Расстояние от края бетона до арматуры: расстояние от арматуры до края бетона, минимальная толщина по СНиП и максимальная величина слоя в фундаменте

расстояние от арматуры до края бетона, минимальная толщина по СНиП и максимальная величина слоя в фундаменте

Железобетонные строительные конструкции нуждаются в защитном слое бетона. За такой берется расстояние от края каркаса до монолитной поверхности. Нормативные документы устанавливают минимальное значение данного параметра. Важно, чтобы слой надежно защищал металл от коррозии, если край получит какие-либо механические повреждения.

Что это такое и зачем нужен?

Если металлический каркас железобетонного строения смонтирован верно, то даже на фотографии будет заметно, что прутья не прикасаются к опалубке. Получается, что край конструкции и стальные элементы разделены слоем бетона с определенным значением толщины. Именно последнее по техдокументации является определением защитного слоя бетона для арматуры. Недостаток бетона в полной мере компенсируется армирующим каркасом в свае, который повышает прочность при нагрузках. Надежная конструкция получится только в случае, если одновременно следить и за качеством бетонирования, и за правильным армированием.

Как правило, пруты для арматуры создаются по ГОСТам и имеют определенный запас прочности, которого хватит для длительной эксплуатации. Однако сталь подвержена воздействию влаги и химвеществ, которые могут привести к коррозии. Чтобы снизить негативное влияние на металлические пруты, можно воспользоваться антикоррозионной обработкой в виде оцинкования и оксидирования. Конечно, эти методы весьма недешевые и не дают полной гарантии от возникновения ржавчины.

Образующаяся пленка на прутах настолько тонкая, что при плохой перевозке или неаккуратной сварке легко повреждается.

Для арматуры опасность представляет и наполнитель в бетонном растворе в виде гравия или щебня. Когда опалубка с металлическим каркасом заполняются им, острые камни могут легко повредить защитный слой на прутах. В итоге может возникнуть коррозия прямо внутри конструкции, и в ней со временем образуются внутренние пустоты. Конечно, сперва они будут небольшие, но затем станут расширяться и превратятся в трещины. На них будет воздействовать влага и низкие температуры, что приведет к разрушению бетонной конструкции.

Металлический каркас внутри монолитной плиты перекрытия нуждается в максимальной защите от проникновения влаги. Также важно создать барьер, способный защитить от воздействия разных химрастворов, которые возникают из-за загрязненного воздуха и грунта. Значительную роль в этом играет бетон, который является щелочной средой. Поэтому при закладке фундамента важно уделить внимание защитному слою. Если он выполнен правильно, то сталь с бетоном будут работать стабильно, вместе и длительное время.

Среди функций такого слоя выделяют следующие:

• фиксирование каркаса из стали внутри бетона определенным образом;
• равномерное распределение нагрузки на армирование и бетон;
• защита металлических элементов от влажности, химических веществ и различных негативных воздействий;
• качественная анкеровка стальных прутов в бетонной массе с целью стыковки соседних каркасов или перехода на другой уровень;
• повышение огнеупорности всей конструкции;
• создание качественного основания для того, чтобы в дальнейшем смонтировать допзащиту на участках фундамента, находящихся над землей.

Какой должна быть толщина?

Минимальная и максимальная толщина берется из установленных нормативов. Если не придерживаться указанных значений, то металлические части быстрее поддадутся коррозии. Требования к толщине также учитывают расчетные размерные параметры арматуры, чтобы не допустить роста затрат на стройматериалы. Поэтому важно выбирать данный параметр, руководствуясь СНиП и другой документацией.

Толщина защиты из бетона зависит от целого ряда моментов.

• Величина диаметра и тип металлического прута для арматуры. Как правило, чем больше сечение прута, тем нужно делать защитный слой большей толщины.
• Предполагаемая нагрузка механического характера на фундамент, а точнее ее сила.
• Условия среды, в которых планируется эксплуатировать готовое строение или изделие. К примеру, для основания на влажном грунте важна надежная гидроизоляция. При этом желательно делать толщину слоя максимально возможной по СП.
• Тип железобетонной конструкции. Есть определенные нормы, которые диктуют, каким должен быть слой бетона для каждого отдельного типа.
• Технические условия для эксплуатации.
• Функциональная нагрузка на пруты из металла.

Конечно, все нормативы невозможно найти в одном документе, но можно выделить и собрать воедино ряд основных пунктов по толщине защитного слоя.

• Согласно Строительным нормам и правилам 52–01-2003 (пункт 7.3), бетон должен быть наложен слоем не менее, чем диаметр металлического прута. При этом он не может быть менее 1 сантиметра.
• В СП 50–101-2004 толщина защиты указывается для более конкретных вариантов.
  • Для ленточных и сборных оснований слой должен составлять от 3 сантиметров.
  • Для монолитных желательно подготовить основание с толщиной 10 сантиметров. При этом его можно сделать путем утрамбовки песка или щебенки в виде заполнения, которые затем заливаются стяжкой. При этом минимальная защита для арматуры, лежащей продольно, начинается от 3,5 сантиметров.
  • Для монолитных оснований на подушке из песка и щебня важно положить защитный слой толщиной от 7 сантиметров.

• По своду правил 52–01-2003 защитный слой должен иметь следующие значения.
  • Для конструкций из железобетона, которые располагаются в помещениях, где наблюдается нормальная или пониженная влажность, достаточно защиты с толщиной 2 сантиметра.
  • Для помещений с повышенной влажностью и без специальных защитных мер минимальный слой должен составлять 2,5 см.
  • Для конструкций, находящихся на открытом воздухе без специальных дополнительных мер, понадобится защита в 3 сантиметра.
  • Для железобетона, который будет располагаться в почве, защитный слой должен начинаться от 4 см. Если в данном случае использовать сборные элементы, то можно сократить защиту на 5 миллиметров. Однако важно, чтобы слой был не меньше, чем диаметр арматурного прута.

• Справочное пособие под названием «Проектирование железобетонных конструкций», выпущенное в 1985 году, стало для многих профессионалов настольной книгой. В нем приведены следующие значения.
  • Для фундаментов сборного типа и фундаментных балок защитный слой составляет от 3 см. При этом сечение не играет никакой роли.
  • Для монолитных конструкций с бетонной подготовкой и без нее, но при учете скального грунта, толщина защиты должны быть не менее 3,5 сантиметров.
  • Для монолитных фундаментов без подготовки слой бетона с защитной целью необходимо брать минимум в 7 сантиметров.
  • Для арматуры распределительного, поперечного и конструктивного видов с минимальным размером сечения до 25 см стоит выбирать защиту от 1 сантиметра. При сечении от 25 см слой должен вырасти до 1,5 см.

• В Строительных нормах и правилах 3.03.01–87 указаны отклонения, которые допустимы при определенной толщине слоя защиты из бетона:
  • от полутора сантиметров – на 3 мм;
  • более 1,5 сантиметра – на 5 мм;
  • до 20 сантиметров – на 9 мм.

Как правильно заливать?

Важно понимать, что величина защитного слоя из бетона должна быть заложена еще на стадии, когда фундамент только проектируется. Согласно рекомендациям и ряду требований, которые указаны в нормативах, определяется расстояние до края основания от конца арматуры. Данный параметр обязательно надо внести в план.

Практика показывает, что важно добросовестно подходить к стандартным требованиям. Следует арматурную сетку, а точнее ее нижний уровень, приподнять выше дна котлована на определенную величину. Это нужно для того, чтобы каркас не упирался в подсыпку. Для этого следует воспользоваться подпорками, в роли которых могут выступать полимерные материалы, камень, кирпич или бетон.

Не рекомендуется брать недолговечные материалы, боящиеся влаги, к примеру, дерево.

Еще один важный момент при заливке – равномерное распределение раствора по всей опалубке. Также надо постараться избегать различных неоднородностей и пропусков в бетоне.

Если предстоит работа с тяжеловесным раствором, то стоит подстраховаться, чтобы каркас не сместился. С этой целью его следует качественно зафиксировать в одном положении. Для чего лучше всего подходят специальные фиксаторы, которые часто называются звездочками. Они легко устанавливаются и могут отличаться радиусом.

Как восстановить?

Порой встречается разрушение защитного слоя с оголением, и его приходится частично, а иногда даже полностью восстанавливать. При этом надо учитывать геометрические особенности рабочей поверхности (вертикальная, горизонтальная, с кривыми линиями), поврежденную площадь и условия эксплуатации.

Чаще всего профессионалы с большим опытом пользуются следующими способами, которые позволяют восстановить защитный слой из бетона.

Штукатурные работы

Начинать надо с тщательного очищения поверхности, которая была повреждена. После того как аморфный слой удален, следует провести оштукатуривание раствором из цемента и песка. При этом необходимо использовать присадки, которые повысят устойчивость к влаге, образованию трещин и низким температурам. Когда штукатурка высохнет, можно ее окрасить при помощи красок по бетону.

Оклеивание

Данный способ подразумевает, что на все участки, получившие повреждения, наклеиваются специальные полимерные материалы.

При этом поверхность также необходимо заранее подготовить.

Обетонирование

Предварительная подготовка для восстановления этим способом подразумевает, что сначала надо убрать разрушившийся слой, а затем зачистить арматуру. После этого на поверхность следует нанести бетонный раствор. Причем можно использовать как полимерный, так и общестроительный. Главное, чтобы его прочность соответствовала прочности основания.

Торкетирование

В этом случае для восстановления применяют раствор бетона или цемента, который подается под высоким давлением из специального устройства.

Конечно, предварительно поверхность нужно очистить и подготовить.

О защитном слое бетона для арматуры смотрите в видео.

Защитный слой бетона для арматуры по СП 63.13330

Требования к защитному слою бетона для защиты арматуры приведены в  разделе 10.3 действующего и обязательного к применению СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003».

Защитный слой бетона — это толщина слоя бетона от грани элемента до ближайшей поверхности арматурного стержня (п.3.5 СП 63.13330.2018).

Для чего необходим защитный слой бетона:

• обеспечение совместной работы арматуры с бетоном;
• обеспечение возможности устройства стыка арматурных элементов и анкеровки арматуры в бетоне;
• сохранность арматуры от воздействий окружающей среды, в том числе агрессивных воздействий;
• обеспечение огнестойкости конструкций.

