6.4. Деформации при длительном действии нагрузки

При сжатии бетонной призмы в режиме пропорциональ­ного развития во времени продольных деформаций обнаруживается постепенное снижение сопротивления бетона, так называемая ниспадающая ветвь диаграммы напряжения — деформации (см. рис. 8). Такой участок повышенного деформирования бетона реально наблюдается в конструкциях при определенных условиях нагружения. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается первые 3...4 месяца и может продолжаться несколько лет. На диаграмме (рис. 9,в) участок 0—1 характеризует деформации, возникающие при загружении (его кривизна зависит от скорости загружения); участок 1—2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.

Свойства бетона, характеризующиеся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3...4 раза превышать упругие деформации. При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в бетоне остаются постоянными. Когда же связи в бетоне (например, стальная арматура) ограничивают свободное развитие ползучести (стесненная ползучесть), то напряжения в бетоне уменьшаются. Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации ε_b⁰, называют релаксацией напряжений. Ползучесть и релаксация имеют общую природу и оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой.

Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряжений с испытывающей вязкое течение гелевой структурной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций ползучести способствуют капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах σ_b и капиллярах избыточной воды под нагрузкой. С течением времени процесс перераспределения напряжений затухает и деформирование прекращается.

Ползучесть разделяют на линейную, при которой зависимость между напряжениями и деформациями приблизительно линейная, и нелинейную, которая начинается при напряжениях R_crc, превышающих границу образования структурных микротрещин. Такое разделение ползучести условно, так как в некоторых опытах наблюдается нелинейная зависимость σ_b и ε_b даже при относительно малых напряжениях. Учет нелинейной ползучести имеет существенное значение в практических расчетах предварительно напряженных изгибаемых, внецентренно сжатых и некоторых других элементов.

Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет собой сумму деформаций: упругой деформацией ползучести и усадки. Однако в то время как усадка носит характер объемной деформации, ползучесть развивается главным образом в направлении действия усилия.

Контрольные вопросы:

50. Назовите основные виды деформаций бетона.

51. Какие деформации относятся к объёмным деформациям?

52. Какие деформации относятся к силовым деформациям?

53. Из каких компонентов состоит полная деформация бетона?

54. Как влияет скорость загружения на величину деформаций?

55. Что называется ползучестью бетона?

56. Что называют релаксацией напряжений?