Напружено-деформований стан залізобетонних конструкцій в агресивному середовищі при дії навантаження

8. Експериментальними дослідженнями встановлено, що руйнування всіх підсилених після корозії залізобетонних балок пройшло внаслідок текучості арматури з наступним роздробленням стиснутої зони бетону. Аналіз розподілу деформацій бетону по висоті перерізів підсилених після корозії залізобетонних балок при їх короткочасному довантаженні показав, що на момент руйнування внаслідок текучості арматури балок деформації бетону на рівні верхньої грані пошкодженого корозією перерізу були близькі до граничних величини. Деформації бетону підсилення на рівні верхньої грані нового перерізу нового перерізу підсилення залежали від рівня початкового навантаження, при якому виконували підсилення, і в усіх випадках були значно нижчі від граничних. Це свідчить про неповне використання характеристик міцності бетону підсилення, що необхідно враховувати в розрахунках.

9. Запропоновано інженерну методику розрахунку залізобетонних балок з корозійними пошкодженнями з використанням загального випадку розрахунку міцності нормальних перерізів за методикою діючих норм. Наявність корозійних пошкоджень бетону та арматури враховують відповідними коефіцієнтами умов роботи та . Для балок, в яких корозія відбувалась при низьких рівнях навантаження, приймають прямокутний поперечний переріз, при високих рівнях навантаження - з трапецевидною стиснутою та розтягнутою зонами. У всіх випадках в розрахункових перерізах розглядають зовнішній частково деградований шар бетону з нижчими фізико-механічними характеристиками. Міцність бетону характеризується приведеною призмовою міцністю бетону , яка враховує міцність не пошкодженого та пошкодженого корозією бетону перерізів балок. Результати розрахунків задовільно узгоджуються з експериментальними даними, розбіжність складає до 5%, для окремих балок 14,7...17,6%. При цьому теоретичні дані менші за експериментальні, що забезпечує запас міцності конструкції.

10. Запропоновано методику розрахунку підсилених під навантаженням після корозії залізобетонних балок. За характеристику міцності бетону прийнято приведену призмову міцність бетону, яка враховує наявність в розрахунковому перерізі нового бетону та існуючої конструкції. Наявність початкового навантаження, при якому виконують підсилення, враховують коефіцієнтами умов роботи бетону та арматури , які приймаються в залежності від рівня навантаження. Порівняння теоретичних та експериментальних величин міцності нормальних перерізів балок показує задовільну збіжність результатів, відхилення складає до 7,2%, для окремих балок - 14...16,1%.

11. Для розрахунку за другою групою граничних станів пропонується використовувати методику діючих норм з використанням в розрахункових формулах приведених характеристик бетону , що дозволяє врахувати наявність корозійних пошкоджень.

12. Задовільна збіжність результатів, виконаних за запропонованими методиками розрахунків, з експериментальними даними дозволяє рекомендувати їх для розрахунку залізобетонних балок з корозійними пошкодженнями, отриманими при одночасній дії агресивного середовища та навантаження, а також підсилених при дії навантаження залізобетонних балок з корозійними пошкодженнями.

13. Розроблено методику розрахунку залізобетонних конструкцій з корозійними пошкодженнями із використанням деформаційної моделі, в якій: характеристики бетону та арматури подаються реальними діаграмами -; враховується глибина корозійних пошкоджень в залежності від рівня напружень в бетоні; до деформацій бетону від дії навантаження додають деформації повзучості та усадки, які визначаються з наявним впливом корозії; обчислення виконуються методом послідовних наближень. Результати розрахунків задовільно узгоджуються з експериментальними даними - розбіжність не перевищує 12%, що дозволяє рекомендувати її для розрахунку і моделювання роботи залізобетонних конструкцій, які перебувають в агресивному середовищі при дії навантаження.

