авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Прочность и деформативность железобетонных несущих конструкций при агрессивных воздействиях окружающей среды (экспериментальная база. оценка сопротивления на ос

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ГАРИБОВ Рафаил Баширович

ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ АГРЕССИВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

(Экспериментальная база. Оценка сопротивления на основе математических моделей. Экспериментальное обоснование. Мониторинг эксплуатации)

Специальность 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Пенза 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

Научный консультант – доктор технических наук, профессор

Овчинников Игорь Георгиевич

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор

Болдырев Геннадий Григорьевич

доктор технических наук, профессор

Римшин Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор

Мирсаяпов Илизар Талгатович

Ведущая организация – Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится 6 ноября 2008 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.184.01 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Титова 28, 1 корпус, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного университета архитектуры и строительства.

Автореферат разослан 6 октября 2008 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.А. Худяков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Многие инженерные сооружения различного назначения, выполненные из бетона, железобетона подвергаются совместному воздействию эксплуатационных нагрузок, температуры, различных агрессивных сред и физических (радиационных) полей. Причем в ряде случаев преобладающим видом воздействия является какой-то один вид агрессивной среды либо физического поля. Довольно широко распространенным видом агрессивных сред является хлоридсодержащая среда, источником появления которой служат средства-антиобледенители, применяемые при борьбе с гололедом на транспортных сооружениях; морская вода либо солевой туман, имеющие контакт с конструкцией. Также распространенным видом сред, с которыми контактируют железобетонные конструкции, являются сульфаты, встречающиеся в промышленном производстве (в коксохимическом производстве побочным продуктом является сульфат аммония; в промышленности основной химии производство серной кислоты занимает ведущее место и виды производств, в которых используется серная кислота и ее соли, весьма многочисленны; промышленность минеральных удобрений, целлюлозная, металлическая и многие другие отрасли широко используют растворы серной кислоты и ее солей), сульфаты также встречаются в природной среде (грунтовых водах, морской воде и др.), причем нередко они действуют совместно с хлоридами.

Многие конструкции в последнее время оказались в зоне воздействия радиационных факторов. К примеру, конструкции в зоне действия последствий аварии на Чернобыльской АЭС, различные несущие конструкции ядерных реакторов, конструкции могильников и хранилищ, служащих для складирования отработанного топлива и захоронения других радиоактивных отходов.

Многочисленные результаты экспериментальных исследований и натурных наблюдений свидетельствуют о том, что воздействие агрессивных и радиационных факторов приводит к существенным изменениям механических свойств материалов конструкции, а в некоторых случаях к изменению характера работы самой конструкции. Например, по мере воздействия радиации изменяются свойства и матрицы и арматуры, происходит распухание материалов. Во многих случаях изменение свойств материала во времени носит необратимый характер и зависит от условий деформирования и взаимодействия со средой. В результате воздействия агрессивных и радиационных факторов напряжённо-деформированное состояние конструкции изменяется, а срок жизни уменьшается.

Теория расчета железобетонных элементов конструкций, работающих в инертной (неагрессивной) среде в настоящее время достаточно развита и обоснована, но продолжает развиваться и далее в направлении учета запроектных воздействий, расчетной оценки долговечности и живучести конструкций, теория же расчета конструкций, подверженных воздействию агрессивных и радиационных сред, несмотря на длительный период взаимодействия конструкций с этими факторами, только начинает разрабатываться и потому существующие различные методики расчета конструкций, работающих в агрессивных и радиационных средах, имеют частный характер, основываются на выведенных авторами формулах с коэффициентами, определяемыми на основании опытных данных.

Следует отметить, что значительные исследования по разработке моделей деформирования различных конструкций при совместном действии нагрузок, агрессивных и радиационных сред проводились и проводятся в различных научных центрах страны: в Москве под руководством Бондаренко В.М., Гусева Б.В., Соломатова В.И., Гузеева Е.А., Степановой В.Ф., Римшина В.И., Пухонто Л.М., в Санкт-Петербурге под руководством Санжаровского Р.Б., в Саратове под руководством Овчинникова И.Г., Петрова В.В., в Волгограде под руководством Игнатьева В.А., в Пензе под руководством Королева Е.В и других городах.

Задача разработки корректных моделей прочности и деформативности несущих бетонных, железобетонных, конструкций в условиях совместного воздействия внешних нагрузок, агрессивных и радиационных эксплуатационных сред имеет весьма значительный научный и практический интерес, но в то же время весьма сложна, трудоемка и еще далека до окончательного решения.

