модуль упругости бетона

Модуль упругости бетона

При расчетах бетонных и железобетонных конструкций по второй группе предельных состояний, в частности при определении прогибов, необходимо знать модуль упругости E (модуль Юнга) бетона при сжатии. При этом следует различать начальный E_b и приведенный E_b1 модули упругости.

Факторы, влияющие на значение расчетного модуля упругости

Более подробно сущность модуля упругости, предела пропорциональности, предела прочности, нормальных напряжений, деформаций и других понятий рассматривается отдельно. Здесь лишь отметим, что для материалов, у которых предел пропорциональности незначительно меньше предела текучести, можно использовать линейную деформационную модель. Т.е. предполагать деформации прямо пропорциональными нормальным напряжениям.

Примером таких материалов являются стали различных марок. А вот бетон к таким материалам не относится. Более того, у бетона нет ярко выраженного предела пропорциональности и предела текучести. Диаграмма напряжений бетона при постепенном загружении выглядит приблизительно так:

Рисунок 324.1

Однако это далеко не единственная из возможных диаграмм напряжений бетона, так как на значение деформаций ε будут влиять не только нормальные напряжения σ, возникающие в поперечных сечениях, но и множество других факторов:

1. Класс бетона

Начальный модуль упругости бетона зависит от класса бетона. Значение начального модуля упругости можно определить по следующей таблице:

Таблица 1. Начальные модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)

2. Время приложения нагрузки

При кратковременном действии нагрузки деформации бетона почти прямо пропорциональны напряжениям, кроме того такие деформации остаются упругими. При расчетах на кратковременное действие нагрузки (до 1-2 часов) значение приведенного модуля упругости на участках без трещин определяется по формуле:

где φ_b1 = 0.85 – для тяжелых, мелкозернистых и легких бетонов на плотном мелком заполнителе; = 0.7 – для поризованных и легких бетонов на пористом мелком заполнителе.

При длительном действии нагрузки того же значения, деформации начинают увеличиваться до некоторого предела, например при σ = R_b – до точки 1 на диаграмме напряжений. После снятия нагрузки пластические деформации ε_пл останутся (потому они пластическими и называются), а при повторном загружении до указанного предела деформации будут прямо пропорциональны напряжениям. Процесс нарастания пластических деформаций с течением времени при постоянных нормальных напряжениях называется ползучестью бетона.

Так как при длительном действии нагрузки диаграмма напряжений стремится к показанной на рисунке 324.1, то при расчетах необходимо учитывать нелинейность изменения деформаций при линейно изменяющихся напряжениях. К тому же в изгибаемых элементах нелинейному изменению деформаций препятствует сам материал. Напомню, нормальные напряжения в поперечных сечениях изгибаемых элементов прямо пропорциональны расстоянию от центра тяжести сечения, через который проходит нейтральная линия, до рассматриваемой точки. Таким образом различные слои бетона, работающие совместно, приводят к частичному перераспределению деформаций по высоте элемента, при этом перераспределенную эпюру деформаций можно условно рассматривать как линейную:

Рисунок 324.2

На рисунке 324.2 показана некоторая высота сжатой зоны сечения у, при которой нормальные напряжения σ будут прямо пропорциональны расстоянию от центра тяжести до рассматриваемой точки, это соответствует работе бетона в области условно упругих деформаций. При этом изменение деформаций можно рассматривать по зависимости, показанной на рисунке 324.2.а) или 324.2.б). Часто расчетами на прочность допускается наличие в сжатой области пластического шарнира, при котором изменяется эпюра напряжений и соответственно увеличивается значение деформаций:

Рисунок 324.3

На основании этого для упрощения расчетов обычно принимается двухлинейная (рис. 324.3. а) или трехлинейная (рис. 324.3.б) диаграмма состояния сжатого бетона. Согласно СП 52.101.2003 трехлинейная диаграмма выглядит так:

Рисунок 324.4

Е_b1 – при кратковременном действии нагрузки принимается равным E_b, а при длительном действии нагрузки определяется по следующей формуле:

где φ_b,cr – коэффициент ползучести бетона, определяемый в зависимости от класса бетона и влажности окружающей среды. Таким образом учитывается третий фактор, влияющий на модуль упругости бетона:

3. Влажность воздуха

Значение коэффициента ползучести определяется по следующей таблице:

Таблица 2. Коэффициенты ползучести бетона

а значения деформаций ε_bo и ε_b2 при необходимости (если нормальные напряжения больше 0.6Rb,n) определяются по таблице 3:

Таблица 3. Относительные деформации бетона (согласно СП 52-101.2003)

4. На значение модуля упругости бетона также влияют температура окружающей среды и интенсивность радиоактивного излучения.

Значение начальных модулей упругости, приведенных в таблице 1, соответствует температуре окружающей среды +20±5 о С и нормальному радиационному фону. При изменении температуры в пределах ±20 от указанного значения влияние температуры на модуль упругости можно не учитывать. А при больших изменениях температуры следует учитывать еще и температурные деформации бетона. В целом уменьшение температуры приводит к увеличению модуля упругости, но и к повышению хрупкости материала, а увеличение температуры – к уменьшению модуля упругости и к увеличению пластичности материала.

