«НАЦИОНАЛЬНОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ СТРОИТЕЛЕЙ _ Стандарт организации ОСВОЕНИЕ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА КОНСТРУКЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ ИЗ ФИБРОБЕТОНА ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ СТО НОСТРОЙ - 2013 ПРОЕКТ Вторая ...»

СТО НОСТРОЙ ФБТК - 2013

НАЦИОНАЛЬНОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ СТРОИТЕЛЕЙ

_

Стандарт организации

ОСВОЕНИЕ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА

КОНСТРУКЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

ИЗ ФИБРОБЕТОНА

ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

СТО НОСТРОЙ - 2013

ПРОЕКТ

Вторая редакция _ Филиал открытого акционерного общества Центральный научно-исследовательский институт транспортного строительства «Научно-исследовательский центр «Тоннели и метрополитены»

Москва СТО НОСТРОЙ ФБТК - Предисловие РАЗРАБОТАН Филиалом ОАО ЦНИИС «НИЦ «Тоннели и метрополитены»

ПРЕДСТАВЛЕН НА Комитетом по промышленному строительУТВЕРЖДЕНИЕ ству Национального объединения строителей протокол от № УТВЕРЖДЕН И Решением Совета Национального объединеВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ ния строителей протокол от №

ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

© Филиал ОАО ЦНИИС «НИЦ «Тоннели и метрополитены», Распространение настоящего стандарта осуществляется в соответствии с действующим законодательством и с соблюдением правил, установленных Национальным объединением строителей II СТО НОСТРОЙ ФБТК - Содержание Введение V 1 Назначение и область применения ……………………………………………. 2 Нормативные ссылки …………………………………………………………... 3 Термины, определения, обозначения …………………………………………. 3.1 Термины, применяемые в настоящем стандарте ………………………… 3.2 Обозначения и сокращения ………………………………………………... 3.2.1 Виды и характеристики фибры ……………………………………... 3.2.2 Характеристики, применяемые при испытании образцов – балок (призм), по методике EN 14651 …………………………………….. 4 Общие положения ……………………………………………………………… 5 Расчет элементов фибробетонных конструкций транспортных тоннелей (ФБТК) …………………………………………………………………………... 5.1 Основные расчетные требования …………………………………………. 5.2 Показатели качества ФБ и их применение при проектировании ………. 5.3 Расчет элементов ФБТК по предельным состояниям первой группы …. 5.4 Расчет элементов ФБТК по предельным состояниям второй группы …. 6 Требования к материалам ……………………………………………………… 7 Общие правила проектирования монолитных, сборных и набрызгбетонных конструкций из фибробетона. Конструктивные требования ………………... 7.1 Выбор материала и типа фибры …………………………………………... 7.2 Определение процента армирования и выбор рабочего варианта армирования конструкции ……………………………………………………… 7.3 Размеры, расстояния между стержнями, защитный слой, конструктивное армирование …………………………………………………………… 7.4 Рабочие и деформационные швы …………………………………………. 7.5 Определение места расположения, конструктивных параметров и способа армирования зон передачи нагрузки ………………………………... 7.6 Требования к качеству поверхности конструкции ………………………. 7.7 Обеспечение долговечности ФБТК ………………………………………. 7.8 Обеспечение стойкости материала конструкции к воздействию блуждающих токов ……………………………………………………………… 7.9 Общие требования пожарной безопасности к строительным конструкциям транспортных тоннелей ……………………………………… 7.10 Хрупкое разрушение бетона при огневом воздействии ………………... 7.11 Требования огнестойкости ………………………………………………. 7.12 Определение прочности на растяжение после трещинообразования в фибробетонных элементах при температурном воздействии …………. 8 Правила применения в строительстве ………………………………………… 8.3 Приготовление ФБ смесей для монолитных, сборных и набрызгбетонных («мокрого» способа нанесения) конструкций ………………….. 8.4 Транспортирование ФБ смеси..………………………………….………... 8.6 Уход за свежеуложенным фибробетоном ………………………………... 11 Требования безопасности и охраны окружающей среды …………………... Приложение А (справочное) Объекты транспортных тоннелей, выполненные с применением фибробетона ……………………… Приложение Б (справочное) Виды и характеристики волокон (фибр) …… Приложение В (рекомендуемое) Фибра (волокна) для бетона. Определения, технические требования и соответствие ……………... Приложение Г (обязательное) Метод испытания фибробетона – Определение прочности на растяжение при изгибе.……………… Приложение Д (справочное) Технико-экономическая эффективность применения фибробетона при производстве блоков тоннельной обделки (на примере обделки 5,1/5,5 м для метрополитена г. Омска) ……………………………………….. Приложение Е (рекомендуемое) Метод испытания фибры в бетоне ……... Приложение Ж (рекомендуемое) Способ определения прочности на изгиб на образцах балках из набрызгбентона (торкретбетона), Приложение И (справочное) Основные характеристики фибробетонов …. Приложение И.1 Характеристики фибробетона со стальной и полимерной Приложение И.2 Примеры составов ФБ с разными видами фибр и их показатели, определенные по российским нормам ……………. Приложение И.3 Состав бетона - матрицы, CФБ и полученные характеристики, полученные в производственных условиях ……….. Приложение И.4 Технические характеристики стеклофибробетона ………... Приложение К (справочное) Инструкция по технологии применения микрофибры полимерной МФП в бетонах и растворах при Приложение Л (справочное) Пример состава фибробетонной смеси для изготовления сборных элементов в заводских условиях … Приложение М (справочное) Примеры состава фибробетона для набрызгбетонирования «сухим» и «мокрым» способами …………. Приложение Н (справочное) Оборудование для дозирования фибры …….. Настоящий стандарт разработан в соответствии с Программой стандартизации Национального объединения строителей, в развитие и для конкретизации положений СНиП 32-02 «Метрополитены» и СНиП 32-04 «Тоннели железнодорожные и автодорожные» в части применения конструкций из фибробетона, правил проектирования и производства работ и дополнения СП 52-104, применением полимерной конструкционной фибры, введением классов фибробетона по остаточной прочности, принятых в Евросоюзе и других странах.

Целью разработки стандарта является обеспечение Национальным объединением строителей требований Градостроительного кодекса Российской Федерации [1], Федерального закона от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании» [2], Федерального закона от 25 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «О безопасности зданий и сооружений» [3], Федерального закона от 1 декабря 2007 г. № 315-ФЗ «О саморегулируемых организациях» [4] и иных законодательных и нормативных актов, действующих в области строительства.

При разработке стандарта использованы отечественные и зарубежные результаты исследований в том числе выполненные в ОАО ЦНИИС, ОАО «НИЦ «Строительство (НИИЖБ)», анализ методов расчета, а также опыт применения фибробетонов в различных областях строительства, включая производство и сооружение монолитных, сборных и набрызгбетонных конструкций транспортных тоннелей с фибровым и смешанным армированием [5-36].

Фибробетон как материал для несущих конструкций применяется более лет, в том числе для конструкций тоннельных обделок более 20 лет. Дисперсное фибровое армирование позволяет компенсировать главные недостатки бетона низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения. По сравнению с обычным стержневым армированием, армирование фиброй позволяет получить экономический эффект при возведении и изготовлении конструкций за счет:

- существенного сокращения трудоемкости изготовления арматурных каркасов, снижения расходов на ремонты конструкций за счет уменьшения внутренних дефектов в виде непровибрированных зон за арматурой и повышения стойкоVI сти к циклическим воздействиям (высушивание - увлажнение, положительные отрицательные температуры, вибрация и т.п.) для сборных, монолитных и набрызгбетонных конструкций;

- повышенной устойчивости закрепленной выработки, более высокой безопасности работы при креплении выработки набрызгбетоном в процессе проходки тоннелей, более быстрого и безопасного проведения работ по восстановлению в случае аварийной ситуации – при применении фибронабрызгбетона.

Настоящий стандарт разработан авторским коллективом:

Е.В. Щекудов, И.В. Гиренко (Филиал ОАО ЦНИИС «НИЦ «Тоннели и метрополитены»), В.Е. Русанов (ФГБОУ ВПО «СибАДИ»), О. Беннетт («РусЭластоПластик»), при участии В.В. Чеботаев, А.А. Кубышкин, В.М. Цынков, Фролов А.О., Р.А. Левиков, (Филиал ОАО ЦНИИС «НИЦ «Тоннели и метрополитены»), Е.А. Антропова, И.А. Бегун (ОАО ЦНИИС), В.Е. Меркин, (ООО «НИЦ Тоннельной ассоциации»), Г.М. Синицкий, Б.Г. Крохалев, С.В. Мазеин (Тоннельная ассоциация России), В.Ф. Степанова, Н.К. Розенталь, А.В. Бучкин (ОАО «НИЦ «Строительство» (НИИЖБ), А. Михайлов («РусЭластоПластик»), Е. Коньшина, А.М. Подалко (ООО «Габионы Маккаферри СНГ»).

СТАНДАРТ НАЦИОНАЛЬНОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ СТРОИТЕЛЕЙ

КОНСТРУКЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ ИЗ ФИБРОБЕТОНА

ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

Design of transport tunnels from fiber-reinforced concrete _ 1 Назначение и область применения Настоящий стандарт регламентирует применение фибробетонов* с конструкционной фиброй при строительстве транспортных тоннелей (железнодорожных, автодорожных, пешеходных, а также тоннелей и подземных станций метрополитена), в которых фибровое армирование может использоваться в дополнение к стержневому, либо с целью полной замены стержневого армирования (в конструкциях и элементах конструкций, испытывающих напряженное состояние центрального или внецентренного сжатия).

Настоящий стандарт дает новый подход к классификации фибробетонов по остаточной прочности по растяжению при изгибе после образования трещин, принятой Евросоюзом [37] и учету физико-механических свойств фибробетонов при расчете тоннельных конструкций (обделок), что подтверждено многолетним мировым опытом применения фибробетона в конструкциях транспортных тоннелей: сборные и монолитные обделки, набрызгбетонные крепи и постоянные обделки (приложение А), и допускает выполнение расчетов по СП 52Применение фибробетона предусмотрено в СП 32-105, СНиП 32-04, СНиП 52-01 и СП 52ВСН 126 [38].

Проектирование и расчетное обоснование несущих фибробетонных конструкций транспортных тоннелей в данном стандарте основывается на методике расчета конструкций по предельным состояниям с учетом остаточного сопротивления фибробетона растяжению при изгибе после образования трещин, обеспечиваемого фибровой арматурой (с учетом стержневой арматуры при комбинированном армировании).

Все другие случаи и эффекты от ввода фибр, такие как снижение трещинообразования в раннем возрасте бетона, повышение огнестойкости, не относятся к области проектирования несущих конструкций из фибробетона и в данном документе носят рекомендательный характер.

Для снижения интенсивности образования температурно-усадочных трещин бетона (монолитных и набрызгбетонных конструкций) на ранних стадиях его твердения рекомендуется применение микрофибры (полимерной, стеклянной или базальтовой) в количестве 0,9-1,1 кг/м3, которая в данном документе рассматривается как добавка в бетон, для улучшения реологических и физикомеханических характеристик бетонной смеси и бетона.

