СП 27.13330.2011. Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур

МИНИСТЕРСТВО РЕГИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СВОД ПРАВИЛ СП 27.13330.2011
БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ
КОНСТРУКЦИИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ
ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ
ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОВЫШЕННЫХ
И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР
Актуализированная редакция
СНиП 2.03.04-84
Москва 2011
ПРЕДИСЛОВИЕ
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила разработки - постановлением Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2008 г. № 858 «О порядке разработки и утверждения сводов правил».
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛИ: Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона им. А.А. Гвоздева (НИИЖБ им. Гвоздева) - институт ОАО «НИЦ «Строительство»
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики
4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 28 декабря 2010 г. № 827 и введен в действие с 20 мая 2011 г.
5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 27.13330.2010
Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет.
Содержание
Введение
1 Область применения
2 Нормативные ссылки
3 Термины и определения
4 Общие указания
Основные положения
Основные расчетные требования
Дополнительные указания по расчету предварительно напряженных конструкций
5 Материалы для бетонных и железобетонных конструкций
Бетон
Показатели качества бетона и их применение при проектировании
Нормативные и расчетные характеристики бетона
Деформационные характеристики бетона
Арматура
Показатели качества арматуры
Нормативные и расчетные характеристики арматуры
Деформационные характеристики арматуры
6 Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций на воздействие температуры
Расчет температуры в бетоне железобетонных конструкций
Расчет деформаций от воздействия температуры
Расчет усилий от воздействия температуры
7 Расчет элементов бетонных и железобетонных конструкций по предельным состояниям первой группы
Расчет бетонных элементов по прочности
Расчет железобетонных элементов по прочности
Основные положения
Прочность сечений изгибаемых элементов
Прочность внецентренно сжатых элементов
Прочность растянутых элементов
Проверка прочности нормальных сечений на основе деформационной модели
Расчет прочности железобетонных элементов на действие поперечных сил
Общие положения
Расчет железобетонных элементов по полосе между наклонными сечениями
Расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на действие поперечных сил
Расчет железобетонных элементов по наклонным сечениям на действие моментов
Расчет железобетонных элементов на местное сжатие
Общие положения
Расчет элементов на местное сжатие при отсутствии косвенной арматуры
Расчет элементов на местное сжатие при наличии косвенной арматуры
Расчет железобетонных элементов на продавливание
Общие положения
Расчет элементов без поперечной арматуры на продавливание при действии сосредоточенной силы
Расчет элементов с поперечной арматурой на продавливание при действии сосредоточенной силы
Расчет элементов на продавливание при действии сосредоточенных силы и изгибающего момента
8 Расчет элементов железобетонных конструкций по предельным состояниям второй группы
Общие положения
Расчет железобетонных элементов по раскрытию трещин
Определение момента образования трещин, нормальных к продольной оси элемента
Расчет ширины раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента
Расчет элементов железобетонных конструкций по деформациям
Расчет железобетонных элементов по прогибам
Жесткость железобетонного элемента на участке без трещин в растянутой зоне
Жесткость железобетонного элемента на участке с трещинами в растянутой зоне
Определение кривизны железобетонных элементов на основе деформационной модели
9 Конструктивные требования
Общие положения
Геометрические размеры конструкций
Армирование
Защитный слой бетона
Минимальные расстояния между стержнями арматуры
Продольное армирование
Поперечное армирование
Анкеровка арматуры
Соединения арматуры
Гнутые стержни
Стыки элементов сборных конструкций
Отдельные конструктивные требования
Требования, указываемые в проектах
Приложение А (рекомендуемое) Примеры применения жаростойкого бетона в элементах конструкций тепловых агрегатов
Приложение Б (обязательное) Основные буквенные обозначения
Библиография


Введение
Настоящий свод правил содержит положения по расчету и проектированию бетонных и железобетонных конструкций промышленных сооружений из тяжелого и легкого конструкционного бетона, работающих в условиях воздействия технологических повышенных температур (от 50 до 200 °С включительно), влажной среды, и тепловых агрегатов из жаростойкого бетона, армированного обычной и жаростойкой арматурой, которые эксплуатируются в условиях производственных высоких температур (свыше 200 до 1200 - 1400 °С).
Приведенные в настоящем СП единицы физических величин 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; температура - в °С, плотность -в кг/м3.
Свод правил разработан НИИЖБ им. А.А. Гвоздева - институтом ОАО «НИЦ «Строительство»: руководитель - д-р техн. наук, проф. А.Ф. Милованов. Исполнители: д-ра техн. наук, проф. А.Л. Кричевский и С.А. Фомин; кандидаты техн. наук В.Н. Горячев, Н.П. Жданова, И.Н. Заславский, В.Н. Милонов, В.Г. Петров-Денисов, В.Н. Самойленко, В.В. Соломонов, И.С. Кузнецова; инженеры Е.Н. Больных, В.А. Тарасова; при участии ООО «УралНИИстром» (канд. техн. наук Р.Я. Ахтямов).
СП 27.13330.2011
СВОД ПРАВИЛ
БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ,
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ
ПОВЫШЕННЫХ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР
Concrete and Reinforced Concrete Structures intended
for the Service in Elevated and High Temperatures
Дата введения 2011-05-20
1 Область применения
Настоящий свод правил распространяется на проектирование бетонных и железобетонных конструкций, систематически подвергающихся воздействиям повышенных (от 50 до 200 °С включительно) и высоких (свыше 200 °С) технологических температур (далее - воздействия температур) и увлажнению техническим паром.
Нормы устанавливают требования по проектированию указанных конструкций, изготовляемых из тяжелого бетона средней плотности от 2200 до 2500 кг/м3 включительно (далее - обычный бетон) и из жаростойкого бетона плотной структуры средней плотности 900 кг/м3 и более.
Требования настоящего СП не распространяются на конструкции из жаростойкого бетона ячеистой структуры.
Проектировать дымовые железобетонные трубы, резервуары и фундаменты доменных печей, работающие при воздействии температуры свыше 50 °С, следует с учетом дополнительных требований, предъявляемых к этим сооружениям соответствующими нормативными документами.
2 Нормативные ссылки
В настоящем СП использованы ссылки на следующие нормативные документы:
Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»
СП 63.13330.2010 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»
СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия»
СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции
СНиП 23-01-99* Строительная климатология
СП 28.13330.2010 «СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии»
СП 16.13330.2011 «СНиП II-23-81* Стальные конструкции»
ГОСТ 25192-82 Бетоны. Классификация и общие технические требования
ГОСТ 13015-2003 Изделия железобетонные и бетонные для строительства. Общие технические требования
ГОСТ 14098-91 Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры
ГОСТ 20910-90 Бетоны жаростойкие. Технические условия
ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций
ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций
ГОСТ 6727-80 Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций
ГОСТ 4543-71 Прокат из легированной конструкционной стали
ГОСТ 5949-75 Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная
Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим сводом правил следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный материал отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящих нормах применены термины по своду правил [1] и другим нормативным документам, на которые имеются ссылки в тексте.
4 Общие указания
Основные положения
4.1 Бетонные и железобетонные конструкции должны быть обеспечены требуемой надежностью от возникновения всех видов предельных состояний: расчетом, выбором показателей качества материалов, назначением размеров и конструированием согласно указаниям настоящего СП. При этом должны быть выполнены технологические требования при изготовлении конструкций и соблюдены требования по эксплуатации сооружений и тепловых агрегатов, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами.
4.2 Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных температур до 200 °С, следует предусматривать, как правило, из обычного бетона.
Фундаменты, которые при эксплуатации постоянно подвергаются воздействию температуры до 250 °С включительно, допускается принимать из обычного бетона.
Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия высоких температур свыше 200 °С, следует предусматривать из жаростойкого бетона.
Несущие элементы конструкций тепловых агрегатов, выполняемые из жаростойкого бетона, сечение которых может нагреваться до температуры выше 1000 °С, допускается принимать только после их опытной проверки.
4.3 Циклический нагрев - длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция периодически подвергается повторяющемуся нагреву с колебаниями температуры более 30 % расчетного значения при длительности циклов от 3 ч до 30 сут.
Постоянный нагрев - длительный температурный режим, при котором в процессе эксплуатации конструкция подвергается нагреву с колебаниями температуры до 30 % расчетного значения.
4.4 Для конструкций, работающих под воздействием температуры выше 50 °С в условиях периодического увлажнения паром, технической водой и конденсатом, расчет допускается производить только на воздействие температуры и нагрузки без учета периодического увлажнения. При этом в расчете сечения не должны учитываться крайние слои бетона толщиной 20 мм с каждой стороны, подвергающиеся замачиванию в течение 7 ч, и толщиной 50 мм при длительности замачивания бетона более 7 ч или должна предусматриваться защита поверхности бетона от периодического замачивания.
Окрашенная поверхность бетона или гидроизоляционные покрытия этих конструкций должны быть светлых тонов.
4.5 Конструкции рассматриваются как бетонные, если их прочность обеспечена одним бетоном. Бетонные элементы применяют преимущественно на сжатие при расположении продольной сжимающей силы в пределах поперечного сечения элемента при постоянном нагреве. Бетонные элементы из жаростойкого бетона применяют в конструкциях, которые не являются несущими (футеровка).
4.6 Жаростойкие бетоны в элементах конструкций тепловых агрегатов следует применять в соответствии с рекомендуемым приложением А.
Классы жаростойкого бетона по предельно допустимой температуре применения в соответствии с ГОСТ 20910 в зависимости от вида вяжущего, заполнителей, тонкомолотых добавок и отвердителя приведены в таблице 5.1.
Основные расчетные требования
4.7 Бетонные и железобетонные конструкции, работающие в условиях воздействия повышенных и высоких температур, следует рассчитывать на основе положений СП 63.13330 и свода правил [1] с учетом дополнительных требований, изложенных в настоящем своде правил.
Расчеты бетонных и железобетонных конструкций следует производить 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).
4.8 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций надежность конструкции устанавливают расчетом путем использования расчетных значений нагрузок и температур, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности сооружения или теплового агрегата.
Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетания, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) следует принимать по положениям СП 20.13330.
Расчетная технологическая температура принимается равной температуре среды цеха или рабочего пространства теплового агрегата, указанной в задании на проектирование.
Расчетные усилия и деформации от кратковременного и длительного нагревов определяют с учетом коэффициента надежности по температуре γt.
Коэффициент надежности по температуре γt принимают: при расчете по предельным состояниям первой группы равным 1,1, по предельным состояниям второй группы равным 1,0.
При расчете по прочности в необходимых случаях учитывают особые нагрузки с коэффициентами надежности по нагрузке γf, принимаемыми по соответствующим нормативным документам. При этом усилия, вызванные действием температуры, не учитываются.
4.9 При расчете бетонных и железобетонных конструкций необходимо учитывать изменения механических и упругопластических свойств бетона и арматуры в зависимости от температуры воздействия. При этом усилия, деформации, образование и раскрытие трещин определяют от воздействия нагрузки (включая собственный вес) и температуры.
Расчетные схемы и основные предпосылки для расчета бетонных и железобетонных конструкций должны устанавливаться в соответствии с условиями их действительной работы в предельном состоянии, с учетом, в необходимых случаях, пластических свойств бетона и арматуры, наличия трещин в растянутом бетоне, а также влияния усадки и ползучести бетона как при нормальной температуре, так и при воздействии повышенных и высоких температур.
4.10 Расчет конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, должен производиться на все возможные неблагоприятные сочетания нагрузок от собственного веса, внешней нагрузки и температуры, с учетом длительности их действия и, в случае необходимости, после остывания.
Расчет конструкции с учетом воздействия повышенных и высоких температур необходимо производить для следующих основных расчетных стадий работы:
кратковременный нагрев - первый разогрев конструкции до расчетной температуры;
длительный нагрев - воздействие расчетной температуры в период эксплуатации.
Расчет статически определимых конструкций по предельным состояниям первой и второй групп (за исключением расчета по образованию трещин) следует вести только для стадии длительного нагрева. Расчет по образованию трещин необходимо производить для стадий кратковременного и длительного нагрева с учетом усилий, возникающих от распределения температуры бетона по высоте сечения элемента.
Расчет статически неопределимых конструкций и их элементов по предельным состояниям первой и второй групп должен производиться:
а) на кратковременный нагрев конструкции по режиму согласно СНиП 3.03.01, когда возникают наибольшие усилия от воздействия температуры. При этом жесткость элементов конструкции определяется от кратковременного действия всех нагрузок и нагрева;
б) на длительный нагрев - при воздействии на конструкцию расчетной температуры в период эксплуатации, когда происходит снижение прочности и жесткости элементов в результате воздействия длительного нагрева и нагрузки. При этом жесткость элементов определяется от длительного воздействия всех нагрузок и нагрева.
4.11 Определение усилий в статически неопределимых конструкциях от внешней нагрузки, собственного веса и воздействия повышенных и высоких температур производят по правилам строительной механики методом последовательных приближений. При этом жесткость элементов определяют с учетом неупругих деформаций и наличия трещин в бетоне от одновременного действия внешней нагрузки, собственного веса и температуры.
4.12 При кратковременном нагреве усилия от воздействия температуры в элементах статически неопределимых конструкций должны определяться в зависимости от состава бетона (таблица 5.1) и температуры нагрева, вызывающей наибольшие усилия:
а) при нагреве бетона № 1 свыше 50 до 250 °С - по расчетной температуре;
б) при нагреве бетонов № 2-11, 23 и 24 свыше 200 до 500 °С - по расчетной температуре; при нагреве свыше 500 °С - при 500 °С;
в) при нагреве бетонов № 12-21, 29 и 30 свыше 200 до 400 °С - по расчетной температуре, при нагреве свыше 400 °С - при 400 °С.
4.13 Температура бетона в сечениях конструкций от нагрева при эксплуатации должна определяться теплотехническим расчетом установившегося теплового потока при заданной по проекту расчетной температуре рабочего пространства или воздуха производственного помещения.
Для конструкций, находящихся на наружном воздухе, наибольшие температуры нагрева бетона и арматуры определяют по расчетной летней температуре наружного воздуха, принимаемой по средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца в районе строительства по СНиП 23-01. Вычисленные температуры не должны превышать предельно допустимых значений температур применения бетона по ГОСТ 20910 и арматуры по таблице 5.10.
4.14 При расчете статически неопределимых конструкций, работающих в условиях воздействия температур, теплотехнический расчет должен производиться на расчетную температуру рабочего пространства и на температуру, вызывающую наибольшие усилия, определяемые по указаниям 4.12.
При расчете наибольших усилий от воздействия температуры в конструкциях, находящихся на наружном воздухе, температуру бетона и арматуры вычисляют по расчетной зимней температуре наружного воздуха, принимаемой по температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01.
4.15 При расчете сборных железобетонных конструкций на воздействие усилий при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от веса элементов следует принимать с коэффициентом динамичности, равным: 1,6 - при транспортировании; 1,4 - при подъеме и монтаже. Допускается принимать более низкие, обоснованные в установленном порядке, значения коэффициентов динамики, но не ниже 1,25.
4.16 При расчете прочности железобетонных элементов на действие сжимающей продольной силы следует учитывать случайный эксцентриситет еa, принимаемый не менее: 1/600 длины элемента или расстояния между сечениями, закрепленными от смещения; 1/10 высоты сечения и не менее 10 мм.
Для элементов статически неопределимых конструкций значения эксцентриситета продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения еo принимают равным значению эксцентриситета, полученного из статического расчета, но не менее еa.
Для элементов статически определимых конструкций эксцентриситет еo принимают равным сумме эксцентриситетов из статического расчета конструкции, случайного и температурного от неравномерного нагрева по высоте сечения элемента.
Дополнительные указания по расчету предварительно напряженных конструкций
4.17 Расчет предварительно напряженных конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, должен производиться в соответствии с требованиями свода правил [2] и с учетом дополнительных указаний 4.18 - 4.23.
4.18 Температура нагрева предварительно напряженной арматуры не должна превышать предельно допустимой температуры ее применения, указанной в таблице 5.10.
4.19 Сжимающие напряжения в бетоне σbp в стадии предварительного обжатия в долях передаточной прочности бетона Rbp, не должны превышать при температуре нагрева предварительно напряженной арматуры:
50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . °С 0,70 Rbp
100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . °С 0,60 Rbp
150 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . °С 0,50 Rbp.
