Виды объемных и силовых деформаций бетона
Виды деформаций. В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности, и силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации, начальный коэффициент поперечной деформации бетона v=0,2 (коэффициент Пуассона). Бетон представляет собой упругопластический материал. Начиная с малых напряжений, в нем помимо упругих восстанавливающихся деформаций развиваются неупругие остаточные или пластические деформации. Поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия подразделяют на три вида: при однократном загружении кратковременной нагрузкой, при длительном действии нагрузки в при многократно повторном действии нагрузки.
Объемные деформации. Деформации, вызванные усадкой бетона, изменяются в довольно широком диапазоне. Деформация бетона при набухании в 2—5 раз меньше, чем при усадке.
Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой. Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформадьей упругого последействия. Если испытываемый образец загружать по этапам и замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержжи под нагрузкой), то на диаграмме получим ступенчатую линию. Деформации измеренные после приложения нагрузки, упругие и связаны с напряжениями линейным законом, а деформации, развивающиеся за время выдержки под нагрузкой, неупругие; они увеличиваются с ростом напряжений, и на диаграмме имеют вид горизонтальных площадок
При растяжении бетонного образца также возникает деформация состоящая из упругой и пластической частей. Деформации при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается первые 3—4 мес и может продолжаться несколько лет.
Деформации бетона при многократно повторном действии нагрузки. Многократное повторение циклов загружения и разгрузки бетонной призмы приводит к постепенному накапливанию неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов эти неупругие деформации, соответствующие данному уровню напряжений, постепенно выбираются, ползучесть достигает своего предельного значения, бетон начинает работать упруго. Такой характер деформирования наблюдается лишь при напряжениях, не превышающих предел выносливости. При больших напряжениях после некоторого числа циклов неупругие деформации начинают неограниченно расти, что приводит к разрушению образца, при этом кривизна линии меняет знак, а угол наклона к оси абсцисс последовательно уменьшается.
Прочность бетона нарастает в течение длительного времени, но наиболее интенсивный ее рост наблюдается в начальный период твердения. Прочность бетона, приготовленного на портландцементе, интенсивно нарастает первые 28 суток, а на пуццолановом и шлаковом портландцементе медленнее — первые 90 суток. Но и в последующем при благоприятных условиях твердения — положительной температуре, влажной среде — прочность бетона может нарастать весьма продолжительное время, измеряемое годами. Объясняется это явление длительным процессом окаменения цементного раствора — твердением геля и ростом кристаллов. По данным опытов, прочность бетонных образцов, хранившихся в течение 10 лет, нарастала в условиях влажной среды вдвое, а в условиях сухой среды — в 1,4 раза; в другом случае нарастание прочности прекратилось к концу первого года. Если бетон остается сухим, как это часто бывает при эксплуатации большинства железобетонных конструкций, то по истечении первого года дальнейшего нарастания прочности ожидать уже нельзя.
Процесс твердения бетона значительно ускоряется при повышении температуры и влажности среды. С этой целью железобетонные изделия на заводах подвергают тепловой обработке при температуре до 90 °С и влажности до 100 % или же специальной автоклавной обработке при высоком давлении пара и температуре порядка 170 °С. Эти способы позволяют за сутки получить бетон прочностью
70% проектной. Твердение бетона при отрицательной температуре резко замедляется или прекращается.
источник
Виды деформаций бетона (силовые, объемные, усадочные, температурные). Объемные деформации бетона. Усадка. Набухание.
1. Силовые – вызваны действием внешних сил. Происходят по направлению их действия:
в одном направлении в нескольких направлениях
2. Объёмные –развиваются во всех направлениях одновременно под действием внутренних факторов материалов. Примеры : усадка, набухание.Усадка – способность твердого тела уменьшаться в размерах при его высыхании, что связано с удалением воды в процессе твердения.Положительные качества усадки: обеспечивает лучшее сцепление с арматурой. Отрицательные: появление усадочных трещин.Усадка зависит:
3. Температурно-влажностные условия среды;
4. Крупность заполнителя и его физико-механические св-ва;
5. Объемное содержание цементного камня в бетоне;
6. Межзерновой пустотности заполнителей бетона;
Присутствие добавок и ускорителей твердения.Набухание – процесс поглощения жидкости или её паров, сопровождающийся увеличением твердого тела.Температурные – возникают при изменении температуры и характеризуется коэф. линейного расширения.
αt – относительная деформация при изменении температуры на 1 0 С
αt колеблется от 0,75 до 1,4*10 -5 Среднее значение αt=(0.8…..1.0)*10 -5
Возникают температурные деформации от концентрации заполнителя и его состава.
Деформация бетона при сжатии. (однократное кратковременное загружение.) Диаграмма деформирования бетона. Параметрические точки диаграммы. Виды диаграмм деформирования.
Характеристикой упруго-пластич. Свойств бетона является его модуль, устанавливающий зависимость между напряжениями и относит. Деформациями в любой точке диаграммы деформирования. При нулевом напряжении модуль дефформ. Имеет максим. Значение.При макс. напряжении модуль равен нулю. Fcм – пиковая точка диаграммы, соответств. Пределу кратковременной прочности бетона при осевом сжатии. Eсм – деформация при Fcм. Бcu – напряжение в бетоне в момент разрушения. Eсu – величина относительно деформации, принятой в качестве предельной дифформации бетона при сжатии. Бсо4 – уровень напряжения упругой работы бетона. Eco4 – 40% от Fсм, величина относит. Деформации при Бсо4. Физически йсмысл модуля Юнга- тангенс угла наклоны прямой упругих деформаций.
Деформации бетона при однократном длительном загружении. Ползучесть бетона.
Ползучесть – медленная нарастающая деформация при неизменном (постоянном) уровне напряжений.Фактторы, от которых зависит величина ползучести: 1. Возраст бетона в момент нагружения. 2. Относительный уровень напряжений. 3. Температура и влажность окружающей среды. 4. Геометрически размеры поперечного сечения.
Дата добавления: 2017-02-25 ; просмотров: 1315 | Нарушение авторских прав
источник
Виды деформаций. Под деформативностью бетона понимается изменение его формы и размеров под влиянием различных воздействий (в том числе в результате взаимодействия бетона с внешней средой).
