4. Ползучесть железобетона

Как и при усадке, арматура сдерживает свободные деформации ползучести. В результате с течением времени в железобетонных конструкциях происходит перераспределение напряжений (усилий) между бетоном и арматурой. Причем, в одних случаях это благоприятно отражается на работе конструкции, в других – неблагоприятно.

Так, в центрально сжатых железобетонных колоннах с течением времени напряжения в бетоне вследствие ползучести уменьшаются, а в продольной арматуре увеличиваются. Когда же напряжения в арматуре будут близки к пределу текучести и деформации ее начнут возрастать, начнется обратное перераспределение – в бетоне напряжения будут возрастать, а в арматуре – уменьшаться. Результатом перераспределения будет полное исчерпание прочностных свойств бетона и арматуры, т. е. повышение несущей способности.

В предварительно напряженных конструкциях ползучесть приводит к уменьшению предварительных напряжений в бетоне и арматуре, что снижает трещиностойкость и жесткость конструкций.

Количественный анализ перераспределения усилий при ползучести можно дать исходя из следующих соображений:

- в любой момент времени соблюдается условие равновесия

y = 0  N = _bcA_bc + _scA_s; (5.15)

- деформации арматуры и окружающего бетона одинаковы вследствие сцепления и равны

_sc = _bc = (5.16)

- из (5.16) выразим напряжения в арматуре

= , (5.17)

Подставляя (5.17) в (5.15) и обозначая  = A_s / A_b, получим

. (5.18)

Коэффициент упругости в то же время неупругие деформации = , т.е. коэффициент упругости зависит и от времени действия нагрузки, и от уровня нагружения – с течением времени при N = const коэффициент  уменьшается (т.е. уменьшается доля упругих деформаций). Следовательно, напряжения _b со временем уменьшаются, а напряжения _sc по условию (5.15) увеличиваются.

Если сжатый элемент, длительное время находившийся под нагрузкой, мгновенно разгрузить, то он остается в напряженном состоянии – в бетоне возникают растягивающие напряжения, а в арматуре сжимающие. В результате после разгрузки элемента в нем могут появиться поперечные трещины. Все это результат того, что остаточные пластические (невосстанавливающиеся) деформации бетона тормозят (препятствуют) восстановление упругих (полностью восстанавливающихся) деформаций арматуры.

Релаксация напряжений. Под релаксацией понимается уменьшение (рассасывание) напряжений при неизменном уровне деформаций. Так, если в железобетонном образце создать начальные сжимающие напряжения и соответствующие деформациям , а затем зафиксировать эту деформацию путем постановки связей, препятствующих любому дальнейшему деформированию (т.е. l = const), то окажется, что с течением времени напряжения в бетоне уменьшатся

уменьшится и реакция поставленных связей

. (5.19)

Это происходит потому, что коэффициент упругости с течением времени уменьшается (уменьшается доля упругих деформаций).