Вы находитесь здесь:Строительство»ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЧИН НА ДЕФОРМАЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЧИН НА ДЕФОРМАЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Среда, 15 Январь 2014 01:58 Автор 
Оцените материал
(0 голосов)

Для оценки величины деформаций в сооружении прежде всего необходимо рассмотреть основные причины их возникновения. Это относится и к подземным сооружениям, которые подвержены значительным нагрузкам от горных пород, грунтов, воды и пр.

Общеизвестно, что основными причинами проявления деформаций в сооружении являются нагрузки и воздействия (далее по тексту "нагрузки"), классификация которых подробно изложена в нормативных документах - СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия" [10].

Согласно классификации СНиП, основным критерием подразделения нагрузок является продолжительность их действия, в соответствии с которой различают постоянные и временные, в т.ч. длительные, кратковременные и особые нагрузки.

На наш взгляд, в дополнение к существующей классификации следует ввести еще один уточняющий критерий - кратность действия нагрузок. Тогда все виды нагрузок можно подразделить на две условные группы - нагрузки однократного действия и нагрузки многократного, циклического действия. Такая классификация применительно к конструктивным решениям по обустройству деформационных швов имеет ряд преимуществ:

  • исходные параметры деформационного шва определяются по величине и сочетанию однократных нагрузок;
  • эксплуатационные параметры деформационного шва подбираются в зависимости от интенсивности воздействия на элементы конструкции многократных нагрузок; при этом следует учитывать возможность необратимых изменений в конструкциях от однократных нагрузок.

Однократные нагрузки воздействуют на сооружение только единожды, в определенный период времени, иногда весьма продолжительный. Многократные нагрузки непрерывно повторяются, причем интенсивность их действия и интервалы между ними могут изменяться.

По предлагаемой классификации к однократным нагрузкам, вызывающим однократные деформации, следует отнести:

  • равномерную осадку сооружения в целом;
  • неравномерную осадку элементов или отдельных частей сооружения;
  • усадку, вызванную процессами схватывания, твердения и вызревания бетона;
  • пластические деформации (например, прогиб конструкций, изгиб стоек и т.п.), вызванные статическими воздействиями;
  • ползучесть в элементах сооружения, являющуюся следствием длительных статических воздействий.

К многократным нагрузкам, которые приводят к возникновению циклических деформаций, можно отнести:

  • динамические воздействия;
  • набухание или высыхание материалов при изменении их влажности;
  • химические взаимодействия материала конструкции и агрессивных сред, которые также можно отнести и к однократным причинам;
  • изменения объема конструкции от колебаний температуры окружающей среды.
  • Прежде чем перейти к детальному анализу воздействий указанных причин на деформации сооружений и их влияние на разрабатываемое конструктивное решение деформационных швов, следует учитывать, что при наличии различных сочетаний воздействий и особенностей конструкций проводимый анализ не может быть исчерпывающим.

В работе рассматриваются только те нагрузки и воздействия, а также их сочетания, которые следует учитывать при разработке конструкций деформационных швов (кроме швов мостовых сооружений).

Основное внимание следует уделять анализу причин объемных деформаций сооружения, таким как:

  • усадка бетона;
  • изменение относительной влажности воздуха;
  • химические взаимодействия, происходящие в бетоне конструкций;
  • колебания температуры окружающей среды;
  • явление ползучести бетона.

Влияние усадки бетона

Одной из основных причин, вызывающих деформации конструкции, которые не зависят от нагрузки на сооружение, является усадка бетона - способность бетона к изменению объема в процессе твердения, приводящая к возникновению внутренних напряжений.

Усадка бетона - комплексное явление; существуют не одна, а как минимум четыре разновидности усадки [1] - пластическая, гидратационная, гидравлическая, термическая. Иногда к этим разновидностям еще добавляют усадку от карбонизации бетона [2].

Условно деформацию усадки бетона можно разделить на: деформацию после укладки бетонной смеси под воздействием физических процессов (пластическая или первоначальная усадка) и деформацию бетона под воздействием физико-химических процессов (гидратационная, гидравлическая и термическая усадки).

