Работа железобетонных конструкций с учетом предыстории эксплуатации и накопления повреждений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Чупичев, Олег Борисович

• Чупичев, Олег Борисович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чупичев, Олег Борисович

1. Стр№ Титульный лист. Оглавление Предисловие

Глава обзорная

1.1. Введение

1.2. Факторы, влияющие на работоспособность конструкций

1.3. Причины и виды коррозионного повреждения бетона

1.4. Причины и виды коррозионного повреждения арматуры. Действие агрессивных сред на деформативно-прочностные свойства арматуры

1.5. Концепция силового сопротивления поврежденных коррозией элементов

1.6. Основные факторы повреждений в железобетонных конструкциях на всех стадиях эксплуатации

1.7. Оценка долговечности и прочности поврежденных железобетонных элементов

Глава

II. Оценка силового сопротивления железобетонных конструкций с учетом нелинейности деформирования и ползучести

2.1. Общее состояние разработок по методам расчета железобетонных конструкций на восприятие силовых факторов и воздействие окружающей среды

2.2. Интегральная оценка силового сопротивления сжатой и растянутой зон

2.3. Оценка прочности и жесткости железобетонных элементов

2.4. Глада

2.5. Анализ влияния концентрации коррозирующих веществ среды и влажностного режима эксплуатации элементов

2.6. Оценка влияния коррозионных повреждений на несущую способность железобетонных конструкций

Глава IV

3.1. Опорные узлы железобетонных конструкций имеющие повреждения

3.2. Влияние размера повреждений на силовое сопротивление железобетонной балки,

3.3. Предложения по табулированным способам расчета

3.4. Оценка влияния факторов повреждения при определении остаточного ресурса силового сопротивления статически неопределенных балок

3.5. Выводы. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Работа железобетонных конструкций с учетом предыстории эксплуатации и накопления повреждений»

