6. Ползучесть железобетона

Ползучесть железобетона является следствием пол­зучести бетона. Стальная арматура, как и при усадке, становится внутренней связью, препятствующей свобод­ным деформациям ползучести. В железобетонном эле­менте под нагрузкой стесненная ползучесть приводит к перераспределению усилий между арматурой и бетоном.

Рис. 1.37. Перераспределение на­пряжений в арматуре и бетоне) сжатой железобетонной призмы вследствие ползучести бетона

а - схема железобетонной призмы; б - бетон класса В40; в - то же, В15

Ползучесть и усадка железобетона протекают одно­временно и совместно влияют на работу конструкции.

7. Защитный слой бетона

Защитный слой бе­тона необходим для совместной работы арматуры с бе­тоном на всех стадиях изготовления, монтажа и эксплу­атации конструкций, он защищает арматуру от внешних воздействий, высокой температуры, агрессивной среды и т. п. Толщина защитного слоя бетона на основании опы­та эксплуатации железобетонных конструкций устанав­ливается в зависимости от вида и диаметра арматуры, размера сечений элемента, вида и класса бетона, усло­вий работы конструкции и т.д.

Толщина защитного слоя бетона для продольной ар­матуры ненапрягаемой или с натяжением на упоры дол­жна быть не менее диаметра стержня или каната; в пли­тах и стенках толщиной до 100 мм —10 мм; в плитах и стенках толщиной более 100 мм, а также балках высо­той менее 250 мм — 15 мм; в балках высотой 250 мм и более — 20 мм; в сборных фундаментах—30 мм. Толщина защитного слоя бетона у концов продольной напрягаемой арматуры на участке передачи усилий с арматуры на бетон должна составлять не менее двух диаметров стержня из стали классов A-IV, Ат-IV или арматурного каната и не менее трех диаметров стержня классов A-V, A-VI, Ат-V, At-VI. Причем толщину защитного слоя бетона на указанном участке длины элемента принимают не менее 40 мм для стержневой арматуры всех классов и не менее

20 мм для арматурного каната. Защитный слой бетона при наличии стальных опорных деталей допускается у концов элемента принимать та­ким же, как и для сечения в пролете.

Толщина защитного слоя бетона для продольной на­прягаемой арматуры, натягиваемой на бетон и распола­гаемой в каналах (расстояние от поверхности конструк­ции до ближайшей к ней поверхности канала), должна быть не менее 20 мм и не менее половины диаметра ка­нала, а при диаметре арматурного пучка 32 мм и более еще и не менее этого диаметра.

Расстояние от концов продольной ненапрягаемой ар­матуры до торца элементов должно быть не менее 10 мм, а для сборных элементов большой длины (панелей дли­ной более

12 м, ригелей - более 9 м, колонн - более 18 м) - не менее 15 мм. Минимальную толщину защитного слоя бетона для поперечных стержней каркасов и хомутов при высоте сечения элемента менее 250 мм принимают 10 мм, при высоте сечения элемента 250 мм и более - 15 мм.

II.2. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА СЕЧЕНИИ

1. Метод расчета по допускаемым напряжениям

Метод расчета прочности сечений изгибаемых элемен­тов по допускаемым напряжениям исторически сформи­ровался первым; в нем за основу взята стадия II напря­женно-деформированного состояния и приняты следующие допущения: 1) бетон растянутой зоны не работает, растягивающее напряжение воспринимается арматурой; 2) бетон сжатой зоны работает упруго, а зависимость между напряжениями и деформациями линейная соглас­но закону Гука; 3) нормальные к продольной оси сече­ния плоские до изгиба остаются плоскими после изгиба, т. е. гипотеза плоских сечений.

Как следствие этих допущений, в бетоне сжатой зоны принимается треугольная эпюра напряжений и постоян­ное значение отношения модулей упругости материалов ν=Es/Eb.

Рис. З. К расчету балки прямоугольного сечения по допускаемым напряжениям

Рассматривается приведенное однородное сечение, в котором площадь сечения арматуры As заменяется площадью сечения бетона, равной νA_s. Исходя из равенства деформаций двух материалов ε_s = σ_s/E_s = ε_b = σ_b/Е_b ; с помощью числа v устанавливается зависимость между напряжениями в арматуре и бетоне: σ_s=νσ_b

Краевое напряжение в бетоне определяется как для приведенного однородного сечения

σ_b=M_x / I_red; напряжения в растянутой и сжатой арматуре: σ_s =ν M(h₀-x) / I_red;

σ`<sub>s</sub> =ν M(x-a`) / I_red

где ho=h – а - рабочая высота сечения; h- полная высота сечения; а - расстояние от оси, нормальной к плоскости изгиба и проходящей через центр тяжести сечения растянутой арматуры, до внешнего рас­тянутого края сечения; а' - расстояние от оси, нормальной к плос­кости изгиба и проходящей через центр тяжести сечений сжатой ар­матуры, до внешнего сжатого края сечения; х - высота сжатой зоны сечения.

Высоту сжатой зоны сечения х находят из условия, что статический момент приведенного сечения относи­тельно нейтральной оси равен нулю:

S_red= bx²/2 + νA`<sub>s</sub> (х – а`) - νA_s (h₀ — х) = 0;

Момент инерции приведенного сечения Ir_ed= bx³/3 + νA_s (h₀ – x) + νA`<sub>s</sub> (x — a`)² = 0

Напряжения в бетоне и арматуре ограничивались до­пускаемыми напряжениями, которые устанавливались как некоторые доли временного сопротивления бетона сжатию σ_b=0,45 R (где R — марка бетона, принимаю­щаяся равной кубиковой прочности бетона) и предела текучести арматуры σ_s=0,5σ_y.

Основной недостаток метода расчета сечений по до­пускаемым напряжениям заключается в том, что бетон рассматривается как упругий материал. Действительное распределение напряжений в бетоне по сечению в ста­дии II не отвечает треугольной эпюре напряжений, а ν-число не постоянное, зависящее от значения напряжения в бетоне, продолжительности его действия и других фак­торов. Не помогает и установление разных значений чис­ла ν в зависимости от марки бетона. Установлено, что действительные напряжения в арматуре меньше вычис­ленных. Этот метод расчета не только не дает возмож­ности спроектировать конструкцию с заранее заданным коэффициентом запаса, но и не позволяет определить истинные напряжения в материалах. В ряде случаев при­водит к излишнему расходу материалов, требует уста­новки арматуры в бетоне сжатой зоны и др.

Особенно ярко выяснились недостатки метода при внедрении в практику новых видов бетона (тяжелых бе­тонов высоких марок, легких бетонов на пористых запол­нителях) и арматурных сталей более высокой прочно­сти.