Прочность бетона при длительном действии нагрузки

Обновлено: 24.04.2024


3.5.6. Прочность бетона при длительном действии нагрузки

Предел длительного сопротивления бетона осевому сжатию составляет Rbl ≈ 0,9Rb, т.к. при длительном действии нагрузки под влиянием развивающихся значительных неупругих деформаций бетон разрушается при напряжениях, меньших, чем Rb.
3.5.7. Прочность бетона при многократно повторяемых нагрузках

При действии многократно повторяемых нагрузок прочность бетона сжатию под влиянием развития структурных микротрещин уменьшается. Предел прочности бетона (пределвыносливости) Rf зависит от числа циклов нагрузки – разгрузки n и отношения попеременно возникающих минимальных и максимальных напряжений .

10 7 Rf ≈ 0,5ч0,7 Rb.
3.5.8. Динамическая прочность бетона

При динамической нагрузке большой интенсивности, но малой продолжительности, имеет место увеличенное временное сопротивление бетона – динамическаяпрочность. Это явление объясняется энергопоглощающей способностью бетона, работающего только упруго в течение короткого промежутка нагружения динамической нагрузкой. Чем меньше время τ нагружения, тем больше коэффициентдинамическойпрочности бетона . При τ=0,1 сек Rd ≈ 1,2Rb.
3.6. Деформативность бетона


  1. Объемные – во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности.

  2. Силовые – от действия внешних сил.

  1. 3.6.1. Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой

где εе – упругая деформация, εpl – упругопластическая деформация.

Если образец загружать по этапам и замерять деформации дважды – сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, получим ступенчатую линию (рис. 8). При достаточном числе загружений, ступенчатая линия зависимости σb–εb может быть заменена плавной кривой. Таком образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, а неупругие развиваются во времени.

Рис. 7. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

при сжатии и растяжении:

I – область упругих деформаций; II – область пластических деформаций;

1 – загрузка; 2 – разгрузка; εbu – предельная сжимаемость;εbtu – предельная растяжимость;

εер – доля неупругих деформаций, восстанавливающихся после разгрузки.
С увеличением скорости загружения V при одном и том же напряжении σb неупругие деформации уменьшаются (рис. 9).

Рис. 8. Диаграмма σb–εb в сжатом бетоне при Рис. 9. Диаграмма σb–εb в сжатом бетоне при


  1. 3.6.2. Деформации при длительном действии нагрузки

Участок 0-1 (рис. 10) характеризует деформации, возникающие при загружении. Участок 1-2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.

Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называют ползучестьюбетона

Рис. 10. Диаграмма σb–εb в сжатом бетоне при

различной длительности загружения.
При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в бетоне остаются постоянными. Когда связи в бетоне (например, арматура) ограничивают свободное развитие ползучести, то напряжения в бетоне уменьшаются. То есть происходит перераспределение внутренних напряжений между бетоном и арматурой.

Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации , называют релаксациейнапряжений.

Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. С течением времени процесс перераспределения напряжений с гелевой составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей затухает и деформирование прекращается.

Величина деформаций ползучести в конечном итоге не зависит от скорости нагружения образца. Ползучесть бетона увеличивается с ростом напряжений. Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый. Ползучесть бетона в сухой среде больше, чем во влажной. С увеличением В/Ц и количества цемента на единицу объема бетонной смеси ползучесть возрастает. С повышением прочности зерен заполнителей, повышением прочности бетона, его класса ползучесть уменьшается.


  1. 3.6.3. Деформации бетона при многократно повторяющемся действии нагрузки

С каждым последующим циклом кривая зависимости σb–εb постепенно становится прямой, характеризующей упругую работу. Такой характер работы наблюдается при . При больших значениях неупругие деформации начинают неограниченно расти, при этом кривизна σb–εb меняет знак.

Рис. 11. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

при многократном повторном загружении бетонного образца:

1 – первичная кривая; 2 – конечная кривая.