Согласно п. 10.3.2 и таблице 10.1  СП 63.13330.2018 толщина минимального защитного слой бетона должна составлять:

• В закрытых помещениях при нормальной и пониженной влажности не менее 20 мм.
• В закрытых помещениях при повышенной влажности (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий) не менее 25 мм.
• На открытом воздухе (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий) не менее 30 мм.
• В грунте (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий), в монолитных фундаментах при наличии бетонной подготовки не менее 40 мм.
• В монолитных фундаментах при отсутствии бетонной подготовки (только для нижней рабочей арматуры) не менее 70 мм

Важные примечания!

1. Толщину защитного слоя бетона следует принимать не менее диаметра стержня арматуры и не менее 10 мм.

2. Для конструктивной арматуры (не рабочей) толщину защитного слоя бетона допустимо уменьшать на 5 мм (по сравнению с требуемыми для рабочей арматуры).

3. Для сборных элементов (сборные плиты перекрытия и покрытия, балки и т.д.)  толщину защитного слоя бетона рабочей арматуры уменьшают на 5 мм.

4. В однослойных конструкциях из ячеистого бетона толщина защитного слоя во всех случаях принимается не менее 25 мм.

5. В однослойных конструкциях из легкого и поризованного бетонов классов В7,5 и ниже толщина защитного слоя должна составлять не менее 20 мм, а для наружных стеновых панелей (без фактурного слоя) — не менее 25 мм.

6. Толщина защитного слоя бетона у концов предварительно напряженных элементов на длине зоны передачи напряжений должна составлять не менее 3d  и не менее 40 мм — для стержневой арматуры и не менее 20 мм — для арматурных канатов.

7. Допускается защитный слой бетона сечения у опоры для напрягаемой арматуры с анкерами и без них принимать таким же, как для сечения в пролете для преднапряженных элементов с сосредоточенной передачей опорных усилий при наличии стальной опорной детали и косвенной арматуры (сварных поперечных сеток или охватывающих продольную арматуру хомутов).

8. В элементах с напрягаемой продольной арматурой, натягиваемой на бетон и располагаемой в каналах, расстояние от поверхности элемента до поверхности канала следует принимать не менее 40 мм и не менее ширины (диаметра) канала, а до боковых граней — не менее половины высоты (диаметра) канала.

9. При расположении напрягаемой арматуры в пазах или снаружи сечения элемента толщину защитного слоя бетона, образуемого последующим торкретированием или иным способом, следует принимать не менее 20 мм.

Расстояние между арматурой по СП 63.13330 (СНиП 52-01-2003)

Арматурные работы. Допустимые отклонения при укладке по СП

Толщина защитного слоя бетона для арматуры СНИП

Строители при выполнении задач создания соединений из железобетона задаются вопросом «Какой защитный слой бетона нужно делать для арматуры?». Это важно знать при строительстве фундамента, массивных лестниц, других работах. Защитный металлический слой является частью смеси от верхнего края до основания арматурных соединений.

Приоритетной функцией бетонного слоя является защита металлоконструкции от воздействий внешней среды: нагревания, излишней влаги, коррозии, агрессивных влияний. Для увеличения эффективности защиты при работах важно балансировать толщину бетонного слоя, стараться исключать слишком тонкое наслоение. Если за этим не проследить, то металлические части совсем скоро начнут ослабевать, вместе с этим начнется процесс разрушения.Соответствие данным СНИП гарантирует прочность и надежность фундамента на долгосрочную перспективу.

От чего зависит толщина?

Излишний объём бетонной массы чреват не только лишними расходами для строителя, но и негативными последствиями для строения. Отсюда следует важность знания конкретного количества сантиметров защиты. Толщина зависит от ряда факторов:

• 
  роль сетки: рабочая, как составляющая сооружения, продольная либо поперечная;

• 
  тип осуществляемой нагрузки на прутья – напряженная или ненапряженная;

• 
  вид железобетонных конструкций: опоры или плиты, фундаменты или балочные сооружения, пр.;

• 
  различие высот, объема сечений элементов;

• 
  условия использования: к примеру, лестницы строятся внутри, снаружи здания, фундамент – нередко в агрессивных средах грунта.

Как правильно выбрать параметры прослойки по СНИП?

Соответствие данным указателям гарантирует прочность и надежность фундамента а долгосрочную перспективу.

• 
  В совокупности контакта с грунтом и повышенной влажностью: для арматуры диаметром 15-40 – слой бетона 52 мм, 

• 
  Для диаметров от 10 до 18 мм – слой защиты фундаментом минимум 25 мм;

Где выгодно купить металлопродукцию?

Металлобаза «Сталь-Инвест» обладает достаточными мощностями для транспортировки любых партий продукции заказчикам по всей России. При заказе больших партий швеллеров, стальных листов действуют уникальные цены. В разделе «Спецпредложения» для всех клиентов размещены актуальные сниженные ценники. Ими часто пользуются постоянные клиенты компании. 

Металлобаза осуществляет резку металла до параметров заказчика, а также доставляет партии всегда вовремя. Чтобы оставить заявку, свяжитесь с нашими специалистами по телефону горячей линии, указанному на сайте. Доверяйте официальному поставщику металлопродукции! 

Защитный слой бетона для арматуры в фундаменте

Фундамент – основа любого здания, от которой зависит прочность и долговечность всего строения в целом. То есть значение этого «нулевого цикла» строительства – сложно переоценить: всё должно быть выполнено на основании расчетов и со строгим соблюдением всех установленных правил.

Защитный слой бетона для арматуры в фундаменте

 Самым, пожалуй, универсальным, и оттого – наиболее популярным у частных застройщиков является ленточный фундамент. Довольно широко в последнее время применяется и плитная разновидность. Органичное сочетание монолитного бетона и правильно смонтированного армирующего каркаса обеспечивает надежность основы для дальнейшего строительства. Но арматурные пруты, придающие необходимую пространственную жёсткость железобетонной конструкции, сами нуждаются в определенной защите. Это налагает дополнительные требования к формированию каркаса. А если точнее – должен обязательно выдерживаться защитный слой бетона для арматуры в фундаменте.

Это вовсе не мелочь, как могут подумать некоторые начинающие строители. И толщина этого слоя тоже подчиняется определенным правилам, о которых как раз и пойдет речь в настоящей публикации.

Для чего необходим бетонный защитный слой

Если посмотреть на чертежи или фотографии правильно смонтированных армирующих каркасов будущих железобетонных конструкций, подготовленных к заливке раствора, то можно сразу заметить, что арматурные пруты никогда не касаются стенок опалубки. Таким образом, после заполнения бетоном и его созревания между металлическими деталями и краем конструкции всегда получается прослойка определенной толщины. Именно она в технической документации и в практике строительства и называется «защитным слоем».

Армирующий каркас компенсирует недостаток бетона – низкую прочность при нагрузках на растяжение или излом. То есть надёжность конструкции в равной мере зависит и от качества бетонирования, и от правильности ее армирования.

Сами по себе арматурные пруты, изготовленные в соответствии с ГОСТ, обладают необходимым запасом прочности и рассчитаны на длительную эксплуатацию. Однако, сталь неустойчива к воздействию на нее химических соединений и влаги – от коррозии избавиться полностью не удается. Ну а если делать каркас из металла, не подвергающегося коррозии, то такое строительство становится чрезвычайно дорогим – нерентабельным.

Цены на арматуру

арматура

Оцинкованная арматура – значительно дороже обычной, но все равно не дающая полной гарантии защищённости от развития коррозионных процессов

Для максимально возможного снижения негативного влияния на металл используются способы антикоррозийной обработки арматурного прута — оцинкованием и оксидированием. Но и подобный подход тоже дешевым не назовешь, да и не дает он абсолютной застрахованности от возникновения коррозийных процессов. Это связано с тем, что защитная пленка не обладает слишком высокой прочностью, так как ее толщина составляет всего несколько микрон. Поэтому неаккуратная транспортировка или сварка легко нарушают целостность покрытия. Теряется защита и на торцах  в местах реза прутов.

Заполнение опалубки бетонным раствором: острые края заполнителя – щебенки также способны повредить тонкое антикоррозионное покрытие арматуры

Еще одной опасностью для защитного слоя на арматуре являются наполнители бетонного раствора, представляющие собой щебень или гравий. При заполнении опалубки с установленным в ней арматурным каркасом грубым бетонным раствором, острые края камня легко повреждают гальванический или цинковый слой.

А так ли опасна коррозия арматурного каркаса? Может, особой беды в этом и нет?

Увы, но опасность действительно велика. И дело даже не столько в том, что сами пруты теряют свои прочностные характеристики – чтобы такая потеря стала ощутимой, потребуется немало времени (хотя и этот аспект нельзя сбрасывать со счетов).

Но очаги коррозии внутри железобетонной конструкции неизбежно ведут к появлению внутренних пустот. Сначала, вроде бы, небольших, но довольно быстро расширяющихся, превращающихся в трещины, которые под действием влаги и отрицательных температур приводят к эрозии, разрушению, осыпанию бетона. А вот это уже – беда серьезная, требующая принятия срочных мер.

Коррозия арматурного каркаса приводит не только к снижению прочностных характеристик стальных прутов, но довольно быстро может проявиться эрозией и разрушением поверхностного слоя всей железобетонной конструкции

Поэтому арматурный каркас, находящийся внутри бетонного монолита, необходимо в максимальной степени отгородить от проникновения к нему влаги в любом виде. Необходим барьер от агрессивного воздействия различных химических растворов, образующихся вследствие ставшего уже обыденным явлением техногенного загрязнения воздуха и грунта. Кстати, немалую роль в нейтрализации процессов химической коррозии играет щелочная среда, присущая бетону.

Вот в роли такой преграды и выступает прослойка, называемая «защитный бетонный слой». Но этим ее функции не ограничиваются. По сути, правильно созданная прослойка обеспечивает стабильную комплексную «работу» стального прута и бетона.