Глава 1. Обзорная 1.1 Введение В последние годы наблюдается интенсификация исследований по выявлению причины природы разрушающих процессов в железобетоне и разработки способов их устранения. Разрушающие процессы в железобетоне, причиной которых является коррозионное воздействие окружающей среды, приводят к снижению силового сопротивления, т.е. ослаблению определенной части конструкции (зданий, сооружения и т.д.), а также может сопровождаться изменением всей расчетной схемы сооружения. В конечном итоге происходит потеря запаса прочности, жесткости и устойчивости конструкций. В зависимости от условий эксплуатации зданий и сооружений до У из них 4 подвергаются воздействию агрессивных сред. Предельное состояние по условию сохранения эксплуатационной пригодности для большего числа конструкций наступает значительно раньше нормативного срока эксплуатации. Проблема выявления и учета влияния и накопления несиловых повреждений и оценки несовершенств силового сопротивления становиться в теории железобетона все более актуальной. 1.2 Факторы, влияющие на работоспособность конструкций Важнейшим фактором, влияющим на работоспособность строительных конструкций, зданий и сооружений, является агрессивная среда. Как показали исследования Баженова Ю.М., Болотина В.В., Бондаренко В.М., Воробьева В.А., Гвоздева А.А., Гузеева Е.А., Комохова П.Г., Корчинского И.Л., Любарской Г.В., Михайлова К.В., Москвина A.M., Овчинникова И.Г., Полака А.Ф., Попеско А.И., Римшина В.И., Рубецкой Т.В., Санжаровского Р.Е., Соломатова В.И, Селяева В.П, Степановой В.Ф., Чиркова В.П., воздействие агрессивной среды приводит к существенным изменениям деформативно-прочностных свойств бетона пораженной зоны; изменение свойств материала носит необратимый характер и зависит от условий деформирования и взаимодействия со средой. По мере проникновения агрессивной среды в тело конструкции, снижаются защитные свойства бетона по отношению к арматуре, которая начинает коррозировать. В результате коррозии уменьшается площадь поперечного сечения и нарушается ее сцепление с бетоном. Все это сказывается на силовом сопротивлении железобетонных конструкций. Химия процессов коррозии бетона, стали и железобетона в агрессивных средах изучена достаточно глубоко. Существуют несколько теорий, описывающие этот процесс для бетона и стали (в частности [83],[94]), характеризующие общие условия разрушения бетона, стали железобетона в различных агрессивных средах. Однако в литературе встречаются самые разные мнения по вопросам коррозии этих материалов. Различия связаны с тем, что: во-первых, для изучения коррозии материалов необходимо длительное время; во-вторых, значительное различие методов исследований затрудняет увязку результатов полученных другими исследователями.Современная теория расчета деформативности и устойчивости стержневых железобетонных конструкций, работающих в инертной среде, развита и обоснована, но не получила соответствующего развития в направлении оценки конструкций, подверженных коррозии. Немногочисленные методики расчета конструкций, работающих в агрессивных средах, имеют частный характер и являются по сути эмпирическими. Экспериментальные исследования особенностей совместного влияния агрессивной среды и нагрузки на НДС железобетонных элементов весьма ограниченны. Нормативные документы не определяют работоспособность конструкций в агрессивных условиях, а лишь назначают средства защиты железобетона в зависимости от степени агрессивного воздействия среды (СНиП 2,03.11-85), а в СНиП 2.03.01-84* отсутствуют указания по расчету таких конструкций. Поэтому задача по созданию теории расчета железобетонных конструкций сооружений, подверженных коррозии становится актуальной. 1.3 Причины и виды коррозионного повреждения бетона Инженерные обследования показывают, что бетонные и железобетонные конструкции могут, при эксплуатации в агрессивной среде, придти в аварийное состояние в течение 10-15 лет и раньше. Большинство же железобетонных конструкций разрушаются в результате коррозии арматуры, достигающей после 20-25 лет эксплуатации конструкций во влажных помещениях 50% повреждения для рабочих стержней, 100% для хомутов.[94] Долговечность железобетонных конструкций обычно определяется скоростью, с которой бетон разрушается под воздействием химической реакции. Агрессивные вещества (ионы и молекулы) попадают в бетон из окружающей среды. Предпосылкой химической реакции является наличие воды в той или иной форме. Химические реакции, приводящие к разрушению бетона хорошо известны. Наиболее важными из них являются: а) реакции кислот солей аммония, магния и мягкой воды с цементным камнем; б) реакции сульфатов с алюминатами в бетоне; в) реакции щелочей с реакционно-способным заполнителем в бетоне; Химическая реакция в бетоне увеличивает опасность коррозионного поражения и арматуры, реакции между соединениями кальция, в первую очередь Са (0Н)2 и СО2 ведет к карбонизации бетона. Обобщить химическое воздействие на бетон можно так. Действие кислот на затвердевший бетон представляет собой преобразование соединений кальция в соли кальция. В противоположность действию кислот сульфатное воздействие характеризуется химической реакцией сульфат-ионов с алюминатами. Реакция между этими веществами, при наличии остаточного количества воды, вызывает расширение бетона, что ведет к образованию трещин неправильной формы. Реакция бетона со щелочью схожа с воздействием сульфатов, только в случае с сульфатами реакционноспособным веществом является цемент, а случае со щелочью заполнитель. Происходят фото 1 фото 2 Коррозионные повреждения окелезобетонных конструкций в гальваническом цехе. Виды коррозии вызывающие повреждение железобетона и бетона и влияние окружающей среды на несущую способность железобетонных конструкций. В строительной практике все случаи коррозионного повреждения

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чупичев, Олег Борисович, 2005 год

1. Аванесов М.П., Бондаренко В.М., Римшин В.И. Теория силового сопротивления железобетона. Барнаул, 1996 г.

2. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. «Сопротивление материалов». М. «Высшая школа». 1995

3. Александровский СВ. «Расчет бетонных и железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия с учетом коррозии». М.Стройиздат. 1973.

4. Алексеев Н. «Коррозия и защита арматуры в бетоне». М М. Стройиздат. 1968

5. Арутюнян Н.Х. Некоторые вопросы теории ползучести. М.: Госстройиздат, 1952 г.

6. Ахметзянов Ф.Х. К оценке прочности и долговечности повреждаемых бетонных и железобетонных элементов. Казань, 1997 г.

7. Бабушкин В.И. «защита строительных конструкций от коррозии, старения и износа». Изд-во Высшая школа. Харьков. 1986.

8. Баженов Ю.М. «Технология бетона». М. Высшая школа. 1987,

9. Байков А.А. «О действии морской воды на сооружения из гидравлических расчетов». М. Стройиздат. 1948. Сб. трудов.

10. Байков В.Н. «О дальнейшем развитии общей теории железобетона». Ж.бетон и железобетон». 1973. 7.

11. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1978г.

12. Баранова Т.Н., Лаврова О.В., Васильев P.P. «Методология моделирования сопротивления железобетонных конструкций». Вестник РААСН 3. 2000.

13. Берг О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М.:Гостехиздат,1988 г.

