Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задачи 10
1.1 Конструкции, здания и сооружения, эксплуатируемые в агрессивной среде
1.2 Коррозионные повреждения бетона и железобетона 14
1.3 Учет расчета силового сопротивления статически неопределимых систем с учетом нелинейности железобетона выводы по главе 1 и постановка задачи 33
2. Описание объекта исследований 34
2.1 Уравнения механичкского состояния материалов 34
2.2 Учет работы растянутой зоны железобетонных элементов 46
2.3 Особенности сопротивления железобетона 52
2.4 Коррозионные повреждения бетона 64
2.5 Коррозионные повреждения арматуры 71
выводы по главе 2 75
3. Силовое сопротивление железобетонных конструкций, поврежденных коррозией 77
3.1 Эксперименты 77
3.2 Ресурс силового сопротивления конструкций 82
3.3 Жесткость и отпорность железобетонных конструкций, поврежденных коррозией 34
3.4 Силовое сопротивление конструкций, поврежденных коррозией, знакопеременному нагружению в режиме медленного времени q0
Выводы по главе 3 98
4. Расчет статически неопределимых стержневых железобетонных конструкций, поврежденных коррозией с учетом нелинейности и ползучести бетона
4.1 Деформации железобетонных элементов 99
4.2 Расчет статически неопределимых систем 106
4.3 Расчет статически неопределимых стержневых конструкций с учетом перераспределения усилий в зависимости от уровня напряжений , q7
4.4 Предлагаемый метод расчета статически неопределимых стержневых железобетонных конструкций при коррозионных повреждениях
выводы по главе 4 128
заключение 129
список литературы
- Учет расчета силового сопротивления статически неопределимых систем с учетом нелинейности железобетона выводы по главе 1 и постановка задачи
- Особенности сопротивления железобетона
- Жесткость и отпорность железобетонных конструкций, поврежденных коррозией
- Расчет статически неопределимых стержневых конструкций с учетом перераспределения усилий в зависимости от уровня напряжений
Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность выбранной тематики исследования связана с важностью учета нелинейных характеристик силового сопротивления, коррозионных повреждений для статически неопределимых систем. В данной работе приведено мотивированное уточнение выводов при оценке состояния, в котором находятся конструкции из железобетона в условиях достаточно интенсивных природных и техногенных воздействий коррозионного характера. Обзор показал, что в имеющихся опубликованных методиках расчета стержневых конструкций из железобетона, которые статически неопределимы, не принимается во внимание влияние, оказываемое разгрузкой. В связи с этим некоторые отдельно взятые участки стержней деформируются линейно. Кроме того, не учитывается влияние коррозионных повреждений, которые во многом связаны с величиной изгибающих моментов.
Степень разработанности темы сопровождается формированием соответствующих методик теоретического прогнозирования нелинейных видов силового сопротивления, а также нелинейности влияний коррозионных повреждений при учете расчетов существующих конструкций с учетом воздействия коррозионной среды.
Целью диссертационной работы является совершенствование возможностей и методов теоретического расчета нелинейного силового сопротивления и нелинейности влияния коррозионных повреждений при оценке статически неопределимых железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях коррозионной среды, включая метод оценки жесткостей с учетом нелинейности, ползучести и коррозионных повреждений.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: - построение расчетной модели для оценки совместного учета влияния нелинейного силового сопротивления и нелинейности влияния коррозионных повреждений для расчета статически неопределимых изгибаемых железобетонных конструкций;
- разработка метода оценки жесткостей при знакопеременном во времени нагружении с учетом нелинейности, ползучести и коррозионных повреждений.
