Open Library - открытая библиотека учебной информации. Деформативность бетона


Деформативность бетона |

Деформативность бетона

Виды деформаций. В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности, и силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации, начальный коэффициент поперечной 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 в при многократно повторном действии нагрузки.

Объемные деформации. Деформации, вызванные усадкой бетона, изменяются в довольно широком диапазоне. Деформация бетона при набухании в 2—5 раз меньше, чем при усадке.

Деформации бетона, возникающие под влиянием изменения температуры, зависят от коеффициента линейной температурной деформации бетона.

Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой. Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформадьей упругого последействия. Если испытываемый образец загружать по этапам и замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержжи под нагрузкой), то на диаграмме получим ступенчатую линию. Деформации измеренные после приложения нагрузки, упругие и связаны с напряжениями линейным законом, а деформации, развивающиеся за время выдержки под нагрузкой, неупругие; они увеличиваются с ростом напряжений, и на диаграмме имеют вид горизонтальных площадок. При достаточно большом числе ступеней загр ужения зависимость между напряжениями и деформациями может изображаться плавной кривой. Так же и при разгрузке, если на каждой ступени замерять деформации дважды (после снятия нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой), то можно получить ступенчатую линию, которую при достаточно большом числе ступеней разгрузки можно заменить плавной кривой, но только уже вогнутой.

Таким образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, в то время как неупругие деформации развиваются во времени и зависят от скорости загружения образца v, МПа/с. С увеличением скорости загружения при одном и том же напряжении неупругие деформации уменьшаются.

При растяжении бетонного образца также возникает деформация состоящая из упругой и 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.

Свойство бетона, характеризующееся нарастанием деформаций при длительном действии нагрузки, называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3—4 раза превышать упругие деформации. При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в 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.

Если бетонному образцу сообщить некоторое начальное напряжение оь и начальную деформацию , а затем устранить возможность дальнейшего деформирования 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 оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой. Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения v было получено напряжение, конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми. С ростом напряжений ползучесть бетона увеличивается. 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 способствуюг 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, начинается ускоренное развитие деформаций, или нелинейная ползучесть. Такое разделение ползучести условно, так как в некоторых опытах наблюдается нелинейная зависимость 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, ползучести и усадки. Однако в то время как усадка носит характер объемной деформации, ползучесть развивается главным образом в направлении действия усилия.

Деформации бетона при многократно повторном действии нагрузки. Многократное повторение циклов загружения и разгрузки бетонной призмы приводит к постепенному накапливанию неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов эти неупругие деформации, соответствующие данному уровню напряжений, постепенно выбираются, ползучесть достигает своего предельного значения, бетон начинает работать упруго. Такой характер деформирования наблюдается лишь при напряжениях, не превышающих предел выносливости. При больших напряжениях после некоторого числа циклов неупругие деформации начинают неограниченно расти, что приводит к разрушению образца, при этом кривизна линии меняет знак, а угол наклона к оси абсцисс последовательно уменьшается.

При вибрационных нагрузках с большим числом повторений в минуту (200—600) наблюдается ускоренное развитие ползучести бетона, называемое виброползучестью, или динамической ползучестью.

Предельные деформации бетона перед разрушением — предельная сжимаемость еиь и предельная растяжимость — зависят от прочности бетона, его класса, состава, длительности приложения нагрузки. С увеличением класса бетона предельные деформации уменьшаются, но с ростом длительности приложения нагрузки они увеличиваются. В опытах при осевом сжатии призм наблюдается предельная сжимаемость бетона (0,8…3)10-3, в среднем ее принимают равной 2-10_3. В сжатой зоне изгибаемых элементов наблюдается большая, чем у сжатых призм, предельная сжимаемость, зависящая от формы поперечного сечения и относительной высоты сжатой зоны, (2,7…4,5) 10-3; при уменьшении ширины поперечного сечения книзу и в тавровых сечениях еиь уменьшается, а при уменьшении относительной высоты сжатой зоны увеличивается. Она зависит также от насыщения продольной арматурой. Сжимаемость бетона значительно возрастает, если при его загружении происходит пропорциональное возрастание деформаций ; в этом случае на диаграмме напряжения — деформации появляется нисходящий участок. Учет работы бетона на нисходящем участке диаграммы имеет существенно важное значение для расчета ряда конструкций.

