Диссертация (1173089), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Однако чаще всего в качестве параметракоррозионнойповрежденностииспользуетсяглубинакоррозионногоповреждения (коррозионного износа) d, отсчитываемая от первоначальнойповерхности конструкции.Для моделирования и прогнозирования кинетики коррозионного износаобычноиспользуютсяфункциональные,дифференциальные,интегро-дифференциальные зависимости (модели коррозионного износа).Все известные модели коррозионного износа можно представить в видедвух групп: 1) описывающие процессы коррозии с учетом их физикохимического характера; 2) описывающие коррозионные процессы нафеноменологическом уровне – в виде некоторой зависимости параметровкоррозионного износа от времени и других факторов. В инженерныхрасчетах обычно используются модели второй группы.В физико-химических моделях коррозионного износа описываетсявзаимосвязь коррозионных процессов с эффектами воздействия внешнейэксплуатационной среды: продолжительностью пребывания на воздухе или вводе, температурой и химическим составом агрессивной среды, контактирующейс конструкцией.
Примеры моделей такого вида имеются в [36].В научных и инженерных моделях исследования коррозионногопораженияметаллическихконструкцийобычноиспользуютсяфеноменологические модели, представляющие собой функциональную,дифференциальную, интегро-дифференциальную зависимость параметракоррозионного износа d от времени и других факторов, влияние которыхобычно учитывается в коэффициентах феноменологической модели.Примеры моделей такого вида также приводятся в [36]. Результатыэкспериментальных исследований свидетельствуют, что нередко на скоростькоррозионногоизносаметаллическихконструкцийбольшоевлияниеоказывает напряженно-деформированное состояние конструкций.
В этомслучаемоделикоррозионногоизносадолжнынапряженно-деформированного состояния.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.comучитыватьвлияние82При расчетном анализе поведения железобетонных конструкцийнеобходима информация о площадях поперечных сечений арматурныхстержней.Экспериментальныеисследованияпоперечныхсеченийпрокорродировавших арматурных стержней показывают, что возможныразличные случаи коррозионного поражения арматуры, которые можно свестик трем основным [78]: 1) равномерный коррозионный износ по периметруарматурного стержня (рисунок 4.9а); 2) локальный коррозионный износ похорде в зоне стрежня, ближе всего расположенной к наружной поверхностижелезобетонного элемента (рисунок 4.9б); 3) локальный серповидныйкоррозионный износ в зоне стрежня, ближе всего расположенной к наружнойповерхности железобетонного элемента (рисунок 4.9в).Рисунок 4.9 – Случаи коррозионного износа арматурного стержня:а – равномерный; б – локальный по хорде; в – локальный серповидныйНепораженная коррозией площадь поперечного сечения арматурногостержня в этих случаях будет:Случай 1 (равномерная коррозия по периметру):p 2ì× d0 , t £ tinc ;ï4ïïpA(t ) = í × (d0 - 2d(t ))2 , t > tinc ;ï40, t >> tinc ;ïïî(4.14)где d0 – исходный (проектный) диаметр стрежня; d(t) – глубинакоррозионного износа в момент t; tinc – инкубационный период для данногоармирующего элемента.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com83Инкубационный период – это время, в течение которого концентрацияхлоридов в точках на поверхности арматурного стержня достигаеткритического значения.Случай 2 (локальная коррозия по хорде):p 2ì× d0 , t £ tinc ;ï4ïï p 2 d02A(t ) = í × d0 - × (a - sin a), t > tinc ;8ï40, t >> tinc ;ïïî(4.15)æ 2d(t ) öгде a = 2arccos ç1 ÷ .
Полагаем, что инкубационный период равенd0 øèвремени достижения концентрацией хлоридов в нижней точке периметрастержня критического значения.С учетом того, что коррозионное поражение арматурного стержняначинается только после достижения концентрацией хлоридов критическогозначения в точке периметра стержня, то в общем случае моделькоррозионного износа арматурного стержня в бетоне может быть записана:t < tu ,ì0,d d/dt = ít ³ tu .îФ(t ),(4.16)Здесь Ф(t) – функция в зависимости от условий протеканиякоррозионного процесса и влияющих на него факторов.4.4.
Прогнозирование поведения железобетонных элементовмостовых конструкций в условиях воздействия хлоридной коррозии4.4.1. Железобетонные элементы, применяемые в мостостроении,подвергающиеся действию хлоридсодержащих средPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com84Наиболее характерные поперечные сечения железобетонных элементовмостовыхконструкций:прямоугольноеиликвадратное–сечениежелезобетонных свай (рисунок 4.10), сечение насадки (рисунок 4.11),круглое – сечение стойки промежуточной опоры (рисунок 4.12), сечениепредварительно напряженной пустотной плиты (рисунок 4.13), сечениетавровой предварительно напряженной балки (рисунок 4.14).Рисунок 4.10 – Поперечноесечение сваиРисунок 4.11 – Поперечноесечение насадкиРисунок 4.12 – Поперечное сечение стойкиPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com85Рисунок 4.13 – Поперечное сечение пустотной плитыРисунок 4.14 – Сечение тавровой предварительно напряженной балкиPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com864.4.2.
Построение модели деформирования железобетоннойконструкции, работающей на сжатие с изгибомПоведение железобетонного элемента при совместном 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 разномодульностидиаграммы 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.В железобетонном конструктивном элементе, работающемприсовместном действии нагрузки и хлоридсодержащей среды, имеет местопроцесс деформирования элемента (включающий деформирование и бетона,и арматуры), процесс проникания хлоридов в элемент по механизмудиффузии, процесс деградации бетона и коррозии арматуры.