А теперь попробуем выяснить, как все эти теоретические цифры можно применить на практике.

Определение значения модуля упругости

Имеется железобетонная прямоугольная плита перекрытия – шарнирно опертая бесконсольная балка размерами h = 20 см, b = 100 см; ho = 17.3 см; пролетом l = 5,6 м; бетон класса В15 (начальный модуль упругости Е_b = 245000 кгс/см 2 ; R_b,ser (R_b,n) = 112 кгс/см 2 , R_b = 85 кгс/см 2 ); растянутая арматура класса А400 (E_s= 2·10 6 кгс/см 2 ) с площадью поперечного сечения A_s = 7.69 cм 2 (5 Ø14); полная равномерно распределенная нагрузка q = 7,0 кг/см, сумма постоянных и длительных нагрузок q_l = 6.5 кгс/см

1. Сначала выясним, какими будут параметры сечения при расчетном модуле упругости Е_b1. Согласно формулы (324.3) и таблицы 2, при классе бетона В15 и при влажности 40-75%:

E_b1 = 245000/(1 + 3.4) = 55681 кгс/см 2

2. Тогда высоту сжатой части приведенного сечения посредине балки можно найти, решив следующее уравнение:

у 3 = 3A_s(ho – y) 2 E_s/bE_b1 (321.2.4)

Решение этого уравнения для рассматриваемой плиты даст у_l/2 = 8.61 см.

Тогда приведенный момент сопротивления при такой высоте сжатой зоны сечения составит:

W = 2by 2 /3 = 2·100·8.61 2 /3 = 4942.14 см 3

3. Определим значение максимальных нормальных напряжений. Так как увеличение деформаций следует учитывать только при действии постоянных и длительных нагрузок, то значение момента от таких нагрузок составит:

σ = M/W = q_ll 2 /8W = 6.5·560 2 /(8·4942.14) = 51.56 кгс/см 2 2 (321.3.1)

Это означает, что для дальнейших расчетов плиты на действие длительных нагрузок можно использовать полученное значение модуля упругости бетона без каких-либо дополнительных поправок.

4. Расчетный момент инерции составит

I_p = W·y = 4942.14·8.61 = 42551.8 см 4 (321.5)

5. Значение прогиба при действии постоянных и длительных нагрузок составит

f = k5ql 4 /384E_b1I_p = 0.93·5·6.5·560 4 /(384·55681·42551.8) = 3.27 см (321.6)

где k = 0.93 – коэффициент, учитывающий изменение высоты сжатой зоны поперечного сечения по длине балки. На первый взгляд это кажется странным, ведь когда мы определяли прогиб по начальному модулю упругости бетона и использовали коэффициент k = 0.86, то пригиб составлял 3.065 см, т.е. при использовании коэффициента k = 0.93 прогиб был бы даже больше и составлял 3.31 см. Однако ничего странного в этом нет. Объясню, почему.

При определении прогиба по начальному модулю упругости мы искусственно занизили значение высоты сжатой зоны из-за нарастания пластических деформаций в результате превышения расчетного сопротивления. В данном же случае уменьшение модуля упругости бетона означает увеличение высоты сжатой зоны, а кроме того, значение нормальных напряжений, как показал расчет, не превышает 0.6R_b,n.

В связи с этим разницу при определении приблизительного прогиба по начальному и расчетному модулям упругости бетона можно считать не существенной. Т.е. при определении приблизительного значения прогиба расчет можно выполнять как по начальному значению модуля упругости бетона, так и с учетом его изменения в результате действия длительной нагрузки. Вот в в принципе и все.

Надеюсь, уважаемый читатель, информация, представленная в данной статье, помогла вам хоть немного разобраться в имеющейся у вас проблеме. Также надеюсь на то, что и вы поможете мне выбраться из той непростой ситуации, в которую я попал недавно. Даже и 10 рублей помощи будут для меня сейчас большим подспорьем. Не хочу грузить вас подробностями своих проблем, тем более, что их хватит на целый роман (во всяком случае мне так кажется и я даже начал его писать под рабочим названием “Тройник”, на главной странице есть ссылка), но если я не ошибся в своих умозаключениях, то роману быть и вы вполне можете стать одним из его спонсоров, а возможно и героев.

После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью и адресом электронной почты. Если вы хотите задать вопрос, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Спасибо. Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье “Записаться на прием к доктору”

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Для Украины – номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 0121 5641

Определения модуля упругости бетона

Модуль упругости — определение знакомо по большей части профессионалам. Малоопытному специалисту либо обычному потребителю это понятие незнакомо. Однако прочность и долговечность возведенного строения во многом зависит именно от этого показателя. Бетон само по себе довольно крепкое изделие. Но все-таки под воздействием некоторых внешних раздражителей он подвержен разрушению. Как раз по этой причине существует пара коэффициентов его крепости – на сжатие и на растяжение. Однако чаще всего обращают внимание именно на первое значение. Соответственно, и другие искомые параметры обязаны быть готовы к таким различным влияниям.

Что такое модуль упругости?

При воздействии повышение разрушения объясняется тем, что бетон известен такой характеристикой, как ползучесть. Сперва во время определенного воздействия внутри него начинается упругое разрушение. Данный эффект означает временное изменение состояния тела, при котором после окончания воздействия все возвращается к исходному состоянию. Если воздействие продолжается, то в конструкции начинаются необратимые разрушения.

