Государственный стандарт СССР ГОСТ 24545-81 "Бетоны. Методы испытаний на выносливость" (утв. постановлением Госстроя СССР от 30 декабря 1980 г. n 214)


Concretes. Methods of fatique tests


Срок введения установлен с 1 января 1982 г.


Настоящий стандарт распространяется на все виды бетонов, применяемых в промышленном, энергетическом, транспортном, водохозяйственном, жилищно-гражданском и сельскохозяйственном строительстве, в том числе на бетоны, подвергающиеся в процессе эксплуатации нагреву, насыщению водой или нефтепродуктами.

Стандарт устанавливает методы испытаний на выносливость путем нагружения образцов стандартных размеров многократно повторяющейся осевой сжимающей нагрузкой, составляющей различные доли от разрушающей. Результатом испытаний является либо число циклов до разрушения образца, либо достижение бетоном заданного числа циклов многократного приложения нагрузки (база испытаний) на определенном уровне нагружения. При изучении бетонов результаты испытаний используют для построения линии регрессии выносливости, по которой оценивают бетон.

Предусмотренные настоящим стандартом испытания проводятся только на образцах, специально изготовленных из бетонной смеси. Образцы, выпиленные или выбуренные из элементов конструкций, при испытании бетона на выносливость не применяются.

В стандарте учтены рекомендации СЭВ по стандартизации PC 279-65 в части методов испытаний на выносливость.

Термины и определения, применяемые в настоящем стандарте, приведены в справочном приложении 4.


1. Методы изготовления и отбора образцов


1.1. Испытание бетона на выносливость следует проводить на образцах-призмах размерами 70 х 70 х 280, 100 х 100 х 400, 150 х 150 х 600, 200 х 200 х 800 мм. В качестве базового образца принимают призму с размерами 150 х 150 х 600 мм.

1.2. Размеры образцов для испытаний выбирают в зависимости от наибольшей крупности заполнителей в пробе бетонной смеси в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-78.

1.3. Отбор проб бетонной смеси, изготовление и хранение образцов следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-78.

1.4. Образцы изготовляют сериями. Для проведения испытаний на выносливость при заданных параметрах нагружения (уровня и частоты нагружения, а также коэффициента асимметрии) серия должна состоять из 6 образцов, из которых 3 образца подвергают многократно повторному нагружению, а на 3 образцах определяют призменную прочность.

Для проведения испытаний с целью построения линии регрессии выносливости серия должна состоять из 15 образцов, из которых 12 образцов подвергают многократно повторному нагружению, а на 3 образцах определяют призменную прочность.


2. Оборудование и приборы


2.1. Для проведения испытаний следует применять испытательные машины и установки, работающие в режиме многократно повторного нагружения, отвечающие требованиям настоящего стандарта, и аттестованные в установленном порядке в соответствии с требованиями ГОСТ 8.001-80 и МУ 8.7-77.

2.2. Испытание следует производить на испытательных машинах и установках, имеющих счетчик числа циклов нагружения, а также динамическую тарировку в эксплуатационном режиме.

2.3. Машины и установки должны обеспечивать возможность изменения и регулирования уровней нагружения.

2.4. Опорные плиты испытательной машины должны обеспечивать неподвижность образцов в процессе испытаний и возможность их центрирования по отношению к центральной оси машины и отвечать требованиям ГОСТ 8905-82.


2.5. Для насыщения образцов водой или нефтепродуктами, а также для испытания образцов при нагреве следует применять оборудование и приборы в соответствии с требованиями ГОСТ 24452-80.


3. Подготовка к испытаниям


3.1. Образцы должны быть перенесены в помещение для испытаний не менее чем за 3 сут.

3.2. Подготовку образцов к испытаниям следует начинать с их осмотра и определения линейных размеров, при этом допускаемые отклонения от номинальных размеров должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10180-78.

3.3. Призменную прочность бетона определяют по ГОСТ 24452-80 до испытаний на выносливость.

3.4. Насыщение образцов водой или нефтепродуктами, а также подготовку образцов, подвергаемых испытаниям при нагреве, проводят по ГОСТ 24452-80.

3.5. В помещении, где проводят испытания, температура воздуха должна быть не ниже плюс 10°С.


4. Проведение испытаний


     4.1. Испытание следует проводить  при  постоянных  значениях  уровня

                      _

нагружения  сигма_max/R_пр,   частоты   циклов   многократно   повторного

нагружения f, коэффициента асимметрии  цикла  напряжений  ро_б,  a  также

заданного  числа   циклов   многократно   повторного     нагружения (базы

испытаний),  назначаемых  в   соответствии   с   программами   испытаний,

исследований  или  с  указаниями  стандартов  и  технических   условий на

бетонные и железобетонные конструкции.


