ВСН 02-74. Ведомственные строительные нормы. Инструкция по определению прочности бетонных сооружений
(утв. Минэнерго СССР 28.06.1974)
28 июня 1974 года
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
ИНСТРУКЦИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПРОЧНОСТИ БЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ
IV квартал 1974 года
Внесена Всесоюзным научно-исследовательским институтом гидротехники им. Б.Е. Веденеева.
Утверждена Минэнерго СССР 28 июня 1974 г. по согласованию с Госстроем СССР.
В работе изложена новая методика расчета бетонных сооружений, основанная на учете длительной прочности и вида сложного напряженного состояния бетона. Инструкция рассчитана на проектировщиков и строителей гидротехнических сооружений.
Предлагаемым методом расчета можно пользоваться не только при проектировании бетонных гидротехнических сооружений, но и сооружений другого назначения.
Работа выполнена Комплексной лабораторией бетонных и железобетонных сооружений ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Ответственный исполнитель работы — ст. науч. сотр., канд. техн. наук А.П. Пак.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящая Инструкция развивает и дополняет положения пп. 1.3, 4.2, 4.3, 4.15 главы СНиП II-И.14-69 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. Нормы проектирования» и распространяется на проектирование бетонных гидротехнических сооружений, материал которых испытывает в основном сложное напряженное состояние.
1.2. Указания настоящей Инструкции в соответствии с главой СНиП II-А.10-71 «Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования» относятся к предельным состояниям первой группы.
2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1. Напряжения, возникающие в элементах бетонных сооружений, разрешается определять так же, как для однородного упругого тела. Напряженное состояние основных сооружений следует показывать в главных напряжениях — \sigma_{1}>\sigma_{2}>\sigma_{3} (где \sigma_{1} — наибольшее главное напряжение, \sigma_{2} — среднее главное напряжение и \sigma_{3} — наименьшее главное напряжение). Растягивающие напряжения считаются положительными.
2.2. Бетонные сечения могут рассчитываться с учетом или без учета работы растянутой зоны сечения. В первом случае следует производить проверку трещиностойкости растянутой зоны сечения согласно требованиям главы СНиП II-И.14-69. При этом должны учитываться как влияние температурно-влажностных воздействий, так и влияние сложного напряженного состояния на момент образования трещин.
2.3. Расчеты прочности и трещиностойкости бетонных сооружений наряду с методами, регламентированными главой СНиП II-И.14-69, в случаях, предусмотренных индивидуальными техническими условиями на проектирование отдельных сооружений, должны производиться по величине длительной прочности бетона, определяющей предельно допустимые напряжения на стадии нормальной эксплуатации сооружения.
Примечание. Длительная прочность бетона характеризуется уровнем напряжений, при превышении которых в бетоне начинаются необратимые структурные изменения и соответственно начинают изменяться (ухудшаться) его характеристики — водонепроницаемость, морозостойкость, сопротивление различным видам коррозии и т.д. Длительная прочность бетона определяется экспериментальными исследованиями при помощи современных измерительных приборов и приспособлений — ультразвуковых, звукометрических, тензометрической аппаратуры, фильтрационных установок, метода дилатометрии и т.п. Величина длительной прочности должна устанавливаться с использованием минимум трех различных методов, при этом в расчетах принимается ее среднее значение.
2.4. Значения длительной прочности бетона при расчете бетонных сооружений устанавливаются опытным путем с учетом статистической изменчивости сопротивлений. При назначении обеспеченности величины длительной прочности бетона следует руководствоваться указаниями примечания 1 п. 13 главы СНиП II-А.10-71.
2.5. На стадии технического проекта допускается принимать величину длительной прочности бетона табл. 1, 2.
Длительная прочность бетона при сжатии R_{\text{с}.\text{т}} , кгс/см2
| Проектная марка бетона по прочности при сжатии ... | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 500 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| R .................... с.т | 35 | 50 | 65 | 80 | 100 | 120 | 140 | 175 |
Примечания. 1. Для сооружений I и II классов капитальности при расчетах на прочность допускается учитывать реальный возраст бетона к моменту его загружения.