Именно поэтому первый вариант воздействия называют упругим разрушением, а второй вариант – пластичным. Данное явление происходит по причине ползучести бетона. Если же воздействие не будет прекращено, то это приведет к значительной деформации строения. Модуль упругости бетона иногда еще могут называть, как коэффициент разрушения. Его выясняют при помощи различных технологий.

Что влияет на модуль упругости?

• Прямое воздействие оказывают свойства компонентов в бетоне. Мало того, данная подвластность полностью прямолинейная. У бетонов с небольшим весом этот показатель меньше, а вот у более тяжелых крупнозернистых видов он больше.
• Классификация бетона. Для выяснения зависимости искомого коэффициента составлена специальная таблица. Обычный потребитель в работе применяет небольшой перечень данных изделий, в связи с этой причиной нет необходимости приводить ее целиком. По известным показателям прочности и модуля понятно, что они пропорционально зависят друг от друга. Причем, данная зависимость не меняется при температурном воздействии ниже 230С. То есть в основном показатели не меняются вообще. Данный нюанс дает возможность контролировать такую характеристику продукта, как упругость, к тому же это выполнимо в одних и тех же классах материала. Это свойство учитывают для того, чтобы знать какой из продуктов может быть установлен. При возведении загородных частных домов применяют довольно маленький перечень бетонных растворов, согласно их классности. Чаще всего этот выбор происходит в диапазоне от В7 до В30, а также М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400. Однако данного ассортимента полностью хватает для возведения малоэтажных зданий. Это возможно, даже если в строительстве применяются плитные цоколи, а также формируются арки для декорирования.
• Возраст бетона. Известна зависимость между повышением искомого коэффициента и периода эксплуатации. По этой причине во время определения показателя в нужный отрезок времени, применяют специальные таблицы. В ней указаны первичные данные, которые необходимо умножить на поправочные модули.
• Метод переработки компонентов. Большую роль играет то, в каких условиях происходило застывание бетона. Ведь он мог отвердеть естественным образом, во время термического воздействия либо с применением автоклава.
• Длительность влияния давления. Чтобы выяснить этот показатель, начальный показатель множат на требуемый модуль. Для каждого из типов бетона данный модуль имеет свое значение. Для легких, тяжелых и мелкозернистых – 0,85, для поризованных – 0,7.

Прежде чем изучить другие нюансы, оказывающие воздействие на анализируемую характеристику, необходимо подробнее рассмотреть такое определение, как ползучесть бетона. Данный показатель оказывает большое влияние на стадию разрушения изделия. Ведь при недолгой малой нагрузке материал деформируется, но после прекращения воздействия он возвращается в изначальное состояние.

Данный момент можно детально не разбирать, так как весьма сложно определить вид деформации. Внешне пластичная и упругая деформация никак не отличается. Однако стоит указать, что пластичное разрушение объясняется свойством ползучести бетона. В частности, именно этот параметр берется в расчет при долгом воздействии на материал. Модуль ползучести также имеет свое буквенное обозначение:

• Влагосодержание в окружающем воздухе. Данное обстоятельство связано с модулем ползучести. Если необходимо точное значение, то она также узнается из соответствующих таблиц. В таком случае во внимание также берутся температура и уровень радиационного фона.
• Наличие металлического каркаса для армирования. Благодаря своему составу, металл не так сильно подвержен разрушениям вследствие воздействия, в отличие от простого бетона.

Необходимо отметить, что каким бы ни был показатель упругости, металл всегда превосходит бетон по прочности. Благодаря такому свойству, использование каркаса для армирования в любом случае повысит собственный показатель упругости у бетонного изделия.

Таблица зависимости модуля упругости от различных факторов

Довольно полезно будет изучить специальную таблицу, ведь именно благодаря ей появилась возможность выяснить модуль упругости бетона и не только. В данной таблице имеются следующие компоненты:

• карбид кремния — модуль упругости 35,5; температура плавления 2800С;
• периклаз – модуль упругости 24,6; температура плавления 2800С;
• корунд – модуль упругости 37,2; температура плавления 2050С;
• железо – модуль упругости 21,1; температура плавления 1539С;
• медь – модуль упругости 11,2; температура плавления 1083С;
• алюминий — модуль упругости 7,0; температура плавления 660С;
• свинец — модуль упругости 1,5; температура плавления 327С;
• полистирол — модуль упругости 0,3; температура плавления 300С;
• каучук — модуль упругости 0,007; температура плавления 300С.

В данном перечне приведены температуры плавления разных компонентов, подобный норматив обладает прямой зависимостью от искомого модуля. В связи с чем становится ясно, что владение информацией о влиянии различных факторов на показатели бетона — это важно.

Способы определения модуля упругости

Норматив упругости конструкции выясняется в ходе экспериментальных исследований на пробах по бетону Данное значение принято обозначать буквой «Е». Однако у него имеется и другое обозначение – «модуль Юнга». Профессионалы разделяют показатель упругости на подвиды: начальный и приведенный.

