Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы учёта темпер атурно-влажностных режимов среды в расчётах строительных конструкций . 12
1.1. Влияние повышенных температур на прочность и деформативность бетонов. 12
1.2. Усадка и набухание бетона . 17
1.3. Ползучесть бетона. 22
1.4. Собственные напряжения, возникающие от усадки бетона в сечениях, достаточно удалённых от концов элемента. 27
1.5. Обоснование и постановка задач исследований. 29
2. Экспериментальные исследования бетона в условии переменных темпер атурно влажностных режимов Волгоградской области 32
2.1. Задачи исследования. 32
2.2. Методы изготовления и отбора образцов . 33
2.3. Оборудование и приборы. 34
2.4. Подготовка к испытаниям. 34
2.5. Экспериментальные исследования. 37
2.5.1. Составляющие бетон. 37
2.5.2. Определение прочности и модуля упругости при кратковременном и длительном приложении нагрузки.
2.5.3. Деформации матрицы бетона в условиях действия кратковременных нагрузок. 41
2.5.4. Определение мер ползучести бетонов при низких (0,4Rb) и повышенных (0,6Rb, 0,8Rb) уровнях загружения. 45
2.5.5. Усадка бетона. 53
2.5.6. Натуральные обследования конструктивных железобетонных элементов. 57
Выводы по главе 2 66
3. Выбор математических моделей для расчёта конструкций эксплуатируемых в условиях резко континентального климата . 67
3.1 Прочность и модуль упругости бетона. 67
3.2 Ползучесть бетона. 76
3.3 Ползучесть бетона при повышенных (0,6Rb, 0,8Rb)
уровнях загружения. 77
Выводы по главе 3. 80
4. Учёт длительных деформаций в конструкциях с учётом фактора времени при низких (0,4Rb) и высоких (0,6Rb, 0,8Rb) уровнях загружения . 81
4.1 Потери предварительного натяжения. 81
4.2 Трещиностойкость предварительно напрягаемых железобетонных элементов в условиях резко континентального климата. 91
4.3 Структурные напряжения в композиционных материалах и кольцевые напряжения вокруг арматуры железобетонного элемента от усадки .
4.4 Методы повышения долговечности инженерных конструкций в естественных условиях эксплуатации
Выводы по главе 4.
Общие выводы и предложения
Список литературы.
- Усадка и набухание бетона
- Методы изготовления и отбора образцов
- Ползучесть бетона при повышенных (0,6Rb, 0,8Rb)
- Структурные напряжения в композиционных материалах и кольцевые напряжения вокруг арматуры железобетонного элемента от усадки
Введение к работе
За последние годы монолитное и сборно-монолитное домостроение в России получило достаточно быстрое развитие. Преимуществами монолитного домостроения являются: возможность создания свободных планировок с большими пролетами и требуемой высотой потолка, создание любых криволинейных форм, что расширяет палитру архитекторов при создании уникальных образов зданий. Результаты проверки Контрольно-счетной палаты (КСП) показали, что себестоимость 1 м2 общей площади квартир в крупнопанельных домах (данные по Москве) составляет от 7980 до 12840 рублей (с НДС, в зависимости от серии), а в монолитных домах - от 8200 до 10900 рублей (все суммы в ценах 2002 - 2003 гг); цены сопоставимы, но качество и долговечность монолита значительно выше. При всех достоинствах монолитного домостроения данная технология (впрочем, как и всякая другая) не лишена и некоторых проблем. Производственный цикл перенесен на строительную площадку под открытым небом, а это значит, что дождь, снег, ветер, жара и холод будут создавать дополнительные трудности производству, что повлияет на качество монолитных конструктивных элементов. За последние десятилетия в области строительства большое внимание уделяется монолитному домостроению, поэтому проведены исследования по выявлению влияния климатических факторов на работу монолитных железобетонных элементов. Обследование конструкций, работающих в условиях нестационарных режимов среды Волгоградской области, показало, что после 15-20 лет эксплуатации конструкции практически перестают удовлетворять требованиям норм.
