Рекомендации по учету ползучести и усадки бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций

Обновлено: 19.05.2024

НАДЕЖНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ФАКТОРА ПОЛЗУЧЕСТИ БЕТОНА

В процессе обследования железобетонных конструкций, находящихся в длительной эксплуатации, зачастую фиксируются сверхнормативные прогибы балок и плит, связанные с ползучестью бетона, проявляющейся при его раннем распалубливании. При этом отсутствуют визуальные признаки снижения их несущей способности. Учитывая высокую степень неопределенности факторов, влияющих на длительные деформации бетона, ресурс безопасной эксплуатации таких конструкций может изменяться в достаточно широких пределах, и оценить его фактическую величину можно только на основе вероятностных методов теории надежности. В статье приведены результаты исследования влияния ползучести бетона, вызванной ранним распалубливанием, на надежность сборных железобетонных балок покрытия трехэтажного здания. При расчетном моделировании использовались данные инструментального контроля механических характеристик материалов балок и их деформированного состояния. Проведен вероятностный расчет балки на ползучесть методом статистического моделирования с учетом изменчивости прочности бетона для различных значений относительной влажности воздуха окружающей среды и возраста бетона на момент приложения нагрузки. Получены статистические характеристики модуля деформаций и величины прогибов балки с различным уровнем обеспеченности. Расчет на безопасность показал снижение индекса надежности балки с учетом ползучести бетона при сроке эксплуатации конструкции 70 лет в 2,4 раза.

Ключевые слова:

Об авторах

Пшеничкина В.А.

Доктор технических наук, профессор, Волгоградский государственный технический университет, Россия

Гриценко Б.С.

Доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия

Глухов А.В.

Аспирант, Волгоградский государственный технический университет, Россия

Учитывать ли ползучесть в ЖБ

Ну если ведется упругий расчет в МКЭ, то программе для получения усилий в элементах, требуется соотношение жесткостей, а не их абсолютная величина. Поэтому пропорциональное уменьшение жесткости элементов в 1+(коэффициент ползучести) раз, в принципе, не имеет большого смысла.

В общем случае, если правильно понимаю, при помощи ползучести выполняется (может быть слегка неправильно) расчёт на деформации в том числе, учитывается и ползучесть __________________
Велика Россия, а колонну поставить некуда

Оснащение проходки горных выработок, ПОС, нормоконтроль, КР, АР

Нашёл старые рекомендации НИИЖБ, рекомендующие при упругом расчёте считать итерациями и ползучесть учитывать при определении усилий и деформаций изменяя жёсткость участков стрежней.

Рекомендации по учету ползучести и усадки бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций НИИЖБ 1988

9.1 . Так как в рассматриваемой системе имеют место трещинообразование и ползучесть, то жесткости ее элементов [а следовательно, и перемещения (95)] зависят от величины внутренних усилий и характера изменения их за промежуток времени t-to.
9.2. Поскольку жесткости оказываются в общем случае переменными по длине стержней, из которых состоит система, то для вычисления перемещений стержни, как правило, разбиваются на участки, в пределах которых жесткости можно считать постоянными.

Но так никто не делает. Видимо из-за сложности и трудоёмкости. __________________
"Безвыходных ситуаций не бывает" барон Мюнгхаузен Тут и тут описан опыт с учетом ползучести. Так кто-нибудь учитывает ползучесть при расчете армирования плоских плит на прогиб и какую величину закладываете?
Вопрос особенно актуален при использование МКЭ комплексов. Согласно графиков Еврокода величина очень сильно зависит от толщин элемента. Чем тоньше элемент, тем ползучесть выше. Кроме того подрячик всегда стремится пораньше снять опалубку с еще не полностью набравшего прочность перекрытия, а это тоже очень значительно влияет. Есть примеры со сверхнормативным нарастанием прогибов на консолях к моменту окончания строительства. Есть примеры со сверхнормативным нарастанием прогибов на консолях к моменту окончания строительства. Поделитесь? Поделитесь? О таких вещах все стыдливо умалчивают.
Даже когда аквапарк в 2002 году упал через 3 года после строительства, причин не знаем до сих пор. Последний раз редактировалось aProkurat, 29.01.2021 в 15:01 .

до сих пор не понял

Замкадская степь, аул СПб

По умолчанию да.

