Последовательность изменения состояний

1 После бетонирования и твердения в процессе тепловой обработки происходят первые потери предварительных напряжений в арматуре в основной своей части

2 После приобретения бетоном необходимой прочности арматура освобождается с упоров форм и обжимает бетон; Предварительное напряжение в арматуре в результате быстро натекающей ползучести и упругого сжатия бетона уменьшается

3.При этом в следствии несимметричного армирования и внецентренного обжатия элемент получает выгиб.

С течением времени происходят вторые потери напряжения арматуры

4 После загружения внешней нагрузкой повышается напряжение обжатия в бетоне

5 При увеличении нагрузки напряжения в бетоне растянутой зоны достигают предельных растягивающих напряжений

6.Появление трещин.

 

ВОПРОС 11. Диаграмма деформирования бетона при статическом загружении. Модуль упругости, модуль деформаций, модуль сдвига, коэффициент Пуассона. Сцепление арматуры с бетоном. Анкеровка арматуры в бетоне.

Модуль упругости Юнга Е показывает отношение нормальных напряжений к относительным деформациям в пределах пропорциональности.Определяется опытным путем при испытании стандарт­ных образцов на растяжение. Так как нормальные напряжения в материале равны силе, деленной на начальную площадь сечения: σ = Р/F_о , а относительное удлинение ε - отношению абсолютной деформации к начальной длине ε _пр = Δ l/l_o

модуль Юнга согласно закону Гука можно выразить так Е = σ /ε _пр= Pl_o/F_oΔ l = tg α

При кратковременном действии нагрузки деформации бетона почти прямо пропорциональны напряжениям, кроме того такие деформации остаются упругими. При расчетах на кратковременное действие нагрузки (до 1-2 часов) значение приведенного модуля упругости на участках без трещин определяется по формуле: E_bп= φ _b1E_b (324.1)

где φ _b1= 0.85 - для тяжелых, мелкозернистых и легких бетонов на плотном мелком заполнителе; = 0.7 - для поризованных и легких бетонов на пористом мелком заполнителе.

При длительном действии нагрузки того же значения, деформации начинают увеличиваться до некоторого предела, например при σ = R_b - до точки 1 на диаграмме напряжений. После снятия нагрузки пластические деформации ε _пл останутся (потому они пластическими и называются), а при повторном загружении до указанного предела деформации будут прямо пропорциональны напряжениям. Процесс нарастания пластических деформаций с течением времени при постоянных нормальных напряжениях называется ползучестью бетона.

Рисунок 324.2
На рисунке 324.2 показана некоторая высота сжатой зоны сечения у, при которой нормальные напряжения σ будут прямо пропорциональны расстоянию от центра тяжести до рассматриваемой точки, это соответствует работе бетона в области условно упругих деформаций. При этом изменение деформаций можно рассматривать по зависимости, показанной на рисунке 324.2.а) или 324.2.б). Часто расчетами на прочность допускается наличие в сжатой области пластического шарнира, при котором изменяется эпюра напряжений и соответственно увеличивается значение деформаций:

Рисунок 324.3

На основании этого для упрощения расчетов обычно принимается двухлинейная (рис. 324.3. а) или трехлинейная (рис. 324.3.б) диаграмма состояния сжатого бетона. Согласно СП 52.101.2003 трехлинейная диаграмма выглядит так:

Рисунок 324.4

Где ε _b1= 0.6R_{b, n}/E_b1

Е_b1 - при кратковременном действии нагрузки принимается равным E_b, а при длительном действии нагрузки определяется по следующей формуле: E_b1= E_b/(1 + φ _{b, cr})

где φ _{b, cr} - коэффициент ползучести бетона, определяемый в зависимости от класса бетона и влажности окружающей среды. Таким образом учитывается третий фактор, влияющий на модуль упругости бетона. Модуль упругости бетона составляет 250-400∙ 10^-5 МПа

Коэффициент Пуассона μ показывает величину отношения относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению.
Под воздействием нагрузок не только увеличивается длина образца, но и уменьшается площадь рассматриваемого поперечного сечения. Для образца, имеющего круглое сечение, изменение площади сечения можно выразить так: ε _поп = Δ d/d_o
Тогда коэффициент Пуассона можно выразить следующим уравнением: μ =ε _поп/ε _пр
Модуль сдвига G показывает отношение касательных напряжений т к углу сдвига
Модуль сдвига G может быть определен опытным путем при испытании образцов на кручение.
При угловых деформациях рассматриваемое сечение перемещается не линейно, а под некоторым углом - углом сдвига γ к начальному сечению. Так как касательные напряжения равны силе, деленной на площадь в плоскости которой действует сила:
т = Р/F а тангенс угла наклона можно выразить отношением абсолютной деформации Δ l к расстоянию h от места фиксации абсолютной деформации до точки, относительно которой осуществлялся поворот: tgγ = Δ l/h то при малых значениях угла сдвига модуль сдвига можно выразить следующим уравнением: G = т /γ = Ph/FΔ l
Модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона связаны между собой следующим отношением: Е = 2(1 + μ )G

Сцепление арматуры с бетоном обеспечивается следующими факторами:

1. Химическое склеивание арматуры с бетоном.

