Совершенствование расчета прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных конструкций с поврежденной сжатой зоной бетона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Пищулёв, Александр Анатольевич

• Пищулёв, Александр Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пищулёв, Александр Анатольевич

Введение

Глава 1 Обзор состояния вопроса.

1.1 Классификация агрессивных сред и методы оценки.

1.2 Методики расчета железобетонных конструкций с коррозионными повреждениями бетона.

1.3 Методы контроля прочностных характеристик бетона.

1.3.1 Методы разрушающего контроля.

1.3.2 Методы локального или местного разрушения.

1.3.3. Неразрушающие методы контроля.

1.4 Аналитическое описание диаграмм деформирования бетона.

1.5 Выводы по первой главе. Цели и задачи исследований.

Глава 2 Методика проведения теоретических и экспериментальных исследований.

2.1 Методика проведения теоретических исследований 49 2.1.1 Методика расчета несущей способности железобетонных ' изгибаемых элементов с различной прочностью слоев бетона сжатой зоны по нормальному сечению.

2.1.2 Реализация алгоритмов расчета нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов с одинаковой и различной прочностью слоев бетона сжатой зоны в среде

МаЛСас1-14.

2.2 Методика проведения экспериментальных исследований.

2.2.1 Выбор конструкции экспериментальных образцов.

2.2.2 Методика проведения экспериментальных исследований балок.

2.2.3 Методика определения прочностных и деформативных характеристик бетона.

2.2.4 Методика определения прочностных характеристик арматуры.

2.2.5 Тарировка тензометрических датчиков.

2.2.6 Выбор силового оборудования и его поверка.

2.3 Методика сопоставления результатов расчета с экспериментальными данными.

2.4 Выводы по главе.

Глава 3 Экспериментальные исследования работы железобетонных изгибаемых элементов с различной прочностью слоев бетона сжатой зоны при загружении кратковременной нагрузкой.

3.1 Определение прочностных и деформативных характеристик материалов конструкций.

3.1.1 Изготовление контрольных образцов и их испытание с целью оценки прочности и деформативности бетона.

3.1.2 Определение прочности бетона при бурении конструкций алмазным инструментом.

3.1.3 Испытание контрольных образцов стержневой арматуры

3.2 Испытание экспериментальных балок.

Глава 4. Обработка результатов эксперимента и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований.

4.1 Обработка результатов испытания образцов изгибаемых элементов.

4.2 Сопоставление предложенной методики с методиками других авторов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование расчета прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных конструкций с поврежденной сжатой зоной бетона»

Как правило, реконструкция существующих объектов оказывается более рентабельной, чем строительство новых. На сегодняшний день около 60 % зданий и сооружений в нашей стране эксплуатируются свыше 30 лет. До некоторого времени основная часть материально-финансовых ресурсов расходовалась на новое строительство. Недостаточное финансирование плановых и капитальных ремонтов зданий и сооружений привело к тому, что значительная часть зданий и сооружений имеют повреждения прочности бетона, а их физический износ превышает 30 %. В статье В.И. Римшина «Проблемы капитального ремонта многоквартирных домов первых массовых застроек» (Строительная газета. 2010, 22 января) сделан прогноз о том, что игнорирование работ по капитальному ремонту в ближайшие 5-10 лет приведет к неизбежным массовым сносам жилья, а это повлечет за собой необходимость расселения.

В августе 2007 года правительством РФ принят Федеральный закон № 185-ФЗ «О Фонде содействия реформирования жилищно-коммунального хозяйства». На основе этого закона в Самаре заключен муниципальный контракт № 266 — Пр 108/4106 от 15 августа 2008 г. между СГАСУ и Департаментом городского хозяйства и экологии местной Администрации, в рамках которого сотрудниками кафедры железобетонных и каменных конструкций разработаны рекомендации по критериям отбора многоквартирных жилых домов, включаемых в областную адресную программу «Капитальный ремонт многоквартирных домов». Здания, вошедшие в данную программу, требуют проведения их детального обследования.

Переоснащение и реконструкция существующих объектов требуют соответствующей технической подготовки инженеров. Одним из важнейших вопросов данной подготовки являются разработка и усвоение методик расчета по определению несущей способности железобетонных конструкций с нарушенной прочностью бетона сжатых зон в результате воздействия на них агрессивных сред, высоких температур, а также нарушение технологии изготовления конструкций и т.д.

Вопрос оценки технического состояния железобетонных элементов, поврежденных коррозией, сложный и многогранный. На сегодняшний день отсутствуют нормативные документы, в которых бы были отражены методики оценки подобных конструкций, однако выполнен ряд исследований, основной целью которых является определение:

1) видов агрессивных сред;

2) влияния агрессивных сред на структуру и прочностные характеристики бетонного камня;

3) механизма проникновения агрессивных сред в тело бетонного камня в зависимости от уровня напряженного состояния а^ь

4) аналитического "описания законов деформирования бетонов;

5) применения диаграмм деформирования бетона в расчетах железобетонных конструкций;

6) построения деградационных кривых, описывающих степень повреждения бетонного камня по толщине;

7) методов определения« несущей способности железобетонных элементов, поврежденных коррозией, путем использования в расчетах диаграмм деформирования и деградационной кривой.

При обследовании зданий и сооружений часто встречаются/железобетонные элементы с различной прочностью слоев бетона. Изменение прочности слоев бетона может быть вызвано технологическими факторами либо механическими или 1 коррозионными повреждениями. Наиболее часто среди отмеченных конструкций встречаются изгибаемые элементы.

