Трещинообразование в строительных элементах и конструкциях, страница 4

Трещины в изгибаемых элементах всегда расположены перпендикулярно к арматуре. Капиллярные трещины, не опасные для конструкции, появляющиеся при полной (расчетной) нагрузке и свидетельствующие о нормальной работе изгибаемого элемента во II фазе, следует отличать от видимых трещин, развивающихся при увеличении нагрузки и говорящих о приближении напряжения в элементе к предельному. Характер трещин и место их появления в железобетонных балках зависят от процента армирования. На величину момента, при котором возникают трещины, прежде всего, влияет прочность бетона на растяжение, и гораздо в меньшей степени процент армирования. Это значит, что для данного бетона образование трещин в изгибаемом элементе наступает при почти одинаковых значениях  (напряжения в стали в I фазе), и при разных значениях  (напряжения в стали во II фазе).

Ниже приведены ориентировочные значения напряжения для различных процентов армирования.

Эти напряжения не зависят от предела пластичности стали. Процент армирования рассчитывается в этом случае относительно прямоугольного сечения с шириной, которую оно имеет со стороны растянутой арматуры.

Из сказанного следует, что одинаковые трещины могут быть при разных напряжениях в стали и, следовательно, представляют собой различную степень опасности для элементов.

В изгибаемых балках прямоугольного сечения, в которых процент армирования колеблется от 0,8 до 1,5%, напряжения в стали непосредственно после образования видимых трещин составляют около 1000—1200 кг/см². Момент в сечении достигает примерно половину значения разрушающего момента, а нагрузки приближаются к принятым в расчетах разрушающим нагрузкам. Трещины в изгибаемых элементах появляются последовательно одна за другой по мере увеличения нагрузки и возникновения в соответствующих сечениях момента, вызывающего образование трещин. Первая трещина образуется в зоне наибольшего момента, дальше трещины появляются парами — с каждой стороны от первой трещины. На участке балки с одинаковым моментом одновременно возникает несколько трещин. С увеличением нагрузки расположение трещин не меняется.

Трещины в изгибаемых элементах обычно перпендикулярны арматуре и искривляются только в зонах, где появляются большие скалывающие напряжения. На рис. 9 показана типичная трещина от изгиба в последовательных фазах ее развития.

К моменту излома только одна трещина доходит до границы сжатия, где разветвляется и образует клин высотой около 1/4 высоты сечения. Бетон, помещающийся внутри этого клина, раздавливается.

В изгибаемых сечениях появление трещин большой ширины свидетельствует о том, что сталь достигла предела пластичности. В этом случае ширина трещин может меняться в интервале от 0,5 до 2 мм в зависимости от напряжений, сцепления бетона со сталью, процента армирования, шага трещин. Образование трещины, значительно более широкой по сравнению с соседними, свидетельствует о текучести стали в данном сечении, а значит, о достижении предела запаса прочности и аварийном состоянии элемента. Ширина трещины к моменту излома может достичь нескольких, иногда более десяти, миллиметров, в то время как допустимая ширина трещин измеряется обычно долями миллиметра.

Расстояние между трещинами растет с увеличением диаметра стержней арматуры и с уменьшением процента армирования и прочности бетона на растяжение.

На рис. 10—12 показаны однопролетные балки одинакового сечения, нагруженные двумя сосредоточенными силами, но с разным процентом армирования.

Балка, показанная на рис. 10, слабо армирована (=0,2%<|=3,4%). Трещины появились при высоком напряжении стали (=2000 кг/см²), причем одновременно образовались три трещины. Бетон раздавлен только в небольшом клине. При более слабом армировании возникает только одна трещина, а напряжения в бетоне могут быть так незначительны, что не приводят к его раздавливанию. Такая железобетонная балка мало чем отличается от неармированной бетонной балки и может разрушиться неожиданно, без предварительного появления трещин. Из сказанного следует, что в слабо армированных балках появление немногочисленных трещин свидетельствует о близком достижении материалом элемента предела прочности и об его аварийном состоянии. Развитие трещинообразования и его последовательные фазы в балке со средним процентом армирования показаны на рис. 11 (=2,1%<=3,4%). Разрушение балки наступило вследствие превышения прочности бетона на сжатие при относительно низких напряжениях в стали. Зона раздавливания бетона в этом случае больше, чем в предыдущем, что объясняется постоянством значения изгибающего момента, действующего на участке между сосредоточенными силами. Вся сжатая зона на этой площади должна быть раздавлена. Однако из-за неоднородности бетона наступило местное разрушение в зонах, где бетон имел наименьшую прочность.