσ( )( ) ;05,0 за50,2125,1

;05,0 за00,5000,1

22,

22,

ckckckcck

ckckckcck

ffffffff

>+=

≤+=

σσ

σσ

( ) ;2,0; 22,22

,2,2 ckcuccuckcckccc fff σεεεε +==

където σ2 (=σ3) е ефективното натисково напрежение в напречно направление при крайногранично състояние, дължащо се на ограничаване на напречните деформации;

εc2 и εcu2 са граничните деформации в зависимост от класа на бетона.

( ) 22,2,2,2 ckcuccuckcckccc

c2 cu2 р д ф р ц

От анализа на модела на БДС ЕN 1992-1-1 е очевидно, че основната трудност е( ) фопределянето на σ2 (=σ3), като в БДС ЕN 1992-1-1 не са дават конкретни формули за

неговото определяне. За целта може да се използват дадените в БДС ЕN 1998-1 изрази.

– при кръгло напречно сечение и ограничаване на бетона със спирална армировка:р р р р р р р

;2

15,00

2 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=Dsfckwdωσ

при кръгло напречно сечение и ограничаване на бетона с кръгли стремена:– при кръгло напречно сечение и ограничаване на бетона с кръгли стремена:

;2

15,02

02 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=Dsfckwdωσ

ffкъдето е механичен обемен коефициент на стремената;

⎠⎝

cd

ydsc

cd

ywd

c

swwd sfD

fAff

VV

0==ω

Vsw е обемът на ограничаващите стремена;Vc е обемът на ограничения бетон;Asc е площта на напречното сечение на спиралната или кръглата армировка;D0 e диаметъра на ограниченото от кръглите стремена или спиралната армировкаD0 e диаметъра на ограниченото от кръглите стремена или спиралната армировка

напречно сечение, измерван между осите им;s е осовото разстояние между ограничаващите стремена или стъпката на спиралната

армировка.

– при правоъгълно или квадратно напречно сечение и ограничаване на бетона съсстремена: 2

i ssb ⎟⎞

⎜⎛⎟⎞

⎜⎛⎟⎞

⎜⎛ ∑

където е механичен обемен коефициент на ограни-ydyswxswydsw

wd ff

bhhA

bhbA

ff

VV

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

== 0,0, ;minω

;2

12

16

15,05,05,00000

2 ckwdi

ckwdsnckwd fhs

bs

hbb

ff ωωαααωσ ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=== ∑

чаващите стремена;cdcdc fsbhsbhfV ⎭⎩ 0000

Аsw,x и Asw,y са площта на напречното сечение на напречните пръти в направление x ис о е оy, съответно;

b0 и h0 са широчината и височината на ограниченото от стремената напречно сече-ние, измервани между осите им;

αn е коефициент на ефективност на ограничението с надлъжни пръти;n ф ц ф р д р ;αs е коефициент на ефективност на ограничението с ограничаващи стремена;bi е разстоянието между два последователно обхванати в огъвка на стремена или

надлъжни връзки пръти.

Бетонът в покритието, който не е обхванат от напречната армировка не е ограничен,поради което може да се очаква, че има механични характеристики, различни от тези набетона в ядрото.

Обикновено бетонното покритие започва да се руши и отцепва когато напреженията внего достигнат якостта на натиск на бетона fcd.

Поради това, при високи деформации приносът на бетонното покритие трябва да сепренебрегнепренебрегне.

Като се има предвид това, целесъобразно е да се приеме, че при деформации εс < εсuповедението на бетона в покритието е в съответствие с диаграмата σс–εс като за обикновенбетон а това в ядрото се описва със зависимостта σ –ε на ограничения бетон и следбетон, а това в ядрото се описва със зависимостта σсс εсс на ограничения бетон и следдостигане на деформациите до граничното относително скъсяване на бетона εсu бетоннотопокритие се разрушава и отцепва, вследствие на което неговият принос при по-големидеформации се пренебрегва.