Бетон является упруго-пластическим материалом, в котором, начиная с малых напряжений, помимо упругих деформаций, появляются и неупругие остаточные или пластические, т. е. полная деформация без учёта усадки равна:
В бетоне различают деформации двух основных видов: объёмные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки или изменения температуры, и силовые, развивающиеся главным образом в направлении действия сил. Силовым продольным деформациям также соответствуют некоторые поперечные деформации бетона; начальный коэффициент поперечной деформации бетона v равен 0,2 (коэффициент Пуассона). Причём v остаётся практически постоянным вплоть до напряжений .При этом относительная продольная деформация будет , апоперечная деформация .
Силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности её действия подразделяются на следующие три вида:
— при однократном первичном загружении кратковременной нагрузкой;
— при длительном действии нагрузки;
при многократном повторном действии нагрузки.
15Что такое обьемная деформация бетона
Объемные деформации. Деформации, вызванные усадкой бетона, изменяются в довольно широком диапазоне. Деформация бетона при набухании в 2—5 раз меньше, чем при усадке.
Деформации бетона, возникающие под влиянием изменения температуры, зависят от коеффициента линейной температурной деформации бетона.
18 что такое ползучесть бетона
стечением времени деформации в бетоне могут возрастать без увеличения внешней нагрузки. Данное свойство материалов называется ползучестью.
Ползучесть – способность бетона к увеличению деформаций без изменения внешней нагрузки.
Стоит отметить, что ползучесть свойственна не только бетону, но и многим пластикам, льду, а также металлам при повышенных температурах и другим материалам.
В бетоне ползучесть проявляется как при сжатии, так и растяжении. В большинстве случаев ползучесть является отрицательным фактором, однако в ряде случаев ползучесть можно считать полезным свойством – например, ползучесть может приводить к увеличению трещиностойкости и перераспределению усилий в статически неопределимых конструкциях.
Численно ползучесть бетона может характеризоваться двумя показателями:
1. Коэффициент ползучести. Коэффициентом ползучести называется отношение деформаций ползучести к упругим деформациям. Таким образом, если мы говорим, что коэффициент ползучести равен 2,0, то это означает, что деформации ползучести вдвое превышают упругие, а полные деформации, следовательно, втрое превысят упругие.
19 как определить модуль деформации бетона
Характеристикой упруго-пластических свойств бетона является его модуль деформаций, устанавливающий зависимость между напряжениями и относительными деформациями в любой точке диаграммы деформирования
Учитывая нелинейную связь между напряжениями и деформациями обычно используют при определении модуля продольных деформаций:
– мгновенный модуль полных деформаций Ес, выражаемый тангенсом угла наклона касательной к кривой, описывающей диаграмму «s–e» в ее произвольной точке (рис. 3.6);
Рис. 3.6. К определению модуля деформаций бетона
– средний модуль упругости Ecm, выражаемый тангенсом угла наклона секущей, проходящей через начало координат (s = ) и точку на кривой при sе = 0,4fcm;
– начальный модуль упругости Ecо, выражаемый тангенсом угла наклона касательной к кривой, описывающей диаграмму «s–e», и проходящей в начале координат (sс = 0).
Величину среднего модуля упругости для тяжелого и мелкозернистого бетонов в соответствии с нормами определяют по эмпирической формуле вида (МПа):
Нормы проектирования железобетонных конструкций устанавливают значения среднего модуля упругости Ecm, основанные на структурно-механической модели бетона с учетом технологических свойств бетонной смеси.
Значения относительных деформаций в параметрических точках диаграммы деформирования бетона при осевом сжатии
Как было показано выше, при расчетах железобетонных конструкций диаграмма деформирования (состояния) рассматривается как обобщенная характеристика механических свойств бетона. Для ее аналитического описания, а также для определения критерия наступления предельного состояния конструкции, необходимо иметь обоснованные значения относительных деформаций в параметрических точках: eс1 – относительной деформации, соответствующей пиковым напряжениям диаграммы, и ecu – предельной деформации бетона при сжатии.
Нормы устанавливают значения относительной деформации eс1 в зависимости от класса бетона, соблюдая установленную тенденцию к ее возрастанию с ростом прочности материала. При этом численные значения, внесенные в СНБ 5.03.01-02 приняты с некоторым обоснованным запасом в сторону обеспечения безопасности конструкции. Особенно это характерно для высокопрочных бетонов (выше С50/60).
Если принятые в нормах численные значения относительной деформации eс1отражают единую тенденцию возрастания этой величины с ростом прочности бетона, то в отношении назначения предельной относительной деформации (предельной сжимаемости) ecu у специалистов нет единого мнения. Нормы предлагают принимать предельную относительную деформацию для бетонов нормальной прочности (до С50/60 включительно) постоянной и равной ecu = 3,5 ‰ .
Коэффициент поперечных деформаций бетона при сжатии или так называемый коэффициент Пуассона принимают равным =0,20. В случае, когда допускается образование трещин в бетоне растянутой зоны, коэффициент Пуассона принимают равным =0.
20.Что такое начальный модуль упругости бетона
Модуль упругости бетона – общее название совокупности нескольких физических величин, характеризующих способность материала периодически подвергаться деформации при воздействии на него какой-либо нагрузки.Понятие модуля упругости бетона не имеет широкого распространения и известно лишь узкому кругу специалистов. Для застройщика, занимающегося частными постройками, или для строителя сочетание этих слов не несет никакой информации. Однако стоит помнить, что срок службы того или иного возводимого объекта напрямую зависит от рассматриваемого понятия.
Начальный модуль упругости рассчитать сложно, однако можно установить его примерное значение. В ходе проведения испытаний образца бетона на прочность составляется график зависимости деформации от силы воздействия. Обычно на таких графиках секущая кривой графика зависимости деформации от напряжения параллельна касательной, проходящей через начало координат. Косвенным путем по такому графику можно определить модуль упругости бетона.
Как правило, модуль упругости прямо пропорционален корню из его прочности. Правда, это утверждение верно не для всего графика, а лишь для его основной части. Многое зависит еще и от условий, в которых проводились испытания, и от окружающей среды. Например, водонасыщенный бетон более упругий, чем сухой, хотя прочность у них практически одинакова. Большое влияние оказывает на показатель упругости качество крупного наполнителя. Зависимость прямая – легкие образцы бетона имеют более низкий модуль упругости, чем тяжелые.