Положения, выносимые на защиту: 1) расчетная модель силового сопротивления железобетона при одностороннем контакте с агрессивной средой, учитывающая установленное экспериментально зонирование структурных изменений бетона по высоте сечения (зона разрушения, частично поврежденная, зона неповрежденная); 2) на базе существующих подходов к расчету статически неопределимых стержневых железобетонных систем метод расчета жесткостей с учетом нелинейности силового деформирования, ползучести и коррозионных повреждений; предложение о расчетной замене статически неопределимой системы (балочной или рамной) с фактически изменяющейся вдоль каждого пролета жесткостью D, системой, в которой жесткость вдоль каждого пролета неизменна; 3) выявление особенностей изменения напряженно-деформированного состояния сечений в процессе знакопеременности нагружения-разгружения, положения центра тяжести соответствующих приведенных сечений, жесткости (и отпорности) вдоль пролета в процессе нагружения - разгружения в зависимости от знака, уровня напряжений в компонентах сечения, а так же изменения характеристик их силового сопротивления и коррозионных повреждений; 4) учет перераспределения усилий статически неопределимых конструкций при нагружении в разгружаемых сечениях, в которых деформирование линейно связано с действующими напряжениями и фактором необратимости деформаций при разгрузке; 5) метод эквивалентности (равенстве) прогибов фактических и условно - линейно деформируемых элементов систем max f = max f0
Научная новизна работы заключается в том, что: - установлена необходимость учета комплексной постановки нелинейности, неравновесности и необратимости силового и несилового сопротивления
железобетона применительно к коррозионным повреждениям стержневых конструкций;
выявлено отличие жесткости железобетонного элемента в момент нагружения от отпорности в момент разгружения;
доказана необходимость учета изменения знака усилий (напряжений) на разных участках элементов систем;
предложена численная оценка эффективности учета нелинейности, неравновесности и коррозионных повреждений, установка предела целесообразности уровня нагружения;
- представлены расчетная модель и метод оценки жесткостеи в статически
неопределимых стержневых системах с учетом нелинейности, ползучести и
коррозионных повреждений, который приводит к изменению расчетных жесткостеи
вдоль пролета с соответствующей аппроксимацией жесткостеи и вьгаислением max
f - наибольшего прогиба реального элемента, вычисленного с учетом изменчивости
жесткостеи вдоль пролета в зависимости от уровня напряженно деформированного
состояния и приравниваемого к нему max f0 - подбираемого прогиба, по которому
находится эквивалентная постановка, неизменная на каждом этапе итерации
неизменная жесткость соответствующего элемента системы.
Методология и методы диссертационного исследования обеспечиваются привлечением опытного и теоретического материала опубликованных исследований, а так же согласованием исходных положений и предлагаемых способов расчетов с фундаментальными решениями строительной механики. Направленность диссертационной работы определяет следующие основные методы исследования:
- анализ имеющихся теоретических и экспериментальных предложений;
- использование общих исходных позиций теории деформирования
механики твердого тела;
использование известных положений и общепринятых допущений теории силового сопротивления железобетона;
применение современной нелинейной теории железобетона.
Теоретическая и практическая значимость работы. Развитие теории силового сопротивления изгибаемых элементов для оценки ресурса конструктивной безопасности статически неопределимых определимых систем эксплуатируемых зданий и сооружений включает разработку прикладных способов качественных и количественных оценок силового сопротивления изгибаемых элементов. Практическое значение работы заключается в решении актуальной научно-технической задачи, уточняющей методы расчета статически неопределимых стержневых железобетонных систем, с совместным учетом нелинейности силового сопротивления и коррозионных повреждений. Результаты проведенных исследований использованы ГУЛ проектный институт «Владкоммунпроект» г. Владимир, при определении резервов силового сопротивления деформированию эксплуатируемых конструкций.
Степень достоверности полученных результатов обеспечивается применением совокупности методов, адекватных целей, задачам и логике диссертационного исследования, представлением основных результатов исследования в профессиональной печати и докладов на научных конференциях. Изучением исследований по теме диссертации занимались такие авторы как: В.М. Бондаренко, Вл.И. Колчунов, Н.В. Клюева, В.П. Селяев, Х.З. Баширов, B.C. Федоров, И.Г. Овчинников, СИ. Меркулов, В.Ф. Степанова, А.А. Гвоздев, СМ. Крылов, Ю.В. Зайцев и др. Однако силовое сопротивление статически неопределимых конструкций с учетом коррозионных повреждений остается открытым.
Личный вклад автора в полученных результатах, изложенных в диссертации, заключается в выборе и обосновании актуальности темы исследования; в формулировании и взаимоувязки задач, направленных на достижение поставленной в работе цели; в проведенном анализе работ отечественных и зарубежных исследователей по проблеме силового сопротивления статически неопределимых систем в условиях коррозионных повреждений; в предложении расчетной модели и методе оценки жесткостей в
статически неопределимых стержневых системах при неубывающем нагружении с учетом нелинейности, ползучести и коррозионных повреждений.
Апробация результатов работы и публикации. Основные результаты исследований докладывалась на заседании кафедры «Жилищно-коммунального комплекса» Национального исследовательского Московского государственного строительного университета, на Международной конференции Стройинвест-2012. По теме диссертации опубликовано 8 научных статей, из них 5 в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 143 страницах, включающих 130 страниц основного текста, 20 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 110 наименований и приложения.
Учет расчета силового сопротивления статически неопределимых систем с учетом нелинейности железобетона выводы по главе 1 и постановка задачи
Ясно, что здания по прошествии времени, теряют свои потребительские качества. Происходит моральный износ сооружений. Они подвержены и физическим повреждениям, уменьшается силовое сопротивление. Сложность в данную ситуацию добавляет и тот фактор, что некоторые регионы страны характеризуются повышенной сейсмичностью. Ко всему прочему, некоторые зоны располагаются в зонах вечной мерзлоты и испытывают периодические потепления климата, что неизбежно ведет к изменениям всех разновидностей сопротивления грунтов по отношению к основаниям сооружений. Нередко проявляются себя и такие природные явления, как оползни, подтопления.
Если говорить в целом, то такие характеристики, как силовое сопротивление сооружений, при учете особенностей их проектирования, существования, возведения, наследственных и временных факторов, должна применяться комплексно с позиции силовых и средовых воздействий.
Кроме того, силовое сопротивление обязано обеспечить безопасность сооружения абсолютно на всех этапах своего существования. Необходимые качества сооружения должны достигаться для того чтобы, чтобы увеличилась длительность эксплуатационной пригодности. Непосредственно силовое сопротивление сооружений может быть определенно с позиции особенностей деформируемости, прочности материалов, которые зависят от предыстории, повреждений, нагружения, силового сопротивления частей здания, связанного с такими параметрами, как жесткость и прочность их сечений, с обнаружением и учетом повреждений силового и коррозионного вида, с изменчивостью граничных характеристик. Одновременно, расчетное силовое сопротивление должно быть связано со следующими специфическими характеристиками, как: - обеспеченность геометрической неизменяемости надземных зданий и сооружений; адаптационные возможности заглубленных и подземных сооружений; -изменчивость статической неопределимости сооружения; наличие выключающихся и односторонних связей; - характеристики деформируемости и устойчивости оснований; - возможность силовой приспособляемости сооружений. Строительные конструкции подвергаются постоянным и переменным нагрузкам, температурным, влажностным и коррозионным воздействиям. Изменения, которые имеют место быть во времени и в пространстве нагрузок и воздействий, способны повлиять на характеристики (качественные и количественные), свойственные силовому сопротивлению материалов. Говоря в целом, силовые и несиловые нагрузки и воздействия, особенности изготовления конструкций и возведения объектов, реальные свойства материалов и, нередко, недостатки проектных решений могут привести к появлению и накоплению геометрических несовершенств системы; к повреждениям сечений, элементов, их связей и соединений и изменениям расчетных статических схем сооружений [35].
Вышеперечисленные факторы в целом способны создать по отношению к нормативным оценкам силового сопротивления сооружений определенную предысторию существования. Конструкции способны защитно реагировать на определенную предысторию. Следует отметить, что перераспределение усилий между отдельными частями системы в первую очередь связано с нелинейностью, которое свойственно деформированию. Такое перераспределение происходит с одного координатного направления на другое [17], в связи с режимной эволюцией граничных аспектов [18], из-за частичного или полного выключения связей, по причине уменьшения общей жесткости сооружений [1].