Для снижения интенсивности хрупкого разрушения бетона конструкций (взрывного разрушения) при пожарах, рекомендуется применение полимерной микрофибры, имеющей температуру плавления 160-170 С, в количестве 1-3 кг/м3 (в зависимости от толщины волокна). Применяемая микрофибра должна иметь эквивалентный диаметр не более 0,033 мм.

Стандарт устанавливает требования к фибробетонам, изготавливаемым из конструкционного тяжелого, мелкозернистого бетонов классов по прочности на сжатие от В20 до В60*, армируемых конструкционной фибровой арматурой (фиброй) в том числе в сочетании со стальной стержневой арматурой классов А, В и К по СНиП 52-0 или неметаллической композитной арматурой по СТО НОСТРОЙ 43 [39], а также к его компонентам для тоннельных конструкций в зависимости от условий их эксплуатации, рассматривая диапазон применения от минус 40С до плюс 60С**, и с учетом положений ГОСТ 31384 (СНиП 3.04.03), а так же принятой технологией сооружения и определяет правила расчета фибробетонных конструкций и основы подбора состава.

*При соответствующем обосновании и проведении необходимых исследований могут применяться бетоны других классов по прочности на сжатие.

** Эксплуатация ФБК при температурах вне рекомендуемого диапазона допускается при соответствующем обосновании на основе выполненных исследований.

Для обеспечения высокого качества фибробетона должны соблюдаться требования к материалам, бетонным смесям, условиям выдерживания отформованных изделий, фибробетонным и фиброжелезобетонным конструкциям, предусмотренные действующей нормативно-технической и проектнотехнологической документацией.

Транспортные тоннели по ГОСТ Р 54257 относятся к объектам высокого 1 уровня ответственности (метрополитены, тоннели на дорогах высшей категории или при протяженности более 500 м) или нормального 2 уровня ответственности со сроком службы не менее 100 лет, поэтому, для таких конструкций, стандартом рекомендуется использование сертифицированных материалов для изготовления фибробетонов, в том числе, фибровой арматуры (фибры), см. приложение Б, контроль качества которой следует выполнять при изготовлении фибры и проведение сертификационных испытаний, руководствуясь положениями EN 14889 и приложения В.

Настоящий стандарт является дополнением к требованиям строительных норм и правил (СНиП) и Свода правил (СП), предъявляемым к проектированию и возведению транспортных тоннелей (СП 122.13330 «Тоннели железнодорожные и автодорожные», актуализированная редакция СНиП 32-04, СП 32- «Метрополитены», актуализированная редакция СНиП 32-02, СНиП III-44 «Тоннели железнодорожные, автодорожные и гидротехнические).

Положения стандарта являются обязательными для проектных и строительных организаций, осуществляющих проектирование и строительство транспортных тоннелей с применением монолитных, сборных фибробетонных и фибронабрызгбетонных (фиброторкрет) конструкций, армированных только фибровой арматурой или фибровой арматурой в комбинации со стержневой.

1.11 Положения данного стандарта могут корректироваться по мере накопления опыта производства ФБК для транспортных тоннелей, освоения нового подхода к расчету тоннельных конструкций с учетом класса ФБ по остаточной прочности на растяжение при изгибе и методам контроля этого показателя при разных технологиях производства конструкций.

2 Нормативные ссылки В настоящем стандарте использованы следующие нормативные ссылки:

ГОСТ 9.602-2005 Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии.

ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования ГОСТ 12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности ГОСТ 12.1.012- Система стандартов безопасности труда. Вибрационная ГОСТ Р 12.1.019- Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты ГОСТ 12.1.030-81 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности ГОСТ 12.3.009-76 Система стандартов безопасности труда. Работы погрузочно-разгрузочные. Общие требования безопасности ГОСТ 12.3.020-80 Система стандартов безопасности труда. Процессы перемещения грузов на предприятиях. Общие требования безопасности ГОСТ 12.4.011-89 Система стандартов безопасности труда. Средства защиты ГОСТ 12.4.028-76 Система стандартов безопасности труда. Респираторы ШБЛепесток". Технические условия ГОСТ 12.4.034- Система стандартов безопасности труда. Средства индиЕН 133-90 видуальной защиты органов дыхания. Классификация и ГОСТ 12.4.103-83 Система стандартов безопасности труда. Одежда специальная защитная, средства индивидуальной защиты ног и ГОСТ 12.4.153-85 Система стандартов безопасности труда. Очки защитные.

ГОСТ 166-89 Штангенциркули. Технические условия ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические. Технические ГОСТ 310.1-76* Цементы. Методы испытаний. Общие положения.

ГОСТ 310.2-76 Цементы. Методы определение тонкости помола.

ГОСТ 310.3-76 Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема.

ГОСТ 310.4-81 Цементы. Методы определения предела прочности при ГОСТ 969-91 Цементы глиноземистые и высокоглиноземистые. Технические условия ГОСТ 3282-74 Проволока стальная низкоуглеродистая общего назначения. Технические условия ГОСТ Р ИСО 5725 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений - Часть 2. Основной метод определеИСО ния повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений.

ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных ГОСТ 5802-86 Растворы строительные. Методы испытания ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия.

ГОСТ 7502-98 Рулетки измерительные металлические. Технические ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.

ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ.

Методы физико-механических испытаний.

ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ. Методы испытаний.

ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия.

ГОСТ 8829-94 Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением.

Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости ГОСТ 9077-82 Кварц молотый пылевидный. Общие технические условия.

ГОСТ 9389-75 Проволока стальная углеродистая пружинная ГОСТ 10060.0-95 Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие ГОСТ 10060.1-95 Бетоны. Базовый метод определения морозостойкости.

ГОСТ 10060.2-95 Ускоренные методы определения морозостойкости при многократном замораживании и оттаивании.

ГОСТ 10060.3-95 Бетоны. Дилатометрический метод ускоренного определения морозостойкости ГОСТ 10060.4-95 Бетоны. Структурно-механический метод ускоренного ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические ГОСТ 10180-90 Методы определения прочности по контрольным образцам.

ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний.

ГОСТ 10223–97 Дозаторы весовые дискретного действия. Общие технические требования ГОСТ 10446-80 Проволока. Метод испытания на растяжение (СТ СЭВ 835-89, ИСО 6892-84) ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций ГОСТ 10922-90 Арматурные и закладные изделия сварные, соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных ГОСТ 12730.5-84 Бетоны. Методы определения водонепроницаемости.

ГОСТ 13015-2003 Изделия железобетонные и бетонные для строительства.

Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортировки и хранения.

ГОСТ 18995.1-73 Продукты химические жидкие. Методы определения ГОСТ 19433-88 Грузы опасные. Классификация и маркировка ГОСТ 22266-94 Цементы сульфатостойкие. Технические условия.

ГОСТ 22685-89 Формы для изготовления контрольных образцов бетона.

Определение прочности механическими методами неразГОСТ 22690- ГОСТ 23279-85 Сетки арматурные сварные для железобетонных конструкций и изделий. Общие технические условия.

ГОСТ 23464-79 Цементы. Классификация.

ГОСТ 23732-79 Вода для бетонов и растворов. Технические условия.

ГОСТ 24211-2008 Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие ГОСТ 24297-87 Входной контроль продукции. Основные положения.

ГОСТ 24452-80 Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона ГОСТ 24544-81 Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести ГОСТ 25192-82 Бетоны. Классификация и общие технические требования.

ГОСТ 25592-91 Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов. Технические условия ГОСТ 25781-83 Формы стальные для изготовления железобетонных изделий.

ГОСТ 25818-91 Золы уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия.

ГОСТ 26433.1-89 Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений.

ГОСТ 26633-91* Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия.

ГОСТ 26644-85 Щебень и песок из шлаков тепловых электростанций для ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора состава.

ГОСТ 27677-88 Защита от коррозии в строительстве. Бетоны. Общие требования к проведению испытаний.

ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования.

ГОСТ 29167-91 Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения).

ГОСТ 30108-94 Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов.

Добавки для бетонов и строительных растворов. Методы ГОСТ 30459- ГОСТ 30515-97 Цементы. Общие технические условия.

ГОСТ 30744-2001 Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка (гармонизирован с EN197-1).

!ГОСТ 31108-2003 Цементы общестроительные. Технические условия.

ГОСТ 31384-2008 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования.

ГОСТ Р 52085- : Опалубка. Общие технические условия ГОСТ Р 52544 - Прокат арматурный свариваемый периодического профиля классов А500С и В500С для армирования железобетонных ГОСТ Р 53231- Бетоны. Правила контроля и оценки прочности.

ГОСТ Р 54257 - Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования.

СНиП III-44-77 Тоннели железнодорожные, автодорожные и гидротехнические. Метрополитены СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции.

СНиП 3.04.03-85 Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии СНиП 3.09.01-85 Производство сборных железобетонных конструкций и СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования СНиП 12-04-2002 Безопасность труда в строительстве. Часть 2.

СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений.

СНиП 32-02-2003 Метрополитены СНиП 32-04-97 Тоннели железнодорожные и автодорожные СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.

СНиП 82-02-95 Федеральные (типовые) элементные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций.

СП 14.13330.2011 Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*.

СП 20.13330.2011 СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.

СП 28.13330.2012 Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85.

СП 32-105-2004 Метрополитены. Актуализированная редакция СНиП 32СП 46.13330.2012 Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП СП 49.13330.2010 СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования.

СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры.

СП 52-104-2006* Сталефибробетонные конструкции.

СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.

СП 70.13330.2011 Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87.

СП 120.13330.2012 Метрополитены. Актуализированная редакция СНиП СП 122.13330.2012 Тоннели железнодорожные и автодорожные. Актуализированная редакция СНиП 32-04-97.

СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция Испытания торкретбетона. Часть 1: Отбор проб свежеулоEN 14488 -1: женного и затвердевшего бетона. (Стандарт, Европейское EN 14488-2: свежего торкретбетона. (Стандарт, Европейское сообщество).

Испытания торкретбетона - Часть 3: Определение прочноEN 14488-3 : сти на изгиб (разрушающее напряжение при изгибе, остаточное сопротивление) образцов бетонной балки, армированной фиброй. (Стандарт, Европейское сообщество).

Метод испытания сталефибробетона. Измерение прочноEN 14651: (LOP), остаточная прочность). (Стандарт, Европейское сообщество).

EN 14845-1: EN 14845-2: Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и сводов правил в информационной системе общего пользования – на официальных сайтах национального органа Российской Федерации по стандартизации и НОСТРОЙ в сети Интернет или по ежегодно издаваемым информационным указателям, опубликованным по состоянию на 1 января текущего года. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться новым (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения, обозначения 3.1 Термины, применяемые в настоящем стандарте В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 арматура фибровая (фибра): Короткие волокна из неорганических или органических материалов промышленного изготовления (по ТУ или EN) с формой и поверхностью, обеспечивающей сцепление с бетоном, и, предназначенные для полной или частичной замены стержневой арматуры в конструкциях, а также для повышения трещиностойкости, ударной вязкости, износостойкости, сопротивления хрупкому разрушению бетона при огневом (пожарном) и циклических нагрузках.