14. За допомогою розробленої методики з використанням деформаційної моделі було виконано чисельний експеримент з моделюванням роботи залізобетонних балок з корозійними пошкодженнями. В результаті було отримано величини міцності нормальних перерізів в залежності від зміни відсотка армування, швидкості корозії, величини початкового навантаження, товщини зовнішнього частково деградованого шару бетону, характеристик міцності бетону, рівня навантаження.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Бліхарський З.Я. Корозія залізобетонних колон головного корпусу магнієвого заводу // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”: Теорія і практика будівництва. - Львів,1997. - №335. - С.3-5.

2. Бліхарський З.Я. Корозія конструкцій будинків з гальванічним виробництвом // Міжвідомчий науково-технічний збірник: Будівельні конструкції. -Київ: НДІБК, 1999. - вип. 51. - С. 195-198.

3. Бліхарський З.Я. Вплив корозії бетону на роботу залізобетонних конструкцій // Зб. наук. праць: Будівельні конструкції. - К.: НДІБК,1999. - вип. 50. - С.307-308.

4. Бліхарський З.Я. Окремі питання корозії залізобетонних конструкцій // Зб. наук. праць: Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне,1999. - вип. 3. - С.96-101.

5. Бліхарський З.Я. Бетонні і залізобетонні конструкції з антикорозійними покриттями сполуками на кремнійорганічній основі // Зб. наук. праць: Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій. - Львів: Каменяр, 2000. - вип. 4. - С.560-569.

6. Бліхарський З.Я. Корозія бетону конструкцій в агресивному кислотному середовищі // Зб. наук. праць: Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. - Львів: Каменяр, 2000. - вип. 2. - С.14-22.

7. Бліхарський З.Я. Корозія бетонних і залізобетонних конструкцій при дії агресивного середовища та силового навантаження // Зб. наук. праць: Будівельні конструкції. - К.: НДІБК,2001. - вип. 54. - С.126-131.

8. Бліхарський З.Я. Експериментально-теоретичні дослідження залізобетонних балок з корозійними пошкодженнями // Современные проблемы строительства. Т. 2. Донецьк, Донецький ПромстройНИИпроект: ООО “Лебедь”, 2002. - С.26-31.

9. Бліхарський З.Я. Корозія бетону під дією навантаження // Зб. наук. праць: Будівельні конструкції. - К.: НДІБК, 2002. - вип. 56. - С.177-181.

10. Бліхарський З.Я. Корозія Залізобетонних балок під дією силового навантаження // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - Львів, 2002. - Спецвипуск №3. - С.205-208.

11. Бліхарський З.Я. Методика розрахунку залізобетонних балок з корозійними пошкодженнями // Вісник Одеської Державної академії будівництва и архітектури. - Одесса: ОДАБА, 2002. - №8. -С.16-19.

12. Бліхарський З.Я. Розрахунок міцності нормальних перерізів, пошкоджених корозією // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”: Теорія і практика будівництва. - Львів, 2002. - №462. - С.6-10.

13. Бліхарський З.Я. Вплив тріщин на корозію бетону та арматури в залізобетонних балках // Зб. наук. праць: Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне,2003. - вип. 9. - С.163-168.

14. Бліхарський З., Хміль Р., Ващишин Р. Вплив агресивного середовища на бетонні і залізобетонні конструкції // Вісник Львівського Державного аграрного університету: Архітектура і сільськогосподарське будівництво. - Львів: ЛДАУ, 2001. - №2. - 21-29.

15. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є. Вплив корозійного середовища на стан залізобетонних димових труб // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури: Будівельні конструкції будівлі та споруди. - Випуск 2001-5(30) - Макіївка: Видавництво ДонДАБА. - 2001. - C. 97-100.

16. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є., Вашкевич Р.В. Міцність залізобетонних балок за одночасної дії корозійного середовища та зовнішнього навантаження // Зб. наук. праць: Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. - Львів: Каменяр, 2001. - вип. 3. - С.23-30.

17. Бліхарський З.Я., Глагола І.І., Хміль Р.Є. Міцність бетонних елементів під дією агресивного середовища // Зб. наук. праць: Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. - Львів: Каменяр, 2002. - вип. 4. - С.30-37.

18. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є. Вплив агресивного середовища на залізобетонні балки в залежності від історії їх завантаження // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”: Теорія та практика будівництва. - №441 - Львів: Видавництво НУ “Львівська політехніка”. - 2002. - C. 28-34.

19. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є. Вплив умов завантаження на напружено-деформований стан залізобетонних балок під час дії агресивного середовища // Зб. наук. праць: Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій. - Львів: Каменяр, 2002. - вип. 5. - С.316-321.

20. Барашиков А.Я., Бліхарський З.Я. Деформативність залізобетонних конструкцій, пошкоджених корозією, з врахуванням фактора часу // Зб. наук. праць: Будівельні конструкції. - Київ, НДІБК, 2003.- Вип. 59. - С.257-264.

21. Бліхарський З.Я., Струк Р.Ф. Деформативність бетонних та залізобетонних елементів з корозійними пошкодженнями при врахуванні тривалих процесів // Зб. наук. праць: Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне,2003. - вип. 10. - С.184-188.

22. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є., Вашкевич Р.В. Вплив одночасної дії агресивного середовища і навантаження на міцність залізобетонних балок з корозійними пошкодженнями по довжині // Зб. наук. праць: Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. - Львів: Каменяр, 2003. - вип. 5. - С.13-21.

23. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є., Вашкевич Р.В. Міцність відновлених залізобетонних балок, пошкоджених внаслідок впливу агресивного середовища // Зб. наук. праць: Будівельні конструкції. Кн. 2. - К.: НДІБК,2003. - вип. 59. - С.74-79.

24. Бліхарський З.Я., Стащук М.Г., Малик О.М. Теоретичні та експериментальні дослідження корозійних руйнувань залізобетонних балок в агресивному середовищі // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: ОДАБА, 2003 - №10. - С.22-29.

25. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є., Вашкевич Р.В., Визначення впливу локальної дії агресивного середовища на напружено-деформований стан залізобетонних конструкцій // Вісник Львівського Державного аграрного університету: Архітектура і сільськогосподарське будівництво. - Львів: ЛДАУ, 2003. - №4. - С. 8-14.

26. Бліхарський З.Я., Вашкевич Р.В., Струк Р.Ф. Методика розрахунку залізобетонних конструкцій, відновлених після корозії // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса „Місто майстрів”, 2004. - вип. 15. - С.41-47.

27. Бліхарський З.Я., Вашкевич Р.В. Вплив рівня навантаження на деформативність залізобетонних балок з локальними корозійними пошкодженнями // Зб. наук. праць: Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне,2004. - вип. 11. - С.146-152.

28. Бліхарський З.Я., Струк Р.Ф. Врахування корозії залізобетонних конструкцій при їх експлуатації в сейсмічних районах // Зб. наук. праць: Будівельні конструкції. - К.: НДІБК,2004. - вип. 60. - С.679-684.

29. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є., Струк Р.Ф., Вашкевич Р.В. Корозія залізобетонних конструкцій з врахуванням тривалих процесів // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2004. - Спецвипуск №4. - С.187-192.

30. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є. Вашкевич Р.В. Міцність нормальних перерізів залізобетонних балок при локальних та суцільних корозійних пошкодженнях // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”: Теорія і практика будівництва. - Львів,2004. - №495. - С.27-32.

31. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є., Вашкевич Р.В., Струк Р.Ф. Дослідження міцності залізобетонних балок, відновлених після впливу агресивного середовища // Зб. наук. праць: Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій. - Львів: Каменяр, 2004. - вип. 6. - С.14-18.

32. Бліхарський З.Я., Струк Р.Ф. Розрахунок залишкової несучої здатності нормальних перерізів залізобетонних балок з корозійними пошкодженнями // Будівельні конструкції. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. №62. Т. 1 - Київ: НДіБК, 2005 - С. 72-76.

33. Бліхарський З.Я. Розрахунок залізобетонних балок на витривалість з врахуванням корозійного пошкодження арматури // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: ОДАБА, 2005. - вип. 17. - С.37-42.

