Железобетонные и каменные конструкции

Раздел: Строительство

Бетон при твердении на воздухе подвержен усадке (см. § 2.3), т. е. укорочению во всех трех измерениях. В железобетонном элементе арматура вследствие ее сцепления с бетоном препятствует свободной усадке, что приводит к появлению в бетоне растягивающих, а в арматуре сжимающих напряжений.

Таким образом, при усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от свободной усадки бетона, коэффициента армирования и упругопластических свойств бетона. При большом содержании арматуры растягивающие напряжения могут возрастать настолько, что в бетоне образуются трещины.

В статически неопределимых железобетонных конструкциях (арках, рамах и т. п.) лишние связи препятствуют усадке железобетона, вызывая появление дополнительных внутренних усилий. Средняя деформация усадки равна 15 10"5, что равносильно понижению температуры на 15 °С (так как коэффициент линейной температурной деформации ai(=sl 10"5). Это позволяет заменить расчет на действие усадки расчетом на температурные воздействия. Отрицательное влияние усадки в этом случае может быть снижено путем устройства деформационных швов, которые часто совмещаются с температурными и называются температурно-усадочными.

В предварительно напряженных элементах усадка бетона также оказывает отрицательное влияние, приводя к уменьшению предварительного напряжения в арматуре.

 Арматура в железобетонных конструкциях, являясь, как и при усадке, внутренней связью, препятствует свободной деформации ползучести. Вследствие сцепления арматуры с бетоном при про

должительном действии нагрузки ползучесть приводит к перераспределению напряжений между арматурой и бетоном.

Если нагрузить железобетонную колонну постоянной длительной нагрузкой N,, то в момент приложения нагрузки колонна укоротится на величину Ае, ( 2.20, а). Напряжения в бетоне будут аь, а в арматуре — as. Через определенный промежуток времени колонна под влиянием ползучести бетона укоротится на величину А,. На такую же величину укоротится и арматура, работающая совместно с бетоном. Арматура работает в упругой стадии, поэтому напряжения в ней возрастают и достигают величины ал ( 2.20, б). Но так как внешняя длительная нагрузка осталась постоянной, то для сохранения условий равновесия в сечении напряжения в бетоне должны уменьшиться до величины Оы- Это приведет к догружению арматуры во времени и к лучшему использованию арматурной стали.

В зависимости от вида железобетонных конструкций и напряженного состояния ползучесть может оказывать положительное и отрицательное влияние на их работу. В коротких центрально-сжатых элементах ползучесть оказывает положительное влияние, обеспечивая более, полное использование прочностных свойств арматуры. В гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов и снижение несущей способности. В изгибаемых элементах под влиянием ползучести бетона сжатые волокна будут сокращаться во времени, а растянутые — удлиняться. Это приводит к увеличению прогиба до значения, превышающего начальный прогиб в 2...3 раза. В предварительно напряженных конструкциях под влиянием ползучести бетона напрягаемая арматура будет укорачиваться, в результате чего, как и при развитии деформаций усадки, произойдет потеря части предварительного напряжения. В статически неопределимых системах ползучесть играет положительную роль, смягчая концентрацию напряжений и вызывая перераспределение усилий.