6. Ползучесть железобетона

Ползучесть железобетона является следствием пол­зучести бетона. Стальная арматура, как и при усадке, становится внутренней связью, препятствующей свобод­ным деформациям ползучести. В железобетонном эле­менте под нагрузкой стесненная ползучесть приводит к перераспределению усилий между арматурой и бетоном.

Рис. 1.37. Перераспределение на­пряжений в арматуре и бетоне) сжатой железобетонной призмы вследствие ползучести бетона

а - схема железобетонной призмы; б - бетон класса В40; в - то же, В15

Рис. 1.38. Релаксация напряжений в бетоне при постоянных напря­жениях в арматуре железобетон­ной призмы

а - схема железобетонной призмы с наложенными связями; б - зависимость реакции связей N — время t

Процесс перераспределения усилий интенсивно протека­ет в течение первых нескольких месяцев, а затем в тече­ние длительного времени (более года) постепенно за­тухает. Продольные деформации арматуры и бетона центрально-сжатой железобетонной призмы (рис. 1.37, а) благодаря сцеплению материалов одинаковы:

ε_s = ε_b = σ_b/ E`_b (1.29)

Отсюда сжимающее напряжение в продольной арматуре

σ_s = ε_s E_s = σ_b (ν/λ_b) (1.30)

Роль поперечных стержней или хомутов сводится глав­ным образом к предотвращению выпучивания продоль­ных сжатых стержней.

Уравнение равновесия внешней нагрузки и внутренних усилий в бетоне и продольной арматуре

N = σ_b А + σ_s A_s = σ_b A (1 + μ₁ν/λ_b) (1.31)

Отсюда сжимающее напряжение в бетоне

σ_b = N /(1 + μ₁ν/λ_b) (1.32)

Коэффициент упругопластических деформаций бетона

λ_b=ε_e / [ ε_{e +}ε_pl (t, σ) ]

зависит от времени tи уровня напряжений σ_b/R_b. Следовательно, с течением времени вследствие уменьшения коэффициента λ_bпри постоянной внешней силе N напря­жение в бетоне, согласно формуле (1.32), уменьшается. При этом напряженнее арматуре увеличивается. Кривые изменения во времени напряжении в бетоне и арматуре в железобетонной призме под нагрузкой показаны на рис. 1.37,6,6. При проценте армирования μ₁= 0,5 % че­рез 150 дней напряжения в арматуре возрастают более чем в 2,5 раза. С увеличением процента армирования до μ₁=2% интенсивность роста напряжений в арматуре снижается. При мгновенной разгрузке бетон и армату­ра деформируются упруго, однако остаточные пластиче­ские деформации бетона препятствуют восстановлению упругих деформаций в арматуре, в результате после раз­грузки арматура будет сжата, а бетон - растянут. Если растягивающие напряжения в бетоне после разгрузки превысят временное сопротивление при растяженииσ_bt>R_bt, то в бетоне появляются трещины. При повтор­ном загружении эти трещины закрываются.

Релаксация напряжений в бетоне железобетонной призмы наблюдается и при постоянных напряжениях в арматуре — в другом эксперименте (рис. 1.38, а). Если в железобетонной призме создать начальные сжимающие деформации σ_b⁰и начальные сжимающие напряжения в бетоне σ_b⁰и арматуре σ_s⁰, а затем ввести связи, сохраня­ющие постоянной длину призмыl=constи препятству­ющие дальнейшему ее деформированию, то в любой мо­мент времениtпосле введения связей оказывается, что напряжение в бетоне

σ_b(t) =ε_bE`_b=ε_bλ_bE_b<σ⁰_b

Напряжения в бетоне с течением времени уменьшаются, так как коэффициент λ_bс течением времени уменьшается. При этом реакции связей

N(t) =σ_b(t)A+σ_sA_s

с течением времени при постоянных напряжениях в ар­матуре уменьшаются (рис. 1.38, б).

На работу коротких сжатых железобетонных элемен­тов ползучесть бетона оказывает положительное влия­ние, обеспечивая полное использование прочности бето­на и арматуры; в гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов, что может снижать их несущую способность; в изгибаемых элементах ползучесть вызывает увеличение прогибов; в предварительно напряженных конструкциях ползучесть приводит к потере предварительного напряжения.

Ползучесть и усадка железобетона протекают одно­временно и совместно влияют на работу конструкции.