Odkształcenia opóźnione

W okresie wykonania, montażu i eksploatacji elementu sprężonego występują najróżniejsze przypadki obciążeń, które staramy się usystematyzować przez zdefiniowanie poszczególnych faz lub stanów pracy elementu, z których każdemu odpowiadają określone obciążenia nominalne, stanowiące podstawę obliczenia statycznego. Stanem początkowym nazywamy stan obciążenia siłami sprężającymi i tym ciężarem stałym (w szczególności ciężarem własnym), który działa w chwili sprężenia (program uprawnienia budowlane na komputer).

Stan bezużytkowy obejmuje prócz powyższego ciężary stałe działające trwale na konstrukcję. Stan użytkowy obejmuje wszelkie obciążenia łącznie z najniekorzystniejszymi obciążeniami eksploatacyjnymi. Zdefiniujemy dokładniej stany obciążenia i zobaczymy, że wiążą się one z odkształceniami opóźnionymi betonu, których następstwem są straty siły sprężającej.
Pierwsze próby sprężenia elementów betonowych przez wstępne naciągnięcie uzbrojenia takiego samego jak w żelbecie, kilkakrotnie podejmowane jeszcze przed I wojną światową (Lund, Koenen i inni), kończyły się z reguły niepowodzeniem (program uprawnienia budowlane na ANDROID).

Okazywało się mianowicie, że naprężenia wstępne w betonie zanikały z biegiem czasu i element tracił nabytą przy sprężeniu rysoodpomość. Wyjaśnienie tych niezrozumiałych zrazu zjawisk wymagało lepszego wyjaśnienia własności betonu, co zostało dokonane przez E. Freyssineta w latach dwudziestych bieżącego stulecia. Wykrył on mianowicie, że beton, uważany w owym czasie za symbol niezmienności, wykazuje w rzeczywistości znaczne odkształcenia narastające z biegiem czasu, nazwane przez niego odkształceniami opóźnionymi.
Odkształcenia opóźnione obejmują w pierwszym rzędzie skurcz i pełzanie betonu.

Skurcz związany jest z procesami hygrotermicznymi i nie zależy od sił działających na element; decydujący wpływ wywierają nań temperatura i wilgotność otoczenia. Pełzanie jest odkształceniem narastającym z biegiem czasu pod wpływem sił działających trwale na konstrukcję; przejawia się ono w fakcie, że przy obciążeniu o stałej wartości w czasie, niezależnie od odkształcenia doraźnego pojawiają się narastające nieustannie (aczkolwiek coraz wolniej) odkształcenia opóźnione, których wielkość przekracza niekiedy nawet kilkakrotnie wartość odkształcenia doraźnego (uprawnienia budowlane).

Znalezienie racjonalnego kompromisu

Zarówno skurcz jak pełzanie w normalnych warunkach wywołują odkształcenia betonu o tym samym znaku co odkształcenia wstępne spowodowane sprężaniem, a więc pociągają za sobą zmniejszenie naciągu wstępnego uzbrojenia sprężającego, odkształcającego się wspólnie z betonem i spadek wywieranej przezeń siły sprężającej, określany jako strata sprężenia (program egzamin ustny).

Jeżeli ocenimy łączną wartość odkształcenia od skurczu i pełzania w warunkach przeciętnych na 1 % o oraz moduł sprężystości stali na 2 • 10 kG/cm2, to strata sprężenia wyniesie 0,001 • 2 • 10 = 2000 kG/cm2. Stosując więc do sprężenia zwykłą stal zbrojeniową o niskiej granicy plastyczności i niskich naprężeniach dopuszczalnych (np. 1400 kG/cm2), musimy liczyć się z zanikiem naprężeń wstępnych z biegiem czasu, tak jak to miało miejsce w pierwszych doświadczeniach (naprężenia początkowe w uzbrojeniu były tam rzędu 600-r-800 kG/cm2) (opinie o programie).

Jeśli więc stan sprężenia ma mieć charakter trwały, to należy nadać uzbrojeniu dostatecznie duże odkształcenia początkowe, czyli naciągać je do wysokich wartości naprężeń początkowych, a to możliwe jest tylko w przypadku stali o wysokiej granicy wytrzymałości. Postulat ten, sformułowany wyraźnie po raz pierwszy przez Freyssineta, posiada podstawowe znaczenie dla realizacji konstrukcji sprężonych. W dzisiejszej praktyce inżynierskiej stosuje się najczęściej (obok stali stopowych) druty utwardzone procesem przeciągania na zimno, o średnicach przeważnie 2-8 mm, o wytrzymałościach na rozciąganie 150-220 kG/mm (15 000-22 000 kG/cm2). Jeżeli druty takie naciągamy początkowo np. do 10 000 kG/cm2, to podana powyżej strata naprężenia w wysokości 2000 kG/cm2 stanowi zaledwie 20%, co oczywiście musi być uwzględnione w obliczeniu sprężenia (segregator aktów prawnych).

Im wyższe będą początkowe naprężenia w uzbrojeniu, tym niższa jest wspomniana strata, natomiast koszt uzbrojenia o większej wytrzymałości na rozciąganie jest z reguły wyższy. Przedmiotem rozważań ekonomicznych jest znalezienie racjonalnego kompromisu tych dwóch przeciwstawnych tendencji (promocja 3 w 1).