Данный показатель зависит и от возраста материала. Чем старше бетон, тем более высок у него модуль упругости.В практическом применении модуль упругости бетона важен при строительстве. При выпуске все материалы маркируются, поэтому примерный начальный модуль можно определить на основе маркировки. Для этого составлена специальная таблица, по которой высчитывается количественное значение модуля упругости каждой марки бетона. Очень важно правильно подобрать материал, чтобы конструкция не обрушилась при строительстве, а оставалась прочной на долгие годы.
21 дайте понятие арматуре
Арматура – материал, изготовление которого проходит в условиях производства методом горячего проката. Сталь после прибытия на завод отгружается, а затем подается в отделение заготовки. Металлолом проходит тщательную сортировку и помещается на плавление до жидкого состояния. Дальше жидкая сталь разливается в изложницы. После застывания стальных слитков осуществляется их нагрев, обжим и прокат. Потом продукция остывает на холодильниках, проходит контроль качества, обрезается и готовится к транспортировке. Купить строительную арматуру потребитель может в стержнях либо мотках (в зависимости от вида).
Арматура используется в качестве основы строительных конструкций, требующих повышенного уровня безопасности. Поэтому характеристики и качество металлопрокатной продукции должны быть чрезвычайно высокими.
Строительная арматура должна соответствовать следующим критериям:
· соoтветствие ГОСТу для более жесткого сцепления с бетоном;
В зависимости от будущего месторасположения в составе каркаса, арматура может быть поперечной либо продольной. Поперечная применяется для защиты конструкции от возникновения трещин поблизости опор, а также для улучшения связки с бетоном. Продольная препятствует образованию вертикальных напряжений и принимает на себя часть нагрузок бетона.
Арматура строительная (вес погонного метра колеблется от 2,22 кг до 39,46 кг и зависит от толщины и длины профиля) бывает таких видов:
Рабочая армaтурa принимает растягивающие усилия, которые возникают в результате влияния на постройку внешних нагрузок, а также собственного веса. Монтажная предназначена для формирования каркаса и фиксации рабочих прутков. Распределительная армaтурa делит нагрузку между всеми стержнями, препятствуя их перемещению и прогибу. Хомуты защищают бетон от растрескивания поверхности возле крепежей. Если каркас необходимо расположить в балках или ригелях, то применяют двойные стальные пруты.
По принципу связи с бетоном арматура бывает напрягаемой и ненапрягаемой. В зависимости от способа формирования бывает канатная, стержневая и проволочная арматура.
По способу установки армaтуру разделяют на сварочную и вязаную в форме сетки или каркаса. Сварочную армaтуру иногда еще называют штучной. Ее используют при небольших объемах работ. При возведении масштабных сооружений каркас должен быть гибким – «плавать», как говорят профи. Иначе здание может разрушиться даже при незначительном оползне либо в случае минимальных движений земной поверхности. Именно поэтому каркас чаще «вяжут».
Арматурная сетка состоит из стержней, которые фиксируются в местах пересечения сваркой либо вязкой. Каркасы, собранные из прутков и соединительной решетки, называют плоскими. Пространственные каркасы — еще одна разновидность армированных конструкций. Они составлены из нескольких плоских сеток или пакетов.
В зависимости от того, из какого материала выполнена, строительная арматура делится на стальную и композитную.
22Классификация арматуры по признакам
Виды стальной арматуры различают по следующим признакам:
1.по технологии изготовления: — горячекатаная стержневая (в сортаменте обознач-ся буквой А), — холоднотянутая проволочная (обознач-ся буквой В);
2.по форме поверхности: — гладкая; — рифленая;
3.по поперечному сечению: — гибкая (проволока, стержни); — жесткая (фасонный прокат);
4.по условиям применения: — предварительно напрягаемая; — ненапрягаемая.
Класс арматуры для ж/б конструкций выбирают с учетом назначения арматуры, марки и вида бетона, условий изготовления арматуры. изделий (сварка, вязка и др.), и условий эксплуатации. Термически упрочненная арматура имеет рисунок «елочка». Канаты образуются при свивке проволок.
23 дайте понятие кубиковой и призменной прочности бетона
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8517 — 
| 7041 — 
или читать все.
178.45.150.72 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
источник
Виды деформаций. В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности, и силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации, начальный коэффициент поперечной деформации бетонаν=0,2 (коэффициент Пуассона); Бетон представляет собой упругопластический материал. Начиная с малых напряжений, в нем помимо упругих восстанавливающихся деформаций развиваются неупругие остаточные или пластические деформации. Поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия подразделяют на три вида: при однократном загружении кратковременной нагрузкой, при длительном действии нагрузки и при много кратно повторном действии нагрузки.
Объемные деформации.Деформации, вызванные усадкой бетона, изменяются в довольно широком диапазоне: по данным опытов, для тяжелых бетонов εsl≈ 3-10 -4 и более, а для бетонов на пористых заполнителях εsl≈ 4,5*10 -4 . Деформация бетона при набухании в 2—5 раз меньше, чем при усадке.
Деформации бетона, возникающие под влиянием изменения температуры, зависят от коэффициента линейной температурной деформации бетона. При изменений температуры среды от -50 до -50 0 С для тяжелого бетона и бетона на пористых: заполнителях с кварцевым песком αbt=1*10 -5 °С -1 . Этот коэффициент зависит от вида цемента, заполнителей,, влажностного состояния бетона и может изменяться в пределах ±30 %. Так, αbt=0,7*10 -5 °С
1 для бетонов на пористых заполнителях с пористым песком.
Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой. При однократном загружении бетонной призмы, кратковременно приложенной нагрузкой деформация бетона
т. е. она образуется из εе— упругой и εpt— неупругой пластической деформаций
(рис, 1.9). Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформацией упругого последействия εер. Если испытываемый образец загружать по этапам и замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой), то на диаграмме σb-εbполучим ступенчатую линию, изображенную на рис 1.10, а. Деформации, измеренные после приложения нагрузки, упругие и связаны с напряжениями линейным законом, а деформации, развивающиеся за время выдержки под нагрузкой, неупругие; они увеличиваются с ростом напряжений, и на диаграмме σb-εbимеют вид горизонтальных площадок. При достаточно большом числе ступеней загружения зависимость между напряжениями и деформациями может изображаться плавной кривой. Так же и при разгрузке, если на каждой ступени замерять деформации дважды (после снятия нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой), то можно получить ступенчатую линию, которую при достаточно большом числе ступеней разгрузки можно заменить плавной кривой, но только уже вогнутой (см. ряс. 1.9).
