Железобетон

Динамическая прочность бетона

При динамически! нагрузке большой интенсивности, но малой продолжи^ .тельности, развивающейся вследствие ударных и взрыв­ных воздействий, наблюдается увеличение временной сопротивления бетона — динамическая прочность., Че» меньше время т нагружения бетонного образца задан' ной динамической нагрузкой (или, что то же самое, чел больше скорость роста напряжений МПа/с), тем больци коэффициент динамической прочности бетона kd. Это] крэффициент равен отношению динамического времен? ного сопротивления сжатию Ra к призменной прочцоств! Rb (рис. 1.8, е). Например, если время нагружения ди^ намической разрушающей нагрузкой составляет 0,1, с, Коэффициент ka= 1,2. Это явление объясняют энергопоЗ глощающей способностью бетона, работающего в тече^ ние короткого промежутка нагружения динамической на-; грузкой только упруго.

Деформативность бетона

Виды деформаций. В бетоне различают деформации! двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех! направлениях под влиянием усадки, изменения темпера-| туры и влажности, и силовые, развивающиеся главны^5 образом вдоль направления действия сил. Силовым про-' дольным деформациям соответствуют некоторые попе - речные деформации, начальный коэффициент попереч^ ной деформации бетона v=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 многократно повторном действии нагрузки.

Объемные деформации. Деформации, вызванные усад­кой бетона, изменяются в довольно широком диапазоне: по данным опытов, для тяжелых бетонов es;«3-10~4 и более, а для бетонов на пористых заполнителях е«і» «4,5-Ю-4. Деформация бетона при набухании в 2—£ раз меньше, чем при усадке.

Деформации бетона, возникающие под влиянием из­менения температуры, зависят от коэффициента линей­ной температурной деформации бетош аы. При измене­ний температуры среды от —-50 до -+5® °С для тяжелого бетона и бетона на пористых заполшт-елях с кварцевым песком a6/=l-10~5 °С-1. Этот коэффициент зависит от вида цемента, заполнителей,, влажюстного состояния бетона и может изменяться в предел-ах ±30 %. Так, а6/=0,7- 10~5°С-1 для бетонюв на пер истых заполнйте - лях с пористым песком.

Деформации при однокра-гном Залужений Кратковре­менной нагрузкой. При одножратном загружении бетон­ной призмы кратковременно приложен иой нагрузкой де­формация бетона

8Ь = 8е+8рЬ (1.5)

Т. е. она образуется из ге — упругой н єрі — неупругой пластической деформаций (рис. 1.9). ІНебольщая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформацией упругого пос­ледействия еЕр. Если испытываемый оборазец загружать по этапам и замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после приложения нагрузки и через не­которое время после выдерж:ки под нагрузкой), то на диаграмме оь—еь получим ступенчатую линию, изобра­женную на рис 1.10, а. Деформации измеренные после приложения нагрузки, упругие и связагны с напряжения­ми линейным законом, а дефюрмации, развивающиеся за время выдержки под нагрузкой, неупругие; они увеличи­ваются с ростом напряжений, и на диаграмме оь—Еь Имеют вид горизонтальных площадок. При достаточно большом числе ступеней загр ужения зависимость между напряжениями и деформациями мож ет изображаться плавной кривой. Так же н п ри разгру зке, если на каж­дой ступени замерять дефор мации дважды (после сня­тия нагрузки и через некото>рое времш после выдержки под нагрузкой), то можно по»лучить ступенчатую линию, которую при достаточно большом числе ступеней раз­грузки можно заменить плавной кривой, но только уже вогнутой (см. рас. 1.9).