На практике зависит от:
- того на сколько жесткая схема (в смысле статической неопределимости),
- отношения пролета плиты перекрытия к ее толщине,
- опыта и требований эксперта,
- требований заказчика,
- качества строительства,
- вашей смелости
- и того можете ли вы позволить себе хорошего адвоката

Ищите литературу. Кодыша почитайте. Пробуйте сами. Делайте выводы.
У вас появился шанс узнать насколько глубока кроличья нора

19.Усадка, ползучесть бетона, чем они вызваны.Влияние усадки и ползучести на работу ж/б конструкций.

Усадка – свойство бетона уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде. Усадка бетона зависит:

1.количества и вида цемента - чем больше цемента на единицу объема бетона, тем больше усадка

2.количество воды - чем больше отношение вода/цемент, тем больше усадка.

3.крупности заполнителя-при мелкозернистых песках и пористом щебне усадка больше

4.присутствие различных гидравлических добавок и ускорителей твердения - они, как правило, увеличивают усадку

Ползучесть – это свойства бетона, характеризующиеся нарастанием неупругих деформаций с течением времени при постоянных напряжениях. 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 способствуют капиллярные явления, связанные с перемещением в микропорах и капиллярах избыточной воды под нагрузкой .

Влияние ползучести на работу ж/б элементов:

”─” в изгибающих элементах ползучесть приводит к увеличению прогибов; в гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов и снижение несущей способности ;в преднапряженных конструкциях ползучесть приводит к потерям предварительного напряжения

“+”в статически неопределимых системах ползучесть смягчает концентрацию напряжений ; в коротких центрально сжатых элементах ползучесть способствует более полному использованию прочности арматуры.

Влияние усадки на работу ж/б элементов:Начальные растягивающие напряжения в бетоне от усадке способствуют более раннему образованию трещин в тех зонах ж/б элементов ,которые испытывают растяжение от нагрузки. Однако с появлением трещин влияние усадки уменьшается. В стадии разрушения усадка не влияет на несущую способность статически определяемой ж/б конструкции. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов.

20.Pасчет внецентренно сжатых ж/б эл-ов с отн-но малыми эксцентриситетами

Случай с относительно малыми эксцентриситетами : x > x_R, x= x/h₀ –относительная высота сжатой зоны бетона, x_R-граничная величина относительной высоты сжатой зоны.В этом случае s_s<R_s

s_s=(2*(1-x/1-x_R)/1)* R_s- формула для бетона класса В30 и ниже, арматуры А-Ι,А-II,А-III.

N-продольная сила от нагрузки,

b, h_o -ширина и рабочая высота сечения,

χ-высота сжатой зоны ,

A΄_s -площадь сечения арматуры на сжатие,

R_b-расчетное сопротивление бетона осевому сжатию,

R_s-расчетное сопротивление арматуры растяжению,

е-расстояние от линии действия продольной силы N до растянутой арматуры S.

5.2. Усадка и ползучесть железобетона

В железобетонных конструкциях стальная арматура вследствие ее сцепления с бетоном становиться внутренней связью, препятствующей свободной усадке бетона. Согласно опытным данным, усадка и набухание железобетона в ряде случаев вдвое меньше, чем усадка и набухание бетона. Стесненная деформация усадки бетона приводит к появлению в железобетонном элементе начальных, внутренне уравновешенных напряжений - растягивающих в бетоне и сжимающих в арматуре. Под влиянием разности деформаций свободной усадки бетонного элемента и стесненной усадки армированного элемента возникают средние растягивающие напряжения в бетоне. Наибольшие значения этих напряжений находятся в зоне контакта с арматурой.

При усадке железобетона растягивающие напряжения в бетоне зависят от свободной усадки бетона, коэффициента армирования, класса бетона. С увеличением содержания арматуры в бетоне растягивающие напряжения увеличиваются.

В статически неопределимых железобетонных конструкциях лишние связи препятствуют усадке железобетона и поэтому усадка вызывает появление дополнительных внутренних усилий. Влияние усадки эквивалентно понижению температуры на определенное число градусов. Для того чтобы уменьшить дополнительные усилия от усадки, железобетонные конструкции промышленных и гражданских зданий большой протяженности делят усадочными швами на блоки.

Ползучесть железобетона является следствием ползучести бетона. Стальная арматура, как и при усадке, становиться внутренней связью, препятствующей свободным деформациям ползучести. В железобетонном элементе под нагрузкой стесненная ползучесть приводит к перераспределению усилий между арматурой и бетоном. Этот процесс интенсивно протекает в течение первых нескольких месяцев, а затем в течение длительного времени (более года) постепенно затухает.