3.1.2 базальтофибробетон (БзФБ): Бетон, армированный базальтовыми волокнами -фибровой арматурой (фиброй) 3.1.3 базальтофибробетон с комбинированным армированием (БзФЖБ):

Базальтофибробетон в сочетании со стержневой, проволочной стальной армаСТО НОСТРОЙ ФБТК - турой (или стержневой стеклопластиковой арматурой при соответствующем обосновании).

3.1.4 величина CMOD: Величина перемещения внешних граней надреза, выполненного по центру испытываемого образца-балки, при ее прогибе от действующей нагрузки.

3.1.5 вид фибровой арматуры: Материал, из которого изготовлена фибра.

3.1.6 временная крепь: конструкция, устраиваемая для закрепления тоннельной выработки на период производства работ.

3.1.7 гибридный фибробетон: Фибробетон на основе двух или нескольких видов и (или) типов фибры, как по материалу, так и по размеру и форме.

3.1. 8 класс фибробетона по остаточной прочности на растяжение при изгибе Bf – количественный и качественный показатель фибробетона, см.

п.5.2.10.

3.1.9 конструкционная фибра: Фибровая арматура (фибра) диаметром более 0,3 мм и длиной более 22 мм – для стальной фибры и более 24 мм – для полимерной фибры, имеющая предел прочности на растяжение не менее 800 МПа – для стальной и не менее 500 МПа для полимерной и др. волокон, используемая для армирования конструкции вместо стержневой арматуры либо используемая в сочетании со стержневой арматурой.

3.1.10 коэффициент фибрового армирования: относительное содержание объема фибр в единице объема фибробетона.

3.1.11 микрофибра: Короткие волокна длиной 2-24 мм, диаметром менее 0,30 мм, изготавливаемые, как правило, из полипропилена и базальта, предназначенные для:

- увеличения тиксотропности цементных составов, т.е. для нанесения более толстых слоев на вертикальные поверхности, - уменьшения расслоения и водоотделения бетонных и растворных смесей, - снижения трещинообразования на ранних стадиях твердения бетона от пластичной усадки, - улучшение технологичности изготовления бетонных изделий, - повышения ранней прочности после схватывания бетона, - повышение устойчивости к истиранию, - повышение огнестойкости, и рассматриваемые в данном документе в качестве специальной добавки 3.1.12 номинальная энергия разрушения (W) - энергия, соответствующая несущей способности, определяемой при испытаниях на растяжение при изгибе для заданного значения деформации.

3.1.13 обделка: конструкция, предназначенная для закрепления на весь период эксплуатации внутренней поверхности горной выработки и придания ей правильного, соответствующего проекту очертания.

3.1.14 относительная длина фибры: Отношение длины фибры к ее диаметру, определяет равномерность распределения фибры в бетонной смеси и характер ее работы в бетоне.

остаточная прочность (сопротивление) фибробетона на растяжение при изгибе после образования трещины – Нормируемый показатель, получаемый при испытаниях образцов-балок (призм) с надрезом, характеризующий способность ФБ воспринимать растягивающие напряжения в сечениях с трещинами за счет включения в работу конструкционной фибры.

полимерфибробетон (ПФБ): Фибробетон на основе полимерной конструкционной фибры.

3.1.17 полимерфиброжелезобетон (ПФЖБ): Фибробетон на основе полимерной конструкционной фибры, армированный стержневой арматуры.

3.1.18предел пропорциональности (LOP): Область условно упругой работы фибробетона (бетона) до образования трещины (см. приложение Г) 3.1.19 приведенный диаметр фибры: Геометрический параметр фибры, характеризующий размеры ее поперечного сечения и соответствующий:

диаметру фибры – при круглом поперечном сечении фибры;

диаметру окружности с площадью эквивалентной площади поперечного сечения фибры (указывается в Технических условиях и спецификациях) – для фибр всех типов.

3.1.20 прочность (сопротивление) на растяжение при изгибе бетона или ФБ Rbt, j или Rbt,j : Характеристика материала, определяемая максимальной нагрузкой в момент образования первой трещины при испытаниях образца-балки на растяжение при изгибе в диапазоне прогибов от 0 до 0,1 мм (величина CMOD от 0 до 0,05 мм) п.5.2.приложения Г.

3.1.21 содержание фибры: Характеристика состава фибробетона, равная:

- для затвердевшего бетона – количество фибры, назначаемое по массе [кг/м3] или по объему [м3/м3, %];

- для фибронабрызгбетона – разница между количеством введенной фибры и количеством фибры в отскоке.

3.1.22 сталефибробетон (СФБ): Фибробетон на основе стальной конструкционной фибры.

3.1.23 сталефибробетон с комбинированным армированием или сталефиброжелезобетон (СФЖБ): Сталефибробетон, армированный стержневой арматурой.

3.1.24 стеклофибробетон (СтФБ): Фибробетон из мелкозернистого бетона на основе стекловолокна для тонкостенных элементов и конструкций, для которых существенно важным является снижение собственного веса, обеспечение водонепроницаемости бетона, сопротивления истиранию, наличие радиопрозрачности, а также повышение архитектурной выразительности и экологической чистоты [6].

3.1.25 стеклофибробетон с комбинированным армированием (СтФЖБ):

Стеклофибробетон в сочетании со стержневой, проволочной стальной арматурой (или стержневой стеклопластиковой арматурой при соответствующем обосновании).

3.1.26 тип фибры: Совокупность отличительных признаков фибры, таких как: форма поперечного сечения (круглая, прямоугольная, серповидная и т.д.);

профиль (прямая фибра, волнистая фибра и т.д.); механизм анкеровки в бетоне (отгибы на концах, трение по боковой поверхности, волнистый профиль и т.д.) и других, характеризующих ее работу в бетоне и влияющих на свойства фибробетона.

3.1.27 транспортный тоннель (автодорожный, перегонный тоннель метрополитена, железнодорожный, либо совмещенный для нескольких видов транспортных средств и пешеходов): Подземное (или подводное) инженерное сооружение, предназначенное для пропуска (проезда) транспортных средств, в целях преодоления высотных или контурных препятствий, в том числе и в городах.

3.1.28 трещина: Полость, образованная без удаления материала двумя соединенными внутри тела поверхностями, которые при отсутствии в нем напряжений удалены друг от друга на расстояния, во много раз меньше протяженности самой полости (ГОСТ 29167).

3.1.29 трещина магистральная: Трещина, протяженность которой превосходит размеры структурных составляющих материалов и областей самоуравновешенных напряжений и по поверхностям которой произойдет деление образца на части (ГОСТ 29167).

3.1.30 трещиностойкость (вязкость разрушения) бетона: Способность бетона сопротивляться началу движения и развитию трещин при механических и других воздействиях (ГОСТ 29167).

3.1.31 фибра (фибровая арматура): Короткие волокна из неорганических или органических материалов промышленного изготовления (по ТУ или EN) с формой и поверхностью, обеспечивающей сцепление с бетоном, и, предназначенные для полной или частичной замены стержневой арматуры в конструкциях, а также для повышения трещиностойкости, ударной вязкости, износостойкости, сопротивления хрупкому разрушению бетона при огневом воздействии (пожаре) и циклических нагрузках.

3.1.32 фибробетон (ФБ): Бетон, армированный конструкционной фиброй, равномерно распределенной в его объеме.

3.1.33 фибронабрызгбетон (ФНБ): Набрызгбетон, армированный конструкционной фиброй в сочетании или без сочетания со стержневой арматурой.

3.1.34 фибробетон с комбинированным армированием или фиброжелезобетон (ФЖБ): Фибробетон, армированный стержневой арматурой (бетон, армированный конструкционной фиброй в сочетании с арматурными стержнями).

3.1.35 фибробетонные тоннельные конструкции (ФБТК): Обобщающий термин, применимый к тоннельным конструкциям, изготовленным или возведенным из фибробетона без или со стержневым армированием (ФБ или ФЖБ).

3.1.36 характер работы фибробетона на растяжение после образования трещин:

- упрочняющийся – для фибробетонов, при испытании которых на осевое растяжение с использованием стандартных образцов (по ГОСТ 10180), график «Нагрузка – Деформация» имеет восходящий тренд до и после образования трещин;

- разупрочняющийся – для фибробетонов, при испытании которых на осевое растяжение с использованием стандартных образцов (по ГОСТ 10180), график «Нагрузка – Деформация» имеет восходящий тренд до образования трещин и нисходящий тренд после образования трещин.

3.1.37 частные коэффициенты надежности: Коэффициенты надежности по нагрузке f, коэффициенты надежности по материалу m, коэффициенты условий работы d и коэффициенты надежности по ответственности сооружений n - коэффициенты, за счет использования которых учитываются возможные неблагоприятные отклонения расчетной схемы строительного объекта от реальных условий его эксплуатации, а также необходимость повышения надежности для отдельных видов строительных объектов (п.2.33 ГОСТ Р 54257).

3.2 Обозначения и сокращения 3.2.1 Виды и характеристики фибры СФ1 стальная фибра, резанная из проволоки СФ2 стальная фибра, фрезерованная из сляба СФ3 стальная фибра, рубленная из листа СФ4 стальная фибра, вытянутая из расплава ПФ полимерная конструкционная фибра из полимеров или полимерных смесей, например, пропилена, полиолефина, полиэтилена и т.п., прямая или деформированная, склеенная БФ базальтовая фибра (из горных пород базальтовой группы) СтФ стекловолоконная фибра (рубленная из щелочестойкого МФП микрофибра полимерная (микросинтетическая) МФБ микрофибра базальтовая df – приведенный диаметр фибры [мм];

lf/df – относительная длина фибры [-];

Nf – количество фибр в ед. массы фибры [шт/кг];

расчетное сопротивление фибры растяжению [МПа, н/мм2];

модуль упругости фибры [МПа, н/мм2].

3.2.2 Характеристики, применяемые при испытании образцов – балок

CMODFL

CMODj значение изгибающего момента j = 1, 2, 3 или 4 [Н·мм, кН·м] изгибающий момент, соответствующий нагрузке при среднее внутрисериное значение прочности на растяжение при изRfbt,m среднее внутрисерийное значение остаточной прочности при RF0.5,m среднее внутрисерийное значение остаточной прочности при RF2.5,m остаточная прочность на растяжение при изгибе j = 1, 2, 3 или 4, RF,j расстояние между вершиной надреза и верхней гранью образца, hsp расстояние от оси датчика перемещений до нижней грани испытываY j значение прогиба при фиксированном перемещении граней надреза ограждающие несущие конструкции (обделки) и внутренние несущие конструкции тоннельных сооружений должны отвечать требованиям прочности, эксплуатационной надежности, долговечности, огнестойкости (в соответствие с СП 32-105, СП 120.13330, СП 122.13330, СП 70.13330, СП 52-104) и устойчивости к различным видам агрессивного воздействия внешней среды (СП 28.13330) с учетом СП 131.13330 и ГОСТ 9.602), в том числе при строительстве в сейсмических районах (СП 14.13330).

