3.7. Деформации бетона при длительном действии нагрузки. Ползучесть бетона

Опыты показывают, что если сжимающая нагрузка действует на бетонный образец длительное время, его деформация возрастает, стремясь при достаточно продолжительном нагружении (в течение нескольких лет) к некоторому пределу. Такую медленно нарастающую деформацию при неизменном (постоянном) уровне напряжений принято называть ползучестью.

Изменение величины деформаций ползучести в зависимости от скорости начального нагружения показано на рис. 3.7. В общем случае величина деформации ползучести бетона зависит от целого ряда факторов, главными из которых принято считать:

- возраст бетона в момент нагружения;

- относительный уровень напряжений, действующих на бетонный образец;

- температура и влажность окружающей среды;

- технологические параметры бетонной смеси (объемное содержание цементного камня, водоцементное отношение, активность и вид цемента, вид заполнителей, способ уплотнения и тепловой обработки);

- геометрические размеры поперечного сечения элемента.

Рис. 3.7. Изменение деформаций ползучести бетона от скорости начального загружения образца

В общем случае в качестве нормативной диаграммы деформирования бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций принято рассматривать полную идеализированную диаграмму с нисходящей ветвью, для которой значения в пиковой точке принимают равными нормативному сопротивлению бетона соответствующего класса по прочности при осевом сжатии. Переход от нормативной к расчетной диаграмме деформирования производят путем замены нормативных сопротивлений расчетными. При расчетах элементов, имеющих сечение простой геометрической формы, при усилиях, действующих в плоскости симметрии, используют упрощенные расчетные диаграммы деформирования для бетона (рис. 3.8).

1 – нормативная; 2 – расчетная.

Рис. 3.8. Идеализированные диаграммы деформирования бетона

а) полная идеализированная; б) упрощенная линейно-параболическая;

в) упрощенная двухлинейная;

Вопросы для самоконтроля

1. Как получить диаграмму деформирования « » при осевом кратковременном сжатии в виде обобщенной характеристики механических свойств бетона?

2. Какие параметрические точки диаграммы « » регламентируются нормами проектирования?

3. Как влияют на форму диаграммы « » изменения прочности бетона и скорость нагружения?

4. Какие факторы вызывают проявления объемных деформаций бетона?

5. Из каких слагаемых состоит полная деформация бетона при однократном кратковременном нагружении?

6. Что какое «модуль продольных деформаций» бетона, и какова его геометрическая интерпретация?

7. Как влияют на диаграмму деформирования бетона факторы многократно повторного и длительного нагружения?

Лекция 4. Арматура для железобетонных конструкций

4.1. Требования, предъявляемые к арматуре

Под арматурой традиционно понимают гибкие стальные стержни, размещаемые в массе бетона таким образом, чтобы они эффективно воспринимали растягивающие усилия, вызванные внешними нагрузками и воздействиями. Кроме того, в некоторых случаях арматура может быть установлена для усиления сжатой зоны бетона в изгибаемых и внецентренно нагруженных элементах, либо в условно центрально сжатых элементах.

К арматуре, применяемой в железобетонных и предварительно напряженных конструкциях, предъявляют следующие требования:

- максимально высокое нормативное сопротивление (физический или условный предел текучести);

- хорошие упругие свойства (высокие значения характеристики предела упругости и пропорциональности), что важно для снижения потерь предварительного напряжения от релаксации и ползучести стали;

- высокие пластические свойства, характеризующиеся величиной удлинения при разрыве, что гарантирует конструкцию от преждевременного хрупкого разрушения по растянутой арматуре;

- высокая вязкость, характеризуемая наибольшим практически необходимым числом безопасных перегибов, что позволяет избежать снижения прочностных характеристик арматуры в процессе изготовления конструкции;

- способность арматуры к наилучшему сцеплению с бетоном, для чего поверхности арматуры придают соответствующее очертание и поверхность

Рис.4.1. Геометрические параметры периодического профиля, наносимого на поверхность арматуры в процессе производства

Кроме того, арматурные стали должны обладать:

– свариваемостью, характеризуемой образованием надежных соединений без трещин и других пороков металла в швах и прилегающих зонах;

– стойкостью против хладноломкости или склонностью к хрупкому разрушению под напряжением при отрицательных температурах;

– выносливостью, т.е. прочностью, при которой не наблюдается хрупкого разрушения стали при действии многократно повторяющейся нагрузки (при числе циклов n = 1×10⁶);

– приемлемыми реологическими свойствами, к которым относят ползучесть и релаксацию стали.

Под ползучестью арматурной стали понимают, как и для бетона, рост деформаций во времени при постоянном уровне напряжений. Ползучесть стали увеличивается с ростом уровня растягивающих напряжений и температуры.

Под релаксацией арматурной стали понимают снижение во времени начального уровня напряжений при постоянной величине деформации.

Ползучесть и релаксация связаны со структурными изменениями материала происходящими под действием напряжений и окружающей среды. В общем случае реологические явления зависят от прочности и химического состава стали, технологии изготовления, температуры, геометрии поверхности, уровня напряжений и условий применения. Явления релаксации и ползучести стали описывают с использованием эмпирических зависимостей, полученных на основании опытов.