Автореферат (Оценка влияния агрессивной среды на грузоподъемность и долговечность конструкций железобетонных мостов в условиях КНР), страница 3

Патанкара, позволяющие определить распределение концентрационного поляагрессивной среды по сечению или объему конструкции. Выполнен расчет закона распределения концентрации хлоридсодержащей среды по сечению двутавровой мостовой балки, вид которой и результаты расчета приведены на рисунке 6.Деформирование бетона описывается нелинейной моделью вида = ()(С), поведение бетона в исходном состоянии описывается функцией Ap   B p 3 ,   0;(1)3AB,0,c cгде для зоны растяжения используется индекс «р», а для зоны сжатияиндекс «с», а функция (С), отражающая влияние хлоридсодержащей средыимеет вид (С) = 1 – aCb, где a, b – коэффициенты. Значения коэффициентовAp, Ac, Bp, Bc, определенные методом наименьших квадратов, приведены в таблице 3, а коэффициенты a = 0,110, b = 0,447.Диаграмма деформирования ненапрягаемой арматуры принималась ввиде:   A m , где A = 890 МПа, m = 0,127.111.501.501.001.000.500.500.000.000.501.001.500.000.00t = 30 лет0.501.001.50t = 50 летРисунок 6 – Сечение балки и законы распределения концентрации хлоридовв разные моменты времениТаблица 3Вид нагружениярастяжениесжатиеКоэффициентыА, МПаВ, МПа38,886101,20610104,4251044,202109Граница областидеформаций гр.4,95510-4-1,87410-3Принималось, что после достижения критического значения концентрации хлоридов на поверхности арматуры начинается коррозия арматуры, которая приводит к изменению формы сечения арматурных стержней (рисунок 7).Для случая хлоридной коррозии наиболее характерен локальный коррозионный износ арматуры (рисунок 7, б).

В общем случае модель коррозионного износа арматурного стержня в бетоне может быть записана:t  tu ,0,d  / dt  t  tu ,Ф(t ),(2)где Ф(t) – функция, учитывающая влияние времени, температуры, напряженияи других факторов на кинетику коррозии, tinc – инкубационный период, времядо достижения хлоридами критической концентрации Скр на арматуре.Рисунок 7 – Случаи коррозионного износа арматурного стержня:а – равномерный; б – локальный по хорде; в – локальный серповидный12При моделировании поведения железобетонного элемента при действиинагрузки и хлоридсодержащей среды описывается системой моделей,включающих:– модель железобетонного элемента (используется расчетная схемастержня при работе на сжатие, балки или плиты при работе на изгиб) сизвестными предположениями о характере его деформирования;– модель воздействия хлоридсодержащей среды на элемент всоответствии с уравнением диффузии;– модель деформирования компонентов железобетона, то есть модельдеформирования бетона с учетом нелинейности и разномодульности диаграммы деформирования и модель деформирования арматуры;– деградационная модель железобетона, включающая изменениедиаграммы деформирования бетона под влиянием хлоридов и моделькоррозионного износа арматуры в виде закона изменения глубиныкоррозионного износа;– модель достижения предельного состояния (либо предела прочностиповрежденного бетона, либо предела прочности корродирующей арматуры.Рассмотрена задача прогнозирования поведения железобетоннойнасадки мостового сооружения, подвергающейся воздействию хлоридсодержащей среды.

На рисунке 8 приведены клеенки распределения концентрации хлоридсодержащей среды [кг/м3] (a), деформации (б), напряжений[МПа] (в).Анализ показывает, что с течением времени неоднородность и распределение концентрации хлоридов, а также деформаций и напряжений увеличивается, а уровень напряжений в арматуре вследствие ее коррозии возрастает.Также в диссертации рассмотрен случай совместного действия карбонизации и хлоридов на железобетонные мостовые конструкции.

Установлено,что под влиянием карбонизации критическая концентрация хлоридов, при которой начинается коррозия арматуры, уменьшается в два раза, а значит сокращается и инкубационный период, то есть коррозия арматуры начинаетсяраньше, чем при действии только хлоридов. Приведен расчет железобетоннойстойки опоры моста, подвергающейся действию и карбонизации, и хлориднойкоррозии, и показан эффект их совместного действия.13t = 0 лет0.250.250.200.200.150.150.100.100.050.05t = 10 лет0.000.000.100.150.000.000.250.250.200.200.150.150.150.100.100.100.050.050.050.000.00t = 16 лет0.050.050.100.150.000.000.050.100.150.000.000.250.200.200.200.150.150.150.100.100.100.050.050.050.100.150.000.000.050.100.050.100.150.200.250.050.100.250.250.000.000.050.050.100.150.000.000.150.15Рисунок 8.В этой же главе с использованием предложения профессора А.И.

Васильева выполнено прогнозирование поведения железобетонного пролетногостроения по т.п. 56 Д (рисунок 9), подвергающегося воздействию хлоридов.Расчет производился с применением комплекса «Midas Civil». Нормативныевременные вертикальные нагрузки Н-30, А11 и Н11 устанавливались в невыгодные по длине положение для каждого параметра усилий, автоматически сиспользованием модуля «Moving Load Analysis».

При этом, согласно Васильеву А.И., учитывалась только коррозия арматуры со скоростью 20 мкм/год.14Рисунок 9На рисунке 10 приведен график снижения площади рабочей арматурыпри коррозии стержней по хорде, а на рисунке 11 график снижения предельного момента с течением времени (то есть график снижения грузоподъемностипри коррозии арматуры по хорде).