Необходимо заметить, что обычному малоопытному потребителю непростые формулы и примеры вычетов, которые делаются по данному показателю, никоим образом не пригодятся в жизни. В подобных тонкостях и нюансах может разобраться лишь человек опытный либо владеющий специальным образованием.

Показатель упругости возможно выяснить во время проведения отдельных проб на способность противостоять сжатию либо растяжению. Стоит заметить, что материал, не содержащий внутри армировочный каркас к такому явлению как растяжение, не подвластен. По результатам проведенных экспериментов, происходит построение графика, в котором указана зависимость между прикладываемым воздействием и разрушением изделия.

Начальный показатель, характеризующийся упругостью бетона, выясняется не так легко, как хотелось бы. Но его примерное значение можно выяснить косвенным методом. Довольно часто секущая полоса к кривой, обозначающая зависимость воздействия от разрушения, расположена параллельно относительно касательной линии. Также правильным будет определение того, что показатель упругости материала повышается прямо пропорционально значению его крепости. Но все-таки это является точным лишь для главной части графика. Также значение сильно подвластно условиям и месту эксперимента.

Заключение

Данная тема является весьма сложной и непростой. Однако при должном изучении никаких трудностей возникнуть не должно. Стоит заметить, что условия резки железобетонных изделий при помощи алмазных кругов во многом подвластны показателям упругости материала. То же самое можно сказать и об алмазном бурении изделий.

При разных показателях упругости увеличивается либо уменьшается сопротивляемость изделия. Хотя бы для облегчения такой работы стоит знать показатели упругости бетона.

Что такое модуль упругости бетона?

Невозможно представить строительство зданий и сооружение железобетонных конструкций без использования бетона. Различные марки композита отличаются эксплуатационными характеристиками. Он способен воспринимать повышенные нагрузки, однако внешние факторы вызывают его разрушение. Один из важнейших параметров, определяющих устойчивость возведенных зданий и продолжительность их эксплуатации – это модуль упругости бетона. На его величину влияет ряд факторов. Рассмотрим детально параметр, характеризующий способность бетона воспринимать сжатие и растяжение.

Невозможно представить строительство зданий и сооружение железобетонных конструкций без использования бетона

Модуль упругости бетонных конструкций – важный параметр

Модуль упругости бетона, характеризующий способность массива сохранять целостность под воздействием деформации, используют проектировщики при выполнении прочностных расчетов строительных конструкций. Главная отличительная черта бетонных изделий и конструкций – твердость. Вместе с тем, воздействие нагрузки, величина которой превышает допустимые значения, вызывает сжатие и растяжение композита. Затвердевший монолит в процессе деформации изменяется. Причина – ползучесть материала.

В зависимости от значения коэффициента ползучести и величины приложенной нагрузки, структура монолита изменяется постепенно:

• на первом этапе приложения нагрузки происходит кратковременное изменение структуры бетона. Он сохраняет целостность и восстанавливает первоначальное состояние. Растягивающие и сжимающие усилия, а также изгибающие моменты вызывают упругую деформацию без необратимых разрушений;
• на следующей стадии при резком возрастании нагрузки возникают разрушения необратимого характера. В результате пластичной деформации возникают глубокие трещины, являющиеся, в дальнейшем, причиной постепенного разрушения зданий и различных бетонных конструкций.

Коэффициент упругости – главная характеристика, определяющая прочностные свойства бетона. Показатель представляет интерес для профессиональных проектантов, занимающихся расчетом нагрузочной способности бетонных конструкций. Индивидуальным застройщикам следует ориентироваться на класс материала, с возрастанием которого увеличивается значение модуля упругости бетона.

Коэффициент упругости – главная характеристика, определяющая прочностные свойства бетона

Какие факторы определяют модуль упругости бетона В25 и бетонов других классов

На величину модуля упругости влияют следующие факторы:

• характеристики наполнителя. Величина показателя прямо пропорциональна удельному весу бетона. При небольшой плотности значение модуля упругости меньше, чем у тяжелых мелкозернистых стройматериалов, содержащих плотный гравийный или щебеночной наполнитель;
• классификация бетона. Каждый класс бетона по прочности имеет свое значение модуля упругости. С возрастанием класса бетона одновременно увеличивается значение модуля упругости. Начальное значение модуля упругости бетона класса В10 составляет 19, а для бетона В30 равно 32,5;
• возраст монолита. Величина параметра, характеризующего упругость материала и продолжительность эксплуатации, связаны прямым соотношением. Оно не имеет предела пропорциональности – с увеличением возраста бетона возрастает крепость бетонной структуры. Используя существующие таблицы, специалисты определяют искомую величину с учетом поправочных коэффициентов;
• технологические особенности изготовления бетона. Технологией производства бетона предусмотрена обработка при атмосферном давлении и возможность застывания стройматериала в естественных условиях, а также в автоклавах под воздействием повышенного давления и высокой температуры. Условия, при которых твердел бетон, влияют на показатель;
• продолжительность нахождения бетона под нагрузкой. Расчет модуля упругого сопротивления производится путем умножения табличного значения на корректирующий коэффициент. Для ячеистых бетонов с пористой структурой величина составляет 0,7; для плотного бетона – 0,85;

Модуль упругости бетона разных классов

• концентрация влаги в воздушной среде. В зависимости от влажности воздуха изменяется концентрация влаги в бетоне, что влияет на его способность воспринимать предельные нагрузки. Температура окружающей среды также влияет на значение модуля упругости;
• наличие пространственной решетки, изготовленной из арматурных прутков. Армирование повышает способность бетонного массива сопротивляться разрушающим деформациям и воспринимать действующие нагрузки. Расчетное сопротивление для арматуры указано в нормативных документах.