Анализ демонстрирует, что даже по вине обычных дефектов и повреждений существенно уменьшается силовое сопротивления. В связи с неблагоприятными сочетаниями отрицательных обстоятельств, дефекты способны привести к тому, что откажет или обрушится сооружение. Среди общих признаков, характерных для конструктивной безопасности конструкций, следует выделить сохранение геометрии сооружений неизменной в момент режимного или импульсного выключения связей, сечений отдельных элементов, изменениях граничных условий. Среди признаков следует выделить возможность приспособляемости и перераспределения усилий, удовлетворений требований относительно несущей возможности, эксплуатационной пригодности и надежности отдельных частей сооружения или их объединений.
Продолжая и развивая предшествующие разработки, предлагаемая работа рассматривает вопросы обеспечения перечисленных требований с учетом влияния уровня и продолжительности нагружения и коррозионных повреждений.
Бетон, как искусственный, конгломератный вид материала характеризуется анизотропией свойств физико-механического характера. В частности, его силовое сопротивление растяжению на порядок ниже силового сопротивления сжатию.
Компенсация данного недостатка в конструктивных частях растянутого или изгибаемого типа происходит за счет армирования и предварительного обжатия растянутых участков сечений. Бетон способен реагировать на изменения, происходящие с физико-химическими характеристиками среды.
Силовое сопротивление, характерное для такого материала как железобетон, совокупно должно быть определено учетом свойств его компонентов и специфики их совместной работы, в которую входят сцепление арматуры и бетона, допустимость локального образования трещин.
По нелинейности связи между такими параметрами, как напряжение и деформации, по накоплению деформации во времени, по уровню релаксации напряжения, по частичной необратимости деформации, по возрастным коррективам свойств можно оценить силовое сопротивление, свойственное бетону, арматуре, сцеплению между ними.
Кратковременную прочность материала можно увеличить посредством статического обжатия образцов в границах сохранения сплошности (до того момента, когда начнется образование трещин). В частности, будет уменьшаться кратковременная прочность в том случае, если до момента растяжения имеющихся образцов они уже были подвержены процедуре обжатия. Уровень подобного влияния будет полностью зависеть от условий предшествующего обжатия. Причина всего этого заключается в повреждениях структуры описываемого материала.
По мере старения бетона происходят процессы разнонаправленного характера, которые связаны с новообразованиями структурного типа. В самом начале бетон проходит процедуру уплотнения, в связи с чем увеличивается прочность. Затем начинается процесс разрушения внутренних связей. Соответственно происходит уменьшение прочности материала. Руководствуясь словами А.С. Десова [61], можно сказать, что бетон может быть разрушен по причине следующих факторов
Особенности сопротивления железобетона
В связи с неоднородностью, характерной для структуры бетона и арматурной стали [80], растянутая зона изгибаемых элементов еще до момента появления трещин обретает ослабленные зоны. Они влекут за собой неравномерное сцепление арматуры с бетоном, а также неравномерное распределение деформации вдоль оси элемента. Во времени и в момент увеличения нагрузки внешнего характера, описываемые явления могут быть усугублены. Для наиболее ослабленных участков становится характерным интенсивный рост деформации строительного материала. Соответственно, появляются трещины [19].
Начиная с момента появления трещин и по ходу их развития неравномерное сцепление бетона и арматуры, неравномерное распределение местных деформаций, а также перераспределений усилий со строительного материала на арматуру повышается. В сечении с трещинами, а также вблизи происходит нарушение сцепления. Растягивающее усилие при этом будет восприниматься арматурой.
В предложении В.И. Мурашева [80], сущность которого сводится к тому, что после появления трещин влияние растянутой зоны бетона на жесткость изгибаемых элементов непосредственно не учитывается, а оценивается интегрально введением корректирующего коэффициента \/, зависящего от уровня напряженного состояния данного сечения и модуля деформаций растянутой арматуры. В том случае, если действующий изгибающий момент в сечении будет меньше, чем расчетный момент образования трещин, то вышеописанный коэффициент применяться не будет. В расчет будет вводиться растянутый участок бетона, который наделяется некоторыми усредненными механическими параметрами с дальнейшим использованием теории сопротивления материалов [19].
С использованием теорем сопротивления материалов предполагается линейная постановка задач во всем диапазоне изменений напряжений, начиная с нулевых и заканчивая напряжениями, которые соответствуют моменту возникновения трещин в строительном материале растянутого участка.
Ясно, что в те моменты, которые предшествуют возникновению трещин, пропорциональность связей между напряжениями и деформациями будет нарушаться. Будет намечено проявление нелинейности деформирования материалов. В случае длительного нагружения подобное явление будет интенсифицироваться. Все это обуславливается тем, что нелинейность деформаций ползучести проявит себя раньше, чем это сделает нелинейность деформаций упруго-мгновенного типа. В строительном материале растянутого участка, где напряжение будет приближаться к пределам прочности на растяжении в момент изгиба, модуль деформации способен снижаться в несколько раз. В таком строительном материале, как бетон, в его сжатой зоне модуль деформации способен заметно меняться. Эти изменения будут зависеть от степени напряженного состояния.
В том случае, если действующий изгибающий момент в месте сечения больше, чем расчетный момент формирования трещин, то необходимо ввести коэффициент ips. Даже в границах одного и того же элемента железобетона на различных частях эпюры изгибающих моментов используются разные методы расчета жесткости.
До момента появления трещин в различных сечениях сооружений, значения, свойственные механическим характеристикам бетона, в частности модулю деформаций, различаются. Это можно объяснить не только за счет неоднородности, но и различием между уровнями напряжений в разнообразных сечениях. Следует отметить, что модуль деформации растянутого строительного материала способен меняться, начиная с первоначального значения в случае нулевых изгибающих моментов и заканчивая минимально возможным значением, которое соответствует состоянию псевдотекучести, в сечениях, в которых изгибающие моменты практически равны моментам образования трещин.
Расчетную формулу для коэффициента ips в области 0 М Мт можно построить либо на основании опытов об изменении прогибов балок по мере увеличения нагрузки, либо расчетным на основе представлений об интегральном модуле деформаций бетона растянутой зоны. В данной работе используется первый прием.
В момент увеличения нагрузки и изгибающих моментов, будут расти прогибы балок. Сначала это будет происходить медленно, а потом быстрее. В моменты образования трещин будет наблюдаться непрерывное нарастание прогибов, которое может быть объяснено псевдотекучестью бетона растянутой зоны.
Комплекс продемонстрированных обстоятельств делает возможным формулирование ожидаемых признаков кривой \/ в анализируемой области (впоследствии \/ в пределах 0 М Мт будем обозначать \/дт - до трещин, а в пределах Мт М Мпр- \/пт- после трещин): 1. Минимальное значение \/ равно нулевым изгибающим моментам:
Вопрос касательно определения жесткости железобетонных элементов посредством коэффициента \/ рассматривается в нескольких работах [65, 80, 82, и др.]. Общее для данных работ является то, что в стадии II влияние, оказываемое растянутым бетоном, расположенным между трещинами, на жесткость изгибаемых элементов подвергается учету за счет ввода коэффициента \/, который позволяет искусственно увеличить расчетную жесткость растянутой арматуры.
Жесткость и отпорность железобетонных конструкций, поврежденных коррозией
Зданиями и сооружениями воспринимаются силовые виды нагрузок, а также воздействия несилового характера. Все это характерно не только в период их эксплуатации, но и во время возведения.
Нагрузки и воздействия способны изменяться, как во времени, так и в пространстве. Другими словами, они меняются по величинам, режимам, областям приложения и по направлениям. В момент проектирования, изготовления, монтажа, реконструкции сооружений появляются и накапливаются сопутствующие этапу использования дефекты. Именно они влияют на силовое сопротивление сооружения.
