Влияние времени на работу железобетона: усадка и ползучесть бетона

На напряженное состояние железобетонных конструкций оказывает влияние не только внешняя нагрузка, приложенная к ней, но и те изменения физического характера, которые происходят в бетоне со временем. Сюда относятся:

1. Длительное нарастание прочности бетона и связанное с этим повышение его модуля упругости. В связи с этим фактором происходит некоторое перераспределение напряжений в конструкции: бетон принимает на себя большую нагрузку, а арматура разгружается; особенно это относится к сжатым элементам.
2. Усадка бетона вследствие неодинаковых упругих свойств обоих материалов и вместе с тем благодаря наличию достаточного сцепления железа с бетоном также вызывает в арматуре и в бетоне дополнительные напряжения противоположных знаков: в арматуре сжимающие, в бетоне растягивающие. Это - начальные напряжения в железобетоне. Вместе с тем вследствие усадки элементы железобетонных конструкций получают деформации: изменение длины, а при несимметричной арматуре и поворот поперечных сечений. Подобные перемещения в статически неопределимых железобетонных конструкциях являются причиной дополнительных усилий и моментов, а стало быть и дополнительных напряжений в конструкции; их называют вторичными напряжениями. Учет их может быть произведен обычными правилами строительной механики.
3. Третьим фактором влияния времени является «ползучесть» бетона (creep) то есть способность его накоплять пластин, деформации под действием длительно приложенной внешней нагрузки.

На основании опытов американской лабораторий установлено, что явление ползучести проявляется во всех бетонах и имеет длительно затухающий характер, причем величина получаемой бетоном деформации может быть выражена формулой с = σ б • f(t), где f(t) — некоторая функция времени.

По Freudenthal f(t) = α t / 1 + bt,

Где α и b — параметры, зависящие от качества бетона и условий его твердения.

Ползучесть бетона оказывает также влияние на изменение напряженного состояния в конструкциях: в сжатых элементах бетон разгружается, а в арматуре сжимающие напряжения увеличиваются; в изгибаемых элементах явление имеет аналогичный характер.

Необходимо отметить, что учет усадки и ползучести бетона по величине окончательной деформации, получаемой бетоном в конструкции, неправилен и дает преувеличенное представление о дополнительных напряжениях в конструкции: постепенное нарастание деформаций сказывается менее интенсивно на величине окончательных напряжений, что подтверждается и непосредственными опытами.

Распространение железобетонных конструкций во всякого рода сооружениях настолько многообразно, что не может быть заранее предусмотрено во всех своих возможных видах и песка комбинациях. Здесь мы рассмотрим различные конструкции и сооружения, где железобетон применяется наиболее часто со значительным техническим и экономическим эффектом.

К такого рода конструкциям относятся прежде всего основания и фундаменты под различные здания.