Модуль зависит от комплекса факторов. Их следует учитывать при выполнении прочностных расчетов. Независимо от упругости массива, помните, что наличие арматурной решетки значительно повышает сопротивляемость бетона действующим нагрузкам.

Для усиления используйте арматуру повышенного класса. Не забывайте, что значение нормативного сопротивления для арматуры класса A6 выше, чем величина сопротивления для арматуры класса А1.

Модуль упругости бетона – таблица

Коэффициент, характеризующий упругость материала, остается неизменным до определенного температурного порога. Проследить зависимость изменения модуля упругости от марки материала и температурных условий поможет таблица. Например, для материалов, у которых температура плавления 300 °С, после дальнейшего нагрева снижается способность противодействовать упругой деформации. И хотя бетон не плавится, под воздействием повышенной температуры, вызванной пожаром, нарушается структура бетонного массива и он теряет свои свойства.

Модуль упругости бетона – таблица

Разработанная согласно Своду правил 52 101 2003 таблица поможет определить величину начального модуля упругости для различных классов бетона:

• величина показателя упругости для материала класса В3,5 составляет 9,5;
• стройматериал класса В7,5 отличается увеличенным значением модуля, равным 16;
• строительный материал класса В20 при естественном твердении имеет значение модуля 27;
• бетон, классифицируемый как В35, имеет увеличенную до 34,5 величину модуля упругости;
• максимальное значение параметра 40 соответствует прочному бетону класса В60.

Зная класс материала, а также имея информацию о плотности стройматериала и технологии изготовления, несложно определить величину параметра по специальной таблице.

Как определяется модуль упругости бетона В20

Значение модуля для всех классов материала определяется согласно сп 52 101 2003. Таблица нормативного документа содержит значения всех необходимых коэффициентов для выполнения расчетов. Алгоритм определения показателя предусматривает выполнение экспериментальных исследований на стандартных образцах.

Диаграмма модуля упругости бетона в20

В специальной литературе параметр обозначается заглавной буквой Е и известен среди профессиональных проектировщиков как модуль Юнга.

Он имеет различную величину в зависимости от действующей нагрузки и структуры бетона:

• значение начального модуля упругости соответствует исходному состоянию бетона, воспринимающего пластическую деформацию без растрескивания массива;
• приведенная величина модуля упругости характеризует стадию нагружения, после которой бетон теряет целостность в результате необратимых разрушений.

Осуществляя специальные расчеты и зная значение модуля упругости, специалисты определяют запас прочности сооружений арочного типа, автомобильных и железнодорожных мостов, а также перекрытий зданий.

Рекомендации

Профессиональные строители рекомендуют для повышения величины модуля упругости применять различные технологии изготовления. Рассмотрим, как изменяет свойства бетон б15, изготовленный различными методами:

• в результате автоклавной обработки бетон приобретает упругие свойства, характеризуемые модулем, равным 17;
• применение тепловой обработки, выполненной при атмосферном давлении, позволяет увеличить величину модуля упругости до значения 20,5;
• максимальную величину модуля имеет бетон 200 М (B15) при естественных условиях твердения.

Различные технологии изготовления бетона

Аналогичная тенденция прослеживается для других классов бетона, включая популярный b25 бетон.

С рассматриваемой точки зрения прослеживаются следующие тенденции:

• для повышения величины модуля упругости бетона целесообразно использовать технологию естественного твердения;
• применение гидротермической обработки снижает способность материала сопротивляться сжимающим и растягивающим нагрузкам;
• при возрастании класса используемого бетона увеличивается его сопротивление упругим деформациям.

Используя табличные значения, несложно определить модуль сопротивления, и выбрать класс бетона для выполнения конкретных задач.

Заключение

Понимание физической сущности параметра упругости бетонного материала позволит правильно выбрать класс бетона для обеспечения необходимой прочности и долговечности строительных конструкций. Желая подробно ознакомиться с методикой расчета бетонных конструкций, изучите внимательно Свод правил 52 101 2003, положения которого распространяются на строительные конструкции из бетона и железобетона.

Originally posted 2018-04-26 13:17:12.

Факторы, влияющие на модуль упругости бетона

Модуль упругости бетона — общее название совокупности нескольких физических величин, характеризующих способность материала периодически подвергаться деформации при воздействии на него какой-либо нагрузки.Понятие модуля упругости бетона не имеет широкого распространения и известно лишь узкому кругу специалистов. Для застройщика, занимающегося частными постройками, или для строителя сочетание этих слов не несет никакой информации. Однако стоит помнить, что срок службы того или иного возводимого объекта напрямую зависит от рассматриваемого понятия.

Значения прочности бетона.

Факторы прочности бетона

Бетон относится к разряду материалов, имеющих высокую прочность. Несмотря на это, он может быть подвергнут частичной деформации в результате действия нагрузки. В таких случаях принято выделять два фактора, указывающих на твердость материала:

В большинстве случаев специалисты смотрят на первый показатель прочности.

