Расчет конструкций с композитной полимерной арматурой. СП 63.13330.2012 Дополнение Л

10.12.2015

8 июля 2015, приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации N 493/пр, утверждено и введено в действие Изменение №1 к своду правил СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.» Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. Это изменение заключается в дополнении данных документов (СП 63.13330.2012 и СНиП 52-01-2003) разделом: «Расчет конструкций с композитной полимерной арматурой».

Это дополнение, описывающее расчет конструкций с композитной полимерной арматурой, введено в виде дополнительного раздела, получившего название: «Приложение Л». Изменения, внесенные в СНиП 52-01-2003 8 июля 2015 в СП 63.13330.2012

1. Включить в Раздел 1 «Область применения», в конец предложения второго абзаца следующее дополнение: «и содержит рекомендации по расчету и конструированию конструкций с композитной полимерной арматурой».
2. Включить в Раздел 2 «Нормативные ссылки» следующий нормативный документ: «ГОСТ 31938-2012 Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия»
3. Включить в 5.1 следующий пункт 5.1.15:«5.1.15 Расчет и конструирование конструкций с композитной полимерной арматурой рекомендуется проводить по специальным правилам с учетом указаний Приложения Л.»
4. Включить в свод правил СП 63.13330.2012 следующее Приложение: «Приложение Л(рекомендуемое)»

Приложение Л. Расчет конструкций с композитной полимерной арматурой

Л.1 Общие положения

Л.1.1 Рекомендации по расчету распространяются на конструкции, армированные арматурой композитной полимерной (далее по тексту — АКП).
Л.1.2 АКП рекомендуется применять для армирования конструкций, эксплуатируемых в условиях агрессивного воздействия окружающей среды. Для армирования конструкций следует применять АКП отвечающую требованиям ГОСТ 31938-2012 следующих видов:

• стеклокомпозитную (АСК);
• базальтокомпозитную (АБК);
• углекомпозитную (АУК);
• арамидокомпозитную (ААК);
• комбинированную (АКК).

Вид АКП следует выбирать с учетом условий эксплуатации конструкции, характера их нагружения и экономических показателей.

Л.2 Нормативные и расчетные характеристики композитной полимерной арматуры

Л.2.1 Нормативное значение сопротивления растяжению R_f,n  и значение модуля упругости E_f  АКП определяют с обеспеченностью 0,95 по результатам испытаний образцов в соответствии с ГОСТ 31938 (здесь и далее буквенные обозначения с индексом «f» относятся к характеристикам и параметрам конструкций с АКП).

Л.2.2 Расчетное значение сопротивления растяжению Rf  АКП определяют по формуле:

\[ R_f=\frac{\gamma_{f1} R_{f n}}{\gamma_f} \text{(Л.1)}\]

где  — \(\gamma_{f1} \) коэффициент надежности по материалу, принимаемый при расчете по предельным состояниям второй группы равным 1,0, а при расчете по предельным состояниям первой группы — равным 1,5;

 — \(\gamma_{f1} \) коэффициент, учитывающий условия эксплуатации конструкции с АКП, принимаемый по таблице Л.1.

Таблица Л.1

Л.2.3 При расчете конструкции по предельным состояниям первой группы на действие только постоянных и длительных нагрузок расчетное значение сопротивления растяжению АКП следует определять по формуле: R_f = Y_fi • R_fn (Л.2)

где Yf 1  — коэффициент снижения сопротивления растяжению АКП при длительном действии нагрузки, принимаемый по таблице Л.2.

Таблица Л.2

Л.2.4 Расчетное значение предельных относительных деформаций АКП следует принимать равным \(\varepsilon_{f,ult} = \frac{R_f}{E_f} \), (Л.3)

Л.2.5 Расчетное значение сопротивления АКП сжатию следует принимать равным нулю.

Л.2.6 Расчетное значение сопротивления АКП растяжению при расчете прочности сечений, наклонных к продольной оси элемента, определяют:

• при радиусе загиба хомутов не менее 6d:

R_{fw =} 0,004 • E_f <= 0,5 • Rf   (Л.4)

• при радиусе загиба хомутов менее 6d — по данным производителя АКП, но не более значения, вычисленного по формуле (Л.4).