Цены на цемент

цемент

Итак, защитный бетонный слой выполняет следующие функции:

• Обеспечивает требуемое позиционирование арматурного каркаса внутри бетонного массива.
• Способствует равномерному распределению нагрузки на арматуру и основную массу бетона.
• Защищает металл от влаги, химических реагентов, иных негативных внешних воздействий, возникающих при сезонных изменениях погодных условий.
• Создаёт возможность качественной анкеровки (закрепления) арматуры в бетоне для обустройства стыковки арматурных каркасов соседних ж/б-конструкций или переходов на другой уровень.
• Значительно повышает огнестойкость железобетонной конструкции.
• Служит надежным основанием для последующего монтажа дополнительной защиты (гидро— и термоизоляции), на надземных участках фундамента – цокольной отделки.

Толщина этого защитного слоя берется «не с потока». Если она будет меньше установленной нормативами, то металл все равно начнет постепенно разрушаться коррозией. В то же время выдерживать ее чрезмерно большой (не нарушая при этом расчетных размерных параметров арматурного каркаса) – возрастут общие затраты на строительные материалы. Поэтому, необходимо выбрать единственно верный вариант этого параметра, который, как говорилось выше, нормируется СНиП.

Зависит толщина защитного слоя от следующих моментов:

• Диаметр и тип арматурного прута. Чем больше размер прута в сечении, тем толще должен быть защитный слой
• Сила и характер механической нагрузки на фундамент.
• Условия окружающей среды, в которые будет эксплуатироваться конструкция. Например, если фундамент устанавливается на влажных почвах, необходима надежная гидроизоляция конструкции. И в этом случае толщина защитного бетонного слоя должна быть максимально допустимой. Более подробная информация, касающаяся воздействия на железобетонную конструкцию внешних агрессивных сред, находится в СНиП 2.03.11—85 «Защита строительных конструкций от коррозии» в пунктах 2.18.- 2.29. и таблицах № 9—11.

Позаботьтесь о фундаменте – он требует утепления и гидроизоляции!

К сожалению, очень многие неопытные строители игнорируют вопросы дополнительной защиты основания дома от воздействия влаги и отрицательных температур. Чтобы обеспечить максимальную долговечность здания и комфортность проживания в нем необходимо провести комплекс работ по гидроизоляции фундамента тем или иным способом, а затем выполнить и утепление фундамента. Обо всем этом – в специальных публикациях нашего портала.

• Тип строения или отдельно расположенного железобетонного изделия. Размеры слоя для каждого из типов нормируются специальными документами.
• Технические эксплуатационные условия. В арматурном пруте, используемом в конструкциях с большой нагрузкой, возникает большее напряжение, чем в тех, которые имеют незначительную нагрузку. Стало быть, и защита для него должна быть более полноценной.

Расположение арматуры с разной нагрузкой в типовом каркасе ленточного фундамента

• Функциональная нагрузка на металлические изделия. Арматура в каркасе может быть конструктивной, распределительной или же рабочей. Каждый тип прута монтируется в каркас соответственно рекомендациям, данным в нормативных документах по возведению и обустройству железобетонных и бетонных конструкций.

Толщина защитных слоев

Конкретные значения толщины защитного слоя бетона устанавливаются нормативными документами — СНИП и созданными на их основе Сводами Правил. При этом обязательно учитываются особенности железобетонной конструкции, о которых было сказано выше.

Нормативы «разбросаны» по нескольким документам, поэтому попробует все же сделать некую «сублимацию», чтобы картина получилась максимально наглядной.

• Если обратиться к положениям СНиП 52—01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции», пункт 7.3 «Требования к армированию», то в их подпунктах о защитном слое сказано, что толщина защитного слоя бетона должна быть не меньше диаметра арматурного прута, но при этом и не меньше 10 мм.
• Теперь – Свод Правил СП 50—101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений». Здесь уже информация – более конкретная:

— Для продольной рабочей арматуры фундаментных балок (ленточных фундаментов) и сборных оснований толщина защитного слоя должна выдерживаться не менее 30 мм.

— Для монолитных фундаментов рекомендуется выполнять бетонную подготовку основания, толщиной 100 мм. Допускается трамбованное песчаное или щебенчатое заполнение с последующей заливкой стяжки. В обоих этих случаях толщина защитного слоя для продольной рабочей арматуры в области подошвы должна составлять не менее 35 мм.

— Если монолитный фундамент, по обоснованным соображениям, будет заливаться без упомянутой выше бетонной подготовки, только на песчано-щебеночную подушку, то защитный слой в области подошвы должен составить не менее 70 мм.

• Следующий регламентирующий документ – Свод Правил СП 52—101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры». Он дает нам следующую информацию:

— Для железобетонных конструкций, расположенных в закрытых помещениях с нормальным или пониженным уровнем влажности, для рабочей арматуры достаточно толщины защитного слоя 20 мм.

— То же, но для помещений с повышенным уровнем влажности и без проведения в них специальных дополнительных защитных мероприятий, толщина защитного слоя возрастает до 25 мм.

— Для железобетонных конструкций, расположенных на открытом воздухе, без проведения дополнительных защитных мероприятий, потребуется слой в 30 мм.

— Для конструкций, расположенных в грунте, в том числе и в фундаментах при выполнении бетонной подготовки, устанавливается минимальная толщина слоя в 40 мм.

При использовании сборных элементов толщина защитного слоя для них может быть уменьшена на 5 мм.

Для конструктивной арматуры показатели толщины защитного слоя также могут быть уменьшены на 5 мм по сравнению с нормативами для рабочих прутов. Но при этом все равно соблюдается жесткое правило, чтобы толщина слоя не стала меньше диаметра самой арматуры.

• Еще один очень интересный документ. Если посетить форумы профессиональных строителей, то можно заметить массу положительных отзывов о справочном пособии «Проектирование железобетонных конструкций» под редакцией доктора технических наук А. Б. Голышева. Эта книга вышла еще в 1985 году в Киевском издательстве «Будiвельник», затем неоднократно переиздавалась. И, по мнению многих профессионалов — ничего лучше до сих пор для практических расчетов не предложено. Есть смысл ознакомиться и с рекомендациями этого справочного пособия:

— Толщина защитного слоя для сборных фундаментов и фундаментных балок, вне зависимости от сечения – 30 мм.

— Для монолитных фундаментов, устраиваемых на бетонной подготовке, или без нее, но на скальной грунте – 35 мм.

— Монолитные фундаменты без предварительного выполнения бетонной подготовки – 70 мм.

— Для поперечной, распределительной и конструктивной арматуры, если минимальный размер сечения (высота или ширина) конструкции менее 250 мм, толщина защитного слоя должна составлять не менее 10 мм. При размерах сечения более 250 мм этот параметр возрастает до 15 мм. Понятно, что им в этом случае действует единое правило – толщина не может быть меньше диаметра арматурного прута.

Этим же пособием рекомендуется толщина защитного слоя с торцевых сторон продольных и поперечных арматурных прутьев, проходящий по все длине или ширине железобетонной конструкции.

— Для сборных элементов длиной до 9 метров включительно – 10 мм.

— Для монолитных элементов длиной до 6 метров, при диаметре арматуры до 40 мм – 15 мм.

— Для монолитных элементов длиной свыше 6 метров при диаметре арматурных прутов до 40 мм, а также для конструкций любой длины при диаметре прутов более 40 мм – 20 мм.

• Наконец, стоит посмотреть еще и на СНиП 3.03.01—87 «Несущие и ограждающие конструкции», в котором оговорены возможные отклонения от заданных параметров толщины защитного бетонного слоя:

Грамотно используя рекомендации всех перечисленных выше руководящих документов, можно правильно спланировать конструкцию армирующего каркаса для фундамента. Никаких послаблений на этот счет (кроме указанных в последней таблице) быть не должно. В противном случае сохранность и долговечность создаваемого фундамента гарантироваться ничем не будет.

Абсолютно безграмотное расположение арматурного каркаса – нижний ярус арматуры вообще не получает никакого защитного слоя, так как лежит на дне траншеи

Как обеспечивается соблюдение требуемой толщины защитного бетонного слоя

В данной публикации мы не станем подробно останавливаться на иных правилах монтажа арматурного каркаса для фундамента. Это – очень обширная тема, и она хорошо рассмотрена в других статьях нашего портала.

Качество и правильность монтажа армирующего каркаса – залог надежности и долговечности фундамента

Создание армирующей конструкции должно основываться на проведенных расчетах и выполняться в строгом соответствии с установленными нормативами. Вопросам армирования ленточного фундамента посвящена специальная подробная статья нашего портала, в которой приведены и примеры расчетов, и базовые чертежи наиболее сложных узлов. Технологии вязки арматуры под ленточный фундамент уделена отдельная публикация. Ну а если в планах — создание монолитного плитного фундамента – то и на этот счет найдется немало полезной информации.

Если ознакомиться с рекомендуемыми инструкциями (к которым ведут ссылки), то становится понятно, что величина защитного слоя закладывается уже при проведении расчетов каркаса и составлении чертежей будущей арматурной конструкции. Но как соблюсти это уже на практике?

Понятно, что нижний ярус арматуры должен быть приподнят над уровнем дна траншеи (котлована) на необходимую высоту. Полную безграмотность проявляют те «мастера», которые используют в качестве подпорок оставшиеся после монтажа опалубки обрезки доски или бруса. Дерево, во-первых, недолговечно, а во-вторых — не станет преградой для проникновения влаги. И в местах таких опор под подошвой неизбежно появятся очаги распространения коррозии стальной арматуры.

Допустимый, но, скажем прямо, не самый идеальный вариант – использовать для подкладок обломки кирпича или бетона. Все равно «герметичность» защитного слоя в точках опоры будет недостаточной.

Цены на бетономешалку

бетономешалка

Допустимый вариант подпорок под нижний ярус армирующего каркаса – обломки кирпича или старого бетона. Но все же – не без недостатков.

Оптимальным вариантом видится применение специальных полимерных стоек. Они выпускаются различной высоты, то есть имеется возможность подобрать именно такие, какие требуются для данной конструкции. Стоимость их, особенно на фоне общих затрат на создание фундамента — совсем невелика. Но зато они имею полую конструкцию, которая также заполнится бетоном при заливке, и арматура будет «запечатана» бетоном по все длине.