14. Болотин В.В. «Методы теории вероятности и теории надежности в расчетах сооружений». М. Стройиздат. 1982 г.

15. Бондаренко В.М. «Адаптационные конструктивные решения и расчеты». Ж. ПГС. Москва. 1994, А.

16. Бондаренко В.М. Начала теории энергетического управления силовым сопротивлением строительных конструкций. Новосибирск Известия Вузов №12, 1996 г

17. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. Харьков. 1968 г.

18. Бондаренко В.М. «Повреждения, ресурс конструктивной безопасности и мониторинг зданий и сооружений». Ж. БСТ. Москва. 2004

19. Бондаренко В.М. «Предыстория и конструктивная безопасность зданий и сооружений». Известия вузов. Строительство, Новосибирск. 2001 1.

20. Бондаренко В.М.. «Развитие методов усиления железобетонных конструкций». Вестник РААСН

21. Бондаренко В.М. и др. «Интегральный метод изучения напряженнодеформированного состояния железобетонных элементов в случае воздействия агрессивной среды и силовой нагрузки». Сб. «Коррозионная стойкость бетона и ж.б. в агрессивных средах»». Сб. НЦИЖБ. Москва. 1985.

22. Бондаренко В.М., Боровских А.Б., Марков СВ., Римшин В.И. Элементы теории реконструкции железобетона. Нижний Новгород: Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. 2002 г.

23. Бондаренко В.М., Демьянова А.А. «Влияние окружающей среды на долговечность железобетонных конструкции». Ж. «Строительство и Архитектура» 4. 1980.

24. Бондаренко В.М., Иоселевский Л.И., Чирков В.П. «Надежность строительных конструкций и мостов» Изд.-во РААСН М.1996. 98

25. Бондаренко В.М., Прохоров В.Н., Римшин В.И. Проблемы устойчивости железобетонных конструкций. Бюллетень строительной техники №5, Изд-во БСТ. 1998г.

26. Бондаренко В.М., Санжаровский Р.С. «О методе расчета железобетонных колонн». Ж. Строительная механика и расчет сооружений». Москва. 1984. 3.

27. Бондаренко В.М., Санжаровский Р.С. Усиление железобетонных конструкций при реконструкции зданий. М.: Стройиздат, 1990 г.

28. Бондаренко В.М., Суворкин Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции. М.: Высшая школа, 1987 г.

29. Бондаренко В.М., Судицын А.И. Расчет строительных конструкций. Железобетонные и каменные конструкции. М.: Высшая школа. 1984 г.

30. Бондаренко В.М., Чупичев О.Б. Развитие инженерных методов расчета силового сопротивления железобетонных конструкций, ослабленных коррозионными повреждениями. Вестник РААСН, 1994 1998 гг.; М.: РААСН, 1999 г.

31. Бондаренко В.М., Шашин В.В. «Влияние предыстории деформации на разврггие собственных колебаний реальных тел». Сб. «Железобетонные конструкции», вып. 1/30. Изд. ХГУ, Харьков. 1964

32. Бондаренко СВ. «Теория сопротивления конструкции режимным нагружениям». М. Стройиздат. 1984.

33. Бондаренко СВ., Бондаренко В.М. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. М.: Стойиздат, 1982 г.

34. Бондаренко СВ., Назаренко Г.В. «Методика теории ползучести». ВЗИСИ. Москва. 1981.

35. Бондаренко СВ., Тутберидзе О.Б. Инженерные расчеты ползучести строительных конструкций. Тбилиси: Изд-во «Ганатлеба», 1998 г.

36. Боровских А.В., Назаренко В.Г. «Теория силового сопротивления сжатия железобетонных конструкций».МИКХиС Москва. 2000.

37. Булгаков СН. «Реконструкция жилых домов первых массовых серий и малоэтажной застройки». М. РААСН. 199,8.

38. Гвоздев А.А., Яшин А.В., Петрова В.К., Гузеев Е.А. Прочность, структурные изменения и деформации бетона. М,: Стройиздат. 1978 г.

39. Гениев Г.А., 1Слюева Н.В. К оценке резерва несущей способности железобетонных статистически неопределимых систем после запредельных воздействий» Сб. «Критические технологии в строительстве». РААСН. МГСУ. Москва. 1998.

40. Гольденблат И.И., Бажанов В.Л., Кононов В.А. «Длительная прочность в машиностроении». М. Машиностроение». 1977.

41. Гузеев Е.А, Диссертация на соискание ученой степени. Основы расчета и проектирования железобетонных конструкций повышенной стойкости в агрессивных средах. М.. 1981 г.

