Влияние микроразрушений бетона на эксплуатационные качества строительных конструкций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Ахмедов, Алексей Исмиханович

• Ахмедов, Алексей Исмиханович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ахмедов, Алексей Исмиханович

Введение.

Глава I. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 Физическия теория прочности бетона.

1.2 Причины разрушения бетонных конструкций при сжатии.

1.3.Разрушение бетонных конструкций при сложном напряженном состоянии.

1.4. Прочность конструкций при длительно действующей и многократно повторной нагрузках.

Глава II. Напряжение в конструкциях от стесненной усадки бетона.

2.1. Напряженное состояние от усадки, определяемое методами теории упругости. ф 2.2. Напряженное состояние от усадки, определяемое с учетом длительных процессов.

2.3. Влияние усадочных напряжений и трещиностойкость твердеющего бетона.

Глава III. Влияние различных факторов на величину критериальных напряжений RT° и RTV.

3.1 Зависимость напряжений микротрещинообразования от прочности бетона, способов его твердения, состава смеси и возраста в момент нагружен ия.

• 3.2 Влияние формы поперечного сечения конструкций и характера напряженного состояния на уровень микротрещинообразования.

3.3. Развитие микроразрушений в конструкциях под воздействием многократно повторной нагрузки.

3.4 Развитие микроразрушений в конструкциях при воздействии длительно действующей нагрузки.

Глава IV. Причины микротрещинообразования в конструкциях при их нагружен и и.

4.1 Пористость цементного камня и влияние на нее некоторых факторов.

4.2. Теоретическая оценка прочности бетона при разрушении пор.

4.3.Методика экспериментальных исследований процесса образования и развития микроразрушений при статическом нагружении конструкций.

4.4. Результаты экспериментальных исследований процессов микроразрушений и их оценка.

Глава V. Надежность конструкций с учетом микроразрушений.

5.1. Нормативные характеристики бетона.

5.2. Влияние микроразрушений на коррозию бетона.

УГВыводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние микроразрушений бетона на эксплуатационные качества строительных конструкций»

Железобетон на протяжении последнего столетия является одним из ® основных строительных материалов. Массовое применение этого материала привело к тому, что к настоящему времени достаточно полно изучены его прочностные свойства и их изменения во времени в результате воздействия различных факторов. Разработана технология изготовления конструкций и методы их расчета. Бетон в отличие от других строительных материалов активно формирует свои свойства в процессе эксплуатации конструкций. Причем происходящие изменения оказывают как положительное, так и отрицательное влияние на надежность зданий и сооружений. Без понимания физи-ф ческих процессы, вызывающих те или иные изменения свойств бетона во времени под воздействием силовых, а также иных факторов трудно достаточно аргументировано обеспечить заданный уровень надежности конструкций, создать наиболее благоприятные условия их возведения и эксплуатации.

Исследованиями, проведенными в конце прошедшего, начале этого столетия установлено, что существенное влияние на изменение прочностных и деформативных свойств бетона оказывают микроразрушения его структуры под воздействием силовых факторов. Установлено, что процесс микроразрушений начинается при напряжениях в бетоне на много меньших его # предела прочности и может затухать или развиваться во времени. Однако причины, взывающие появление и развитие микроразрушений до настоящего времени в полной мере не исследовали. Поэтому изучение физических процессов, вызывающих развитие микроразрушений представляет как научный, так и практический интерес. Этим обстоятельством обоснована актуальность ^ темы диссертационной работы.

Таким образом, целью выполняемых в рамках диссертации исследований является определение природы возникновения и развития микроразру-ф шений структуры бетона и влияние их на различные прочностные свойства материала. С этой целью изучаются существующие представления о процессах микроразрушений и определяется их обоснованность. Формируются новые объяснения природы микроразрушений и намечаются пути экспериментальной проверки выдвинутых положений. Изучается влияние пористости цементного камня на процесс образования и развития микроразрушений. Исследуется влияние микроразрушений на процессы коррозии напряженного бетона во времени.