При отсутствии таких указаний испытания проводят при базовых условиях с последующим построением линии регрессии выносливости.

Для этого последовательно проводят испытания образцов на четырех уровнях нагружения, которые принимают равным 0,9; 0,8; 0,7 и 0,6 от разрушающей нагрузки, принимая значения коэффициента асимметрии цикла напряжения ро_б равным 0,1, частоту многократно повторного нагружения равной 5 - 10 Гц. Возраст бетона к началу испытаний должен быть не менее 28 сут.

4.2. Нагружение образцов до соответствующего уровня производят непрерывно с постоянной скоростью нарастания напряжений 0,05 +- 0,02 МПа/с (кгс/см2 х с), после чего создают многократно повторяющуюся нагрузку соответствующей интенсивности. Значение минимальных напряжений цикла многократно повторного нагружения сигма_min вычисляют по формуле


                     сигма    = сигма   ро ,                     (1)

                          min        max  б


где сигма   - максимальное напряжение цикла;

         max

    ро      - коэффициент асимметрии цикла напряжений.

      б


4.3. Испытания образцов следует начинать с уровня нагружения, равного 0,9, с последующим снижением уровня в порядке, указанном в п.4.1.

4.4. На каждом уровне нагружения следует испытывать три образца. Схема испытательной машины для одновременного испытания трех образцов приведена на чертеже. При разрушении образца испытательную машину останавливают, на его место устанавливают металлический вкладыш, способный воспринимать прилагаемую нагрузку, и продолжают испытания.

4.5. Испытания проводят на испытательной машине одного типа и считают законченными в случае разрушения образцов или достижения ими заданного числа циклов (базы испытаний).

4.6. Дополнительные требования к методике испытаний бетона на выносливость при нагреве приведены в обязательном приложении 1.

4.7. Исходные данные и результаты каждого испытания фиксируют в журнале испытаний, форма которого дана в рекомендуемом приложении 2.

4.8. При проведении испытаний должны соблюдаться требования нормативных документов по безопасности труда и требования, указанные в ГОСТ 10180-78.


5. Обработка результатов


5.1. В обработку результатов испытаний включают образцы, разрушившиеся в интервале от 100 до заданного числа циклов многократно повторного нагружения.

5.2. По результатам испытаний отдельных образцов при заданных параметрах нагружения в соответствии с пп.1.4, 4.1 вычисляют среднее значение числа циклов многократно повторного нагружения n по формуле


                          n   _

                        Сумма n

                   =     i=1   i

                   n = -----------,                               (2)

                            n

    _

где n - значение числа циклов отдельного образца;

     i

    n - число образцов в серии.


Если среднее значение числа циклов, вычисленное по формуле (2), меньше числа циклов заданного нормативным документом, то делается заключение о несоответствии прочности бетона требованиям к его выносливости и следует провести испытания на другом составе бетона.


"Схема испытательной машины на три образца"


5.3. По результатам испытаний образцов для построения линии регрессии выносливости в соответствии с пп.1.4, 4.1 следует установить линейную зависимость, определяемую уравнением регрессии


                         сигма

                              max            _

                         -------- = А + В lg n,                   (3)

                            _

                            R

                             пр


где А и В - коэффициенты, определяемые по результатам испытаний;

    _

    n     - число циклов, соответствующих разрушению образца.


Теснота корреляционной связи, определяемая коэффициентом корреляции, должна находиться в пределах -0,7 > r > -1,0.


     5.4. Линия регрессии выносливости должна строиться в виде диаграммы,

на оси абсцисс  которой  откладывают  в  логарифмическом  масштабе  число

циклов нагружений до разрушения отдельных образцов, а по  оси   ординат -

                    _

отношение сигма_max/R_пр, либо максимальные напряжения сигма_max.


5.5. По построенной линии регрессии выносливости следует провести оценку сопротивляемости бетона многократно повторному нагружению.

5.6. Примеры обработки результатов испытаний по пп.5.2 - 5.4 и оценки на их основе испытанного бетона приведены в справочном приложении 3.


Приложение 1

Обязательное


Дополнительные требования к методике испытаний бетона на выносливость
при нагреве


1. Для каждой требуемой температуры нагрева бетона следует отбирать образцы по п.1.3 настоящего стандарта.

2. Для проведения испытаний нагревательное устройство и средства измерения температур применяют по ГОСТ 24452-80.

