Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


ОБРАЗОВАНИЕ И РАСКРЫТИЕ ТРЕЩИН В БЕТОНЕ

Трещины в железобетонных конструкциях могут быть вызваны условиями твердения бетона (его усадкой) или силовыми и деформационными воздействиями (внешней нагрузкой, осадкой опор, изменением температуры). Трещины от силовых и деформационных воздействий чаще всего возникают в растянутых зонах сечений, реже — в сжатых.

Трещины в растянутом бетоне, незаметные на глаз, появляются даже в безукоризненно выполненных конструкциях, что обусловлено малой растяжимостью бетона, неспособного следовать за значительными удлинениями арматуры при достаточно высоких рабочих напряжениях. Опыт строительства и эксплуатации сооружений позволяет говоря о том, что эти трещины не опасны (представляют значительное сопротивление проникновению влаги к арматуре) и не нарушают общей монолитности железобетона.

Трещины в сжатых частях обычно указывают на несоответствие размеров сечения усилиям обжатия. Они опасны для прочности конструкции и речь о них не идет.

Вопросы прочности бетона при растяжении и его предельной растяжимости при образовании трещин изложены были выше. Здесь отметим лишь, что по данным ряда исследователей наличие арматуры в растянутом бетоне влияет на характер распределения внутренних усилий и повышает растяжимость бетона. Однако большинство исследований не дает оснований считать, что введение в растянутый бетон арматуры при обычном ее содержании заметно влияет на неупругис свойства бетона. Предельная растяжимость армированного бетона при появлении трещин незначительно превышает предельную растяжимость при разрыве неармированного и правильнее было бы говорить не о предельной растяжимости как о характеристике материала, а об отдалении момента появления видимых невооруженным глазом трещин при одновременном увеличении их количества и более равномерном распределении в бетоне. Само собой разумеется, что распределенное (“дисперсное”) армирование способствует, по сравнению с сосредоточенным, более равномерному распределению усилии по сечению, перекрывает некоторые начальные трещины, сглаживает пики напряжений и тем самым улучшает условия сопротивления бетона растяжению.

В зависимости от характера силовых воздействий в железобетонных изгибаемых конструкциях могут образоваться в общем случае трещины, нормальные к продольной оси и наклонные (рис. 2.9): первые в зоне чистого изгиба, вторые — в зоне совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил. При этом можно выделить два основных типа наклонных трещин. Трещины первого типа появляются в зоне действия больших изгибающих моментов и начинаются от растянутой грани конструкции. Они, как правило, появляются первыми и вначале направлены нормально к ней, а затем искривляются в сторону груза. Если обеспечена трещиностойкость нормальных сечений и обжатие бетона к опорам не уменьшается, то образование таких трещин практически исключается.

На определенном этапе нагружения в зонах с преобладающим влиянием поперечных сил появляется трещины второго типа. Они возникают в средней части высоты конструкции с наклоном к ее продольной оси и по мере роста нагрузки развиваются в сторону груза и в сторону опоры. Такие трещины в коротких балках при больших поперечных силах, а также в предварительно напряженных балках двутаврового сечения с тонкой стенкой могут появляться раньше нормальных.

В конструкциях, работающих на изгиб с кручением, характер трещин, их наклон зависят от направления главных растягивающих напряжений, действующих в процессе трещинообразования и связанных с параметрами внешних силовых воздействий. При действии крутящих моментов характерными являются спиральные трещины, развивающиеся по всему контуру сечения, при действии крутящих моментов в сочетании с изгибом — спиральные трещины, развивающиеся только в зоне, растянутой от совместного действия изгибающего и крутящего моментов.

Трещины понижают жесткость конструкции, облегчают доступ влаги и агрессивных газов к арматуре.

В процессе образования трещин различают три этапа: возникновение трещин, когда они могут быть невидимыми, появление трещин, когда они видны невооруженным глазом (шириной 0,05...0,1 мм), и раскрытие трещин до предельно возможного значения.

Для конструкций с обычным содержанием арматуры можно считать, что появление трещин совпадает с их возникновением, и поэтому можно говорить о двух этапах процесса развития трещин — их появления и раскрытия.

Наиболее полно картина трещинообразования в растянутом бетоне проявляется в зоне чистого изгиба, так как последовательность появления и развития трещин в этой зоне не зависит ни от соотношения М, Т и Q , ни от градиента напряжений.

