Новое в своде правил по проектированию фибробетонных конструкций с неметаллической фиброй

Введение

Необходимость работы вызвана тем, что в действующей редакции СП 297.1325800 [1] отсутствуют указания по расчету прочности для сечений кольцевой формы с арматурой и без арматуры на действие изгибающих моментов и продольных сил. Кроме того, в действующей редакции свода правил отсутствуют указания по определению индекса подкласса фибробетона с неметаллической фиброй по остаточной прочности на осевое растяжение, а также указания по расчету огнестойкости фибробетонных конструкций.

Отсутствие указанных положений существенно затрудняло проектирование отдельных конструкций из фибробетона, что приводило к излишним материальным и временным затратам.

Целью работы является совершенствование системы градостроительной деятельности в части уточнения и дополнения действующих нормативных документов по проектированию фибробетонных конструкций с неметаллической фиброй.

Материалы и методы

Разработка проекта изменения № 2 к СП 297.1325800 [1] выполнялась с учетом современных требований, а также анализа результатов последних научных исследований. Дополнительно был проанализирован опыт применения данного свода правил на предмет уточнения его положений для удобства пользователей.

Результаты

В соответствии с утвержденным Минстроем РФ планом разработки сводов правил на 2022 год специалистами НИИЖБ им. А. А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» было разработано изменение № 2 к СП 297.1325800 [1].

Ниже приведены отдельные положения разработанного проекта изменения, представляющие собой наиболее существенные корректировки и дополнения к действующему своду правил.

Раздел 2 СП 297.1325800 [1], касающийся нормативных ссылок, был приведен в соответствие с перечнем норм, действующих в настоящее время, а также дополнен новыми нормативными документами.

В п. 4.5 раздела 4 «Общие требования» внесено важное уточнение, согласно которому расчеты фибробетонных конструкций следует производить с учетом общих положений и требований, указанных в разделах 4 и 5 СП 63.13330 [2] для расчетов конструкций из бетона без содержания фибры. Также в данный раздел внесен новый пункт 4.6, который устанавливает общие требования по расчету фибробетонных конструкций с неметаллической фиброй на огнестойкость. Согласно новому пункту расчет фибробетонных конструкций на огнестойкость следует выполнять с учетом указаний СП 468.1325800 [3] для конструкций из бетона без содержания фибры и без учета остаточных сопротивлений фибробетона осевому растяжению R_fbt2 и R_fbt3.

Подраздел 6.1 «Расчет конструкций по предельным состояниям первой группы» свода правил [1] был доработан и дополнен методиками расчета по прочности изгибаемых и внецентренно сжатых фибробетонных элементов кольцевых сечений.

Подраздел дополнен новым пунктом 6.1.9а, согласно которому расчет по прочности изгибаемых фибробетонных элементов кольцевых сечений без арматуры (рис. 1) производят из условия

, (1)

где A_r – общая площадь кольцевого сечения, определяемая по формуле

A_r = 2 πr_mt_r (2)

где r_m – радиус срединной поверхности стенки кольцевого элемента, определяемый по формуле

, (3)

r₁ и r₂ – радиусы соответственно внутренней и наружной граней кольцевого сечения;

. (4)

Согласно новой редакции п. 6.1.11 свода правил [1] расчет по прочности внецентренно сжатых фибробетонных элементов без рабочей арматуры при расположении продольной сжимающей силы за пределами поперечного сечения элемента, а также внецентренно сжатых фибробетонных элементов без рабочей арматуры при расположении продольной сжимающей силы в пределах поперечного сечения элемента, в которых по условиям эксплуатации не допускается образование трещин, производят с учетом сопротивления фибробетона растянутой зоны из условия

. (5)

Для элементов прямоугольного сечения (рис. 2) условие (5) имеет вид:

, (6)

В формулах (5)–(6):

R_fbt – расчетное сопротивление фибробетона осевому растяжению;

А, I, у_t , η – следует определять по указаниям 7.1.9 СП 63.13330 [2] для конструкций из бетона без содержания фибры.

Также проектом изменения предусмотрено включение методики расчета внецентренно сжатых фибробетонных элементов кольцевого сечения без рабочей арматуры и с ней. Методика расчета приведена в новых пунктах 6.1.12а и 6.1.12b. Расчет по прочности внецентренно сжатых фибробетонных элементов кольцевого сечения без рабочей арматуры (рис. 1) производят из условия

, (7)

где А_r , r_т – см. формулы (2) и (3);

α_r – относительная площадь сжатой зоны фибробетона, определяемая по формуле

. (8)

Если полученное из расчета по формуле (8) значение α_r < 0,15, то в условие (7) подставляют значение α_r , определяемое по формуле

. (9)

Расчет прочности кольцевых сечений внецентренно сжатых элементов c рабочей арматурой (рис. 3) при соотношении внутреннего и наружного радиусов r₁/r₂ ≥ 0,5 и арматуре, равномерно распределенной по окружности (при минимум семи продольных стержнях), производят в зависимости от относительной площади сжатой зоны бетона по формуле

. (10)

а) при 0,15 < ξ_cir < 0,6 – из условия

(11)

б) при ξ_cir ≤ 0,15 – из условия

, (12)

где

в) при ξ_cir ≥ 0,6 – из условия

, (13)

где

.

В формулах (10)–(13):

A_{s, tot} – площадь сечения всей продольной арматуры;

r_m – радиус срединной поверхности стенки кольцевого элемента, определяемый по формуле (3);

r_s – радиус окружности, проходящей через центры тяжести стержней продольной арматуры.

Момент М определяют с учетом влияния прогиба элемента.

Конструктивные требования, изложенные в разделе 8 СП [1], дополнены новыми положениями в части ограничения максимального размера фракции крупного заполнителя для фибробетонной смеси, который рекомендуется принимать не более 20 мм. Также внесены указания по назначению толщины защитного слоя фибробетона с неметаллической фиброй, которую назначают согласно СП 63.13330 [2] с учетом типа конструкций, роли арматуры в конструкциях (продольная рабочая, поперечная, распределительная, конструктивная арматура), условий окружающей среды и диаметра арматуры.

Отдельно следует отметить уточнение положений СП [1] по назначению индекса подкласса фибробетона с неметаллической фиброй по остаточной прочности на осевое растяжение, который теперь допускается устанавливать по ГОСТ Р 59535 [4]. Данное изменение внесено в Приложение Б к СП [1].

Вывод

Разработан проект изменения № 2 к СП 297.1325800.2017 «Конструкции фибробетонные с неметаллической фиброй. Правила проектирования», положения которого позволят разрабатывать надежные конструктивные решения таких конструкций, в том числе с достижением определенного экономического эффекта.