(Слайд40 рис.2.15)

Рисунок 2.15 - Деформация усадки образцов

а - бетонного; б — железобетонно­го

Наибольшие значения этих напряжений находятся в зо­не контакта с арматурой. Деформации ε_slsявляются для арматуры упругими, и в ней возникают сжимающие на­пряжения

σ_s = ε_slsE_s. (2.8)

(слайд39)Уравнение равновесия внутренних усилий элемента, армированного двусторонней симметричной арматурой, имеет следующий вид:

σ_sA_s = σ_btA, (2.9)

гдеA_s— площадь сечения арматуры; A—площадь сечения эле­мента.

Отсюда

σ_s= σ_bt(A/A_s) = σ_bt/μ₁, (2.10)

гдеμ₁= A_s/A— коэффициент армирования.

(слайд42)Если подставить в (2.6) деформации, выраженные через напряжения по формулам (2.7), (2.8), (2.10),

σ_bt /E_bt = ε_sl - σ_bt /μ₁E_s,

то значение растягивающих напряжений в бетоне

(2.11)

где α = E_s/E_b— отношение модулей упругости арматуры и бетона.

Следовательно, при усадке железобетона растягива­ющие напряжения в бетоне зависят от деформации сво­бодной усадки бетона ε_sl, коэффициента армирования μ₁класса бетона. С увеличением содержания арматуры в бетоне растягивающие напряжения σ_bt увеличиваются, и, если они достигают временного сопротивления при растяжении R_bt, то возникают усадочные трещины.

(слайд43)Растягивающие напряжения в бетоне железобетон­ного элемента при деформации стесненной усадки бето­на, армированного односторонней несимметричной ар­матурой, возрастают вследствие внецентренного прило­жения к сечению усилий в арматуре

(2.12)

Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадки способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах железобетонных элементов, которые испы­тывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разру­шения усадка не влияет на несущую способность стати­чески определяемой железобетонной конструкции.

В статически неопределимых железобетонных конст­рукциях (арках, рамах и т. п.) лишние связи препятст­вуют усадке железобетона, вызывая появление допол­нительных внутренних усилий. Влияние усадки эквива­лентно понижению температуры на определенное число градусов. Для тяжелого бетона возможно среднее зна­чение ε_sls ≈1,5*10^-4, что при коэффициенте линейной температурной деформации α_t= 1*10^-5°С^-1 эквивалент­но понижению температуры на ≈15°С. Для железобе­тона на пористых заполнителях ε_sls≈2*10^-4.

Для того чтобы уменьшить дополнительные усилия от усадки, железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий большой протяженности делят усадочными швами на блоки.

Ползучесть железобетона

(слайд44)Ползучесть железобетона является следствием пол­зучести бетона. Стальная арматура становится связью, препятствующей свободной ползучести бетона. Стеснен­ная ползучесть в железобетонном элементе под нагруз­кой приводит к перераспределению усилий между арма­турой и бетоном. Этот процесс интенсивно протекает в течение первых нескольких месяцев, а затем в течение длительного времени (более года) постепенно затухает.

В центрально-сжатой железобетонной призме про­дольные деформации арматуры и бетона (рисунок 2.16)благодаря сцеплению материалов одинаковы

(2.13)

(слайд45)Сжимающее напряжениев продольной арматуре

(2.14)

Роль поперечных стержней или хомутов сводится главным образом к предотвращению выпучивания про­дольных сжатых стержней.

Уравнение равновесия внешней нагрузки и внутрен­них усилий в бетоне и продольной арматуре

(2.15)

Отсюда сжимающее напряжение в бетоне

(2.16)

(слайд46)Коэффициент упругопластических деформаций бетона

(2.17)

зависит от времениt и уровня напряжений σ_b/R_b. Следо­вательно, с течением времени в результате уменьшения коэффициента ν при постоянной внешней силе N напря­жение в бетоне согласно формуле (2.16) уменьшается; при этом напряжение в арматуре увеличивается (см. рисунок 2.16). При проценте армирования μ₁ =0,5 % напря­жения в арматуре возрастают через 150 дней более чем в 2,5 раза. С увеличением процента армирования до μ₁=2%интенсивность роста напряжений в арматуре снижается. При мгновенной разгрузке бетон и арматура деформируются упруго, однако остаточные пластические деформации бетона препятствуют восстановлению упру­гих деформаций в арматуре. В результате после раз­грузки арматура будет сжата, а бетон — растянут. Если растягивающие напряжения в бетоне после разгрузки превысят временное сопротивление растяжению σ_bt>R_bt, то в бетоне появляются трещины. При повторном загружении эти трещины закрываются.

