1.3.7. Ползучесть бетона при наличии арматуры

В результате стеснённого деформирования бетона ползучесть же­лезо-бетонных элементов при обычных процентах армирования при­мерно в 1,5...2 раза меньше, чем неармированных.

Вследствие ползучести бетона напряжённое состояние железобе­тонного элемента, находящегося под постоянной нагрузкой, изменя­ется в течение времени за счёт перераспределения усилий между бетоном и арматурой. Процесс перераспределения усилий особенно интенсивно протекает в течение первых 3...4 месяцев после нагружения, а затем в течение длительного времени (более года) затухает.

Количественный анализ перераспределения напряжений (уси­лий) вследствие ползучести бетона можно провести, рассмотрев работу железобетонной призмы (короткой, в которой не ощущается сильно влияние продольного изгиба) с симметрично расположенной арма­турой на осевое сжатие при действии постоянной длительной на­грузки (рис. 30, а). Для любого момента работы железобетонной призмы справедливо следующее уравнение равновесия внешних и внутренних сил:

(1.33)

Условие совместности деформаций арматуры и бетона при этом бу­дет выглядеть так:

(1.34)

где v – коэффициент упругопластических деформаций бетона при сжатии.

Подставив в (1.33) значение из (1.34), получим:

(1.35)

Рис. 30. Перераспределение усилий между арматурой и бетоном в сжатой железобетонной призме вследствие ползучести бетона:

а – схема работы железобетонной призмы под нагрузкой; б – характер изменения усилий в бетоне и арматуре при постоянной нагрузке в течение длительного времени

Из (1.35):

(1.36)

Значение коэффициента v может изменяться от 1 (при мгновен­ном загружении элемента) до 0,15 (при очень длительном загружении и нагрузке, близкой к разрушающей).

Известно, что здесь . Таким образом, с течением времени растет, a v уменьшается. Следовательно, как видно из (1.36), при уменьшении v с течением времени уменьшается. При N = const это означает, что бетон в железобетонном элементе с увеличением времени нагружения раз­гружается, а продольная арматура догружается. Графически это перераспределение представлено на рис. 30, б.

Расчёты и опыты показывают, что при действии на конструкцию эксплуатационных нагрузок напряже­ния в продольной арматуре сжатых железобетонных элементов воз­растают в 2...3 раза вследствие ползучести бетона.

В коротких центрально сжатых железобетонных элементах пол­зучесть оказывает положительное влияние на их работу, обеспечи­вая более полное использование прочностных свойств бетона и ар­матуры. В гибких сжатых элементах, наоборот, ползучесть бетона вызывает увеличение начальных эксцентриситетов продольной си­лы, что может снизить их несущую способность.

В статически неопределимых конструкциях вследствие ползуче­сти бетона может происходить выгодное перераспределение усилий (главным образом изгибающих моментов) между отдельными попе­речными сечениями.

В некоторых других случаях ползучесть бетона может приво­дить к ухудшению работы железобетонной конструкции. Например, в изгибаемых элементах (балки, плиты) со временем значительно увеличиваются прогибы (примерно в 2...3 раза по сравнению с пер­воначальным), особенно при загружении бетона в раннем возрасте.