4.2 Выбор конструктивных решений ФБ конструкций транспортных тоннелей следует производить, исходя из технико-экономической целесообразности их применения в конкретных условиях строительства с учетом максимального снижения их материало-, трудо- и энергоемкости, стоимости, повышения долговечности и увеличения межремонтного ресурса.

4.3 ФБ рекомендуется применять в конструкциях и сооружениях, в которых существенное значение имеют снижение собственного веса, уменьшение раскрытия трещин, обеспечение водонепроницаемости бетона, повышение его ударной стойкости, сопротивления истиранию и долговечности. Примеры применения ФБ в тоннельных конструкциях приведены в таблице 4.1 и на рисунках 4.1-4.3.

Таблица 4.1 - Рекомендуемые виды фибр и их количество для конструкций транспортных тоннелей Монолитные фб и фжб, укладываемые:

Продолжение таблица 4. Фибронабрызгбетонные при нанесении:

Примечания - 1. Выбор вида фибры и ее количество зависит от требуемого класса бетона по прочности на сжатие, определяемого по ГОСТ 10180, класса бетона по остаточной прочности на растяжение при изгибе, который следует определять по методике Приложения Г, а также от уровня ответственности конструкции или сооружения, с учетом условий эксплуатации 2. Стеклянные и базальтовые волокна рекомендуется применять в мелкозернистых бетонах пластичной консистенции (вследствие хрупкости материалов) или стеклоцементах для тонкостенных конструкций в виде несъемных опалубок, архитектурных декоров, наносимых в помощью пневмопистолетов.

Рисунок 4.1 - Пример применения фибробетона в конструкциях тоннелей метрополитена Монолитная обделка Обратный свод монолитной обделки В 20 BF 1,5b W4 F150 (П3-П5) В 20 BF 2,5b W4 F150 (П3-П4) Рисунок 4.2 - Пример применения фибробетона в монолитных конструкциях Набрызгбетонная крепь Монолитный или набрызгбетонный лоток В 20 BF 1,5с W4 F100 (П2-П4) В 20 BF 2,0с W4 F100 (П2-П4) Рисунок 4.3 - Пример применения фибронабрызгбетона с арками и (или) анкерами для крепления выработок транспортных тоннелей 4.4 При проектировании конструкций транспортных тоннелей следует учитывать следующие технические преимущества ФБ по сравнению с традиционным железобетоном:

повышенная трещиностойкость, ударная стойкость, вязкость разрушения, износостойкость, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление кавитации;

пониженная усадка и ползучесть;

использование более эффективных конструктивных решений, чем при обычном армировании, например, тонкостенных конструкций, конструкций без стержневой или сетчатой распределительной и поперечной арматуры и др.;

снижение трудозатрат на арматурные работы, повышение степени механизации и автоматизации производства железобетонных конструкций, например в сборных блоках обделок, ребристых плитах покрытий и перекрытий, сборных колоннах, балках, монолитных плитах лотка и обратного свода обделок тоннелей, дорожных покрытиях, и др.

4.5 Технико-экономическую эффективность применения ФБ и ФЖБ конструкций следует определять по приведенным затратам (см. приложение Д), т.к.

стоимость ФБ несколько выше, чем стоимость ЖБ.

4.6 При выборе конструктивных решений следует учитывать характеристики материала фибры (приложение Б), методы изготовления, монтажа и условия эксплуатации конструкций.

4.7 Форму и размеры сечений элементов следует принимать, исходя из наиболее полного учета свойств ФБ конструкций, возможности заводского механизированного и автоматизированного изготовления, удобства транспортирования и монтажа.

4.8 При проектировании ФБ конструкций транспортных тоннелей следует руководствоваться общими положениями и соблюдать расчетные требования СП32-105, СП120.13330 (СНиП 32-02), СП122.13330 (СНиП 32-04), СП 63. (СНиП 52-01), СП 28.13330 (СНиП 2.03), СП 28.13330, ВСН 48 [40], ВСН 126 [38], и настоящего Стандарта.

4.9 Применение ФБ без комбинированного армирования должно быть обосновано расчетами.

4.10 Свойства ФБ зависят от свойств исходных материалов, состава бетонаматрицы, геометрических параметров фибры, ее физико-механических характеристик, количества фибры и ее сцепления с бетоном-матрицей, что должно быть учтено при выборе исходных материалов и проектировании состава ФБ, см. раздел 6.

4.11 Расчет ФБ конструкций необходимо выполнять по предельным состояниям с использованием диаграмм состояния ФБ «-», с учетом расчетных характеристик ФБ в соответствии с положениями раздела 5 настоящего Стандарта.

4.12 Реализация технических преимуществ ФБ в конструкциях возможна при обеспечении равномерного распределения армирующих волокон в объеме бетона, как на стадии приготовления смеси, так ее транспортировке и укладке в форму или конструкцию (см. раздел 9.3 настоящего СТО).

4.13 При расчете ФБК среднюю плотность ФБ в зависимости от материала фибр допускается принимать равной:

- 2500 и 2400 кг/м3 для тяжелого бетона-матрицы – для стальной и полимерной фибры;

- 2400 и 2300 кг/м3 для мелкозернистого бетона-матрицы – стальной и полимерной фибры. При наличии конкретных данных о средней плотности ФБ допускается принимать другие значения, обоснованные в установленном порядке.

4.14 В рабочих чертежах конструкций из ФБ проектировщик указывает классы фибробетона по прочности на сжатие (В), класс фибробетона по остаточной прочности на растяжение при изгибе (BF) и материал фибры.

материалов, модуль упругости которых изменяется не более чем на 10 % в течение срока службы конструкции и/или при воздействии температуры в диапазоне от минус 40 °С до плюс 60 °С и влажности до 100 %. Материал фибр должен быть стойким в щелочной среде портландцемента и средах эксплуатации.

4.16 При обосновании полной или частичной замены рабочей стержневой арматуры фибровым армированием должны выполняться следующие условия:

Нормативная характеристика прочности фибробетона на растяжение при изгибе в момент образования трещины Rfbt,n определяется испытанием образцов по методике приложения Г.

нормативной прочности Rfbt,n принимать равным значению нормативной прочности бетона на осевое растяжение Rbt,n (по табл. 6.7 СП 63.13330) для соответствующего класса прочности бетона на сжатие.

Для фибробетонов на основе СФ допускается либо определять значение Rfbt,n по п. 6.2.7, 6.2.8 СП 52-104, используя при этом нормативные значения показателей прочности СФ и бетона.

Ориентировочные расходы СФ и ПФ с привязкой к конкретным маркам фибры приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Ориентировочный расход фибровой арматуры для монолитных, Вид, марка фибры Продолжение табл.4. ПФ Полимерная (полипропиленовая), типа BarChip Примечания - 1 Фибру другого типа, вида и марки следует подбирать, ориентируясь на данные приложения Б, проверяя ее в эталонном бетоне в соответствие с приложением Е настоящего СТО.

2. Проверка фибры для конкретного проекта и класса бетона по прочности на сжатие В и класса по остаточной прочности ВF должна выполняться по приложению Г для монолитных и сборных конструкций и по приложению Ж настоящего СТО для набрызгбетонных.

растяжение не менее:

фибру с меньшими значениями прочности на растяжение допускается применять при условии обеспечения проектного класса фибробетона по остаточности прочности на растяжение при изгибе для конкретных конструкций, что должно быть подтверждено испытаниями контрольных образцов по методикам, изложенным в данном СТО.

5 Расчет элементов фибробетонных конструкций транспортных тоннелей (ФБТК) 5.1 Основные расчетные требования 5.1.1 Выбор качества материалов, расчет и проектирование ФБТК производится согласно указаниям, изложенным в СП 120.13330 (СНиП 32-02), СП 122.13330 (СНиП 32-04), СП 63.13330 (СНиП 52-01) и настоящем Стандарте.

При этом должны быть учтены технологические требования по изготовлению конструкций, соблюдены требования по эксплуатации сооружений, а также требования по экологии, устанавливаемые соответствующими нормативными документами. ФТБК должны обеспечивать требуемую надежность конструкций к возникновению всех видов предельных состояний.

5.1.2 Применение ФБТК в средах с агрессивным воздействием допускается при выполнении требований, установленных СП 28.13330 (СНиП 2.03) и настоящим Стандартом.

5.1.3 ФБТК могут изготавливаться различными технологическими приемами: предварительным приготовлением смеси в заводских условиях или в бетоносмесителях на строительном объекте, уплотнением с помощью вибрирования и вакуумирования, роликовым формованием и прессованием, набрызгом и центрифугированием.

Технология изготовления ФТБК должна обеспечивать равномерность распределения фибры в объеме бетона-матрицы.

5.1.4 Расчеты ФБТК следует производить в соответствии с требованиями пп. 6.1.1 - 6.1.10 СНиП 52-01 и настоящего СТО 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 и др.).

5.1.5 Расчеты по предельным состояниям ФБТК в целом, а также отдельных ее элементов следует производить с учетом всех стадий - изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации; при этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным и технологическим решениям.

5.1.6 Расчеты ФБТК необходимо производить с учетом возможного образования трещин и неупругих деформаций в ФБ и арматуре на основе нелинейной деформационной модели, в соответствии с настоящим СТО и СП 52-101.

5.1.7 Статические расчеты подземных конструкций, сооружаемых открытым и закрытым способами, могут выполняться методами строительной механики на заданные нагрузки или методами механики сплошной среды. Расчеты обделок тоннелей на заданные нагрузки проводить с учетом отпора грунтового массива, кроме обделок, проектируемых для слабых грунтов (типа плывунов или илистых грунтов), которые рассчитывать без учета отпора.

5.1.8 При определении внутренних усилий в конструкциях допускается моделирование фибробетона в предположении его линейно-упругой работы. При этом класс фибробетона по остаточной прочности на растяжение при изгибе (BF) должен быть не менее 1,0a.

5.1.9 При проектировании ФБТК, их надежность устанавливается расчетом путем использования расчетных значений нагрузок и воздействий, расчетных значений характеристик материалов, определяемых с помощью соответствующих частных коэффициентов надежности по нормативным значениям этих характеристик с учетом степени ответственности зданий и сооружений.

5.1.10 Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициентов сочетаний, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов надежности по назначению конструкций, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) необходимо принимать согласно актуальным нормативным документам, область действия которых распространяется на проектируемые конструкции, а также согласно СНиП 2.01.

5.1.11 При расчете элементов сборных ФБТК на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от массы элеСТО НОСТРОЙ ФБТК - ментов следует принимать с коэффициентом динамичности, равным: 1,60 - при транспортировании; 1,40 - при подъеме и монтаже. Допускается принимать более низкие значения коэффициентов динамичности, обоснованные в установленном порядке, но не ниже 1,25.