Предельная растяжимость бетона в 10—20 раз меньше предельной сжимаемости, в среднем ее принимают равной l,5-10-4; бетоны на пористых заполнителях имеют несколько большую предельную растяжимость. Предельная растяжимость бетона существенно влияет на сопротивление образованию трещин в растянутых зонах железобетонных конструкций.

midas-beton.ru

Деформативность бетона - строительство

Деформативность бетона

Виды деформаций. В бетоне различают деформации двух основных видов: объемные, развивающиеся во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности, и силовые, развивающиеся главным образом вдоль направления действия сил. Силовым продольным деформациям соответствуют некоторые поперечные деформации, начальный коэффициент поперечной 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 в при многократно повторном действии нагрузки.Объемные деформации. Деформации, вызванные усадкой бетона, изменяются в довольно широком диапазоне. Деформация бетона при набухании в 2—5 раз меньше, чем при усадке. Деформации бетона, возникающие под влиянием изменения температуры, зависят от коеффициента линейной температурной деформации бетона. Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой. Небольшая доля неупругих деформаций в течение некоторого периода времени после разгрузки восстанавливается (около 10 %). Эта доля называется деформадьей упругого последействия. Если испытываемый образец загружать по этапам и замерять деформации на каждой ступени дважды (сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержжи под нагрузкой), то на диаграмме получим ступенчатую линию. Деформации измеренные после приложения нагрузки, упругие и связаны с напряжениями линейным законом, а деформации, развивающиеся за время выдержки под нагрузкой, неупругие; они увеличиваются с ростом напряжений, и на диаграмме имеют вид горизонтальных площадок. При достаточно большом числе ступеней загр ужения зависимость между напряжениями и деформациями может изображаться плавной кривой. Так же и при разгрузке, если на каждой ступени замерять деформации дважды (после снятия нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой), то можно получить ступенчатую линию, которую при достаточно большом числе ступеней разгрузки можно заменить плавной кривой, но только уже вогнутой. Таким образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, в то время как неупругие деформации развиваются во времени и зависят от скорости загружения образца v, МПа/с. С увеличением скорости загружения при одном и том же напряжении неупругие деформации уменьшаются. При растяжении бетонного образца также возникает деформация состоящая из упругой и 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. Свойство бетона, характеризующееся нарастанием деформаций при длительном действии нагрузки, называют ползучестью бетона. Деформации ползучести могут в 3—4 раза превышать упругие деформации. При длительном действии постоянной нагрузки, если деформации ползучести нарастают свободно, напряжения в 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.Если бетонному образцу сообщить некоторое начальное напряжение оь и начальную деформацию. а затем устранить возможность дальнейшего деформирования 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 оказывают существенное влияние на работу железобетонных конструкций под нагрузкой. Опыты с бетонными призмами показывают, что независимо от того, с какой скоростью загружения v было получено напряжение, конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми. С ростом напряжений ползучесть бетона увеличивается. 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 способствуюг 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, начинается ускоренное развитие деформаций, или нелинейная ползучесть. Такое разделение ползучести условно, так как в некоторых опытах наблюдается нелинейная зависимость 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, ползучести и усадки. Однако в то время как усадка носит характер объемной деформации, ползучесть развивается главным образом в направлении действия усилия.Деформации бетона при многократно повторном действии нагрузки. Многократное повторение циклов загружения и разгрузки бетонной призмы приводит к постепенному накапливанию неупругих деформаций. После достаточно большого числа циклов эти неупругие деформации, соответствующие данному уровню напряжений, постепенно выбираются, ползучесть достигает своего предельного значения, бетон начинает работать упруго. Такой характер деформирования наблюдается лишь при напряжениях, не превышающих предел выносливости. При больших напряжениях после некоторого числа циклов неупругие деформации начинают неограниченно расти, что приводит к разрушению образца, при этом кривизна линии меняет знак, а угол наклона к оси абсцисс последовательно уменьшается. При вибрационных нагрузках с большим числом повторений в минуту (200—600) наблюдается ускоренное развитие ползучести бетона, называемое виброползучестью, или динамической ползучестью. Предельные деформации бетона перед разрушением — предельная сжимаемость еиь и предельная растяжимость — зависят от прочности бетона, его класса, состава, длительности приложения нагрузки. С увеличением класса бетона предельные деформации уменьшаются, но с ростом длительности приложения нагрузки они увеличиваются. В опытах при осевом сжатии призм наблюдается предельная сжимаемость бетона (0,8. 3)10-3, в среднем ее принимают равной 2-10_3. В сжатой зоне изгибаемых элементов наблюдается большая, чем у сжатых призм, предельная сжимаемость, зависящая от формы поперечного сечения и относительной высоты сжатой зоны, (2,7. 4,5) 10-3; при уменьшении ширины поперечного сечения книзу и в тавровых сечениях еиь уменьшается, а при уменьшении относительной высоты сжатой зоны увеличивается. Она зависит также от насыщения продольной арматурой. Сжимаемость бетона значительно возрастает, если при его загружении происходит пропорциональное возрастание деформаций ; в этом случае на диаграмме напряжения — деформации появляется нисходящий участок. Учет работы бетона на нисходящем участке диаграммы имеет существенно важное значение для расчета ряда конструкций. Предельная растяжимость бетона в 10—20 раз меньше предельной сжимаемости, в среднем ее принимают равной l,5-10-4; бетоны на пористых заполнителях имеют несколько большую предельную растяжимость. Предельная растяжимость бетона существенно влияет на сопротивление образованию трещин в растянутых зонах железобетонных конструкций.