Ультразвуковой способ контроля модуля упругости бетона.

Следовательно, для этих разносторонних воздействий, рассмотренных выше, должен быть верно подсчитан модуль упругости бетона.

Как свидетельствует строительная практика, показатели, рассмотренные выше, считаются равноценными. Они указывают на склонность бетона к короткой деформации под влиянием повышенных нагрузок, но при этом не допуская изменений, носящих непоправимый характер. К таким изменениям можно отнести разрушение структуры бетона, появление в материале микротрещин. Способность к временной деформации необходимо знать, в случаях когда конструкция из бетонных элементов подвергается всевозможным прогибам (к примеру, железобетонные конструкции типа арок или различные виды перекрытий). В определенных рамках материал отличается от множества других, использующихся в строительстве, поскольку под влиянием повышенной нагрузки он пружинисто реагирует.

Способы определения модуля упругости бетона

Модуль упругости бетона определяется экспериментально на основании образцов бетона, подвергнувшихся проверке.

Зависимость модуля упругости цементного камня от предела прочности.

Данный показатель имеет обозначение в виде символа «Е». Также он известен своим вторым названием — «модуль Юнга». Специалисты делят модуль упругости на приведенный и начальный (Eb и Eb1). Следует отметить, что для простого обывателя сложные примеры расчетов, связанные с изучением рассматриваемого термина, и математические правила, применяемые для них, не смогут никак помочь на практике. Во всех особенностях и нюансах рассматриваемого понятия возможно разобраться лишь человеку, имеющему соответствующее образование.

Таблица зависимости модуля упругости от различных факторов

Однако не будет лишним узнать о существовании специальной таблицы, с помощью которой можно узнать зависимость модуля упругости Е ряда материалов от температуры плавления (рис. 1). В таблице представлены такие материалы, как:

Рисунок 1. Модуль упругости бетона.

• карбид кремния;
• периклаз;
• корунд;
• железо;
• медь;
• алюминий;
• свинец;
• полистирол;
• каучук.

В таблице показана температура плавления каждого перечисленного материала, которая напрямую зависит от модуля упругости.

Таким образом, становится ясна необходимость понимания того, что влияет на модуль деформации бетона и упругости.

Что влияет на модуль упругости?

Рассмотрим, от чего зависит данная характеристика материала:

Таблица определения количества бетона в зависимости от марок цемента.

1. Самое важное влияние имеют характеристики наполнителя. Можно увидеть, что зависимость, если изобразить ее в виде графика, является практически прямолинейной. Значение модуля будет ниже для нетяжелых бетонов, чем для бетона, имеющего крупные гранулы, такие, как щебень и гравий.
2. Следующее влияние на рассматриваемую характеристику оказывает класс бетона. Для того чтобы определить класс, разработана специальная таблица. Нет необходимости рассматривать то, как она выглядит в настоящем виде, так как человек, занимающийся частной практикой, пользуется неполным ассортиментом материалов. В таблице даны сведения, содержащие прочность и модуль, посмотрев на которые, можно понять, что они прямо пропорционально зависят друг от друга. Зависимость постоянна и не меняется до 230° С, то есть практически никогда. Приведенные данные помогают управлять упругостью бетона. Упругость берется в расчет в зависимости от того, монтаж какого предмета конструкции будет произведен. К примеру, с какой силой будет нагружен элемент конструкции либо как долго на конструкцию будет воздействовать дополнительная масса и с какой периодичностью.
3. Модуль упругости зависит также от возраста бетона. Чем больше возраст бетона, тем сильнее изменяется характер его пористости: наблюдается постепенное уменьшение объема микропор. Они словно зарастают продуктами цементной гидратации. К примеру, в возрасте 3 месяцев водонепроницаемость бетона увеличивается вдвое по сравнению с маркой 4-недельного возраста. Постепенно просматривается тенденция, согласно которой числовой показатель модуля упругости материала становится больше. Следовательно, чтобы определить величину в заданном промежутке времени, специалисты берут в расчет таблицы, в которых можно увидеть первоначальные данные. Эти данные умножаются на поправочные коэффициенты.
4. Наблюдается прямая зависимость рассматриваемой характеристики от технологии обработки бетона. Существует три основных технологии.

Затвердение бетона естественным путем. В начале процесса естественного затвердения материал схватывается. Начинается этот процесс спустя несколько часов с момента укладки. Образуются первичные сцепки внутри материала. Начавшаяся в бетоне химическая реакция между жидкостью и цементом в итоге заканчивается тем, что бетон начинает постепенно твердеть. Итоговой целью является сцепка застывшим вяжущим веществом всех элементов. Процесс схватывания может продолжаться как несколько часов, так и целые сутки. Это зависит от температуры. В это время настоятельно не рекомендуется подвергать материал каким-либо нагрузкам, так как впоследствии это негативно отразится на качестве всей конструкции. Временным стандартом естественного твердения бетона является один календарный месяц. По достижению этого срока на конструкцию разрешено осуществлять нагрузку.

Бетон автоклавного твердения. Такой вид бетона является искусственным материалом, создаваемым из нескольких компонентов и добавок. Данный метод твердения способствует материалу максимально соответствовать требованиям, при которых его будут использовать.

