Приклад 6

Потрібно визначити термін служби ригель перекриття громадської будівлі (див. приклад 4), тобто час, за який тріщина нормального відриву досягає критичної довжини.

Розрахунок. За момент виходу конструкції з ладу вважаємо стан, за якого магістральна тріщина нормального відриву досягає своєї критичної довжини та перетинає вісь тріщини поперечного зсуву.

Тоді критична довжина нормальної тріщини

а максимально допустимий приріст її довжини

Тоді із виразу (5.39), визначимо час за який приріст довжини тріщини складе 7см.

Попередньо визначаємо кінцеве значення міри повзучості бетону:

_{і ,} де

_{Визначимо міру повзучості залізобетону за формулою:}

_{і величини Аr і В}

_{Визначимо час безпечної експлуатації конструкції із нижченаведеного виразу, приймаючи}

Отже, час безпечної експлуатації конструкції становить діб = 64 роки.

5. Довговічність бетонних і залізобетонних конструкцій

5.1. Фізико – механічні основи довговічності бетону

Для початку сформулюємо основні принципи та положення, які визначають довговічність і механізми руйнування бетону.

1. Всі порожнечі у структурі бетону можуть бути розглянуті як тріщиноподібні дефекти структури.

2. Час (а не лише навантаження) є головною причиною руйнування. Силові умови руйнування не будуть визначальними, фізично обґрунтованими та адекватними є часовий критерій або часова залежність, описувана формулою Журкова, руйнування – не тільки механічне явище, його закономірності визначаються кінетичними, статичними та термодинамічними властивостями навантаженого бетону з урахуванням молекулярної, надмолекулярної будови та дефектів структури. Міцність конструкцій повинна бути інтерпретована як величина, обмежена часом її безпечної експлуатації, протягом якого безперервно відбувається підготовка бетону (арматурної сталі) до повного руйнування і порушення суцільності за рахунок розвитку макродефектів структури, що уможливлює визначення часу до руйнування конструкцій в цілому. При проектуванні за міцнісними критеріями розглядають конструкцію під час її роботи під навантаженням тільки у двох станах: початковому та зруйнованому. Причому за руйнування конструкції прийнято вважати момент сприйняття нею навантаження, що відповідає максимальній несучій здатності перерізу, проте вже після такого уявного «руйнування» бетонний армований елемент здатний досить тривалий час чинити опір меншому за величиною зовнішньому впливу, і повне руйнування на фрагменти може наступити при якомусь навантаженні, набагато меншому за

максимальне. Тому недостатньо розглядати тільки два стани конструкції: генерація тріщин протікає у часі та є кінетичним процесом. Цей процес можна охарактеризувати як «старіння» бетону, що призводить до його руйнування, коли відбувається лавиноподібне нестійке збільшення параметрів макротріщин на критичній стадії тріщиностійкості

3. Напружено – деформований стан конструкцій залежить від ушкодження у структурних елементах бетону (та арматурної сталі). Тріщини у структурі бетону, що розвиваються за механізмами нормального відриву та поперечного зсуву, виявляють домінуючий вплив на несучу здатність перерізу бетонних і залізобетонних конструкцій. Досягаючи критичних розмірів у процесі сприйняття силових і температурних впливів, ці тріщини призводять і до локальних порушень суцільної перерізів, і до руйнування елемента в цілому.

4. Збільшення у часі міцності бетону практично не впливає на довговічність конструкцій, яку завжди лімітує його знижувана тріщиностійкість.

Відомо, що в часі показники тріщиностійкості бетону та релаксують (рис. 5.1), причому величини цього зменшення можна визначати аналітично для бетону заданого складу. Як видно на рис. 5.1, у початковий період твердіння бетону під час стабілізації його структури, тріщиностійкість підвищується, потім процеси деструкції починають переважати над стабілізаційними, а у вершинах порожнеч (пор, капілярів і дефектів структури) – інтенсивність напружень, критичні параметри тріщиностійкості досягають граничної величини

(5.1)

5. При визначенні довговічності матеріалів і конструкцій на стадії росту тріщин на даному рівні знань у механіці руйнування бетону використовується поняття сумарної швидкості. Сумарна швидкість розвитку тріщини дорівнює арифметичній сумі швидкостей від дії статичного та циклічного навантажень, від тепловологісного та корозійного впливів. Довговічність даного елемента визначає час (або число циклів), за який тріщина від початкової довжини виросте до критичної .

Рис. 5.1. Зміна тріщиностійкості бетону в часі