2007 - 2011 Betony.ru

Рекомендуем ознакомится: http://betony.ru

fix-builder.ru

Деформации бетона.

Рис. 12. Схема для определениямодуля

Для расчета железобетонных конструкций пользуютсясредним модулем или модулем упругопластичности бетона, представляющим собой тангенс угла наклона секущей в точке на кривой σb – εb с заданным напряжением (рис. 12):

.

Зависимость между начальным модулем упругости бетона и модулем упругопластичности:

,

где - коэффициент упругопластичных деформаций бетона;ν изменяется от 1 до 0,15.

С увеличением уровня напряжений в бетоне и длительности действия нагрузки коэффициент ν уменьшается.

3.6. Деформативность бетона

Виды деформаций бетона:

  1. Объемные – во всех направлениях под влиянием усадки, изменения температуры и влажности.

  2. Силовые – от действия внешних сил.

Бетону свойственно нелинейное деформирование, поэтому силовые деформации в зависимости от характера приложения нагрузки и длительности ее действия делят на 3 вида: деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой, деформации при длительном действии нагрузки и деформации при многократно повторяющемся действии нагрузки.

      1. 3.6.1. Деформации при однократном загружении кратковременной нагрузкой

Деформация бетона: (рис. 7),

где εе – упругая деформация, εpl – упругопластическая деформация.

Если образец загружать по этапам и замерять деформации дважды – сразу после приложения нагрузки и через некоторое время после выдержки под нагрузкой, получим ступенчатую линию (рис. 8). При достаточном числе загружений, ступенчатая линия зависимости σb – εb может быть заменена плавной кривой. Таком образом, упругие деформации бетона соответствуют лишь мгновенной скорости загружения образца, а неупругие развиваются во времени.

Рис. 7. Диаграмма зависимости между напряжениями и деформациями в бетоне

При сжатии и растяжении:

I – область упругих деформаций; II – область пластических деформаций;

1 – загрузка; 2 – разгрузка; εbu – предельная сжимаемость;εbtu – предельная растяжимость;

εер – доля неупругих деформаций, восстанавливающихся после разгрузки.

С увеличением скорости загружения V при одном и том же напряжении σb неупругие деформации уменьшаются (рис. 9).

Рис. 8. Диаграмма σb – εb в сжатом бетоне при Рис. 9. Диаграмма σb – εb в сжатом бетоне при

различном числе этапов загружения. различной скорости загружения.

      1. 3.6.2. Деформации при длительном действии нагрузки

При длительном действии нагрузки обнаруживается постепенное снижение сопротивления бетона (ниспадающая ветвь диаграммы σb – εb). При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются.

Участок 0-1 (рис. 10) характеризует деформации, возникающие при загружении. Участок 1-2 характеризует нарастание неупругих деформаций при постоянном значении напряжений.

Свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях, называютползучестью бетона

studfiles.net

План лекции Структура бетона Виды прочности бетона Деформативность бетона Марки и классы бетона структура бетона

План лекции Структура бетона Виды прочности бетона Деформативность бетона Марки и классы бетона структура бетона

План лекции Структура бетона Виды прочности бетона Деформативность бетона Марки и классы бетона структура бетона.

Лекция 1 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА План лекции.

Структура бетона.

Виды прочности бетона.

Деформативность бетона.

Марки и классы бетона.

1. СТРУКТУРА БЕТОНА Теории твердения бетона.

Кристаллизационная – (Ле Шателье 1887 г.). Согласно этой теории вяжущие, растворяясь в воде, дают перенасыщенный раствор, затем из него выпадают новообразования вследствие их меньшей растворимости в воде.

