6. Влияние температурных и влажностных условий эксплуатации

Сооружения обычно подвергаются воздействию температур на­ружного воздуха с годичными, месячными, суточными циклами колебаний.

Температура в конструкциях изменяется при изменении темпера­туры окружающей среды, стремясь восстановить термодинамическое равно­весное состояние. Выравнивание температуры конструкций с температурой окружающей среды происходит по глубине элемента неравномерно: в на­ружных слоях материал прогревается или остывает интенсивнее, чем во внутренних. Поэтому температура конструкции на разной глубине от по­верхности не одинакова. Неравномерность температуры в разных слоях материала приводит к неравномерности напряжений в теле конструкции. В результате в массивных конструкциях из материалов, обладающих неболь­шой теплопроводностью, таких, как бетон, возникают температурные вол­ны, приводящие в ряде случаев к образованию трещин внутри бетонных и железобетонных конструкций.

В конструкциях из материалов, обладающих большой теплопро­водностью, например из стали, могут возникнуть циклические деформации, достигающие иногда недопустимых величин или приводящие к разрыву конструкций. Например, разрушаются бандажи на дымовых трубах, появ­ляются трещины в резервуарах и мостах.

7. Влияние изменения свойств строительных материалов во времени

Материал в сооружениях, по аналогии с биологическими средами, «живет», т.е. его состояние и характеристики в известной степени (в зави­симости от рода материала, условий эксплуатации и приложенных нагру­зок) изменяются во времени. Рассмотрим несколько наиболее характерных примеров.

Общеизвестно, что прочность бетона в сооружениях со временем возрастает. Однако при неблагоприятных условиях - при низких темпера­турах свежеуложенного бетона, недостаточном увлажнении его и, в осо­бенности, при воздействии агрессивных сред, это нарастание прочности не только замедляется, но может приостановиться совсем, а в отдельных слу­чаях - даже замениться обратным процессом.

При приложении внешней нагрузки зависимость между напряже­ниями и деформациями в бетоне носит криволинейный характер. Но при повторных циклах нагружения (не превосходящих 40-50% от предела проч­ности) график деформаций постепенно выпрямляется (рис. 1.5) и бетон на­чинает работать практически упруго.

В таких условиях находятся, например, железобетонные мосты, си­стематически загружаемые проходящей подвижной нагрузкой. Наоборот, длительная выдержка сооружения в ненагруженном состоянии ведет к час­тичному восстановлению криволинейности диаграммы деформаций.

Характеристики металла в элементах конструкций, работающих в упругой стадии, остаются практически стабильными. Пластические дефор­мации вызывают

Рис. 1.5. График деформаций при повторных загружениях бетона

явление наклепа, влияющего на физико-механические свойства материала (снижение пластичности, увеличение хрупкости, разви­тие анизотропии и т.д.). Длительная разгрузка отчасти восстанавливает первоначальные свойства.

Наклеп и механическое старение металла создают условия для возникновения и развития, в особенности при пониженных температурах, опасных для целости конструкций "хрупких" трещин.

Постепенное изменение физико-механических свойств наблю­дается н в других материалах - дереве, пластмассах и т.д., тем более значи­тельное, чем в более сложных условиях протекает процесс эксплуатации сооружения. При оценке действительной работы и несущей способности конструкций выявление и учет возможных изменений характеристик мате­риалов являются задачей первостепенной важности.