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:     | 1 || 3 |

Прочность и жесткость изгибаемых железобетонных элементов с трещинами при коррозионных повреждениях

-- [ Страница 2 ] --

Основными факторами негативного влияния агрессивных воздействий на железобетонный элемент являются:

  • деградация прочностных и деформационных свойств сжатого и растянутого бетона;
  • коррозия арматурных стержней;
  • повреждения сцепления растянутой арматуры с бетоном.

Изменение геометрических и механических параметров бетона и их комбинаторика зависит от направленности агрессивного воздействия по отношению к сторонам сечения, а также вида и интенсивности агрессии. В общем случае вариации свойств бетона по глубине моделируются по трехзонной схеме (рис. 4):

  • полностью разрушенный бетон (уменьшение начальных габаритов сечения);
  • слой частично-поврежденного бетона (у боковых граней сечения s, со стороны сжатой t и/или растянутой b зоны сечения), в пределах которого деформационные (Eb, bul, btul, bR, btR) и прочностные (Rb, Rbt) характеристики линейно изменяются от нулевого (минимального) до номинального значения;
  • неповрежденный бетон, сохранивший номинальные характеристики.

При отсутствии полностью разрушенного бетона, пониженные характеристики краевых волокон бетона эксплуатируемых сооружений устанавливаются по результатам технического обследования. Для проектируемых сооружений аналогичные параметры определяются в соответствии с принятыми моделями деградации (например, диссипативная модель В. М. Бондаренко, степенные функции А. И. Попеско).

Одновременно, за счет снижения начального модуля деформации Eb, сопротивлений Rb, Rbt и базовых деформаций R и  ul в пределах коррозионно-поврежденного слоя трансформируются исходные диаграммы деформирования сжатого и растянутого бетона (рис. 5).

 Трансформация диаграмм-25

Рис. 5. Трансформация диаграмм деформирования бетона при сжатии и растяжении

Равномерная и питтинговая коррозия металла отражается независимым либо согласованным (в зависимости от направленности и характера агрессивного воздействия) уменьшением исходных поперечных сечений растянутой As и сжатой A's арматуры с учетом неравномерности коррозии арматуры по длине блока. Учитывается влияние уровня напряжений и вида напряженного состояния на степень коррозии. Так, усиленная деструкция бетона имеет место в сечении с трещиной. За счет прямого доступа агрессивных сред через раскрытую трещину здесь формируется и локальный максимум потери сечения растянутой арматуры d (рис. 1).

Коррозионные повреждения контактной системы «арматура-бетон» обусловлены суперпозицией избыточного давления продуктов коррозии арматуры, превышающих первоначальный объем металла в 2-4 раза, и расклинивающего эффекта при выходе профилированного арматурного стержня из бетона. Сложные физические процессы косвенно учитываются путем трансформации закона сцепления и снижения длины активного сцепления.

Локальный закон сцепления «сц – g» трансформируется в соответствии с предложением H.Schlune за счет введения дополнительных смещений арматуры относительно бетона , где d– глубина коррозии арматуры, m – эмпирический коэффициент. При этом формально исходный график «сц–g» как жесткое целое смещается на g в отрицательную область оси абсцисс.

Рис. 6. К расчету длины трещины раскалывания

Существенным фактором является раскалывание бетонной обоймы арматуры с соответствующим уменьшением участка активного сцепления. При этом по разным источникам остаточные касательные напряжения сцепления ост оцениваются от 0,4max (CEB-FIP 1990, max– прочность сцепления) до нуля (А.А. Прокопович). Длина трещины раскалывания L (1) (рис. 6) в предположении линейного распределения взаимных смещений арматуры и бетона по длине стержня равна:

(5)

где gcrс – смещение арматуры, вызывающее раскалывание бетонной обоймы при отсутствии коррозионных воздействий.

При проведении практических расчетов смещения gcrс вычислялись по «нормальному» закону сцепления М.М. Холмянского, а критические распорные и касательные напряжения определялись по упрощенным зависимостям (T. Belytschko и T. Rabczuk):

(6)

где k - эмпирический коэффициент, - угол наклона трещины сцепления.

При наличии трещины раскалывания абсолютное смещение арматурного стержня US в сечении с трещиной корректируется (рис. 6):

(7)

где .

На основе вышесказанного построена математическая модель сопротивления поврежденных коррозией изгибаемых железобетонных элементов с поперечными трещинами. Разрешающие системы нелинейных алгебраических уравнений составляют условия статической эквивалентности N = 0, M = 0 и кинематические зависимости (1) и (2). При всесторонней агрессии для расчетных сечений l=0 имеем:

где равнодействующие напряжений:

– в коррозионно-поврежденном бетоне сжатой зоны;

– сжатом бетоне без повреждений;

– в коррозионно-поврежденном бетоне растянутой зоны;

– в растянутом бетоне без повреждений;

– в сжатой арматуре;

– в растянутой арматуре.

а моменты от напряжений:

– в коррозионно-поврежденном бетоне сжатой зоны;

–в сжатом бетоне без повреждений;

– в растянутом коррозионно-поврежденного бетоне растянутой зоны;

– в растянутом бетоне без повреждений;

– в растянутой арматуре.

Для сечения l=±L в этом же случае имеем:

где слагаемые А1…В7 определяются по аналогии с соответствующими слагаемыми для сечения l=0.

Неизвестными разрешающей системы уравнений в сечении с трещиной l=L являются: высота сжатой зоны бетона x, относительные деформации наиболее сжатого волокна бетона b и растянутой арматуры s; в центральном сечении l=0: высота сжатой зоны бетона xm, относительные деформации наиболее сжатого волокна бетона и растянутой арматуры .