(слайд49 рис.)

(слайд50)Рисунок 2.16 - Перераспределение напряжений между арматурой и бето­ном сжатой железобетонной призмы вследствие ползучести бетона

а — схема железобетонной призмы под нагрузкой; б — для бетона класса В40; в — то же В15

(слайд51 рис.)

Рисунок 2.17 - Релаксация напряже­ний в бетоне при постоянных напряжениях в арматуре желе­зобетонной призмы

а — схема железобетонной призмы с наложенными связями;

б — ха­рактер изменения реакции связей N с течением бремени

(слайд47)Релаксация напряжений в бетоне железобетонной призмы наблюдается и при постоянных напряжениях в арматуре — в другом эксперименте (рис. 1.33, а). Если в железобетонной призме создать начальные сжима­ющие деформации ε_b⁰и начальные сжимающие напря­жения в бетоне σ_b⁰и арматуре σ_s⁰ , а затем ввести связи, сохраняющие постоянной длину призмы (l = const) и препятствующие дальнейшему ее деформированию, то в любой момент времени t после введения связей оказы­вается, что напряжение в бетоне

(2.18)

(слайд48)Напряжения в бетоне уменьшаются с течением времени, так как уменьшается коэффициент ν.

Реакция связей с течением времени при постоянных напряжениях в

ар­матуре уменьшаются:

(2.19)

На работу железобетонных элементов ползучесть бе­тона оказывает различное влияние:

- в коротких сжатых элементах — обеспечивает полное использование прочности бетона и арматуры;

- в гибких сжатых элементах — вызывает увеличение начальных эксцентриситетов, что может снизить их не­сущую способность;

- в изгибаемых элементах — вызывает увеличение про­гибов;

- в предварительно напряженных конструкциях — при­водит к потере предварительного напряжения.

Ползучесть и усадка железобетона протекают одно­временно и совместно влияют на работу конструкции.

(слайд52)Коррозия железобетона и меры защиты от нее

Коррозионная стойкость железобетонных элементов зависит от плотности бетона и степени агрессивности среды.

Коррозия бетона, имеющего недостаточную плотность, может происходить от воздействия фильтрующей, осо­бенно мягкой воды, которая растворяет составляющую часть цементного камня — гидрат окиси кальция. Наи­большей растворяющей способностью обладает мягкая вода. Внешним признаком такой коррозии бетона явля­ются белые хлопья на его поверхности. Другой вид кор­розии бетона возникает под влиянием газовой или жид­кой агрессивной среды: кислых газов в сочетании с по­вышенной влажностью, растворов кислот, сернокислых солей и др. При взаимодействии кислоты с гидратомокиси кальция цементного камня бетон разрушается. Продукты химического взаимодействия агрессивной сре­ды и бетона, кристаллизуясь, постепенно заполняют поры и каналы бетона, приводят к разрыву их стенок и быст­рому разрушению бетона. Наиболее вредны для бетона соли ряда кислот, особенно серной; они образуют в це­менте сульфат кальция и алюминия. Сульфатоалюминат кальция, растворяясь, вытекает и образует белые под­теки на поверхности бетона. Весьма агрессивны грунто­вые воды, содержащие сернокислотный кальций, а так­же воды с магнезиальными и аммиачными солями. Мор­ская вода при систематическом воздействии оказывает вредное влияние на бетон, поскольку содержит сульфа-томагнезит, хлористую магнезию и другие вредные соли.

(слайд53)Коррозия арматуры (ржавление) происходит в ре­зультате химического и электролитического воздействия окружающей среды. Она обычно протекает одновремен­но с коррозией бетона, но может протекать и независи­мо от нее. Продукт коррозии стали имеет больший объ­ем, чем арматура, в результате чего создается значи­тельное радиальное давление на окружающий слой бе­тона. При этом вдоль арматурных стержней возникают трещины и отколы бетона с частичным обнажением ар­матуры.

Мерами защиты от коррозии железобетонных конст­рукций, находящихся в условиях агрессивной среды, в зависимости от степени агрессии являются: (слайд54) снижение фильтрующей способности бетона введением специаль­ных добавок; повышение плотности бетона; увеличение толщины защитного слоя бетона; применение лакокра­сочных или мастичных покрытий, оклеечной изоляции; замена портландцемента глиноземистым цементом; при­менение специального кислотостойкого бетона, а также полимербетона и бетонополимеров.