5.1.12 При расчете по прочности ФБ элементов конструкций на действие сжимающей продольной силы следует учитывать случайный эксцентриситет еа, принимаемый не менее:

1 / 600 длины элемента или расстояния между его сечениями, закрепленными от смещения;

5.1.13 Для элементов статически неопределимых конструкций значение эксцентриситета продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения е0 принимают равным значению эксцентриситета, полученного из статического расчета, но не менее еа.

5.1.14 Для элементов статически определимых конструкций эксцентриситет е0 принимают равным сумме эксцентриситетов - из статического расчета конструкций и случайного.

5.1.15 Расчет ФБК необходимо выполнять с применением математической модели статической работы материала, полученной путем испытания образцов ФБ по методике приложения Г и приложения Ж - для ФНБ настоящего СТО.

5.1.16 Требования по трещиностойкости ФБТК назначаются исходя из условий эксплуатации сооружений и типа применяемого армирования.

5.1.17 К трещиностойкости ФБТК предъявляются требования соответствующих категорий в зависимости от условий, в которых они работают, и от типа армирования:

первая категория - не допускается образование трещин;

вторая категория - допускается ограниченное по ширине, непродолжительное и продолжительное раскрытие трещин.

5.1.18 Категории требований к трещиностойкости ФБК в зависимости от условий их работы и вида арматуры, а также величины предельно допустимой ширины раскрытия трещин следует принимать в соответствии с данными таблицы 5.1.1, при этом величины предельно допустимых ширин раскрытия трещин не должны превышать значений, указанных в основных (руководящих) нормативных документах на проектируемое сооружение.

Таблица 5.1.1 - Категории требований к трещиностойкости ФБ конструкций или газов, а также эксплуатируемые в грунте ниже уровня грунтовых вод или при слабоагрессивной степени воздействия среды па бетон емых зданиях с относительной влажностью внутреннего воздуха помещений выше 75 %, а также на открытом воздухе и в неотапливаемых зданиях в условиях увлажнения атмосферными осадками, а также эксплуатируемые в грунте выше уровня грунтовых вод 3. Эксплуатируемые в отапливаемых зданиях с относительной асгс1 = 0,07 асгс1.=0,15 асгс1 = 0, помещения от 60 до 75 % на открытом воздухе и в неотапливаемых зданиях при наличии защиты конструкций от систематического воздействия атмосферных осадков или от выпадения конденсата емых зданиях с относительной влажностью внутреннего воздуха помещения до 60 % и при отсутствии возможности систематического увлажнения конструкции конденсатом или атмосферными осадками 5.1.19 При использовании ФБ на основе ПФ, не подверженной коррозии, в зависимости от назначения конструкции и условий ее эксплуатации, в обоснованных случаях, допускается увеличивать значение предельно допустимой ширины раскрытия трещины, по сравнению с приведенными в таблице 5.1.1 значениями, но не более величин lf / 20 и 3 мм.

5.2 Показатели качества ФБ и их применение при проектировании 5.2.1 При проектировании конструкций из ФБ проектировщик должен указать класс ФБ по прочности на сжатие в соответствии с СП 120.13330 и СП 122.13330, класс по остаточной прочности на растяжение при изгибе в соответствии с настоящим СТО, вид материала фибры (по приложению Б и таблицам 4.1, 4.2 ), характеристикам СФБ и ПФБ (по приложению И, таблицы И.1 - И.6), а также марки по водонепроницаемости и морозостойкости в соответствии с СП 120.13330 и СП 122.13330 и разделом 7.7 СТО, например:

5.2.2 Для ФБ конструкций и конструкций с комбинированным армированием ФЖБ, рассматриваемых в настоящем стандарте, следует предусматривать ФБ следующих классов и марок:

а) классов по прочности на сжатие:

B20; B25; B30; B35; B40; B45; B50; B55; B б) классов по остаточной прочности на растяжение при изгибе:

в) марок по морозостойкости:

F100; F150; F200; F300; F400; F500; F600;

г) марок по водонепроницаемости:

W6; W8; W10; W12; W14; W16.

5.2.3 Возраст ФБ, отвечающий его классу по прочности на сжатие и остаточной прочности на растяжение при изгибе (проектный возраст), назначают при проектировании исходя из возможных реальных сроков загружения конструкций проектными нагрузками. При отсутствии этих данных класс ФБ устанавливают в возрасте 28 суток.

5.2.4 Значение нормируемой отпускной прочности ФБ в элементах сборных конструкций тоннелей и подземных сооружений следует устанавливать на основе расчета с учетом технологии их изготовления, условий их транспортирования, хранения и монтажа, возможности дальнейшего нарастания прочности ФБ в конструкциях (в том числе с учетом температуры наружного воздуха) и сроков их загружения расчетной нагрузкой.

5.2.5 Значение нормируемой отпускной прочности ФБ на сжатие следует принимать не менее 50 % от класса ФБ по прочности на сжатие.

Нормируемая отпускная прочность ФБ должна указываться в рабочей документации или при заказе изделий.

Поставка изделий потребителю должна производиться после достижения бетоном требуемой отпускной прочности.

5.2.6 Изготовитель должен гарантировать, что ФБ изделий, поставляемых с отпускной прочностью ФБ ниже прочности, соответствующей его классу по прочности, достигнет требуемой прочности в проектном возрасте, определяемой по результатам испытания контрольных образцов, изготовленных из ФБ смеси рабочего состава и хранившихся в нормальных условиях при температуре 20 ± °С и относительной влажности воздуха не менее 95 %.

5.2.7 Марку ФБ по морозостойкости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

5.2.8 Марку ФБ по водонепроницаемости назначают в зависимости от требований, предъявляемых к конструкциям, режима их эксплуатации и условий окружающей среды.

5.2.9 При назначении класса ФБ по остаточной прочности на растяжение при изгибе для конструкций транспортных тоннелей рекомендуется учитывать данные таблицы 4.1 и приложения И.

5.2.10 Класс ФБ по остаточной прочности на растяжение при изгибе – показатель качества ФБ, обозначаемый числом и строчной латинской буквой. Число в обозначении класса характеризует гарантированную прочность ФБ на растяжение при изгибе RF0.5, n с обеспеченностью 0.95, соответствующую продольной деформации надреза образца-балки CMOD = 0,5 мм при испытаниях на изгиб, латинская буква характеризует отношение гарантированных прочностей ФБ на растяжение при изгибе RF2.5,n и RF0.5,n при CMOD = 2,5 мм и CMOD = 0,5 мм соответственно, (рисунок 5.2.1):

5.2.11 Класс ФБ по остаточной прочности на растяжение при изгибе назначается в результате испытаний образцов-балок с надрезом по приложению Г (EN 14651) для сборного и монолитного бетона или балок без надреза по приложению Ж (EN14488-3) для ФНБ.

Рисунок 5.2.1 - Приведенный график «F – CMOD» для назначения класса ФБ по остаточной прочности на растяжение при изгибе 5.2.12 В ходе испытаний, для каждого образца строятся графики «F – CMOD» (рисунок 5.2.2). Количество образцов n для испытаний не менее 6.

5.2.13 Для каждого образца определяются значения прочности Rfbt, RF0.5 и RF2.5, Н/мм2, по формулам:

где i – индекс, обозначающий номер образца в серии, i = 1, 2, 3, …, n;

FL,i – максимальное значение нагрузки, Н, приложенной к i-му образцу при 0 < CMOD 0,05 мм;

F0.5,i – значение нагрузки, Н, приложенной к i-му образцу, соответствующее CMOD = 0,5 мм;

F2.5,i – значение нагрузки, Н, приложенной к i-му образцу, соответствующее CMOD = 2,5 мм;

li – величина рабочего пролета i-го образца, мм;

bi – ширина i-го образца, мм;

hsp,i – расстояние между вершиной надреза и верхом i-го образца, мм.

Рисунок 5.2.2 – Характерный вид графиков «F – CMOD» для неармированного 5.2.14 Значения прочности Rfbt, RF0.5 и RF2.5, Н/мм2, при стандартных размерах образца и надреза (по EN 14651) l = 500 мм, b = 150 мм, hsp = 125 мм, допускается ориентировочно оценивать, по формулам:

5.2.15 Статистическая обработка результатов испытаний производится с определением подклассов ФБ BF0.5 и BF2.5 по остаточной прочности на растяжение при изгибе:

где RF0.5,m и RF2.5,m – средние значения остаточной прочности фибробетона на растяжение при изгибе, Н/мм2;

VF0.5,m и VF2.5,m – коэффициенты вариации.

5.2.16 Коэффициенты вариации VF0.5,m и VF2.5,m определяются по формулам:

5.2.17 Значения средних квадратичных отклонений SF0.5,m и SF2.5,m определяются по формулам:

5.2.18 Нормативные и расчетные значения сопротивлений ФБ по остаточной прочности на растяжение при изгибе, в зависимости от класса BF, приведены в таблице 5.2.1.

5.2.19 Расчет элементов ФБ (ФЖБ) следует производить по предельным состояниям первой и второй групп с использованием нелинейной деформационной модели, описываемой диаграммой состояния ФБ «-» (рисунок 5.2.3).

5.2.20 При расчете элементов ФБ (ФЖБ) конструкций по предельным состояниям первой группы, для построения диаграммы состояния ФБ необходимо использовать расчетные сопротивления по остаточной прочности на растяжение при изгибе RF0.5 и RF2.5 (таблица 5.2.1) в соответствии с классом ФБ по остаточной прочности на растяжение при изгибе (BF) и расчетное сопротивление бетонаматрицы осевому сжатию Rb в соответствии с классом ФБ по прочности на сжатие (B) по СП 52-101.

5.2.21 При расчете элементов ФБ (ФЖБ) конструкций по предельным состояниям второй группы, для построения диаграммы состояния ФБ используются нормативные сопротивления по остаточной прочности на растяжение при изгибе RF0.5,n и RF2.5,n (табл. 5.2.1) в соответствии с классом ФБ по остаточной прочности на растяжение при изгибе (BF) и нормативное сопротивление бетона-матрицы осевому сжатию Rb,n в соответствии с классом ФБ по прочности на сжатие (B) по СП 52-101.

Таблица 5.2.1 - Значения нормативных RF0.5,n, RF2.5,n, расчетных для расчетов по второй группе предельных состояний RF0.5,ser, RF2.5,ser и расчетных для расчетов по первой группе предельных состояний RF0.5, RF2.5, сопротивлений ФБ по остаточной прочности на растяжение при изгибе, МПа, в зависимости от 5.2.22 Значения коэффициента надежности по ФБ при сжатии fb принимают равными:

1,3 – для предельных состояний по несущей способности (первая группа);

1,0 – для предельных состояний по эксплуатационной пригодности (вторая группа).

5.2.23 Значения коэффициента надежности по ФБ при растяжении fbt принимают равными:

1,5 – для предельных состояний по несущей способности (первая группа);

1,0 – для предельных состояний по эксплуатационной пригодности (вторая группа).