Таким образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, в то время как неупругие деформации развиваются во времени и зависят от скорости загружения образца υ, МПа/с.
Рис. 1.9. Общая диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне
a- числа этапов загружений; б — скорости загружений
С увеличением скорости загружения при одном и том же напряжении σb неупругие деформации уменьшаются. Для различных скоростей загружения σb>σ2> >Vs кривые зависимости σb—εb изображены на рис. 1.10,6.
При растяжении бетонного образца также возникает деформация εbt=εet+εpl,t (I.6) состоящая из εet — упругой и εpl,t — пластической частей.
Рис. 1.11. Диаграмма σb—εb — при длительном загружеиии бетонного образца
Деформации при длительном действии нагрузки.При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается первые 3—4 мес. и может продолжаться несколько лет. На диаграмме σb—εb участок 0—1 характеризует деформации, возникающие при загружении, кривизна этого участка зависит от скорости загружения; участок /—2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений (рис. 1.11).
Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций при длительном действии нагрузки, называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3-4 раза превышать упругие деформации. При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения бетоне остаются постоянными. Если же связи в бетоне (например, стальная арматура) стесняют свободное развитие ползучести, то ползучесть будет стесненной, при которой напряжения в бетоне уже не будут оставаться постоянными.
Если бетонному образцу сообщить некоторое начальное напряжение σ 0 b и начальную деформацию ε 0 b, а затем устранить возможность дальнейшего деформирования наложением связей, то с течением времени напряжения в бетоне начинают уменьшаться. Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации. называют релаксацией напряжений.
Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения υ было получено напряжение σb1 конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми (рис. 1.12, а).
Рис. 1.12. Деформации ползучести бетона в зависимости от
а — скорости начального загружения; б — времени выдержки под нагрузкой tи напряжений σb
С ростом напряжений ползучесть бетона увеличивается; зависимость деформации — время при напряжениях σ1 0 crc , начинается ускоренное развитие деформаций, или нелинейная ползучесть. Такое разделение ползучести условно, так как в некоторых опытах наблюдается нелинейная зависимость σb-εb даже при относительно малых напряжениях. Отметим здесь существенно важное значение учета нелинейной ползучести для практических расчетов предварительно напряженных изгибаемых, внецентренно сжатых и некоторых других элементов.
Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет — собой сумму деформаций: упругой εе, ползучести εpl и усадки εsl. Однако в то время как усадка носит характер объемной деформации, ползучесть развивается главным образом в направлении действия усилия.
Деформации бетона при многократно повторном действии нагрузки.Многократное повторение циклов загружения и разгрузки бетонной призмы приводит к постепенному накапливанию неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов эти неупругие деформации, соответствующие данному уровню напряжений, постепенно выбираются, ползучесть достигает своего предельного значения, бетон начинает работать упруго. На рис. 1.13 показано, как с каждым последующим циклом неупругие деформации накапливаются, а кривая σb-εb постепенно выпрямляясь, становится прямой, характеризующей упругую работу. Такой характер деформирования наблюдается лишь при напряжениях, не превышающих предел выносливости σb≤Rr.
При больших напряжениях после некоторого числа циклов неупругие деформации начинают неограниченно расти, что приводит к разрушению образца, при этом кривизна линии σb-εb меняет знак, а угол наклона к оси абсцисс последовательно уменьшается.
При вибрационных нагрузках с большим числом повторений в минуту (200—600) наблюдается ускоренное развитие ползучести бетона, называемое виброползучестью, или динамической ползучестью.
Предельные деформациибетона перед разрушением — предельная сжимаемость εubи предельная растяжимость εubt— зависят от прочности бетона, его класса, состава, длительности приложения нагрузки. С увеличением класса бетона предельные деформации уменьшаются, но с ростом длительности приложения нагрузки они увеличиваются. В опытах при осевом сжатии призм наблюдается предельная сжимаемость бетона εub= (0,8. 3) 10 -3 , в среднем ее принимают равной: εubt= 2*10 -3 . В сжатой зоне изгибаемых элементов наблюдается большая, чем у сжатых призм, предельная сжимаемость, зависящая от формы поперечного сечения и относительной высоты сжатой зоны,
εub= (2,7. 4,5) 10 -3 ; при уменьшении ширины поперечного сечения книзу и в тавровых сечениях εubуменьшается, а при уменьшении относительной высоты сжатой зоны εubувеличивается. Она зависит также от насыщения продольной арматурой.
Сжимаемость бетона значительно возрастает, если при его загружении происходит пропорциональное возрастание деформаций (см. рис. 1.9); в этом случае на диаграмме напряжения — деформации появляется нисходящий участок. Учет работы бетона на нисходящем участке диаграммы имеет существенно важное значение для расчета ряда конструкций.
Предельная растяжимость бетона в 10—20 раз меньше предельной сжимаемости, в среднем ее принимают равной: εubt=1,5-10 -4 ; бетоны на пористых заполнителях имеют несколько большую предельную растяжимость. Предельная растяжимость бетона существенно влияет на сопротивление образованию трещин в растянутых зонах железобетонных конструкций.
источник
Виды деформаций бетона. Для любых материалов, помимо данных о прочности, необходимо иметь характеристики деформативности, с помощью которых можно определять смещения. Исследование деформаций батона в условиях совместной работы с арматурой (т.е. при наличии сцепления между ними) позволяет решить вопрос о распределении усилий между бетоном и сталью. Помимо этого, изучение деформаций позволяет задаваться распределением напряжений в бетоне при расчетах конструкций, определять момент появления трещин, их развитие, учитывать возможное перераспределение усилий.
Деформации бетона имеют существенное значение также в предварительно напряженных конструкциях, в которых конечное значение напряжений обжатия бетона устанавливают с учетом неупругих деформаций.
Деформации бетона делят на две категории. К первой относят несиловые деформации, связанные с изменением температуры и влажности окружающей среды, ко второй — силовые деформации, возникающие под действием приложенных нагрузок.
В зависимости от характера приложения и продолжительности действия нагрузок силовые деформации разделяют в свою очередь на деформации, возникающие при однократном нагружении кратковременной статической нагрузки, при действии нагрузки продолжительном и многократно повторном.