Актуальность. В период эксплуатации в условиях переменных температурно-влажностных режимов среды в бетонах естественного твердения появляются дополнительные структурные напряжения и собственные напряжения в конструкциях от действия усадки и температур. Обследования конструкций, подвергнутых солнечной радиации, показали, что задолго до приложения внешней нагрузки в элементах появляются поперечные и продольные трещины, величина которых приближается к предельным, допустимым по нормам. После приложения внешней нагрузки трещины продолжают раскрываться и достигают недопустимой величины. Результаты обследования поставили ряд вопросов:
-
Возможна ли длительная эксплуатация железобетонных элементов в условиях переменных температурно-влажностных режимов среды?
-
Какие меры должны быть приняты для предотвращения разрушения несущих конструкций?
Всем этим и определяется направление исследований, которые охватывают решение сложной научно-технической задачи, связанной с выявлением причин и следствий понижения долговечности работы монолитного железобетона в естественных условиях.
В связи с этим расчет строительных конструкций с учетом переменных температурно-влажностных режимов среды является актуальной задачей.
Цель работы. Повышение долговечности работы изгибаемых и центрально-растянутых конструкций из монолитного железобетона в условиях переменных температурно-влажностных режимах среды за счёт учёта собственных напряжений, возникающих в бетоне в период эксплуатации, и уточнения расчетных характеристик бетона.
Для достижения поставленной цели необходимо:
определение прочностных и деформативных свойств бетона в реальных условиях эксплуатации при кратковременном и длительном действии нагрузки;
выявление структурных напряжений и их влияния на прочность;
определение несущей способности и деформативности элементов зданий из монолитного железобетона в условиях резко континентального климата (t= -36 - 49,5 'С, w = 24 - 100 %).
Научная новизна работы. В диссертации экспериментально получены и представлены математическими зависимостями изменения прочности и длительной прочности бетонов, модуль упругости бетонов, меры и характеристики ползучести бетонов при уровнях загружения 0,4i?6, 0,6 0,8/.. Доказано, что потери предварительного натяжения в арматуре предварительно напрягаемых железобетонных элементов, работающих в нестационарных температурно-влажностных режимах среды в условиях действия солнечной радиации, могут возрастать на 30-60 % в зависимости от сезона и возраста загружения. Учёт полученных данных по потерям предварительного натяжения в арматуре в период проектирования изгибаемых и центрально - растянутых элементов позволяет повысить их трещиностойкость и уменьшить ширину раскрытия трещин до нормативных значений, что приведёт к увеличению долговечности работы
конструкций в условиях резко континентального климата.
Методы исследования. Исследование физико-механических свойств бетонов при кратковременной загрузке определялись в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-78. Физико-механические свойства бетонов при длительном загружении определялись в пружинных установках мощностью до 30 т с использованием современных средств измерения. Используемые материалы соответствовали ГОСТ 18957-73, ГОСТ 8905-82, ГОСТ 22685-89, ГОСТ 10180-78.
Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием основных положений физико-химической механики материалов и физики твёрдого тела.
Практическая ценность и реализация работы. На основе полученных результатов исследования разработаны рекомендации по определению потерь предварительного натяжения в арматуре с учётом фактора времени в условиях резко континентального климата. Практическая ценность работы заключается в возможности применения её результатов для:
— расчёта несущей способности элементов из монолитного
железобетона (по I группе предельных состояний);
- расчёта инженерных сооружений из монолитного железобетона по II
группе предельных состояний.
Учёт структурных напряжений и изменения физико-механических свойств бетона в процессе проектирования позволяет увеличить долговечность работы сооружений в процессе эксплуатации в условиях резко континентального климата.
Результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедрах «Городское строительство и хозяйство» и «Промышленное и гражданское строительство» Волжского института строительства и технологий, отражены в курсовых и дипломных проектах, а также использованы при проектировании, строительстве и реконструкции ряда объектов ЗАО «Флагман», ООО «Колумбус», ООО «СФК Волгоградгидрострой» и ООО «МПК «Гудвилл».