Пластическая или первоначальная усадка наблюдается в бетонной смеси после ее укладки (до начала схватывания). В течение этого периода вода затворения еще химически не связана с составляющими цемента, и в этой связи могут наблюдаться два физических процесса - испарение воды с открытой поверхности и седиментационное осаждение твердых частиц смеси с постепенным уплотнением. Этот вид усадки достаточно хорошо изучен.

Величина пластической усадки зависит от состава бетонной смеси, свойств использованных материалов и внешних условий. Так, например, применение жестких бетонных смесей с низким водоцементным отношением, использование водоудерживающих добавок, значительное содержание крупного заполнителя, высокий процент армирования, защита поверхности от испарения воды могут уменьшить конечную величину пластической усадки.

Гидратационная усадка или усадка при внутреннем обезвоживании бетона вызывается тем, что объем образовавшихся гидратов цементного теста меньше объема безводных веществ и воды. Иногда этот вид усадки называют контракционной деформацией или контракцией.

Этот вид усадки развивается в период интенсивного протекания химических реакций между цементом и водой и не столько изменяет внешние размеры изделия, сколько способствует изменениям поровой структуры материала, приводя к образованию воздушных пор и уменьшению объема пор, занимаемых водой.

Гидравлическая усадка, или, как ее еще называют, влажностная усадка, проявляется после схватывания бетона и вызывается испарением влаги и ее перераспределением в скелете цементного камня. Гидравлическая усадка проявляется гораздо медленнее, чем пластическая, а ее величина значительно меньше. Эта разновидность усадки зависит от продолжительности и условий выдерживания бетона, вида составляющих бетонной смеси, их расхода, гранулометрии инертных заполнителей, формы конструкции, процента армирования.

Термическая усадка происходит в раннем возрасте и вызывается понижением температуры бетона, когда вслед за его разогревом в результате экзотермии при гидратации цемента следует охлаждение, а также в результате воздействия температуры окружающей среды, колебания которой могут быть значительными. Обе эти причины часто сочетаются. Эту разновидность усадки зачастую игнорируют, и деформации бетона, обусловленные ею, объясняют другими причинами. В целом термическая усадка, когда она складывается с усадкой гидравлической, превышает значение теплового расширения бетона.

Прогнозирование усадки. Усадку нельзя ликвидировать полностью, но ее можно ограничить и/или оценить с той или иной достоверностью. Какова же величина окончательной усадки, как она изменяется во времени и каким образом ее можно вычислить?

Известно несколько достаточно простых способов определения величины усадки бетона. Так, в работе [3] приводится аналитический способ оценки относительной усадки бетона в возрасте 7 суток е (7) и окончательной относительной усадки е (°о).

Значение относительной усадки бетона е (7) (при известных характеристиках состава бетонной смеси), твердеющего во влажных условиях в течение tm< 7 сут., определяют по формуле:



где: Ку - безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,14-106 для тяжелых и 0,16-10-6 для мелкозернистых бетонов; В я v- удельное (по объему) количество воды затворения и содержание вовлеченного воздуха в уплотненной бетонной смеси, л/м3.

Количество вовлеченного воздуха в бетонной смеси (v) в формуле (1) принимают: для бетонов с воздухововлекающими добавками - по фактическим данным, а при отсутствии таких данных равным 30 л/м3; для бетонов с пластифицирующими добавками, включая добавки суперпластификаторов, равным 10 л/м3.

Значения е (7) для бетонов на крупном заполнителе при отсутствии данных о характеристиках состава бетонной смеси принимают по табл. 1.



Для бетонов, подвергнутых тепловлажностной обработке, значения е (7), вычисленные по формуле (1) или принятые по данной таблице, следует умножить на коэффициент, равный 0,9.

Например, из данных таблицы 1 следует, что для бетона класса более В25 с осадкой конуса 5-6 см значение е (7) составляет 400-106, что соответствует величине относительной деформации усадки бетона 0,0004 м/м или 0,4 мм/м. Таким образом, бетонная конструкция длиной 1 м через 7 суток уменьшится на 0,4 мм; длиной 10 м - на 4 мм, длиной 100 м - на 40 мм и т.д.

Предельные значения относительных деформаций усадки бетона (окончательную деформацию усадки) е (°°), используемые в расчетах, вычисляют по формуле:



где: Е,. - коэффициенты, принимаемые по таблицам 2, 3 и 4.

Модуль открытой поверхности элемента М =F/V, где: F -площадь поверхности элемента, открытой для испарения влаги, м2; V - объем элемента, м3. Для стержневых элементов модуль открытой поверхности допускается вычислять по формуле М-Р/А, где Р - периметр поперечного сечения, соответствующий указанной открытой поверхности, м; А - площадь поперечного сечения элемента, м2.

Относительную влажность среды принимают согласно заданию на проектирование, при отсутствии этих требований -по отраслевым ТУ. Для конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе, ее устанавливают в зависимости от климатического района расположения сооружения, согласно СНиП 23-01-99 [11], как среднюю относительную влажность воздуха наиболее жаркого месяца.

Для ТУ климатического района, согласно СНиП 23-01-99, относительную влажность воздуха рекомендуется устанавливать как среднемесячную влажность, соответствующую времени загружения (начала высыхания) элементов конструкции.

Для элементов типовых конструкций, климатический район эксплуатации для которых не известен, допускается принимать коэффициент Е,з равным 1.



При необходимости можно оценить относительную деформацию усадки на момент времени t по формуле:



е (°°) - предельное значение относительной деформации усадки с момента начала твердения бетона, определяемое по формуле (2);

а - параметр, характеризующий скорость нарастания деформаций усадки во времени; принимается в зависимости от модуля открытой поверхности Мо элемента конструкции по табл. 5.



Значения параметра а увеличивают на 30%, если усадка начинается в летнее время года (июль), и уменьшают на 50% при начале усадки в зимнее время года (январь); в промежуточных случаях применяют линейную интерполяцию.

Весьма простой, графоаналитический метод оценки влияния различных факторов на относительную деформацию усадки бетона изложен в работе [2].

Предельное значение относительной деформации усадки данного бетона е можно определить из выражения:



где: е (°°) - предельное значение деформаций усадки бетона из смеси определенного состава в заданных исходных условиях; Е,. - безразмерные коэффициенты, учитывающие относительное влияние: водоцементного отношения (В/Ц), содержания цементного теста, приведенных размеров образца г, см (г = А/Р, где А и Р - соответственно площадь (см2) и

периметр (см) поперечного сечения) и относительной влажности воздуха

Значения безразмерных поправочных коэффициентов ?,. для обычного тяжелого бетона в выражении (4) принимают по данным рис. 1. Их изменение позволяет ориентировочно оценить влияние различных факторов на усадку бетона.

Для определения фактического значения предельной относительной деформации усадки данного бетона предлагается предварительно определить величину е (°о). При определении е(оо) принимают В/Ц = 0,5; ЦТ = 20%; V = 2,5 см; ю= 70%. В исходном выражении (4) отсутствует коэффициент, учитывающий влияние возраста бетона к моменту начала протекания усадки, поскольку продолжительность начального твердения бетона во влажных условиях мало отражается на предельной усадке бетона.

К недостаткам этого метода следует отнести то, что он позволяет проводить только сравнительную оценку возможных значений предельной относительной деформации усадки бетона, при этом определение фактических значений требует дополнительных исследований. Кроме того, нельзя прогнозировать изменение усадки бетона во времени.

Аналогичный, графоаналитический метод прогнозирования величины усадки бетона, лишенный указанных недостатков, представлен в работе [1].

Следует добавить, что это один из немногих примеров, в которых учитываются не только характеристики используемых составов бетона, условия их применения, изменение усадки во времени, но и степень армирования бетонной конструкции.

В этом случае предельную относительную усадку можно рассчитать по формулам:

для неармированного бетона:





для железобетона:



значения которого приведены на рис. 3. Однако, как отмечают авторы [1], этот график все же не характеризует картину полностью, так как скорость усадки зависит от размеров конструкции.