Специальный элемент — пластиковая стойка-«стакан», обеспечивающая требуемую толщину защитного слоя со стороны подошвы фундамента. Наверное, самое практичное и надежное решение проблемы.

Аналогичным образом удобнее всего поступить и для создания необходимого просвета между внешними продольными прутьями и стеками опалубки. При заливке весьма тяжеловесного бетонного раствора каркас может сместиться, и его требуется надежно зафиксировать в определенном положении. Для этого применяются специальные фиксаторы—«звездочки» требуемого радиуса. Устанавливаются они буквально одним движением, и проблема решается сама собой.

Ознакомьтесь с особенностями выполнения работ, как заливать фундамент зимой, из нашей новой статьи на нашем портале.

Что может быть проще – установить «звездочки»-фиксаторы, и необходимый просвет между арматурой и опалубкой не нарушится при заливке бетонного раствора.

Кстати, можно посмотреть интересный видеосюжет, в котором мастер делится секретом самостоятельного изготовления бетонных фиксаторов для арматуры. Очень неплохой вариант в тех случаях, когда нет возможности приобрести специальные «стаканы» или «звездочки».

Видео: Как можно самостоятельно изготовить фиксаторы для задания защитного бетонного слоя

Непосредственно перед заливкой бетона, после окончания монтажа арматурного каркаса, имеет смысл еще раз внимательно осмотреть созданную конструкцию. Случается, что какой-либо поперечный конструктивный прут своим торцом «опасно приближается» к стенкам опалубки. Лучше это устранить сразу – подрезать его для задания требуемого просвета. В противном случае именно в этой точке может образоваться скол бетонной поверхности, появиться поверхностная трещина. И хорошо, если этим все ограничится – хуже, когда такой участок становится очагом распространения масштабной эрозии бетона.

*  *  *  *  *  *  *

Итак, для того чтобы создать равномерный защитный бетонный слой, необходимо выставить армирующий каркас с учетом установленных норм, то есть разместить арматурные пруты на заданном расстоянии ото дна и от стенок опалубки. При заливке бетонного раствора, его необходимо максимально равномерно и плотно распределить по всей емкости опалубки. Этим обеспечится равномерное распределение нагрузок, а металл арматурного «скелета» будет должным образом защищен от внешних воздействий, а значит — и от возникновения очагов коррозии. А это, в свою очередь – залог общей долговечности и надежности всего фундамента в целом.

Защитный слой бетона для арматуры

Защитный слой бетона — это расстояние от поверхности арматурного стержня до грани железобетонного изделия.

Арматура любой железобетонной конструкции должна иметь защитный слой бетона, дабы обеспечивать её совместную работу с бетоном, при этом одновременно защищая стальной элемент от воздействия окружающей среды. Кроме того, данный защитный слой увеличивает огнестойкость металлического элемента.

В зависимости от вида конструкции и её месторасположения, диаметра арматуры, условий эксплуатации, назначения (продольная рабочая, поперечная, распределительная, конструктивная) и условий работы минимальное значение защитного слоя бетона может разниться.

Таблица 1. Минимальные значения толщин защитного слоя бетона для рабочей арматуры в зависимости от условий эксплуатации конструкции

Для сборных элементов значения указанные в таблице можно уменьшить на 5 мм. Также на 5 мм защитный слой бетона уменьшается в случае с конструктивной арматурой. То есть, начиная сверху, должны получиться следующие значения: 15, 20, 25 и 35 мм. Помимо этого, для рабочей арматуры толщина защитного слоя может быть уменьшена при наличие гидроизоляционного слоя на поверхности ж/б изделий. Но в практике к этому редко прибегают, и в любых ситуациях руководствуются данными представленной таблицы.

Рисунок 1

Кроме того, здесь стоит отметить, что, защитный слой бетона для рабочей арматуры в растянутой зоне не должен превышать 50 мм. В противном случае необходимо использовать арматурные сетки. Это правило действует для всех конструкций, кроме фундаментов, где толщина защитного слоя бетона для рабочей арматуры их подошвы в случае отсутствия бетонной подготовки должна быть 70 мм.

Все вышеперечисленные значения регламентируются СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции».

Таблица 2. Минимальный защитный слой концов рабочей арматуры плит  

Во всех остальных случаях толщину защитного слоя следует принимать не менее диаметра стержня арматуры. При работе железобетонной конструкции в агрессивной среде данный защитный слой должен быть увеличен согласно действующим нормативным документам. 

Защитный слой бетона для арматуры СНИП и его особенности

Защитный слой над арматурой в бетоне представляет собой слой бетона, измеряемый от наружной поверхности армирования до наружной поверхности бетонной конструкции.

СодержаниеСвернуть

От чего зависит толщина слоя бетона?

Назначение защитного слоя:

• Закрепление армирования в толще конструкции;
• Обеспечение совместного нагружения армирования и бетона;
• Эффективная защита армирования от внешнего воздействия: атмосферной, химической или другой коррозии, повышенной влажности, мороза и других вредных факторов.

При этом если толщина слоя будет недостаточной, то материал армирования начнет разрушаться, а если толщина будет выше установленной оптимальной нормы, возрастет стоимость строительства. При этом толщина тела слоя для различных случаев оговорена нормативным документом СНиП 52-01-2003 и зависит от следующих основных факторов:

• Вида арматуры;
• Механической нагрузки и характера механической нагрузки: продольная, поперечная, конструктивная, напряженная и ненапряженная;
• Вида ЖБИ;
• Мощности сечения элементов ЖБИ;
• Условий эксплуатации.

Защитный слой бетона для арматуры соответствующий СНИП 52-01-2003

• Продольная ненапряженная арматура, в том числе арматура напряженная упорами должна иметь защитный слой строительного материала толщиной не менее диаметра стержня, проволоки или каната. При этом если стенка плиты имеет толщину менее 100 мм, минимальный слой строительного материала должен составлять 10 мм; При толщине стенки плиты более 100 мм и для балок сечением до 250 мм, толщина слоя – 15 мм. Для балок сечением более 250 мм – оптимальная мощность слоя бетона 20 мм, для фундаментов – не менее 10 мм;
• Продольное напрягаемое армирование должно иметь защитное тело бетона минимум 2 или 3 диаметра элементов армирования, в зависимости от его месторасположения и вида нагружения. При этом минимальный слой для стержня – 40 мм, для каната – 20 мм;
• В случае если напрягаемое армирование натягивается на бетон и находится в каналах, слой материала до ближнего канала принимается «не менее 0,5 диаметра отверстия» либо от 20 мм и больше. При пучке металлических стрежней диаметром более 32 мм, толщина тела слоя – «не менее 32»;
• Продольное напрягаемое армирование в различных ЖБИ должно иметь защитное тело бетона: плоские и ребристые плиты, стены и стеновые панели – 20 мм; балки, фермы и колонны – 25 мм; фундаменты и фундаментные блоки – 30 мм, подземные конструкции – 20 мм;
• Защита торцевой части армирования. Рекомендованный минимальный слой: 10 мм для ЖБИ длиной до 9 метров; 15 мм для ЖБИ длиной до 12 метров и 20 мм для ЖБИ длиной более 12 метров;
• Для хомутов и каркасных конструкций, армированных поперечными стержнями, при сечении меньше 250 мм – защитное покрытие материала не менее 10 мм, для сечений больше 250 мм – 15 мм;

Рекомендуемый защитный слой армирования для различных условий эксплуатации

• При проведении бетонной подготовки фундаментов – 40 мм;
• При контакте бетона с грунтом – 75 мм;
• При контакте с грунтом под параллельным негативным воздействием погодных факторов: для арматуры диаметром от 15 до 40 мм – слой бетона 52 мм, для арматуры диаметром от 10 до 18 мм – слой бетона минимум 25 мм;
• При эксплуатации конструкций в условиях постоянной повышенной влажности – защита должна составлять минимум 25 мм.

Для справки. Неразрушающий Контроль толщин защитного «тела» бетона осуществляется специальными измерительными средствами, работающими по принципу магнитного метода.

Пример комплексного проектирования для моста надстройки с фермами из предварительно напряженного бетона (PSC) — LRFD — Конструкции — Мосты и конструкции

Пример комплексного проектирования для моста надстройки с фермами из предварительно напряженного бетона (PSC)

Этап проектирования 7 Проектирование основания

Этап проектирования 7.2 — Проектирование промежуточной опоры

Этап проектирования 7.2.1 — Нагрузки на фундамент и приложение нагрузки

В следующих разделах слово «опора» используется для обозначения промежуточной опоры или промежуточного изгиба.

Собственная нагрузка

Обратите внимание, что спецификации LRFD включают максимальный и минимальный коэффициент нагрузки для статической нагрузки. Намерение состоит в том, чтобы применить максимальные или минимальные коэффициенты нагрузки ко всем постоянным нагрузкам на конструкцию. Не требуется применять максимальные коэффициенты нагрузки к некоторым постоянным нагрузкам и минимальные коэффициенты нагрузки одновременно с другими постоянными нагрузками, чтобы получить эффекты абсолютной максимальной нагрузки.