На работу коротких сжатых железобетонных элементов ползучесть бетона оказывает положительное влияние, обеспечивая полное использование прочности бетона и арматуры; в гибких сжатых элементах ползучесть вызывает увеличение начальных эксцентриситетов, что может снижать их несущую способность; в изгибаемых элементах ползучесть вызывает увеличение прогибов; в предварительно напряженных конструкциях ползучесть приводит к потере предварительного напряжения.

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

Вопросы для самоконтроля

Каковы условия совместной работы и факторы, обеспечивающие прочность сцепления арматуры и бетона?

От чего зависит длина анкеровки арматурных стержней в бетоне?

Как отражается усадка и ползучесть бетона на работе железобетонных конструкций?

В чем назначение защитного слоя бетона в конструкциях и как определяется его толщина?

Как воздействует окружающая среда эксплуатации на железобетонные конструкции?

Лекция 6. Стадии напряженно-деформированного состояния сечений, нормальных к продольной оси железобетонного элемента

Экспериментальными исследованиями железобетонных элементов, подвергнутых действию изгибающих моментов и продольных сил (растягивающих или сжимающих), установлено, что все они в процессе нагружения имея двузначную (или неравномерную) эпюру распределения относительных деформаций по высоте нормального сечения проходят характерные стадии напряженно-деформированного состояния.

В качестве иллюстрации рассмотрим последовательность изменения напряженно-деформированного состояния нормального сечения однопролетной свободно опертой балки, загруженной двумя сосредоточенными силами в третях пролета (рис. 6.1). Принятая классическая схема нагружения позволяет получить при испытаниях т.н. «зону чистого изгиба» на участке между сосредоточенными силами в пролете (M_Sd = const; V_Sd = 0).

Пусть до начала испытаний нагрузкой опытная балка была оснащена следующими приборами:

для измерения продольных относительных деформаций (Dl_b) в разных уровнях по высоте сечения, что необходимо для построения эпюры распределения относительных деформаций, величина которых может быть легко вычислена

где Dl_b_,с, Dl_b_,s – абсолютные приращения базовой длины Dl_b, на которой выполняют измерения прибором удлинения (укорочения) соответственно бетона и арматуры;

l_b – база измерения;

Относительные продольные деформации бетона и арматуры могут быть измерены непосредственно тензометрами, а вертикальные перемещения балки – прогибомерами.

Для анализа напряженно-деформированного состояния нормального сечения балки на очередном этапе нагружения необходимо привлечь диаграммы деформирования бетона и арматуры.

Рис. 6.1. Эпюры распределения усилий (а), схема испытания опытной балки (б) и схема определения напряжений в нормальном сечении

Пользуясь диаграммами деформирования для бетона и арматуры осуществляют переход от зафиксированных в опыте деформаций к относительным деформациям и, далее, к напряжениям в каждом из уровней по высоте сечения балки, для которых выполняются измерения.

Последовательное нагружение элемента позволило выявить ряд стадий напряженно-деформированного состояния в нормальном сечении.

Стадия 1 напряженно-деформированного состояния нормального сечения характеризует сопротивление железобетонного элемента, работающего без трещин. При этом удобно рассматривать два промежуточных состояния (стадия 1а и 1б) нормального сечения в зависимости от величины относительных деформаций наиболее растянутой грани сечения.

Стадия 1а имеет место на начальных этапах нагружения, когда величина изгибающего момента в зоне чистого изгиба невелика, бетон как в сжатой, так и в растянутой зонах сечения работает в области упругих деформаций (линейная зависимость между напряжениями и деформациями) (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Распределение деформаций и напряжений по высоте нормального сечения в стадии 1 напряженно-деформированного состояния

При этом сохраняется практически линейная зависимость между моментом, действующим в нормальном сечении, (М) и прогибом (f), фиксируемым по прогибомерам (рис. 6.2а). Нейтральная ось сечения, разделяющая сжатую и растянутую зоны, располагается примерно на уровне центра тяжести приведенного сечения (рис. 6.2б). Относительные деформации наиболее растянутой грани бетона не превышают упругих, а модуль деформаций как для сжатого, так и для растянутого бетона равен начальному модулю упругости E_c₀.

Если бетон в сжатой зоне все еще продолжает работать в области упругого деформирования (участок ОА₁ диаграммы рис. 6.2в), то в бетоне растянутой зоны развиваются значительные пластические деформации. Связь между напряжениями и деформациями становится нелинейной и в пределах растянутой зоны сечения практически полностью реализуется диаграмма деформирования бетона при растяжении (участок ОB’ рис. 6.2в).

При приближении к предельным деформациям e_ct_,_u (участок B’C’ рис. 6.2г) наступает стадия 1б, предшествующая образованию нормальных трещин в растянутой зоне сечения.