Апробация работы. Основные положения работы доложены на межвузовских научно-технических конференциях студентов и молодых учёных города Волжского в 1999, 2000, 2001, 2004, 2005 и 2006 гг., международной конференции "Композиционные строительные материалы. Теория и практика" 2003 г., международной конференции "Эффективные
строительные конструкции: теория и практика" 2004 г., международной конференции "Материалы и технологии XXI века" 2005 г. и конференциях профессорско-преподавательского состава ВИСТех 2000 - 2005 гг.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, одна из которых в журнале по перечню ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и основных выводов. Основной материал диссертации изложен на 120 страницах и содержит 36 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 164 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность своему научному консультанту к.т.н., доценту Тарасову И.О.
Усадка и набухание бетона
Современная теория ползучести использует феноменологические зависимости, основанные на экспериментальных данных.
Существующие соотношения ползучести установлены и развиты в работах Александровского СВ. [1 - 11], Арутюняна Н.Х. [12, 13], Безухова Н.И. [20], Берга ОЯ. [22, 23], Бондаренко В.М. [24 - 26], Барашикова А.Я. [16 - 19], Буданова Н.А. [27], Васильева П.И [28], Гвоздева А.А. [33 - 35], Гансена Т.К. [32], Голышева А Б. [37, 38], Карапетяна К.С. [45, 46], Кричевского А.П. [47], Лившица Я.Д. [49 - 51], Маслова Г.Н. [55], Милованова А.Ф. [56 - 60], Прокоповича И.Е. [65, 66], Ржаницина А.Р. [72 - 74], Розовского М.И. [76, 77], Саталкина А.В. [80 - 82], Тарасова О.Г. [86 - 101], Улицкого И.И. [106-112], Цилосани З.Н. [114-118], Ширинкулова Т.Ш. [121], Яценко Е.А. [126, 127], Яшина А.В. [128-131], Ross A.D [154, 155].
Установлено, что на ползучесть большое влияние оказывает возраст бетона, т.е. чем старше бетон к моменту загружения, тем больше прочность и меньше деформации ползучести. В работах [154, 155] показано, что по мере высыхания бетона ползучесть должна увеличиваться Следует отметить, что исследовались образцы без учёта влагопотерь.
При изучении изолированных образцов, загруженных в различном возрасте с различной, но постоянной влажностью в момент загружения, Александровский СВ. [2] пришёл к выводу, что ползучесть увеличивается по мере высыхания бетона.
Цилосани З.Н. [114] же утверждает, что максимальные деформации ползучести имеют место при 100 % влагонасыщении образцов.
Деформации ползучести бетона зависят не только от его влагонасыщения, но и от температуры внешней среды. Известно, что при нормальной температуре и напряжениях не более 40 - 50 % от предела кратковременной призменной прочности, мера ползучести бетона не зависит от величины действующего напряжения и нарастание деформаций ползучести в течение длительного времени пребывания под нагрузкой уменьшается. При повышенных температурах деформации ползучести резко возрастают, однако, затухание их происходит в течение 10-30 суток.
В работе Гансена Т.К. [32] показано значительное влияние температуры на ползучесть бетона. При изменении температуры от 20 С до 40 С деформации ползучести бетона увеличиваются в два раза, от 20 С до 60 С - в три раза.
Миловановым А.Ф. и другими [56 - 60] определялось влияние повышенных температур, в пределах до 200 С, на деформации ползучести на образцах в возрасте одного-двух месяцев. Величина нагрузки составляла 0,3Rb. Установлено, что с повышением температуры увеличивается скорость нарастания деформаций в ближайшее время после загружения образцов Затухание деформаций ползучести происходит тем быстрее, чем выше была температура нагрева. Величина деформаций ползучести под нагрузкой при высоких температурах была значительно выше по сравнению с образцами, испытанными при нормальной температуре. В интервале температур от 20 С до 60 С деформации ползучести образцов были выше в 1,4 - 1,7 раза, при 90 — 120 С - в 1,7 - 1,8 раза выше, чем при испытании ненагретых образцов.
Тарасовым О.Г. [86-101] исследовались вопросы совместного влияния температуры и влажности среды на удельные деформации ползучести при изменении температур от 30 С до 100 С и влажности 40 - 100%. Было доказано, что при температуре до 60 С, соответствующей условиям климата, имеется такое температурно-влажностное состояние бетона, при котором наблюдается понижение ползучести и увеличение прочности бетона. При температурах выше 60 С, удельные деформации ползучести зависят от влажностного состояния к моменту приложения нагрузки. В высушенных образцах ползучесть значительно ниже, чем во влагонасыщенных. С увеличением влагосодержания и температуры ползучесть резко возрастает. Поэтому в образцах загруженных в различных возрастах при переменных температурно-влажностных режимах среды функцию возраста не всегда можно описать зависимостью Арутюняна Н.Х
Исследованы также вопросы влияния температуры в пределах до 60 С на ползучесть пропаренного бетона при постоянной и переменной температурах. В работе [47] выявлено резкое увеличение деформаций ползучести при переменном температурном режиме и при циклическом изменении температуры.
На основании экспериментальных исследований Александровского СВ. [1, 2], Арутюняна Н.Х. [13], Гаврилина Б.А. [30], Кричевского А.П. [47], Милованова А.Ф. [58] можно сделать вывод о том, что величина деформаций ползучести бетона при температуре более 60 С в условиях свободного влагообмена с внешней средой, зависит не только от продолжительности действия нагрузки, но и от времени ее приложения относительно начала воздействия повышенной температуры.
Методы изготовления и отбора образцов
На основании выше изложенного можно сделать вывод: в условиях климатических воздействий наибольшее влияние на физико-механические свойства бетонов оказывает климатический фактор, который вызывает появление деструктивных процессов в бетоне до приложения внешней нагрузки, что приводит к уменьшению прочности и повышению деформативности его под нагрузкой.
По Ребиндеру П.А. [68] усадочные деформации протекают за счёт потери влаги из бетона последовательно в зависимости от энергии связи влаги с бетоном. Т.е. сначала удаляется вода из макро капилляров, при этом деформации усадки бетона равны нулю. Затем при положительных температурах удаляется капиллярная влага, при этом частично проявляются усадочные деформации и затем удаляется адсорбционно связанная влага, при этом проявляется большая часть усадочных деформаций. Адсорбционно связанная вода удаляется при температуре материала более 40 С. В условиях действия солнечной радиации поверхность бетона нагревается до 60 С, что влечёт за собой потерю адсорбционно связанной воды, а, следовательно, и развитие дополнительных усадочных деформаций.
Для определения влияния климата над усадочными деформациями бетона образцы размером 10x10x40 см устанавливались в условиях действия солнечной радиации (нагрев образцов от попадания солнечных лучей) и в условиях лаборатории. Всего на усадку было исследовано 20 образцов размером 10x10x40 см. Деформации усадки измерялись на базе 200 мм. Для учёта температурных деформаций материала замеры проводились как в период максимальной солнечной активности, так и в ночное время суток.
Первая группа изготавливалась в осенне-зимний период. В течение недели (7 суток) образцы выдерживались в условиях лаборатории, где замерялись удельные деформации усадки. Затем выставлялись в условия естественного климата при действии отрицательных температур и повышенной влажности среды, незащищённые от действия солнечной радиации 5 образцов и 5 образцов под навесом, т.е. в тени.
Данные экспериментальных исследований приведены на рис. 11. Анализ экспериментальных исследований показывает: во времени в условиях повышенной влажности внешней среды наблюдаются деформации набухания, в дальнейшем переходящие в усадку, в результате чего адсорбционно связанная вода испаряется частично и предельная усадка равна 0,00028 на солнце и 0,000173 - в тени.
Вторая группа образцов, того же состава и той же технологии изготовления выдерживалась в условии лаборатории в течение 14 суток, а затем выставлялась в условия естественного климата при действии положительных температур. Из них: 5 - в условия солнечной радиации и 5 - в тени. Предельная деформация усадки при этом равнялась 0,00036 в условиях действия солнечной радиации и 0,00027 - в тени.
Полученные деформации усадки значительно зависят от солнечной активности и в условиях лета могут возрастать до возможных предельных значений. Параллельно определялись значения модуля упругости и прочности по методике изложенной в гл. 2.5.2.
Даже незначительные изменения условий эксплуатации привели к увеличению деформаций усадки в 1,5 раз.
Полученные деформации усадки бетона в дальнейшем использовались в расчётах кольцевых напряжений вокруг арматуры железобетонного элемента.
Исследовались две группы образцов размером 10x10x40см в условиях действия солнечной радиации и в тени. Рис. 12. Анализ экспериментальных данных показывает, что соотношение роста удельных деформаций раствора в тени и на солнце приближается к соотношениям удельных деформаций бетона. Т.е. в условиях действия солнечной радиации деформации усадки раствора в 1,9 раз выше, чем в тени.
Полученные данные в первом приближении использовались для определения собственных напряжений в матрице бетонного элемента в условиях естественного климата.
Натурные обследования конструктивных железобетонных элементов.
Обследование реальных конструкций в условиях естественного климата проводились, для того чтобы по характеру трещин в конструкциях выявить их природу и разработать конструктивные мероприятия, позволяющие в дальнейшем работать конструкциям без дополнительных трещин, вызванных действиями климатических факторов. Известно, что в композиционных материалах, в результате несоответствия в деформациях их составляющих, появляются внутренние самоуравновешенные напряжения, которые приводят к образованию трещин. В бетоне трещины появляются в матрице, т.к. растворная часть бетона растянута. В железобетонных элементах бетон обладает свойством усадки, а арматура при низких уровнях загружения работает как абсолютно упругий материал.
Ползучесть бетона при повышенных (0,6Rb, 0,8Rb)
Анализ экспериментальных данных, проведенных в условиях резко континентального климата, показывает, что прочностные и деформативные параметры бетона в значительной степени зависят от температурно-влажностного фактора и меняются в значительных пределах.
Закон изменения прочности в условиях естественного климата (рис. 2) меняется в пределах 10-30 %. При длительном действии нагрузок прочность бетона уменьшается (рис. 23), что должно быть учтено в расчётах строительных конструкций по 1-ой группе предельных состояний.
Деформативность также меняется в широких пределах. Она зависит не только от возраста бетона и уровня загружения, но и от действия климатических факторов (влияние солнечной радиации, температуры и влажности бетона к моменту приложения нагрузки и в период эксплуатации).
В данной работе решается задача определения физико-механических свойств материала в конкретных условиях эксплуатации. Время наблюдения за поведением материала под нагрузкой, см. гл. 2.5.4.
На основании обработки экспериментальных данных были определены характеристики бетона для использования в расчётах конструкций по теории упруго-ползучего тела и теории старения. Известно [106-112], что использование вышеназванных теорий даёт расхождение в результатах расчёта в пределах 5 - 10 %, что допустимо. В то же время, сложность математического аппарата при решении технических задач в линейной постановке с использованием упруго-ползучего тела значительно сложнее, чем теория старения. Использование теории упруго-ползучего тела и теории старения позволяет при решении технических задач учитывать фактор времени, что не учитывают нормативные материалы. Учёт фактора времени, при определении напряженного состояния конструкций, позволит оптимизировать внешние нагрузки действующие на сооружение в период эксплуатации.
Влияние климатического фактора на потери предварительного натяжения в арматуре от ползучести бетона при изменении уровня загружения 0 o/R 0,8 исследовалось на центрально нагруженных и изгибаемых элементах. В качестве центрально обжатых элементов использованы балки сечением 24x28 см армированные предварительно напряженной арматурой из четырёх пучков высокопрочной проволоки 05 мм.
Размеры образца подбирались из условия возможности сравнения потерь предварительного натяжения в арматуре в условиях резко континентального климата и нормальных условиях эксплуатации [106-112].
Бетон использовался класса В15, состава указанного в гл. 2.5.1. Параллельно с напрягаемой арматурой устанавливалась ненапрягаемая арматура А-Ш, 4012 мм. На основании экспериментальных данных, значения модуля упругости Е в зависимости от возраста бетона (7, 14, 28, 113 суток) менялись в пределах от 2,53-105 МПа до 2,86-105 МПа. Учитывая, что модуль упругости Е как функция возраста меняется незначительно, в расчетах использовалось средневзвешенное значение Е = 2,69-105 МПа. Рис. 28.