В случае необходимости значения сжимающих напряжений в бетоне могут быть повышены при обеспечении надежной работы конструкции от воздействия предварительного напряжения, нагрузки и температурных усилий.
4.20 Полные потери предварительного напряжения арматуры, учитываемые при расчете конструкций, работающих в условиях воздействия температуры выше 50 °С, определяются как сумма потерь:
основных - при нормальной температуре;
дополнительных - от воздействия температуры выше 50 °С.
Основные потери предварительного напряжения арматуры для конструкций из обычного бетона состава № 1 и жаростойких бетонов составов № 2, 3, 6, 7, 10 и 11 по таблице 5.1 определяют как для тяжелого бетона по требованиям [2]. Потери от усадки жаростойкого бетона следует принимать на 10 МПа больше указанных в [2].
Время в сутках следует принимать: при определении потерь от ползучести - со дня обжатия бетона, при определении потерь от усадки - со дня окончания бетонирования до нагрева конструкции.
Дополнительные потери предварительного напряжения арматуры принимают по таблице 4.1.
Таблица 4.1
Фактор, вызывающий дополнительные потери предварительного напряжения в арматуре при ее нагреве Величина дополнительных потерь предварительного напряжения, МПа
Усадка бетона обычного состава № 1 и жаростойких бетонов составов № 2, 3, 6, 7, 10, 11 по таблице 5.1 при нагреве:

кратковременном 40
длительном постоянном 80
длительном циклическом 60
Ползучесть бетона обычного состава № 1 и жаростойких бетонов составов № 2, 3, 6, 7, 10 и 11 по таблице 5.1:

естественной влажности при нагреве:
кратковременном 10 σbp
длительном постоянном 15 σbp
длительном циклическом 18 σbp
сухого при нагреве:
кратковременном 4 σbp
длительном постоянном 6 σbp
длительном циклическом 8 σbp
Релаксация напряжений арматуры:
проволочной классов Вр1200 - Вр1500, К1400, К1500 0,0012 Δtsσsp
стержневой классов А 600, А 800, А 1000 0,001 Δtsσsp
Разность деформаций бетона и арматуры от воздействия температуры (αst - αbt) Δ tsEsβs
Обозначения, принятые в таблице 4.1:
Δts - разность между температурой арматуры при эксплуатации, определяемой теплотехническим расчетом и температурой арматуры при натяжении, которую допускается принимать равной 20 °С;
αbt - коэффициент, принимаемый по таблице 5.7 в зависимости от температуры бетона на уровне напрягаемой арматуры и длительности нагрева;
Es - модуль упругости арматуры, принимаемый по таблице 5.14;
αst и βs - коэффициенты, принимаемые по таблице 5.13 в зависимости от температуры арматуры.
Примечания
1 Потери предварительного напряжения от релаксации напряжений арматуры принимают для кратковременного и длительного нагрева одинаковыми и учитываются при температуре арматуры выше 40 °С.
2 Потери предварительного напряжения арматуры от разности деформаций бетона и арматуры учитывают в элементах, выполненных из обычного бетона при нагреве арматуры выше 100 °С и в элементах их жаростойкого бетона при нагреве арматуры выше 70 °С.
3 Если от усилий, вызванных совместным действием нагрузки, температуры и предварительного обжатия, в бетоне на уровне арматуры в стадии эксплуатации возникают растягивающие напряжения, то дополнительные потери от ползучести бетона не учитывают.
Потери от ползучести бетона при натяжении в двухосном направлении следует уменьшить на 15 %.
4.21 Установившиеся напряжения в бетоне σbр на уровне центра тяжести приведенного сечения наиболее обжимаемой зоны после проявления всех основных потерь определяют по формуле
(4.1)
где М - момент от собственного веса элемента;
Р - усилие предварительного обжатия;
еор - эксцентриситет усилия Р относительно центра тяжести приведенного сечения;
ysp - расстояние от точки приложения усилия Р до центра тяжести сечения.
Геометрические характеристики приведенного сечения предварительно напряженного железобетонного элемента (Ared Sred, Ired) определяют по требованиям 6.16 - 6.21 с учетом продольной предварительно напряженной арматуры S и S' и влияния температуры на снижение модулей упругости арматуры и бетона.
4.22 Усилия от воздействия температуры в статически неопределимых предварительно напряженных конструкциях находят по указаниям 6.28 и 6.37.
При определении усилий от воздействия температуры жесткость элемента вычисляют по указаниям 8.28.
4.23 При определении общего прогиба предварительно напряженного железобетонного элемента необходимо учитывать прогиб, вызванный неравномерным нагревом бетона по высоте сечения элемента, по указаниям 8.24.
4.24 В элементах из бетона класса В30 и выше, имеющих преднапряжение σsp = 0,4-0,6Rs, при нагреве арматуры остаток предварительного напряжения в арматуре можно ориентировочно определять по следующим формулам:
для стержневой класса А600
(4.2)
класса А800
(4.3)
класса А1000
(4.4)
проволочной класса Вр1200-Вр1500, К1400, К1500
(4.5)
где σsp > 0 - остаток предварительного напряжения в арматуре, % исходного значения при изготовлении;
ts > 20 - температура арматуры при нагреве, °С.
Из формул (4.2)-(4.5) следует, что во время нагрева происходит полная потеря предварительного напряжения в стержневой арматуре класса А600 при ее нагреве свыше 210 °С, класса А800 - свыше 220 °С, класса А1000 - свыше 350 °С и в проволочной класса Вр1200, Вр1500, К1400, К1500 - свыше 330 °С.
4.25 Потери предварительного напряжения в арматуре, возникшие при нагреве, после остывания не восстанавливаются.
5 Материалы для бетонных и железобетонных конструкций
Бетон
Показатели качества бетона и их применение при проектировании
5.1 Для бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур, следует предусматривать:
обычный бетон - конструкционный тяжелый бетон средней плотности от 2200 до 2500 кг/м3 включительно по ГОСТ 25192;
жаростойкий бетон конструкционный и теплоизоляционный плотной структуры средней плотности 900 кг/м3 и более по ГОСТ 20910, составы которых приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1
№ составов бетонов Класс бетона по предельно допустимой температуре применения Исходные материалы Наибольший класс бетона по прочности на сжатие Средняя плотность бетона естественной влажности, кг/м3
вяжущее отвердитель тонкомолотая добавка заполнители
Обычный бетон
1 - Портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортландцемент Не применяется Не применяется Гранитовые, доломитовые, плотные известняковые, сиенитовые, плотные пески В50 2200-2500
la - То же Тоже Микронаполнители (до 11 %) То же В60 2200-2500
Жаростойкие бетоны
2 3 То же Тоже То же Андезитовые, базальтовые, диабазовые, диоритовые В40 2400
3 3 » » » Из доменных отвальных шлаков В40 2400
4 9 » » Из золы-уноса Аглопоритовые, из боя В15 1800
глиняного кирпича В15 1900
5 8 » » Из литого шлака, золы-уноса, боя глиняного кирпича Из шлаков металлургических пористых (шлаковая пемза) В15 2000
6 7 » » Шамотная, из золы-уноса, боя глиняного кирпича, из отвального и гранулированного доменного шлака Андезитовые, базальтовые, диабазовые, диоритовые В40 2400
7 7 » » То же Из доменных отвальных шлаков В40 2400
8 8 » » Из отвального и гранулированного доменного шлака, боя глиняного кирпича, золы-уноса Из шлаков топливных, туфовые В15 1800
9 9 » » Из боя глиняного кирпича Из боя глиняного кирпича В15 1900
10 11 Портландцемент, быстротвердеющий портландцемент » То же, и золы-уноса Шамотные кусковые и из боя изделий В35 2000
11 12 » Не применяется Шамотная То же В35 2000
12 8 Жидкое стекло Саморассыпающиеся шлаки Из шлаков ферромарганца, силикомарганца Из шлаков ферромарганца, силикомарганца В20 2100
13 6 » Кремнефтористый натрий, нефелиновый шлам, саморассыпаю-щиеся шлаки Шамотная Андезитовые, базальтовые, диабазовые В20 2500
14 10 » Кремнефтористый натрий Шамотные, из катализатора ИМ-2201 отработанного Шамотные кусковые и из боя изделий В20 2100
15 11 » Нефелиновый шлам, саморассыпающиеся шлаки То же Из смеси шамотных кусковых или из боя изделий и карборунда В20 2300