Коллоидная – (Михаэлис, 1893 г.). При взаимодействии цемента с водой образуются гели оксидов цемента, склеивающие частицы негидратированного цемента и заполнителя.

Комплексная – (Байков А.А. 1948 г.). Согласно этой теории, образование структуры бетона происходит в три этапа.

образование раствора, насыщенного по отношению к продуктам реакций.

переход новообразований в раствор в гелеобразном виде.

перекристаллизация коллоидных частиц в большие кристаллы и образование сростка.

Ни одна теория не была подтверждена экспериментально. ^ 2. Виды прочности БЕТОНА.

Прочность при срезе и скалывании.

Под чистым срезом понимают разделение элементов на части по сечению, к которому приложены перерезывающие силы. Под чистым скалыванием понимают взаимное смещение (сдвиг) частей элемента между собой под действием скалывающих (сдвигающих) усилий.

^ Прочность при многократно повторных нагрузках.

Под прочностью бетона при многократно повторных (подвижных или пульсирующих нагрузках) R r (предел выносливости бетона) понимают напряжение, при котором количество циклов нагрузки и разгрузки, необходимых для разрушения образца, составляет не менее 1 000 000.

^ 3. Деформативность бетона.

Под деформативностью твердых тел понимают их свойство изменять размер и форму под влиянием различных факторов.

В бетоне различают деформации двух основных видов.

силовые – проявляются под действием приложенных внешних нагрузок и развиваются в направлении их действия.

несиловые (собственные деформации бетона) – проявляются вследствие изменения температуры и влажности окружающей среды. Эти деформации являются объемными и развиваются одинаково во всех направлениях.

Деформативность твердых тел обусловлена их физической природой. поэтому разделение деформаций на силовые и несиловые, предполагающее их взаимонезависимость, является условным. В действительности силовые и несиловые деформации взаимосвязаны. Например, изменение влажности или температуры образцов приводит к изменению механических характеристик (модуль упругости, меры ползучести) и тем самым способствуют проявлению силовых деформаций. ^ 3.1. силовые Деформации бетона Силовые деформации бывают мгновенными (фиксируются в момент наблюдения, развиваются одновременно с изменением напряжения и прекращаются мгновенно, как только стабилизируются напряжения) и запаздывающими . В литературе принято силовые деформации условно разделять на линейные (пропорциональные напряжению) и нелинейные (непропорциональные напряжениям). Линейные мгновенные деформации являются упругими. Под нелинейными понимают мгновенные пластические и запаздывающие деформации.

Бетон является материалом с ярко выраженными нелинейными мгновенными и запаздывающими деформациями, так называемыми упруго-пластическими свойствами. Уже при небольших напряжениях в нем кроме упругих (восстанавливающихся) деформаций развиваются необратимые (остаточные). Эти деформации зависят от характера приложения и длительности действия нагрузки, возраста бетона и режима нагружения.

Для бетона силовые деформации подразделяют на три вида: при однократном загружении кратковременной нагрузкой, при длительном действии нагрузки и при многократно повторяющейся нагрузке.

^ Деформации при однократном загружении.

кратковременной нагрузкой Для испытания возьмем серию бетонных призм и будем нагружать их по эталонному режиму в несколько этапов (уровней напряжения). Деформации замеряем дважды: сразу после приложения нагрузки (мгновенные деформации) и через некоторое время после выдержки под нагрузкой (запаздывающие деформации.

Кривые зависимости «напряжения-деформации» (диаграммы ) получаются при этом ступенчатой формы. При большом числе ступеней загружения зависимость может изображаться плавной кривой, кривизна которой меняется по мере увеличения уровня напряжения.

Т.о. полная деформация бетона в любой момент времени состоит из упругой и пластической частей. Доля пластической деформации возрастает с увеличением длительности действия нагрузки, понижением прочности бетона, увеличением . при менее прочных заполнителях.

После разгрузки около 10…15 % пластических деформаций восстанавливаются. Эти деформации называются деформациями упругого последействия.

При растяжении бетона наблюдается аналогичная картина.

Рис.3.1. Диаграмма при однократном загружении кратковременной нагрузкой.

Рис.3.1. Анализ диаграммы при однократном загружении кратковременной нагрузкой. О деформативных свойствах бетона при приложении нагрузки судят по его модулю деформации, т.е. отношению напряжения к относительной деформации, вызываемой действием этого напряжения. Чем выше модуль деформации, тем менее деформативен материал.

