1.2. Деформативность 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 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 ε_sl≈ 3-10^-4и более, а для бетонов на пористых заполнителях ε_sl≈ 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 -50⁰С для тяжелого бетона и бетона на пористых: заполнителях с кварцевым песком α_bt=1*10^-5°С^-1. Этот коэффициент зависит от вида цемента, заполнителей,, влажностного состояния бетона и может изменяться в пределах ±30 %. Так, α_bt=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 бетонаε_b = ε_e+ε_pl (I.1)

т. е. она образуется из ε_е— упругой и ε_pt— неупругой пластической деформаций

(рис, 1.5). Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформацией упругого пос­ледействия ε_ер. 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 σ_b-ε_bполучим ступенчатую линию.

Рис. 5. Общая диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

С увеличением скорости загружения при одном и том же напряжении σ_b неупругие деформации умень­шаются. Для различных скоростей загружения σb>σ2> >Vs кривые зависимости σ_b—ε_b изображены на рис. 1.10,6. При растяжении бетонного образца также возникает деформация εbt=εet+εpl,t (I.6) состоящая из ε_et - упругой и ε_pl,t - 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. На диаграмме σ_b—ε_b 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.

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.

Ползучесть и усадка бетона развиваются совместно. Поэтому полная деформация бетона представляет - со­бой сумму деформаций: упругой ε_е, ползучести ε_pl и усадки ε_sl. Однако в то время как усадка носит харак­тер объемной деформации, ползучесть развивается глав­ным образом в направлении действия усилия.

Рис. 6 Диа­грамма σ_b—ε_b при многократном по­вторном загружении об­разца

.

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. 1.6 показано, как с каждым последующим циклом неупругие деформации накапливаются, а кривая σ_b-ε_b постепенно выпрямляясь, становится прямой, ха­рактеризующей упругую работу. Такой характер дефор­мирования наблюдается лишь при напряжениях, не превышающих предел выносливости σb≤R_r.

При боль­ших напряжениях после некоторого числа циклов не­упругие деформации начинают неограниченно расти, что приводит к разрушению образца, при этом кривизна линии σ_b-ε_b меняет знак, а угол наклона к оси абсцисс последовательно уменьшается.

Предельные деформациибетона перед разрушением - предельная сжимаемость ε_ubи предельная растяжимость ε_ubt— зависят от прочности бетона, его класса, состава, длительности приложения нагрузки. В опытах при осевом сжатии призм наблюдается предельная сжимаемость бетона ε_ub= (0,8...3) 10^-3, в среднем ее принимают равной: ε_ubt= 2*10^-3. Сжимаемость бетона значительно возрастает, если при его загружении происходит пропорциональное воз­растание деформаций; 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: ε_ubt=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.

1.2. АРМАТУРА

1. Назначение и виды арматуры

Арматура в железобетонных конструкциях устанав­ливается для восприятия растягиваю­щих усилий и усиления бетона сжатых зон конструкций. Необходимое количество арматуры определяют расчетом элементов конструкций на нагрузки и воздействия.

Арматура, устанавливаемая по расчету, носит назва­ние рабочей арматуры; устанавливаемая по конструк­тивным, технологическим соображениям, по условиям монтажа, носит назва­ние конструк­тивной арматуры. Конструк­тивная арматура обеспе­чивает проектное положение рабочей арматуры в конструкции и более равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями рабочей арматуры. Кроме того, конструк­тивная арматура может воспринимать обычно не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона, из­менения температуры конструкции и т. п.

Рис. 7. Железобетонные элементы и их арматура

а —сетка; б —плоские карка­сы; в — пространственный кар­кас; 1 —плита; 2 — балка; 3 —колонна