3.6.4. Предельные деформации бетона перед разрушением


  • прочности бетона;

  • класса бетона;

  • состава бетона;

  • длительности приложения нагрузки.

При растяжении в среднем .

При изгибе в крайнем сжатом волокне в среднем .
3.6.5. Модуль деформации

Начальныймодульупругостибетона (рис. 12) при сжатии Еb соответствует лишь упругим деформациям, возникающим при мгновенном загружении:

.
Модульполныхдеформацийбетона (рис.12) при сжатии соответствует полным деформациям; является величиной переменной:

где α – угол наклона касательной к кривой σb–εbв точке с заданным напряжением.
Рис. 12. Схема для определения модуля

деформации бетона.

Для расчета железобетонных конструкций пользуются средниммодулем или модулемупругопластичностибетона, представляющим собой тангенс угла наклона секущей в точке на кривой σb–εb с заданным напряжением (рис. 12):

Зависимость между начальным модулем упругости бетона и модулем упругопластичности:
,

где - коэффициент упругопластичных деформаций бетона; ν изменяется от 1 до 0,15.

С увеличением уровня напряжений в бетоне и длительности действия нагрузки коэффициент ν уменьшается.

Лекция №4. Арматура


  1. По материалу:

  2. стальная;

  3. стеклопластиковая;

  4. углепластиковая.

  5. По назначению:

  6. рабочая – это арматура, которая определяется расчетом и обеспечивает прочность конструкции;

  7. конструктивная – это арматура, которая также обеспечивает прочность конструктивных элементов и узлов, но расчетом не определяется, а устанавливается из практики проектирования и эксплуатации конструкций;

  8. арматура косвенного армирования – это арматура, устанавливаемая в сжатых элементах в основном в местах больших локальных напряжений, для сдерживания поперечных деформаций;

  9. монтажная – арматура, служащая для обеспечения проектного положения рабочей и равномерного распределения усилий между отдельными стержнями рабочей арматуры.

  10. По способуизготовления:

  11. стержневая, горячекатаная (d = 6…40 мм);

  12. проволочная, холоднотянутая (d = 3…6 мм).

  13. По видуповерхности:

  14. гладкая;

  15. периодического профиля (рифленая).

  16. По способуприменения:

  17. напрягаемая, подвергнутая предварительному натяжению до эксплуатации;

  18. ненапрягаемая.

  19. По изгибнойжесткости:

  20. гибкая (стержневая и проволочная);

  21. жесткая (из прокатных профилей).

  22. По способуупрочнения:

  23. термически упрочненная, т.е. подвергнутая термической обработке;

  24. упрочненная в холодном состоянии – вытяжкой или волочением.

4.2. Физико-механические свойства сталей

Характеристики прочности и деформативности сталей устанавливают по диаграмме σs–εs, получаемой из испытаний образцов на растяжение. Горячекатаная арматурная сталь, имеющая на диаграмме площадку текучести, обладает значительным удлинением до разрыва (мягкая сталь) (рис. 13, а). Напряжение, при котором деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки, называется физическимпределомтекучести арматурной стали .

Рис. 13. Диаграммы σs–εsпри растяжении арматурной стали:

Прочность бетона определяется его сопротивлением различным си­ловым воздействиям – сжатию, растяжению, изгибу, срезу. Один и тот же бетон имеет разное временное сопротивление при различных силовых воздействиях. Исследования показали, что теории прочно­сти, предложенные для других материалов, к бетону не применимы. Поэтому количественная оценка прочности бетона в настоящее вре­мя основывается на осреднённых опытных данных, которые прини­маются в качестве исходных при проектировании любых бетонных и железобетонных конструкций.