Во всех случаях расчетное значение R_fw сопротивления АКП растяжению следует принимать не более 300 МПа.

Л.2.7 Расчетные диаграммы деформирования (состояния) АКП, устанавливающие связь между напряжениями и относительными деформациями при растяжении, следует принимать линейными.

Л.3 Конструкции без предварительного напряжения композитной полимерной арматуры.

Расчет конструкций по предельным состояниям первой группы

Л.3.1 Расчет конструкций без предварительного напряжения АКП по предельным состояниям первой группы выполняют по указаниям раздела 8.1, при этом в расчетные зависимости вместо характеристик и параметров стальной арматуры подставляют соответствующие характеристики и параметры АКП, принимают значение площади сечения расположенной в сжатой зоне АКП A_f =0 и учитывают указания Л.3.2-Л.3.9.

Л.3.2 При расчете по прочности нормальных сечений изгибаемых, внецентренно сжатых, центрально и внецентренно растянутых конструкций по предельным усилиям:

• значение граничной относительной высоты сжатой зоны ξ_R, при котором предельное состояние конструкции наступает одновременно с достижением в растянутой АКП напряжения, равного расчетному сопротивлению R_f, определяют по формуле:

\[\xi_R=\frac{\chi}{h_0}=\frac{\phi}{1+\cfrac{\varepsilon_{f\mu lt}}{\varepsilon_{b2}}} \quad\textrm{,(Л.5)}\quad\]

где \(\phi \) — характеристика сжатой зоны бетона, принимаемая для тяжелого бетона классов до В60 включительно равной 0,8, а для тяжелого бетона классов В70-В100 и для мелкозернистого, легкого и ячеистого бетонов — равной 0,7;

\(\varepsilon_{f,\mu lt} \)— предельное значение относительной деформации удлинения АКП, вычисляемое по формуле (Л.3);

\(\varepsilon_{b2} \) — относительные деформации сжатого бетона, принимаемые по указаниям 6.1.20.

• при \(\chi > \chi_R h_0 \)   значение высоты сжатой зоны сечения при определении предельного изгибающего момента M_ult  для изгибаемых конструкций прямоугольного сечения вычисляют по формуле:

\[\chi=\sqrt{(0,5\mu_f \alpha_{f2} h_0)^2 + \mu_f \alpha_{f2}\phi h_0 } -0,5\mu_f \alpha_{f2} h_0\quad {,(Л.6)}\quad \]

где \(\mu_f=\frac{A_f}{b-h_0}{; }\quad \alpha_{f2}=\frac{E_f}{E_{b2}}{; }\quad E_{b2}=\frac{R_b}{\varepsilon_{b2}}{;}\)

A_f — площадь сечения АКП, расположенной в растянутой зоне сечения;

Расчет по прочности изгибаемых конструкций таврового или двутаврового сечений с полкой в сжатой зоне при \(\chi > \xi_R h_0 \)  производят на основе деформационной модели по указаниям 8.1.20-8.1.30 с учетом Л.3.3.

Л.3.3 При расчете по прочности нормальных сечений конструкций на основе деформационной модели:

• в расчетных зависимостях принимают A_f = 0 0 и v_fj = 1; ​​​​​​
• расчет по прочности производят из условия (8.37) и дополнительного условия;

ε_{f, max <=} ε_{f, min}  (Л.7)

где ε_{f, max} — относительная деформация наиболее растянутого стержня АКП в нормальном сечении конструкции от действия внешней нагрузки;

ε_{f, min}— предельное значение относительной деформации удлинения АКП, вычисляемое по формуле (Л.3).

Расчет конструкций по предельным состояниям второй группы

Л.3.4 Расчет конструкций по предельным состояниям второй группы, включающий расчеты по образованию, раскрытию трещин и по деформациям, производят по указаниям раздела 8.2, при этом в расчетные зависимости вместо характеристик и параметров стальной арматуры подставляют соответствующие характеристики и параметры АКП, принимают значение площади сечения расположенной в сжатой зоне АКП A_f = 0  и учитывают указания Л.3.4, Л.3.5.

