Нелинейная ползучесть песчаных бетонов

26.06.2016

Как известно, линейная зависимость между напряжениями и деформациями ползучести имеет место только до определенного уровня напряжений. Если этот предел превзойден, линейная связь между неупругими деформациями и напряжениями нарушается. Величина указанного предела зависит от множества факторов, влияние которых даже для тяжелых бетонов, наиболее массового их вида, изучено недостаточно. Для расчета большинства железобетонных изделий величина η = σб/R (граница перехода линейной ползучести в нелинейную) принята равной 0,4-0,5, где R — прочность бетона на сжатие.
В линейной области характеристика ползучести φt представляет собой отношение деформаций ползучести εn(t) к начальной упругой деформации Eσ. При нелинейной ползучести имеет место следующая зависимость:
Нелинейная ползучесть песчаных бетонов

где f(σб) является некоторой нелинейной функцией напряжения в бетоне. В исследованиях И.И. Улицкого показано, что для практических целей может быть принята зависимость
Нелинейная ползучесть песчаных бетонов

где β — опытный параметр, характеризующий нелинейность функции. Там же установлено, что β с достаточной для практических целей точностью аппроксимируется квадратной параболой с малой кривизной, причем более высокая точность приближения не оправдана, вследствие влияния на результат колебаний влажности и температуры в процессе экспериментов, ставящих целью определение характеристик длительных деформаций, приближенности способа отделения усадочных деформаций от общих и др.
Следует также отметить, что в большинстве практических задач расчета железобетонных конструкций, в частности, при оценке напряженного состояния предварительно напряженных железобетонных элементов, постоянно действующие напряжения в бетоне со временем уменьшаются в связи с ростом прочности бетона, перераспределения усилий с бетона на арматуру, самозалечивания трещин. В этих задачах нелинейная ползучесть носит временный характер и через определенное время переходит в линейную. На это обстоятельство неоднократно обращали внимание А.А. Гвоздев и К.С. Карапетян, предостерегая от неоправданного увлечения уточнением расчетного аппарата.
Поэтому, во избежание чрезмерного усложнения задачи из-за необходимости решения дифференциальных уравнений деформаций бетонного элемента под действием напряжений, величину β принято считать постоянной и равной βс — средней между βс(t=0) и нулем в момент времени, когда нелинейная ползучесть переходит в линейную. Это, в свою очередь, означает, что имеет место стационарная нелинейная ползучесть при постоянном значении во времени параметра нелинейности βt=βo.
Таким образом, практической задачей исследований в изложенной выше постановке является определение характеристик η и β песчаных бетонов разных марок, изготовленных по разным технологиям.
Экспериментальное определение характеристик нелинейной ползучести было проведено на образцах-призмах размером 100х100х400 мм. По каждому составу было изготовлено по 18 призм и 6 кубов с ребром 100 мм, в том числе: 9 призм для испытаний на ползучесть при трех уровнях нагружения — η = 0,2; 0,4; 0,6:
3 призмы — для испытания на усадку;
3 призмы — для определения величины Rпр и Eσ;
3 призмы — в запас (из 15 запасных 3 призмы использованы как компенсационно-температурные);
3 куба — для определения марки бетона;
3 куба — для определения прочности в день загружения.
Образцы изготавливались из цементно-песчаных смесей жесткостью от 15 до 120 сек и помещались в камеру нормального хранения. Загружение образцов производилось на 28-е сутки. Составы бетона, жесткость смесей, условия формования и основные механические характеристики образцов приведены в табл. 2.2.
Размеры образцов и методика испытаний не отличались от использованных при исследованиях линейной ползучести.
Нелинейная ползучесть песчаных бетонов

В табл. 2.3 приведены промежуточные и максимальные значения относительных деформаций усадки, которые впоследствии вычитались из суммарных длительных деформаций для определения относительных деформаций ползучести.
В табл. 2.4 помещены значения относительных деформаций ползучести εn, мер ползучести C(t) и характеристик ползучести бетонов φt при уровнях напряжений, равных 0,2; 0,4; 0,6 и разной длительности наблюдений.
Как следует из табл. 2.4, закономерности нарастания длительных деформаций, присущие тяжелому бетону, сохраняются и при отсутствии в составе смеси крупного заполнителя.
Нелинейная ползучесть песчаных бетонов

Для выявления характеристик нелинейности деформаций ползучести песчаных бетонов анализировались составы с различным В/Ц при уровне напряжений 0,4 и 0,6.
Вычисленные величины β для составов 1, 4 и 5 (табл. 2.2) приведены в табл. 2.5.
По коэффициенту β можно рассчитать промежуточную и конечную величину деформаций ползучести, вызванную действием напряжений σб. Меру ползучести C(t) в этом расчете можно принять по данным, соответствующим уровню напряжений = 0,4.
Нелинейная ползучесть песчаных бетонов

Полученные значения β песчаных бетонов рассматриваемых составов в интервале уровня напряжений η = 0,4/0,6 являются небольшими. Так, если в опытах И.И. Улицкого для тяжелого бетона коэффициент β для тех же значений интервала τ варьируется от 0,001 до 0,02, то здесь его величина 0,0025 и меньше.
В тяжелом бетоне с увеличением возраста и длительности действия нагрузки обычно уменьшается. Такая же зависимость наблюдается и в песчаных бетонах. В начальный период после загружения нелинейность ползучести проявляется в большей мерс в составах с большим В/Ц. С увеличением длительности действия нагрузки уменьшение нелинейности тем быстрее, чем выше жесткость цементно-песчаной смеси.
Таким образом, для песчаных бетонов марок 200-600, изготавливаемых из смесей в широком диапазоне жесткостей (от умеренно подвижных до сверхжестких), получены экспериментальные данные о нелинейной ползучести, в том числе:
— определен уровень напряжений η = 0,4, соответствующий переходу деформаций ползучести в нелинейную область;
— определен параметр нелинейности β = 0,0025 0,0006 до уровня напряжений η = 0,6.
Учитывая, что в приведенных экспериментах впервые исследуется нелинейная ползучесть песчаных бетонов, а также наличие разбросов в экспериментальных данных, рекомендации о величинах η и β следует считать оценочными.