2. Классы капитальности гидротехнических сооружений устанавливаются в соответствии с требованиями главы СНиП II-И.1-62* «Гидротехнические сооружения речные. Основные положения проектирования».
Длительная прочность бетона при растяжения R_{\text{р}.\text{т}} , кгс/см2
| Класс | Сочетание нагрузок и | Проектная марка бетона по прочности при сжатии | |||||||
| воздействий | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 500 | |
| I | Основное Особое | 8,2 10,5 | 11,2 14,2 | 13,5 17,1 | 15,0 19,0 | 17,2 21,8 | 18,7 23,8 | 20,2 25,6 | 23,2 29,4 |
| II | Основное Особое | 8,8 11,0 | 12,0 15,0 | 14,4 18,0 | 16,0 20,0 | 18,4 23,0 | 20,0 25,0 | 21,6 27,0 | 24,8 31,0 |
| III | Основное Особое | 9,9 11,0 | 13,5 15,0 | 16,2 18,0 | 18,0 20,0 | 20,7 23,0 | 22,5 25,0 | 24,3 27,0 | 27,9 31,0 |
| IV | Основное Особое | 10,5 11,0 | 14,2 15,0 | 17,1 18,0 | 19,0 20,0 | 21,8 23,0 | 23,8 25,0 | 25,6 27,0 | 29,4 31,0 |
2.6. Для определения предельно допустимых напряжений на стадии нормальной эксплуатации при расчете бетонных сооружений в формулы, приведенные в разделах 3 и 4, следует вводить K_{\text{б}.\text{д}} — коэффициент безопасности по длительной прочности бетона, учитывающий ответственность сооружения. Значения коэффициента K_{\text{б}.\text{д}} приведены в табл. 3.
Коэффициент безопасности по длительной прочности бетона
| Класс капитальности сооружений | I | II, III, IV | ||
| Сочетание нагрузок и воздействий | основное | особое | основное | особое |
| Коэффициент K б.д | 1,2 | 1,0 | 1,1 | 0,9 |
Примечание. Коэффициенты K_{\text{б}.\text{д}} при учете сил, действующих во время строительства, испытаний и ремонта сооружений применяются равными среднеарифметическому между значениями коэффициентов для основных и особых сочетаний нагрузок и воздействий. При учете особых сочетаний в строительный и ремонтный период коэффициенты K_{\text{б}.\text{д}} принимаются по графе особых сочетаний нагрузок и воздействий.
2.7. Расчеты бетонных сооружений на прочность и по образованию трещин должны производиться с учетом вида сложного напряженного состояния бетона и с использованием различных критериев прочности по зонам сооружения.
3. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ БЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ ПО ПРОЧНОСТИ
Линейное напряженное состояние
3.1 Прочность бетонных элементов, определяемая сопротивлением осевому сжатию, должна удовлетворять следующему условию:
\sigma_{3} \leq \sigma_{\text{э}} = \frac{R_{\text{с}.\text{т}}}{K_{\text{б}.\text{д}}} , (1)
где \sigma_{\text{э}} — предельно допустимые напряжения на стадии нормальной эксплуатации сооружения.
3.2. При расчете центрально сжатых бетонных элементов необходимо учитывать продольный изгиб, когда гибкость их \lambda (т.е. отношение расчетной длины элемента l_{0} к минимальному радиусу инерции r сечения) больше или равна 14. В этом случае расчет ведется по формуле:
\sigma_{3} \leq \sigma_{\text{э}} = \frac{R_{\text{с}.\text{т}}}{K_{\text{б}.\text{д}}} \varphi , (2)
где \varphi — коэффициент продольного изгиба, принимаемый по таблице 17 п. 6.1 главы СНиП II-И.14-69.
Примечание. Расчетная длина l_{0} принимается в соответствии с требованиями п. 6.2 главы СНиП II-И.14-69.