16 13 » Кремнефтористый натрий Магнезитовая Шамотные кусковые и из боя изделий В15 2100
17 12 » Нефелиновый шлам, саморассыпающиеся шлаки Шамотная, из катализатора ИМ-2201 отработанного То же В15 2100
18 13 » То же Магнезитовая » В15 2100
19 13 Глиноземистый цемент Не применяется Не применяется » В30 2100
20 12 То же То же То же Из предельного феррохрома В30 2800
21 14 » » » Муллитокорундовые кусковые и из боя изделий B35 2800
22 6 Портландцемент Не применяется Шамотная, из золы-уноса, боя глиняного кирпича, отвального и гранулированного доменного шлака, катализатора ИМ-2201 отработанного Вспученный перлит В5 1100
23 11 Портландцемент Не применяется Шамотная, из катализатора ИМ-2201 отработанного Керамзитовые с насыпной плотностью 550-650 кг/м3 B15 1500-1700
24 10 » » То же Керамзитовые с насыпной плотностью 350-500 кг/м3 B5-В10 1100-1400
25 10 » » Шамотная, из золы-уноса, боя глиняного кирпича, вулканического пепла, керамзитовая, аглопоритовая Из смеси керамзита и вспученного вермикулита В3,5 1000
26 10 » » То же Вспученный вермикулит В2,5 1100
27 8 Жидкое стекло Кремнефтористый натрий Шамотная, из катализатора ИМ-2201 отработанного Из смеси керамзита и вспученного вермикулита В10 1000
28 8 То же То же То же Вспученный вермикулит В3,5 1100
29 8 » » » Керамзитовые, с насыпной плотностью 550-650 кг/м3 В15 1500-1700
30 8 » » » Керамзитовые, с насыпной плотностью 350-500 кг/м3 В5-В10 1100-1400
31 8 » » » Из смеси зольного гравия и вспученного перлита В3,5 900
32 8 » » » Вспученный перлит В3,5-В5 900-1100
33 11 Глиноземистый цемент Не применяется Не применяется Вспученный вермикулит В2,5 1100
34 11 То же То же То же Из смеси керамзита и вспученного вермикулита В3,5 1000
35 11 » » » Керамзитовые В5 1000
36 11 » » » Из смеси зольного гравия и вспученного перлита В5 1100
37 11 » » » Вспученный перлит В5 1000
Примечания
1 Для бетонов классов 8-14 по предельно допустимой температуре применения с отвердителем из кремнефтористого натрия не допускается воздействие пара и воды без предварительного нагрева до 800 °С; бетоны класса 6 по предельно допустимой температуре применения подвергать воздействию пара не следует.
2 Составы жаростойких бетонов и их номера приведены согласно указаниям [6].
3 Все положения данного свода правил для состава обычного бетона № 1 распространяются и на состав бетона № 1а.


Жаростойкий бетон средней плотности до 1100 кг/м3 включительно следует предусматривать преимущественно для ненесущих ограждающих конструкций и в качестве теплоизоляционных материалов.
Жаростойкий бетон средней плотности более 1100 кг/м3 надлежит предусматривать для несущих конструкций.
5.2 При проектировании бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, в зависимости от их назначения и условий работы должны устанавливаться показатели качества бетона, основными из которых являются:
а) класс бетона по прочности на сжатие В;
б) класс обычного бетона по прочности на осевое растяжение Вt (назначается в случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве);
в) класс жаростойкого бетона по предельно допустимой температуре применения согласно ГОСТ 20910 (должен указываться в проекте во всех случаях);
г) марка жаростойкого бетона по термической стойкости в водных Т1 и в воздушных Т2 теплосменах (назначается для конструкций, к которым предъявляются требования по термической стойкости);
д) марка по водонепроницаемости W (назначается для конструкций, к которым предъявляются требования по ограничению водонепроницаемости);
е) марка по морозостойкости F (назначается для конструкций, которые в период строительства или при остановке теплового агрегата могут подвергаться эпизодическому воздействию температуры ниже 0 °С);
ж) марка по средней плотности D (назначается для конструкций, к которым кроме конструктивных предъявляются требования теплоизоляции, и контролируется при их изготовлении).
5.3 Для бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для работы в условиях систематического воздействия повышенных и высоких температур, предусматривают бетоны:
а) классов по прочности на сжатие:
обычный бетон составов № 1 и № 1а по таблице 5.1 - от В20 до В60;
жаростойкие бетоны составов по таблице 5.1:
№ 2, 3, 6, 7 - от В15 до В50;
№ 10, 11, 21 - от В15 до В40;
№ 19, 20 - от В15 до В35;
№ 12, 13, 14, 15 - от В12,5 до В25;
№ 4, 5, 8, 9, 16-18, 23, 29 - от В 12,5 до В20;
№ 24, 27, 30 - от В2 до В10;
№ 22, 24, 30, 32, 35-37 - от В1 до В5;
№ 25, 28, 31, 32, 34 - от В1 до В3,5;
№ 26, 33 - от В1 до В2,5;
Примечание - Возможно применение высокопрочных бетонов классов по прочности на сжатие от В60 до В80, но при условии опытной проверки изменения их физико-механических свойств при температурных воздействиях.
б) обычный бетон классов по прочности на осевое растяжение: составов № 1 и № 1а по таблице 5.1 от Bt0,8 до Bt3,2 включительно;
в) жаростойкий бетон марок по термической стойкости:
в водных теплосменах составов № 2-21, 23 и 29 по таблице 5.1 - Т15, T110, T115, Т125;
в воздушных теплосменах составов № 22, 24, 27, 30, 32, 35-37 по таблице 5.1 - Т210, Т215, Т220, Т225.
Для бетонов других составов марка по термической стойкости в водных и воздушных теплосменах не нормируется;
г) марок по водонепроницаемости:
обычный бетон составов № 1, № 1а и жаростойкие бетоны составов № 2-21, 23, 29 по таблице 5.1 - W2, W4, W6, W8.
Для бетона других составов марка по водонепроницаемости не нормируется;
д) марок по морозостойкости:
обычный бетон составов № 1, № 1а и жаростойкие бетоны составов № 2-21, 23 и 29 по таблице 5.1 - F25, F35, F50, F75.
Для бетона других составов марка по морозостойкости не нормируется;
е) жаростойкий бетон марок по средней плотности составов по таблице 5.1:
№ 4, 8 - D1800;
№ 23, 29 - D1700, D1600, D1500;
№ 24, 30 - D1400, D1300, D1200;
№ 22, 24, 26, 28, 30, 32, 33, 36 - D1100;
№ 25, 27, 32, 34, 35, 37 - D1000;
№ 31, 32 - D900.
Для бетона других составов марка по средней плотности не нормируется.
5.4 Возраст бетона, отвечающий его классу и марке, назначается при проектировании исходя из реальных сроков фактического загружения проектными нагрузками и нагрева конструкции, способов их возведения и условий твердения. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливается в возрасте 28 сут.
Значение отпускной прочности бетона в элементах, выполненных из обычного тяжелого бетона, устанавливается по ГОСТ 13015 и жаростойкого бетона - по ГОСТ 20910.
Для железобетонных конструкций из обычного тяжелого бетона, работающих в условиях воздействия повышенных температур, класс бетона по прочности на сжатие рекомендуется принимать:
для железобетонных элементов, рассчитываемых на воздействие многократно повторяющейся нагрузки, - не ниже В25;
для железобетонных сжатых стержневых элементов из тяжелого бетона - не ниже В20;
для сильно нагруженных сжатых стержневых элементов (например для колонн, воспринимающих значительные крановые нагрузки, и колонн нижних этажей многоэтажных зданий) - не ниже В30.
5.5 Для железобетонных конструкций из жаростойкого бетона, работающих в условиях воздействия высоких температур, рекомендуется принимать класс бетона по прочности на сжатие не ниже В 12,5.
Для предварительно напряженных железобетонных конструкций из обычного и жаростойкого бетонов, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, класс бетона по прочности на сжатие должен приниматься в зависимости от вида и класса напрягаемой арматуры, ее диаметра и наличия анкерных устройств, но не менее В25.
Для бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия высоких температур:
жаростойкие бетоны составов № 2-21, 23 и 29 по таблице 5.1 должны иметь марку по термической стойкости в водных теплосменах, не менее, при нагреве:
постоянном . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Т15.