5.2.24 При расчете элементов ФБ конструкций необходимо учитывать возможную деградацию поверхности элемента вследствие действия компонентов агрессивных сред, а также других воздействий, при этом высота поперечного сечения и ширина сечения в растянутой зоне должны быть уменьшены на высоту слоя деградации – h, в соответствии с таблицей 5.2.2 и рисунком 5.2.4.

Рисунок 5.2.4 – Учет деградации поверхности ФБ элемента Таблица 5.2.2 - Высота слоя деградации h в зависимости XC1 – коррозия арматуры при воздействии воздуха и влажности XC2; XC3 – коррозия арматуры при воздействии воздуха и влажности; XF1 – коррозия арматуры при воздействии циклов замораживания/оттаивания XC4 - коррозия арматуры при воздействии воздуха и влажности; XF3 - коррозия арматуры при воздействии циклов замораживания/оттаивания XD1 – XD3 – коррозия арматуры при воздействии хлоридов, содержащихся в воде; XS1 – XS3 – коррозия арматуры при воздействии хлоридов, содержащихся в морской воде; XF2; XF4 – коррозия арматуры при воздействии циклов замораживания/оттаивания; XA1 – XA3 – коррозия, вызываемая агрессивными воздействиями грунтов и грунтовых вод Примечание * – Значения могут быть уменьшены на 5 мм для элементов с фактическим классом ФБ на 2 класса выше, чем требуется по расчету 5.2.25 При расчете ФБ элементов конструкций следует учитывать «эффект стеснения» фибры при формовании конструкции (изделия), который особенно проявляется в тонкостенных элементах и выражается во влиянии ориентации фибры внутри ФБ. Для тонкостенных элементов толщиной менее 100 мм, свойства ФБ рекомендуется определять по испытаниям конструкции в натуральном масштабе, либо проводить испытания на образцах соответствующего размера.

5.3 Расчет элементов ФБТК по предельным состояниям первой группы 5.3.1 Расчет элементов ФБТК по предельным состояниям первой группы рекомендуется выполнять по нелинейной деформационной модели в соответствии с требованиями раздела 6.2.21 СП 52-101, используя расчетную диаграмму состояния ФБ «-» в соответствии с настоящим СТО (рисунок 5.2.3).

5.3.2 При построении расчетной диаграммы состояния «-» для выполнения расчетов по первой группе предельных состояний, используются расчетные характеристики ФБ – RF0.5 и RF2.5, в зависимости от класса фибробетона по остаточной прочности на растяжение при изгибе BF по таблице 5.2.1 и характеристика бетона-матрицы в зависимости от класса бетона на сжатие B – Rb.

5.3.3 При расчете элементов ФБТК напряжения в стальной стержневой арматуре определяются в соответствии с двухлинейной диаграммой состояния стали «-» по пп. 5.2.11 СП 52-101.

5.3.4 При выполнении расчетов по первой группе предельных состояний для ФБ элементов без стержневого армирования необходимо учитывать максимально допустимую ширину раскрытия трещин (wI lf / 20 3 мм, где lf – длина фибры) из условия совместности работы фибр и бетона-матрицы.

Значение ширины раскрытия трещины от расчетных сочетаний нагрузок и воздействий wI определяется по формуле:

где fb,i – относительные деформации сжатой (наименее растянутой) части сечения при напряженном состоянии, для которого определяется значение wI;

h – высота сечения;

x – условная высота сжатой зоны.

5.3.5 Критериями достижения предельного состояния первой группы считаются:

предельные относительные деформации растяжения (сжатия) стальной арматуры (при комбинированном армировании) s2 = 0,025;

предельные относительные деформации растяжения ФБ F2.5 = 0,0100;

предельные относительные деформации сжатия ФБ fb = 0,0035;

ширина раскрытия трещин от расчетных сочетаний нагрузок и воздействий wI = lf / 20 3 мм.

Расчет по прочности нормальных сечений на основе нелинейной деформационной модели 5.3.6 При расчете по прочности усилия и деформации в сечении, нормальном к продольной оси элемента, определяют на основе нелинейной деформационной модели, использующей уравнения равновесия внешних сил и внутренних усилий в сечении элемента, а также следующие положения:

- распределение относительных деформаций ФБ и арматуры по высоте сечения элемента принимается по линейному закону (гипотеза плоских сечений);

- связь между осевыми напряжениями и относительными деформациями бетона и арматуры принимают в виде диаграмм состояния (деформирования) ФБ и арматуры (п. 5.2.20 настоящего СТО, п. 5.2.12 СП 52-101).

5.3.7 Переход от эпюры напряжений в ФБ к обобщенным внутренним усилиям определяют с помощью процедуры численного интегрирования напряжений по нормальному сечению. Для этого нормальное сечение условно разделяют на малые участки: при косом внецентренном сжатии (растяжении) и косом изгибе - по высоте и ширине сечения; при внецентренном сжатии (растяжении) и изгибе в плоскости оси симметрии поперечного сечения элемента - только по высоте сечения. Напряжения в пределах малых участков принимают равномерно распределенными (усредненными).

5.3.8 При расчете элементов с использованием деформационной модели принимают:

- значения сжимающей продольной силы, а также сжимающих напряжений и деформаций укорочения ФБ и арматуры - со знаком «минус»;

- значения растягивающей продольной силы, а также растягивающих напряжений и деформаций удлинения ФБ и арматуры - со знаком «плюс».

Знаки координат центров тяжести арматурных стержней и выделенных участков ФБ, а также точки приложения продольной силы принимают в соответствии с назначенной системой координат XOY. В общем случае начало координат этой системы (точка О на рисунке 5.3.1) располагают в произвольном месте в пределах поперечного сечения элемента.

Рисунок 5.3.1 – Расчетная схема нормального сечения ФБ элемента 5.3.9 При расчете нормальных сечений по прочности (рисунок 5.2.3) в общем случае используют:

- уравнения равновесия внешних сил и внутренних усилий в нормальном сечении элемента:

- уравнения, определяющие распределение деформаций по сечению элемента:

- зависимости, связывающие напряжения и относительные деформации бетона и арматуры:

В уравнениях (5.14) - (5.20):

Мх, Му – изгибающие моменты от внешней нагрузки относительно выбранных и располагаемых в пределах поперечного сечения элемента координатных осей (соответственно действующих в плоскостях XOZ и YOZ или параллельно им), определяемые по формулам:

где Mxd, Myd – изгибающие моменты в соответствующих плоскостях от внешней нагрузки, определяемые из статического расчета конструкции;

N - продольная сила от внешней нагрузки;

еx, ey – расстояния от точки приложения силы N до соответствующих выбранных осей;

Afbi, Zfbxi, Zfbyi, fbi – площадь, координаты центра тяжести i-го участка ФБ и напряжение на уровне его центра тяжести;

Asj, Zsxj, Zsyj, sj – площадь, координаты центра тяжести j-го стержня арматуры и напряжение в нем;

0 – относительная деформация волокна, расположенного на пересечении выбранных осей (в точке О);

rx-1, ry-1 – кривизна продольной оси в рассматриваемом поперечном сечении элемента в плоскостях действия изгибающих моментов Мх и Му;

Еfb - начальный модуль упругости ФБ;

Еsj - модуль упругости j-го стержня арматуры;

vfbi - коэффициент упругости ФБ i-го участка;

vsj - коэффициент упругости j-го стержня арматуры.

Коэффициенты vfbi и vsj - принимают по соответствующим диаграммам состояния ФБ и арматуры.

Значения коэффициентов vfbi и vsj определяют как соотношение значений напряжений и деформаций для рассматриваемых точек соответствующих диаграмм состояния ФБ и арматуры, принятых в расчете, деленное на модуль упругости ФБ Еfb и арматуры Es. При этом используют зависимости «–» на рассматриваемых участках диаграмм.

5.3.10 Расчет нормальных сечений железобетонных элементов по прочности производят из условий:

где fbt,max – относительная деформация наиболее растянутого волокна ФБ в нормальном сечении элемента от действия внешней нагрузки;

fb,max – относительная деформация наиболее сжатого волокна ФБ в нормальном сечении элемента от действия внешней нагрузки;

s,max – относительная деформация наиболее растянутого (сжатого) стержня арматуры в нормальном сечении элемента от действия внешней нагрузки;

fbt,ult – предельное значение относительной деформации ФБ при растяжении, принимаемое равным F2.5 = 0,0100;

fb,ult – предельное значение относительной деформации ФБ при сжатии, принимаемое равным 0,0035;

s,ult – предельное значение относительной деформации удлинения арматуры, принимаемое равным 0,025;

wI – максимальная ширина раскрытия трещин от расчетных сочетаний нагрузок и воздействий в соответствии с п. 5.3.4 настоящего СТО.

5.3.11 При расчете нормальных сечений ФБ элементов произвольной формы, элементов, подверженных косому изгибу, следует руководствоваться положениями СП 52-101 пп. 6.2.26-6.2.31.

Расчет по прочности элементов ФБТК при действии поперечных сил Элементы без продольной и поперечной стержневой арматуры 5.3.12 При использовании ФБ с упрочняющимся при растяжении характером работы (при проведении соответствующих испытаний на осевое растяжение) в элементах без продольной и поперечной арматуры, должна быть выполнена проверка по главным растягивающим напряжениям 1 (определяемым при определении напряженно-деформированного состояния конструкции) в соответствии с выражением:

где 1,5 – коэффициент надежности ФБ по растяжению.

Элементы с продольной арматурой, без поперечной арматуры 5.3.13 Расчетное значение несущей способности на срез в элементах со стержневым армированием без поперечной арматуры определяется в соответствии с выражением, Н:

где c – коэффициент надежности для бетона без фибр;

k – коэффициент, учитывающий масштабный фактор, определяемый как:

d – рабочая высота сечения, мм, равная расстоянию от наиболее сжатой грани сечения до центра тяжести рабочей (растянутой) арматуры (наименее сжатой грани сечения, при действии в сечении только сжимающих напряжений);

l – коэффициент продольного армирования, определяемый как:

Asl – площадь поперечного сечения арматуры, которая распространяется не менее чем на величину lbd + d за рассматриваемым сечением, мм2;

fFtuk – нормативное значение предельного остаточного сопротивления ФБ растяжению, МПа:

fctk – нормативное значение сопротивления растяжению бетона без фибр, МПа;

fсk – нормативное значение цилиндрической прочности бетона на сжатие, МПа;

cp = NEd / Ac < 0,2 · fcd, МПа – средние напряжения действующие в поперечном сечении бетона Ac, мм2 от продольной силы NEd, Н, возникающей при действии нагрузок (NEd > 0 для сжатия);

bw – наименьшая ширина поперечного сечения в растянутой зоне, мм.

Выражение (5.30) справедливо для ФБ нормальной прочности на основе СФ. При применении ПФ и фибр из других материалов необходимо проводить специальные исследования.

5.3.14 Во всех других случаях, при невозможности применения положений п. 5.3.12 и 5.3.13 настоящего СТО, при расчете по прочности элементов ФБТК при действии поперечных сил следует руководствоваться положениями СП 52-104 и СП 52-101.