Л.3.4 При расчете по раскрытию трещин значение a_crc,ult  в условии (8.118) принимают не более:

• 0,7 мм — при непродолжительном раскрытии трещин в нормальных условиях эксплуатации конструкции (эксплуатация в закрытых помещениях);
• 0,5 мм — при продолжительном раскрытии трещин, а также при непродолжительном раскрытии трещин при эксплуатации конструкции в среде с повышенной влажностью (эксплуатация на открытом воздухе или в грунте) и в агрессивной среде.

Л.3.5 При расчете ширины раскрытия нормальных трещин в формуле (8.128) значение коэффициента φ₂, учитывающего профиль продольной АКП, принимают равным:

• 0,7 — для арматуры периодического профиля;
• 1,2 — для гладкой арматуры.

Л.4 Конструкции с предварительно напряженной арматурой композитной полимерной

Л.4.1 Расчет конструкций с предварительно напряженной АКП выполняют по указаниям раздела 9, при этом в формулы вместо характеристик и параметров стальной арматуры подставляют соответствующие характеристики и параметры АКП, в расчетных зависимостях принимают Аf = 0 и учитывают указания Л.4.2-Л.4.12.

Л.4.2 Предварительные напряжения АКП σ_fp  ​​​​​​​ принимают не более:

• 0,5 R_fn ​​​​​​​ — для ААК;
• 0,65 R_fn  ​​​​​​​​​​​​​​ — для АУК;
• 0,45 R_fn  ​​​​​​​ — для АСК и АБК.

Л.4.3 Потери от релаксации напряжений АКП Δσ_fp1 определяют по формулам:

• для АСК, АБК и ААК:

Δσ_fp1 =0,2σ_fp, (Л.8)

• для АУК:

Δσ_fp1 =0,15σ_fp, (Л.9)

В формулах (Л.8)-(Л.9) значение σ_fp принимают без учета потерь. При наличии более точных данных о релаксации АКП допускается принимать иные значения потерь от релаксации. Для АКК значения ​​​​​​​σ_fp  ​​​​​​​и Δσ_fp1 ​​​​​​​ принимают по данным производителя.

Л.4.4 Максимальное значение температуры при пропаривании конструкции не должно превышать значения температуры стеклования полимерной матрицы АКП.

Л.4.5 Предварительные напряжения в бетоне σ_bp ​​​​​​​ не должны превышать:

• при передаче усилия предварительного обжатия P₍₁₎, определяемого с учетом первых потерь, — величины 0,6 R_bp;
• в эксплуатационной стадии при действии усилия предварительного обжатия P₍₁₎ ​​​​​​​, определяемого с учетом полных потерь, и нормативной длительной нагрузки — 0,45R_bp;
• в эксплуатационной стадии при действии усилия предварительного обжатия ​​​​​​​P₍₂₎ ​​​​​​​, определяемого с учетом полных потерь, и полной нормативной нагрузки — 0,6R_bp.​​​​​​​

Л.4.6 Длину зоны передачи предварительного напряжения на бетон для АКП без дополнительных анкерующих устройств определяют по формуле

\[l_{0,an} = \frac{\sigma_fp A_f}{R_{bond} u_f}{, (Л.10)}\]

где \(\sigma_{fp} \) — предварительное напряжение в напрягаемой АКП с учетом первых потерь;

 R_bond— сопротивление сцепления напрягаемой АКП с бетоном, отвечающее передаточной прочности бетона и определяемое согласно указаниям, Л.5.6.

Л.4.7 Расчет по прочности нормальных сечений по предельным усилиям производят по указаниям 9.2 и с учетом указаний Л.3.1-Л.3.3, Л.4.8-Л.4.10. При этом в формулах обозначения площадей сечения A_f следует относить как к напрягаемой, так и к ненапрягаемой АКП.