42. Гузеев Е.А,, Савицкий Н.В. Расчет железобетонных конструкций с учетом кинетики коррозии бетона третьего вида Коррозионная стойкость бетона, арматуры и железобетона в агрессивных средах. М.. 1981 г.

43. Гусев Б.В., Файвусович А.С, Степанова В.Ф., Розенталь Н.К. «Математические модели процессов коррозии бетона». М. Изд-во «Тимр». 1996.

44. Давыденков Н.Н. «О рассеянии энергии при вибрациях». ЖТФ. 1938 ч 8.6.

45. Дубина М.М., Ионов А.В., Каниваров Л.А., Малышкин А.П. «Повышение долговечности зданий при морозном воздействии». Изд-во Московского университета. 1999. 99

46. Иванова B.C., Рагозин Ю.И. «Термодинамический расчет удельной энергии разрушения». Изд-во АН СССР. Неорганические материалы. 1 и 10. 1995.

47. Ильичев В.А., Уколов В.Н., Шехтер О.Я. «Распространение колебаний внутри полупространства от гармонической нагрузки, приложенной к его поверхности». Сб. НИИ. «Основания и фундаменты при динамических и сейсмических воздействиях». Вып. 67. 1976.

48. Ивахнюк В.А. «Строительство и проектирование подземных и заглубленных сооружений». Изд-во «Ассоциации строительных вузов». Москва. 1999.

49. Карпенко Н.И. К построению условия прочности бетонов при неодноосных напряженных состояниях. Бетон и железобетон №10, 1985 г.

50. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996 г.

51. Карпенко Н.И. Теория деформирования железобетона с трещинами. М.: Строй-издат. 1978 г.

52. Ютевцов А.В. «К расчету стержневых статических неопределимых конструкций» Ж. Бетон и Железобетон 8. 1979.

53. Колчунов В.И., Панченко Л.А. «Расчет составных тонкостенных конструкций». Издво «Ассоциации строительных вузов». Москва. 1999.

54. Комар А.Г. «Строительные материалы и изделия» М.«Высшая школа». 1968.

55. Комохов П.Г., Латыпов В.М., Латьшова М.В. «Долговечность бетона и железобетона». Изд-во Белая река. Уфа. 1998.

56. Корчинский И.А.»учет влияния усталости в строительных конструкциях». М. Стройиздат. 1984.

57. Лазовский Д.Н. Теория расчета и конструирования усиления железобетонных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений. Минск, 1998 г.

58. Любарская Г.В., Рубецкая Т.В. «Влияние концентрации агрессивных веществ на скорость процессов коррозии бетона 2-го вида». М. Стройиздат. 1984.

59. Малмейстер А.К. «Упругость и неупругость бетона» Изд-во АН Латв. ССР, Рига. 1957.

60. Макридян Н.И., Прошин А.П., Соломатов В. И. Максимова И.Н. «Параметры трещиностойкости цементных систем с позиции механики разрушения». МИИТ Москва. 1998.

61. Мельчаков А.П., Габрин К.Н., Мельчаков Е.А. «Управление безопасностью в строительстве». Челябинск. 1996.

62. Микас А.И. «Границы безопасной скорости коррозии бетона в железобетонных конструкциях». Известия ВШ№4. 1974.

63. Москвин В.М. Коррозия бетона. М.: Госстройиздат, 1952 г.

64. Москвин В.М., Гузеев Е.А., Шаталов А.А., Борисенко В.М. Влияние жидких агрессивных сред на прочностные и деформационные характеристики бетона при кратковременном нагружении. Красноярск, 1977 г.

65. Мурашев В.И., Трещиностойкость, жесткость и прочность железобетона. М.: Машстройиздат, 1955 г.

66. Назаренко В.Г. К вопросу об оптимальном проектировании железобетонных конструкций с учетом физической и геометрической нелинейности. М.: Строй-издат, 1979 г.

67. Назаренко В.Г. Об интегральной жесткости сечений. //Бетон и железобетон №8. 1980г.

68. Назаренко В.Г. Боровских А.В. «Диаграмма деформирования бетона с учетом ниспадающей ветви». Бетон и железобетон. 1998. 8. 100

69. Парасонис И.И. «Надежность каркасов одноэтажных зданий с учетом точности геометрических параметров монтажа». Вильнюс. Тепин. 1999.

70. Петров В.В., Иноземцев В.Н., Синова Н.Ф. «Теория наведенной неоднородности». СГТУ. Саратов. 1996.