циклическом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Т115,
циклическом, с резким охлаждением воздухом или водой . . . . . . . . . . . . . . . . Т125;
жаростойкие бетоны составов № 22, 24,27, 30, 32, 35-37 по таблице 5.1 должны иметь марку по термической стойкости в воздушных теплосменах, не менее, при нагреве:
постоянном . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Т210,
циклическом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Т220.
Для железобетонных конструкций из обычного бетона состава № 1 и жаростойких бетонов составов № 2-21, 23 и 29 по таблице 5.1 марки по водонепроницаемости должны быть не менее:
для фундаментов, боровов и других сооружений, находящихся под землей
ниже уровня грунтовых вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . W6;
для тепловых агрегатов и других сооружений, находящихся над
землей и подвергающихся атмосферным осадкам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . W10.
Для бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных и высоких температур, которые в период строительства или при остановке теплового агрегата могут подвергаться эпизодическому воздействию температуры ниже 0 °С в условиях воздушно-влажностного состояния, обычный бетон состава № 1 и жаростойкие бетоны составов № 2, 3, 6, 7, 13, 20, 21 по таблице 5.1 должны иметь марку по морозостойкости не ниже F25.
Требования к конструкциям и изделиям из жаростойкого бетона, предназначенным для эксплуатации в условиях воздействия агрессивной среды и высокой температуры, должны устанавливаться в соответствии с требованиями СП 28.13330 в зависимости от степени агрессивности среды и условий эксплуатации.
В конструкциях и изделиях, предназначенных для работы в условиях воздействия высокой температуры и агрессивной среды, должен применяться жаростойкий бетон, наиболее стойкий в агрессивной среде:
нейтральной и щелочной газовой - жаростойкий бетон на портландцементе и шлакопортландцементе;
кислой газовой и в расплавах щелочных металлов - жаростойкий бетон на жидком стекле;
углеродной и фосфорной газовой - жаростойкий бетон на высокоглиноземистом и глиноземистом цементах и фосфатных связках, на алюмосиликатных заполнителях с содержанием в них окиси железа Fe2O3 не более 1,5 %;
водородной газовой - жаростойкий бетон на высокоглиноземистом цементе с заполнителями, содержащими окись алюминия Аl2О3, не более 7 %.
Для конструкций, работающих в условиях воздействия повышенных температур и попеременного увлажнения, рекомендуется применять обычный бетон класса по прочности на сжатие не менее В25 и марки по водонепроницаемости не менее W6 при нагреве до 120°С включительно и не менее W8 при нагреве свыше 120 °С.
5.6 При неравномерном нагреве бетона по высоте сечения элементов конструкций, в которых напряжения сжатия в бетоне от собственного веса и нагрузки составляют до 0,1 МПа включительно, а также элементов конструкций, в которых усилия возникают только от воздействия температуры, предельно допустимая температура применения бетона устанавливается по ГОСТ 20910.
При неравномерном и равномерном нагреве по высоте сечения элементов конструкций, в которых напряжения сжатия и жаростойком бетоне от собственного веса и нагрузки составляют более 0,1 МПа, предельно допустимая температура применения бетона устанавливается расчетом.
При воздействии температур, превышающих значения, указанные в ГОСТ 20910, необходимо предусматривать устройство защитных слоев (футеровок).
Для замоноличивания стыков элементов сборных железобетонных конструкций проектную марку раствора следует устанавливать в зависимости от условий работы соединяемых элементов, но принимать не ниже М50.
5.7 Для замоноличивания стыков элементов сборных железобетонных конструкций, которые в процессе эксплуатации или монтажа на наружном воздухе могут подвергаться воздействию отрицательных температур, следует применять растворы проектных марок по морозостойкости и водонепроницаемости не ниже принятых для стыкуемых элементов.
Нормативные и расчетные характеристики бетона
5.9 Основными прочностными характеристиками бетона являются нормативные сопротивления бетона осевому сжатию Rbn и нормативные сопротивления бетона осевому растяжению Rbtn, приведенные в таблице 5.2.
Нормативные значения сопротивления бетона осевому сжатию (или призменная прочность) определяют по формуле
но не менее 0,72 RB. (5.1)
Нормативные значения сопротивления бетона осевому растяжению при назначении класса бетона по прочности на сжатие определяют по формуле
(5.2)
В формулах (5.1) и (5.2) RB - сопротивление бетона, численно равное классу бетона по прочности на сжатие В.
Таблица 5.2
Вид сопротивления Нормативные значения сопротивлений бетона Rbn и Rbtn и расчетные значения сопротивления бетона Rb и Rbt для предельного состояния первой группы и расчетные значения сопротивления бетона Rb,ser и Rbt,ser для предельных состояний второй группы (МПа или Н/мм2) при классе бетона по прочности на сжатие
В12,5 В15 В20 В25 B30 B35 B40 В45 В50 В55 В60
Сжатие осевое Rbn Rb,ser 9,5 11,0 15,0 18,5 22,0 25,5 29,0 32,0 36.0 39.5 43.0
Rb 7,5 8,5 11,5 14,5 17,0 19,5 22,0 25,0 27,5 30.0 33,0
Растяжение осевое Rbtn Rbt,ser 1,0 1,15 1,35 1,55 1,75 1,95 2,1 2,25 2,45 2,6 2,75
Rbt 0,66 0,75 0,9 1,05 1,15 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8
5.10 Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию Rb, и осевому растяжению Rbt (таблица 5.2) определяют по формулам:
(5.3)
(5.4)
Значения коэффициентов надежности по бетону при сжатии:
γb = 1,3 -для предельных состояний первой группы по несущей способности;
γb = 1,0 - для предельных состояний второй группы по эксплуатации пригодности.
Значения коэффициентов надежности по бетону при растяжении:
γbt = 1,5 - для предельных состояний первой группы по несущей способности при назначении класса бетона по прочности на сжатие;
γbt = 1,0 - для предельных состояний второй группы по эксплуатационной пригодности.
В некоторых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетона умножают на следующие коэффициенты условия работы:
γb1 = 0,9 - при продолжительном действии нагрузки;
γb2 = 0,85 - для конструкций, бетонируемых в вертикальном положении.
5.11 Влияние температуры на изменение прочности бетона при сжатии учитывают умножением прочностных характеристик бетона на коэффициент условия работы бетона при сжатии γbt (таблица 5.3).
Расчетные сопротивления сжатию:
для предельных состояний первой группы
Rb,tem = Rb γbt (5.5)
для предельных состояний второй группы
(5.6)
Значения коэффициента условия работы бетона при сжатии γbt принимают по таблице 5.3 в зависимости от температуры в середине высоты:
сжатой зоны бетона при расчете по формулам (7.1, 7.6, 7.7, 7.12 - 7.14, 7.23, 7.27, 7.28);
полки и ребра сжатой зоны - по формулам (7.8 - 7.10);
части сечения - по формуле (6.17);
сечения - по формуле (7.29);
центра тяжести приведенного сечения - по формуле (6.16).
5.12 Влияние температуры на изменение прочности бетона при растяжении учитывают умножением прочностных характеристик бетона на коэффициент условия работы бетона при растяжении γtt (таблица 5.3).
Расчетные сопротивления растяжению:
для предельных состояний первой группы
(5.7)
для предельных состояний второй группы
(5.8)
Значение коэффициента условия работы бетона при растяжении γtt принимают по таблице 5.3 в зависимости от температуры бетона:
в центре тяжести сечения при расчете - по формулам (7.3, 7.31, 7.35, 7.37, 7.39, 7.53, 7.59);
на уровне растянутой арматуры - по формулам (8.3, 8.9, 8.15);
в зоне анкеровки - по формуле (9.2);
у нижней полки металлической балки - по формуле (10.49).