^ Модуль полных деформаций бетона при однократном осевом сжатии кратковременной нагрузкой является величиной переменной, геометрически его определяют как тангенс угла наклона касательной к кривой в точке с заданным напряжением.

где — масштабно-размерный коэффициент.

В расчетах железобетонных конструкций удобнее использовать начальный модуль упругости бетона . Устанавливают его при определенном значении Начальный модуль упругости геометрически представляется как тангенс угла наклона касательной, проведенной из начала координат к диаграмме деформирования бетона.

Для взаимосвязи полных деформаций бетона с напряжениями применяют условный модуль упругопластичности . который определяют как тангенс угла наклона секущей, проведенной из начала координат диаграммы в точку с заданным напряжением.

Рис.3.2. Зависимость между деформациями и напряжениями бетона В расчетах часто зависимость между начальным модулем упругости и модулем упругопластичности бетона выражают через коэффициент упругопластичности.

Выразим напряжения через соответствующие модули упругости.

Поскольку левые части в приведенных выражениях равны, то равны и правые части.

откуда где — коэффициент упругопластичности бетона. Этот коэффициент зависит от длительности действия нагрузки и характера окружающей среды. При кратковременном действии нагрузки принимают , при длительном действии.

При осевом растяжении диаграмма также криволинейна. Начальные модули упругости при растяжении и сжатии могут быть приняты одинаковыми. Тогда модуль упругопластичности бетона при растяжении.

где — коэффициент упругопластичности бетона при растяжении.

На практике используют эмпирические зависимости модуля упругости от различных факторов. Для расчета железобетонных конструкций важна зависимость модуля упругости от класса бетона В.

Из многочисленных эмпирических формул, используемых для установления зависимости между начальным модулем упругости и классом для тяжелого бетон при сжатии, можно привести формулу.

для легкого бетона где — плотность бетона, кг/м 3 ; В – класс бетона, МПа.

Значение при тепловой обработке бетона снижается на 10 %, при автоклавной – на 25 %. Бетоны на пористых заполнителях обладают в 1,5…2 раза меньшим значением начального модуля упругости, поэтому являются более деформативными по сравнению с бетонами на плотных заполнителях.

Наряду с продольными деформациями при загружении образца проявляются и поперечные деформации бетона. Отношение поперечных деформаций к продольным деформациям называют коэффициентом поперечной деформации или коэффициентом Пуассона (для бетона ,п.5.1.15 [2.

Значение модуля сдвига бетона принимают по установленной в теории упругости зависимости.

Важное значение для расчета конструкций и оценки их поведения под нагрузкой имеют предельные деформации, при которых начинается разрушение бетона. По (п.5.1.12 [2]), предельные деформации бетона при осевом сжатии – (непродолжительное действие нагрузки) и (при продолжительном действии нагрузки в зависимости от влажности (табл.5.6.

Предельные деформации бетона при растяжении составляют (непродолжительное действие нагрузки) и (при продолжительном действии нагрузки в зависимости от влажности (табл.5.6). т.е. примерно в 10…15 раз меньше, чем при сжатии.

^ Предельные деформации при сжатии можно увеличить, применяя более деформативные заполнители и переменяя достаточно надежное сцепление между заполнителями. При растяжении повышаются при введении пластифицирующих добавок, использовании белитовых цементов, уменьшении крупности заполнителей и при применении заполнителей с высокими деформативными свойствами и хорошим сцеплением с цементным камнем.

Как показывают опыты и практика эксплуатации зданий, при продолжительном действии постоянной нагрузки деформации каменных, бетонных и железобетонных конструкций не остаются неизменными, а увеличиваются во времени.

Процесс деформирования остается неравновесным весьма длительное, а теоретически – неограниченное время; развитие деформаций, следуя за напряжениями, запаздывает во времени. Конечные полные деформации могут за 3…4 года в несколько раз превышать мгновенные деформации. Ползучестью называют свойство бетона, характеризующееся нарастанием неупругих деформаций при длительном действии нагрузки. Деформации ползучести обусловлены его структурными несовершенствами. Полная величина ползучести в некоторых случаях может в 3…4 раза превышать упругие деформации. Наиболее интенсивно ползучесть нарастает в течение 3…4 месяцев, затем затухает во времени вследствие перераспределения напряжений с вязкой составляющей геля на кристаллический сросток и заполнитель.

Рис.3.3. Деформации ползучести [6, Рис. 2.8] Различают ползучесть линейную и нелинейную.