Динамическая нагрузка, передаваемая от надстройки к подконструкции

Точное определение воздействия временной нагрузки на промежуточные опоры всегда представляло интересную проблему.Случай нагрузки нагрузки производить максимальные реакции балочных на подструктурах изменяется от одного прогона к другому и, следовательно, в случае нагрузки, которая максимизирует живые эффекты нагрузки на любом участке субструктуры также варьируется от одного участка к другому. Уравнения, используемые для определения распределения временной нагрузки на балку, дают максимально возможную временную нагрузку, распределяемую на балку, без учета временной нагрузки, одновременно распределяемой на окружающие фермы. Этого достаточно для проектирования балок, но недостаточно для проектирования основания.Для определения одновременных реакций балки требуется трехмерное моделирование конструкции. Для типичных конструкций это будет обременительно, и возврат с точки зрения более точных результатов неоправдан. В прошлом различные юрисдикции предпочитали включать некоторые упрощения в приложение временных нагрузок к основанию, и эти процедуры, которые не зависят от проектных спецификаций, по-прежнему применимы в соответствии с проектными спецификациями AASHTO-LRFD. Цель этих упрощений состоит в том, чтобы позволить анализировать подструктуру как двумерный каркас.Одна общая процедура выглядит следующим образом:

• Определена реакция на живую нагрузку на промежуточной опоре с одной полосы движения. Эта реакция от равномерной нагрузки динамической нагрузки распределяется по ширине 10 футов, а реакция от грузовика применяется как две сосредоточенные нагрузки на расстоянии 6 футов друг от друга. Это означает, что реакция динамической нагрузки в месте расположения пирса от каждой полосы движения представляет собой линейную нагрузку шириной 10 футов и две сосредоточенные нагрузки на расстоянии 6 футов друг от друга. Предполагается, что нагрузки соответствуют радиусу 12 футов.широкая полоса движения. Реакции от однородной нагрузки и грузовика могут перемещаться в пределах ширины полосы движения, однако ни одна из двух нагрузок на ось грузовика не может располагаться ближе, чем на 2 фута от края полосы движения.
• Реакция перегрузки действует на настил в месте расположения пирса. Нагрузка распределяется на балки при условии, что настил действует как ряд простых пролетов, поддерживаемых балками. Затем к опоре применяются балочные реакции. Во всех случаях применяется соответствующий коэффициент множественного присутствия.
• Сначала загружается одна полоса. Реакция с этой полосы перемещается по ширине моста. Чтобы максимизировать нагрузки, предполагается, что полоса движения шириной 12 футов проходит по всей ширине моста между линиями желобов. Такое перемещение полосы движения обеспечивает возможность расширения моста в будущем и / или устранения или сужения обочин для добавления дополнительных полос движения. Для каждого места нагрузки рассчитываются реакции балки, передаваемые на опору, и анализируется сама опора.
• Во-вторых, загружены две полосы движения. Каждая из двух полос перемещается по ширине моста, чтобы максимально увеличить нагрузку на пирс. Должны быть включены все возможные комбинации расположения полос движения.
• Расчеты повторяются для трех загруженных полос, четырех загруженных полос и т. Д. В зависимости от ширины моста.
• Определяются максимальные и минимальные эффекты нагрузки, то есть момент, сдвиг, кручение и осевая сила, на каждом участке из всех случаев нагружения, а также другие сопутствующие эффекты нагрузки, например.грамм. максимальный момент и сопутствующие сдвиговые и осевые нагрузки. Когда проектное положение включает комбинированный эффект более чем одного воздействия нагрузки, например момент и осевая нагрузка, максимальные и минимальные значения каждого воздействия нагрузки и совпадающие значения других эффектов нагрузки рассматриваются как отдельные случаи нагрузки. Это приводит к необходимости проверки большого количества загружений. В качестве альтернативы можно использовать более консервативную процедуру, которая приводит к меньшему количеству загружений. В этой процедуре определяются огибающие эффектов нагрузки.Для всех стержней, кроме колонн и опор, одновременно применяются максимальные значения всех нагрузок. Для колонн и опор проверяются два случая: максимальная осевая нагрузка и минимальный момент и случай максимального момента и минимальной осевой нагрузки.

Эта процедура лучше всего подходит для компьютерных программ. Для ручных расчетов эта процедура была бы громоздкой. Вместо этого длительного процесса может использоваться упрощенная процедура, успешно использовавшаяся в прошлом.

Сочетания нагрузок

Эффекты динамической нагрузки комбинируются с другими нагрузками для определения максимальных расчетных нагрузок для всех применимых предельных состояний. Для нагрузок, отличных от находящихся под напряжением, когда указаны максимальные и минимальные коэффициенты нагрузки, каждую из этих двух факторных нагрузок следует рассматривать как отдельные случаи нагрузки. Каждая секция впоследствии разрабатывается для контроля предельного состояния.

Температура и сила усадки

Эффекты изменения длины надстройки из-за изменений температуры и, в некоторых случаях, из-за усадки бетона, как правило, учитываются при проектировании подконструкции.

Помимо изменения длины надстройки, длина элементов основания также изменяется из-за изменения температуры и усадки бетона. Политика включения эффектов изменения длины основания на силы основания конструкции варьируется от одной юрисдикции к другой. Эти воздействия на колпачок сваи обычно незначительны, и ими можно пренебречь, не влияя на конструкцию колпака. Однако изменение длины крышки сваи может привести к возникновению значительной силы в колоннах с несколькими изгибами колонн.Эта сила зависит от:

• Длина и жесткость колонн: более высокие силы развиваются в коротких жестких колоннах
• Расстояние от колонны до точки равновесия опоры (точка, которая не перемещается вбок, когда опора подвергается равномерному изменению температуры): более высокие силы на колонне развиваются по мере того, как интересующая точка перемещается дальше от точки. равновесия. Точка равновесия для конкретной опоры меняется в зависимости от относительной жесткости колонн.Для симметричной опоры точка равновесия лежит на оси симметрии. Силы на колонне из-за изменений длины крышки сваи выше для внешних колонн многоколонных изгибов. Эти силы увеличиваются с увеличением ширины моста.

Торсион

Другой силовой эффект, который некоторые программы компьютерного проектирования используют при проектировании сваи, — это скручивание крышки сваи. Это кручение применяется к крышке сваи в виде сосредоточенного крутящего момента в местах расположения балок.Величина крутящего момента в каждом месте балки рассчитывается по-разному в зависимости от источника крутящего момента.

• Крутящий момент из-за горизонтальных нагрузок, действующих на надстройку параллельно продольной оси моста: величина часто принимается равной горизонтальной нагрузке на подшипник в предельном состоянии, которая считается умноженной на расстояние от точки приложения нагрузки до середины. -высота колпака пирса, например Предполагается, что тормозные усилия прилагаются на высоте 6 футов.над поверхностью палубы.
• Крутящий момент из-за несоставной статической нагрузки на простых пролетах, сделанных непрерывными для динамической нагрузки: крутящий момент в каждом месте балки принимается равным разнице между произведением реакции несоставной статической нагрузки и расстоянием до середины ширины цоколя для два подшипника под рассматриваемой линией фермы.

Согласно SC5.8.2.1, если факторизованный крутящий момент составляет менее одной четверти факторизованного момента чистого крутильного растрескивания, это вызовет лишь очень небольшое снижение прочности на сдвиг или изгибной способности и, следовательно, может быть пренебрегали.Для крышек свай величина крутящих моментов обычно мала по сравнению с моментами крутильного растрескивания и, следовательно, обычно игнорируется при ручных расчетах.

В данном примере использовалась компьютерная программа, которая вычисляет максимум и минимум каждого эффекта нагрузки и других одновременных эффектов нагрузки. Воздействие нагрузки из-за температурного расширения / сжатия основания и усадки бетона не было учтено в проекте. Результаты приведены в Приложении C.Выбранные значения, представляющие контрольный случай нагрузки, используются в примерных расчетах.

Собственная нагрузка надстройки

Эти нагрузки могут быть получены из Раздела 5.2 части надстройки этого примера конструкции.

Сводная информация о необработанной нагрузке, приложенной вертикально к каждому подшипнику (всего 12 подшипников, 2 на каждую линию балки):

(E) — внешняя балка
(I) — балка внутренняя

Собственная нагрузка на опорную конструкцию

Рисунок 7.2-1 — Общие размеры опоры

Крышка пирса необработанная статическая нагрузка

w _цоколь = (площадь поперечного сечения цоколя) (удельный вес бетона)

Различное поперечное сечение на концах оголовка:

Постоянное поперечное сечение:

ИЛИ

Одинарная колонна без учета статической нагрузки

ИЛИ

Одиночная неактивная статическая нагрузка

ИЛИ

Живая нагрузка от надстройки

Используйте выходные данные анализа временной нагрузки фермы, чтобы получить максимальные реакции на динамическую нагрузку без учета факторов для внутренних и внешних линий балки.

Сводная информация о реакциях на динамическую нагрузку HL-93 без факторов распределения или ударов, приложенных вертикально к каждому подшипнику (пара грузовиков + вариант нагружения полосы движения определяет реакцию на пирсе, поэтому коэффициент уменьшения 90% от S3.6.1.3.1):

Тормозная сила (BR) (S3.6.4)

Согласно техническим условиям, тормозное усилие принимается как большее из:

25 процентов от осевой массы проектного грузовика или проектного тандема

ИЛИ

5 процентов расчетной грузовой машины плюс нагрузка на полосу движения или 5 процентов от расчетной тандемной нагрузки плюс нагрузка на полосу

Тормозное усилие распределяется по всем расчетным полосам движения, которые считаются нагруженными в соответствии с S3.6.1.1.1 и которые движутся в том же направлении. Предполагается, что эти силы действуют горизонтально на расстоянии 6 футов над поверхностью проезжей части в любом продольном направлении, вызывая экстремальные силовые эффекты. Предположим, что примерный мост может стать мостом с односторонним движением в будущем. Применяются множественные факторы присутствия из S3.6.1.1.2.

ИЛИ

где нижние индексы определены как:

1 — используйте конструкцию тележки для максимального увеличения тормозного усилия
2А — проверка конструкции грузовик + переулок
2Б — проверка конструкции тандем + переулок

Следовательно, тормозная сила будет принята равной 46,8 к (3,9 к на подшипник или 7,8 к на балку), приложенным на 6 футов.над поверхностью проезжей части.

Приложите момент 2 (3,9) (13,0) = 101,4 тыс. Футов в каждом месте балки.

Ветровая нагрузка на надстройку (S3.8.1.2)

Предполагается, что давление, указанное в технических характеристиках, вызвано базовой скоростью ветра V _B ., 100 миль / ч.

Предполагается, что ветровая нагрузка равномерно распределена по площади, подверженной ветру. Открытая площадь — это сумма площадей всех составляющих поверхностей, если смотреть на высоте, перпендикулярно предполагаемому направлению ветра. Это направление меняется для определения экстремальных силовых эффектов в конструкции или ее компонентах. Области, которые не способствуют рассматриваемому экстремальному силовому воздействию, могут не учитываться при анализе.