Такое деление достаточно условно, однако оно увязывается с основными используемыми в расчетах воздействиями и, кроме того, удобно методологически.
Влажностные деформации бетона и начальные напряжения при твердении. Бетон обладает свойством уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде — усадка бетона и увеличиваться в объеме при твердении в воде — набухание бетона.
От свойств бетона проявлять усадочные деформации в значительной степени зависит его плотность и стойкость в различных средах, прочность (особенно при растяжении) и сопротивляемость образованию трещин.
Первопричиной усадки цементного камня и соответственно бетона является уменьшение в геле количества свободной воды, которая уходит на испарение и гидратацию цемента; затем начинает расходоваться окружающая кристаллы гидросиликатов кальция слабосвязанная пленочная вода, что вызывает сближение этих кристаллов и дальнейшую усадку.
Существенное значение может иметь также капиллярное давление в порах цементного камня. При контакте жидкости, расположенной в порах, со стенками капилляра силы притяжения, действующие между молекулами скелета цементного камня и жидкости, заставляют ее подниматься по стенкам капилляра, что приводит к искривлению поверхности жидкости — образованию менисков. Это создает капиллярное давление, оказывающее стягивающее действие на ограничивающие жидкость стенки (рис. 1.11). Капиллярное давление в порах весьма значительно и возрастает с уменьшением их размеров. Так как микропоры рассеяны в цементном камне в различных направлениях, то давление, взаимноуравновешиваясь, и действует как всестороннее сжатие, под влиянием которого также происходят объемные деформации.
Оба фактора усадки зависят от интенсивности испарения, которое определяется значением влажностного перепада между бетоном и окружающей средой (рис. 1.12).
Полная (конечная) усадка цементного камня, высушенного до абсолютно сухого состояния, зависит только от усадки геля, так как усадка, вызванная действием капиллярных сил, полностью обратима.
Усадке цементного камня в наличных упругих свойствах цементного камня и заполнителей, при наличии в цементном камне пор, а в бетоне — пустот, вызванных дефектами уплотнения. Поэтому значение и направление начальных напряжений усадки носят случайный характер и подчиняются только статистическим закономерностям. Во всяком случае, начальные напряжения могут служить причиной микроразрушений в бетоне, причем микротрещины появляются, в основном, на поверхностях сцепления заполнителей и цементного камня. Ко всему этому следует добавить неравномерное высыхание бетона по объему, что также ведет к возникновению начальных усадочных напряжений. Открытые, быстро высыхающие поверхностные слои бетона испытывают растяжение, в то время как внутренние, более влажные зоны, препятствующие усадке поверхностных слоев, оказываются сжатыми. Следствием таких растягивающих напряжений в еще неокрепшем бетоне являются поверхностные трещины. Усадка бетона зависит от ряда факторов, к основным из которых относят: количество и вид цемента (чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка), количество воды (чем больше В/Ц, тем больше усадка), крупность и вид заполнителей (при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше) и некоторые другие.
Обычно усадка происходит наиболее интенсивно в начальный период твердения и в течение первого года. По мере высыхания бетона уменьшается влажностный градиент, растущие кристаллические сростки оказывают все большее сопротивление внутреннему давлению и деформации усадки постепенно затухают.
Воздействие повышенной температуры увеличивает конечное значение деформаций усадки бетона, при этом усадка характеризуется интенсивным развитием в первый период нагревания и более быстрым затуханием, чем при нормальной температуре.
Данные опытов говорят о весьма широком диапазоне изменения усадки бетона (0,0002. 0,0008 и больше).
При набухании цементного камня армирующий эффект заполнителей проявляется в возникновении в цементном камне напряжений сжатия, которые уменьшают растягивающие напряжения, вызванные усадкой, и способствуют закрытию трещин, образовавшихся в процессе усадки.
Набухание бетона в 6. 10 раз меньше усадки. В этом находит свое отражение частичная необратимость усадки при увлажнении бетона после длительного периода высыхания (во-первых, деформации набухания “постаревшего” бетона на порядок меньше деформаций его усадки в молодом возрасте, и, во-вторых, зависимость усадки бетона от его относительной влажности существенно больше, чем набухания).
Процесс набухания бетона в воде происходит намного быстрее усадки, потому что капиллярный подсос воды идет значительно быстрее, чем диффузия влаги при высыхании бетона. При набухании проникновение воды происходит с поверхности бетона, поэтому объем наружных слоев увеличивается, в то время как внутренний не успевает увеличиться. Это вызывает в наружном слое бетона неопасные сжимающие напряжения.
Для аналитического выражения закона усадки бетона удобно пользоваться эмпирической формулой:
Уменьшения усадочных напряжений в бетоне достигают как технологическими мероприятиями (подбором состава, увлажнением среды при тепловой обработке твердеющего бетона, увлажнением поверхности бетона и др.), так и конструктивными мероприятиями — устройством усадочных швов в конструкциях.
Наиболее радикальное средство устранения усадки — применение безусадочных цементов.
Температурные деформации бетона. Изменение объема бетона, происходящее в результате изменения температуры окружающей среды, называют температурными деформациями. Они слагаются их двух составляющих: свободных температурных деформаций, пропорциональных изменению температуры,
Если бетонный элемент нагревают равномерно по всему объему и возникающие при этом свободные температурные деформации ничем не ограничены, то температурные напряжения не появляются. В тех случаях, когда нагревание бетонного элемента происходит неравномерно или температурные деформации стеснены (закрепление элемента, препятствующее его удлинению, заметное различие в коэффициентах линейного расширения цементною камня и заполнителя и т. п.), возникают температурные напряжения, которые при определенных условиях могут вызывать появление температурных трещин в бетоне.
Коэффициент линейного расширения при нормальных условиях эксплуатации (т. е. при изменении температуры от -40 “С до +50 °С) примерно равен 1,0 • 10-5 °С-1. Он зависит от вида цемента и заполнителя, состава бетонной смеси, температуры и влажности окружающей среды, возраста бетона и размеров сечения. Наибольшее влияние оказывает различие коэффициентов линейного расширения для цементного камня и заполнителей. Практически, при изменении температуры до + 100 °С разница в указанных коэффициентах не является источником возникновения существенных напряжений в бетоне.