Стадия 1 считается завершенной, когда при достижении наиболее растянутой гранью сечения предельных деформаций e_ctu образуются нормальные трещины и происходит перераспределение внутренних усилий между арматурой и бетоном. Момент образования нормальных трещин будет отмечен изменением угла наклона графика зависимости «M–а» (рис. 6.3) в результате снижения изгибной жесткости сечения и возрастания деформаций растянутой арматуры из-за перераспределения усилий в растянутой зоне сечения.

Рис. 6.3. Зависимость «M–а»

Таким образом характерными чертами стадии 1 напряженно-деформированного состояния сечения являются:

отсутствие нормальных трещин в растянутой зоне сечения;

линейное распределение относительных деформаций по высоте сечения, т.е. практически строгое выполнение гипотезы плоских сечений до момента появления трещин;

совместная работа арматуры и окружающего ее бетона без нарушения сцепления.

Стадия 2 характеризует сопротивление нормального сечения железобетонной конструкции, имеющей нормальные трещины. После образования нормальных трещин в сечении с трещиной нейтральная ось смещается по направлению к наиболее сжатой грани, уменьшая высоту сжатой зоны (х). В то же время на участках между трещинами, где арматура продолжает сопротивляться совместно с бетоном и сцепление не нарушено, положение нейтральной оси в меньшей степени отклоняется от начального, соответствующего упругой работе материала. Таким образом нейтральная ось по длине зоны чистого изгиба занимает некоторое волнообразное положение. При этом деформации и напряжения в растянутой арматуре и сжатом бетоне по длине элемента распределяются неравномерно. Так, для растянутой арматуры напряжения в сечении с трещиной достигают максимальных значений s_s_,_max убывая по мере приближения к середине участка между трещинами l_crc/2 (рис. 6.4). Для бетона растянутой зоны наблюдается обратная картина.

Рис. 6.4. Распределение напряжений в растянутой арматуре и растянутом бетоне для железобетонной конструкции в стадии 2

Распределение деформаций и напряжений по высоте нормального сечения в стадии 2 показано на рис. 6.5.

Таким образом, в сечении с трещиной существенно возрастает роль арматуры, в основном воспринимающей растягивающее усилие (F_st), которое уравновешивает усилие в сжатой зоне бетона F_cc, а при наличии арматуры A_s_с – и дополнительное усилие в сжатой арматуре F_sc.

Рис. 6.5. Распределение напряжений и деформаций по высоте нормального сечения в стадии 2 напряженно-деформированного состояния

Учитывая то, что связь между напряжениями и относительными деформациями бетона в сжатой зоне сечения становится нелинейной, изменяется и модуль деформаций бетона. Увеличение количества нормальных трещин по длине зоны чистого изгиба, их развитие по высоте растянутой зоны сечения, уменьшение модуля деформаций бетона сжатой зоны приводят к тому, что зависимость между моментом и прогибом становится нелинейной (см. рис. 6.3).

Таким образом, для стадии 2 характерными являются следующие признаки:

В растянутой зоне сечения развиваются нормальные трещины, имеющие ширину раскрытия, зависящую от уровня нагружения конструкции, т.е. средних деформаций растянутой арматуры.

Относительные продольные деформации и напряжения в бетоне и арматуре по длине элемента распределены неравномерно. В сечении с трещиной растягивающие усилия в основном воспринимает арматура, а на участке между трещинами – совместно бетон и арматура. В середине участка между трещинами обеспечена совместная работа бетона и арматуры, а по мере приближения к берегам трещины может наблюдаться проскальзывание арматуры относительно бетона.

Гипотеза плоских сечений остается справедливой для некоторого среднего сечения по длине зоны чистого изгиба. В отдельном сечении, проходящем через трещину в виду депланации ее краев, гипотеза плоских сечений может нарушаться.

Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к переходу испытываемой балки в стадию 3, характеризующую наступление в нормальном сечении предельного состояния по прочности – разрушения. При этом возможны два случая разрушения железобетонного элемента по нормальному сечению.

В первом случае относительные деформации растянутой арматуры достигают предельных значений e_sy, соответствующих напряжениям, равным физическому или условному пределу текучести. При этом относительные деформации наиболее сжатой грани бетона к этому моменту не достигают предельной сжимаемости e_cu. В этом случае прогибы элемента развиваются без прироста нагрузки, трещины раскрываются и развиваются в глубь по высоте сечения, сокращая высоту сжатой зоны (рис. 6.6).