Научную новизну выполненной работы составляет установленная зависимость между пористостью цементного камня и уровнем появления микроразрушений, связь между уровнем развития микроразрушений и скоростью коррозионных разрушений бетона.

Понимание происходящих в цементном камне процессов позволяет влиять на повышение его эксплуатационных качеств, в частности более правильным подбором состава бетонной смеси. Эти рекомендации, наряду с уточнением некоторых рас четных характеристик материала имеют практическое значение, поскольку позволяют повысить надежность железобетонных конструкций.

В заключение автор считает своей приятной обязанностью выразить благодарность сотрудникам кафедры Строительных конструкций МИКХиС, оказавшим ему помощь в проведении экспериментальных исследований и оформлении диссертации.

Состояние вопроса п задачи исследования.

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Ахмедов, Алексей Исмиханович

VI. Выводы

1. В соответствии с физической теорией прочности бетона в нем задолго до разрушения начинают возникать микроразрушения. Напряжения Rt°, соответствуют началу микроразрушений, Rjv - увеличению объема бетона при сжатии.

2. Природу возникновения и развития микроразрывов в конструкциях при напряжении сжатия нельзя обосновать суммированием вторичного поля напряжений от стесненной усадки с напряжениями от внешней нагрузки.

3. Исследование поля напряжений в конструкциях методами теории упругости показали, что наибольшие напряжения от стесненной усадки возникают в точках контакта жесткого сердечника с цементным камнем. Величина этих растягивающих напряжений мало зависит от формы сечения жесткого сердечника и цементного камня.

4. Учет влияния ползучести на максимальные напряжения от усадки снижает их величину до значений, составляющих 0,5-0,6 от предела прочности на растяжение. Основное влияние на величину растягивающих напряжений оказывает соотношение конечных величин мер усадки и ползучести, а также скорость нарастания этих деформаций во времени. Регулируя усадочные деформации в железобетонных конструкциях соответствующим подбором состава бетона можно влиять на уровень напряжений RfU и Rjv.

5. Обобщение результатов ранее выполненных исследований позволило подтвердить зависимость напряжений Rj0 и R/ от прочности бетона. С увеличением прочности растут и напряжения Rt° и R/. Однако значительный разброс значений RrU и R/, соответствующих одной прочности, свидетельствует о том, что начало процесса микроразрушений связано не только с прочностью бетона.

6. Величина напряжений Rj и Rj не зависит от размеров и формы поперечного сечения, а также от формы эпюры сжимающих напряжений от нагрузки. В то же время в области защитного слоя железобетонных конструкций уровень напряжений RT° и Rjv существенно (на 30-50%) ниже, чем в других частях сечения.

7. Изучение результатов испытаний конструкций многократно повторяющейся нагрузкой показало, что при сттах > Rt" по мере увеличения числа циклов нагрузки п происходит непрерывное разрушение материала. При атах < Rt° под воздействием многократной нагрузки бетон упрочняется. Аналогично длительно действующая нагрузка (аЛП *Rt°) приводит к увеличению конечной прочности. В то же время при аЛ1 > Rtv конечная прочность бетона с течением времени снижается.

8. Подтверждено, что процесс микроразрушений материала конструкций обусловлен разрушением пор в цементном камне под воздействием внешней нагрузки. Установлено, что для бетонов одинаковой прочности пористость может колебаться в значительных пределах в зависимости от различных факторов. Различная пористость объясняет разброс значений Rt° и Rtv для одного и того же значения Rnp.

9. Использование статистической теории прочности позволило теоретически обосновать снижение уровня микроразрушений в зоне защитных слоев железобетонных конструкций вдоль арматуры на 20-30% по сравнению с остальными частями сечения.

10. Проведенные в рамках выполняемой работы исследования показали, что наиболее существенное влияние на интенсивность вторичного поля напряжений оказывает крупный заполнитель. Уровень напряжений Rt° и Rtv за счет крупного заполнителя снижается на 10-15%, а за счет песка еще на 58% по сравнению с уровнем в цементном камне.

11. Пористость цементного камня оказывает существенное влияние на уровень микроразрушений в бетоне. Проведенные эксперименты показали, что у бетонов одинаковой прочности, но отличающихся пористостью, разница в величинах Rr° /Rnp и RTV /Rnp может доходить до 1,5 раза.

12.Для повышения надежности железобетонных конструкций процессы микротрещинообразования целесообразно учитывать при нормировании предела выносливости бетона, проектировании интенсивности нагружения монолитного бетона и оценке процессов коррозии во времени на основе разработанной в данной работе методики.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ахмедов, Алексей Исмиханович, 2006 год

1. Аббасов Ф. А. Ползучесть бетона при растяжении и влияние ее на сопротивление растянутых ферм. Баку 1955. 342 с

2. Александровский С. В. Расчет бетонных конструкций на темпера-турно-влажностное воздействие с учетом ползучести. «Стройиздат.» М 1973ф г. 128 с

3. Александровский С. В. О влиянии длительного действия внешней ^ нагрузки на режим высыхания и усадки бетона. В сб. «Труды НИИЖБа»,вып. 4 «Госстройиздат.» М., 1959 с 58-67

4. Арутюнян Н. X. Некоторые вопросы теории ползучести. «Гостехиз-дат.» М. 1952 г. 342 с

5. Арутюнян Н. X. Ползучесть стареющих материалов. Ползучесть бетона. В сб. Инженерный журнал.Механика твердого тела.№ 6 М.,1967 с 12-31

6. Баженов Ю.М., Новичков П.И., Ерофеев В.Т. Кинетика движениядиффузионного фронта реакции в бетоне. Материалы 3-ей Международной научно-практической конф., Москва, 2005, с.242-243.

7. Берг О. Я. Исследование прочности железобетонных конструкций при воздействии на них многократно повторной нагрузки. В сб Труды ЦНИ-ИС вып. 19 «Трансжелдориздат.» М. 1956 Стр. 9-18

8. Берг О. Я. О выносливости железобетонных конструкций В сб Труды ЦНИИС, вып. 36 «Трансжелдориздат.» М. 1960 с 4-23

9. Берг О. Я. Физические основы теории прочности бетона и железобеф тона, «Госстройиздат.» М. 1961 с 268

10. Берг О. Я., Хромец Ю. Н. Влияние длительного загружения на прочностные и деформативные свойства бетона. В сб «Труды ЦНИИС» вып. 60 «Трансжелдориздат.» М., 1986 ст. 17-29

11. Берг О. Я., Писанко Г. Н., Хромец Ю. Н., Щербаков Е. Н.Об обра• зовании и развитии продольных трещин в предварительно напряженных мое товых конструкциях. В сб. Труды ЦНИИС, вып.бО.М. Транспорт, 1966,с. 109137.

12. Берг О. Я., Писанко Г. Н., Хромец Ю. Н., Щербаков Е. Н. Влияние усадочных деформаций бетона на появление продольных трещин в предварительно напряженных конструкциям мостов. В сб Труды ЦНИИС вып. 60. «Транжелдориздат.» 18 М. 1986 с 138-168

13. Берг О. Я., Смирнов Н. В. Исследование прочности и деформатив-ф ности бетона при двуосном сжатии. В сб. труды ЦНИИС, вып. 60. Транспорт1. М„ 1986

14. Берг О. Я., Щербаков Е. Н., Писанко Г. Н. Высокопрочный бетон. «Стройиздат.», М., 1971 208 с

15. Берг О. Я., Рожков А. И. К учету нелинейной ползучести бетона. «Бетон и железобетон» № 9 М. 1967 с 29-32

16. Берг О. Я., Писанко Г. Н., Хромец Ю. Н. «Исследование физического процесса разрушения бетона под воздействием статической и многократно повторяющейся нагрузки. В сб Труды ЦНИИС, вып. 60 «Транжелдориздат.»• М.,1986,с.30-45

17. Бердичевский Г.И. Предварительно напряженные и обычные железобетонные балки с холодносплющенной арматурой периодического профиto)ля. В сб. «Железобетонные конструкции» М.Гостройиздат,1 952,с. 128-171.

18. Бондаренко В. М, Сухарев А.А. Фрагменты силового сопротивле• ния бетона, поврежденного коррозией. Бетон и железобетон.№5,2003,с. 12-16.

19. Бондаренко В. М, Назаренко В.Г., Чупичев О.В. Влияние коррозионных повреждений на силовое сопротивление железобетонных конструкций. Бетон и железобетон, 1999,№6,с. 18-21.

20. Бондаренко В. М., Бондаренко С. В. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. «Стройиздат.» М. 1984 183 с

21. Бондаренко В. М., Боровских А. В. Износ повреждения и безопасность железобетонных сооружений М И. Д. Русанова 2000, с. 147

22. Ф 24. Бондаренко В. М., Судницын А. И., Назаренко В. Г. Расчет железобетонных и каменных конструкций. Под ред. В. М. Бондаренко «Высшая школа» М. 1988,304 с.

23. Бондаренко С. В. Теория сопротивления строительных конструкций режимным нагружениям. «Стройиздат.» М. 1984 392 с.

24. Бондаренко В. М. Повреждения, ресурс конструктивной безопасности зданий и сооружений. Ж БСТ, Москва 2000, 4,с. 18-20

25. Болотин В.В. Методы теории вероятности в расчетах сооружений Стройиздат,Москва, 1982,312с.ф 28. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике.М.Гостройиздат,1961 ,с.287.

26. Бойков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции, «Стройиздат.» М. 1978,485 с

27. Боровских А.В., Назаренко В.Г. Теория силового сопротивлениясжатых железобетонных конструкций. М.Отдел информационно-издательской деятельности РААСМ,2000,112с.

28. Бриджман П. Исследования больших пластических деформаций иф разрывов, Изд. Иностранной литературы, М. 1955

29. Быковский В. Н. Сопротивление материалов во времени с учетом статистических факторов «Госстройиздат.» М. 1956

30. Вайништюк И.С. Радиоэелктроника в производстве сборноог железобетона. М.Гостройиздат,1971,273с.

31. Веригин К.П. Почность бетонных элементов при двухмерном сжатии. Труды Харьковского инж-строит. Ин-та,1965,с.126.

32. Вишневецкий Г. Д. О механизмах ползучести бетона В сб. «Труды координационных совещаний по гидротехнике», вып. XIII «Энергия» М., 1964

33. Волков С.Д. Разрушение путем отрыва при сжатии хрупких квазиизотропных поликристаллов. Доклады АН СССР,т.85,№5,1962,с.48-59.

34. Гацков В.Н. О дальнейшем развитии общей теории железобетона.

35. Ф Бетон и железобетон, 1979,№7,с. 18-22.

36. Гвоздев А. А. Ползучесть бетона и пути ее исследования. «Госстройиздат.» М., 1956 284 с

37. Гвоздев А. А., Яшин А. В., Петров К. В. и др. Прочность, структурные изменения и деформации бетона, М. 1978, 296 с

38. Гвоздев А. А. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия. «Стройиздат.» М. 1949, 325 с

39. Железобетонные конструкции. И. И. Улицкий, С. А. Ривкин, М. В. Самолетов и др. Киев 1972

40. Зайцев Ю. В. О пониженном сопротивлении элементов из легких бетонов действию поперечных сил при изгибе. «Бетон и железобетон» № 4 1974 с 4-7

41. Залесов А. С., Кодыш Э. Н., Лемыш Л. Л., Никитин И. К. Расчет железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости и деформациям. «Стройиздат.», М. 1988 320 с.