Расчет по прочности элементов ФБТК на местное сжатие 5.3.15 Расчет фибробетонных элементов на местное сжатие производят в соответствии с положениями СП 63.13330 (пп. 8.1.43-8.1.45). Для элементов из фибробетона на основе СФ допускается производить расчет на местное сжатие по СП 52-104 (раздел 6.5).

Расчет по прочности элементов ФБТК на продавливание 5.3.16 Расчет фибробетонных элементов на продавливание производят в соответствии с положениями СП 63.13330 (пп. 8.1.46-8.1.52). Для элементов из фибробетона на основе СФ допускается производить расчет на продавливание по СП 52-104 (раздел 6.6).

5.4 Расчет элементов ФБТК по предельным состояниям второй группы 5.4.1 При расчете фибробетонных конструкций по второй группе предельных состояний критериями достижения предельного состояния являются:

– предельные напряжения в фибробетоне;

– предельные значения ширин раскрытия трещин;

– предельные деформации.

Расчет элементов ФБТК по предельным напряжениям 5.4.2 Для предотвращения интенсивного трещинообразования и неупругих деформаций в ФБ, напряжения следует ограничивать предельно допустимыми значениями, приведенными в таблице 5.4.1.

В элементах несущих конструкций из ФБ, имеющих разупрочняющийся характер работы при растяжении после образования трещин, данную проверку по растягивающим напряжениям по второй группе предельных состояний допускается не производить.

Таблица 5.4.1 - Допустимые напряжения для предотвращения интенсивного трещинообразования и неупругих деформаций в ФБ Сжатый ФБ Растянутая арматура Растянутый ФБ при внецентренном сжатии вом растяжении В элементах несущих конструкций из ФБ, имеющих упрочняющийся характер работы при растяжении после образования трещин, необходимо выполнить проверку по растягивающим напряжениям в соответствии с выражением:

где t – главные растягивающие напряжения в ФБ от нормативных сочетаний нагрузок и воздействий.

Расчет элементов ФБТК по раскрытию трещин 5.4.3 Для обеспечения возможности выполнения требований по ограничению ширины раскрытия трещин в ФБ конструкциях без стержневой арматуры, должны выполняться следующие условия:

нормальные сжимающие напряжения, действующие в сечении, обусловливают величину раскрытия трещины, при соответствующих растягивающих напряжениях в сечении;

система является внешне статически неопределимой, что способствует перераспределению внутренних усилий в ней при образовании трещин;

система является внутренне статически неопределимой (например за счет стержневой стальной арматуры) и допускает перераспределение напряжений в поперечном сечении, которое приводит к дальнейшему трещинообразованию в смежных сечениях.

Во всех других случаях, для обеспечения требований по допустимой ширине раскрытия трещин требуется применение стержневого армирования.

5.4.4 Предельно допустимое значение ширины раскрытия трещины назначается в соответствии с СП 52-101, СП 52-104 и настоящим СТО. Для обделок тоннелей, в которых образование трещин допускается, ширина раскрытия трещин для СФБ конструкций не должна превышать 0,2 мм.

При применении фибробетонов на основе ПФ, не подверженной коррозии допускается увеличивать значение предельной ширины раскрытия трещин при соответствующем обосновании.

5.4.5 При расчете элементов ФБТК по раскрытию трещин используется методика нелинейной деформационной модели. При этом связь между напряжениями и деформациями в ФБ сечении учитывается нормативной диаграммой состояния «-» в соответствии с рисунком 5.3.2. При построении диаграммы «-» следует использовать нормативные характеристики прочности ФБ:

- сопротивления по остаточной прочности на растяжение при изгибе RF0.5,n и RF2.5,n (таблица 5.2.1);

- сопротивление бетона-матрицы осевому сжатию Rb,n (таблица 5.1. СП 52Ширина раскрытия трещины acr в элементах ФБТК без стержневого армирования определяется от нормативных сочетаний нагрузок и воздействий по формуле:

где bf – относительные деформации сжатия в ФБ сечении, определяемые в процессе расчета по нелинейной деформационной модели (например, итерационным способом);

h – высота сечения, с учетом положений п. 5.2.24 настоящего СТО;

x – условная высота сжатой зоны ФБ сечения, определяемые в процессе расчета по нелинейной деформационной модели (например, итерационным способом).

5.4.7 Ширина раскрытия трещины в элементах ФБТК со стержневым армированием определяется в соответствии с п. 7.2.7* СП 52-104.

5.4.8 Расчет элементов ФБТК по деформациям следует производить в соответствии с положениями СП 52-104 и СП 52-101.

6 Требования к материалам 6.1 Материалы для постоянных конструкций транспортных тоннелей (обделок, притоннельных подземных сооружений, порталов, припортальных подпорных стен, рамп, внутренних строительных конструкций) должны отвечать требованиям прочности, огнестойкости, долговечности, устойчивости к химической агрессивности грунтовых вод и воздействию микроорганизмов, не выделять токсичных соединений в условиях строительства и эксплуатации тоннеля при нормальных и аварийных температурных режимах и иметь установленные в законодательном порядке обязательные сертификаты.

6.2 Выбор материалов, проектирование состава и приготовление фибробетонной смеси должен осуществляться в соответствии с рекомендациями настоящего СТО и положениями:

- СНИП 82-02 – при приготовлении бетонных смесей - ВСН 48 [40] - при возведении монолитных обделок;

- СНиП 3.09 - при производстве сборных изделий и элементов конструкций;

- ВСН 126 [38] - при сооружении фибронабрызгбетонных обделок.

6. 3 Тип и марка цемента должны выбираться с учетом:

- технологии производства работ (в том числе учета времени от момента приготовления до укладки в конструкцию, способа укладки (пневмонанесение с затворением сухой смеси на выходе из сопла, насосом, укладка бадьей), - вида конструкций (армированная полимерной конструкционной фиброй, обычной стальной или коррозионностойкой фиброй, металлической стержневой или неметаллической), - экзотермии в процессе твердения, - условий твердения (в частности тепловой обработки), - размеров конструкции, - климатических характеристик, - назначения сооружения, - агрессивности среды эксплуатации, - щелочно-реакционной способности заполнителя.

6.4 Для набрызгбетонов рекомендуется использовать цементы ПЦ500Д0 с удельной поверхностью не менее 3000 см2/г для обеспечения требуемой кинетики набора прочности, в том числе и раннем возрасте.

6.5 Для приготовления бетонных смесей для сборных и монолитных конструкций следует применять бездобавочный портландцемент и портландцемент с минеральными добавками по ГОСТ 31108, ГОСТ 10178, ГОСТ 30151, ГОСТ 969, ГОСТ 22266, характеристики которых определяют по ГОСТ310.1-310. 6.6 При агрессивных воздействиях на бетонные и железобетонные конструкции в процессе эксплуатации, цемент выбирают в соответствии с п. 5.4. СП28.13330 (СНиП 2.03).

6.7 Заполнители для бетонов следует применять фракционированными и чистыми, без примесей. Запрещается применять природную песчано-гравийную смесь без фракционирования.

6.8 При выборе заполнителей предпочтение следует отдавать материалам из местного сырья.

6.9 В качестве плотного мелкого заполнителя используется песок, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736.

6.10 В качестве плотного крупного заполнителя применяется щебень и гравий по ГОСТ 8267. Морозостойкость крупных заполнителей должна быть не ниже нормированной марки бетона по морозостойкости.

6.11 Реакционную способность заполнителей определяют по ГОСТ 8735.

6.12 Марки по прочности крупных плотных заполнителей, определяемые по дробимости при сжатии в цилиндре, должны быть выше класса бетона по прочности на сжатие не менее чем в 2 раза для В15 и выше.

6.13 Максимальный размер зерен крупного заполнителя для монолитных и сборных ФБ конструкций 20 мм, для ФНБ следует ограничить 15 мм.

6.14 Зерен наибольшего размера лещадной и игловатой форм должно быть не более 15 % по массе.

6.15 Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из осадочных пород не должно превышать следующих значений, %, по массе, для:

1 - бетона конструкций, эксплуатируемых в зоне переменного уровня воды;

2 - бетона монолитных конструкций, расположенных вне уровня зоны переменного уровня воды.

6.16 Целесообразно дополнительно обогащать крупные и мелкие заполнители непосредственно перед подачей в расходные бункера бетоносмесителя.

6.17 Дополнительное обогащение заполнителей, т.е. рассев на фракции щебня с отбором фракций менее 5 мм и отсев от песка фракций крупнее 5 мм, может быть организовано с промывкой или без нее.

6. 18 Для повышения прочностных характеристик фибробетона, увеличения сил сцепления фибры с бетоном, рекомендуется использовать микро- и ультрадисперсные минеральные добавки в виде порошка:

микрокремнезем конденсированный по ТУ 5743-048-02495332 [41] или водной суспензии;

кварц молотый пылевидный по ГОСТ 9077.

Для снижения расхода цемента и заполнителей при приготовлении бетонных смесей рекомендуется использовать золы-уносы, шлаки и золошлаковые смеси ТЭС, отвечающие требованиям ГОСТ 25592, ГОСТ 25818 и ГОСТ 26644.

6.20 Для регулирования и улучшения свойств бетонной смеси и бетона, снижения расхода цемента и энергетических затрат следует применять химические добавки, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 24211.

6.21 В качестве добавок стабилизаторов бетонной смеси (высокоподвижных и укладываемых пневмонабрызгом), а также добавок снижающих температурновлажностную усадку на стадии схватывания и твердения, рекомендуется применять микрофибру МПФ (таблица 6.1), характеристики которой приведены в приложении Б, а технология применения в приложении К.

6.22 Бетонные смеси марок по удобоукладываемости П3-П5 для производства сборных железобетонных конструкций и изделий и марок по удобоукладываемости П4 и П5 для монолитных и сборно-монолитных конструкций должны приготовляться с обязательным применением пластифицирующих добавок.

6.23 Вода для затворения бетонной смеси и приготовления растворов химических добавок должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732.

Таблица 6.1 – Рекомендуемые расходы добавки микро фибры (полипропиленовой) в бетонных смесях Область применения микрофибры (МПФ) Для улучшения характеристик фибробетона в раннем Для связывания смеси при набрызгбетонировании Для повышения устойчивости фибробетонных покрытий (обделок) к огневому воздействию 6.24 Виды фибры, их характеристики приведены в приложении Б настоящего СТО.

6.25 Предлагаемая классификация стальной фибры СФ по прочности приведена в таблице 6.2.

6.26 В несущих конструкциях тоннелей и подземных сооружений, в которых применяется только фибровое армирование при соответствующих расчетных обоснованиях, допускается только деформированная стальная фибра с отгибами на концах (см. приложение Б).

6.27 Процент фибрового армирования по объему fv (содержание фибры в 1 м3 фибробетонной смеси) для обеспечения требуемого класса ФБ по остаточной прочности на растяжение при изгибе (ВF) указывается в проектной документации на изделие, конструкцию или сооружение.

