Формы усталостного разрушения железобетонных элементов

В зависимости от содержания арматуры и размера нагрузки усталостное разрушение железобетонного элемента может происходить либо по арматуре, либо по сжатой зоне бетона, либо вследствие нарушения сцепления бетона с арматурой, что приводит к разрушению по косому сечению. Поскольку вид усталостного разрушения указывает, какой фактор (усталость бетона, арматуры, сцепления) является определяющим для выносливости всего железобетонного элемента, необходимо установить критические переходные значения основных параметров, разграничивающих эти виды разрушения. Характер разрушения при статической и циклической нагрузках может быть совершенно различным, т. е. предельные состояния одной и той же конструкции будут различными.

Д.Р. Верна провел испытание на выносливость большого числа балок шириной 12,7, длиной 200 и высотой 10; 14 и 18 см. Прочность бетона была принята 19 МПа (190 кгс/см²) и 32 МПа (320 кгс/см²). Балки армировались только в продольном направлении арматурой с 319 МПа (3190 кгс/см²) и 508 МПа (5080 кгс/см²). Минимальная нагрузка цикла была принята равной 10% разрушающей статической максимальная динамическая нагрузка изменялась, таким образом, чтобы получать усталостное разрушение. Нагружение балок производилось сосредоточенными силами, приложенными в третях пролета. В каждой серии часть балок испытывалась на прочность при статическом нагружении.

При обоих видах испытаний наблюдались разрушения балок при достижении арматурой предела текучести, в сжатой зоне бетона, по косому сечению, нарушении сцепления арматуры с бетоном. Эти виды разрушений для балок одной группы при статических и динамических нагрузках совпадают лишь в редких случаях.

На вид усталостного разрушения конструкций гидротехнических сооружений может оказать влияние водная среда, в которой они работают, что необходимо также принимать во внимание. Воздействие водной среды будет приводить к снижению усталостной прочности бетона вследствие «размягчения» и арматуры вследствие коррозионной усталости в трещинах.

На выносливость арматуры в железобетонных элементах может оказывать влияние и ряд дополнительных факторов. Так, распределение напряжений в сечении растянутой арматуры может быть неравномерным, с максимумом у растянутой грани.

При испытании балок шириной 18, высотой 30 и длиной 200 см, армированных стержнями Ст25Г2С диаметром 22 мм (с содержанием арматуры 1,38-2,08%) разница напряжений по высоте сечения стержня достигала 15%. Это объясняется авторами тем, что выносливость стержней в бетоне будет всегда ниже выносливости их в исходном состоянии. Было отмечено в исследованиях образование остаточных деформаций в сжатом сечении бетона, что приводит к образованию остаточных напряжений в растянутой арматуре, которая при снятии или уменьшении максимальной нагрузки стремится занять исходное положение, и в результате в верхней части сечения возникают растягивающие напряжения, а в средней - сжимающие. Это искажает картину распределения напряжений по сечению на каждом цикле изменения нагрузки, снижая выносливость бетона и увеличивая выносливость арматуры. Правда, замеренные остаточные напряжения в арматуре были относительно невелики и составляли 18,5-29 МПа (185- 290 кгс/см²).