Для большинства строительных материалов присущи старение и деструктуризация, а также анизотропия, частичная необратимость, наследственность, неравновесность и нелинейность силового вида деформирования. Подобных свойств достаточно много. Кроме того, поименованные и иные свойства, проявляя себя в разных материалах по разному, являются взаимосвязанными и взаимообусловленными.
Силовые, а также не силовые нагрузки и воздействия, особенности изготовления конструкций и возведение объектов, реальные свойства материалов и недостатки проектных решений влекут за собой возникновение и накопление дефектов силового сопротивления, геометрических несовершенств и повреждений коррозионного типа сечений, компонентов, связей и соединений. Железобетонными конструкциями теряется ресурс силового вида сопротивления не только по вине повреждений сечений компонентов, но и по причине разрушения опорных узлов, изменений, происходящих в расчетной схеме.
По вине повреждений сечений снижается величина предельных разрушающих моментов, а также жесткость сечений. Повреждения становятся причиной поломок опорных узлов, изменений расчетных схем. Они ведут к повышению внутренний усилий, предопределяя дефицит силового вида сопротивления сооружений. Во всех случаях повреждения влекут за собой снижение конструктивной безопасности конструкций [20].
Поврежденные коррозией сечения сооружений теряют ресурс силового сопротивления. В основном это происходит по причине контакта поверхности с агрессивной средой. При этом коррозионные повреждения имеют свойства прогрессировать во времени, в связи с чем фибровые слои начинают полностью разрушаться. Толщина слоя разрушаемого бетона повышается, в результате чего поверхность контакта с агрессивной средой перемещается вглубь. Фронт повреждений коррозионного типа также перемещается вглубь сечений. По мере перемещения дальше от поверхности, параметр интенсивности повреждений уменьшается. На некотором отдалении повреждения имеют свойства полностью исчезать.
Как было продемонстрировано выше (рисунок 2.7.), можно отчетливо проследить существование трех зон силового повреждения. Речь идет об участке полного разрушения, о переходном участке, в котором влияние повреждений коррозионного типа, уменьшаясь постепенно, исчезает, а также об участке неповрежденного материала.
Наряду с повреждениями коррозионного типа бетона могут корродировать и металлические закладные элементы, а также арматура. Данное корродирование способно привести к полному разрушению металлических деталей.
Жесткость и отпорность железобетонных конструкций, поврежденных коррозией Под жесткостью следует понимать характеристику силового сопротивления материала по отношению к деформированию в момент нагружения. Под отпорностью понимается характеристика силового потенциала восстановления предшествующих деформаций при разгружении. Повреждения коррозионного типа в значительной мере оказывают свое влияние на данные характеристики.
В работах [26, 27, 29, 31 и др.] были обнаружены признаки, которые свидетельствуют о значительном влиянии со стороны уровня силовых напряжений по отношению к процессам развития химических коррозионных видов повреждений бетона. Также были отражены параметры силового сопротивления железобетонных конструкций в первую очередь на жесткость и на отпорность [26].
Повторим, что принимая не силовые воздействия(влажность, температура) за неизменную величину, следует отметить, что в связи с повышением сжимающих напряжений проницаемость материала, сначала снижается, а потом повышается до момента разрушения. Процесс развития, начиная с поверхности контакта бетона с агрессивной средой вглубь материала при небольшом уровне сжатия ( 5 RdJl), обладает затухающим, кольматационным характером. При повышении данных напряжений (оЖдл) процесс переходит в разряд фильтрационных, а затем он становится лавинным [22, 28]. В эксплуатируемых конструкциях напряжения обычно не больше границ длительной прочности. В предлагаемой работе вводится ограничение - исследование осуществляется в стадии устойчивого силового сопротивления при m 1 что соответствует кольматационному развитию повреждений.