Таблица 6.2 - Классы прочности стальной фибры СФ 6.28 Контроль качества фибры проводят путем проверки ее геометрических параметров и временного сопротивления разрыву – для стальной фибры и геометрических параметров, временного сопротивления разрыву и относительного удлинения при разрыве – для полимерной фибры (приложение В и EN14889-1 и 2).

6.29 Временное сопротивление разрыву определяют по ГОСТ 10446 испытанием на разрывной машине, обеспечивающей точность по ГОСТ Р ИСО 5725 - до 1 %.

6.30 При наличии сертификата соответствия на стальную фибру проверку ее качества не проводят.

6.31 Действие настоящего нормативного документа не распространяется на конструкции с предварительно напрягаемой арматурой.

6.32 Стержневая арматура применяется при комбинированном армировании фибробетонных конструкций.

6.33 Для армирования фибробетонных конструкций следует применять отвечающую требованиям соответствующих государственных стандартов или утвержденных в установленном порядке технических условий арматуру следующих видов:

- горячекатаную гладкую и периодического профиля (по ГОСТ 5781) с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профиль) диаметром 6-40 мм;

- термомеханически упрочненную периодического профиля (по ГОСТ 10884) с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профиль) диаметром 6-40 мм;

- холоднодеформированную периодического профиля (по ГОСТ 5781) диаметром 3-12 мм.

6.34 Основным показателем качества арматуры, устанавливаемым при проектировании, является класс арматуры по прочности на растяжение, обозначаемый:

А - для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры;

В - для холоднодеформированной арматуры.

6.35 Классы арматуры по прочности на растяжение А и В отвечают гарантированному значению предела текучести (с округлением) с обеспеченностью не менее 0,95, определяемому по соответствующим стандартам.

6.36 Кроме того, в необходимых случаях к арматуре предъявляют требования по дополнительным показателям качества: свариваемость, пластичность, хладостойкость и др.

6.37 Для фибробетонных конструкций с комбинированным армированием, проектируемых в соответствии с требованиями настоящего нормативного документа, следует предусматривать арматуру:

- гладкую класса А240 (A-I) (ГОСТ 5781);

- периодического профиля классов А300 (А-II), А400 (A-III, А400С), А500 (А500С), В500 (Вр-1, В500С) (ГОСТ Р 52544).

6.38 В качестве арматуры ФБК с комбинированным армированием, устанавливаемой по расчету, следует преимущественно применять арматуру периодического профиля классов А500 и А400, а также арматуру класса В500 в сварных сетках и каркасах по ГОСТ10922. При обосновании экономической целесообразности допускается применять арматуру более высоких классов.

6.39 При выборе вида и марок стали для арматуры, устанавливаемой по расчету, а также прокатных сталей для закладных деталей следует учитывать температурные условия эксплуатации конструкций и характер их нагружения.

6.40 В конструкциях, эксплуатируемых при статической нагрузке в отапливаемых зданиях, а также на открытом воздухе и в неотапливаемых зданиях при расчетной температуре минус 40 °С и выше, может быть применена арматура всех вышеуказанных классов, за исключением арматуры класса А300 марки стали Ст5пс (диаметром 18-40 мм) и класса А240 марки стали Ст3кп, которые применяют при расчетной температуре минус 30 °С и выше.

6.41 При других условиях эксплуатации класс арматуры и марку стали принимают по специальным указаниям.

6.42 Для монтажных (подъемных) петель элементов сборных железобетонных и бетонных конструкций следует применять горячекатаную арматурную сталь класса А240 марок Ст3сп и Ст3пс по ГОСТ 5781.

6.43 В случае если возможен монтаж конструкций при расчетной зимней температуре ниже минус 40 °С, для монтажных петель не допускается применять сталь марки Ст3пс.

Основной прочностной характеристикой арматуры является нормативное значение сопротивления растяжению Rs,p, принимаемое в соответствие с п.5. СНиП 52-01.

6.44 Неметаллическая композиционная арматура (АНК) может применяться для армирования конструкций транспортных тоннелей при соблюдении требований и положений СТО НОСТРОЙ - 43 [11], в соответствии с которыми выбирается материал волокна и матрицы, номинальные размеры (диаметр, расчетный диаметр, расчетная площадь поперечного сечения), нормативное значение прочности на растяжение, модуль упругости и предельная относительная деформация растяжению (вдоль стержня).

6.45 Расчет и конструирование ФБК с применением АНК следует производить в соответствии с СП 63.13330, СТО НОСТРОЙ - 43 [11], и настоящим СТО, с учетом специфических свойства данного вида арматуры и особенности ее работы в бетоне.

6.46 Толщину защитного слоя следует назначать из условий совместной работы АНК и бетона в соответствии с требованиями СП 63.13330.

6.47 В соответствии с ГОСТ 31384 и СП 28.13330 к конструкциям, армированным АНК, с позиции коррозионного поведения не предъявляются требования по ширине раскрытия трещин. Предельно допустимую ширину раскрытия трещин следует устанавливать в соответствии с СП 63.13330, исходя из конструктивных требований, эксплуатационной пригодности, эстетических соображений, наличия требований к проницаемости конструкций, а также в зависимости от длительности действия нагрузки.

6.48 Предельные прогибы и перемещения бетонных конструкций с армированием АНК, регламентируются общими требованиями согласно СП 20.13330, исходя из конструктивных, технологических, физиологических и эстетикопсихологических факторов.

6.49 Предельная длительная рабочая температура АНК в толще бетона составляет 200°C.

7 Общие правила проектирования монолитных, сборных и набрызгбетонных конструкций из фибробетона 7.1 Выбор материала и типа фибры 7.1.1 Для оценки эффективности и выбора рационального типа фибры целесообразно сравнить расчеты ФБ конструкций по предельным состояниям. Расчеты необходимо выполнять с применением математической модели работы материала, полученной экспериментально.

7.1.2 При выборе материала и типа фибры необходимо также учитывать требования по огнестойкости и коррозионной стойкости конструкций.

7.2 Определение процента армирования и выбор рабочего варианта армирования конструкции 7.2.1 Определение требуемого армирования конструкций производится с помощью расчетов конструкции по предельным состояниям первой и второй групп.

7.2.2 При необходимости армирования конструкции стержневой арматурой, армирование следует подбирать, руководствуясь положениями СНиП 52-01, СП 52-101 и настоящего СТО.

7.2.3 Минимальные значения коэффициента фибрового армирования при проектировании ФБ конструкций следует принимать, исходя из условия:

конструктивное армирование 7.3.1 При применении стержневой арматуры, размеры, расстояния между стержнями, величина защитных слоев назначается в соответствии со СНиП 52-01, СП 52-101 и настоящим СТО.

7.3.2 Шаг рабочей арматуры назначается из условий нормальной укладки ФБ и возможности его уплотнения, при этом минимальное расстояние в свету между рабочими стержнями арматуры ss,min должно быть не менее длины фибры lf, увеличенной на 10%:

7.3.4 При необходимости следует проводить пробное (тестовое) формование или укладку бетона для определения минимального расстояния в свету между стержнями.

7.3.5 Для армирования рекомендуется использовать стержни диаметрами не более 32 мм. При применении арматуры диаметром более 40 мм следует производить дополнительное обоснование конструктивных параметров армирования.

7.3.6 Величина защитного слоя стержневой арматуры назначается в соответствии с СП 52-101.

7.3.7 При проектировании элементов конструкции с проемами (нишами) необходимо предусматривать дополнительное «оконтуривающее» стержневое армирование (рисунок 7.1). Площадь стержневой арматуры в этом случае определяется по формуле:

где As,i, Ac,i – суммарная площадь сечения «оконтуривающей» арматуры и площадь поперечного сечения бетона, соответственно, в рассматриваемом направлении.

7.4 Рабочие и деформационные швы 7.4.1 Располагать швы бетонирования следует с учетом технологии возведения сооружения и его конструктивных особенностей. При этом должна быть обеспечена необходимая прочность контакта поверхностей бетона в шве бетонирования, а также прочность конструкции с учетом наличия швов бетонирования.

7.4.2 Участки (захватки) бетонирования должны предусматриваться проектной документацией с учетом напряженного состояния конструкции, способа устройства шва.

Рисунок 7.1 – Дополнительное армирование ФБ элемента по контуру проема 7.4.3 Дополнительное стержневое армирование должно предусматриваться для рабочих швов, передающих в конструкции напряжения изгиба, сдвига, растяжения. Количество дополнительного стержневого армирования определяется расчетом сечения шва на действующие в сечении внутренние усилия, полученные при расчете конструкции в предположении отсутствия рабочего шва, при этом расчет производится как для железобетонного элемента в соответствии с СП 63.13330.

7.4.4 Поднятие кромок, вызванное неравномерной осадкой, может привести к несовпадению по высоте стыка. Такое явление может быть устранено конструктивно путем устройства противосдвиговых элементов (шпонок, выпусков арматуры). Такие элементы целесообразно устраивать при относительно небольших толщинах конструкции со стыками, через которые требуется передать значительные сдвигающие усилия, сконцентрированные в стыке (например, 50 кН при толщине плиты 20 см). При незначительных перерезывающих силах в стыке и при конструкциях большей толщины, передача среза может быть обеспечена за счет прочности ФБ с использованием конструкции стыка «паз – гребень».

7.4.5 Дополнительное окаймляющее стержневое армирование при необходимости следует предусматривать для предотвращения выколов у граней элементов (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 – Конструктивные параметры шва с выпусками против сдвига и «окаймляющей» арматурой против скалывания фибробетона 7.4.6 При устройстве деформационных швов с использованием гидрошпонок и других элементов, обеспечивающих герметичность шва, их положение должно обеспечиваться специальными конструктивными мероприятиями (например, закреплением на дополнительных конструктивных арматурных стержнях).

7.5 Определение места расположения, конструктивных параметров и способа армирования зон передачи нагрузки 7.5.1 Зоны передачи концентрированных усилий должны быть проверены по растягивающим напряжениям, образующимся за счет сжатия, и по сжимающим напряжениям непосредственно на участке нагружения.

7.5.2 Дополнительная стержневая арматура не требуется если конструктивно обеспечена передача нагрузки на элемент не ближе 10 см к его грани (рисунок 7.3) и расчетом установлена достаточность прочности ФБ по главным сжимающим и растягивающим напряжениям.

7.5.3 Установка дополнительной поперечной арматуры в зоне анкеровки или стыковки рабочей арматуры в обоснованных расчетами случаях не требуется, так как фибра препятствует образованию продольных трещин.

Рисунок 7.3 – Положение нагрузки по отношению к грани элемента 7.6 Требования к качеству поверхности конструкции 7.6.1 Фибра в бетоне после расформовки, разопалубливания и после набрызгбетонирования может выходить на поверхность, при этом существует вероятность коррозии стальной фибры на поверхности без ее распространения вглубь ФБ с нарушением эстетического вида готовой конструкции, а также вероятность ранения людей фиброй.

7.6.2 Дополнительное покрытие следует наносить на поверхность при соответствующем обосновании.