В этой же работе [1] приводятся нормируемые значения, согласно которым окончательную относительную величину усадки бетона можно принимать равной 150 мкм/м для влажных районов, 200 мкм/м для районов умеренного климата, 300 мкм/м для районов сухого и жаркого климата и 400 мкм/м для районов очень сухого и жаркого климата.

Достаточно простой способ определения предельной относительной деформации усадки железобетона во времени предложен в работе [4].



Величина предельной относительной усадки ?у(°°) нормируется в зависимости от подвижности бетонной смеси и условий твердения бетона. Значения этих величин представлены в табл. 6.



От момента изготовления конструкции до конкретного рассматриваемого момента времени достигнутая величина усадки е (t) составляет:



Значения к приведены на рис. 4.



Усадка железобетонных конструкций при схватывании и твердении вносит существенный вклад в общую деформативность сооружения, которая реализуется в элементах деформационных швов. Поэтому в данном разделе были подробно рассмотрены достаточно простые способы оценки величины этой усадки. Эти способы в зависимости от имеющейся информации позволят с той или иной достоверностью, уже на стадии проектирования, учесть усадку бетона при разработке конструкций деформационных швов.

Влияние изменения относительной влажности воздуха на усадку конструкций

Большинство строительных материалов, в том числе и бетон, имеют сильно развитую и достаточно открытую капиллярно-пористую структуру, благодаря чему могут поглощать влагу из окружающей среды (гигроскопическое увлажнение) либо впитывать (сорбировать) воду при непосредственном соприкосновении с ней.

Способность строительных материалов сорбировать влагу и десорбировать ее при определенных условиях изучена недостаточно, и этому вопросу при оценке возможных объемных деформаций возведенного сооружения не придается особого значения. Между тем отсутствие внимания к этим я млениям достаточно часто является причиной многих повреждений в конструкциях.

Так, например, после нескольких лет пребывания на воздухе бетон приобретает равновесную гигроскопическую влажность, величина которой зависит от характеристик пористости материала и условий окружающей среды. Для плотных тяжелых бетонов равновесная гигроскопическая влажность весьма незначительна - 2-3%, но в легких и ячеистых бетонах, обладающих развитой системой пор, она может достигать соответственно 7-8 и 20-25%. Максимальное водошм лощение (влагоемкость) тяжелого бетона достигает 4-8% по массе (10-20% по объему).

Изменение содержания воды в материале приводит К изменению объема, т.е. к объемным деформациям: при высыхании элемента происходит испарение воды и уменьшение объема, при увлажнении - наоборот.

Объемные деформации, наступающие вследствие изменения относительной влажности, зависят от тех же факторов, что и при температурных воздействиях [5].



В общем, длина строительного элемента изменяется в зависимости от коэффициента линейной деформации под влиянием увлажнения или высыхания. При этом следует отметить, что величины деформаций увлажнения значительно меньше величин деформаций высыхания материалов. Таким образом, наиболее целесообразно при проектировании учитывать изменения объема, характеризующиеся перепадом минимального и максимального содержания влаги. Величины предель ных относительных деформаций ? основных строительных материалов, соответствующих максимальному изменению влагосодержания, представлены в табл. 7 [5].

При использовании этих показателей для оценки возможных объемных деформаций конструкции следует учитывать, что:

  • данные таблицы 7 справедливы для стабилизированных материалов, как, например, бетон в возрасте >28 сут., высушенная древесина и т.д.;
  • влажность материала элемента в момент монтажа - "монтажное увлажнение" -является исходным значением, с которого начинаются деформации этого вида.

 

germostroy.ru

Спонсор статьи - компания Строительные материалы и комплектующие

Прочитано 1436 раз


Последние статьи Строительство

В Контакте

Случайные Публикации

Реклама на портале

По вопросам размещения рекламы обращайтесь

по тел. (4212) 658-653, 637-673 , на эл.почту Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. или он-лайн

Будем рады взаимовыгодному сотрудничеству!

Ваше мнение

Собираетесь ли вы в ближайшем будущем брать ипотеку?

Да - 72.4%
Нет - 13.8%
Уже взял - 3.4%
Что такое ипотека - 10.3%

Всего голосов:: 29
The voting for this poll has ended on: %28 %b %2015 - %04:%Июль