3. Нагревательное устройство (камерная электрическая печь) должно обеспечивать равномерный нагрев образца по заданному режиму до требуемой температуры и устанавливаться таким образом, чтобы оно не подвергалось воздействию многократно-повторного нагружения.

Перепад температуры по высоте рабочего пространства нагревательного устройства не должен превышать 10°С при нагреве до 200°С.

4. Температуру в рабочем пространстве нагревательного устройства контролируют термопарами, установленными у верхнего и нижнего торца образца.

5. Призменную прочность бетона для требуемой температуры нагрева определяют в соответствии с требованиями ГОСТ 24452-80.

6. Параметры нагружения образцов принимают по п.4.1 настоящего стандарта.

7. Образец нагревают со скоростью 30°С в час до требуемой температуры, после чего подвергают многократно повторному нагружению. Во время испытаний температура в рабочем пространстве нагревательного устройства не должна изменяться.

     8. Для каждой температуры нагрева линию регрессии строят  по   п.5.3

настоящего стандарта. При этом графике   (приложение 3)  по  оси  ординат

откладывают   отношение   максимального   напряжения  сжатия  сигма_max к

                                                      _

призменной прочности бетона для требуемой температуры R_прt.

9. В протоколе испытаний (приложение 2) указывают температуру нагрева бетона.


Приложение 2

Рекомендуемое


Журнал испытаний для определения выносливости бетона при действии
одноосной многократно повторяющейся сжимающей нагрузки


1._________________ 4.____________________ 7.___________________________

 Маркировка образца    Тип испытательной        Призменная прочность

                             машины                    _

                                                      (R  , МПа)

                                                        пр

2._________________ 5.____________________ 8.___________________________

 Дата изготовления,    Влажность образца          Частота нагружения

  возраст в момент          по массе

 испытания, условия

      твердения

3._________________ 6.____________________ 9.___________________________

   Дата испытания     Кубиковая прочность    Температура нагрева бетона

                            (R, МПа)


------T--------T----------T----------T-------T---------T---------T-----------T-------------T-------------T-------------T------------¬

¦  N  ¦ Высота ¦ Размеры  ¦ Площадь  ¦ Масса ¦ Средняя ¦Максима- ¦Минимальная¦ Коэффициент ¦Максимальное ¦ Минимальное ¦Число циклов¦

¦п.п. ¦образца,¦поперечно-¦поперечно-¦образца¦плотность¦  льная  ¦ нагрузка  ¦ ассиметрии  ¦ напряжение  ¦ напряжение  ¦ нагружения ¦

¦     ¦   м    ¦го сечения¦го сечения¦ ца, кг¦ бетона, ¦нагрузка ¦ Р_min, Н  ¦цикла ро_б = ¦ сигма_max = ¦ сигма_min = ¦     до     ¦

¦     ¦        ¦образца, м¦ образца, ¦       ¦  г/см3  ¦Р_max, Н ¦           ¦ Р_min/Р_max ¦   P_max/F   ¦   P_min/F   ¦ разрушений ¦

¦     ¦        ¦          ¦  F, м2   ¦       ¦         ¦         ¦           ¦             ¦             ¦             ¦   образца  ¦

¦     ¦        ¦          ¦          ¦       ¦         ¦         ¦           ¦             ¦             ¦             ¦     _      ¦

¦     ¦        ¦          ¦          ¦       ¦         ¦         ¦           ¦             ¦             ¦             ¦     n      ¦

+-----+--------+----------+----------+-------+---------+---------+-----------+-------------+-------------+-------------+------------+

¦  1  ¦   2    ¦    3     ¦    4     ¦   5   ¦    6    ¦    7    ¦     8     ¦      9      ¦     10      ¦     11      ¦     12     ¦

+-----+--------+----------+----------+-------+---------+---------+-----------+-------------+-------------+-------------+------------+

¦     ¦        ¦          ¦          ¦       ¦         ¦         ¦           ¦             ¦             ¦             ¦            ¦

L-----+--------+----------+----------+-------+---------+---------+-----------+-------------+-------------+-------------+-------------


     Руководитель лаборатории ___________________________

     Ответственный за испытание образцов__________________


Приложение 3

Справочное


Примеры обработки результатов испытаний


1. Пример построения линии регрессии выносливости бетона и оценки результатов испытаний

Требуется построить линию регрессии выносливости бетона и определить выносливость при базе испытаний 2 10(6) циклов, а также оценить выносливость бетона при надежности тау = 0,95.

В таблице представлены результаты испытаний бетона на уровнях напряжений 0,9; 0,8; 0,7; 0,6 (при f = 6 Гц, ро_б = 0,2).