Л.4.8 Значения относительной деформации  АКП, расположенной в растянутой зоне при вычислении значения граничной высоты сжатой зоны бетона& ξ_R определяют по формуле

\[\varepsilon_f =\frac{R_f - \sigma_{fp}}{E_f}{, (Л.11)} \]

где σ_fp — предварительное напряжение в АКП с учетом всех потерь, принимаемое при значении коэффициента Y_fp = 0,9.

Л.4.9 При расчете элемента в стадии предварительного обжатия усилие в напрягаемой АКП вводится в расчет как внешняя продольная сила, равная

N_p = σ_fp • A_fp, (Л.12)

где  A_fp— площадь сечения напрягаемой АКП;

σ_fp  — предварительные напряжения с учетом первых потерь и коэффициента Y_{fp =} 1,1.

Л.4.10 Расчет по прочности нормальных сечений на основе деформационной модели проводят по указаниям 9.2.13-9.2.15 с учетом Л.3.3.

Расчет предварительно напряженных конструкций по предельным состояниям второй группы

Л.4.11 Расчет предварительно напряженных конструкций по предельным состояниям второй группы, включающий расчеты по образованию, раскрытию трещин и по деформациям, производят по указаниям 9.3 и с учетом Л.3.9, при этом в расчетные зависимости вместо характеристик и параметров стальной арматуры подставляют соответствующие характеристики и параметры АКП и принимают A_{f =} 0.

Л.5 Конструктивные требования

Требования к геометрическим размерам

Л.5.1 Геометрические размеры конструкций с АКП должны отвечать требованиям, установленным в 10.2.

Требования к армированию

Л.5.2 Армирование конструкций АКП должно отвечать требованиям, установленным в 10.3 и указаниям Л.5.3-Л.5.7.

Л.5.3 Минимальные значения толщины слоя бетона АКП, устанавливаемой по расчету, следует принимать равными:

• 25 мм — при эксплуатации конструкции в закрытых помещениях;
• 35 мм — при эксплуатации конструкции на открытом воздухе и в грунте (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий).

Во всех случаях толщину защитного слоя бетона следует принимать не менее диаметра АКП.

Л.5.4 Площадь сечения продольной растянутой АКП в процентах от площади сечения бетона, равной произведению ширины прямоугольного сечения либо ширины ребра таврового (двутаврового) сечения на рабочую высоту сечения,  следует принимать не менее, чем:

• 0,13% — в изгибаемых, внецентренно растянутых элементах и внецентренно сжатых элементах при гибкости 17 (для прямоугольных сечений 5);
• 0,33% — во внецентренно сжатых элементах при гибкости 87 (для прямоугольных сечений 25);
• для промежуточных значений гибкости элементов значение μ_s  определяют по интерполяции.

Л.5.5 В линейных конструкциях, и плитах с высотой поперечного сечения h > 150 мм наибольшее расстояние между осями стержней продольной АКП должны быть не более 1,5h и 300 мм.

Л.5.6 Базовую (основную) длину анкеровки, необходимую для передачи усилия в АКП с полным расчетным значением сопротивления R_s  на бетон, определяют по формуле

\[l_{0,an}=\frac{R_f A_f }{R_{bond} u_f}{, (Л.13)} \]

где значение R_bond  вычисляют по формуле (10.2), принимая в ней значения коэффициентов  η₁ и η₂  равными: η₁ =1,5; η₂ = 1.

Для АКП периодического профиля, имеющей показатели сцепления с бетоном не ниже, чем стальная арматура, значение коэффициента  допускается принимать в соответствии с указаниями 10.3.24 для стальной арматуры.

Л.5.7 Требуемую расчетную длину анкеровки АКП определяют по формуле

\[l_{an}=l_{0,an}\frac{ A_{f,cal} }{A_{f,ef}}{, (Л.14)} \]

где l_0,an  — базовая длина анкеровки, определяемая по формуле (Л.13);

 A_f,cal— площадь поперечного сечения АКП, требуемая по расчету;

 A_f,ef— площадь поперечного сечения АКП фактически установленная.

Приложение Л (Введено дополнительно, Изм. N 1).