4.3. Урахування впливу попереднього напруження на розвиток тріщин

Згадаємо способи створення попереднього напруження: існують всього дві принципові схеми – натягування арматури на упори стенду та натягування її на затверділий бетон. При натягуванні на упори арматуру укладають у форму до бетонування і після натягування до заданого значення напруження закріплюють на упорах. Потім елемент бетонують. Коли міцність бетону досягає необхідної величини, арматуру від упорів звільняють і вона обтискає бетон, намагаючись відновити свою початкову довжину. При натягуванні на бетон виготовляють бетонний або малоармований елемент, у якому влаштовують канали або пази для розміщення напруженої арматури. Потім арматуру натягують до заданого напруження і закріплюють на торцях конструкції; у процесі натягування відбувається обтискання бетону. А вже потім канал заповнюють цементно-піщаним розчином під тиском. Отже, попереднє напруження – це просто-напросто сила, яка стискає елемент на рівні центру ваги по передньо напруженої арматури.

Величину критичного коефіцієнта інтенсивності напружень залізобетону в цьому випадку визначають за формулою:

(4.21)

де - критичний КІН, що враховує стримуючий вплив попередньо напруженої арматури на розвиток відривних тріщин. А якщо сила попереднього обтискання – це звичайна сила, яка до того ж діє у тому самому напрямку, що й сили F на рис. 2.11,б, то величину визначимо за (2.20) при g ​​= 0:

(4.22)

де - напруження у попередньо напруженій арматурі та площа її перерізу; - висота захисного шару; ; функція . Розрахунок несучої здатності елементів, армованих напруженою арматурою, виконується за тими ж залежностям, що й балок із звичайною арматурою. Ще раз перегляньте формули (4.9), (4.10), (4.17), (4.18), (4.19) і (4.20). Там немає жодної характеристики, пов'язаної з попереднім натягом арматури – там тільки величини, пов'язані з класом або кількістю сталі, а не зі способами її натягу. Тому й несуча здатність елементів із звичайною і попередньо напруженою арматурою в принципі (якщо немає тріщин у майбутній стиснутій зоні) однакова. Прочитайте уважно, що таке - хіба там щось сказано про вплив на несучу здатність? Ні, тільки на розвиток тріщин.

Цікаво, що за аналогією з принципами, керуючись якими виготовляють попередньо напружені залізобетонні конструкції, при проектуванні металевих конструкцій, а потім і при їх виготовленні на ймовірному шляху тріщин розташовують потужне пружне поле стиску. Частина конструкції стискається, на неї накладають шар металу і проварюють або навіть приклеюють. Тоді основний метал виявиться стиснутим, а накладка (стрингер) – розтягнутою. Коли тріщина потрапляє у стиснуту область, пружна енергія розтягу, що підштовхує її, гаситься на протилежному пружному полі стиску, і руйнування зупиняється. Таким чином, до речі, гальмують будь-які, навіть закритичні, тріщини в судно- та літакобудуванні.

4.4. Розрахунок на розкриття тріщин

У чому головна зовнішня відмінність рівнянь рівноваги, записаних у параметрах механіки руйнування, від традиційних? Та, що в них присутні параметри утворених в елементі під навантаженням відривних і зсувних тріщин. У механіці руйнування особлива увага приділяється довжині тріщин. А чи виправдано це для залізобетону? Ширина розкриття тріщин – це зрозуміло: вода проривається до арматури саме крізь тріщини і саме може лімітувати довговічність конструкції (а що буде, якщо на місці води виявиться хімічно активне з'єднання?!). А довжина тріщини, що лімітує вона? Уявіть собі резервуар і тріщину в ньому від внутрішньої стінки до зовнішньої будь-якої ширини розкриття. І через цю тріщину витікає бензин, мастило чи який-небудь інший стратегічна речовина. Саме довжина тріщини є в цьому випадку визначальною характеристикою. Довжину відривної тріщини ми вже вміємо визначати за (4.4), довжину зсувної розраховують за нижченаведеною залежністю

(4.23)

де - крок стержнів поперечної арматури.