71. Петров В.В., Овчинников И.Г., Шихов Ю.М. Расчет элементов конструкций, взаимодействующих с окружающей средой. Изд-во Саратовского университета, 1987 г.

72. Полак А.Ф. «Расчет долговечности железобетонных конструкций». Уфимский нефтяной институт. Уфа. 1983.

73. Попеско А.И. Работоспособность инженерных конструкций, подверженных коррозии, СПб.: Санкт-Петербуржский государственный архитектурно-строительный университет, 1996 г.

74. Работнов Ю.И. «Ползучесть элементов конструкции». Москва, 1996,

75. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Изд-во Наука, 1977 г.

76. Райзер В.В., Муртазиев Г.М. «Методы катастроф в задачах устойчивости упругих систем». МИСИ. Москва. 1992.

77. Ржаницын Ю.Н. Теория ползучести, М.: Стройиздат. 1968 г.

78. Роговой СИ. «Предельные деформации бетона при однородном и неоднородном сжатии». Ж, «Бетон и железобетон в Украине». 1.2000.

79. Розенталь Н.А., Кашурников Н.М, «Пассивирующее действие ингибиторов коррозии стали в цементно-песчаных растворах». Сб. НИИЖБ, Москва. 1989.

80. Санжаровский Р.С, Устойчивость элементов строительных конструкций при ползучести. Л.: Изд-во ЛГУ, 1984 г,

81. Савицкий Н.В., Гузеев Е.А., Бондаренко В.М, Интегральный метод оценки напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов в случае воздействия агрессивной среды и силовой нагрузки, Коррозионная стойкость бетона и железобетона в агрессивных средах, М,. 1984 г.

82. Саталкин А.В. «Деформативная способность бетона». Труды ЛИИЖТа», вып. 46. 1956.

83. Селяев В.П., Окшина Л.Н, Химическое сопротивление цементных композитов при совместном действии нагрузок и агрессивных сред. Саранск, 1997 г.

84. Соломатов В,И., Селяев В,П. «Химическое сопротивление композиционных строительных материалов», М, Стройиздат. 1985,

85. Столяров Я,В, «Введение 86. Улицкий И.И., Метелюк Н.С, Ременец Г.М. Жесткость изгибаемых железобетонных элементов. Киев: Госстройиздат, 1963 г,

87. Фрайфельд СЕ,, Пальчинский 0,В. «Практический метод расчета железобетонных конструкций с учетом реологических свойств материала», СБ. ЮЖ. НИИ вып. 3, Харьков, 1959.

88. Харлат В.Д. «К общей линейности теории ползучести» ВНИИ т. 68. 1961.

89. Харлат В.Д. «Обобщение вейбуновской статистической теории хрупкого разрушения». Сб. «Механика стержневых систем и сплошных сред» 11. 1987.

90. Чирков В.П. Вероятностные методы расчета мостовых железобетонных конструкций. М.: Изд-во Транспорт, 1980 г.

91. Чирков В.П., Клюкин В.И., Федоров B.C., Швидко Я.И. Основы теории проектирования строительных конструкций. М.:ХМК МПС РФ. 1999 г. 101

92. Чупичев О.Б. Влияние коррозионных повреждений на силовое сопротивление железобетонных балок. М.: ВЬШИНТПИ, деп. №11785

93. Шагин А.Л. и др. «Реконструкция зданий и сооружений». Изд-во «Высшая школа». 1991.

94. Шестоперов СВ. «Долговечность бетонных сооружений». Стройиздат. Москва. 1960.

95. Лгунов Б.А,, Бондаренко В.М. «Некоторые вопросы трещиностойкости железобетонных конструкций». Труды ЦНИЭП Сельстроя. Москва. 1979.

96. Долговечность бетонных конструкций. Руководство по проектированию. Лондон 1992 г.

97. Физическая энциклопедия. Т.1, стр.

98. Москва. Советская энциклопедия 1989г.

99. Российская архитектурно-строительная энциклопедия. Том 5, стр. 86-115.

100. Рекомендации по обеспечению надежности и долговечности железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений при их реконструкции и восстановлении. М.: Стройиздат, 1990 г.

101. Рекомендации по учету ползучести и усадке бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1988 г. 105. СНиП 2.03.01.84* Бетонные и железобетонные конструкции. М..1998 г.

102. Руководство по определению скорости коррозии цементного камня, раствора и бетона в жидких агрессивных средах. М,: Стройиздат. 1975 г. 102