34. Патент №61706 А. Пристрій для визначення фізико-механічних характеристик бетону в агресивному середовищі / Національний університет “Львівська політехніка”; авт. Бліхарський З.Я., Хміль Р.Є., Вашкевич Р.В. - Опубл. 17.11.2003 в бюл. №11.

Особистий внесок здобувача у спільних публікаціях [14...32, 34] полягає в наступному: постановка задачі та мети експериментальних досліджень, розробка методики експериментальних досліджень, участь у виконанні експериментальної частини, аналіз отриманих результатів експериментально-теоретичних досліджень, розробка інженерної методики розрахунку та методики розрахунку з використанням деформаційної моделі, виконання теоретичних досліджень корозії залізобетонних конструкцій та визначення їх напружено-деформованого стану.

Анотація

Бліхарський З.Я. Напружено-деформований стан залізобетонних конструкцій в агресивному середовищі при дії навантаження. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - “Будівельні конструкції, будівлі та споруди”. - Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти України, Київ, 2005.

Подаються результати експериментальних та теоретичних досліджень корозії бетону, арматури та залізобетонних балок при одночасній дії агресивного середовища та навантаження, а також підсилених після корозії залізобетонних балок, які перебувають під навантаженням. Запропоновано методику розрахунку бетонних та залізобетонних конструкцій, пошкоджених корозією. При цьому використовується розрахунковий поперечний переріз, який включає внутрішній не пошкоджений корозією бетон та зовнішній шар частково деградованого бетону, що підтверджено виконаними експериментальними дослідженнями. При розрахунку підсилених після корозії залізобетонних балок використовують диференційовані коефіцієнти умов роботи бетону та арматури, які враховують рівень навантаження, при якому виконують підсилення. Наявність корозійних пошкоджень враховують відповідними коефіцієнтами умов роботи бетону та арматури. Розроблено пропозиції з моделювання процесів корозії та визначення глибини корозійних руйнувань бетону, в тому числі в залежності від рівня напружень, а також наявності стиску чи розтягу. Розроблено методику розрахунку залізобетонних балок на основі деформаційної моделі з використанням реальних діаграм у-е бетону та арматури. Порівняння результатів розрахунків за запропонованими методиками з експериментальними даними показує задовільну збіжність.

Ключові слова: залізобетонні конструкції, напружено-деформований стан, несуча здатність, агресивне середовище, навантаження, одночасний вплив, тривалі процеси, методика розрахунку.

Аннотация

Блихарский З.Я. Напряженно-деформированное состояние железобетонных конструкций в агрессивной среде при действии нагрузки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.01 - "Строительные конструкции, здания и сооружения". - Киевский национальный университет строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Киев, 2005.

Диссертационная работа посвящена исследованиям коррозии бетонных и железобетонных конструкций в агрессивной среде с учетом фактора времени и действия нагрузки разных уровней.

Введение содержит обоснование выбора и актуальности темы, цель, задачи исследований, научную новизну и практическое значение работы.

В первом разделе изложено состояние вопроса и сформированы задачи исследований, сделано обобщение и критический анализ выполненных экспериментальных и теоретических исследований коррозии бетона, арматуры, железобетонных конструкций в агрессивных средах. Проанализированы выполненные различными авторами исследования длительных процессов в бетоне и железобетоне. Рассмотрены существующие подходы и методики учета коррозии бетона и арматуры в расчетах прочности железобетонных конструкций.

Во втором разделе изложено содержание и описаны методики выполненных автором экспериментальных исследований.

Программой исследований предусматривались экспериментальные испытания бетонных призм с размерами 100Ч100х400мм на специально разработанных и запатентованных стендах. Призмы испытывались при одновременном действии центрально приложенного усилия сжатия, созревавшего уровня напряжений 0,25…0,45Rb и коррозионной среды в виде 10%-го раствора серной кислоты, которая заливалась в специальные емкости, закрепленные на призмах. Опытные образцы, изготовленные из арматурных стержней, испытывались при одновременном действии как статической, так и динамической нагрузки в агрессивной среде. Железобетонные балки испытывались под нагрузкой при одновременном действии агрессивной коррозионной среды. После коррозии отдельные балки усилили и испытывали нагрузкой до разрушения.