Имеющиеся на сегодня методы определения глубины коррозионных повреждений и остаточных прочностных характеристик бетона основаны, как правило, на рассмотрении процесса коррозии материалов во времени при воздействии определенного реагента, в основу которых положены лабораторные исследования. Однако условия эксплуатации реальных конструкций зачастую отличаются от лабораторных, так как конструкция может быть подвержена агрессивному воздействию нескольких реагентов, кроме того, фактические температурно-влажностные условия могут отличаться от принятых в' расчете. Ошибки при прогнозировании коррозионных процессов в железобетонных конструкциях могут привести к снижению точности расчетов, а в некоторых случаях и переоценке их несущей способности. Вопрос расчета конструкций с нарушенной прочностью сжатого бетона, в связи с его актуальностью, в последние годы рассматривается многими российскими и зарубежными исследователями. Однако задача этих исследований, как правило, заключается в разработке упрощенного инженерного метода расчета. В связи с этим остаются достаточно большие расхождения между теорией и экспериментом. В то же время комплексный подход к более точному определению границ разнопрочных слоев по высоте сечения и применение более близких к реальным моделей деформирования бетонов позволяют существенно сократить расхождения между экспериментальными и теоретическими данными. Такой подход является весьма актуальной задачей, особенно при ориентировании строительной отрасли на капитальный ремонт и реконструкцию эксплуатируемых домов.

Целью диссертационной работы является совершенствование расчета прочности изгибаемых железобетонных конструкций с поврежденной сжатой зоной бетона.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• Получить экспериментальным путем диаграммы деформирования поврежденных ч слоев бетона различной прочности.

• Уточнить соответствие предложенных диаграмм деформирования бетона с ниспадающей ветвью экспериментальным данным.

• Определить прочность слоев сжатой зоны экспериментальных образцов по величине энергозатрат в процессе выбуривания кернов.

• Получить экспериментальные данные о несущей способности и о деформировании изгибаемых железобетонных элементов с различной прочностью по слоям сжатой зоны бетона.

• Разработать методику расчета железобетонных изгибаемых элементов с различной прочностью бетона сжатой зоны с применением диаграмм деформирования.

• Сопоставить экспериментальные данные автора и других исследователей с результатами расчета по предложенной методике.

• Разработать рекомендации по обследованию и расчету несущей способности изгибаемых железобетонных элементов с поврежденной сжатой зоной бетона.

Объект исследования — изгибаемые железобетонные элементы с различной прочностью слоев бетона сжатой зоны.

Предмет исследования - прочность нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов с различной прочностью слоев бетона сжатой зоны и напряженно-деформированное состояние данных элементов в зоне чистого изгиба.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

• Усовершенствован расчет прочности- нормальных сечений изгибаемых железобетонных конструкций с поврежденной сжатой зоной бетона.

• Разработана методика определения напряженно-деформированного состояния конструкций в зоне чистого изгиба на любых ступенях загружения, имеющих различную прочность слоев бетона сжатой зоны.

• Разработаны рекомендации по определению характера разрушения изгибаемых железобетонных элементов с различной прочностью слоев бетона сжатой зоны.

• Разработаны рекомендации по оценке изменения прочности бетона по слоям в процессе взятия проб из конструкций методом бурения.

• Получены экспериментальные данные о работе бетона при центральном сжатии в виде диаграмм деформирования с ниспадающей ветвью.

• Получены экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии и несущей способности нормальных сечений изгибаемых элементов с различной прочностью слоев бетона сжатой зоны в процессе нагружения.

• Получены данные о характере эпюр напряжений сжатых зон изгибаемых элементов с различной прочностью слоев бетона сжатой зоны. Практическое значение полученных результатов. Предложен способ оценки прочности бетона сжатой зоны по высоте сечения элементов, подверженных коррозии, который позволяет расширить, возможность определения остаточной прочности материалов конструкций и получить более достоверные данные для расчета этих конструкций. Метод определения прочности и напряженно-деформированного состояния изгибаемых элементов с различной прочностью слоев бетона сжатой зоны, разработанный автором, является универсальным и позволяет существенно приблизить теоретические данные о работе данных элементов к экспериментальным. Представленная методика включена в курс лекций по спецкурсу «Железобетонные и каменные конструкции» в СГАСУ и в программу по повышению квалификации Межрегионального центра повышения квалификации при СГАСУ, а также принята для использования в области обследования изгибаемых железобетонных конструкций на кафедре ЖБК и в организации ООО НТЦ РААСН «ВолгаАкадемЦентр». На защиту выносятся:

• Усовершенствованный расчет прочности изгибаемых железобетонных элементов по нормальным сечениям, имеющих нарушенную прочность бетона сжатой зоны, позволяющий оценить напряженно-деформированное состояние элемента в зоне чистого изгиба и определить ожидаемый характер разрушения.

• Рекомендации по определению места положения разнопрочных слоев по высоте сечения и их механических свойств способом анализа структуры и прочности бетона в процессе взятия проб из бетонных конструкций методом бурения.

• Результаты экспериментальной оценки диаграммы деформирования бетона при сжатии.

• Результаты экспериментальных исследований по определению напряженно-деформированного состояния и несущей способности нормальных сечений изгибаемых элементов с различной прочностью слоев бетона сжатой зоны.

• Результаты сопоставления экспериментальных данных с теоретическими значениями, полученными с помощью предложенной методики.

Апробация работы. Основные положения проведенных исследований по теме диссертации докладывались автором на Всероссийских научно-технических конференциях «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика.» СГАСУ (Самара, 2006-201 Огг.) и «Градостроительство. Реконструкция инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья» ТГУ {Тольятти, 2009г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ в сборниках статей и материалах конференций, в том числе две статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Работа объемом 192 страницы включает в себя введение, четыре главы, общие выводы, библиографический список из 157 I наименований, четыре приложения; содержит 105 рисунков, 24 таблицы.