Таблица 5.3
Номера составов бетона по таблице: 5.1
Коэффициент Вид нагрева Коэффициенты условий работы бетона при сжатии γbt и растяжении γtt. Коэффициент βb, при температуре бетона. °С
50 70 100 200 300 500 700 900 1000
1, 1а, 2 γbt Кратковременный 1,00 0,85 0,90 0,80 0,65 - - - -
Длительный 1,00 0,85 0,90 0,80 0,50 - - - -
Длительный с увлажнением 1,00 0,65 0,40 0,60 - - - - -
Кратковременный в воде 0,97 0,85 0,65 - - - - - -
γtt Кратковременный 1,00 0,70 0,70 0,60 0,40 - - - -
Длительный 1,00 0,70 0,70 0,50 0,20 - - - -
Длительный с увлажнением 1,00 0,50 0,30 0,40 - - - - -
Кратковременный в воде 0,95 0,75 0,60 - - - - - -
βb Кратковременный и длительный 1,00 0,90 0,80 0,60 0,40 - - - -
Длительный с увлажнением 1,00 0,50 0,20 0,40 - - - - -
Кратковременный в воде 0,95 0,75 0,70 - - - - - -
3 γbt Кратковременный 1,00 1,00 1,00 0,90 0,80 - - - -
Длительный 1,00 1,00 1,00 0,90 0,65 - - - -
γtt Кратковременный 1,00 0,80 0,75 0,65 0,50 - - - -
Длительный 1,00 0,80 0,75 0,60 0,35 - - - -
βb Кратковременный и длительный 1,00 1,00 0,90 0,80 0,60 - - - -
Кратковременный с увлажнением 1,00 0,60 0,30 0,50 - - - - -
4-11, 23, 24 γbt Кратковременный 1,00 1,00 1,00 1,10 1,00 0,90 0,60 0,30 0,20
Длительный 1,00 1,00 1,00 1,00 0,70 0,40 0,20 0,06 0,01
γtt Кратковременный 1,00 0,85 0,80 0,65 0,60 0,50 0,40 0,20 -
Длительный 1,00 0,85 0,80 0,65 0,40 0,20 0,06 - -
βb Кратковременный и длительный 1,00 1,00 1,00 0,90 0,75 0,50 0,32 0,22 0,18
12-15, 17, 29, 30 γbt Кратковременный 1,00 1,00 1,10 1,20 1,20 1,00 0,75 0,40 0,20
Длительный 1,00 0,80 0,80 0,55 0,35 0,15 0,05 0,01 -
γtt Кратковременный 1,00 0,95 0,95 0,80 0,70 0,55 0,45 0,15 -
Длительный 1,00 0,70 0,70 0,45 0,25 0,06 - - -
βb Кратковременный и длительный 1,00 1,10 1,10 1,10 1,00 0,70 0,30 0,10 0,05
16, 18 γbt Кратковременный 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,95 0,85 0,65 0,50
Длительный 1,00 0,90 0,90 0,80 0,50 0,25 0,07 0,02 0,01
γtt Кратковременный 1,00 0,95 0,95 0,80 0,70 0,55 0,45 0,35 -
Длительный 1,00 0,80 0,80 0,70 0,40 0,12 0,02 - -
βb Кратковременный и длительный 1,00 1,10 1,10 1,10 1,10 1,00 0,70 0,35 0,27
19-21 γbt Кратковременный 1,00 0,90 0,80 0,70 0,55 0,45 0,35 0,30 0,25
Длительный 1,00 0,90 0,80 0,70 0,50 0,25 0,10 0,05 0,02
γtt Кратковременный 1,00 0,65 0,55 0,50 0,45 0,35 0,25 0,10 -
Длительный 1,00 0,65 0,55 0,50 0,30 0,12 0,02 - -
βb Кратковременный и длительный 1,00 0,90 0,85 0,70 0,55 0,40 0,33 0,30 0,27
Примечания
1 При расчете на длительный нагрев несущих конструкций, срок службы которых не превышает 5 лег, коэффициент γbt следует увеличить на 15 %, но он не должен превышать величины γbt при расчете на кратковременный нагрев.
2 Для конструкций, которые во время эксплуатации подвергаются циклическому нагреву, коэффициенты γbt и βb следует снизить на 15 % и коэффициент γtt - на 20 %.
Деформационные характеристики бетона
5.13 Основными деформационными характеристиками бетона являются значения: предельных относительных деформаций бетона при осевом сжатии εb0 и растяжении εbt0;
начального модуля упругости бетона Еb;
коэффициента ползучести φb,cr;
коэффициента поперечной деформации (коэффициент Пуассона) vb.p;
коэффициента линейной температурной деформации αbt;
коэффициента температурной усадки бетона αcs.
5.14 При кратковременном действии нагрузки и температуры в расчетах используют начальный модуль упругости бетона Еb (таблица 5.4).
Таблица 5.4
Номеру составов и средняя плотность бетона в кг/м3 (по таблице 5.1)
Начальные модули упругости бетона при сжатии и растяжении принимаются равными Eb•103 (МПа) при классе бетона по прочности на сжатие
В12,5 B15 В20 В25 B30 В35 В40 В45 В50 В55 В60
1-3, 6, 7, 13, 20, 21
естественного твердения 2200-2500 21,0 24,0 27,5 30,0 32,5 34,5 36,0 37,0 38,0 39,0 39,5
1-3, 6, 7, 20, 21
Подвергнутые тепловой обработке при атмосферном давлении 2200-2500 19,0 20,5 24,0 27,0 29,0 31,0 32,5 34,0 35,0 36,0 37,0
23, 29 1500-1700 13,2 14,0 14,8 - - - - - -
4, 8, 9 1800-1900 14,7 15,5 16,3 - - - - - -
5, 10-12, 14-19
2000-2300 17,0 18,0 19,5 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 -
При кратковременном нагреве значения начального модуля упругости бетона определяют по формуле
(5.9)
Значение коэффициента βb принимают по таблице 5.3 в зависимости от температуры бетона:
в центре тяжести сечения при расчете по формулам (6.16, 6.17, 6.48, 7.19, 8.39);
в середине высоты сечения - (10.9, 10.11, 10.12, 10.18, 10.29);
на уровне растянутой арматуры - (8.6, 8.7);
крайнего волокна бетона - (5.11, 8.47).
5.15 При длительном действии нагрузки и температуры значения начального модуля деформаций бетона Ebτ определяют по формуле
(5.10)
Коэффициент ползучести бетона φb,cr получен как отношение полных относительных деформаций сжатия бетона при длительном воздействии температуры к упругим деформациям бетона естественной влажности до воздействия температуры (таблица 5.5).
Значения коэффициента ползучести бетона φb,cr принимают для длительного нагрева в зависимости от температуры бетона:
в центре тяжести приведенного сечения при расчете по формулам (5.10, 6.16, 6.17, 6.20, 6.21);
в середине высоты сечения - по формулам (10.11, 10.12, 10.18, 10.29).
Таблица 5.5
Номера составов бетона по табл. 5.1
Коэффициент ползучести бетона φb,cr при длительном нагреве бетона, °С
50 70 100 200 300 500 700 900
1-3 3,35 8,0 8,0 10,0 12,0 - - -
4-11, 23, 24 3,57 4,17 4,17 5,1 6,3 28,5 62,5 227,0
12-18, 29, 30 4,17 3,70 4,37 5,7 7,94 8,3 150,0 333,0
19-21 2,86 4,35 4,55 4,55 16,6 57,0 - -
5.16 При расчете прочности, образования и раскрытия трещин и деформаций железобетонных конструкций с учетом влияния температуры по деформационной модели для оценки напряженно-деформируемого состояния сжатого бетона как наиболее простая может быть использована двухлинейная диаграмма состояния бетона (рисунок 5.1).
При трехлинейной диаграмме (рисунок 5.1, а) сжимающие напряжения бетона σb в зависимости от относительных деформаций укорочения бетона εb определяют по формулам:
при 0 ≤ εb ≤ εb1
(5.11)
при εbl ≤ εb ≤ εb0
; (5.12)
при εb0 ≤ εb ≤ εb1
(5.13)
(Опечатка. Июнь 2011 г.)
Значения напряжения σb1 принимают:
(5.14)
Значения относительных деформаций εbl принимают
(5.15)
При двухлинейной диаграмме (рисунок 5.1, б) сжимающие напряжения бетона σb в зависимости от относительных деформаций εb определяют по формулам:
при 0 ≤ εb ≤ εbl,red
(5.16)
при εbl,red ≤ εb ≤ εb2
(5.17)
Значение приведенного модуля упругости Eb,red,t определяют по формуле
(5.18)
Растягивающие напряжения бетона σbt в зависимости от относительных деформаций растяжения εbt определяют по диаграмме на рисунке 5.1. При этом расчетные сопротивления бетона сжатию Rb заменяют на расчетные значения сопротивления растяжению Rbt.

а - трехлинейная; б - двухлинейная; 1 - при 20 °С; 2 - при нагреве
Рисунок 5.1 - Диаграммы состояния сжатого бетона
5.17 Относительные деформации бетона при сжатии и растяжении в зависимости от температуры бетона при кратковременном и длительном воздействии температуры и нагрузки даны в таблице 5.6. Температуру бетона при определении напряженно-деформированного состояния сжатого бетона принимают по наименьшей температуре сжатого бетона и при определении напряженно-деформируемого состояния растянутого бетона - по наибольшей температуре растянутого бетона.
5.18 При расчете железобетонных элементов по нелинейной деформационной модели строят двухлинейную диаграмму состояния бетона с деформационными характеристиками, отвечающими:
кратковременному воздействию температуры и нагрузки - используют при расчете прочности и раскрытия нормальных трещин для определения напряженно-деформируемого состояния сжатой зоны бетона, а также при расчете трещинообразования для определения напряженно-деформируемого состояния растянутого бетона при упругой работе сжатого бетона;
кратковременному и длительному воздействию температуры и нагрузки - используют при расчете деформаций для определения напряженно-деформируемого состояния сжатого бетона.
Трехлинейную диаграмму состояния бетона с деформационными характеристиками, отвечающими:
кратковременному воздействию температуры и нагрузки - используют при расчете трещинообразования;
кратковременному и длительному воздействию температуры и нагрузки - используют при расчете деформаций железобетонных элементов без трещин, для определения напряженного деформируемого состояния сжатого бетона.
Таблица 5.6
Номера состава бетона по таблице 5.1
Температура бетона, °С Расчет на нагрев и нагружение Относительные деформации бетона
при сжатии при растяжении
εb0•103 εb2•103 εb1,red•103 εbt0•103 εbt2•103 εbt1,red•103
1-3 20 Кратковрем. 2,0 3,5 1,5 0,10 0,15 0,08
Длительные 3,4 4,8 2,8 0,24 0,31 0,22
100 Кратковрем. 2,5 4,4 1,9 0,17 0,29 0,15
Длительные 4,3 6,0 3,5 0,3 0,39 0,27
200 Кратковрем. 3,5 6,1 2,6 0,25 0,39 0,20
Длительные 6,0 8,4 4,9 0,42 0,54 0,38
4-11, 23, 24 20 Кратковрем. 2,0 3,5 1,5 0,10 0,15 0,08
Длительные 3,4 4,8 2,8 0,24 0,31 0,22
200 Кратковрем. 3,0 4,2 3,0 0,20 0,24 0,16
Длительные 4,5 6,3 3,8 0,30 0,36 0,20
400 Кратковрем. 4,3 6,0 3,6 0,38 0,52 0,36
Длительные 6,4 9,0 5,4 0,57 0,78 0,54
600 Кратковрем. 6,4 9,0 5,8 0,44 0,57 0,40
Длительные 9,6 13,5 8,2 0,67 0,87 0,63
12-18, 29, 30 20 Кратковрем. 2,2 3,7 1,7 0,15 0,22 0,10
Длительные 3,6 5,0 3,0 0,25 0,32 0,23
200 Кратковрем. 2,4 3,4 2,0 0,19 0,26 0,15
Длительные 3,6 5,1 3,0 0,25 0,33 0,23
400 Кратковрем. 4,1 5,8 3,5 0,28 0,38 0,26
Длительные 6,2 8,7 5,2 0,43 0,56 0,40
600 Кратковрем. 5,4 7,5 4,5 j 0,38 0,49 0,33
Длительные 8,1 11,4 6,8 0,57 0,74 0,53
19÷21 20 Кратковрем. 2,0 3,5 1,5 0,10 0,15 0,08
Длительные 3,4 4,8 2,8 0,24 0,31 0,22
200 Кратковрем. 2,9 4,0 2,4 0,20 0,26 0,18
Длительные 4,0 5,6 3,4 0,28 0,36 0,26
400 Кратковрем. 4,7 6,6 4,0 0,33 0,42 0,30
Длительные 6,6 9,2 5,5 0,46 0,59 0,42
600 Кратковрем. 5,7 8,0 4,8 0,42 0,54 0,31
Длительные 8,0 11,2 6,7 0,59 0,72 0,52
800 Кратковрем. 12,1 17,0 10,2 0,84 1,10 0,48
Длительные 19,3 27,0 16,2 1,35 1,74 1,25
5.19 Коэффициент линейной температурной деформации бетона αbt в зависимости от температуры следует принимать по таблице 5.7. Коэффициент αbt определен с учетом температурной усадки бетона при кратковременном и длительном нагреве. При необходимости определения температурного расширения бетона при повторном воздействии температуры после кратковременного или длительного нагрева к коэффициенту линейной температурной деформации αbt следует прибавить абсолютное значение коэффициента температурной усадки бетона αcs для кратковременного или длительного нагрева соответственно.
5.20 Коэффициент температурной усадки бетона αcs принимают по таблице 5.8. Коэффициент температурной усадки бетона принят:
при кратковременном нагреве для подъема температуры на 10 °С/ч и более;
при длительном нагреве - в зависимости от воздействия температуры во время эксплуатации.
5.21 Марку по средней плотности бетона естественной влажности принимают по таблице 5.1. Среднюю плотность бетона в сухом состоянии при его нагреве выше 100 °С уменьшают на 150 кг/м3. Среднюю плотность железобетона при μ ≤ 3 % принимают на 100 кг/м3 больше средней плотности соответствующего состояния бетона.
5.22 Коэффициент теплопроводности λ бетона в сухом состоянии принимают по таблице 5.9 в зависимости от средней температуры бетона в сечении элемента. Коэффициент теплопроводности λ огнеупорных и теплоизоляционных материалов принимают по таблице 6.2.
Таблица 5.7
Номера составов бетона по таблице 5.1
Расчет на нагрев Коэффициент линейной температурной деформации бетона αbt•10-6•град-1 при температуре бетона, °C
50 100 200 300 500 700 900 1100
1, 1а Кратковременный
Длительный 10,0
4,0 10,0
4,5 9,5
7,2 9,0
7,5 - - - -
2, 6 Кратковременный
Длительный 9,0
3,0 9,0
3,5 8,0
5,7 7,0
5,5 6,0
- 5,0
- - -
3, 7 Кратковременный
Длительный 8,5
2,5 8,5
3,0 7,5
5,2 7,0
5,5 5,5
- 4,5
- 4,0
- 3,0
-
8 Кратковременный
Длительный 9,0
2,0 9,0
3,0 8,0
5,4 7,0
5,3 6,0
5,0 6,0
5,0 - -
4, 5, 9-11, 23-25 Кратковременный
Длительный 8,5
1,5 8,5
2,5 7,5
4,9 7,0
5,3 5,5
4,5 4,5
3,5 4,0
3,1 3,0
2,0
12-18, 27, 29, 30 Кратковременный
Длительный 5,0
-4,0 5,0
0 5,5
3,0 6,0
4,3 7,0
6,0 6,5
5,8 6,0
5,4 5,0
4,5
19-21 Кратковременный
Длительный 8,0
3,0 8,0
4,5 7,0
5,3 6,5
5,2 5,5
4,7 4,5
3,6 4,0
3,1 3,5
2,6
22 Кратковременный
Длительный 4,0
-3,0 4,0
0 3,5
1,5 3,0
1,5 2,0
1,0 1,0
0 - -
26 Кратковременный
Длительный 4,3
-0,7 4,3
-0,3 3,8
1,8 3,3
2,0 3,2
2,2 2,4
1,4 1,6
0,6 0,8
-0,7
28 Кратковременный
Длительный 5,0
-4,0 5,0
0 5,5
3,1 5,0
3,3 7,0
6,0 6,8
6,1 6,6
5,9 -
31, 32 Кратковременный
Длительный 1,2
-7,8 1,2
-3,8 1,3
-1,1 1,0
0,7 -1,2
-0,2 0,7
0 0,8
0,1 -
33 Кратковременный
Длительный -3,0
-8,0 -3,0
-6,5 -3,5
-5,3 -4,5
-5,8 -3,0
-4,5 -2,8
-3,7 -3,5
-4,5 -4,7
-5,7
34, 35 Кратковременный
Длительный 5,5
0,5 5,5
2,5 4,5
1,5 3,3
2,0 3,2
2,6 2,4
1,5 1,6
0,6 0,8
-0,2
36, 37 Кратковременный
Длительный 2,0
-3,0 2,0
-1,5 1,5
-0,8 1,0
-0,7 0,6
-1,2 0,4
-0,5 -3,7
-4,6 -8,6
-9,5
Примечание - Для бетонов состава № 1 с карбонатным щебнем (доломит, известняк) коэффициент αbt увеличивается на 1•10-6•град-1.
