1.3.7. Ползучесть бетона при наличии арматуры
В результате стеснённого деформирования бетона ползучесть железобетонных элементов при обычных процентах армирования примерно в 1,5...2 раза меньше, чем неармированных.
Вследствие ползучести бетона напряжённое состояние железобетонного элемента, находящегося под постоянной нагрузкой, изменяется в течение времени за счёт перераспределения усилий между бетоном и арматурой. Процесс перераспределения усилий особенно интенсивно протекает в течение первых 3...4 месяцев после нагружения, а затем в течение длительного времени (более года) затухает.
Количественный анализ перераспределения напряжений (усилий) вследствие ползучести бетона можно привести, рассмотрев работу железобетонной призмы (короткой, в которой не ощущается сильно влияние продольного изгиба) с симметрично расположенной арматурой на осевое сжатие при действии постоянной длительной нагрузки (рис. 1.25а). Для любого момента работы железобетонной призмы справедливо следующее уравнение равновесия внешних и внутренних сил:
(1.33)
Условие совместности деформаций арматуры и бетона при этом будет выглядеть так:
(1.34)
где v — коэффициент упругопластических деформаций бетона при сжатии.
Подставив
в (1.33) значение
из
(1.34), получим:
(1.35)
Из (1.35):
(1.36)
Значение коэффициента v может изменяться от 1 (при мгновенном загружении элемента) до 0,15 (при очень длительном загружении и нагрузке, близкой к разрушающей).
Известно,
что
,
здесь
.
Таким
образом,
с течением
времени растет, a
v
уменьшается.
Следовательно, как видно из (1.36), при
уменьшении v
с течением
времени
уменьшается.
При N
= const
это означает, что бетон в железобетонном
элементе с увеличением времени нагружения
разгружается, а продольная арматура
догружается. Графически это перераспределение
представлено на рис. 1.25, б).
Расчёты и опыты показывают, что при действии на конструкцию эксплуатационных нагрузок напряжения в продольной арматуре сжатых железобетонных элементов возрастают в 2...3 раза вследствие ползучести бетона.
В коротких центрально сжатых железобетонных элементах ползучесть оказывает положительное влияние на их работу, обеспечивая более полное использование прочностных свойств бетона и арматуры. В гибких сжатых элементах, наоборот, ползучесть бетона вызывает увеличение начальных эксцентриситетов продольной силы, что может снизить их несущую способность.
В статически неопределимых конструкциях вследствие ползучести бетона может происходить выгодное перераспределение усилий (главным образом изгибающих моментов) между отдельными поперечными сечениями.
В некоторых других случаях ползучесть бетона может приводить к ухудшению работы железобетонной конструкции. Например, в изгибаемых элементах (балки, плиты) со временем значительно увеличиваются прогибы (примерно в 2...3 раза по сравнению с первоначальным), особенно при загружении бетона в раннем возрасте.
Рис. 1.25. Перераспределение усилий между арматурой и бетоном в сжатой железобетонной призме вследствие ползучести бетона: а — схема работы железобетонной призмы под нагрузкой; б — характер изменения усилий в бетоне и арматуре при постоянной нагрузке в течение длительного времени