Действие на бетон повышенных температур (до +250 °С) приводит к значительному изменению его деформативных свойств, причем иногда без заметного нарушения структуры. Изменение этих свойств зависит от степени водонасышения бетона. С увеличением водонасыщения при действии повышенных температур происходит усиление процессов влаго- и газообмена, миграции влаги, идет интенсивное высыхание бетона и образование в нем микротрещин (главным образом вследствие значительных температурных и усадочных напряжений), возрастают значения температурного коэффициента линейного расширения бетона (в 1,5. 2 раза) по сравнению с сухим бетоном.
При действии низких температур определяющее влияние на деформативные свойства бетона оказывают температура замерзания и степень водонасыщения бетона при его замораживании и оттаивании. Опыты показывают, что при первом цикле замораживания значительные деформации расширения по мере понижения температуры, характеризующие развитие деструктивных процессов в материале, а также значительные остаточные деформации после оттаивания (последствие этих процессов) наблюдаются лишь в пропаренных бетонах, и особенно сильно в автоклавных. В бетонах же нормального твердения при первом цикле замораживания степень разрушения незначительна и указанные деформации проявляются только при дальнейшем циклическом замораживании и оттаивании.
В бетоне при замораживании одновременно с ростом прочности наблюдается увеличение его модуля упругости. В оттаявшем бетоне модуль упругости снижается.
Деформации бетона при однократном нагружении кратковременной нагрузкой. Связь деформативных и прочностных свойств бетона, как и любого другого материала, находит отражение на диаграмме сжатия и растяжения, выявляющей, по сути, способность бетона оказывать сопротивление его деформированию (т. е. его жесткость). Характер такой диаграммы существенно зависит от режима нагружения. При однократном нагружении образца возрастающим сжимающим или растягивающим усилием наибольший интерес представляют два режима — условно-мгновенный и кратковременный стандартный.
Под кратковременным стандартным (именуется в дальнейшем — кратковременный) подразумевают режим, принятый для определения статической прочности бетона, под условно-мгновенным (в дальнейшем — мгновенный) — режим, при котором нагрузку прикладывают непрерывно со “стандартной” скоростью, общая длительность подачи такой нагрузки на порядок ниже, чем при кратковременном нагружении, и, следовательно, влиянием фактора времени на характер диаграммы можно пренебречь.
Диаграмму, соответствующую мгновенному режиму, необходимо иметь при построении расчетных моделей напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций, основанных на гипотезах и допущениях различных теорий механики деформируемых тел, и при решении задач, связанных с использованием технической теории ползучести бетона; диаграмму, соответствующую кратковременному режиму,— при расчете прочности и трещиностойкости железобетонных конструкций на основе действующих нормативных документов.
Зависимость между напряжениями и деформациями бетона для мгновенного режима нагружения показана на рис. 1.13, а, для кратковременного — на рис. 1.13, б. Ступенчатая линия на этом рисунке отражает реальный процесс деформирования сжатого бетонного образца — призмы при постепенном росте нагрузки с выдержкой на каждой ступени. При достаточно большом количестве ступеней зависимость можно изобразить плавной кривой. И в том и в другом случае с ростом напряжений кривизна диаграммы увеличивается, хотя в первом явно выраженная нелинейность проявляется значительно позже. К концу нагружения рост деформаций бетона происходит особенно интенсивно. Полные деформации при мгновенном режиме нагружения состоят из двух частей: упругой, полностью обратимой, и неупругой, полностью необратимой. До нижней условной границы микротрещинообразования наблюдаются в основном упругие деформации (главным образом кристаллического сростка цеметного камня и заполнителей).
Полные деформации при кратковременном режиме нагружения состоят из трех частей: упругих, мгновенных неупругих деформаций, натекающих за время выдержек на ступенях нагружения и называемых деформациями быстронатекающей ползучести. До нижней границы микротрещинообразования деформации обусловлены в основном деформациями собственно ползучести бетона — вязкостью гелевой структурной составляющей цементного камня и капиллярными явлениями, протекающими в твердеющем бетоне. На участке на деформации собственно ползучести бетона накладываются деформации, связанные с развивающимся за время выдержек микротрещинообразованием.
К концу нагружения, т. е. при превышении верхней условной границы микротрещинообразования неупругие мгновенные деформации и деформации быстронатекающей ползучести значительно возрастают, микроразрушения переходят в макроразрушения и наступает разрушрние образца.
Деформации бетона характеризуют момент разрушения образца при нагружении его возрастающими усилиями. Они зависят от класса бетона, его состава, плотности и скорости приложения усилия. Поданным опытов деформации, характеризующие разрушение центрально сжатых бетонных образцов, имеют разброс в пределах 0,001. 0,003, центрально растянутых — 0,0001. 0,0002. Большой разброс опытных данных даже для бетона одного состава и одной и той же прочности объясняют тем, что они получены преимущественно при испытаниях возрастающей нагрузкой. При таких режимах нагружения с момента достижения предела прочности бетона процесс деформирования протекает чрезвычайно быстро (разрушение образца происходит в доли секунды) и все зависит от реакции экспериментатора. Иная картина наблюдается при испытаниях падающей нагрузкой (т. е. при постоянных или, в общем случае, замедленных деформациях). Диаграмма при таких режимах испытаний получается с экстремумом и нисходящей ветвью (рис. 1.14).
Дело заключается, повидимому, в том, что пока деформации не достигли значений, соответствующих максимальным напряжениям (Rb при сжатии или Rht — при растяжении), процесс микротрещинообразования носит устойчивый характер, т. е. любое незначительное приращение нагрузки, вызывающее интенсификацию указанного процесса, одновременно стимулирует и процессы, стремящиеся ослабить результаты догружения (речь идет, например, о наличии в бетоне участков со слабо выраженным или даже неблагоприятным для образования трещин напряженным состоянием, о “затуплении” концов трещин при их встречах с порами или пустотами, о вынужденном изменении и усложнении путей распространения трещин при их встречах с зернами заполнителей и т. д).
С момента достижения деформациями значений, соответствующих максимальным напряжениям, процесс микротрещинообразования перерастает в самоускоренный, т. е. становится неустойчивым, и управлять им можно только путем уменьшения напряжений. Переход из устойчивого состояния в неустойчивое характеризуется резким увеличением времени прохождения ультразвуковых импульсов и сопровождается обычно характерным звуковым эффектом.