В силу неоднородности бетона трещин в бетоне в зоне чистого изгиба появляются не одновременно. В наиболее слабых местах расстояние между ними в 2...3 раза превышает среднее расстояние между трещинами в стадии эксплуатации. Напряжения арматуры в сечениях с трещинами, когда они только появляются, os сгс сразу увеличиваются до 150...200 МПа.

С увеличением нагрузки появляются новые трещины. Блоки между первичными трещинами в процессе трещинообразования делятся, как правило, на 2...3 участка, так что расстояния между трещинами становятся примерно одинаковыми. Весь процесс трещинообразования по мере нарастания нагрузки носит затухающий характер и в работе конструкции наступает момент, когда новые трещины уже не появляются, а рост нагрузки сопровождается только раскрытие старых трещин. Стабилизация трещинообразования наступает при напряжениях в арматуре в сечениях с трещинами в пределах 250...300 МПа.

Экспериментальные исследования позволяют выделить при нагружении балки следующие характерные (в определенной степени идеализированные) состояния в процессе трещинообразования.

Состояние 1, предшествующее появлению нормальных трещин (рис. 2.10, а), характеризуется равномерным распределением деформаций арматуры и бетона в зоне чистого изгиба и совместностью их деформаций.

Состояние 2, соответствующее появлению первых трещин (рис. 2.10, б). Напряжения в арматуре в сечениях с трещинами резко возрастают, а в бетоне падают до нуля. Нарушается совместность деформаций арматуры и бетона на участках, примыкающих к трещинам.

Состояние 3, предшествующее стабилизации трещинообразования (рис. 2.10, в), характеризуется появлением новой группы трещин. В связи с увеличением нагрузки напряжения в арматуре возрастают. Увеличивается и зона ее заанкеривания, расстояния же между трещинами существенно уменьшаются. При таком состоянии в блоках возможны как участки, на которых совместность деформаций арматуры и бетона нарушена, так и участки, длина которых превышает удвоенную длину зоны заанкеривания арматуры. Деформации бетона близки к предельным, что говорит о значительных нарушениях его структуры. Однако в силу депланации бетона на участках заанкеривания указанные нарушения ограничиваются контактным слоем и не приводят к появлению сквозных трещин.

Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к тому, что по всей зоне чистого изгиба не остается участков, на которых арматура и бетон деформировались бы еще совместно.

Состояние 4 соответствует стабилизации трещинообразования (рис. 2.10, г) и характеризуется тем, что деформации арматуры по длине участков между трещинами переменны. Поперечные сечения в растянутой зоне претерпевают депланацию, напряжения в бетоне меньше предельных, деформации бетона, окружающего арматуру, также меньше предельных, а деформации на поверхности балки близки к нулю. Появление новых сквозных трещин становится невозможным.

Состояния 2 и 3 быстротечны и возникают при относительно низких напряжениях в арматуре. Для эксплуатационной стадии работы характерно состояние 4.

Что касается зоны совместного действия изгибающих и крутящих моментов или зоны совместного действия изгибающих моментов и поперечных сил, то здесь в целом картина трещинообразования выглядит значительно сложнее, так как эти зоны работают в условиях сложного напряженного состояния. Однако и в этих условиях, если рассматривать процесс трещинообразования в растянутом бетоне вдоль каждого стержня в отдельности (при совместном действии М и Т— продольного и поперечного, при совместном действии М и Q — поперечного), можно условно выделить те же характерные состояния.

Раскрытие трещин (независимо от их типа) происходит в результате накопления относительных взаимных смещений арматуры и бетона на участках активного сцепления, следовательно

В состоянии 4 среднее расстояние между трещинами меньше или равно удвоенной длине зоны анкеровки.

На раскрытие трещин существенно влияют содержание арматуры и предельная растяжимость бетона, напряжения в арматуре в сечении с трещиной и сила сцепления арматуры с бетоном на участке между трещинами. В балках с арматурой периодического профиля трещины располагается чаще и равномернее, а ширина их раскрытия в 1,5...2 раза меньше, чем в балках с гладкой арматурой. При действии многократно повторных нагрузок ширина раскрытия трещин увеличивается из-за большего выключения растянутого бетона из работы.

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции, Киев, 2001

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????