Таким образом, упругие деформации бетона соответ­ствуют лишь мгновенной скорости заг-ружения образца, в то время как неупругие де:формациш развиваются во

.Область

И деформациями в бетоне

Рис. 1.10. Диаграмма Сть—Еь При сжатии бетона в зависи­мости от

А — чясла этапов загру - жений; б — скорости за - груженин

Рис. 1.11. Диаграмма Оь—еь при длительном загружеиии бе­тонного образца

Времени и зависят от скорости загружения образца V, МПа/с. С увеличением скорости загружения при одном и том же напряжении оь неупругие деформации умень­шаются. Для различных скоростей загружения Vi>v2> >Уз кривые зависимости аь—еь изображены на рис. 1.10,6.

При растяжении бетонного образца также возникает деформация

Ebt — Bet + Bplj, (1.6)

Состоящая из &ET—упругой и EPi,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 аь—еь участок 0—1 характеризует деформации, возникающие при загружении, кривизна «этого участка зависит от скорости загружения; участок 1—2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений (рис. 1.11). F Свойство бетона, характеризующееся нарастанием не - Іупругих Деформаций при длительном действии нагруз - (ки, называют ползучестью бетона. Деформации ползуче­сти могут в 3—4 раза превышать упругие деформации.

MpH длительном действии постоянной нагрузки, если де - ормации 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. К

|{ Есяи бетонному образцу сообщить некоторое началь­ное напряжение оь и начальную деформацию є Ь , а за­ймем устранить возможность дальнейшего деформирова­вши наложением связей, то с течением времени напря­жения в бетоне начинают уменьшаться. Свойство бето­На, характеризующееся уменьшением с течением време­ни напряжений при постоянной начальной деформации, Называют релаксацией напряжений. | Ползучесть и релаксация имеют общую природу и |&казыв ают существенное влияние на работу железобе­тонных конструкций под нагрузкой.

Опыты с бетонными призмами показывают, что не-

Рис. 1.12. Деформации ползучести бетоиа в зависимости от

А — скорости начального загружепия; б — времени выдержки под на­грузкой T и напряжений аь

Рис. 1.13. Диа­грамма 06 — Вб при многократном по­вторном" загруже - нии бетонного об­разца

I'' зависимо от того, с какой скоростью загружения v было получено напряжение оы, конечные деформации ползу­чести, соответствующие этому напряжению, будут оди­наковыми (рис. 1.12, а). С ростом напряжений ползу­честь бетона увеличивается; зависимость деформации—■ время при напряжениях оы<оь2<оьз показана на рис. 1.12, б. Загруженный в раннем возрасте бетон обладает большей ползучестью, чем старый бетон. Ползучесть бе­тона в сухой среде значительно больше, чем во влажной. Технологические факторы также влияют на ползучесть бетона: с увеличением W/C и количества цемента на еди­ницу объема бетонной смеси ползучесть возрастает; с повышением прочности зерен заполнителей ползучесть уменьшается; с повышением прочности бетона, его класса ползучесть уменьшается. Бетоны на пористых за­полнителях обладают несколько большей ползучестью, чем тяжелые бетоны.

Природа ползучести бетона объясняется его структу­рой, длительным процессом кристаллизации и уменьше­нием количества геля при твердении цементного камня. Под нагрузкой происходит перераспределение напряже­ний с испытывающей: вязкое течение гелевой структур­ной составляющей на кристаллический сросток и зерна заполнителей. Одновременно развитию деформаций пол­зучести способствуют капиллярные явления, связанные С перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой. С течением времени процесс пере­распределения напряжений затухает и деформирование прекращается.

Ползучесть разделяют на линейную, при которой за­висимость между напряжениями и деформациями при­близительно линейная, и нелинейную. При напряжениях, превышающих границу образования структурных микро­трещин Rlrc, начинается ускоренное развитие деформа­ций, или нелинейная ползучесть. Такое разделение пол­зучести условно, так как в некоторых опытах наблюда­ется нелинейная зависимость оь—Гь даже при относи­тельно малых напряжениях. Отметим здесь существенно важное значение учета нелинейной ползучести для прак­тических расчетов предварительно напряженных изгиба­емых, внецентренно сжатых и некоторых других элемен­тов.

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