Разрушение, начинающееся по растянутой арматуре с увеличением деформаций арматуры e_s > e_sy может завершаться по сжатому бетоне, когда его относительные деформации достигают предельных значений e_cu.

Во втором случае относительные деформации сжатого бетона достигают предельных значений e_cu прежде, чем растянутая арматура. Разрушение по сжатому бетону происходит хрупко с раздроблением бетона сжатой зоны. Арматура, применяемая для армирования растянутой зоны сечения, полностью не используется. Этот случай является опасным, т.к. разрушение может произойти даже без чрезмерного раскрытия нормальных трещин в растянутой зоне сечения. При проектировании конструкция должна быть гарантирована от наступления разрушения по сжатой зоне сечения.

В стадии 3 следует отдельно остановиться на работе арматуры, располагаемой в сжатой зоне сечения. На этом этапе арматура A_s_с играет важную роль, воспринимая часть усилия, действующего в сжатой зоне сечения. Наличие арматуры в сжатой зоне позволяет изменить случай, по которому происходит разрушение нормального сечения, что обусловлено дополнительным усилением, воспринимаемым сжатой зоной сечения. Необходимое минимальное количество арматуры A_s_с, располагаемой в сжатой зоне сечения, назначают расчетом.

Рис. 6.6. Распределение деформаций и напряжений по высоте

нормального сечения в стадии 3 напряженно-деформированного

состояния (а), зависимость «M–f» (б) и текущие значения

напряжений в бетоне и арматуре (в)

Таким образом, характеризуя стадию 3 напряженно-деформированного состояния следует подчеркнуть:

Данная стадия определяет предельное состояние сечения по прочности. При этом в зависимости от характера распределения по сечению продольных деформаций возможно два характерных случая разрушения нормального сечения. Если относительные деформации растянутой арматуры достигают предельных значений, соответствующих напряжениям, равным условному или физическому пределу текучести раньше, чем бетон наиболее сжатой грани достигает предельной сжимаемости e_cu, разрушение начинается по растянутой зоне. В противном случае разрушение происходит по бетону сжатой зоны сечения при достижении предельных деформаций бетона при сжатии e_cu. Оптимальным является случай, когда в стадии разрушения одновременно наступает текучесть арматуры (e_su) и бетон сжатой зоны достигает предельных значений относительных деформаций сжатия (e_ce).

Для среднего сечения по длине элемента с определенным допущением выполняется гипотеза плоских сечений.

По длине пролета рассмотренной железобетонной балки одновременно при одном уровне нагружения имеют место все рассмотренные стадии напряженно-деформированного состояния для нормального сечения в зависимости от изменения величины изгибающего момента (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Изменение по длине балки характерных стадий напряженно-деформированного состояния

Если пренебречь влиянием поперечной силы V_Sd в приопорной зоне, где изгибающий момент М₁ незначителен, сечение работает в стадии 1. По мере приближения к линии, по которой действует сила F, приложенная в пролете, наблюдается переход из стадии 1 в стадию 2, а далее и в стадию 3.

Как учитывать усадку бетона при проектировании монолита?

Порекомендуйуте строительные нормативы или расчеты для определения максимально точного значения величины усадки бетона при заливке монолита? Как правильно учитывать при проектировании - брать точное значение или интервал граничных значений величины усадки?

комментировать в избранное oldes t [36.3K] 5 лет назад

Усадкой бетона называют уменьшение объема бетонного монолита в процессе его затвердевания. Явление усадки наиболее сильно проявляется в условиях очень малой влажности окружающей среды. Фото проявления усадки в теле бетона прилагаю

Однако если затвердевание бетона происходит в воде или окружающее монолит пространство достаточно влажное, то усадка бетона не наблюдается, а в некоторых случаях объем бетона может даже незначительно увеличиться.

Порекомендуйуте строительные нормативы или расчеты для определения максимально точного значения величины усадки бетона при заливке монолита?

Все нормативные требования и рекомендации по расчету конструкций из бетона и железобетона с учетом усадки содержатся в СНиПе 2.03.01-84*. На практике создание бетонных и железобетонных конструкций выполняется с размещением в них температурных швов, которые призваны минимизировать влияние усадки. Определение расстояния между такими швами рассчитывается.

Как правильно учитывать при проектировании - брать точное значение или интервал граничных значений величины усадки?

У проектировщиков не существует понятий «точное значение величины усадки» или «интервал граничных значений», так как температурные швы является обязательной составляющей любых бетонных и железобетонных конструкций. Однако познакомиться с величиной усадки бетона в разных условиях можно с помощью прилагаемой таблицы

Читайте также: