Значение трещиностойкости железобетона

Существенным недостатком железобетона является появление тре­щин в растянутых зонах бетона при нагрузках даже ниже эксплуа­тационных. Это объясняется малой растяжимостью бетона.

Между долговечностью и трещиностойкостью железобетонных конструкций существует тесная связь. Поэтому существенно важ­ным является вопрос о том, при каком напряжении в арматуре по­являются первые трещины в растянутом бетоне. Для ответа на него воспользуемся опытными данными о предельной растяжимости бетона, ко­торая составляет в среднем = 0,00015 = = 15-10^-5 относительных единиц.

При достаточно хорошем и непрерывном по длине арматуры сцеплении считают, что до появления трещин деформации бетона и арматуры в любой точке по поверхности их контакта равны, т.е. .

Следовательно, в момент, предшествующий появлению трещины, арматура и бетон работают совместно и

При таких деформациях арматура любого класса работает ещё упруго и напряжения в ней определяются по закону Гука:

Если σ _s > 30 МПа, то считаем, что в растянутом бетоне появляются трещины. Следовательно, для получения трещиностойкой конструк­ции требуется значительно ограничить использование прочности ар­матуры при растяжении (имеется ввиду обычный железобетон, а не предварительно напряжённый). Например, в арматуре из стали класса A240 для обеспечения трещиностойкости конструкции прихо­дится допускать растягивающие напряжения, составляющие лишь примерно 13% от предела текучести.

Поэтому в обычных железобетонных конструкциях в большин­стве случаев приходится мириться с появлением трещин для того, чтобы повысить степень использования арматуры и иметь возмож­ность применять арматуру более высоких классов. Однако и при этом все равно исключается возможность эффективного использо­вания арматуры из высокопрочных сталей, начиная с класса A600 и выше, так как высокие напряжения, которые в ней можно до­пускать, сопровождаются значительными деформациями, т.е. об­разованием недопустимых по ширине раскрытия трещин. Это очень неприятное обстоятельство, поскольку прочность этих сталей растёт гораздо быстрее, чем стоимость, и их использование с экономиче­ской точки зрения является целесообразным.

Видимые волосяные трещины шириной примерно 0,05 мм появ­ляются в бетоне при нагрузках, меньших эксплуатационных, в зо­нах возникновения наибольших растягивающих напряжений. При возрастании нагрузки эти трещины раскрываются. Приближенно можно считать, что при напряжениях в арматуре порядка σ _s = 200...250 МПа ширина раскрытия трещин находится в пределах = 0, 2...0,3 мм. Наличие трещин открывает доступ к армату­ре атмосферной влаге и агрессивным газам, что при определённой ширине раскрытия может вызвать коррозию. Поэтому ширина рас­крытия трещин в период эксплуатации железобетонных конструк­ций должна быть ограничена. Предельно допустимая ширина рас­крытия трещин, при которой еще обеспечивается сохранность арма­туры, устанавливается в зависимости от условий работы конструк­ции, вида применяемой арматуры, продолжительности действия на­грузки и не должна превышать 0,3 мм (считая по оси арматурных стержней) при длительном их раскрытии и 0,4 мм — при непродолжительном. При такой ширине раскрытия трещин напряжения в арматуре достигают примерно σ _s = 250...300 МПа.

Расчет по раскрытию трещин производят из условия , где а_crc – ширина раскрытия трещин от действия внешней нагрузки; а_crc,ult – предельно допустимая ширина раскрытия трещин.

Значения а_crc,ult принимают равными:

а) из условия обеспечения сохранности арматуры: – классов А240-А600, В500:

0,3 мм – при продолжительном раскрытии трещин;

0,4 мм – при непродолжительном раскрытии трещин;

– классов А800, А1000, а также Вр1200-Вр140, К1400, К1500 (К-19) и К1500 (К-7) диаметром 12 мм:

0,2 мм – при продолжительном раскрытии трещин;

0,3 мм – при непродолжительном раскрытии трещин;

– классов Вр1500, К1500 (К-7) диаметром 6 и 9 мм:

0,1 мм – при продолжительном раскрытии трещин;

0,2 мм – при непродолжительном раскрытии трещин;

б) из условия ограничения проницаемости конструкций:

0,2 мм – при продолжительном раскрытии трещин;

0,3 мм – при непродолжительном раскрытии трещин.

Ширину раскрытия трещин(а_crc) определяют исходя из взаимных смещений растянутой арматуры и бетона по обе стороны трещины на уровне оси арматуры и принимают:

- при продолжительном раскрытии а_crc= а_crc,1;

- при непродолжительном раскрытии а_crc = а_crc,1+ а_{crc,2_}– а_crc,3,

где а_crc,1 – ширина раскрытия трещин от продолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок;

а_crc,2 – ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок;

а_crc,3 – ширина раскрытия трещин от непродолжительного действия постоянных и временных длительных нагрузок.