Протяженные и пологие нисходящие ветви деформирования при постоянной скорости деформирования характерны для менее однородных бетонов с более ранним образованием микротрещин, но, вместе с тем, и бульшим сопротивлением их распространению и превращению в магистральные трещины. Аналогичные диаграммы более однородных бетонов искривлены слабее, их нисходящая ветвь падаем круче, а разрушение носит более хрупкий характер.
Режим замедленного деформирования при испытании бетона создают специальными машинами, регулирующими скорость деформирования, или устройствами, в которых одновременно с деформированием бетона происходит деформирование упругих элементов.
Полные (с ниспадающими участками) диаграммы сжатия и растяжения имеют важное значение с теоретической и практической точек зрения. Первая реализуется в сжатых зонах статически определимых и статически неопределимых конструкций на подходе к разрушению, вторая — в растянутых элементах перед исчерпанием сопротивления образованию трещин.
Характер деформирования бетона на ниспадающем участке весьма чувствителен к режиму нагружения (рис. 1.15). Бетон на этом участке претерпевает значительные микро- и макроразрушения, ориентированные (в основном) при сжатии — вдоль линии действия усилия, при растяжении — поперек. Деформации бетона, характеризующие разрушение образца, зависят от прочности бетона, его состава, плотности и скорости деформирования.
Численные значения (в зависимости от указанных выше факторов) колеблются в пределах 0,0025. 0,006 (и даже больше), численные значения — 0,0002. 0,0004.
Выбор аналитических зависимостей для описания диаграммы деформирования старого бетона сейчас уже достаточно широко. Однако наибольшего внимания заслуживают уравнение (Н. И.Карпенко и др.)
И уравнение (1.18) и уравнение (1.31) рассчитаны на их использование при расчете конструкций на основе нормативных документов, т.е. когда имеется ввиду кратковременный режим нагружения. Однако уравнение (1.18) весьма перспективно и с точки зрения его распространения на сложное напряженное состояние, а также, более общие режимы нагружения, в том числе для описания полной диаграммы при длительном действии постоянной внешней нагрузки.
Существенного повышения деформативности бетона, особенно при растяжении, (что важно при расчете по образованию трещин), можно достичь за счет поверхностно активных веществ. Например, ряд опытов говорит о том, что применение сульфитно-спиртовой барды увеличивает растяжимость бетона на 50%, а абиетата натрия — почти вдвое; при этом прочность на растяжение практически не изменяется.
При действии кратковременной нагрузки бетон претерпевает не только продольные, но и поперечные деформации. В общем случае они характеризуются отношением относительной поперечной деформации к относительной продольной, взятых по абсолютным значениям. Экспериментальные исследования поперечных деформаций бетона при нагружении образца возрастающим усилием и при испытаниях с постоянной или замедленной скоростью деформирования показывают, что при относительно невысоких напряжениях, т. е. в области упругомгновенных деформаций, указанное отношение находится в пределах 0,13. 0,22.
По мере увеличения нагрузки отношение Еb2/Еb1 может достигать значений 0,3. 0,4, а на участке диаграммы с ниспадающей ветвью — даже единицы (здесь это отношение носит, в основном, формальный характер).
Как видно из диаграммы состояний, показанной на рис. 1.2, а, в, соотношение продольных и поперечных деформаций четко характеризует структурное состояние бетона (нарушение сплошности материала).
Важной и широко используемой характеристикой деформативных свойств бетона с ненарушенной структурой (в первую очередь при оценке деформативности и трещиностойкости железобетонных конструкций в эксплуатационной стадии их работы) является модуль упругости бетона, который можно рассматривать, с некоторой долей идеализации, как характеристику сопротивления материала упругим деформациям (чем больше Еb, тем круче возрастают напряжения с ростом деформаций).
Все сказанное выше о выявленном в процессе экспериментов характере деформирования бетона свидетельствует о том, что в основной области применения (т. е. когда объем рассматриваемого элемента тела намного превосходит объем отдельных зерен крупного заполнителя) бетон проявляет себя внешне как упруго-вязко-пластический материал (рис. 1.16), разрушение которого совпадает с нарушением его сплошности. При этом момент разрушения связывается с достижением деформациями предельных значений.
Деформации бетона при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки деформации бетона продолжают возрастать в течение 3. 4 лет и более. С наибольшей интенсивностью онп нарастают в первые 3. 4 месяца действия нагрузки.
Участок 0—1 на рис. 1.17 характеризует деформации бетона при нагружении, причем кривизна этого участка зависит от скорости нагружения образца; участок 1—2 характеризует рост деформаций за время t выдержки под нагрузкой при постоянных напряжениях. Прирост деформаций постепенно затухает, их значение приближается к некоторому предельному.
Свойство бетона, характеризуемое нарастанием деформаций под действием длительно приложенной нагрузки, называют ползучестью бетона.
Как показывают опыты, с увеличением напряжений увеличивается и ползучесть бетона.
С достаточной степенью достоверности ползучесть бетона может быть объяснена сегодня вязким (т. е. связанным со временем действия нагрузки) течением гелевой структурной составляющей цементного камня, капиллярными явлениями (интенсификацией процесса отдачи воды при сжатии в окружающее пространство) и развивающимся во времени микротрещинообразованием.
Так, в частности, при нагружении затвердевшего цементного камня усилия передаются на гелевую структурную составляющую, и на кристаллический сросток. Затем гелевая составляющая начинает вязко деформироваться, вызывая постоянную разгрузку геля и догружение кристаллического сростка. В связи с этим происходит дальнейшая деформация структуры, которая протекает длительное время, постепенно затухая.
Обширный экспериментальный материал, накопленный в результате исследования ползучести бетона, позволяет оценить влияние различных факторов на процесс длительного деформирования бетона. Основное влияние на ползучесть оказывают размеры образца, содержание цементного теста, водоцементное отношение, влажность среды, возраст бетона в момент нагружения и некоторые другие. Поскольку ползучесть обусловлена (кроме всего прочего) интенсификацией отдачи влаги во внешнюю среду при действии напряжений, а влагообмен со средой облегчается у зон, находящихся вблизи поверхности образца, с уменьшением размеров образца ползучесть возрастает. С увеличением В/Ц при любом содержании цемента ползучесть увеличивается; это косвенно характеризует влияние класса бетона, поскольку содержание цемента и В/Ц определяют прочность бетона. При уменьшении относительной влажности деформации бетона увеличиваются. Чем больше возраст бетона в момент приложения нагрузки, тем деформации ползучести меньше, так как чем старее бетон, тем меньше геля в цементном камне.