2. Адгезия бетона и арматуры.

3. Сопротивление выступов на теле арматурного стержня упирающихся в бетонные консоли между данными выступами.

При этом, на долю последнего фактории приходится примерно 75% усилия сцепления бетона с арматурой, поэтому остальными факторами пренебрегают, кроме того, сами эти факторы имеют сильный разброс и сильно зависят от технологии возведения (например, температуры бетона и арматуры, водоцементного отношения и т.д.).

 

Длина анкеровки – необходимая длина заделки арматурного стержня в бетон, при которой усилие сцепления данного стержня с бетоном будет не менее предельного сопротивления стержня по материалу (по пределу текучести).

Длина анкеровки зависит от следующих факторов:

1. Класс бетона. Чем более прочным является бетон, тем сильнее сопротивляется перемещению заключенной в нем арматуры. Фактически длина анкеровки зависит от прочности бетона на растяжение, но с учетом того, что между классом бетона по прочности на сжатие и прочностью бетона на растяжение существует зависимость, принято считать, что длина анкеровки зависит от класса бетона по прочности на сжатие, хотя строго говоря, это не совсем верно.

2. Класс арматуры. Чем выше класс стали арматурного стержня, тем большее усилие способен обеспечить данный стержень по материалу (по пределу текучести), что приводит к необходимости большей заделки арматурного стержня в бетон.

3. Диаметр арматуры. Чем выше класс стали арматурного стержня, тем большее усилие способен обеспечить данный стержень по материалу (по пределу текучести), что приводит к необходимости большей заделки арматурного стержня в бетон. Можно говорить о том, что сопротивление стержня пропорционально площади его поперечного сечения, а следовательно второй степени диаметра, в то время как усилие сцепления стержня пропорционально площади поверхности сцепления, т.е. первой степени диаметра. Таким образом, при прочих равных факторах, с увеличением диаметра необходимая длина заделки возрастает пропорционально первой степени диаметра (или просто диаметру).

4. Профиль поверхности арматурных стержней. При наличии периодического профиля арматуры, бетон лучше сопротивляется перемещению арматурного стержня, так как для такого перемещения необходим срез консольных участков бетона в зонах между выступами на теле арматурного стержня.

5. Напряженное состояние бетона в направлении, перпендикулярном оси арматурного стержня. Данное напряженное состояние может возникать, например, на опорах изгибаемых элементах, где конец элемента обжимается опорной реакцией (точнее главными сжимающими напряжениями). Некоторое обжатие бетона повышает сцепление бетона с арматурой, т.к. возрастает усилие трения арматуры по бетону, кроме того для арматуры периодического профиля увеличивается несущая способность бетонных консолей между арматурными выступами. При малом обжатии бетона (менее 1/4 от расчетного сопротивления) влияние данного фактора не велико и расчетом не учитывается, при слишком большом усилии обжатия бетона (более 3/4 от расчетного сопротивления) начинается локальное разрушение бетона и данным фактором пренебрегают. Таким образом, данный фактор учитывают в расчете, если сжатие бетона в направлении перпендикулярном оси рассматриваемого стержня находится в диапазоне от четверти до трех четвертей от расчетного сопротивления сжатию.

6. Напряженное состояние бетона и арматуры. При вдавливании арматуры в бетон происходит расширение арматурного стержня, которому препятствует окружающий бетон, вследствие этого фактора при вдавливании арматуры в бетон сцепление выше, чем при выдергивании. Таким образом, при вдавливании арматурного стержня в бетон необходимая длина заделки будем меньше, чем при выдергивании. Можно выделить следующие виды напряженного состояния:

6.1 Растянутая арматура в растянутом бетоне. Данное напряженное состояние может возникать, например, в изгибаемых элементах без предварительного напряжения, где растяжение (например, нижней зоны в шарнирно-опертых балках вызывает растяжение одновременно и бетона, и арматуры).

6.2 Растянутая арматура в сжатом бетоне. Данное напряженное состояние может возникать, например, в предварительно напряженных элементах, где усилие от предварительного напряжения арматуры обжимает окружающий бетон.

6.3 Сжатая арматура в сжатом бетоне. Данное напряженное состояние может возникать, например, в сжатых элементах, где внешние усилия приводят одновременно к сжатию и бетона и арматуры.

6.4 Сжатая арматура в растянутом бетоне. Данное напряженное состояние может возникать, например, вследствие усадки бетона, что приводит к его растяжению и сжатию заключенной в нем арматуры при отсутствии внешних усилий, однако данное напряженное состояние является крайне редким, кроме того, усилия от усадки как правило, не учитываются в расчетах напрямую, в связи с чем при определении длины анкеровки данный вид напряженного состояния не рассматривается.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: