ROZSZERZALNOŚĆ I NAPRĘŻENIA TERMICZNE

Elementy budowlane wraz ze zmianą temperatury zmieniają swoją długość początkową. Przy ograniczeniu swobody odkształceń może to prowadzić do nadmiernej deformacji, pęknięć i uszkodzeń samego elementu lub sąsiednich obiektów czy warstw. W tym celu należy zaprojektować odpowiednio rozmieszczone dylatacje kompensujące niekorzystne skutki. Zmiana długości ΔL zależy od współczynnika rozszerzalności termicznej zastosowanego materiału, długości początkowej elementu oraz różnicy temperatury.

$\large {\Delta L=\alpha L \Delta t}$ [m lub mm]

gdzie:
α – współczynnik rozszerzalności termicznej zależny od materiału, z którego wykonany jest element [1/°C lub mm/m°C]
L – długość początkowa elementu lub całej konstrukcji [m]
Δt – różnica temperatury, dla której obliczamy zmianę długości, Δt = t₁ – t₀, np. jeżeli element wbudowano przy temperaturze początkowej t₀ = +15°C, to przy temperaturze końcowej t₁ = +60°C różnica temperatury wyniesie Δt = 60 – 15 = +45°C.
Jeżeli temperatura wzrasta to element ulega wydłużeniu, jeżeli temperatura maleje to element ulega skróceniu.
W przypadku, gdy po obu stronach elementu występują różne temperatury, to temperaturę końcową określamy jako wartość średnią w osi elementu, np. nieocieplony stropodach żelbetowy od spodu, od strony pomieszczenia osiąga temp. 20°C, a od wierzchu 70°C, to średnia temperatura w połowie grubości płyty wyniesie t₁ = 20+(70-20)/2 = 45°C.

Według dawnej normy w elementach betonowych wpływ skurczu można przyjmować jako równoznaczny z obniżeniem się temperatury o 15°C w przypadku betonów zwykłych i o 20°C przy betonach lekkich.

Przy projektowaniu wielkości dylatacji należy uwzględnić również dokładność wykonania danego elementu.

Współczynniki rozszerzalności termicznej wybranych materiałów

wspolczynniki-rozszerzalnosci-termicznej

Temperatura środowiska wew. i zew. wg PN-EN 1991-1-5

zalecane-temperatury-srodowiska-pn-en-1991-1-5

Temperatura środowiska zew. dla wybranych miast Polski

temperatura-zew-wybranych-miast-Polski-wg-PN-EN-1991-1-5

Jeżeli element nie ma swobody odkształceń (np. na końcach jest podparcie nieprzesuwne) to wystąpią w nim naprężenia, które można przeliczyć na konkretne siły podłużne (reakcje).

$\large {\sigma =\varepsilon E = \dfrac{\Delta L}{L} E = \alpha \Delta tE }$ [MPa]

$\large {F = \sigma A}$ [kN]

gdzie:
σ – naprężenie [MPa]
ε – odkształcenie
E – moduł sprężystości materiału [GPa]
A – pole przekroju elementu [m²]
F – siła podłużna [kN]

Kalkulator rozszerzalności termicznej

Zobacz również:
obciążenie termiczne ■ kalkulator podatności podpór ■ kalkulator parcia spoczynkowego