Предполагалось, что расчетный момент(Мрасч) от нормативной нагрузки не изменялся с течением времени.SfРисунок 10 – График зависимости сокращения площади рабочей арматуры (Sf)от времениКак показывают результаты расчетов, под влиянием коррозии происходит снижение грузоподъемности пролетного строения и сокращение его долговечности. Если коррозионный износ происходит по всему периметру сечения, то долговечность составляет 8 лет, а при коррозии по хорде долговечность пролѐтного строения оказывается больше и составляет 12 лет.МпредМрасчРисунок 11 – График изменения предельного момента (Мпред) с течением времени15В пятой главе рассматривается вероятностная модель деформированияжелезобетонных элементов конструкций в хлоридсодержащей среде.Обобщенная модель представляется в виде комбинации моделей: моделижелезобетонного элемента; моделей деформирования составляющихматериалов, то есть бетона и арматуры; модели проникания хлоридов; моделивзаимодействия хлоридсодержащей среды с бетоном и арматурой; моделинагружения изгибаемого элемента; модели исчерпания прочности илидолговечности армированного изгибаемого элемента.

Модель деформированиябетона принята в виде:3 Ap (C )    Bp (C )   ;(3)3A(C)B(C).c cКоэффициенты А и В зависят от концентрации хлоридов:Ap (C )  Ap 0  k pa (C ), Bp (C )  B p 0  k pb (C ), Ac (C)  Ac 0  kca (C), Bc (C )  Bc 0  kcb (C ).kca , kcb и k pa , k pb – коэффициенты, учитывающие изменение параметровдиаграммы деформирования под влиянием хлоридов.

Индекс «р» относится крастяжению, а «с» к сжатию, Ap, Bp, Ac, Bc, и концентрация хлоридов С являются случайными функциями. Модель деформирования арматуры E  ,  T ;s   s(4),, TTгде модуль упругости и предел текучести есть случайные величины.Коррозия начинается на поверхности арматуры после достиженияконцентрацией хлоридов критического значения Скр. Полагаем, что процесскоррозии арматуры реализуется по схеме на рисунке 12, где tи –инкубационный период, после которого концентрация хлоридов наповерхности арматуры достигает значения Скр.Рисунок 1216Кинетика коррозионного износа описывается уравнением:  0,n  k  (t  tinc ) ,t  tinc ;t  tinc ,(5)где  – глубина коррозионного поражения арматуры, tinc – инкубационный период; k, n – коэффициенты.

Рассмотрен изгиб железобетонной балки (рисунок 13),загружаемой равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью q при одновременном действии хлоридсодержащей среды со всех сторон.Рисунок 13Сечение аппроксимировалось сеткой 48х24. Прикидочные расчетыпоказали, что для получения достаточной устойчивости гистограммыдолговечности объем генерируемой последовательности случайных чисел приуровне значимости   0.9 должен быть в пределах от 8 000 до 12 000. Длястатистического анализа результатов расчета использовались стандартныепроцедуры, а для нахождения эмпирической обеспеченности P значенийдолговечности Tcl применялась эмпирическая функция надежности.Для расчетного анализа использовались модели деформированияматериалов, модель проникания хлоридов, модель коррозионного износаарматуры, со случайными характеристиками параметров. Изменениедеформаций в наиболее растянутой точке сечения насадки во временииллюстрируется рисунком 14, на котором приведены кривые с разнойстепенью обеспеченности.

Результаты расчета долговечности насадки придействии нагрузки q = 0.7*qпр = 18.62 кН/м, коэффициент вариации которойравен Vq =0.1, и хлоридсодержащей среды, действующей со всех сторон,приведены в виде гистограммы долговечности на рисунке 15.Долговечность сечения насадки с обеспеченностью Р = 95%, 70%, 50%,30% и 10% оказывается равной 9,7 лет; 17,5 лет; 24,6 года; 32,8 года и 65,6 лет.17Гистограмма построена при учете статистического характера (рассеяния) всехвходных параметров: интенсивности внешней нагрузки, коэффициентов диаграммы деформирования бетона, ширины и высоты поперечного сечения, характеристик модели проникания хлоридов в сечение, диаметра арматуры, механических характеристик арматуры, параметров модели коррозии и толщиныбетонного защитного слоя.Рисунок 14 – Развитие деформаций в наиболее растянутой точке сечениянасадки, построенные с различной обеспеченностьюРисунок 15 – Расчетная гистограмма долговечности сечения насадки18ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫВ диссертационной работе в соответствии с поставленной целью разработаны детерминированная и вероятностная методики оценки влияния различных факторов агрессивной эксплуатационной среды на напряженнодеформированное состояние, несущую способность и долговечность железобетонных конструкций мостовых сооружений применительно к условиямКитайской Народной Республики.

При построении моделей деформированияжелезобетонных конструкций при совместном воздействии нагрузок и различных факторов агрессивной эксплуатационной среды использовалась деформационная теория железобетона.На основе полученных автором результатов исследования сделаны следующие выводы:1. Существующие железобетонные мосты в Китае и России подвергаются интенсивной деструкции под влиянием совместно действующих нагрузок иразличных факторов агрессивной эксплуатационной среды, включая действиеуглекислого газа и хлоридов. Поэтому, перед исследователями стоит важнаязадача по разработке методов корректной оценки несущей способности и долговечности элементов железобетонных конструкций транспортных сооружений для последующей разработки эффективных способов их ремонта и усиления с целью повышения грузоподъемности и увеличения ресурса.2. Анализ экспериментальных данных показывает, что под влияниемхлоридных реагентов и углекислого газа в железобетонных конструкциях развивается хлоридная коррозия и карбонизация, при этом действие этих факторов носит объемный характер, приводя к появлению наведенной неоднородности механических свойств и коррозии арматуры.