Базовая расчетная скорость ветра значительно варьируется в зависимости от местных условий.Для небольших или низких конструкций, таких как этот пример, ветер обычно не управляет.

Давление на наветренной и подветренной сторонах должно приниматься одновременно в предполагаемом направлении ветра.

Предполагается, что направление ветра горизонтальное, если иное не указано в S3.8.3. Расчетное ветровое давление в KSF может быть определено как:

Поскольку высота компонентов моста составляет менее 30 футов над линией земли, V _B принимается равным 100 миль в час.

Ветровая нагрузка поперек надстройки

Ветровая нагрузка по осям надстройки (продольное направление)

Продольная нагрузка от давления ветра вызывает силы, действующие параллельно продольной оси моста.

Поперечное и продольное давление следует применять одновременно.

Результирующая ветровая нагрузка по осям пирса

Поперечные и продольные силы ветра надстройки, выровненные относительно оси надстройки, разделяются на составляющие, выровненные относительно осей сваи.

Нагрузка перпендикулярно плоскости причала:

F _{L Пирс} = F _{L Super} cos (θ _{перекос} ) + F _{T Super} sin (θ _{перекос} )

При 0 градусах:

При 60 градусах:

Нагрузка в плоскости опоры (параллельно линии, соединяющей колонны):

F _{T Pier} = F _{L Super} sin (θ _{перекос} ) + F _{T Super} cos (θ _{перекос} )

При 0 градусах:

При 60 градусах:

Ветровая нагрузка надстройки действует на расстоянии 10,5 / 2 = 5,25 фута от верха крышки сваи.

Продольные и поперечные силы, приложенные к каждому подшипнику, вычисляются путем деления вышеуказанных сил на количество балок. Если опорный подшипник линия имеет подшипники расширения, то F _L Супер компонент в приведенных выше уравнений равна нулю.

Ветровая нагрузка на основание (S3.8.1.2.3)

Поперечные и продольные силы, прикладываемые непосредственно к основанию, рассчитываются исходя из предполагаемого базового ветрового давления 0,040 тыс.футов (S3.8.1.2.3). Для направлений ветра, принимаемых с наклоном к основанию, эта сила разделяется на составляющие, перпендикулярные торцевым и передним выступам оснований. Компонент, перпендикулярный торцевой отметке, воздействует на открытую область подконструкции, как видно на торцевой отметке, а компонент, перпендикулярный переднему выступу, действует на открытые участки и применяется одновременно с ветровыми нагрузками от надстройки.

W _{ветер на переводнике} = W _крышка + W _{колонна}

Поперечный ветер на крышке пирса (ветер подается перпендикулярно продольной оси надстройки):

Продольный ветер на крышке пирса (ветер, приложенный параллельно продольной оси надстройки):

Поперечный ветер на концевой колонне, этой силе одинаково противостоят все колонны:

Продольный ветер на колонны, этой силе противостоит каждая из колонн индивидуально:

На опорах нет ветра, так как предполагается, что они находятся ниже уровня земли.

Суммарная ветровая нагрузка на основание:

Ветер под нагрузкой (S3.8.1.3)

При наличии транспортных средств расчетное давление ветра применяется как к конструкции, так и к транспортным средствам. Ветровое давление на транспортные средства представляет собой прерываемую движущую силу в 0,10 кгс, действующую перпендикулярно проезжей части и на высоте 6,0 футов над ней, и передается на конструкцию.

Когда ветер на транспортных средствах не считается нормальным по отношению к конструкции, компоненты нормальной и параллельной силы, приложенной к временной нагрузке, могут быть приняты следующим образом с углом перекоса, принятым по нормали к поверхности.

Используйте таблицу S3.8.1.3-1 для получения значений F _W ,

Температурная сила (S3.12.2)

Из-за симметрии надстройки моста на промежуточном изгибе не возникает силы из-за температурного расширения / сжатия надстройки.

Усадка (S3.12.4)

Вследствие симметрии надстройки моста на промежуточном изгибе не возникает силы из-за усадки надстройки.

Сочетания нагрузок

На рисунках 7.2-2 и 7.2-3 показаны нагрузки без учета поправок, приложенные к изгибу от надстройки и ветра.

Рисунок 7.2-2 — Действующие постоянные нагрузки на надстройку и основание

Рисунок 7.2-3 — Ветровые и тормозные нагрузки на надстройку и основание

Этап проектирования 7.2.2 — Проектирование заглушки

Требуемая информация:

Общие (эти значения действительны для всей заглушки):

f ′ _c = 3.0 тысяч фунтов / кв. Дюйм
β ₁ = 0,85
f _y = 60 тысяч фунтов / кв. дюйм
Ширина крышки = 4 фута
Глубина крышки = 4 фута (варьируется на концах)
Кол-во стоек = 6
Диаметр хомута = 0,625 дюйма (# 5 бар)
Площадь выступа = 0,31 дюйма ² (на ногу)
Расстояние между выступами = варьируется по длине крышки
Боковая крышка = 2 дюйма (Таблица S5.12.3-1)

Нижние изгибные стержни крышки:

Количество столбцов в нижнем ряду, положительная область = 9 (# 8 столбцов)
Положительный диаметр стержня области = 1.0 дюймов
Площадь полоски положительной области, A _с = 0,79 дюйма ²
Нижняя крышка = 2 дюйма (Таблица S5.12.3-1)

Верхние изгибные стержни крышки:

Кол-во стержней в верхнем ряду, отрицательная область = 14 (7 наборов по 2 столбца № 9, связанных горизонтально)
Диаметр стержня отрицательной области = 1,128 дюйма
Площадь полосы отрицательной области, A _с = 1,0 дюйм ²
Верхняя крышка = 2 дюйма (Таблица S5.12.3-1)

На основе анализа различных применимых предельных состояний было получено максимальное влияние нагрузки на крышку.Эти эффекты нагрузки перечислены в Таблице 7.2-1. Максимальный учтенный положительный момент возникает на расстоянии 44,65 фута от конца цоколя при предельном состоянии прочности I.

* измеряется от конца крышки

Примечания:

DC: статическая нагрузка надстройки (балки, перекрытия и вута, диафрагмы и парапеты) плюс статическая нагрузка на опорную конструкцию (все компоненты)
DW: статическая нагрузка от будущей изнашиваемой поверхности
LL + IM: временная нагрузка + удар, передаваемый от надстройки
BR: тормозная нагрузка, передаваемая от надстройки
Str-I: реакция на нагрузку с учетом факторов нагрузки предельного состояния Strength I

Шаг проектирования 7.2.2.1 — Сопротивление изгибу крышки опоры (S5.7.3.2)

Фактор сопротивления изгибу, M _r , принимается как

Для расчета M _n используйте положения S5.7.3.2.3 которые указывают для прямоугольных секций, подверженных изгибу вокруг одной оси, где используется приблизительное распределение напряжений, указанное в S5.7.2.2, и где глубина сжатого фланца составляет , а не меньше, чем «c», как определено в соответствии с уравнением . S5.7.3.1.1-3, сопротивление изгибу M _n может быть определено с помощью уравнения. От S5.7.3.1.1-1 до S5.7.3.2.2-1, в этом случае «b _w » принимается как «b».

Прямоугольное сечение используется для проектирования крышки сваи.При расчете сопротивления изгибу компрессионная арматура не учитывается.

Этап проектирования 7.2.2.2 — Максимальный положительный момент

Прикладная сила I Момент, М _u = 1015,5 тыс. Фут

Прикладной сервисный момент I, M _с = 653,3 тыс. Футов (из компьютерной программы)

Осевая нагрузка на головку сваи мала, поэтому в этом примере не учитывается влияние осевой нагрузки.

Проверить положительное моментное сопротивление (нижняя сталь)

Рассчитайте номинальное сопротивление изгибу в соответствии с S5.7.3.2.3.

M _n = A _s f _y (δ _s -a / 2) (S5.7.3.2.2-1)

Определите δ _s , соответствующую эффективную глубину от крайнего волокна до центра тяжести растягивающего усилия в растягивающей арматуре.

Определите «а» по формуле. S5.7.3.1.1-4

Рассчитайте номинальное сопротивление изгибу, M _n

Следовательно, факторизованное сопротивление изгибу, M _r , можно рассчитать следующим образом:

Пределы армирования (S5.7.3.3)

Проверить, не чрезмерно ли усилена секция.

Максимальное количество ненапряженной арматуры должно быть таким, чтобы:

Проверьте минимальные требования к армированию (S5.7.3.3.2)

Если не указано иное, на любом участке изгибного компонента количество непрессовой растягивающей арматуры должно быть достаточным для развития факторизованного сопротивления изгибу, M _r , по крайней мере равным меньшему из:

ИЛИ

Минимальное необходимое сопротивление секции = 774,1 кОм

Предусмотренное сопротивление секции = 1378 тыс. Футов> 774,1 тыс. Футов OK

Проверить распределение арматуры на изгиб (S5.7.3.4)

Проверить допустимое напряжение, f _с

Проверить рабочую нагрузку приложенное напряжение стали, f _{с, фактическое}

Для бетона 3,0 тыс. Фунтов / кв. Дюйм модульное соотношение n = 9 (см. S6.10.3.1.1b или рассчитать путем деления модуля упругости стали на бетон и округления в большую сторону в соответствии с требованиями S5.7.1)

Предположим, что напряжения и деформации изменяются линейно.

Из анализа нагрузки на изгиб:
Статическая нагрузка + постоянная нагрузка положительный рабочий момент нагрузки = 653,3 км-фут

Преобразованный момент инерции вычисляется с учетом упругого поведения, то есть линейного распределения напряжений и деформаций. В этом случае первый момент площади трансформированной стали на растянутой стороне вокруг нейтральной оси считается равным моменту сжатого бетона.

Предположим, что нейтральная ось находится на расстоянии «y» от поверхности сжатия секции.

Ширина профиля составляет 48 дюймов.

