Абсолютная деформация - важный показатель, используемый при расчетах на прочность в строительстве и машиностроении. Она характеризует реальное изменение размеров конструкции под воздействием нагрузок. Давайте разберемся, что представляет собой абсолютная деформация и зачем необходимо ее измерять.
Понятие абсолютной деформации
Абсолютная деформация - это величина, показывающая абсолютное изменение размеров или формы тела под действием приложенных сил. Например, если стержень под нагрузкой удлинился на 2 мм, то его абсолютная деформация равна 2 мм.
Абсолютную деформацию следует отличать от относительной, которая показывает деформацию в процентах или долях от первоначального размера.
Существуют различные виды абсолютных деформаций:
- при растяжении/сжатии - изменение длины стержня;
- при кручении - угол закручивания стержня;
- при изгибе - величина прогиба балки.
Например, абсолютная деформация при растяжении цилиндрического образца в испытательной машине может составлять 0,2-0,5 мм. А абсолютные пластические деформации при поперечном изгибе стальной балки достигают нескольких сантиметров.

Зависимость между напряжениями и абсолютными деформациями
Для упругой деформации справедлив закон Гука:
σ = E*ε
где σ - напряжение, E - модуль упругости, ε - относительная деформация. Из этой формулы можно выразить абсолютную деформацию Δl:
Δl = σ*l / E
Видно, что абсолютная деформация прямо пропорциональна напряжению и длине образца l и обратно пропорциональна модулю упругости E.
При пластической деформации связь между напряжениями и деформациями может быть нелинейной, особенно при деформационном упрочнении металлов. Например, для стали эта зависимость имеет вид:
σ = A+B*(ε^n)
где показатель степени n обычно лежит в пределах 0,1-0,5. Из такой формулы также можно рассчитать абсолютную деформацию стержня или листовой детали из стали.
Измерение абсолютных деформаций
Для непосредственного измерения абсолютных деформаций стержней и балок используются различные датчики:
- тензодатчики на основе тензорезисторов;
- индикаторы часового типа;
- оптические датчики перемещений.
Прибор | Диапазон измерения деформаций |
Тензодатчик | 0,001-5 мм |
Индикатор часового типа | 0,01-10 мм |
Оптодатчик | 0,1-50 мм |
Для массивных объектов, таких как фундаменты зданий, плотины, мостовые опоры, оценить абсолютные деформации можно методами геодезических измерений с помощью нивелиров, тахеометров и спутниковых геодезических приемников.
Особое внимание следует уделить измерению абсолютных остаточных деформаций после снятия нагрузки, поскольку они вносят наибольший вклад в нарушение нормальной эксплуатации конструкций.
Допустимые значения и предельные абсолютные деформации
В нормативных документах обычно регламентируются допустимые значения абсолютных деформаций различных конструкций. Например, предельный прогиб балок перекрытий по СНиП не должен превышать 1/150-1/200 пролета в зависимости от расчетной нагрузки.
Для вертикальных строительных конструкций величина допустимой осадки фундаментов лежит в пределах 50-200 мм в зависимости от класса капитальности зданий.
Безопасные уровни деформаций различных материалов
Бетон и железобетон выдерживают растягивающие деформации порядка 0,1-0,3%, сжимающие - до 0,8-1%. Абсолютные значения этих предельных деформаций для конкретной конструкции зависят от ее размеров и армирования.
Для конструкционных сталей предельные деформации составляют 20-25% как в растянутой, так и в сжатой зоне. Пластмассы и полимерные композиты могут деформироваться на 50-100% от первоначальных размеров до разрушения.

Прогнозирование абсолютных деформаций при эксплуатации
Для ответственных объектов необходимо заранее предсказывать величины возможных абсолютных деформаций с учетом ожидаемых нагрузок, климатических и температурных факторов, а также старения материалов.
При разработке таких прогнозов используют как аналитические методы расчета деформаций, так и результаты натурных наблюдений за поведением конструкций-аналогов в течение многих лет.
Снижение и компенсация абсолютных деформаций
Существует несколько эффективных способов уменьшения абсолютных деформаций до допустимого уровня:
Усиление деформированных конструкций
Применяется для восстановления несущей способности деформированных зданий, мостов, фундаментов. Например, методом обойм и хомутов или композитными материалами.
Компенсация температурных деформаций
Возможна путем использования компенсаторов, деформационных швов, предварительно напряженной арматуры и других средств в зависимости от конструкции.
Выбор материалов и геометрии конструкций для уменьшения деформаций
На этапе проектирования можно заложить конструктивные решения, препятствующие чрезмерным деформациям в процессе эксплуатации:
- Применение более жестких и прочных материалов (высокопрочный бетон, легированные стали);
- Увеличение сечения балок, колонн, панелей и других несущих элементов;
- Введение дополнительных связей и ребер жесткости;
- Оптимальный выбор формы поперечного сечения (например, двутаврового).
Рекомендации по эксплуатации конструкций с большими деформациями
Если по каким-то причинам не удается ограничить абсолютные деформации допустимыми значениями, принимают специальные меры эксплуатационного характера:
- Регулярный мониторинг деформаций с помощью измерительных приборов;
- Снижение и перераспределение эксплуатационных нагрузок;
- Установка дополнительных временных опор и креплений в наиболее нагруженных зонах;
- Поэтапное усиление или замена отдельных деформированных элементов конструкций.
Такой подход позволяет продлевать срок службы различных сооружений с превышением допустимых деформаций и избегать их внезапного разрушения.
Автоматизированные системы мониторинга деформаций
В последние годы все чаще применяются комплексные автоматизированные системы сбора и обработки данных об абсолютных деформациях ответственных объектов в режиме реального времени.