Напряженное состояние центрифугированного бетона при замерзании

Таким образом, пористый, увлажненный практически до полного влагосодержания внутренний слой бетона опор при замерзании и даль­нейшем понижении температуры по крайней мере дважды будет испы­тывать деформации расширения в отличие от наружного слоя, в кото­ром вследствие его высокой плотности деформации расширения не на-

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

блюдается, а происходит термическое укорочение бетона. В результате такого несовпадения по величине и знаку температурных деформаций наружного и внутреннего слоев бетона при его замерзании и пониже­нии температуры в опорах возникает дополнительное напряженное со­стояние. Под влиянием появившихся во внутреннем слое деформаций расширения в наружном слое бетона появятся напряжения растяжения, а во внутреннем слое — напряжения сжатия.

На рис. 3.15 показана расчетная схема элемента стенки опоры, под­вергаемого замораживанию.

Для этой расчетной схемы из условий равновесия может быть получе­на формула для определения предельной разности деформаций наруж­ного и внутреннего слоев, превышение которой приводит к появлению трещин на поверхности опор. Эта формула имеет вид

(3.1)

где R_p —прочность бетона наружного слоя на растяжение; Е₁ Е₂ моду­ли упругости бетона наружного и внутреннего слоев; F₁ F₂ — площади сечения элементов наружного и внутреннего слоев; - относитель­ные деформации наружного и внутреннего слоев.

Рассматривая элемент стенки единичной ширины и получая вслед­ствие этого F₁ = 1 * и F₂ = 1* , а также принимая, что модули упругости слоев бетона в замороженном состоянии равны между собой Е— Е₁ = Е₂, из выражения (3.1) можно получить

(3.2)

где - толщина стенки опоры.

Рис.3.15. Расчетная схема кольцевого сечения при замерзании

Таким образом, из выражения (3.2) следует, что величина предель­ной допустимой разности деформаций наружного и внутреннего слоев, при которой достигается прочность бетона на растяжение, определяется как прочностными и упругими свойствами бетона, так и соотношением толщин стенки опоры и внутреннего слоя бетона. Чем тоньше внутренний слой бетона, тем больше оказыва-ется эта разность деформаций.
И наоборот, чем большую долю в толщине стенки зани-мает внутренний слой бетона, тем меньшая величина раз-ности деформаций требуется для достижения бетоном Рис.3.15. своей прочности на растяжение. сечения при 75

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

Опыт показывает, что у опор, в которых в процессе эксплуатации образовались трещины при отрицательных температурах, толщина внутреннего слоя бетона в среднем составляет одну треть от толщи­ны стенки опоры. Тогда для опор, изготовленных из бетона марки 500 (R_р=2,6 МПаи Е=32 500 МПа), предельная допустимая разность дефор­маций слоев из выражения (3.2.) оказывается равной

Расчеты показывают, что при высокой пористости и влажности вну­треннего слоя бетона отмеченная величина разности деформаций слоев достигается при температуре в пределах 28 — 32°С. С повышением по­ристости бетона внутреннего слоя соответственно повышается и тем­пература, при которой наблюдается предельная допустимая разность деформаций.