Несущая способность опор с сеткой трещин в сжатой зоне бетона

Более значительное влияние на несущую способность опор оказы­вает множество продольных трещин в сжатой зоне, или так называемая сетка трещин, под которой понимается такое их распределение, при ко­тором трещины располагаются вдоль окружности опоры с шагом, ве­личина которого меньше толщины стенки. Опыт показывает, что при множественном растрескивании бетона опор трещины имеют неболь­шое раскрытие (в пределах 0,05 — 0,1 мм) и располагаются, как прави­ло, с шагом 20 — 40мм. Причины такого расположения трещин были рассмотрены ранее, и связано это с воздействием отрицательных тем­ператур воздуха. При большем шаге расположения трещин последние могут считаться одиночными, и их влияние на несущую способность опор может быть оценено с помощью рассмотренной выше модели.

 

 

91

 

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

 

При отмеченном множествен­ном растрескивании бетона в сжа­той зоне образуется столбчатая структура. Выше была рассмотре­на модель прочности отдельно­го столбика в виде бруска с одной или двумя наклонными трещинами исходя из условия его разрушения от сдвига. Имеется также точка зрения [29], что разрушение этих столбиков может происходить не только от сдвига в бетоне и исчерпания их прочности, но также и вслед­ствие потери ими продольной устойчивости. При этом считается, что под действием сжимающих напряжений от внешней нагрузки в стол­биках возникает продольный изгиб, а при критических напряжениях— излом. Однако многие исследователи [30] не разделяют эту точку зре­ния. Они считают, что в силу небольшого раскрытия трещин и плотно­го расположения столбиков отсутствует возможность для поперечного перемещения столбиков и потери ими устойчивости. Эта точка зрения подтверждается многочисленными испытаниями опор контактной се­ти, имевших сетку трещин. Во всех случаях такие опоры разрушались от раздавливания бетона, и не было отмечено ни одного случая, что­бы разрушение опор происходило от потери столбиками устойчивости, характерным признаком чего является разделение каждого столбика на несколько блоков.

В основе снижения несущей способности опор с множеством про­дольных трещин в сжатой зоне лежит уменьшение прочности бетона вследствие образования этих трещин. Для оценки уменьшения прочно­сти может быть использована модель столбика в виде бруска с двумя на­клонными трещинами. Наблюдения показывают, что в натурных усло­виях глубина наклонных трещин редко превышает величину 3 — 5 мм. При ширине столбиков 20 — 40 мм это дает значение   в функции    F_II ( ) в пределах 0,1 - 0,25. При таких значениях   функция F_II ( ), как видно из рис. 3.22, слабо изменяется при вариациях величины А. и в указанном диапазоне изменений может быть принята равной 1,5. При этом значе­нии F_II ( ) прочность бетона при изменении глубины трещин в пределах 3 — 5 мм снижается до величины (0,7 / 0,4)R_в.

Характерной особенностью процесса снижения прочности бетона при множественном трещинообразовании является то, что это сни­жение происходит не по всему объему бетона по толщине стенки, а только в наружных его слоях. Исследование характеристик трещино-образования показывает, что при множественном образовании тре­щин в бетоне опор эти трещины, кроме небольшого раскрытия, рас­пространяются на небольшую глубину, не превышающую половины

 

 

92

 

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

толщины стенки. В результате этого по толщине стенки формируются два слоя с различной прочностью бетона: снаружи располагается рас­трескавшийся бетон пониженной прочности, а внутри стенки сохра­няется слой бетона с первоначальной структурой и прочностью (рис. 3.28). При таком распределении прочности бетона необходимые вы­ражения для определения несущей способности опор, полученные из условий равновесия, имеют вид:

а) для относительной площади сжатой зоны бетона:

                                     (3.16)                                                               

б) для несущей способности опор:

   (3.17)

                          
                                 

где А_Т — площадь наружного кольца с пониженной прочностью бетона;

А₀ — площадь внутреннего кольца с нормальной прочностью бетона;

—прочность растресканного бетона наружного кольца; R _в—начальная прочность бетона при отсутствии в нем трещин;

 

r_н=r₁+r_т/2       r_н=r_Т+r₂/2

 

r_Т — радиус окружности, разделяющей наружное и внутреннее кольцо; r₁ и r₂ — наружный и внутренний радиусы сечения опоры.

Остальные обозначения приведены выше.

На рис. 3.29 показана кривая изменения несущей способности опор в зависимости от степени                          снижения

 прочности бетона наружных слоев, построенная на основании выражения (3.17). Кривая постро­ена для опор с характеристиками: As = 6,28см²; Rs = 1400МПМ; A = 700см²; Rв = 22 МПа;   = -400 МПа;

r_Т— 18см; r₂ = 21,5см.

Анализ приведенной кривой показывает устойчивое сниже­ние несущей способности опор по мере снижения прочности бе­тона в наружном слое. Однако это снижение происходит значитель­но медленнее, чем уменьшается прочность бетона. В частности, при снижении прочности бетона в наружном слое почти на 60% не-

9

93

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

сущая способность опор уменьшается только на 20% по сравнению с ее значением при неповрежденном бетоне. Выше было показано, что при растрескивании бетона отмеченное снижение его прочности реализу­ется при шаге трещин 20 мм и глубине наклонных трещин 5 мм, и такая картина трещинообразования является часто повторяемой. Следова­тельно, можно считать, что с образованием сетки трещин снижение не­сущей способности опор может достигать 20%. Данный вывод полно­стью подтверждается результатами испытаний опор с сеткой трещин в нижней части опор. При этом наблюдалось, как правило, уменьшение несущей способности опор на величину порядка 15 — 20% против рас­четного значения несущей способности опор. О сильном влиянии сетки трещин на несущую способность опор свидетельствуют и случаи разру­шения эксплуатируемых опор с такой сеткой на отдельных дорогах. В связи с этим опоры с указанными повреждениями относятся к категории остродефектных и должны либо заменяться, либо усиливаться.

Таким образом, появление одиночных продольных трещин в сжа­той зоне бетона опор приводит к снижению несущей способности опор в пределах 1 — 2% и не оказывает существенного влияния на эксплуата­ционные качества опор. В то же время множественное растрескивание опор или образование в них сетки трещин приводит к существенному снижению несущей способности опор и в ряде случаев было причиной их разрушения.

Появление продольных трещин, а также сетки трещин в растянутой зоне не оказывает влияния на несущую способность опор. Однако и при таком расположении они оказывают отрицательное воздействие на опо­ры, ухудшая их надежность и долговечность.