В результатепроисходит перераспределение и увеличение напряжений в отдельных зонахэлемента и арматуры, приводящее с течением времени к наступлениюпредельного состояния.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com87Получим уравнения деформирования железобетонного конструктивногоэлемента произвольного сечения, нагруженного сжимающей нагрузкой,равнодействующая которой действует в центре тяжести сечения. Еслихлоридсодержащая среда действует на сечение так, что положение центратяжести и главных осей инерции не изменяется, то условие равновесияозначает равенство внешних нагрузок и внутренних усилий:ò sбет dF + òN=Fбетsармат dF .(4.17)FарматВ случае, когда хлоридсодержащая среда, действуя на бетон и вызываякоррозиюарматуры,приводиткизменениюзаконараспределениямеханических характеристик по сечению, то есть появлению «наведеннойдействием хлоридсодержащей среды неоднородности», то центральносжатый в начальный момент времени железобетонный элемент станетвнецентренно сжатым из-за изменения положения центра тяжести сечения,вызванного появлением наведенной неоднородности.
При этом на сечениеэлемента, кроме сжимающей нагрузки, будут действовать также изгибающиемоменты, порождаемые возникшим эксцентриситетом, и условий равновесиястанет уже три:òN=FбетòMY =рассчитываетсяsармат zdF ,(4.18)Fарматòsбет ydF +FбетЕслиòsбет zdF +òsармат dF ,FарматFбетMZ =òsбет dF +sармат ydF .Fарматбалочныйжелезобетонныйэлементподдействием нагрузки в плоскости одной из главных осей инерции ихлоридсодержащаясредадействуетсимметричноотносительноэтойплоскости, то уравнения равновесия будут включать первое из уравнений(4.20) и одно из уравнений моментов (в зависимости от обозначения осей).Если же нагружение железобетонного элемента произвольное или хлоридыPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com88также действуют несимметрично относительно главных осей инерции, топоведениежелезобетонногоэлементаописываетсяполнойсистемойуравнений (4.18).Обычно при расчете изгибаемых элементов используется гипотезаКирхгофа, задающая плоский закон распределения деформаций по сечению:e = cy z + cz y + e0,(4.19)где e – деформация в произвольной точке сечения железобетонногоэлемента; cy, cz – кривизны оси деформированного железобетонногоэлемента; e0 – деформация сечения в точке начала координат.Решая полную систему уравнений (4.18), записанную относительновеличин e0, cy, cz, находим их значения, а через них действующие полядеформаций e (y, z) и напряжений s (y, z) по сечению элемента (и в бетоне и варматуре).В качестве предельного состояния железобетонного элемента будемпринимать ситуацию, когда напряжение в любой точке бетонного сечениядостигнетмаксимуманадиаграммедеформированиябетона,соответствующей этой точке (то есть с учетом концентрации хлоридов в этойточке и соответствующей диаграммы деформирования или же когданапряжение в арматуре достигнет предельной величины.
Расчет проводитсяшагамиповременисучетомпроисходящегоперераспределенияконцентрации хлоридсодержащей среды по сечению, изменения свойствбетона по сечению, коррозии арматуры и вызванного всем этим изменениянапряженно-деформированного состояния железобетонного элемента.При этом считаем, что несмотря на коррозию арматуры и деградациюбетона, нарушения сцепления бетона и арматуры не происходит.Если будет рассматриваться статически определимый железобетонныйэлемент, на всем протяжении которого действует хлоридсодержащая среда содинаковымиграничнымиусловиями,тодляправильнойоценкидолговечности элемента следует рассчитывать наиболее нагруженноесечениежелезобетонногоэлемента.ЕслижеPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.comзаконраспределения89хлоридсодержащей среды по длине железобетонного элемента неодинаков,то следует рассматривать несколько сечений по длине элемента и определятьихдолговечностьизадолговечностьвсегоэлементаприниматьнаименьшую.Если же исследуется статически неопределимый железобетонныйэлемент, то в обязательном порядке задается несколько (достаточноеколичество для обеспечения необходимой точности) сечений по длинеэлемента и определяется их долговечность с учетом имеющего местоперераспределения жесткостей по длине железобетонного элемента.Для расчета железобетонных элементов, подвергающихся воздействиюхлоридсодержащей среды, была разработана программа, состоящая из части,решающей задачу диффузии, и части, решающей деформационную задачу.Особенности решения диффузионной части задачи были рассмотрены выше.Сечение железобетонного элемента покрывается сеткой в зависимостиот решаемой задачи в полярной или декартовой системе координат.
В узлахэтой сетки и находятся значения концентрации хлоридов, значениямеханических характеристик бетона, арматуры и значения деформаций инапряжений.4.4.3. Прогнозирование поведения железобетонной балкипрямоугольного сечения (насадки), подвергающейсявоздействию хлоридсодержащей средыРассматривалась изгибаемая моментом железобетонная балка (насадкаопоры), имеющая прямоугольное сечение (высотой h = 0,25 м; ширинойb = 0,15 м; защитный слой поверху и понизу aз = 0,03 м; с арматурнымистержнями диаметром d = 0,010 м) (рисунок 4.15) под действиемхлоридсодержащей среды со всех сторон.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com90Проникание хлоридов происходит по механизму диффузии, причемэффективный коэффициент диффузии в конструктивный элемент D == 1,162×10–12 м2/с определен по результатам экспериментов по взаимодействиютяжелого бетона в В/Ц = 0,4 с 1%-ным раствором соляной кислоты.aзaзhdbРисунок 4.15 – Поперечное сечение железобетонной насадкиПроникание хлоридов происходит по механизму диффузии, причемэффективный коэффициент диффузии в конструктивный элемент D == 1,162×10–12 м2/с определен по результатам экспериментов по взаимодействиютяжелого бетона в В/Ц = 0,4 с 1%-ным раствором соляной кислоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