Площадь преобразованной стали = (общая площадь стального стержня) (модульное соотношение) = 7,1 (9) = 63,9 дюйма ²

Приравнивая первый момент площади преобразованной стали к моменту поверхности бетона, оба относительно нейтральной оси:

63,9 (44,875 лет) = 48 лет (год / 2)

Решение уравнения дает y = 9,68 дюйма.

дюймов ⁴

Напряжение в стали, f _{s, фактическое} = (M _s c / I) n, где M — момент, действующий на сечение.

Рисунок 7.2-4 — Контроль трещин в положительной арматуре при рабочей нагрузке

Шаг проектирования 7.2.2.3 — Максимальный отрицательный момент

По результатам анализа изгиба, максимальный учтенный отрицательный момент возникает на расстоянии 6,79 фута от края цоколя при предельном состоянии прочности I:

Прикладная сила I Момент, М _u = -2 259,4 тыс. Футов

Прикладной сервисный момент I, М _с = -1 572,4 тыс. Футов (из компьютерного анализа)

Проверить отрицательное моментное сопротивление (верхняя сталь)

Рассчитайте M _n по формуле. S5.7.3.2.2-1.

Определите δ _s , соответствующую эффективную глубину от крайнего волокна до центра тяжести растягивающего усилия в растягивающей арматуре.Сжимающая арматура не учитывается при расчете номинального сопротивления изгибу.

Определите «а» по формуле. S5.7.3.1.1-4

Рассчитайте номинальное сопротивление изгибу, M _n

Следовательно, факторное сопротивление изгибу, M _r :

Пределы армирования (S5.7.3.3)

Проверить, не чрезмерно ли усилена секция.

Максимальное количество ненапряженной арматуры должно быть таким, чтобы:

Проверить минимальное армирование (S5.7.3.3.2)

Если не указано иное, на любом участке изгибного компонента количество не напряженной растягивающей арматуры должно быть достаточным для развития факторизованного сопротивления изгибу, M _r , по крайней мере равным меньшему из:

ИЛИ

Минимальное необходимое сопротивление секции = 774,1 кОм

Предусмотренное сопротивление секции = 2607 тыс. Футов> 774,1 тыс. Футов OK

Проверить распределение арматуры на изгиб (S5.7.3.4)

Проверить допустимое напряжение, f _с

Проверить нагрузку, приложенную к стали при эксплуатации, f _{s, фактическое}

Для бетона 3,0 тыс. Фунтов / кв. Дюйм модульное соотношение, n = 9

Предположим, что напряжения и деформации изменяются линейно.

Из анализа нагрузки на изгиб:
Статическая нагрузка + временная нагрузка отрицательный рабочий момент нагрузки = -1 572,4 к-фут

Преобразованный момент инерции вычисляется с учетом упругого поведения, то есть линейного распределения напряжений и деформаций. В этом случае первый момент площади трансформированной стали на растянутой стороне вокруг нейтральной оси считается равным моменту сжатого бетона.

Предположим, что нейтральная ось находится на расстоянии «y» от поверхности сжатия секции.

Ширина профиля = 48 дюймов

Площадь преобразованной стали = (общая площадь стального стержня) (модульное соотношение) = 14,0 (9) = 126 дюймов ²

Приравнивая первый момент площади преобразованной стали к моменту поверхности бетона, оба относительно нейтральной оси:

126 (44,81-лет) = 48лет (год / 2)

Решение уравнения приводит к y = 12,9 дюйма.

Напряжение в стали, f _{s, фактическое} = (M _s c / I) n, где M — момент, действующий на сечение.

Рис. 7.2-5- Контроль трещин в отрицательной арматуре при рабочей нагрузке

Шаг проектирования 7.2.2.4 — Проверка минимальной температуры и усадки стали (S5.10.8)

Армирование на усадочные и температурные напряжения предусматривается вблизи поверхностей бетона, подверженных суточным перепадам температуры, а также в бетонной конструкционной массе. Температурная и усадочная арматура добавляется для обеспечения того, чтобы общее армирование на открытых поверхностях было не меньше указанного ниже.

Используя положения S5.10.8.2,

Эта область должна быть разделена между двумя гранями, т.е.е., 2,1 ² на грань. Усадочная и температурная арматура не должна располагаться дальше, чем в 3,0 раза больше толщины компонента или 18,0 дюйма.

Используйте 4 стержня №7 на грань.

Этап проектирования 7.2.2.5 — Укрепление кожи (S5.7.3.4)

Если эффективная глубина d _e железобетонного элемента превышает 3 фута.продольное усиление обшивки равномерно распределяется по обеим боковым граням компонента на расстоянии d / 2, ближайшем к арматуре растяжения при изгибе. Площадь усиления кожи (в ² / фут высоты) на каждой стороне лица должна удовлетворять:

Требуется A _sk на поверхность = 0,179 (4) = 0,72 дюйма ² <2,4 дюйма ² при условии OK

Рисунок 7.2-6 — Поперечное сечение крышки

Этап проектирования 7.2.2.6 — Максимальный сдвиг

По результатам анализа изгиба, максимальный факторный сдвиг происходит при 34.96 футов от конца крышки при предельном состоянии прочности I:

Сдвиг, V _u = 798,3 k

Рассчитайте номинальное сопротивление сдвигу, используя S5.8.3.3.

Факторное сопротивление сдвигу, В _r

Номинальное сопротивление сдвигу, V _n , должно определяться как меньшее из следующих значений:

ИЛИ

Следовательно, используйте d _v = 41,4 дюйма для расчета V _c .

Следовательно, V _n является меньшим из:

V _n = 217.5 + 660.0 + 0 = 877,5 к

ИЛИ

V _n = 0,25 (3) (48) (41,4) + 0 = 1490,4 k

Используйте V _n = 877,5 k

Следовательно,

Проверить минимальную поперечную арматуру (S5.8.2.5)

Минимальное количество поперечной арматуры необходимо для сдерживания роста диагональных трещин и увеличения пластичности сечения.Большее количество поперечной арматуры требуется для контроля растрескивания по мере увеличения прочности бетона.

Если требуется поперечная арматура, как указано в S5.8.2.4, площадь стали должна удовлетворять:

Проверьте максимальное расстояние поперечной арматуры (S5.8.2.7)

Шаг поперечной арматуры не должен превышать максимально допустимый шаг, s _max , определяемый как:

Если v _u <0.125f ′ _c , затем
s _макс = 0,8d _v ≤ 24,0 дюйма (S5.8.2.7-1)

Если v _u ≥ 0,125f ′ _c , то:
s _макс. = 0,4d _v ≤ 12,0 дюйма (S5.8.2.7-2)

Напряжение сдвига в бетоне, v _u , принимается равным:

Следовательно, используйте уравнение. S5.8.2.7-2

Рисунок 7.2-7-Распределение выступов в изогнутой крышке

Шаг проектирования 7.2.3 — Колонная конструкция

Необходимая информация:

Общий:

Круглые колонны:

Диаметр колонны = 3,5 фута
Площадь столбца, A _г = 9.62 футов ²
Боковая крышка = 2 дюйма (Таблица S5.12.3-1)
Диаметр вертикального арматурного стержня (# 8) = 1,0 дюйм
Площадь стали = 0,79 дюйма ²
Количество стержней = 16
Общая площадь продольной арматуры = 12,64 дюйма ²
Тип поперечного армирования = стяжки
Расстояние между стяжками = 12 дюймов
Диаметр поперечного стержня арматуры (# 3) = 0,375 дюйма (S5.10.6.3)
Площадь поперечного армирования = 0,11 дюйма ² / бар

Примерный мост находится в сейсмической зоне 1, поэтому сейсмическое исследование не требуется для расчета колонны.В статье S5.10.11 содержатся положения о сейсмическом проектировании, где это применимо.

Прикладные моменты и ножницы

Максимальные двухосные отклики возникают в колонне 1 на расстоянии 0,0 футов от низа (верхняя поверхность основания).

На основе анализа нагрузки изгиба были получены максимальные эффекты нагрузки в критическом месте, которые перечислены в Таблице 7.2-2.

где:

M _t : Фактор момента относительно поперечной оси
M _l : Фактор момента относительно продольной оси
P _u : Факторная осевая нагрузка

Примеры ручных расчетов представлены для случая максимального положительного значения M _l из таблицы 7.2-2.

Максимальный сдвиг возникает в колонне 1 на расстоянии 0,0 фута от низа (верхняя поверхность основания)

Факторное предельное состояние по прочности на сдвиг:

В _т = 44,8 к (Стр-В)
В _л = 26,0 к (Стр-В)

Проверить пределы усиления в сжатых элементах (S5.7.4.2)

Максимальная площадь ненапряженной продольной арматуры для некомпозиционных компонентов сжатия должна быть такой, что:

Минимальная площадь ненапряженной продольной арматуры для несоставных компонентов сжатия должна быть такой, чтобы:

Следовательно, колонна удовлетворяет критериям минимальной площади стали, не используйте уменьшенное эффективное сечение. Для колонн увеличенного размера требуемая минимальная продольная арматура может быть уменьшена, если предположить, что площадь колонны соответствует S5.7.4.2.

Коэффициент уменьшения прочности φ, применяемый к номинальному осевому сопротивлению (S5.5.4.2)

Для сжатых элементов с изгибом значение φ может линейно увеличиваться от осевого (0.75) до значения изгиба (0,9), поскольку факторизованное сопротивление осевой нагрузке, φP _n , уменьшается с 0,10f ′ _c A _g до нуля. Коэффициент сопротивления включен в диаграмму взаимодействия столбца, графически показанного на Рисунке 7.2-8 и в виде таблицы в Таблице 7.2-3.

Рисунок 7.2 — Схема взаимодействия между 8 столбцами

Этап проектирования 7.2.3.1 — Эффекты гибкости

Фактор эффективной длины K взят из S4.6.2.5. Коэффициенты увеличения момента гибкости обычно определяются в соответствии с S4.5.3.2.2. Положения, касающиеся гибкости бетонных колонн, перечислены в S5.7.4.3.

