Деформация сооружений – это изменение формы или размеров сооружений, или их элементов под действием внешних сил, при нагревании или охлаждении, изменении влажности и других воздействиях, вызывающих изменение относительного положения рассматриваемых точек, сечений или объемов сооружений.
Деформации твердых тел, составляющих сооружение, и их структурные особенности изучает физика твердого тела, а движения и напряжения в деформируемых твердых телах — теории упругости, пластичности и ползучести. Деформация твердого тела, элемента или сооружения может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объема, теплового расширения, намагничивания (магнитострикционный эффект), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил. Все реальные твердые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твердое тело с достаточной точностью можно считать упругим, т.е. не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела. Упругие деформации связаны с силами межатомного взаимодействия в конструкционных материалах, деформации пластичности и ползучести — с образованием искажений кристаллических структур и дефектов. Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, величины и продолжительности действия нагрузки. При неизменной приложенной к телу нагрузке деформация сооружений изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры и времени скорость ползучести, как правило, увеличивается. Частным случаем ползучести является релаксация — процесс самопроизвольного уменьшения нагрузки и напряжения с течением времени при неизменной деформации. В теории упругости и пластичности тела рассматриваются как «сплошные». Сплошность, т.е. способность заполнять весь объем, занимаемый материалом тела без всяких пустот, является одним из основных свойств, приписываемых реальным телам. Понятие сплошности относится также к элементарным объемам, на которые можно мысленно разбить тело. Изменение расстояния между центрами каждых двух смежных бесконечно малых объемов у тела, не испытывающего разрывов, должно быть малым по сравнению с исходной величиной этого расстояния. Образование микроне-сплошностей и микродефектов увеличивает деформации вплоть до макроразрушения наиболее натруженного элемента и сооружения в целом.
Виды деформации сооружений
В сооружениях и их элементах различают упругую деформацию (исчезающую после устранения воздействия, вызвавшего деформацию сооружений) и пластическую (остаточную) деформацию (остающуюся после удаления нагрузки). Для упругих деформаций справедлив линейный, а для пластических — степенной или экспоненциальный законы, связывающие усилия (напряжения) и перемещения (деформации). При длительном нагружении к упругим и пластическим деформациям сооружений добавляются деформации ползучести, нарастающие во времени. Простейшие виды деформации элементов сооружений: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб. В конечном счете любую деформацию сооружений можно свести к двум наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу. Характерными деформациями сооружений являются просадки, прогибы, закручивания, получаемые как интегральные перемещения от указанных простейших деформаций. Деформация сооружений определяется, если известен вектор перемещения каждой его точки.
Измерение деформации сооружений
Измерение деформации сооружений производится в процессах испытания или эксплуатации сооружений с целью определения их сопротивления безопасным и опасным действующим нагрузкам. Испытанию может подвергаться сооружение в натуре или его модель. Упругие деформации сооружений весьма малы, и измерение их требует высокой точности. Наиболее распространены методы измерения с помощью тензометров, тензорезисторов, голографии. В современной практике широко применяются поляризационно-оптический, волоконно-оптический и рентгеновский методы. Для суждения о местных пластических деформациях используют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком и т.д.
Для предупреждения и предотвращения опасных, недопустимых и разрушающих деформаций сооружений используются методы сопротивления материалов, теорий упругости, пластичности и ползучести, теории строительной механики и динамики сооружений. Предельные величины деформации сооружений устанавливаются на базе критериев прочности, жесткости, долговечности, усталости с использованием соответствующих запасов. Эти запасы имеют разную величину в зависимости от типа аварии или катастрофы (проектная — запроектная — гипотетическая).
Наблюдение за деформацией сооружений
Источник: Гражданская защита: Энциклопедия в 4 томах. Том I (А–И); под общей редакцией С.К. Шойгу; МЧС России. – М.: Московская типография № 2, 2006.