Для каждого уровня силового сопротивления состояния образцов характеры свои параметры, связанные с противокоррозионным сопротивлением. Также для них характерны свои параметры жесткости и отпорности. Важно, что кинетика продвижения химкоррозионных повреждений, начиная с поверхности контакта с агрессивной средой вглубь материала, при полном диапазоне изменений напряженного состояния может быть описана уравнением (2.109) [22, 29, 54].
Глубина химических повреждений коррозионного типа позволяет определить три зоны (рисунок 3.4.):1 - зона Z является светлой, полностью разрушенной. II - зона д более темная, переходная. III - зона Р является однородной, исходной прочности. Влияние, оказываемое повреждениями на жесткость тех слоев, которые повреждены коррозией, отличается от жесткости, характерной для неповрежденного материала.
Графическое изображение (рисунок 3.4.) несет в себе следующие обозначения: а - напряжение сжатия; К - функция повреждений (Ki - значение К на внешней фибре варианта A); Z - толщина слоя, который полностью разрушен; Р - толщина слоя, который неповрежден.
По отношению к сжатому участку железобетонной балки утрата силового вида сопротивления в случае одностороннего контакта материала с агрессивной средой может быть равна 1/3 первоначального силового вида сопротивления. Это ведет к уменьшению жесткости на ту же самую величину из-за падения модуля деформаций на 1/3.
Участок II для варианта А и более 1/3 (см. вариант Б рисунок 3.5.). Базовым посылом создаваемой методики расчета оценки остаточных ресурсов силового вида сопротивления поврежденных по вине коррозии железобетонных элементов считается следующее [26]: 1. Влияние со стороны поврежденного сжатого участка бетона следует учитывать за счет изъятия эквивалентных площадей поперечных сечений и за счет сохранения всех параметров силового вида сопротивлений у оставшихся сечений. 2. Чтобы предотвратить проникновение химического агрессора на участок растяжения, который способен фильтрационно пропускать химические коррозионные среды, глубину повреждения 8 необходимо ограничить за счет условия 8 х.
На приведенном ниже изображении (рисунок 3.5.) имеются следующие обозначения: b - ширина балки; h- полная высота, характерная для сечения; ао-толщина, характерная защитному слою арматуры; ho- рабочая высота сечения; Fz - утраченная по вине разрушения сила сопротивления зоны Z ; F2- утраченная часть силы сопротивления повреждения зоны 5 ; Fi - сохраненная часть силы сопротивления повреждения зоны 5 ; Fw-сила сопротивления, характерная для неповрежденной зоны р.
Расчет статически неопределимых стержневых конструкций с учетом перераспределения усилий в зависимости от уровня напряжений
По причине нелинейной зависимости временных модулей деформации материала, а также в связи с нелинейностью влияния коррозионного характера по отношению к деформациям элементов сечения, положение центров тяжести определенных сечений, жесткости изменяются вдоль пролетов. Последующий расчет можно осуществить посредством аппроксимации: при которых изменения 5 и К не сопровождаются сменной знака в границах уплотнения материала, вопрос может быть решен довольно просто за счет аппроксимации степенными рядами. В такой ситуации целесообразна зависимость (3.19).
При М 0,5 М пр, при которой специфика напряженно деформированного состояния компонентов из железобетона в части влияния повреждений коррозионного характера на эпюры напряжений и жесткости сечений изменяется. Применение зависимости (3.19) невозможно, так как влечет за собой перегружение соседних компонентов и завышению жесткости. Жесткость с отпорностью рассчитываются относительно центра тяжести приведенного сечения по формулам (3.08) - (3.10). Жесткость элемента, который не поврежден (К =1), может быть определена по (3.12), (3.17), если элемент поврежден (К 1) - (3.11), (3.18). Так как параметр 5 глубины повреждения фронта коррозионного типа находится в зависимости от уровня напряжений, изменяется жесткость D и отпорность D и, соответственно, податливость В. Корректировка напряженно-деформированного состояния сечений в ходе перемены знака нагружения-разгружения способствует перемещению центров тяжести сечений и нейтральных осей. Это сказывается на жесткости.