Целью диссертационной работы является:

– анализ изменений, вызываемых воздействием агрессивных (хлоридсодержащих и сульфатсодержащих) и радиационных сред на железобетонные элементы конструкций;

- развитие общего подхода к построению моделей сопротивления железобетонных элементов конструкций воздействию агрессивных условий эксплуатации при одновременном действии нагрузки;

– разработка методик идентификации моделей сопротивления железобетона воздействию агрессивных и радиационных сред по экспериментальным данным;

– построение моделей деформирования нагруженных различным образом железобетонных стержневых и пластиночных конструктивных элементов в различных агрессивных средах и радиационных полях;

– разработка методик расчета сжимаемых и изгибаемых железобетонных стержневых конструктивных элементов, а также изгибаемых пластиночных элементов с учетом воздействия агрессивных сред и радиационных полей, проведение численных экспериментов и исследование влияния хлоридсодержащих и сульфатсодержащих сред, а также радиационных полей на изменение несущей способности и долговечности указанных элементов конструкций;

- разработка основных принципов организации мониторинга эксплуатации железобетонных несущих конструкций при агрессивных и радиационных воздействиях окружающей среды.

Научная новизна работы:

- в результате систематизации и анализа большого количества экспериментальных исследований проанализировано влияние хлоридсодержащих и сульфатсодержащих сред, а также радиационных полей на прочностные и деформативные характеристики компонентов железобетона и показан характер неоднородной по объему деградации механических свойств для разных видов агрессивных сред и радиационных полей;

- развит общий подход к построению моделей сопротивления железобетонных элементов конструкций воздействию агрессивных и радиационных условий эксплуатации, основанный на использовании деформационной теории железобетона и методе структурных параметров; разработана методика идентификации моделей сопротивления железобетона воздействию агрессивных и радиационных сред по экспериментальным данным;

- на основе анализа экспериментальных данных построены модели сопротивления железобетонных элементов конструкций воздействию хлоридсодержащих и сульфатсодержащих сред при одновременном действии нагрузки; для этих моделей определены значения коэффициентов по имеющимся экспериментальным данным;

- построены модели сопротивления фибробетонных и железобетонных элементов конструкций воздействию радиационных полей, проведена их идентификация;

- построены модели деформирования нагруженных различным образом железобетонных стержневых и пластиночных конструктивных элементов в хлоридсодержащих и сульфатсодержащих агрессивных средах, а также радиационных полях;

– разработаны методики расчета сжимаемых и изгибаемых железобетонных стержневых конструктивных элементов, а также изгибаемых пластиночных элементов с учетом воздействия агрессивных и радиационных сред, с использованием которых проведено исследование влияния хлоридсодержащих и сульфатсодержащих сред, а также радиационных факторов на изменение несущей способности и долговечности стержневых и пластиночных элементов конструкций.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 45 публикациях, в том числе 4 монографиях, 3 учебных пособиях, 7 работах в журналах по Перечню ВАК РФ.

Достоверность результатов работы обеспечивается корректной идентификацией и верификацией построенных моделей, сопоставлением результатов численного моделирования с рядом экспериментальных данных; а также с результатами некоторых теоретических исследований, полученных другими авторами.

Внедрение результатов. Диссертационная работа выполнялась в со­ответствии с проблемой 01В08 «Развитие теории деформирования и разрушения конструкций, взаимодействующих с агрессивными средами», а также проблемой 09В02 «Совершенствование методов диагностики, расчета, проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» программы 09В: «Решение проблем архитектуры, строительства и транспортных сооружений и коммуникаций Саратовского Поволжья».

Разработанные модели сопротивления железобетонных конструкций, методики и алгоритмы расчета используются аспирантами строительных вузов в научной работе, при чтении лекций студентам строительных ву­зов и факультетов, а также при написании учебных пособий.

Теоретические исследования и численное моделирование выполнялось автором самостоятельно и совместно с аспирантами и соискателями кафедры «Мосты и транспортные сооружения» Саратовского государственного технического университета Р.Р. Инамовым, А.И. Овчинниковой, А.В. Маторой, И.И. Овчинниковым, Л.С. Согоцьяном, А.В. Феоктистовым, А.В. Межняковой, А.Н. Марининым которым автор выражает искреннюю благодарность.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского государственного технического университета (1999-2005 гг.); на Всероссийской научно-технической кон­ференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индус­трии" (Тула, 2001 г., 2002 г., 2003 г., 2004 г., 2005 г., 2006г., 2007г.); на международной конференции Architecture, civil engineering and ecology (Spain, Barcelona, 2002 г.); на двенадцатой межвузовской и торой Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2002 г, 2004 г.); на Второй международной конференции «Advances in structural engineering and mechanics» (Корея, Пусан, 2002 г.), Международной конференции «Долговечность строительных конструкций: Теория и практика защиты от коррозии (Волгоград, 2002), международной конференции «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (Пенза, 2003 г., 2004 г, 2005 г.), Международной научно-практической конференции «Защита от коррозии в строительстве и городском хозяйстве» (Москва, 2005 г), XXI международной конференции по теории оболочек и пластин (Саратов, 2005 г.), международных научных конференциях «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2003 г, 2004 г, 2005 г., 2006 г., 2007 г.).