Таблица 5.8
Номера составов бетона по таблице 5.1
Расчет на нагрев Коэффициент линейной температурной деформации бетона αcs•10-6•град-1 при температуре бетона, °C
50 100 200 300 500 700 900 1100
1-4 Кратковременный
Длительный 0,0
6,0 0,0
5,5 0,7
3,0 1,0
2,5 - - - -
5-11,23-25 Кратковременный
Длительный 0,0
7,0 0,5
6,5 0,9
3,5 1,1
2,8 1,5
2,5 1,4
2,4 2,3
3,2 3,2
4,2
12-18, 27, 29, 30 Кратковременный
Длительный 2,0
11,0 3,0
8,0 2,5
5,0 2,0
3,7 1,3
2.3 1,0
1,7 0,8
1,4 0,7
1,2
19-21 Кратковременный
Длительный 0,0
5,5 2,0
5,5 1,5
3,2 1,3
2,6 1,4
2,2 1,6
2,5 2,1
3,0 2,3
3,2
22 Кратковременный
Длительный 4,0
11,0 5,0
9,0 4,7
6,7 4,2
5,7 3,7
4,7 3,6
4,6 - -
26 Кратковременный
Длительный 6,6
11,6 7,6
11,6 7,1
9,1 7,1
8,4 5,5
6,5 4,3
5,3 5,0
6,0 6,0
7,0
28 Кратковременный
Длительный 4,0
13,0 5,0
10,0 4,6
7,0 4,1
5,8 1,3
2,3 1,2
1,9 1,0
1,7 -
31, 32 Кратковременный
Длительный 4,3
3,0 4,0
0 3,5
1,5 3,0
1,5 2,0
1,0 1,0
0 - -
33 Кратковременный
Длительный 10,5
15,5 12,0
15,5 11,5
13,3 11,3
12,6 10,7
12,2 9,9
10,8 10,4
11,4 10,7
11,7
34, 35 Кратковременный
Длительный 6,3
11,3 7,8
10,8 7,3
10,3 7,1
8,4 5,5
6,1 4,3
5,2 5,0
6,0 5,2
6,2
36, 37 Кратковременный
Длительный 1,7
6,7 3,2
6,7 3,0
5,3 4,8
5,1 5,0
6,8 5,1
6,0 9,3
10,2 14,3
15,2
Примечание - Значение коэффициента αcs принимают со знаком «минус».
Таблица 5.9
Номера составов бетона по таблице 5.1
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м•°С), обычного и жаростойкого бетонов в сухом состоянии при средней температуре бетона в сечении элемента. °С
50 100 300 500 700 900
1, 1а 1,51 1,37 1,09 - - -
20 2,68 2,43 1,94 1,39 1,22 1,19
21 1,49 1,35 1,37 1,47 1,57 1,63
2, 3, 6, 7, 13 1,51 1,37 1,39 1,51 1,62 -
10, 11 0,93 0,89 0,84 0,87 0,93 1,05
14-18 0,99 0,95 0,93 1,01 1,04 1,28
19 0,87 0,83 0,78 0,81 0,87 0,99
4, 5, 8, 9 0,81 0,75 0,63 0,67 0,70 -
12 0,93 0,88 0,81 0,90 - -
23 0,37
0,43 0,39
0,45 0,46
0,52 0,52
0,58 0,58
0,64 -
29 0,44
0,50 0,46
0,52 0,52
0,58 0,58
0,64 0,64
0,70 0,70
0,76
24 0,27
0,38 0,29
0,41 0,34
0,45 0,40
0,50 0,45
0,55 0,51
0,59
30 0,31
0,44 0,34
0,46 0,37
0,51 0,43
0,56 0,49
0,60 -
26, 28 0,21 0,23 0,28 0,33 0,37 0,42
22, 25, 27, 31, 32, 36 0,29 0,31 0,36 0,42 0,48 0,53
33 0,21 0,22 0,25 0,29 0,33 0,37
34, 35, 37 0,24 0,27 0,31 0,37 0,43 0,49
Примечания
1 Коэффициенты теплопроводности бетонов составов № 23 и № 29 приведены: над чертов для бетонов со средней плотностью 1350, под чертой 1550; для бетонов составов № 24 и № 30 соответствен по 950 и 1250 кг/м3. Если средняя плотность бетона отличается от указанных величин, то в этом случай коэффициент теплопроводности принимают интерполяцией.
2 Коэффициент теплопроводности λ обычного и жаростойкого бетонов с естественной влажностью после нормального твердения или тепловой обработки при атмосферном давлении и средней температуре бетона в сечении элемента до 100 °С следует принимать по данным таблицы, увеличенным на 30 %.
Арматура
Показатели качества арматуры
5.23 Для армирования температуростойких железобетонных конструкций применяют арматуру, отвечающую требованиям соответствующих государственных стандартов ГОСТ 5781, ГОСТ 10884, ГОСТ 6727, ГОСТ 4543, ГОСТ 5949 и технических условий СТО АСЧМ 7 [3], следующих классов и марок:
стержневая арматурная сталь:
горячекатаная гладкого профиля класса А240, периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профили) классов: А300, А400, А500, А600, А800, А1000;
холоднодеформируемая периодического профиля класса В500;
проволочная арматурная сталь:
холоднотянутая высокопрочная гладкая и периодического профиля классов Вр1200 - Вр1500; .
арматурные канаты спиральные семипроволочные классов: К-1400 (К-7), К-1500 (К-7) и девятнадцатипроволочные класса К-1500 (К-19).
Для железобетонных конструкций из жаростойкого бетона при нагреве арматуры выше 400 °С предусматривают стержневую арматуру и прокат из:
легированной стали марки 30ХМ;
коррозионно-стойких жаростойких и жаропрочных сталей марок 12X13, 20X13, 08Х17Т, 12Х189Н9Т, 20Х23Н18, 45Х14Н14В2М.
5.24 Из-за развития пластических деформаций и изменения структуры стали температура применения арматуры лимитируется согласно таблице 5.10. В предварительно напряженной арматуре с повышением температуры происходят дополнительные потери предварительного напряжения, что еще более ограничивает допускаемую температуру нагрева преднапряженной арматуры.
Таблица 5.10
Вид и класс арматуры, марка стали и проката Предельно допустимая температура, °С, применения арматуры и проката, установленных
по расчету по конструктивным соображениям
Стержневая арматура классов:
А240, А300 400 450
А400, А500, А600, Ат600, А800, А1000 450 500
напрягаемая 150 -
Проволочная арматура классов:
В500, Вр1200-Вр1500, К1400, К1500 400 450
напрягаемая 100 -
Прокат из стали марок:
ВСт3кп2, ВСт3Гпс5, ВСт3сп5, ВСт3пс6 400 450
Стержневая арматура и прокат из стали марок:
30ХМ, 12X13, 20X13, 500 700
20Х23Н18 550 1000
12Х18Н9Т, 45Х14Н14, В2М, 08Х17Т 600 800
Нормативные и расчетные характеристики арматуры
5.25 Основной прочностной характеристикой арматуры является нормативное сопротивление напряжению Rsn, принимаемое равным гарантированному значению предела текучести с обеспеченностью не менее 0,95 (таблица 5.11). Нормативные значения сопротивления сжатию Rscn принимают равным нормативным значениям сопротивления растяжению, но не более значений, отвечающих предельным деформациям сжатого бетона, окружающего сжатую арматуру. Нормативные сопротивления проката из стали марок ВСт-3 принимают по СП 16.13330.
5.26 Расчетные значения сопротивления арматуры Rs определяют по формуле
(5.19)
Коэффициент надежности γs по арматуре для предельных состояний первой группы принимают равным:
γs = 1,1 - для арматуры классов А240, А300, А400, А500;
γs = 1,15 - для арматуры классов А600, А800;
γs = 1,2 - для арматуры...