Воздействия усадки бетона
|
Усадка бетона обусловливается главным образом физико-химическими и капиллярными явлениями, происходящими в гелевой структурной составляющей цементного камня. Относительные деформации свободной усадки бетона (если ничто не сопротивляется его деформациям), так же как и деформации свободной ползучести бетона под постоянной нагрузкой, развиваются во времени t по затухающему закону, описываемому формулой  Величина εу весьма изменчива и зависит от очень многих факторов, в том числе от влажностного режима твердения бетона, абсолютных размеров элемента, наличия гидроизоляции на поверхности бетона, состава бетона, сорта цемента и др. В сталежелезобетонных конструкциях, как и в железобетонных, деформации усадки протекают несвободно, причем сдерживающее влияние жестких и мощных стальных частей сказывается на деформациях усадки гораздо сильнее, чем арматуры железобетона. В результате сопротивления стали возникают внутренние напряжения от усадки — растягивающие в бетоне и сжимающие в тех стальных частях, которые находятся в контакте с бетоном. Поскольку центры тяжести сечений стали и бетона обычно не совпадают, весь сталежелезобетонный элемент изгибается (выпуклостью вниз, если плита расположена сверху и элемент обладает внешней статической определимостью); при этом на противоположной от бетона фибре стального сечения появляются, как правило, растягивающие напряжения. Итоговое укорочение бетона оказывается существенно меньше деформации свободной усадки. Результаты ряда экспериментов достаточно хорошо подтверждают гипотезу плоских сечений при деформациях усадки. Под длительным воздействием напряжений, возникающих при несвободной усадке, в бетоне проявляется ползучесть, которая в свою очередь уменьшает напряжения от усадки бетона. Эти два явления весьма сложно взаимодействуют друг с другом во времени и, имея достаточно близкую физическую природу, составляют по существу единый процесс. Исследованиям усадки бетона применительно к сталежелезобетонным конструкциям посвящен ряд работ как за рубежом, так и в Советском Союзе. Представляют интерес, в частности, серии опытов, проведенных в СибАДИ и НИИЖТе. В обеих работах исследовалась как свободная усадка бетона в отдельных плитах, так и усадка бетона в образцах объединенных балок. Полученные очень большие конечные относительные деформации свободной усадки εу, достигавшие 6*10-4 и даже несколько более, можно объяснить малой толщиной плит (6—12 см), недостаточным увлажнением бетона в период твердения и другими особенностями. При наименьшем размере образца 15—25 см, соответствующем обычной толщине железобетонной плиты в мостах, при нормальном начальном увлажнении (не менее семи суток) и нормальной влажности воздуха получается обычно εу = 3*10-4. Влияние влажности воздуха на относительные деформации свободной усадки в работе было получено в виде формулы  По данным некоторых опытов первая, начальная, часть деформаций усадки протекает в объединенных балках относительно свободно при слабой связи бетона со сталью и без появления в них заметных напряжений. Другие опыты этого не подтверждают, и данный вопрос остается до настоящего времени спорным. Тем не менее расчетную величину относительной деформации усадки в бётоне сталежелезобетонных пролетных строений при отсутствии более обоснованных технических данных принимают εу = 2*10-4 (для монолитной конструкции), т. е. в полтора раза меньше обычной полной величины свободной усадки. Этим учитывают слабое сопротивление начальным деформациям усадки и частичную релаксацию напряжений от усадки при многократно повторных воздействиях временных нагрузок, вызывающих некоторые пластические деформации в бетоне. Весьма сложным вопросом учета ползучести при расчете на усадку бетона в составе сталежелезобетонного сечения много занимались немецкие исследователи, предложившие различные методы расчета. Наиболее простой метод, предложенный проф. Е.Е. Гибшманом, заключается в том, что при расчетах на усадку бетон учитывают в составе сталежелезобетонного сечения с эффективным модулем упругости Ey = 0,5 Еб. Как было показано ранее, при учете ползучести бетона под постоянными нагрузками и воздействиями при φк = 1,5 эффективный модуль упругости бетона Eэ в сталежелезобетонных конструкциях составляет обычно (0,32/0,37) Еб. Напряжения в бетоне от постоянных нагрузок и воздействий имеют максимум в начале процесса ползучести и постепенно уменьшаются (в конечном счете обычно на 25—45%). Напряжения же от усадки, напротив, возрастают по мере протекания длительных процессов от нуля до своей конечной величины. В начальный период, когда должны были бы проявиться относительно наибольшие деформации ползучести, напряжения от усадки близки к нулю, и соответственно ползучесть почти не проявляется. Следовательно, итоговое влияние ползучести на напряжения от усадки должно быть меньше, чем на напряжения от постоянных нагрузок и воздействий. Это и учитывают тем, что для расчетов на усадку принимают эффективный модуль упругости бетона Ey, который меньше отличается от обычного модуля Еб, чем эффективный модуль Eэ, принимаемый для расчета на постоянные нагрузки и воздействия. В работе показана нецелесообразность применения точных методов учета ползучести в расчетах на усадку бетона впредь до уточнения количественных парам усадки и ползучести (εу и φк), их взаимосвязи и зависимости от многих факторов. Учитывая, кроме того, что усадка бетона не имеет все же решающего значения для работы сталежелезобетонных конструкций, Технические указания BCH 92-63 допускают применять для учета ползучести в расчетах на усадку бетона наиболее простой метод, принимая бетон с эффективным модулем упругости Ey = 0,5 Еб. В большинстве случаев это дает некоторый запас в величинах усадочных напряжений. При сборной железобетонной плите значительная часть усадки бетона успевает, как правило, проявиться до объединения плиты со стальной конструкцией, поэтому напряжения от усадки бетона оказываются существенно сниженными. Для определения величины относительной деформации усадки, подлежащей учету в объединенной конструкции при сборной плите, предложена следующая формула:  Для величины е-ξеto рекомендуются следующие значения:  Необходимо, однако, отметить, что при проектировании интервал t0 обычно неизвестен. Кроме того, после пропаривания усадка существенно уменьшается, что не учтено в формуле (109). В Технических условиях CH 200-62 и Технических указаниях BCH 92-63 рекомендуется при отсутствии более точных данных принимать при сборной конструкции εу = 1*10-4, что можно считать достаточно обоснованным. Величины εу для сборной и монолитной плиты являются одновременно и нормативными, и расчетными, поскольку коэффициент перегрузки для воздействий усадки бетона принимают согласно Техническим условиям CH 200-62 равным единице или нулю. |