42. Иванов Ф.М., Солнцева В.Л., Красовская Т.Г. Труды симпозиума РИЛЕМ, М., Гостройиздат, 1984, с.206-208.

43. Иванов Ф.М., Солнцева В.Л., Березина И.П., Красовская Т.Г. Исследование структуры цементных растворов и ее влияние на некоторыетехнические свойства бетона. Труды ЦНИИС, вып. 60, М., Транспорт,1986, с.54-79.

44. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. Стройциз-дат,М., 1996,312с.48а. Карпенко Н. И. О расчете деформаций ползучести бетона. «Строительная механика и расчет сооружений» № 3 М. 1979 с 39-43

45. Карпухин Н.С. Исследование выносливости бетона и связи с расчетом мостовых конструкций по предельным состояниям. В сб.трудов МИИ-Та,вып. 152,М.,Трансжелдориздат, 1972,с.82-97.

46. Катин Н. И. Исследование ползучести бетона при высоких напряжениях. В сб. «Труды НИИЖБа» вып. 4 «Госстройиздат.» М. 1959 52. Карпенко Н. И. Общие модели механики железобетона. Стройиздат М. 1996312с

47. Комохов П. Г., Латыпов В. М., Латыпова М. В. Долговечность бетона и железобетона. «Белая река» Уфа 1998. с. 92

48. Конторова Т. А. и Френкель Я. И. Статистическая теория хрупкой прочности реальных кристаллических тел. «Журнал технической физики» т 11 вьш.ЗМ. 1951.

49. Ларионов Е.А. Длительное силовое сопротивление и безопасность сооружений. Докторская диссертация М.2005г.

50. Ларионов Е.А. К вопросу длительной прочности бетона. Изв. ВУЗов «Строительство» №8, 2005, с.26-31.

51. Ларионов Е.А.,Бондаренко В.М. К вопросу конструктивной безопасности сооружений. Тр.конф. МИКХиС, М., 2005, с.28-37.

52. Лермит Р. Проблемы технологии бетона. М., Госстройиздат, 1969,с.382.

53. Макридин Н. И., Прошин А. П., Соломатов В. И., Максимова И. Н. Параметры трещиностойкости цементных систем с позиций механики разрушения. МИИТМ. 1998

54. Малмвейстер JT.K. Упругость бетона. Рига, 1957,с.348.

55. Методические рекомендации по исследованию усадки и ползучести бетона. М., НИИЖБ, 1975, 117с.

56. Мурашов В.И. Трещиностойкость, жесткость и прочность железобетона. Машстройиздат.М.,1950,492с.

57. Назаренко В.Г. О решении задач определения напряженно деформированного состояния железобетонных элементов. М. ЦНИИЭПсельстрой, 1980, с.31-42.

58. Назаренко В. Г. Развитие основ теории расчета железобетонных конструкций с учетом особенностей режимного нагружения. Докторская диссертация. М. 1988 205 с

59. Нилендер Ю.А. Механические свойства железобетона. Справочник,т.4Дрансжелдориздат, 1962,423с.

60. Орлов С. Л. Исследование физических причин разрушения бетона под воздействием различных нагрузок. Кандидатская диссертация. М. 2003 г.

61. Писанко Г. Н. Исследование прочностных и деформативных свойств высоко прочностных бетонов. В сб Труды ЦНИИС вып. 36, «Транс-желдориздат.» М. 1960

62. Писанко Г. И., Щербаков Е. Н. Влияние усадочных деформаций бетона на появление продольных трещин в предварительно напряженных конструкциях мостов В сб. Труды ЦНИИС вып. 60 «Трансжелдориздат.» М. 1986 138-169 с

63. Попеско А.И. Работоспособность железобетонных конструкций, подверженных коррозии. С/п ГАСУ, СпБ,1996.

64. Прокопович И. Е. Влияние длительных процессов на напряженные и деформированные состояния сооружений. «Стройиздат.» М. 1963 г.