Линейная ползучесть имеет место при и обусловлена, главным образом, уплотнением геля. При этом происходит перераспределение под нагрузкой напряжений с гелевой структуры на цементный камень и зерна заполнителя. Для линейной ползучести увеличение деформаций ползучести примерно пропорционально увеличению напряжений.

Нелинейная ползучесть начинает развиваться при увеличении напряжений . При этом в бетоне образуются микротрещины и начинается ускоренное нарастание деформаций, обусловленных ломкой структурных новообразований. Нелинейная ползучесть обусловливает перераспределение напряжений по высоте бетонных сечений и в статически неопределимых железобетонных конструкциях.

При проектировании предварительно напряженных жбк нормы учитывают быстронатекающую ползучесть бетона, под которой понимают ползучесть бетона, проявляющуюся непосредственно после нагружения бетона и длительно действующую ползучесть.

Рис.3.4. Ползучесть линейная и нелинейная [лекция.

Факторы, влияющие на ползучесть.

Величина напряжений (с ростом уровня напряжений ползучесть увеличивается.

Возраст бетона (бетон с раннем возрасте обладает большей ползучестью, чем старый бетон, т.к. цементного геля в молодом бетоне больше.

Вид и количество цемента на 1 куб. м бетона (у высокомарочных цементов. у которых процесс образования кристаллических структур протекает быстро, ползучесть меньше.

Вид и прочность заполнителя (применение прочного и более крупного заполнителя приводит к уменьшению ползучесть, заполнители препятствуют развитию ползучести.

Прочность бетона, его состав (бетоны на пористых заполнителях обладают большей ползучестью по сравнению с тяжелыми бетонами.

В/Ц отношение (с понижением в/ц ползучесть уменьшается.

Влажность бетона и окружающей среды (в жарком и сухом климате ползучесть развивается быстрее и за более короткий период времени достигает своего максимума.

Температура окружающей среды (при отрицательных температурах ползучесть ниже, чем при нормальной положительной температуре.

Предыстория деформирования (возраст бетона, величина прочности в момент нагружения и пр.

Размеры испытуемого образца (у малых образцов проявляется большая ползучесть, чем у больших.

Качество уплотнения бетонной смеси.

Для количественной оценки ползучести при напряжениях не более используют меру ползучести.

Под мерой ползучести понимают относительную деформацию бетона при накопившуюся к моменту времени t при загружении образцов в и приходящуюся на 1 МПа действующего постоянного напряжения. (геометрически мера ползучести равна тангенсу угла наклона к оси напряжений секущей хорды, проходящей через начало координат.

Рис.3.5. Осредненная зависимость меры ползучести от класса бетона В . (рис. 3.5. Кумпяк.

СНиП 52-01-2003.

СН 52-101-2003.

СНиП 2.03.01-84.

Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для вузов под ред. В.М. Бондаренко, — М. Высш. шк. 2002.-876 с.

О.Г. Кумпяк и др. Железобетонные конструкции. Часть 1. Учебное издание. – М. Изд-во АСВ, 2003.- 280 с.

Попов Н.Н. Чарыев М. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. пособие. – М. Высш.шк. 1996. – 255 с.

otvali.ru

Деформативность бетона

Дом Деформативность бетона

просмотров - 116

Деформации бывают силовые, развивающиеся под действием внешних сил, и температурно-влажностные, развивающиеся, в результате взаимодействия бетона с внешней средой.

Деформации бетона под нагрузкой. Различают силовые деформации при однократном кратковременном, длительном, а также многократно-повторном нагружениях.

Рисунок 1.3 – Диаграммы деформирования бетона: а) – при ступенчатом нагружении; б) – кривая полных деформаций; в) – при длительном нагружении; I – полные деформации; II – при мгновенном нагружении

1. Деформации при однократном кратковременном нагружении. Наибольшее практическое значение имеют деформации при осœевом сжатии. В случае если бетонную призму нагружать по этапам, замеряя деформации дважды: сразу после приложения нагрузки и через неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ время после выдержки под нагрузкой, то на диаграмме «» получают ступенчатую линию (рис. 1.3,а). Полные деформации будут складываться из упругих е, возникающих непосредственно после приложения нагрузки, и пластических Р1, развивающихся во времени. Кривая полных деформации показана на рис. 1.3,б. Из диаграммы видно, что при небольших напряжениях () бетон можно рассматривать как упругий материал (участок 0—/). При возникают неупругие деформации, вызванные уплотнением геля (участок /— 2). После образования микротрещин Rb,crcрост пластических деформаций становится более интенсивным (участок 2—3). При дальнейшем увеличении нагрузки микротрещины объединяются и образец разрушается — точка 4 соответствует предельному сопротивлению образца Rbи деформациям ь,си. В случае если по мере падения сопротивления бетона удается в той же мере снижать нагрузку, то может быть получен нисходящий участок диаграммы (4—5). Знать, как работает бетон на этом участке, важно для ряда конструкций и видов нагружения.