В целом диссертационная работа докладывалась на расширенном заседании кафедры “Мосты и транспортные сооружения” Саратовского государственного технического университета (г. Саратов, 2008 г.).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, основных результатов и выводов, списка литературы (335 наименований), и содержит 123 рисунка, 58 таблиц. Основное содержание диссертации изложено на 289 страницах машинописного текста.

На защиту выносятся:

- общий подход к построению моделей сопротивления железобетонных элементов конструкций воздействию агрессивных и радиационных условий эксплуатации, основанный на использовании деформационной теории железобетона и методе структурных параметров; методика идентификации моделей сопротивления железобетона воздействию агрессивных и радиационных сред по экспериментальным данным;

– модель сопротивления железобетонных элементов конструкций воздействию хлоридсодержащих сред;

- модель сопротивления железобетонных элементов конструкций воздействию сульфатсодержащих сред;

- модель сопротивления железобетонных элементов конструкций воздействию радиационных полей;

- модели деформирования нагруженных различным образом железобетонных стержневых и пластиночных конструктивных элементов в различных агрессивных и радиационных средах;

– методики расчета сжимаемых и изгибаемых железобетонных стержневых конструктивных элементов, а также изгибаемых пластиночных элементов с учетом воздействия агрессивных и радиационных сред, а также результаты исследования влияния этих сред на изменение несущей способности и долговечности стержневых и пластиночных элементов конструкций.

Автор приносит свою искреннюю благодарность Заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору Овчинникову Игорю Георгиевичу за постоянное внимание, консультации и советы, которые оказали неоценимую помощь при выполнении работы.

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, дается краткое описание отдельных ее глав, характеристика научной новизны, достоверности и обосновывается ее практическая ценность.

В первой главе диссертации рассмотрены характерные агрессивные эксплуатационные среды, радиационные факторы, их характеристики и особенности их влияния на кратковременные и длительные механические характеристики бетона и арматуры. Рассмотрены условия работы и примеры повреждений и разрушений конструкций под воздействием хлоридсодержащих и сульфатсодержащих сред. Затем рассматриваются особенности проникания хлоридов в железобетонные конструкции, влияние хлоридов на кратковременные и длительные свойства бетона, на механические свойства на коррозионный износ арматуры, на сцепление арматуры с бетоном.

Приводится анализ экспериментальных данных по кинетике проникания сульфатсодержащих сред в бетонные и железобетонные конструктивные элементы; по химическому взаимодействию проникшей сульфатсодержащей среды с бетоном; по влиянию сульфатсодержащей среды на механические свойства бетона; по кинетике коррозионного износа стальной арматуры в сульфатсодержащей среде. На рис. 1 приведены результаты испытаний бетонных образцов после воздействия на них в лабораторных условиях 5%-ного раствора сульфата натрия в течение 3, 150, 310, 577 и 940 суток (А.И. Попеско).

Анализ экспериментальных данных выявил особенность взаимодействия сульфатсодержащей среды с железобетоном, которая заключается в том, что среда оказывает влияние на бетон и арматуру посредством различных факторов. Коррозионное поражение арматуры зависит непосредственно от уровня концентрации сульфат-ионов SO42–, проникших в тело бетона в районе расположения арматуры. Основное же воздействие на механические свойства бетона сульфатсодержащая среда оказывает в процессе ее химического взаимодействия с цементным камнем, в результате которого образуется твердый осадок, по объему превышающий объем исходных веществ.

Далее в работе проводится анализ экспериментальных данных по влиянию радиационных сред на поведение материалов и конструкций, рассмотрено влияние радиационного облучения на кратковременные и длительные механические характеристики бетонов, металлов. Анализ этих экспериментальных данных показывает, что по мере увеличения дозы облучения изменяются модуль упругости материала, диаграмма деформирования, характер кривых ползучести и длительной прочности. На рис. 2 схематично показано изменение диаграммы деформирования бетона под влиянием радиационного облучения. Характер изменения секущего модуля =/ по мере увеличения дозы Ф показан на рис. 3. Кинетика изменения радиационной деформации (распухания) показана на рис. 4. На этих рисунках Ф1пор и Ф2пор – пороговые дозы облучения, по достижении которых начинается изменение механических характеристик и появляется распухание.

Рис. 1. Результаты испытаний бетонных образцов после воздействия на них в лабораторных условиях 5%-ного раствора сульфата натрия в течение 3, 150, 310, 577 и 940 суток Рис. 2. Схема изменения диаграммы деформирования бетона под влиянием радиационного облучения
Рис. 3. Характер изменения секущего модуля по мере увеличения дозы Ф Рис.4. Кинетика изменения радиационной деформации (распухания)(схема)


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.