------------T------------------T--------------------T-------------------¬

¦   Номер   ¦      эта =       ¦       _            ¦        _ _        ¦

¦ испытания ¦  сигма_max/R_пр  ¦       n_i          ¦     lg n_i        ¦

+-----------+------------------+--------------------+-------------------+

¦     1     ¦       0,9        ¦        1000        ¦       3,000       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦     2     ¦       0,9        ¦        1500        ¦       3,176       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦     3     ¦       0,9        ¦        1800        ¦       3,255       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦     4     ¦       0,8        ¦        5000        ¦       3,699       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦     5     ¦       0,8        ¦        2000        ¦       3,301       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦     6     ¦       0,8        ¦        7079        ¦       3,850       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦     7     ¦       0,7        ¦       31620        ¦       4,500       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦     8     ¦       0,7        ¦       20000        ¦       4,300       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦     9     ¦       0,7        ¦       100000       ¦       5,000       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦    10     ¦       0,6        ¦       450000       ¦       5,653       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦    11     ¦       0,6        ¦       580000       ¦       5,763       ¦

¦           ¦                  ¦                    ¦                   ¦

¦    12     ¦       0,6        ¦       860000       ¦       5,934       ¦

L-----------+------------------+--------------------+--------------------


Вид линии регрессии


                   сигма

                        max            _

                   -------- = A + B lg n или в виде у = А + Вх   (1)

                      _

                      R

                       пр


Значения коэффициентов А и В в уравнении (1) вычисляют по результатам испытаний, принимая их в форме:


                                    m

                       _    _        ху

                   А = у - Вх и В = ----,                        (2)

                                     2

                                    S

                                     x

    _  _

где у, х - средние арифметические значения измеренных величин;

    m    - корреляционный момент, вычисляемый по формуле

     xy

                         1      n        _      _

                   m  = ----- Сумма (x - x)(y - y);              (3)

                    ху  n - 1  i=1    i      i


S  и S  - дисперсии измеренных величин, вычисляемые по формулам:

 x    y

           2    1      n        _ 2     2    1     n       _ 2

          S  = ----- Сумма (x - x)  и S  = ----- Сумма(y - y);   (4)

           х   n - 1  i=1    i         y   n - 1  i=1   i


n - число разрушившихся образцов.


По результатам вычислений получим:


           _    1    12      51,43

           x = --- Сумма x = ----- = 4,286;

                12   1    i   12


           _    1    12      3(0,9 + 0,8 + 0,7 + 0,6)

           y = --- Сумма y = ------------------------ = 0,75;

                12   1    i              12


               2

              S = 1,161; S = 1,077;

               x          x


               2

              S = 0,0136; S = 0,116;

               y           y


                    m  = -0,121.

                     xy


Коэффициент корреляции


                     - 0,121

               r = ------------- = - 0,963 < -0,7.

                   1,077 x 0,166


После подстановки в формулу (2) вычисленных значений получим численные значения коэффициентов линии регрессии:


          В = -0,104; А = 0,75 - (-0,104) х 4,286 = 1,197


Уравнение линии регрессии по средним точкам имеет вид


                  сигма

                       max                    _

                  -------- = 1,197 - 0,104 lg n.

                     _

                     R

                      пр


Доверительную оценку коэффициента В линии регрессии (1) производят при надежности оценки тау, равной 0,95, по формуле


                           S                 2

                            y кв.корень(1 - r )

                   B   = t --------------------- +- B,           (5)

                    тау    S    кв.корень(n - 2)

                            x


где t - коэффициент Стьюдента при  числе  степеней  свободы  К = n - 2  и

        надежности тау = 0,95.


Вычисляя значения доверительных границ по формуле (5), получим уравнение линии регрессии верхней границы доверительного интервала в виде


                 сигма

                      max                     _

                 --------- = 1,197 -0,0836 lg n                     (6)

                    _

                    R

                     пр


и уравнение линии регрессии нижней границы доверительного интервала


                 сигма

                      max                      _

                 --------- = 1,197 - 0,1244 lg n,                   (7)

                    _

                    R

                     пр


по которой производят оценку соответствия прочности бетона требованиям к его выносливости.

На чертеже показаны в полулогарифмических координатах линия регрессии по средним точкам, линии верхней и нижней границ доверительного интервала.

Выносливость испытанного бетона по средним значениям на базе испытаний 2 х 10(6) циклов, вычисленная в долях от призменной прочности, равна 0,542, а при надежности оценки тау = 0,95 на той же базе испытаний она составляет 0,413.

2. Пример проверки соответствия прочности бетона требованиям к его выносливости.