При разгрузке с некоторого уровня напряжений, соответствующего восходящей ветви, до нуля в образце будут иметь место остаточные деформации, которые со временем несколько уменьшаются (примерно на 10%). Это явление принято называть упругим последействием ер. Характер диаграммы «» бетона при растяжении аналогичен рассмотренному (рис. 1.3,б).

Связь между напряжениями и деформациями при небольших напряжениях () устанавливается законом Гуна =ь/Еb, где Еb— начальный модуль упругости, Еb = tg=b/ь (см. рис. 1.3,б). Модуль упругости зависит от марки бетона (см. табл. 2.1). При b >0,2 Rb (зависимость «» нелинœейная, модуль в каждой точке диаграммы — переменный, Еb =d/d= tgи определœение полных деформаций является затруднительным.

Для практических расчетов было предложено выражать напряжения через полные деформации бетона с помощью упругопластического модуля деформаций Еb,pl = tg(см. рис. 1.3,б).

Выразив одно и то же напряжение в бетоне через упругие и полные деформации, получают

откуда (1.5)

где — коэффициент, характеризующий упруго-пластическое состояние сжатого бетона; он изменяется от 1 (при упругой работе) до 0,45 при кратковременном нагружении; при длительном действии нагрузки = 0,1...0,15.

При растяжении (1.6)

где t— коэффициент, характеризующий упругопластическое состояние бетона при растяжении, t = 0,5. Модуль сдвига бетона:

(1.7)

где — коэффициент поперечных деформаций, для всœех видов бетонов = 0,2, при этом Gb =0,4Еb.

2. Деформации при длительном действии нагрузки. При длительном действии нагрузки неупругие деформации бетона с течением времени увеличиваются. Наибольшая интенсивность нарастания неупругих деформаций наблюдается в первые 3...4 мес.

Ползучестью называют свойство бетона увеличивать неупругие деформации при длительном действии постоянной нагрузки. Различают ползучесть линœейную и нелинœейную. Линœейная ползучесть имеет место при b < 0,5 Rb и обусловлена главным образом уплотнением геля. При этом происходит перераспределœение под нагрузкой напряжений с гелœевой структуры на цементный камень и заполнители. Увеличение деформаций ползучести примерно пропорционально увеличению напряжений. При b > 0,5 Rb в бетоне возникают микротрещины, линœейная зависимость нарушается, наступает нелинœейная ползучесть,

Ползучесть бетона затухает во времени, так как вследствие перераспределœения усилий напряжения в гелœе снижаются, а упругость кристаллического сростка возрастает.

Опыты показывают, что независимо от того, с какой скоростью v достигнуто напряжение b, конечные деформации ползучести, соответствующие этому напряжению, будут одинаковыми (рис. 1.3,в).

Деформации ползучести увеличиваются с уменьшением влажности среды, увеличением В/Ц и количества цемента. Бетон, нагруженный в более раннем возрасте, обладает большей ползучестью. С повышением прочности бетона и прочности заполнителя ползучесть уменьшается. У малых образцов при прочих равных условиях ползучесть проявляется сильнее, чем у больших.

Для аналитического описания явления ползучести предложены различные теории. При этом полученные на их основе математические зависимости сложны для использования в практических расчетах и в большинстве своем справедливы лишь для определœенных условий. По этой причине на практике применяют упрощенные, линœейные зависимости, связывающие напряжения в бетоне с деформацией ползучести. Правомерность такого подхода подтверждается и тем обстоятельством, что при эксплуатационных нагрузках в большинстве конструкций напряжения в сжатом бетоне b < 0,5 Rb, ᴛ.ᴇ. имеет место линœейная ползучесть.

Для количественного определœения деформаций ползучести при сжатии обычно вводят понятия меры и характеристики ползучести.

Мера ползучести Сt представляет собой относительную деформацию ползучести в момент времени t, соответствующую приращению напряжения 0,1 МПа. При напряжениях в бетоне b

(1.8)

• Характеристика ползучести равна отношению деформаций ползучести в момент времени t к мгновенной деформации

(1.9)-

Предельные значения Сt и будут при t=•( Сt ==С; =). Между мерой и характеристикой ползучести существует связь

откуда . Значения для обычных тяжелых бетонов изменяются в пределах 1...4.