В качестве примера расчета была использована трехпролетная балка с параметрами: ВЗО, h = 0,8m, b= 0,3 m, \x= 12 = 13 = 6m, a0 = 0,039m, h0 = 0,761m, Rb = 17 106 H/m2, Eb = 29 -106 H/m2, q = 63,9 103Н/т2,арматура AIV , As= 30,79 10"4H/m2 (4 11 9 стержня диметра 28), Es= 1,9 10 H/m Расчетная схема продемонстрирована ниже (рисунок 4.4.) Результаты последовательных приближений по характерным точкам представлены в таблице 4.2.
Для сравнения берем сечение №2. В линейной постановке момент в сечении - 215,6 кНм , по нелинейной постановке без учета признаков разгрузки и коррозии момент в сечении получается 280,3 кНм , а с учетом коррозии - 308,3 кНм , что составляет 30% уточнения бетона, а следовательно и арматуры по сравнению с линейной постановкой и 10% уточнения материала и арматуры по сравнению с нелинейной постановкой.
Для сечения №11. . В линейной постановке момент в сечении - 287,6 кНм ,по нелинейной постановке без учета признаков разгрузки и коррозии момент в сечении получается 370,9 кНм , а с учетом коррозии - 407,9 кНм , что составляет 30% уточнения бетона, а следовательно и арматуры по сравнению с линейной постановкой и 10% уточнения материала(арматуры) по сравнению с нелинейной постановкой.
Таким образом, разработана методика расчета статически неопределимых стержневых систем с учетом ранее не исследованных факторов, таких как: влияние разгрузки проявляющееся в востановлении линейной связи, а так же влияние коррозии, которая имеет разнонаправленное влияние. Разработан метод оценки жесткостеи при нагружении с учетом нелинейности, ползучести и коррозионных повреждений, который приводит к изменению расчетных жесткостеи вдоль пролета с соответствующей аппроксимацией жесткостеи и вычислением max f - наибольшего прогиба реального элемента, вычисленного с учетом изменчивости жесткостеи вдоль пролета в зависимости от уровня напряженно деформированного состояния и приравниваемого к нему max f0 -подбираемого прогиба, по которому находится эквивалентная постановка, неизменная на каждом этапе итерации единая жесткость соответствующего элемента системы, и, далее общепринятая составляющая расчетных моделей и вычисляются искомые значения усилий.
Построен расчетный аппарат оценки силового сопротивления статически неопределимых конструкций с учетом совместного действия нелинейности и неравновесности деформирования в зависимости от уровня коррозионных повреждений.
Введена расчетная модель силового сопротивления железобетона при одностороннем контакте с агрессивной средой, учитывающая установленное экспериментально зонирование структурных изменений бетона по высоте сечения (зона разрушения, частично поврежденная, зона неповрежденная).
При расчете статически неопределимых стержневых систем используется предложение о расчетной замене статически неопределимой системы (балочной или рамной) с фактически изменяющейся вдоль каждого пролета жесткостью D, системой, в которой жесткость вдоль каждого пролета неизменна.
Способом приведения фактической нагрузки q к так называемой эквивалентной равномерно распределенной q3Ke и замены фактической жесткости D расчетной D3KB учитывается нелинейность и коррозионные повреждения железобетонных статически неопределимых стержневых систем.
Разработан метод оценки жесткостей при неубывающем нагружении с учетом нелинейности, ползучести и коррозионных повреждений, который приводит к изменению расчетных жесткостей вдоль пролета с соответствующей аппроксимацией жесткостей и вычислением max f - наибольшего прогиба реального элемента, вычисленного с учетом изменчивости жесткостей вдоль пролета в зависимости от уровня напряженно деформированного состояния и приравниваемого к нему max f0 - подбираемого прогиба, по которому находится эквивалентная постановка, неизменная на каждом этапе итерации единая жесткость соответствующего элемента системы, и, далее общепринятая составляющая расчетных моделей и вычисляются искомые значения усилий.