Отсутствие закономерности в расположении отдельных частиц, составляющих бетон, приводит к тому, что при испытании образ­цов, изготовленных из одной и той же бетонной смеси, получают различные показатели временного сопротивления – разброс проч­ности. Кроме того, необходимо помнить, что механические свойства цементного камня и заполнителей существенно отличаются друг от друга; к тому же структура бетона изобилует дефектами, которыми, помимо пор, являются пустоты около зёрен заполнителя, возника­ющие при твердении бетона.

Прочность бетона на осевое сжатие считается основной его характеристикой, так как наиболее ценным качеством бетона явля­ется его высокая прочность на сжатие. В лабораторных усло­виях она может определяться на образцах в форме кубов, призм или цилиндров. У нас в стране для оценки прочности бетона при сжа­тии используют преимущественно кубы.

Так как бетон представляет собой неоднородный искусственный каменный материал, то для получения достоверных сведений о его прочности в соответствии с действующими стандартами испытыва­ют партию образцов и определяют (средний предел прочности на осевое сжатие бетонных кубов с ребром 150 мм) и (средний предел прочности на осевое сжатие эталонных бетонных образцов призм).


Кубиковая прочность. При осевом сжатии кубы (как и другие сжатые образцы) разрушаются вследствие разрыва бетона в попе­речном направлении. Наклон трещин обусловлен влиянием сил тре­ния, которые развиваются на контактных поверхностях между по­душками пресса и опорными гранями куба (рис. 7, а). Силы трения, направленные внутрь, препятствуют свободным поперечным дефор­мациям бетона вблизи опорных поверхностей и тем самым повыша­ют его прочность на сжатие (создаётся эффект обоймы). Удержи­вающее влияние сил трения по мере удаления от торцевых граней куба уменьшается, поэтому после разрушения куб приобретает фор­му четырех усеченных пирамид, сомкнутых малыми основаниями. Если при осевом сжатии куба удаётся устранить или значитель­но уменьшить (с помощью смазки контактных поверхностей, на­пример, парафином или картонных прокладок) влияние сил опор­ного трения, то характер его разрушения и прочность изменяют­ся (рис. 7, б).

Рис. 7. Характер разрушения бетонных кубов:

а – при наличии трения по опорным плоскостям; б – при отсутствии трения; 1 – силы трения; 2 – трещины; 3 – смазка
В этом случае поперечные деформации проявляют­ся свободно и трещины разрыва становятся вертикальными, параллельными действию сжимающей силы, а временное сопротивление бетона сжатию существенно уменьшается. Согласно стандарту кубы испытывают без смазки контактных поверхностей и при отсутствии прокладок.

Опытами установлено, что прочность бетона одного и того же состава зависит от размеров куба. За стандартные (эталонные) ла­бораторные образцы принимают кубы с ребром 150 мм. При использовании кубов иных размеров результаты их испытаний с помощью поправочных коэффициентов приводят к результатам испытаний эта­лонных кубов.

Призменная прочность. Реальные железобетонные конструкции по своей форме и размерам существенно отличаются от лаборатор­ных кубов. В них чаще всего один размер превышает два других (например, пролёт – ширину и высоту изгибаемого элемента; высо­та сжатого элемента – размеры его поперечного сечения).

В связи с тем, что при испытаниях бетона при переходе от об­разца в форме куба к образцу в форме призмы (при одинаковой площади их сечения) временное сопротивление сжатию при увели­чении h уменьшается (рис. 8), кубиковая прочность не может быть непосредственно использована в расчётах прочности элементов кон­струкций, а служит только для контроля качества бетона в производственных условиях.



Рис. 8. График зависимости призменной прочности бетона от отношения размеров испытываемого образца

Уменьшение временного сопротивления бетона сжатию при пе­реходе от образцов в форме куба к образцам в форме призмы объясняется тем, что при увеличении отношения h/aпостепенно ослабевает влияние сил трения, возникающих между торцами образца и плитами пресса, на напряжённое состояние образца в его средней по высоте части, а для призм с h/a ≥ 4 это влияние практически полностью исключено.