Техническими условиями на изготовление железобетонной балки задано проверить соответствие прочности бетона требованиям к его выносливости при следующих параметрах:


                                                        _

     уровень максимальных напряжений сигма_max равен 0,5R_пр;


частота циклического загружения f = 6 Гц;

коэффициент асимметрии цикла ро_б = 0,1;

база испытаний 2 х 10(6) циклов. Призменная прочность бетона на момент испытаний равна 42,5 МПа. Значения максимальных и минимальных напряжений цикла равны:


                  сигма   = 0,5 х 42,5 = 21,25 МПа;

                       max


                  сигма   = 21,25 х 0,1 = 2,125 МПа.

                       min


"Линия регрессии по результатам испытаний на выносливость"


Испытания проводят на образцах-призмах размерами 10 х 10 х 40 см.

В результате испытаний трех образцов до разрушения при заданных параметрах получены значения числа циклов многократного повторения нагрузки, соответственно равные 0,28 х 10(7); 1,2 х 10(7); 1,8 х 10(7) циклов.


                                      =

      Среднее арифметическое значение n равно:


                                7

                   =   3,28 х 10             7

                   n = ---------- = 1,09 х 10  циклов.

                           3


Опытное значение среднеквадратического отклонения равно S_n = 0,765 х 10(7).

В соответствии с ГОСТ 11.002-73 выявление анормального результата при испытании трех образцов производят по формуле


                                   =

                             ¦ n - n ¦

                             ¦  i    ¦

                        u  = ¦ ----- ¦ < 1,15.

                         n   ¦  S    ¦

                             ¦   n   ¦


Подставляя значения величин минимального и максимального результатов, имеем:


                             ¦                  7  ¦

                             ¦ (0,28 - 1,09) х 10  ¦

                     u     = ¦ ------------------- ¦ = 1,06 < 1,15;

                      n min  ¦              7      ¦

                             ¦    0,765 х 10       ¦


                             ¦                  7  ¦

                             ¦ (1,8 - 1,09) х 10   ¦

                     u     = ¦ ------------------- ¦ = 0,925 < 1,15.

                      n min  ¦              7      ¦

                             ¦    0,765 х 10       ¦


     Проверка условия показывает, что все результаты  испытаний  являются

статистически значимыми и должны быть включены  для  оценки  выносливости

                                              =

бетона. Так как среднее значение числа циклов n, приведших  к  разрушению

образцов, равно 10,9 х 10(6) циклов, а заданная база испытаний равна 2  х

10(6) циклов, то делают заключение о том,  что  выносливость  испытанного

                     _

бетона на уровне 0,5 R_пр и базе испытаний 2 х 10(6) циклов обеспечена  и

бетон может быть рекомендован к применению.


Приложение 4

Справочное


Термины, обозначения и определения


----------------------T--------------T----------------------------------¬

¦       Термин        ¦ Обозначение  ¦           Определение            ¦

+---------------------+--------------+----------------------------------+

¦Выносливость         ¦      -       ¦Свойство  материала  противостоять¦

¦                     ¦              ¦многократно повторному нагружению ¦

¦                     ¦              ¦                                  ¦

¦База испытаний       ¦      N       ¦Предварительно          задаваемая¦

¦                     ¦              ¦наибольшая       продолжительность¦

¦                     ¦              ¦испытаний на выносливость в циклах¦

¦                     ¦              ¦                                  ¦

¦Частота циклов       ¦      f       ¦Отношение числа циклов  напряжений¦

¦                     ¦              ¦к интервалу времени их действия   ¦

¦                     ¦              ¦                                  ¦

¦Максимальное         ¦  сигма_max   ¦Наибольшее   по    алгебраическому¦

¦напряжение цикла     ¦              ¦значению напряжение в образце     ¦

¦                     ¦              ¦                                  ¦

¦Минимальное          ¦  сигма_min   ¦Наименьшее   по    алгебраическому¦

¦напряжение цикла     ¦              ¦значению напряжение в образце     ¦

¦                     ¦              ¦                                  ¦

¦Коэффициент          ¦     ро_б     ¦Отношение минимального  напряжения¦

¦асимметрии цикла     ¦              ¦к максимальному                   ¦

¦напряжений           ¦              ¦                                  ¦

L---------------------+--------------+-----------------------------------


Государственный стандарт СССР ГОСТ 24547-81 "Звенья железобетонные водопропускных труб под насыпи автомобильных и железных дорог. Общие технические условия" (утв. постановлением Госстроя СССР от 31 декабря 1980 г. n 223)  »
ГОСТы и правила »
Читайте также