65. Проценко A.M. К расчету железобетонных элементов с учетом линейной ползучести бетона. Строит, механика и расчет сооружений, №1, 1965,• с.18-23.

66. Работнов Ю.И. Ползучесть элементов конструкций, М, 1966.

67. Ребиндер П. А., Сегалов Е. Е. Современные физико-химические представления и процессах твердения минеральных вяжущих веществ «Строительные материалы» № 6 I960 452 с

68. Ребиндер П. А. Физико-химическая механика. «Знание» М., 1960 г.

69. Савин А.В. Прочность бетона, твердеющего под нагрузкой. В сб. Актуальные проблемы развития современного строительства. V Научно

70. Ф техническая конференция МИКХиС М. 2005 125-129.

71. Сахновский К. В. Железобетонные конструкции. «Госстройиздат.» МЛ 969,732с

72. Серых P. JI. Научно-технические аспекты ресурсосбережения в строительстве. Вестник отделения строительных наук, вып. 2, М. 1998

73. СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования.М., 1984,Стройиздат.

74. Столяров Я. В. Введение в теорию железобетона. Стройиздат, М.1941ф 78. Стольников В.В. Исследования по гидротехническому бетону.

75. М.,Госэнергоиздат,1982,с.321.

76. Седракян Л.Г. К статической теории прочности.Ереван,1968,с.312.

77. Тарабасов Н.Д. Напряженное состояние многосвязной полуплоскости от запрессовки в нее дисков. Инженерный сборник,т.ХХУ,М.,1989,с.3744.

78. Топчиян P.M. Продление эксплуатации зданий АЭС за пределами проектных сроков. Кандидатская диссертация.М.2003.

79. Федулова Г.Н. Исследование критериальных напряжений в бетоне при центральном и внецентренном сжатии. Кандидатская диссертация, М, 1997.

80. Фрайфельд С.Е. Собственные напряжения в железобетоне. Строй-издатМ., 1941.

81. Хромец Ю.Н., Орлов C.J1. О «физической» теории прочности бетона. В сб. Актуальные проблемы развития современного строительства. V Научно-техническая конференция МИКХиС М.2005,с.163-168.

82. Хромец Ю. Н. Промышленные здания из легких конструкций. М. «Стройиздат.» 1978 с. 176 ил

83. Хромец Ю.Н.,Орлов С.Л. О «физической» теории прочности бетона. Промышленное и гражданское строительство,№1,2005,с. 18-25.

84. Хромец Ю. Н. Совершенствование объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий. М. «Стройиздат.» 1986 с. 314

85. Чирков В. П., ИГавыкина М. В. Методы расчета срока службы железобетонных конструкций при коррозии арматуры. МГУПС М. 1998 с 57

86. Шейкин А.Е., Олейникова Н.И. Влияние тепловлажностной обработки на сульфатосткойкость бетона. Бетон и железобетон,№4,1962,с.43-47.

87. Шестоперов С.В. Долговечность бетона. М., Автотрансиздат, 1970,с.284.

88. Шерман Д.И. Об одной задаче упругости. Докл. АН СССР, t.XXVII,9

89. Щербаков Е. Н. Физические и феноменологические основы прогнозирования механических свойств бетона для расчета железобетонных конструкций. Докторская диссертация М. 1987

90. Яшин А.В. Некоторые данные о деформациях и структурных изменениях бетона при осевом сжатии. В кн. Новое о прочности железобетона. М., Стройиздат, 1977,с. 17-30.

91. Arnds Wolfgang. Beton stein -Zig. 1962,28 №3 с. 112-121

92. Glanville W.H. Studies in Peinforced Concrete. Bondreitance Technical paper №3,1980,42-54.

93. Kroone В.,Crook D.N. Mag.Concrete Res.,1962,14,№40,43-46.

94. Weibull W. Basic aspects of fatique. «Proc.Coll on fatique» Stockholm,• 1965.