С.Х.БАЙРАМУКОВ, канд. техн. наук (Карачаево-Черкесский государственный технологический ин-т), Взаимное влияние потерь предварительного напряжения и способы их учета

После бетонирования и передачи усилий на бетон считается завершившейся первая стадия изготовления конструкций. На этом этапе в соответствии со СНиП, кроме упомянутых потерь , происходящих в процессе изготовления, учитывают потери от быстронатекающей ползучести бетона.

Далее нормы рекомендуют определять вторую группу потерь, происходящую после обжатия бетона. Очевидная условность разделения потерь на две группы оправдывается упрощением оценки отдельных потерь от различных факторов простым суммированием, В то же время имеет место взаимное влияние ряда потерь, что в расчете преднапряжения пока не учитывается. К таким взаимозависимым потерям относятся, в первую очередь, потери от релаксации арматуры, усадки и ползучести бетона. Релаксационные испытания предполагают постоянные по величине деформации арматурного образца и переменные во времени напряжения, тогда как при изучении ползучести переменными являются деформации, а напряжения в бетоне поддерживаются на определенном уровне. Поскольку исходные данные этих испытаний не отвечают реальной работе арматуры и бетона, результаты таких испытаний в чистом виде приняты для расчета. Кроме того, деформации свободной усадки ниже деформаций усадки бетона в напрягаемых элементах, что объясняется дополнительным выдавливанием влаги из тела бетона.

Таким образом, взаимное влияние этих процессов - релаксации, усадки и ползучести - очевидно, ясна их качественная картина: суммарные потери должны быть меньше, чем при определении их простым сложением отдельных потерь в чистом виде.

В железобетонных конструкциях со смешанным армированием высокая точность определения потерь предварительного натяжения гарантирует достоверные значения трещиностойкости и деформативности. Здесь величина потерь зависит не только от степени их взаимосвязи, но и от количества ненапрягаемой арматуры, которая сдерживает деформации усадки и ползучести бетона.

Для определения потерь от усадки и ползучести в железобетонных конструкциях со смешанным армированием в настоящее время используют различные методы расчета.

В работе [6] предлагается введение численных коэффициентов снижения потерь в зависимости от процента армирования ненапрягаемой арматуры. Очевидно, что это применимо лишь для определенных исследованных видов бетонов и не может быть использовано в общем случае. Авторы работ [1, 2] применяют в расчетах потерь от усадки и ползучести формулы, предложенные в [3]. Однако результаты расчетов по этим формулам существенно (до 90%) занижают суммарные потери от быстронатекающей ползучести, усадки и длительной ползучести, особенно при высоких уровнях напряжений. Это связано с тем, что в расчетах не учитывается увеличение деформаций усадки нагруженного бетона. По имеющимся данным при сжатии бетона снижение относительной влажности и соответствующее увеличение деформаций усадки может достигать 2% на 0,1 МПа напряжений.

В работе [7] предлагается учитывать влияние на потери усадки ненапрягаемой арматуры с помощью коэффициента. Однако, экспериментального подтверждения надежности использования этого коэффициента недостаточно. Кроме того, потери от ползучести и рекомендуется принимать по СНиП вне зависимости от количества ненапрягаемой арматуры.

Упомянутые аналитические и эмпирические зависимости, а также корректирующие коэффициенты не учитывают, да и не могут учитывать всего разнообразия факторов, которые влияют на величину установившегося предварительного напряжения.

Из-за сложности технологического процесса изготовления величина начального преднапряжения является случайной. Значения коэффициента вариации при механическом способе натяжения составляет 0,10...0,12, а при электротермическом - 0,12.. 0,14. Потери предварительного натяжения, от которых непосредственно зависит величина установившегося преднапряжения, также являются случайными величинами, изменяющимися во времени, что обусловлено технологией производства, составом и физико - механическими свойствами материалов. В табл. 1 приведены результаты обработки экспериментальных данных по исследованию отдельных видов потерь напряжения в арматуре или деформаций бетона.

Как видно из табл. 1 потери предварительного напряжения от усадки и ползучести бетона являются величинами весьма неустойчивыми, с чем необходимо считаться в расчетах. Занижение величины упомянутых потерь может привести к переоценке уровня обжатия, а завышение, наоборот, - к его недооценке. Для эксплуатационных качеств конструкций второй случай (завышение потерь) предпочтительнее, т. к. гарантирует некоторый запас по трещиностойкости it деформативности. Поэтому для оценки потерь необходимо использовать вероятностные методы расчета. Считая закон распределения потерь нормальным.



Выше было сказано о том, что деформации усадки и ползучести протекают совместно и взаимосвязанно, хотя многие исследования считают их величинами независимыми. Очевидно, вероятность появления максимумов всех видов деформаций, а, следовательно и потерь ниже, чем в случае их протекания раздельно. Поэтому имеет смысл ввести коэффициент сочетаний потерь, учитывающий уменьшение вероятности появления нескольких максимальных значений потерь.

В принципе, каждый вид потерь происходит во времени и представляет собой случайный процесс. Следовательно, сумма потерь также будет представлять случайный процесс. Определение сочетаний изменяющихся во времени нескольких случайных процессов представляет достаточно сложную задачу.

Учитывая сложность процессов длительного деформирования и зависимость усадки и ползучести бетона от многих факторов, в первом приближении предлагаются упрощенное представление коэффициента сочетания потерь. Считается, что слагаемые потери представляют собой постоянные во времени случайные величины. Такая постановка задачи может быть оправдана стремлением приблизить расчеты к методике СНиП, где все потери рассматриваются на момент их завершения, определяющий установившееся эксплуатационное напряженное состояние конструкции.

Если все потери распределены по одному и тому же нормальному закону и статистически независимы имеет место случай простого сложения случайных величин. Не останавливаясь на выводе коэффициента сочетания потерь предварительного напряжения можно записать расчетные соотношения: при обычном суммировании потерь



В связи с тем, что в работе [1] приведены только средние величины потерь и не приведены их изменчивости, коэффициенты вариации были назначены по результатам проведенных исследований обеспеченность принята Р=95%, /=1,64. Результаты расчетов приведены в табл. 2. При вычислении потерь по формулам (2) и (3) были использованы средние опытные величины потерь.

Несмотря на всю условность исходных данных, выразившуюся в определенном произволе при выборе коэффициентов вариации, преимущества предлагаемой методики очевидны. Она дает возможность оценить не только влияние рассева исследуемых потерь, но и учитывает их сочетание. В результате конструкции оказываются равнонадежными по отношению к числу происходящих потерь.

Бетон и железобетон, 2001 №2