Заполнители препятствуют проявлению ползучести цементного камня (ползучесть уменьшается пропорционально объему, занимаемому ими в единице объема бетона). С повышением прочности и модуля упругости каменных заполнителей ползучесть бетона уменьшается.
Ползучесть бетона при отрицательной температуре ниже, чем при нормальной положительной, причем с понижением температуры замораживания ползучесть понижается (хотя наблюдается даже при -100 °С), а предельных значений деформации ползучести достигают быстрее. При небольших напряжениях влияние замораживания на ползучесть заключается, в основном, в увеличении вязкости гелевой структурной составляющей цементного камня и цементации льдом начальных микротрещин. При высоких напряжениях заметную роль играет также смерзание трещин разрыва.
Ползучесть бетона проявляется при сжатии и растяжении, изгибе и кручении, однако наиболее изучена она при сжатии.
Данные опытов говорят о том, что в общем случае для бетона характерна нелинейность длительного деформирования и если, например, при сжатии при относительно низких уровнях нагрузки связь между напряжениями и деформациями ползучести достаточно близка к линейной, то по мере увеличения нагрузки ползучесть приобретает все более ярко выраженный нелинейный характер. Эти же данные свидетельствуют о весьма широком диапазоне изменения ползучести бетона. Так, в реальных условиях даже при относительно невысоких эксплуатационных нагрузках деформации ползучести могут в 2. 3 раза превышать упругие, возникающие в момент нагружения образца, а при очень высоких нагрузках — в 6. 8 раз и более.
Граница перехода из области так называемой линейной ползучести в область существенно нелинейной при сжатии примерно совпадает с нижней условной границей микротрещинообразования. Линейная ползучесть сопровождается уплотнением бетона и затухает во времени, асимптотически приближаясь к определенному пределу.
При численно равных или близких по абсолютной величине напряжениях разных знаков деформации ползучести при растяжении значительно (в среднем в 1,3. 1,7 раза) больше, чем при сжатии. Это можно объяснить тем, что при прочих равных условиях степень деструктивных изменений в бетоне при длительном растяжении больше, чем при сжатии.
При равных или близких уровнях напряжений разных знаков деформации ползучести при растяжении и сжатии достаточно близки (указанное обстоятельство широко используют при построении различных вариантов теории ползучести бетона).
Линейный характер ползучести при растяжении практически не изменяется вплоть до момента разрушения.
Ползучесть и влажностные деформации бетона находятся в тесной взаимосвязи. Однако в то время как влажностные деформации носят характер объемных, ползучесть развивается практически только в направлении действия усилия, приложенного к бетону.
Если наблюдать за деформациями бетона, твердеющего в обычной воздушной среде, то на основе принятого выше условного деления деформаций на категории их можно представить, как показано на рис. 1.19.
В течение времени образец не нагружен и в нем происходит только усадка. Затем прикладывается сжимающая нагрузка.
Ползучесть бетона и релаксация напряжений оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой: ползучесть — при оценке трещиностойкости и дефор- мативности конструкций, расчете на устойчивость и определении внутренних усилий в статически неопределимых конструкциях, релаксация — при расчете неразрезных балок на осадку опор, смещение опор в арках и комбинированных конструкциях, расчете арок на вводимые с помощью домкратов усилия, и т. п.
Деформации бетона при действии многократно повторной нагрузки. Многократно повторные нагрузки могут иметь статический и динамический характер. Статическими многократно повторными нагрузками являются такие, возрастание и снижение которых происходит медленно, а силы инерции не оказывают заметного влияния на результаты расчета. К динамическим многократно повторным относят меняющиеся во времени нагрузки, при которых нельзя пренебречь влиянием инерционных сил на напряженно-деформированное состояние элементов конструкции или конструкции в целом. К статическим многократно повторным можно отнести нагрузки от периодически освобождаемых хранилищ, к динамическим — от вибрационных машин.
Многократное повторение циклов нагружения и разгрузки при сжатии бетонного образца приводит к постепенному накоплению неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов нагружения, когда неупругие деформации достигают предельного значения, бетон начинает работать упруго. На диаграмме (рис. 1.21) показано, что с каждым последующим циклом нагружения происходит накопление остаточных деформаций и кривые ab — eh выпрямляются, переходя в прямую линию, соответствующую упругим деформациям. Линии нагружения и разгрузки образуют петлю гистерезиса, площадь которой характеризует энергию, затраченную за один цикл нагружения на преодоление внутреннего трения (диссипация — рассеяние энергии за счет внутреннего трения).
Такой характер деформаций наблюдают лишь при напряжениях, не превышающих предела усталости, когда неупругие деформации представляют собой, по сути, деформации быстронатекающей ползучести. В этом случае диаграмма будет устойчивой при неограниченно большом числе циклов нагружения (практически при нескольких миллионах). Если напряжения превышают предел усталости, т. е. в бетоне проявляются еще и неупруго-мгновенные деформации, то после некоторого числа циклов нагружения неупругие деформации нарастают неограниченно и происходит разрушение образца; при этом выпуклость кривых оь — ЕЬ обращается в противоположную сторону (петля гистерезиса ограничена двумя вогнутыми линиями), а угол наклона их к оси абсцисс последовательно уменьшается.
При вибрационных нагрузках с большим числом повторений в минуту (200. 600) наблюдается интенсификация свойств длительного деформирования бетона — проявляется виброползучесть (динамическая ползучесть), обусловленная как тиксотропными свойствами гелевой структурной составляющей цементного камня (способностью геля к периодическому псевдоразжижению и загустеванию при механических воздействиях), подвижность которой зависит от частоты и интенсивности динамических воздействий, так и от степени ослабления межкристаллических контактов в цементном камне за счет градиента инерционных сил.
Виброползучесть обладает по сравнению со статической ползучестью ускоренным развитием и большими предельными значениями деформаций, более низким положением условной границы перехода линейной ползучести в нелинейную, увеличением нелинейности во времени и снижением степени обратимости деформаций ползучести. Это связано, по-видимому, с более ранним образованием и, следовательно, более интенсивным развитием микротрещин, а возможно также и с уменьшением вязкости гелевой структурной составляющей.
источник
13 Июл 2019 admin 14