Рис. 28. Предварительно напряжённый железобетонный элемент с центрально расположенной напрягаемой арматурой Потери предварительного натяжения с использованием теории старения могут быть определены при переменных значениях коэффициента нелинейности деформаций в зависимости от уровня загружения и при постоянных значениях /3.
Однако анализ теоретических данных, приведенных в [106], показал, что учёт переменных значений /? при определении потерь предварительного натяжения в арматуре оказывает незначительное влияние на конечный результат. Поэтому для простоты использования теории длительных процессов в расчётах строительных конструкций принимаем коэффициент нелинейности /?, зависящий от уровня загружения, но не зависящий от длительности приложенной нагрузки. В этом случае, на основании обработки экспериментальных данных, средневзвешенное значение коэффициента нелинейности р принимается по табл. 4.1.
Анализ средневзвешенных значений /? показал, что уровень загружения оказывает значительное влияние на коэффициент нелинейности деформаций. С увеличением уровня загружения коэффициент нелинейности деформаций /? возрастает по экспоненциальному закону. Тоже можно говорить о влиянии возраста загружения на закон изменения /?. С увеличением возраста загружения р увеличивается по экспоненте. Приведенные данные получены за вычетом пиков изменения коэффициента нелинейности J3 в условиях действия солнечной радиации.
В целом, можно констатировать, что в зрелом возрасте загружения при повышенных температурах коэффициент нелинейности деформаций возрастает при уровне загружения o/R=0,6 в 1,14 раза, а при a/R=0,8 - в 2,21 раза.
Значительное увеличение коэффициента нелинейности J3 связано с изменением длительной прочности бетона под нагрузкой за счёт развития микротрещин в период эксплуатации при повышенных уровнях загружения.
Можно говорить, что климатический фактор отрицательно влияет как на длительную прочность материала, так и на развитие нелинейных деформаций ползучести бетона во времени. Учитывая, что интенсивность солнечной радиации в течение светового дня меняется в значительных пределах, на основании обработки экспериментальных данных получено, что приведенные коэффициенты нелинейности могут возрастать в пределах 5 %, т.е. в условиях солнечной радиации:
Структурные напряжения в композиционных материалах и кольцевые напряжения вокруг арматуры железобетонного элемента от усадки
Известно, что бетон и арматура обладают различными физико-механическими свойствами. При низких уровнях (0,4Rb) загружения арматура работает как упругий материал, а бетон обладает явно выраженными упругопластическими свойствами усадки. Поэтому в результате внутренней статической неопределимости системы цементный камень - заполнитель, бетон - арматура, внутри материалов возникают самоуравновешенные напряжения.
Если рассматривать бетон как комплексный материал, то от усадки в цементном камне возникают напряжения растяжения, а в заполнителе -напряжения сжатия. В железобетонном элементе, в бетоне возникает напряжение растяжения (нормальные, кольцевые напряжения), в арматуре -напряжения сжатия. Особенно опасны кольцевые напряжения в бетоне возникающие вокруг арматуры, которые вызывают появление продольных трещин, что, приводит к отслаиванию защитного слоя (рис. 17 в), а следовательно, к разрушению конструкций.
Если учесть, что в условии резко континентального климата идёт интенсивное накопление усадки за короткие промежутки времени, вызванные потерей адсорбционно связанной влаги, то эти напряжения чаще всего принимают значения оы Яы, что, как правило, приводит к появлению трещин (рис. 15).
Многолетние наблюдения за образованием и развитием трещин в условиях резко континентального климата Волгоградской области показали: в железобетонных элементах (столбы, монолитные здания и сооружения) трещины образуются вдоль арматуры, что подтверждает наши выводы (рис. 14, 15, 17).
Анализ экспериментальных данных усадочных деформаций (рис. 11) в условиях действия климата, показал, что, в зависимости от сезона изготовления конструкций, усадочные деформации могут изменяться в диапазоне от 1,557-10" , что соответствует нормам, и до 5,9-10 04, что в несколько раз выше, чем рекомендуют нормы.