Предельные деформации бетона, ᴛ.ᴇ. деформации перед разрушением, зависят от многих причин и изменяются в значительных пределах. Для расчетов принимают: при осœевом кратковременном сжатии = 2·10-3, длительном = 2,5·10-3, при изгибе и внецентренном сжатии = 3,5·10-3, при центральном растяжении =1,5·10-4.

Деформации при многократно-повторных нагружениях. Многократно-повторные нагружения и разгрузки бетонных образцов приводят к накапливанию неупругих деформаций. После достаточно большого количества циклов пластические деформации достигают предельного значения и бетон начинает работать упруго. Такой характер работы имеет место, когда напряжения в бетоне не превышают предела выносливости. При больших многократных напряжениях неупругие деформации возрастают, вызывая разрушение образца.

Температурно-влажностные деформации бетона:

1. Деформации бетона от действия температуры. Твердение бетона сопровождается выделœением теплоты, и при последующем неравномерном остывании появляются значительные температурные деформации. Температурные деформации возникают также в конструкциях, подверженных атмосферным воздействиям или изменениям технологических температур. Особое значение имеют температурные воздействия на бетон массивных конструкций (к примеру, гидротехнических) и статически неопределимых систем большой протяженности, вызывая дополнительные усилия в элементах (см. рис. 11.4). Определœение температурных деформаций бетона производят по формулам сопротивления материалов, принимая средний коэффициент линœейной температурной деформации при —50°С<t<+50°С равным 1·10-5 град-1.

2. Влажностные деформации бетона. Бетон, твердея в различных средах, изменяет свой объем.

Свойство бетона уменьшаться в объеме при твердении в сухой среде называют усадкой, при твердении во влажной среде бетон увеличивается в объеме — происходит набухание. Различают усадку обратимую — связанную с испарением свободной воды в цементном камне и обусловленную капиллярными явлениями (натяжением менисков в порах бетона), и необратимую, происходящую в результате потери химически связанной влаги на гидратацию цемента и, как следствие, уменьшения объема геля.

Усадка зависит от возраста бетона: наиболее интенсивно она протекает в первые дни, затем постепенно затухает. Усадка тем больше, чем больше содержание в бетоне цемента͵ воды и чем ниже влажность окружающей среды. При твердении в воде увеличивается количество свободной воды в цементном камне, что вызывает явление, обратное усадке, — набухание.

Усадка повышает сцепление бетона с арматурой, вызывая ее обжатие, что является положительным фактором. При этом неравномерная усадка разных слоев бетона (у поверхности — в большей степени, во внутренних слоях— в меньшей) приводит к наличию «собственных» напряжений (внутренние слои препятствуют свободной усадке поверхностных слоев, в результате чего в последних возникает растяжение) и возникновение усадочных трещин, что нежелательно. Особенно существенно влияние усадки в массивных конструкциях.

Снижение усадки достигается подбором состава бетона (уменьшением объема пор), увлажнением поверхности в период вызревания бетона (особенно в первые дни) и т. п.

Читайте также

  • - Деформативность бетона

    Динамическая прочность бетона Прочность бетона при многократно повторяемых нагрузках При действии многократно повторяемых нагрузок прочность бетона сжатию под влиянием развития структурных микротрещин уменьшается. Предел прочности бетона (предел... [читать подробенее]

  • - Деформативность бетона

    Классы и марки бетона. Прочность бетона Основы прочности. В бетонном образце, подвергнутом сжатию, напряжения концентрируются на более жестких частицах, обладающих большим модулем упругости, вследствие чего по плоскостям соединения этих частиц возникают... [читать подробенее]

  • - Деформативность бетона.

    Классы и марки бетона. В зависимости от назначения железобетонных конструкций и условий эксплуатации устанавливают показатели качества бетона, основными из которых являются: n класс по прочности на осевое сжатие В(МПа) – временное сопротивление сжатию бетонных... [читать подробенее]

  • - Деформативность бетона.

    Классы и марки бетона. В зависимости от назначения железобетонных конструкций и условий эксплуатации устанавливают показатели качества бетона, основными из которых являются: n класс по прочности на осевое сжатие В(МПа) – временное сопротивление сжатию бетонных... [читать подробенее]

  • oplib.ru


    Смотрите также