3.1.4 Деформационные характеристики бетонов

При воздействии на бетон внешних факторов (температура, усилия и т.д.) различают силовые и объемные деформации.

Основными деформационными характеристиками бетона являются:

- предельные относительные деформации бетона при осевом сжатии и растяжении (т.е. при однородных напряженных состояниях бетона) ε_b0 и ε_bt0;

- начальный модуль упругости Е_b;

- начальный модуль деформации Е_bτ;

- коэффициент (характеристика) ползучести (φ_b,cr);

- коэффициент поперечной деформации бетона (коэффициент Пуассона) ν_b,P;

- коэффициент линейной температурной деформации бетона α_bt;

Рассмотрим количественное определение этих характеристик.

Значения предельных относительных деформаций бетона принимают равными:

- при непродолжительном действии нагрузки:

ε_b0 = 0,002 - при осевом сжатии;

ε_bt0 = 0,0001 - при осевом растяжении;

- при продолжительном действии нагрузки по таблице 5.6 СП-52-101-2003.

Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении принимают в зависимости от класса бетона по прочности на сжатие (В) согласно таблице 5.4. СП52-101-2003.

При продолжительном действии нагрузки значения начального модуля деформаций бетона определяют по формуле

, (1.5)

где φ_b,cr - коэффициент ползучести, принимаемый в зависимости от условий окружающей среды (относительной влажности воздуха) и класса бетона. Значения коэффициента ползучести бетона приведены в таблице 5.5 СП52-101-2003.

Значение коэффициента поперечной деформации (коэффициент Пуассона) бетона допускается принимать ν_b,P = 0,2.

Значение коэффициента линейной температурной деформации бетона при изменении температуры от минус 40 до плюс 50 °С следует принимать: α_bt = 1∙10^{-5 о}С^-1.

Кроме сказанного, следует отметить, что величина Е_b может быть вычислена приближенно по эмпирическим формулам вида:

- для тяжелого бетона

; (1.6)

- для легкого бетона

(1.7)

где γ – плотность бетона, кг/м³;

В – класс бетона, МПа.

При тепловой обработке бетона величину Е_b следует принять со снижением на 10%, а при автоклавной обработке – на 25%. Вообще значения начальных модулей упругости бетона (Е_b) изменяются в пределах (для различных классов) от 1,7∙10⁴ до 4∙10⁴. При этом бетоны на пористых заполнителях имеют меньшие (в 1,5…2 раза) значения начального модуля упругости.

При расчетах, если имеют место значительные пластические деформации, вводят понятие модуля упругопластичности бетона, определяя его в виде:

, (1.8)

где ν – коэффициент упругих деформаций, определяемый по диаграмме сжатия бетона (рис.1.12) по формуле: , (1.9)

где и - полные и упругие деформации бетона на рассматриваемом уровне напряжений σ_b.

Рис.1.12. Диаграмма сжатия бетона

Величина ν уменьшается с понижение класса бетона и находится в пределах 0,15< ν<1,0. При осевом растяжении модуль деформации бетона E_bt принимают в виде:

, (1.10)

где ν_t =0,5 коэффициент упругих деформаций при растяжении, принимаемый за постоянную величину.

Из (1.10) следует, что

(1.11)

С учетом сказанного величина предельной растяжимости бетона ε_bt0 может быть определена в виде:

, (1.12)

где = R_bt = R_bt,ser, поскольку расчетные напряжения при растяжении бетона обозначают R_bt , а коэффициент надежности по бетону (для определения R_bt,ser) равен γ_bt=1,0, что принято таковым нормативно для расчетов по второй группе предельных состояний. Тогда согласно (1.12), , что и подтверждают экспериментальные исследования.

Отметим также, что коэффициент Пуассона (ν_b,P)принимают равным ν_b,P=0,2 для всех видов бетона, а модуль сдвига принимают равным G_b=0,4∙E_b, считая принятую величину допустимой с точки зрения точности практических расчетов.

Для расчетов в условиях наличия деформаций ползучести у бетона, а также в условиях циклического нагружения следует определять соответствующие расчетные характеристики прочности и деформативности бетона согласно рекомендаций СП52-101-2003, используя нелинейные деформационные модели.