Тепловлажностный вид обработки. Данный вид отвердения имеет место в случаях, когда бетону необходимо придать высокую твердость.

1. Количество времени, в течение которого материал подвергается нагрузке. Для того чтобы определить этот показатель, необходимо начальный модуль упругости умножить на необходимый коэффициент. Для разных типов материалов он различен: 0,85 и 0,7.

Схема приготовления бетонной смеси.

Для того чтобы продолжить рассматривать следующие факторы, оказывающие свое влияние на рассматриваемую характеристику бетона, следует обратить внимание на «ползучесть» материала. С ее помощью можно узнать, до какой степени может деформироваться бетон. Важно знать, что при коротком промежутке времени воздействия тяжести бетон приобретает форму, которой обладал изначально.

В том случае, если процесс действия груза на материал не останавливается, запускается процесс пластичной деформации. Данный вид деформации в большинстве случаев носит необратимый характер. Часто на практике бывают ситуации, при которых практически невозможно различить эти деформации друг от друга. В таком случае необходимо знать, что пластичность вызвана «ползучестью» материала. Именно «ползучесть» учитывается, когда воздействие нагрузки имеет продолжительный характер.

1. Влажность воздуха. Ползучесть бетона и влажность воздуха имеют между собой прямую зависимость. Так же, как и в остальных случаях, эта зависимость определяется по специальным схемам. Необходимо учитывать также существующую температуру и радиационное излучение.
2. Металлическая основа. Данный фактор необходимо принимать во внимание во время изучения рассматриваемой характеристики бетона, так как известно, что металл склонен к деформации от силы действия тяжести гораздо в меньше, чем бетон.

Итак, рассмотрев понятие модуля упругости бетона, можно увидеть, что данная характеристика зависит от множества факторов, не учитывать которые в строительной деятельности нельзя.

Модуль упругости бетона

Модуль упругости бетона

Коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и соответствующей ему относительной продольной упругомгновенной деформацией при s₁ = 0,3R_пр при осевом сжатии образца

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

Смотреть что такое “Модуль упругости бетона” в других словарях:

Модуль упругости бетона — – коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и соответствующей ему относительной продольной упругомгновенной деформацией при осевом сжатии образца. [ГОСТ 24452 80] Модуль упругости бетона отношение напряжения в бетоне при… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

модуль упругости бетона — Еσ, МПа Коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и соответствующей ему относительной продольной упругомгновенной деформацией при σ1 = 0,3 Rпр при осевом сжатии образца … Справочник технического переводчика

модуль упругости бетона при напряжении sc = 0 в возрасте 28 сут. — модуль упругости бетона при напряжении sc = 0 в возрасте 28 сут. Eс, Ес(28) Модуль упругости бетона (касательный) при напряжении sc = 0 в возрасте 28 сут [Англо русский словарь по проектированию строительных конструкций. МНТКС, Москва, 2011]… … Справочник технического переводчика

секущий модуль упругости бетона — Ecm — [Англо русский словарь по проектированию строительных конструкций. МНТКС, Москва, 2011] Тематики строительные конструкции Синонимы Ecm EN secant modulus of elasticity of concrete … Справочник технического переводчика

модуль упругости — 3.8 модуль упругости: Параметр, определяемый величиной деформации под воздействием нагружения, используется для характеристики прочности дорожных одежд. Источник: ОДМ 218.2.024 2012: Методические рекомендации по оценке прочности нежестких… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Модуль упругости — – коэффициент пропорциональности между приложенным к телу напряжением (в упругой области) и обусловленной им величиной деформации. [Тарасов В. В. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов / В. В.… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Модуль упругости начальный — (Е0) – статический модуль упругости – модуль деформаций, соответствующий величине действующего напряжения, равный 30% предела кратковременной призменной прочности. [Ушеров Маршак А. В. Бетоноведение: лексикон. М.: РИФ Стройматериалы.… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Модуль упругости арматуры — – модуль упругости арматуры при растяжении и сжа­тии. равный отношению напряжения при кратковремен­ном нагружении к упругой деформации. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Модуль упругости бетонной смеси — – реологическая константа, характеризующая упругое со­противление тяжелой бетонной смеси знакоперемен­ным силовым воздействиям на нее на завершающей стадии уплотнения и определяемая объемным содер­жанием неудаленной воздушной фазы.… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Модуль упругости динамический — (Ed) – физическая константа, устанавливающая взаимосвязь между средней плотностью бетона, коэффициентом Пуассона и скоростью распространения волновых процессов. [Ушеров Маршак А. В. Бетоноведение: лексикон. М.: РИФ Стройматериалы. 2009.… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ГЛАВА 6. Упругость, усадка и ползучесть бетона

Строго говоря, термин «модуль упругости» (модуль Юнга) относится непосредственно только к прямолинейному участку диаграммы напряжение— деформация или, в случае отсутствия такого участка, к касательной к кривой, проходящей через начало координат. Этот начальный модуль имеет небольшое практическое значение. Можно определять модуль упругости по касательным, проходящим через любую точку графика напряжение — деформация, однако этот модуль применим только при очень малых отклонениях нагрузки выше или ниже того уровня, при котором этот модуль определяется.

