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-
74
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 Rp —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.
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
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 (Rр=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.