В третьем разделе описаны результаты экспериментальных испытаний бетона и арматуры. Установлено, что бетонные призмы в агрессивной среде разрушались при напряжениях, меньших призменной прочности бетона. При статическом действии нагрузки в коррозионной среде зафиксировано уменьшение пластических свойств - относительного сужения и относительного удлинения на 20…24%. При действии циклических нагрузок с характеристикой асимметрии цикла с=-1 предел усталости составляет 20% от предела текучести стали.

В четвертом разделе представлены результаты экспериментальных исследований железобетонных балок при одновременном действии внешней нагрузки и агрессивной среды. Коррозия бетона балок привела к значительному уменьшению прочности нормальных сечений, вследствие чего балки разрушались от текучести арматуры с последующим раздроблением сжатой зоны бетона. Во внешних слоях бетона толщиной до 4 мм выявлены продукты коррозии и коррозионные трещины. Методика норм не разрешает с достаточной точностью определять несущую способность железобетонных балок с коррозионными повреждениями.

В пятом разделе поданы результаты исследований усиленных после коррозии железобетонных балок под нагрузкой. Зафиксировано недоиспользование физико-механических характеристик бетона усиления. При этом принятая методика усиления с использованием специального склеивающего слоя обеспечила надежную работу старого и нового бетона.

В шестом разделе изложены методики инженерных расчетов бетонных и железобетонных конструкций с коррозионными повреждениями. За основу взята методика существующих норм. Коррозионные повреждения бетона и арматуры учитываются соответствующими коэффициентами условий работы гbc, гsc. В расчетном поперечном сечении учитываются наличие внешнего частично деградированного слоя бетона. Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

В седьмом разделе описано моделирование процесса коррозии бетона железобетонных балок и определение глубины коррозионных повреждений. Разработана методика расчета железобетонных балок с коррозионными повреждениями на основании деформационной модели с использованием реальных диаграмм у-е бетона и арматуры. Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Выполнен численный эксперимент с моделированием работы железобетонной балки с коррозионными повреждениями при изменении процента армирования, прочности бетона, толщины частично деградированного слоя бетона, скорости коррозии, уровня нагружения.

Ключевые слова: железобетонные конструкции, напряженно-деформированное состояние, несущая способность, агрессивная среда, нагрузка, одновременное влияние, длительные явления, методика расчета.

Summary

Blikcharsky Z.Y. The stress and strain state of reinforced-concrete constructions in aggressive environment at action of loading. - Manuscript.

The thesis for taking the degree of Doctor of Technical Sciences in speciality 05.23.01 - Building Construction, Buildings and Structures. - Kyiv National University of Construction and Architecture, Department of Education and Science of Ukraine, Kyiv, 2005.

The results of experimental and theoretical research of the corrosion of concrete, reinforced bars and reinforced-concrete beams at the simultaneous action of aggressive environment and loading, and also at amplification after the corrosion of reinforced-concrete beams, under loading are presented. The methods of calculation of concrete and reinforced-concrete designs damaged by corrosion are offered. At this there are used the calculated cross-section, which includes the internal safe corrosion concrete and the external layer of the partially degraded concrete, which is confirmed by carried out experimental research. Calculation of the reinforced-concrete beams, amplified after corrosion, there are used differential factors of conditions of concrete and reinforced bars, which take into account a level of loading, at which the amplification is carried out. The presence corrosion of damages is taken into account in the appropriate factors of conditions of job of concrete and fixture. Suggestions on modeling processes of corrosion and definite corrosion depth of concrete destructions, including dependence on the level of pressure, as well as presence of compression or stretching are elaborated. Calculation methods of reinforced-concrete beams on the basis of deformation model with the use of real diagrams of у-е concrete and reinforcement are developed. The comparison of calculation according to offered techniques with experimental data shows the satisfactory convergence.

Key words: reinforced -concrete designs, stress and strain state, bearing capacity, aggressive

Размещено на Allbest.ru