Величина наблюдаемых деформаций и ход кривой напряжение—деформация зависят, по крайней мере частично, от скорости приложения нагрузки. Когда нагрузка прилагается чрезвычайно быстро, например менее чем за 0,01 сек, деформации резко снижаются и кривизна зависимости напряжение—деформация становится чрезвычайно малой. Увеличение времени нагружения с 5 сек до 2 мин может изменить деформацию на 15%, но в пределах интервала от 2 до 10 мин (и даже до 20), т. е. за время, обычно применяемое при испытаниях образцов на стандартном испытательном оборудовании, увеличение деформаций ничтожно мало.

Увеличение деформации под нагрузкой или часть такого увеличения обусловлено ползучестью бетона, однако разделение упругой и пластической части деформации затруднительно из-за зависимости мгновенной деформации от скорости загружения. Для практических целей разделение деформаций производят следующим образом: деформация за время нагружения считается упругой, дальнейшее увеличение деформации протекает за счет ползучести бетона. Модуль упругости, удовлетворяющий этому условию, показан на рис. 6.1 как модуль деформации. Стандартных методов определения модуля деформации в настоящее время нет; в некоторых лабораториях он определяется при уровнях напряжений в интервалах от 28 до 140 кгс/см2, в других— при напряжениях, достигающих 15, 25, 33 или 50% разрушающей нагрузки. Поскольку модуль деформации уменьшается с увеличением напряжения, то напряжение, при котором он определяется, всегда должно быть установлено. Этот модуль является статическим модулем упругости, так как определяется он из отношения напряжения к деформации, которое в противоположность динамическому модулю устанавливается на уровне 280 кгс/см2.

Определение начального модуля упругости связано со значительными трудностями, однако его приблизительная величина может быть определена косвенным путем: секущая к кривой напряжение—деформация на ветви разгрузки часто, хотя и не во всех случаях, параллельна касательной, проходящей через начало координат (рис. 6.1). Повторная нагрузка и разгрузка уменьшает ползучесть, поэтому диаграмма напряжение—деформация, полученная после трех или четырех нагружений, характеризуется весьма малой кривизной.

Влияние ползучести на величину общей деформации значительно уменьшается при измерениях деформаций в малом диапазоне изменения напряжений, однако в этом случае точный замер деформации представляет большие трудности.

На рис. 6.2 представлен график деформаций бетона различной прочности в зависимости от отношения действующих напряжений к прочности бетона. Под нагрузкой, составляющей половину конечной прочности, более высокой величиной деформации характеризуется бетон большей прочности. При этом для любых двух бетонов отношение их деформаций значительно меньше, чем отношение их прочностей, т. е. бетон большей прочности характеризуется большей величиной модуля упругости (табл. 6.1).

Модуль упругости бетона увеличивается пропорционально корню квадратному из его прочности. Эта зависимость справедлива только для основной части графика и зависит от условий испытания образцов: водонасы-щенные образцы характеризуются более высоким модулем упругости, чем сухие (рис. 6.3), в то время как прочности их находятся на одном уровне. Свойства заполнителя также влияют на модуль упругости бетона; с увеличением модуля упругости крупного заполнителя увеличивается модуль упругости бетона. Форма поверхности крупного заполнителя и характеристика его поверхности могут также влиять на величину модуля упругости бетона и на вид графической зависимости напряжение — деформация (рис. 6.4).

Ниже приведен модуль упругости бетона различной прочности, определенный в соответствии с руководством СР 2007—1960 по проектированию предварительно напряженного бетона.

Соотношение между модулем упругости и прочностью бетона зависит также от количественного соотношения компонентов в смеси (модуль упругости заполнителей обычно выше, чем модуль упругости цементного камня) и от возраста образцов: с увеличением возраста бетона модуль упругости его растет быстрее, чем прочность.

Эту зависимость можно четко проследить на рис. 6.5, где также приводятся результаты испытаний бетона на керамзите. Модуль упругости бетона на легком заполнителе обычно составляет от 40 до 80% модуля упругости тяжелого бетона той же прочности, при этом модуль упругости легкого бетона не зависит от модуля упругости цементного камня и соотношения компонентов в составе бетона.

Соотношение между модулем упругости и прочностью бетона остается неизменным при действии повышенных (до 230° С) температур, поскольку в этом температурном интервале и модуль упругости и прочность бетона изменяется с повышением температуры по одному закону.

Выше были рассмотрены вопросы, связанные с модулем упругости при сжатии, однако для ряда бетонов модуль упругости при растяжении имеет те же значения, что и модуль упругости при сжатии. Модуль упругости при растяжении может быть определен по результатам испытаний образцов на изгиб, при этом, в случае необходимости, производится корректировка результатов на влияние среза.

При испытаниях на изгиб на графической зависимости напряжение— деформация имеется нисходящая ветвь кривой при нагрузках, близких к разрушающим, т. е. имеет место уменьшение напряжений, сопровождающееся увеличением деформаций бетона (рис. 6.6). Такое же явление наблюдается и при испытаниях на сжатие при условии, что образец загружается при постоянной величине деформации.

Модуль упругости при срезе прямыми экспериментами не определяется.