3.3. Определение прочности внецентренно сжатых бетонных сечений, в которых согласно п. 2.2 не учитывается сопротивление растянутой зоны, производится по результатам сравнения величин наибольших главных сжимающих напряжений с величиной длительной прочности бетона при сжатии; при этом должно быть соблюдено условие (1).
3.4. Во всех случаях проектирования напорных бетонных сооружений, рассчитываемых как с учетом, так и без учета работы растянутой зоны бетона, необходимо учитывать в расчетном сечении элемента силы противодавления воды, определяемые в соответствии с требованиями пп. 4.12, 4.13, 4.14 главы СНиП II-И.14-69.
Плоское напряженное состояние
3.5 Бетонные элементы, материал которых испытывает двухосное сжатие, рассчитываются по формуле:
\sigma_{3} \leq \sigma_{\text{э}} = \frac{R_{\text{с}.\text{т}} + a|\sigma_{2}|}{K_{\text{б}.\text{д}}} , (3)
где |\sigma_{2}| — абсолютное значение среднего главного напряжения;
a — эмпирический коэффициент, определяемый по указаниям п. 3.7.
Объемное напряженное состояние
3.6 Бетонные элементы, материал которых испытывает трехосное сжатие, рассчитываются по формуле:
\sigma_{3} \leq \sigma_{\text{э}} = \frac{R_{\text{с}.\text{т}} + a(|\sigma_{2}| - |\sigma_{1}|) + b|\sigma_{1}|}{K_{\text{б}.\text{д}}} , (4)
где |\sigma_{1}| — абсолютное значение наибольшего главного напряжения, устанавливаемое с учетом указаний п. 4.1;
b — эмпирический коэффициент, определяемый по указаниям п. 3.7.
3.7. Величины коэффициентов a и b в формулах (3) и (4) должны быть определены специальными исследованиями на бетоне конкретного для проектируемого сооружения состава. Для прикидочных расчетов их значение может быть принято равным:
4. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ БЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН
4.1. Трещиностойкость бетонных элементов, материал которых испытывает осевое или двухосное растяжение, определяется длительной прочностью бетона на растяжение и должна удовлетворять следующему условию:
\sigma_{1} \leq \sigma_{\text{э}} = \frac{R_{\text{р}.\text{т}}}{K_{\text{б}.\text{д}}} . (5)
4.2. Трещиностойкость бетонных элементов, материал которых испытывает плоское напряженное состояние вида растяжение-сжатие, должна определяться следующим условием:
\sigma_{1} \leq \sigma_{\text{э}} = \frac{R_{\text{р}.\text{т}}}{K_{\text{б}.\text{д}}} - \frac{R_{\text{р}.\text{т}}}{R_{\text{с}.\text{т}}} |\sigma_{3}| . (6)
4.3. Трещиностойкость бетонных элементов, материал которых испытывает объемное напряженное состояние вида растяжение плюс два сжатия, рассчитывается с соблюдением условия:
\sigma_{1} \leq \sigma_{\text{э}} = \frac{R_{\text{р}.\text{т}}}{K_{\text{б}.\text{д}}} - \frac{R_{\text{р}.\text{т}}}{R_{\text{с}.\text{т}}} |\sigma_{3}| + \frac{a}{K_{\text{б}.\text{д}}} - \frac{R_{\text{р}.\text{т}}}{R_{\text{с}.\text{т}}} |\sigma_{2}| . (7)
4.4. Трещиностойкость бетонных элементов, материал которых испытывает объемное напряженное состояние вида два растяжения плюс сжатие, рассчитывается с соблюдением условия (6).
4.5. В случаях, когда по одной из главных площадок действует растягивающее напряжение и условия трещиностойкости (см. формулы 5, 6, 7) не выполняются, в сооружении должны быть предусмотрены специальные конструктивные мероприятия (швы-надрезы, периметральный шов, армирование и т.п.).
Примечание. Величины R_{\text{р}.\text{т}} в сечениях, совпадающих со швами бетонирования, следует принимать равными \frac{R_{\text{р}.\text{т}}}{2} или определять специальными экспериментами на образцах сечением не менее 0,5 x 0,5 м.