Законом изменения собственных напряжений в материалах занимались ряд российских и зарубежных исследователей [113, 163], теоретические исследования которых при известных законах изменения физико-механических свойств материалов, позволяют судить о характере распределения внутренних растягивающих напряжений, которые оказывают влияние на прочность материалов и долговечность работы конструкций. Наибольшее их влияние будет оказываться в условиях действия солнечной радиации, когда температура конструкций поднимается до 60 С.
Структурные напряжения определялись из условия, что сумма объёмных деформаций заполнителя и скелета, возникающих за счёт действия внутренних напряжений, должна равняться изменению объёма за счёт различия в усадке заполнителя и скелета. Данные теоретических исследований структурных напряжений в цементном камне и кольцевых напряжений в бетоне вокруг арматуры приведены в табл. 4.4, 4.5, рис. 35, 36. Анализ результатов исследований показывает, что структурные напряжения с учётом всех перераспределений напряжений (упруго-пластических деформаций с учётом реологии), вызванных усадкой в условиях климата, достигают временного сопротивления, что приводит к понижению прочности материала на 20 %.
На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что в переменных температурно-влажностных условиях (температура -30 - 50 С, относительная влажность 24 - 100 %) в условии действия солнечной радиации деформации ползучести бетона в несколько раз отличаются от деформаций в нормальных условиях эксплуатации. Это приводит к повышенной деформативности конструкций, к образованию трещин в конструкциях I категории трещиностойкости и чрезмерному их раскрытию в 1 - пругие кольцевые напряжения в условиях действия солнечной радиации
При учете полученных коэффициентов ширина раскрытия трещин в предварительно напряженных элементах может превышать нормативные значения. В этом случае возникает необходимость увеличить уровень обжатия арматуры, если это возможно для принятого класса арматуры, либо увеличивать площадь поперечного сечения напрягаемой арматуры с требуемым уровнем обжатия (чтобы ширина раскрытия трещин соответствовала нормативной).
Площадь сечения конструкций (сечение элемента) в условиях климата можно оставлять без изменения, т.к. несущая способность сжатой зоны бетона при длительно действующих нагрузках соответствует нормативной.
На долговечность железобетонных элементов оказывает значительное влияние наличие продольных трещин вдоль арматуры вызванных кольцевыми напряжениями от усадки бетона, что приводит в дальнейшем к чрезмерной коррозии арматуры и к отслаиванию защитного слоя. В результате долговечность железобетонных элементов резко снижается. Поэтому для уменьшения уровня кольцевых напряжений (ов Rbt) необходимо увеличение защитного слоя арматуры в конструкциях. Величина защитного слоя для реальных условий эксплуатации определяется по зависимости (1.38).
1. Приведенные значения потерь предварительного натяжения в арматуре по СНиП должны корректироваться в соответствии с климатическими условиями в период эксплуатации.
2. Использование фактора времени при определении потерь предварительного натяжения позволит оптимизировать внешние нагрузки, действующие на сооружение в период эксплуатации.
3. Учёт климатического фактора при использовании теории старения уточняет расчёт потерь предварительного натяжения, сохраняя простоту решения задачи.
4. Учёт климатического фактора при расчёте изгибаемых элементов на образование и раскрытие трещин приводит к понижению момента воспринимаемого сечением Мсгс при образовании трещин. При изготовлении конструкций в осенне-зимний период в зависимости от уровня обжатия, Мсгс уменьшается на 6 - 13 % и в весенне-летний период - на 8 - 20 %.
5. Учёт климатического фактора при расчёте центрально растянутых элементов на образование и раскрытие трещин приводит к понижению усилия воспринимаемого сечением Ncrc при образовании трещин. При изготовлении конструкций в осенне-зимний период в зависимости от уровня обжатия Ncrc уменьшается на 10 %, что приводит к увеличению раскрытия трещин на 50 %, и в весенне-летний период - на 15 %, что приводит к увеличению раскрытия трещин на 70 %, что может привести к ширине раскрытия трещин превышающих нормативные значения.
6. Анализ экспериментально-теоретических исследований показывает, что структурные напряжения от усадки матрицы в бетоне в условиях действия солнечной радиации, могут достигать значений близких к предельным на растяжение, что приведёт к образованию микротрещин по контакту двух материалов. Это приводит к повышению деформативности и понижению прочности на 10 — 12 %.