Принято определять призменную прочность бетона –основную и наиболее стабильную характеристику прочности бетона на сжа­тие, используемую в расчётах на прочность сжатых и изгибаемых элементов – на эталонных призмах с размерами 150  150  600 мм (h/ a= 4).

Опытами установлено, что при 4 ≤ h/a Прочность бетона на осевое растяжение kt зависит от сопро­тивления цементного камня растяжению и прочности его сцепления с зёрнами заполнителя. Согласно опытным данным:

где – средний предел бетона на осевое растяжение.

Причём относительная прочность бетона при осевом растяжении ktуменьшается с повышением прочности бетона на сжатие. Причинами низкой прочности бетона на растяжение являются неоднородность его структуры, наличие начальных напряжений, слабое сцепление цементного камня с крупным заполнителем. Некоторое повышение (примерно на 15. 20%) может быть достигнуто увеличением расхода цемента на единицу объёма бетона, уменьшением W/C, применением вместо гравия щебня с шероховатой поверхно­стью, промывкой заполнителя.

Имеется несколько лабораторных методик определения . Од­нако при испытаниях по этим методикам наблюдается ещё больший разброс по­казателей прочности по сравнению с испытаниями бетона на осевое сжатие, так как образцы трудно центрировать. Поэтому, если из­вестна прочность бетона при сжатии, иногда определяют теоре­тически, например, по формуле:

Прочность бетона при длительном действии нагрузки. При ис­пытаниях бетонных образцов в лабораторных условиях нагружение осуществляется достаточно быстро, со скоростью 20. 30 Н/(см 2 • с). Реальные же конструкции находятся под действием нагрузки де­сятки лет. Согласно опытным данным при длительном действии на­грузки и высоких напряжениях под влиянием развивающихся зна­чительных неупругих деформаций и структурных изменений бетон разрушается при напряжениях, меньших, чем временное сопротив­ление осевому сжатию при однократном кратковременном загружении .

Разница между кратковременным сопротивлением бетона и дли­тельным может достигать 25%, если за время выдержки под нагруз­кой прочность бетона не нарастает или нарастает незначительно, т. е. предел длительного сопротивления бетона сжатию находится в интервале:

Если конструкция эксплуатируется в благоприятных для нарастания прочности бетона условиях и уровень напряжений по­степенно снижается, отрицательное влияние фактора длительности загружения может и не проявиться.

Динамическая прочность бетона. Нагружение считают динами­ческим в тех случаях, когда скорость нагружения от нуля до макси­мальных напряжений составляет 0,001. 1с. К конструкциям, рабо­тающим на динамические нагрузки, относятся мосты, шпалы, под­крановые балки, покрытия дорог и аэродромов и др.

При динамической нагрузке особо малой продолжительности, имеющей место при ударных, взрывных и других воздействиях, на­блюдается повышение временного сопротивления бетона – динами­ческая прочность ().Чем меньше время нагружения бетонного образца динамической нагрузкой (τ)(или, что то же самое, чем боль­ше скорость роста напряжений, МПа/с), тем больше коэффициент динамической прочности бетона:

Это явление объясняется энергопоглощающей способностью бетона, работающего в течение короткого времени нагружения дина­мической нагрузкой только упруго вследствие запаздывания разви­тия неупругих деформаций.

Кроме ударных и взрывных воздействий к нагрузкам особо ма­лой продолжительности можно отнести порывы ветра, сейсмические нагрузки, нагрузку, действующую на конструкцию в момент пере­дачи предварительного напряжения с арматуры на бетон.


Зависимость предела прочности бетона от времени действия на­грузки представлена на рис. 9, в.

Рис. 9. Зависимость предела прочности бетона:

а – от числа цик­лов загружений; б – от характеристиики цикла на базе N = 2 • 10 6 ; в – от времени действия нагрузки; 1 – бетон класса В40; 2 – бетон класса В25
Прочность бетона при многократно повторяющихся нагрузках. Многократно повторяющиеся нагрузки в зависимости от скорости нагружения могут иметь статический и динамический характер.

По количеству циклов «нагрузка – разгрузка» различают два вида повторного нагружения бетона: малоцикловое нагружение бетона (до 100. 200 циклов) случайной по величине и периоду повторения нагрузкой с последующей разгрузкой (например, при забивке свай или шпунта) и многократно повторяющееся нагружение цикловой нагрузкой при коэффициенте ассиметрии (характеристике) цикла:

где и – соответственно наименьшее и наибольшее нормальные напряжения материала в пределах изменения цикла нагрузки.

При малоцикловой загрузке и разгрузке бетона сжимающими на­пряжениями небольшой величины происходит уплотнение и упроч­нение бетона как при длительном сжатии. Когда сжимающие на­пряжения при этом колеблются в пределах между верхней и ниж­ней границами микроразрушения бетона (), то малоцикловое нагружение практически не влияет на его прочность, т.е. не снижает её по сравнению с однократным нагружением. Здесь – то наименьшее сжимающее напряжение в бетоне, при кото­ром по границе цементно-песчаного камня и крупного заполнителя образуются микротрещины; – сжимающее напряжение в бе­тоне, соответствующее верхней границе образования микротрещин и цементно-песчаном камне.

Прочность бетона на сжатие при действии на него многократ­но повторяющихся нагрузок, с повторяемостью несколько миллио­нов циклов, под влиянием развития структурных микротрещин и в результате постепенного накопления пластических деформаций снижается по сравнению с однократным кратковременным загружением. Степень её понижения зависит от характеристики цикла , количества циклов нагрузки и разгрузки N и от­носительного уровня напряжений . Это следует учитывать при проектировании мостов, шпал, подкрановых балок, перекрытий некоторых промышленных зданий, транспортных эстакад, станин мощных прессов и других конструкций, испытывающих подобные нагрузки.

Предел прочности бетона при многократно повторяющейся нагрузке называют пределом выносливости.

Различают абсолютный предел выносливости , т.е.наиболь­шее напряжение, которое бетон способен выдерживать, не разру­шаясь, при неограниченном увеличении числа циклов, и практиче­ский предел выносливости , полученный на ограниченной базе N = 2•10 6 . Последний зависит от характеристики цикла почти линейно. Его наименьшее значение для наиболее тяжелого цикла при бетоне класса В25 составляет = 0,5 (рис. 9, б). С уве­личением N происходит постепенное снижение , однако после N = (1,5. 2) • 10 6 циклов это снижение незначительно (рис. 9, а).

Наименьшее значение абсолютного предела выносливости, как показали исследования, связано с нижней границей образования структурных микротрещин так, что . Такая связь между и позволяет находить предел выносливости по первич­ному загружению, определяя ультразвуковой аппаратурой.


3.5.7. Прочность бетона при многократно повторяемых нагрузках

При действии многократно повторяемых нагрузок прочность бетона сжатию под влиянием развития структурных микротрещин уменьшается. Предел прочности бетона (предел выносливости) Rf зависит от числа циклов нагрузки – разгрузки n и отношения попеременно возникающих минимальных и максимальных напряжений .

10 7 Rf ≈ 0,5÷0,7 Rb.
3.5.8. Динамическая прочность бетона

При динамической нагрузке большой интенсивности, но малой продолжительности, имеет место увеличенное временное сопротивление бетона – динамическая прочность. Это явление объясняется энергопоглощающей способностью бетона, работающего только упруго в течение короткого промежутка нагружения динамической нагрузкой. Чем меньше время τ нагружения, тем больше коэффициент динамической прочности бетона . При τ=0,1 сек Rd ≈ 1,2Rb.
3.6. Деформативность бетона


  1. Объемные – во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности.

  2. Силовые – от действия внешних сил.

      1. 3.6.1. Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой

      где εе – упругая деформация, εpl – упругопластическая деформация.

      Если образец загружать по этапам и замерять деформации дважды – сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, получим ступенчатую линию (рис. 8). При достаточном числе загружений, ступенчатая линия зависимости σb – εb может быть заменена плавной кривой. Таком образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, а неупругие развиваются во времени.


      Рис. 7. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

      при сжатии и растяжении:

      I – область упругих деформаций; II – область пластических деформаций;

      1 – загрузка; 2 – разгрузка; εbu – предельная сжимаемость;εbtu – предельная растяжимость;

      εер – доля неупругих деформаций, восстанавливающихся после разгрузки.
      С увеличением скорости загружения V при одном и том же напряжении σb неупругие деформации уменьшаются (рис. 9).



      Рис. 8. Диаграмма σb – εb в сжатом бетоне при Рис. 9. Диаграмма σb – εb в сжатом бетоне при


          1. 3.6.2. Деформации при длительном действии нагрузки

          Участок 0-1 (рис. 10) характеризует деформации, возникающие при загружении. Участок 1-2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.


          Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называют ползучестью бетона

          Рис. 10. Диаграмма σb – εb в сжатом бетоне при

          различной длительности загружения.

          При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в бетоне остаются постоянными. Когда связи в бетоне (например, арматура) ограничивают свободное развитие ползучести, то напряжения в бетоне уменьшаются. То есть происходит перераспределение внутренних напряжений между бетоном и арматурой.

          Свойство бетона, характеризующееся уменьшением с течением времени напряжений при постоянной начальной деформации , называют релаксацией напряжений.

          Природа ползучести бетона объясняется его структурой, длительным процессом кристаллизации и уменьшением количества геля при твердении цементного камня. С течением времени процесс перераспределения напряжений с гелевой составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей затухает и деформирование прекращается.

          Величина деформаций ползучести в конечном итоге не зависит от скорости нагружения образца. Ползучесть бетона увеличивается с ростом напряжений. Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый. Ползучесть бетона в сухой среде больше, чем во влажной. С увеличением В/Ц и количества цемента на единицу объема бетонной смеси ползучесть возрастает. С повышением прочности зерен заполнителей, повышением прочности бетона, его класса ползучесть уменьшается.


              1. 3.6.3. Деформации бетона при многократно повторяющемся действии нагрузки


              С каждым последующим циклом кривая зависимости σb – εb постепенно становится прямой, характеризующей упругую работу. Такой характер работы наблюдается при . При больших значениях неупругие деформации начинают неограниченно расти, при этом кривизна σb – εb меняет знак.

              Рис. 11. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

              при многократном повторном загружении бетонного образца:

              1 – первичная кривая; 2 – конечная кривая.

              3.6.4. Предельные деформации бетона перед разрушением


              • прочности бетона;

              • класса бетона;

              • состава бетона;

              • длительности приложения нагрузки.

              При растяжении в среднем .

              При изгибе в крайнем сжатом волокне в среднем .
              3.6.5. Модуль деформации

              Начальный модуль упругости бетона (рис. 12) при сжатии Еb соответствует лишь упругим деформациям, возникающим при мгновенном загружении:


              .
              Модуль полных деформаций бетона (рис.12) при сжатии соответствует полным деформациям; является величиной переменной:

              где α – угол наклона касательной к кривой σb – εbв точке с заданным напряжением.

              Рис. 12. Схема для определения модуля

              деформации бетона.
              Для расчета железобетонных конструкций пользуются средним модулем или модулем упругопластичности бетона, представляющим собой тангенс угла наклона секущей в точке на кривой σb – εb с заданным напряжением (рис. 12):

              Зависимость между начальным модулем упругости бетона и модулем упругопластичности:
              ,

              где - коэффициент упругопластичных деформаций бетона; ν изменяется от 1 до 0,15.

