Бетоны со спиральной арматурой

Для определения более предпочтительного расположения спиральной арматуры в стенке трубы необходимо исследовать также напряженно-деформированное состояние, возникающее в затвердевшем бетоне. Условия закрепления элементов расчетной модели и передачи нагрузки соответствуют реальным, которые наблюдаются в стенке трубы после затвердевания бетона и распалубки. Внутренняя стенка трубы закреплена таким образом, чтобы исключить ее свободное перемещение, которое невозможно в существующей реальной конструкции трубы. Затвердевший бетон обжимается предварительно напряженной арматурой в направлении продольной оси трубы. Усилия обжатия определены с учетом реального предварительного напряжения спиральной арматуры и приняты 230 Н для трубы диаметром 500 мм и 250 Н для трубы диаметром 1000 мм. Модуль упругости затвердевшего бетона постоянный — 2,4 104 МПа. Остальные характеристики составляющих модели и варианты их изменения такие же, как и в предыдущих задачах.

По всем расчетным вариантам получено неравномерное напряженно-деформированное состояние. Наибольшие напряжения, в том числе растягивающие, определены по оси у, т. е. по направлению приложения нагрузки от спиральной арматуры. Именно эти напряжения и подвергались детальному анализу. Наиболее характерные эпюры напряжений для отдельных расчетных вариантов. Анализ полученных результатов позволил выявить следующие закономерности. Бетон основной части стенки трубы, находящейся между внутренней ее поверхностью и спиральной арматурой, обжат равномерно.

В небольшом районе под арматурой, со стороны продольной оси трубы, концентрация сжимающих напряжений более чем в 2,5 раза превосходит средние значения в основной части ее стенки. Однако эти напряжения значительно меньше не только предела прочности бетона при сжатии, но и полиэтилена. Необходимо учесть также, что последний находится в жесткой обойме между спиральной арматурой и затвердевшим в обжатом состоянии бетоном. Поэтому разрушение полиэтиленового покрытия от выявленных расчетом максимальных сжимающих напряжений невозможно. Между витками спиральной арматуры в бетоне напряжения в 4 раза меньше средних сжимающих, действующих в основной части стенки тела трубы. В примыкающем к наружной поверхности стенки трубы районе напряжения равны нулю.

Наиболее опасные для бетона растягивающие напряжения определены в небольшом районе над спиральной арматурой, со стороны наружной поверхности стенки трубы. Эти напряжения превышают 3 МПа в любом из рассмотренных расчетных вариантов. Необходимо учесть, что именно в этом районе модели расчетом определены растягивающие напряжения в момент гидрообжатия незатвердевшей бетонной смеси трубы. Следовательно, отжатие избыточной воды затворения и доуплотнение бетонной смеси, находящейся над спиральной арматурой, невозможно. Более того, отжимающаяся из стенки трубы вода может насыщать бетонную смесь в том районе и оставаться в нем в процессе ее твердения. Поэтому следует ожидать, что затвердевший бетон над спиральной арматурой, где определены максимальные растягивающие напряжения, наиболее слабый. Такое неблагоприятное сочетание наибольших растягивающих напряжений в районе с наиболее слабым бетоном может привести к образованию трещин в нем или по границе его контакта со спиральной арматурой.

Возникающие в бетоне растягивающие напряжения, которые превосходят его пределы прочности при растяжении, могут вызвать образование микротрещин, которые, как правило, существенно изменяют его напряженно-деформированное состояние. Чтобы выявить такие изменения, дополнительно выполнен расчет с учетом нелинейной зависимости между деформациями и напряжениями. Элементам модели, в которых предварительным расчетом определены растягивающие напряжения выше 3 МПа, присваивался меньший (в 2 раза) модуль упругости. Таким образом, в расчетах учитывалось возможное начальное микротрещинообразование, которое приводит к увеличению деформативности бетона, т. е. уменьшению его модуля упругости.

Первоисточник публикуемых материалов сайт landscapeforum.ru, надежный строительный интернет-портал.