Обычно предполагается, что колонны не закреплены в плоскости изгиба с коэффициентом полезной длины K, принимаемым равным 1,2, чтобы учесть высокую жесткость фундамента и крышки сваи.В направлении, перпендикулярном изгибу, K можно определить следующим образом:

• Если движение крышки не ограничивается в направлении, перпендикулярном изгибу, колонна считается несвязанной, и предполагается, что колонна ведет себя как свободная консоль. K принимается равным 2,1 (см. Таблицу SC4.6.2.5-1)
• Если движение цоколя ограничено в направлении, перпендикулярном изгибу, колонна считается закрепленной в этом направлении и K принимается равным 0.8 (см. Таблицу SC4.6.2.5-1)

Например, встроенные опоры ограничивают движения изгиба в продольном направлении моста (приблизительно перпендикулярно изгибу). Однако это ограничение обычно игнорируется, и колонны считаются свободными в этом направлении, то есть K = 2,1.

Коэффициент гибкости рассчитывается как Kl _u / r

где:

Для того чтобы колонна считалась тонкой, Kl _u / r должен превышать 22 для колонн без скреплений, а для колонн с раскосами должно превышать 34-12 (M ₁ / M ₂ ), где M ₁ и M ₂ — это меньший и больший конечные моменты соответственно.Член (M ₁ / M ₂ ) положителен для изгиба по одной кривизне (S5.7.4.3)

Коэффициент гибкости в плоскости изгиба

Коэффициент гибкости вне плоскости изгиба

При тонкости колонны в обоих направлениях необходимо учитывать эффект гибкости.

Момент увеличения в изогнутом состоянии

Продольное направление:

Рассчитать P _e ,

Таким образом, можно вычислить коэффициенты увеличения момента δ _b и δ _s .

Edge Transport

Этот узел вычисляет значения атрибутов, когда он «перемещается» по кривым или по краям в многоугольной геометрии.

Самая простая форма «транспорта» — это копирование значения атрибута из начальных точек в конечные точки. Кроме того, вы можете использовать функцию для вычисления значения атрибута в каждой точке графика. Например, вы можете использовать функцию суммы для вычисления глубины каждого листа или функцию максимума для вычисления максимального значения атрибута вдоль каждой ветви.

Узел может перемещаться по выбранным ребрам разными способами:

• Узел может обрабатывать ребра с общими точками как неявно образующие ориентированный ациклический граф и перемещаться от корня (ов) графа по ребрам к конечным точкам.

  • Вы должны указать «корневую» точку (точки) для начала обработки. Параметр Выбор корня Параметр позволяет использовать первую или последнюю точку в геометрии или явно указать точки для использования в качестве корней.

  • Грани Houdini не имеют внутреннего направления. Этот узел рассматривает каждое ребро как исходящее от корня наружу. Вы можете изменить направление обхода с помощью параметра Направление .

  • Если граф имеет несколько корней, результаты могут измениться, если геометрия анимируется, потому что режим граничной сети использует длину ребер для определения порядка обхода.

• Вы можете установить «родительский» атрибут для точек, чтобы явно настроить структуру графа для ребер.

• Узел может обрабатывать каждое ребро индивидуально.Это полезно для волос / меха. В этом случае избегайте использования геометрии с общими точками. Если вы вычисляете атрибут точки и точки кромки являются общими, результирующие значения не будут четко определены. Это означает, что результат может не иметь смысла и / или результат может измениться между запусками или версиями Houdini.

Пограничное кэширование

для иерархических беспроводных сетей с поддержкой D2D с глубоким обучением с подкреплением

Пограничное кэширование

— многообещающий метод решения проблемы увеличения трафика в сети будущего.Чтобы удовлетворить запросы пользователей, содержимое можно упреждающе кэшировать локально в непосредственной близости от пользователей (например, базовых станций или пользовательских устройств). В последнее время обсуждаются некоторые оптимизации граничного кэширования на основе обучения. Однако в большинстве предыдущих исследований изучается влияние динамического и постоянного расширения действия и пространства кэширования, что приводит к непрактичности и низкой эффективности. В этой статье мы изучаем проблему оптимизации краевого кэширования, используя структуру обучения Double Deep Q-network (Double DQN), чтобы максимизировать процент попаданий пользовательских запросов.Во-первых, мы получаем модель совместного использования устройств от устройства к устройству (D2D), принимая во внимание факторы как онлайн, так и офлайн, а затем формулируем проблему оптимизации, которая оказывается NP-сложной. Затем проблема замены краевого кэширования выводится с помощью процесса принятия решений Маркова (MDP). Наконец, предлагается стратегия пограничного кэширования на основе Double DQN. Результаты экспериментов, основанные на крупномасштабных реальных трассах, показывают эффективность предлагаемой структуры.

1. Введение

С развитием сетевых услуг и резким увеличением количества мобильных устройств серьезная нагрузка на трафик вызвала острую необходимость у оператора сети изучить эффективную парадигму в отношении 5G.Связанные работы показывают, что 80% всего трафика приходится на запросы 10% видео, то есть повторные загрузки одного и того же контента [1]. Совместное использование контента между устройствами (D2D) — это эффективный метод снижения трафика мобильной сети. Таким образом, пользователи могут загружать требуемый контент с ближайших устройств и пользоваться услугами передачи данных с низкой задержкой доступа [2], что может улучшить их качество обслуживания (QoS).

Чтобы разработать эффективную стратегию кэширования в мобильных сетях, нам необходимо получить статистическую информацию о пользовательских запросах и совместных действиях путем обучения системы на экстремальном объеме мобильного трафика.В предыдущей работе предполагалось, что некоторые важные факторы в мобильных сетях (такие как популярность контента, мобильные модели, предпочтения и поведение пользователей) хорошо известны, что не является строгим [3]. Недавно был предложен метод, основанный на обучении, для совместной оптимизации совместного использования мобильного контента и кэширования [4, 5]. Авторы [6] рассчитали минимальные потери при разгрузке в соответствии с интервалом запросов пользователя и исследовали кэширование контента малых базовых станций (SBS). Srinivasan et al. [7] использовали метод Q-обучения для определения спектра на основе нагрузки, оптимизируя распределение спектра.Однако традиционная технология RL неприменима для среды мобильной сети с большим пространством состояний.

Исходя из этого, мы изучили стратегию пограничного кэширования D2D в иерархической беспроводной сети, чтобы максимально увеличить разгрузку трафика и снизить нагрузку за счет связи D2D. А процесс замены кэша моделируется процессом принятия решений Маркова (MDP). Наконец, предлагается стратегия краевого кэширования на основе Double Deep Q-network (Double DQN). Вклад этого документа резюмируется следующим образом: (i) Мы моделируем действия по совместному использованию D2D, учитывая как онлайн-фактор (социальное поведение пользователей), так и офлайн-фактор (мобильность пользователей).Таким образом, оптимизация оказывается NP-сложной. (Ii) Проблема замены кеша устанавливается марковским процессом принятия решений (MDP) для решения проблемы непрерывности краевого кэширования. И мы предлагаем стратегию граничного кэширования на основе Double DQN, чтобы справиться с проблемой взрыва пространств действий / состояний. (Iii) В сочетании с теоретической моделью, реальной оценкой трассировки и экспериментальной платформой моделирования предложенная стратегия граничного кэширования на основе Double DQN обеспечивает лучшую производительность, чем некоторые существующие алгоритмы кэширования, включая наименее недавно использованные (LRU), наименее часто используемые (LFU) и «первым пришел — первым обслужен» (FIFO).

Остальная часть статьи организована следующим образом. Мы объяснили соответствующую работу во второй части. Третья часть знакомит с системной моделью. Четвертая часть знакомит со стратегией оптимизации кеша и поднимает соответствующую проблему. Пятая часть знакомит с деталями оптимизации стратегии кеширования. А в шестой части проводятся масштабные эксперименты на основе реального трекинга.

2. Сопутствующие работы

Существует множество исследований по пограничному кэшированию в мобильных сетях.Например, в [8–10] изучается и предлагается, что добавление кеширования в мобильную сеть очень перспективно. Фемто-кэширование, предложенное в [11, 12], и AMVS-NDN, предложенное в [13], оба связаны с добавлением кеша в BS с целью разгрузки трафика. Авторы [14–16] предложили стратегию совместного кэширования между BS, которая значительно улучшает QoS пользователей. В последние годы все больше внимания уделяется применению интеллекта в беспроводных сетях. Исследования в [17, 18] показывают, что расширенное обучение (RL) имеет большой потенциал при разработке схем кэширования контента BS.В частности, автор предложил стратегию замены кэширования базовой станции на основе Q-обучения и использовал multiarmed bandit (MAB) для размещения кеша по технологии RL [17]. Однако, учитывая чрезвычайную сложность реальной сетевой среды и максимальное пространство состояний, традиционная технология RL неосуществима. Кроме того, все вышеперечисленные работы ориентированы на одноуровневое кеширование без учета многоуровневого кеширования.

Многоуровневое кэширование широко используется для использования потенциала системной инфраструктуры, особенно в системах веб-кэширования [19–21] и системах IPTV [22].Ссылка [23] сосредоточена на теоретическом анализе производительности кеша контента в HetNets, который предполагает, что контент имеет тот же размер. Однако [22, 23] не включают разработку политик кэширования, что требовало практических соображений с точки зрения ограничений (например, ограниченная пропускная способность внешнего / транзитного соединения, разнообразие размеров контента) и конкретных характеристик сетевых топологий.

3. Модель системы

Как показано на рисунке 1, мы рассматриваем иерархическую архитектуру сети.Базовая сеть связывается с базовыми станциями через транзитную линию связи, а базовая станция связывается с пользователем через сотовую связь. N мобильные пользователи равномерно распределены с размером локального буфера, пользователи могут устанавливать прямую связь друг с другом по каналам D2D, и они также могут обслуживаться станциями BS через сотовые каналы. M файлов хранятся в библиотеке содержимого, и их размеры обозначаются как. представляет размер запрошенного содержимого.Состояние кеша описывается. Здесь двоичный код, где = 1 означает, что пользователь u кэширует содержимое f , а = 0 означает отсутствие кеширования.

3.1. Популярность контента и предпочтения пользователей

Популярность контента часто описывается как вероятность того, что контент из библиотеки будет запрошен всеми пользователями. Обозначим матрицу популярности

.