              С увеличением уровня напряжений в бетоне и длительности действия нагрузки коэффициент ν уменьшается.

              Лекция №4. Арматура


              1. По материалу:

                1. стальная;

                2. стеклопластиковая;

                3. углепластиковая.

                1. рабочая – это арматура, которая определяется расчетом и обеспечивает прочность конструкции;

                2. конструктивная – это арматура, которая также обеспечивает прочность конструктивных элементов и узлов, но расчетом не определяется, а устанавливается из практики проектирования и эксплуатации конструкций;

                3. арматура косвенного армирования – это арматура, устанавливаемая в сжатых элементах в основном в местах больших локальных напряжений, для сдерживания поперечных деформаций;

                4. монтажная – арматура, служащая для обеспечения проектного положения рабочей и равномерного распределения усилий между отдельными стержнями рабочей арматуры.

                1. стержневая, горячекатаная (d = 6…40 мм);

                2. проволочная, холоднотянутая (d = 3…6 мм).

                1. гладкая;

                2. периодического профиля (рифленая).

                1. напрягаемая, подвергнутая предварительному натяжению до эксплуатации;

                2. ненапрягаемая.

                1. гибкая (стержневая и проволочная);

                2. жесткая (из прокатных профилей).

                1. термически упрочненная, т.е. подвергнутая термической обработке;

                2. упрочненная в холодном состоянии – вытяжкой или волочением.

                4.2. Физико-механические свойства сталей

                Характеристики прочности и деформативности сталей устанавливают по диаграмме σs – εs, получаемой из испытаний образцов на растяжение. Горячекатаная арматурная сталь, имеющая на диаграмме площадку текучести, обладает значительным удлинением до разрыва (мягкая сталь) (рис. 13, а). Напряжение, при котором деформации развиваются без заметного увеличения нагрузки, называется физическим пределом текучести арматурной стали .


                а) б)

                Рис. 13. Диаграммы σs – εsпри растяжении арматурной стали:

                Предел длительного сопротивления бетона осевому сжатию составляет Rbl ≈ 0,9Rb, т.к. при длительном действии нагрузки под влиянием развивающихся значительных неупругих деформаций бетон разрушается при напряжениях, меньших, чем Rb.

                3.5.7. Прочность бетона при многократно повторяемых нагрузках


                При действии многократно повторяемых нагрузок прочность бетона сжатию под влиянием развития структурных микротрещин уменьшается. Предел прочности бетона (предел выносливости) Rf зависит от числа циклов нагрузки – разгрузки n и отношения попеременно возникающих минимальных и максимальных напряжений .

                При n ~ 10 7 Rf ≈ 0,5÷0,7 Rb.

                3.5.8. Динамическая прочность бетона


                При динамической нагрузке большой интенсивности, но малой продолжительности, имеет место увеличенное временное сопротивление бетона – динамическая прочность. Это явление объясняется энергопоглощающей способностью бетона, работающего только упруго в течение короткого промежутка нагружения динамической нагрузкой. Чем меньше время τ нагружения, тем больше коэффициент динамической прочности бетона . Приτ=0,1 сек Rd ≈ 1,2Rb.

                3.6. Деформативность бетона

                Виды деформаций бетона:

                Объемные – во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности.

                Силовые – от действия внешних сил.

                Бетону свойственно нелинейное деформирование, поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия делят на 3 вида: деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой, деформации при длительном действии нагрузки и деформации при многократно повторяющемся действии нагрузки.

                3.6.1. Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой


                Деформация бетона: (рис. 7),

                где εе – упругая деформация, εpl – упругопластическая деформация.

                Если образец загружать по этапам и замерять деформации дважды – сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, получим ступенчатую линию (рис. 8). При достаточном числе загружений, ступенчатая линия зависимости σb – εb может быть заменена плавной кривой. Таком образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, а неупругие развиваются во времени.