Для сечения l=±L в случае раскола бетонной обоймы кинематическое уравнение с учетом (7) принимает вид:

(8)

Локальная кривизна железобетонного элемента в сечении с трещиной (рис. 2, а) определяется выражением:

(9)
 Расчетная схема расслоения-75
Рис. 7. Расчетная схема расслоения элемента

Критерием образования вторичных продольных трещин, исходящих из вершин поперечных и обусловливающих прогрессирующее расслоение элемента, принимается . Здесь нормальные напряжения откола сжатой зоны бетона в соответствии с предложением Е.Н. Пересыпкина определяются в долях от краевых сжимающих напряжений над пионерной трещиной b:
при Lcrc=2H (рис. 7).

Ширина раскрытия пионерной трещины acrc и шаг трещин Lcrc определяются с использованием мультиплексной модели сцепления Gambarova P.G.:

(10)
(11)

2. Разработана методика прямого численно-аналитического определения проектного ресурса вновь возводимых и остаточного ресурса эксплуатируемых изгибаемых железобетонных конструкций.

При определении проектного ресурса вновь возводимых конструкций принимаются известными:

  • тип агрессивной среды, фронтальность и режим ее воздействия;
  • модели коррозии бетона и арматуры во времени.

В пределах экспозиции предполагается неизменность параметров воздействия агрессивных сред. В случаях с переменными параметрами агрессивных воздействий используются кусочно-линейные аппроксимации.

Типовыми задачами для изгибаемых железобетонных элементов с агрессивной средой эксплуатации являются:

  • проверка сечения элемента при заданном сроке службы;
  • подбор площади рабочей арматуры элемента при заданном сроке службы;
  • подбор сечения элемента для заданного срока эксплуатации;
  • определение срока службы элемента по заданному критерию (-ям).

Решение рассматриваемых типов задач базируется на определении напряженно-деформированного состояния железобетонного элемента в агрессивной среде с позиций диахронной модели:

 Блок-схема определения НДС -82

Рис. 8. Блок-схема определения НДС

Расчетная процедура начинается с анализа центрального сечения (l=0) при заданном изгибающем моменте М и нормальной силе N. Исходными данными здесь являются:

  • геометрические характеристики сечения и параметры армирования;
  • прочностные и деформационные характеристики бетона и арматуры;
  • локальные параметры коррозионного повреждения бетона и арматуры (, , , и ).

Результаты решения системы (8) (относительная высота сжатой зоны элемента m, относительная деформация сжатого бетона и растянутой арматуры в среднем сечении) используются далее при определении основных неизвестных задачи в сечении с трещиной l=±L. Для этого при тех же внутренних усилиях М и N, геометрических характеристиках сечения и параметрах армирования решается система (9) с заданными параметрами коррозионных повреждений бетона и арматуры в сечении l=±L.

Далее, зная для сечения с нормальной трещиной относительную высоту сжатой зоны , относительную деформацию сжатого бетона b и растянутой арматуры s, вычисляются ширина раскрытия (11) и шаг (12) поперечных трещин, локальная кривизна элемента (10).

При необходимости (0) длина участка активного сцепления (1-)L уточняется методом простой итерации. Внутренняя сходимость процесса достигается при шаге 0,0001.

Полученный комплекс параметров напряженно-деформированного состояния бетона и арматуры в пределах расчетного блока позволяет с методологически единых позиций оценивать расширенную номенклатуру предельных состояний элемента:

  • достижение растянутой арматурой в трещине предела текучести, s = s,el, (при коррозионном повреждении арматуры s = sdegr);
  • исчерпание несущей способности сжатого бетона в сечении с трещиной, b = b,ul (при коррозионном повреждении бетона b =  ;
  • откол защитного слоя бетона и потеря сцепления арматуры с бетоном, =1;
  • расслоение сечения вторичными продольными трещинами, spl = Rbt;
  • чрезмерное раскрытие нормальной трещины, аcrc = acrc,ul;
  • чрезмерный угол поворота, = ul и/или прогиб, f = ful.

При этом задачи проверки и подбора сечений при заданном сроке службы отличаются от традиционных постановок только учетом в рамках диахронной модели сопротивления прогнозируемых для расчетной экспозиции коррозионных повреждений бетона и/или арматуры в соответствии с принятыми для них моделями коррозии.

При определении расчетного срока службы элемента решается задача проверки сечения по заданным критериям прочности и жесткости. С этой целью рассматриваются не менее трех моментов времени в начале, в середине и по окончании ожидаемой экспозиции агрессивного воздействия. Для расчетных моментов времени напряженно-деформированное состояние изгибаемого элемента определяется с позиций диахронной модели. Для параметров, определяющих наступление того или иного предельного состояния элемента, строятся аппроксимирующие зависимости их изменения во времени. При необходимости (немонотонность или малые градиенты изменения параметров, целесообразность уточнения ресурса и т. п.) дополнительно рассматриваются промежуточные расчетные моменты времени. В общем случае расчетный срок службы определяется графоаналитическим способом по наискорейшему достижению одним из рассматриваемых критериев соответствующего предельного значения. При синхронных изменениях критериальных параметров или в условиях превалирования одного из факторов расчетный срок службы возможно устанавливать по интегральной характеристике – изгибающему моменту Mпроект, при котором достигает предельного значения определенный контролируемый параметр (рис. 9). Предлагаемый расчетный аппарат открывает возможность актуального повышения экономической эффективности проектных решений путем обеспечения однородной долговечности железобетонных конструкций с синхронизацией проектного ресурса отдельных зон, элементов и частей зданий и сооружений.

 Схема определения ресурса -97
Рис. 9. Схема определения ресурса


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.