                Рис. 7. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

                При сжатии и растяжении:

                I – область упругих деформаций; II – область пластических деформаций;

                1 – загрузка; 2 – разгрузка; εbu – предельная сжимаемость;εbtu – предельная растяжимость;

                εер – доля неупругих деформаций, восстанавливающихся после разгрузки.

                С увеличением скорости загружения V при одном и том же напряжении σb неупругие деформации уменьшаются (рис. 9).



                Рис. 8. Диаграмма σb – εb в сжатом бетоне при Рис. 9. Диаграмма σb – εb в сжатом бетоне при

                различном числе этапов загружения. различной скорости загружения.

                3.6.2. Деформации при длительном действии нагрузки

                При длительном действии нагрузки обнаруживается постепенное снижение сопротивления бетона (ниспадающая ветвь диаграммы σb – εb). При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются.

                Участок 0-1 (рис. 10) характеризует деформации, возникающие при загружении. Участок 1-2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.


                Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называютползучестью бетона

                Предел длительного сопротивления бетона осевому сжатию составляет Rbl ≈ 0,9Rb, т.к. при длительном действии нагрузки под влиянием развивающихся значительных неупругих деформаций бетон разрушается при напряжениях, меньших, чемRb.

                3.5.7. Прочность бетона при многократно повторяемых нагрузках


                При действии многократно повторяемых нагрузок прочность бетона сжатию под влиянием развития структурных микротрещин уменьшается. Предел прочности бетона (предел выносливости)Rfзависит от числа циклов нагрузки – разгрузкиnи отношения попеременно возникающих минимальных и максимальных напряжений.

                При n~ 10 7 Rf ≈ 0,5÷0,7Rb.

                3.5.8. Динамическая прочность бетона


                При динамической нагрузке большой интенсивности, но малой продолжительности, имеет место увеличенное временное сопротивление бетона – динамическая прочность. Это явление объясняется энергопоглощающей способностью бетона, работающего только упруго в течение короткого промежутка нагружения динамической нагрузкой. Чем меньше времяτнагружения, тем большекоэффициент динамической прочностибетона. Приτ=0,1 секRd ≈ 1,2Rb.

                3.6. Деформативность бетона

                Виды деформаций бетона:

                Объемные – во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности.

                Силовые – от действия внешних сил.

                Бетону свойственно нелинейное деформирование, поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия делят на 3 вида: деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой, деформации при длительном действии нагрузки и деформации при многократно повторяющемся действии нагрузки.

                3.6.1. Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой


                Деформация бетона: (рис. 7),

                где εе – упругая деформация, εpl – упругопластическая деформация.

                Если образец загружать по этапам и замерять деформации дважды – сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, получим ступенчатую линию (рис. 8). При достаточном числе загружений, ступенчатая линия зависимости σb – εb может быть заменена плавной кривой. Таком образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, а неупругие развиваются во времени.


                Рис. 7. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

                При сжатии и растяжении:

                I – область упругих деформаций; II – область пластических деформаций;

                1 – загрузка; 2 – разгрузка; εbu – предельная сжимаемость;εbtu – предельная растяжимость;

                εер – доля неупругих деформаций, восстанавливающихся после разгрузки.

                С увеличением скорости загружения Vпри одном и том же напряженииσbнеупругие деформации уменьшаются (рис. 9).



                Рис. 8. Диаграмма σb – εb в сжатом бетоне при Рис. 9. Диаграмма σb – εb в сжатом бетоне при

                различном числе этапов загружения. различной скорости загружения.

                3.6.2. Деформации при длительном действии нагрузки

                При длительном действии нагрузки обнаруживается постепенное снижение сопротивления бетона (ниспадающая ветвь диаграммы σb – εb). При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются.

                Участок 0-1 (рис. 10) характеризует деформации, возникающие при загружении. Участок 1-2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.


                Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называютползучестью бетона

                Читайте также: