Диссертация (1173089), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Методики прогнозирования долговечности железобетонныхконструкций при действии силовых факторов и агрессивной средыКак отмечается в работах В.М. Бондаренко с сотрудниками [75,76],агрессивная среда приводит к появлению необратимых повреждений,развивающихся во времени и распределенных неоднородно по объемуконструкций.
Считается, что агрессивная среда проникает в бетон фронтом,глубина проникания которого есть нелинейная функция времени:z d = z¥ × (1 - ce -b t ) < d = d 0 × (1 - e -at ),(3.1)где z¥ и d0 – глубина потери силового сопротивления и глубинанейтрализации бетона, остальные величины – коэффициенты.Глубина коррозии арматуры также есть нелинейная функция времени:d s = d s × [1 - exp(-a s (t - ts ))],PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com(3.2)60где ts – инкубационный период до начала коррозии, d – диаметр арматуры.Деформирование и бетона, и арматуры описывается линейнымзаконом.В [36] рассматривается поведение железобетонных конструкций поддействием нагрузок и агрессивных сред, для чего построен ряд моделейдеформирования материалов и проникания среды.
Бетон принимаетсянелинейно деформируемым и разномодульным в соответствии с законом:ì Ap (C ) × e - B p (C ) × e3 ,sb = í3î Ac (C ) × e - Bc (C ) × e ,sb > 0;sb < 0,(3.3)где Ac(C), Bc(C), Ap(C), Bp(C) – коэффициенты, зависящие от концентрациисреды и вида напряженного состояния (при сжатии и растяжениисоответственно).Модель деформирования арматуры также принимается нелинейной:s s = a × eb ,(3.4)где a, b – коэффициенты.Рассматриваются три модели проникания среды в бетон: по законудиффузии, размытым или четким фронтами (рисунок 3.1).а) диффузияб) размытый фронтв) четкий фронтРисунок 3.1 – Модели проникания среды в бетонОдномерный процесс диффузии описывается уравнением¶C ( x, t )¶ 2C ( x , t )=D, C (0, t ) = C0 ,¶t¶x 2(3.5)где С – концентрация среды в точке бетона, t – время, х – расстояние отповерхности, D – коэффициент диффузии, С0 – концентрация наповерхности.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com61Решение (3.5) записывается:ææ x ööC ( x, t ) = C0 ç1 - erf ç÷ ÷,2Dtèøøè(3.6)u2-u 2edu – функция ошибок Гаусса.где erf (u ) =p ò0Распределениеконцентрациисредыпотолщинеимеетвидкриволинейного треугольника и потому может быть описано приближеннотреугольным фронтом:éxa ùC ( x, t ) = CS ê1 ±ú,ë L(t ) 2L(t ) ûx – координата, t – время; СS – концентрация на поверхности, a – толщина;L(t) – глубина проникания границы треугольного фронта, принимаемая в виде:L(t) = a tn,где a, n – коэффициенты, определяемые из экспериментальных данных.Рассматриваются три модели коррозии арматуры (рисунок 3.2).а) равномерноб) локальнопо хордев) локальносерповидноРисунок 3.2 – Схемы коррозии арматурыНа основе рассмотренных моделей исследовано поведение круглойсплошнойжелезобетоннойстойки,круглойпустотелойжелезобетонной балки, плиты, сталежелезобетонных конструкций.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.comстойки,623.3.
Вероятностный расчёт железобетонных элементов конструкцийтранспортных и других сооруженийВ работах Чиркова В.П. с коллегами [77,78] развиты основы расчётаресурса армированных конструкций мостовых сооружений, причем приопределении случайного срока службы T% учитывался случайный характернагрузки, размеров и свойств конструктивных элементов:T% ( X% 1 , X% 2 , ..., X% n ) ³ TH ,(3.7)где X% 1 , X% 2 , ..., X% n – случайные параметры нагрузки и конструктивныхэлементов, ТН – заданных (нормативный) срок службы. Кинетика изменениянесущей способностиR% (t )железобетонной конструкции описываетсяфункцией:R% (t ) = R% 0 × A(t ),(3.8)здесь R% 0 – начальная несущая способность в момент времени t = 0; А(t) –функция влияния, учитывающая снижение несущей способности подвлиянием нагрузки и агрессивной среды или ее увеличение в связи с наборомпрочности бетоном.Ресурс по выносливости предварительно напряженных бетонныхэлементов мостовых пролетных строений железнодорожных мостов с учетомслучайного характера участвующих параметров (нагрузки и прочностныххарактеристик) предложено определять по формуле:mN æ 1 + g × VR öT = 1ç,n1 èh ÷ø(3.9)где n1 – количество циклов нагружения в течение года, N1 = 2·106, т – числокатегорий поездов, g – коэффициент, учитывающий уровень обеспеченности(g = –2,33 для вероятности Р = 0,99), h – коэффициент, учитывающий вкладпостоянной нагрузки, VR – коэффициент вариации, Т – коэффициент кривойресурса.
Ресурс по выносливости преднапряженной арматуры определяетсяпо подобной формуле:PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com63mN æ 1 + g × VR ПП öT = 1ç÷ ,n1 èhø(3.10)VR ПП – коэффициент вариации прочностной характеристики.В исследованиях Р.К. Мамажанова [79] методика, разработаннаяВ.П. Чирковым, была распространена на задачи расчетной оценки ресурсаконструкций мостовых сооружений в сухом и жарком климате. При этом вдополнение к уравнениям выносливости арматуры и бетона выведеныуравнения для оценки срока службы с учетом карбонизации бетона, коррозииарматурных стержней, появления трещин.А.А.
Потапкин [80] предложил определять нагруженность S%t инесущую способность R% t в произвольный момент времени t. При этомполагалось, что R% t снижается во времени, а S%t может и снижаться, ивозрастать (рисунок 3.3).Рисунок 3.3 – Изменение несущей способности R% и нагруженности S%Л.И. Иосилевским исследовались вопросы надежности армированныхмостовых конструкций [82]. Им указано на то, что надо производить расчетресурса армированных конструкций мостов с учетом случайного характеранагрузки и параметров конструкции, причем надежность конструкции присовместном действии нагрузки и коррозионной среды обеспечиваетсявыполнением условия:PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com64P ( x, t ) ³ PH ,(3.11)где РН – нормируемая надежность, зависящая от экономических исоциальных последствий возникновения отказа из-за потери устойчивости.Левая часть неравенства представляет собой вероятность безотказнойработы конструктивного элемента:P( x) = 1 - ò+¥-¥FR ( x, t ) × pQ ( x, t )dx.(3.12)Здесь FR ( x, t ) – функция распределения параметра, характеризующегосопротивление конструкции,pQ ( x , t ) – плотность распределения этогопараметра.
В [82] приведены примеры оценки уровня надежности и прогнозасрока службы обычных и предварительно напряженных железобетонныхконструкций мостовых сооружений с учетом изменения во времени ихсостояния под влиянием различных причин, в том числе и коррозионногохарактера.В.Д. Райзером [83] рассмотрен ряд задач надежности, в том числемоделирование воздействия климатических и технологических нагрузок насооружения как случайных процессов, нахождение вероятности отказаконструкций различными методами (Монте-Карло, двух моментов, горячихточек). Проведен расчет надежности железобетонного элемента привнецентренном нагружении, причем отказом считалось выполнение условия:N СНиП £ N% вер ,(3.13)где N СНиП , N% вер – нормативная и случайная несущая способность с учетомслучайного характера прочности бетона, арматуры и эксцентриситета.В исследовании [83] проведен анализ надежности железобетонныхбалочных пролетных строений с использованием метода предельныхсостояний.
При этом начальный коэффициент вариации прочности бетонаравен 0,135, преднапряженной арматуры – 0,06, временной нагрузки – 0,24.Распределение всех параметров принималось нормальным. Оценка значенийPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com65вероятности безотказной работы различных железобетонных элементовпролетных строений приводится в таблице 3.1.Таблица 3.1 – Начальная надежность пролетных строений разного типаТип преднапряженныхжелезобетонных пролетныхстроений№Тип поперечногосечения пролетногостроенияВероятностьбезотказной работыпри t = 0плита стенканижнийпоясРазрезные балочныеиз цельноперевозимых балок10.700.950.90Монолитные (продольноциклическая надвижка)20.850.950.90Составные с клеенымистыками, сооружаемые в навес30.750.850.95Коробчатые пролетныестроения (навесноебетонирование)40.950.950.95Плитно-ребристые пролетныестроения на клеевых стыках50.700.800.70Неразрезные сборномонолитные пролетныестроения60.980.950.90Как видно, монолитные и сборно-монолитные конструкций обладаютбольшей надежностью.В работах А.И.
Васильева с коллегами [84-87] предложена методикавероятностнойоценкиостаточногосрокаслужбыжелезобетонныхконструкций мостов на основе данных проведенного обследования. В этойметодике считается, что толщина защитного слоя является случайнойвеличиной, а процессы карбонизации, проникания хлоридов в конструкцию,коррозионного износа арматуры считаются случайными процессами. Дляописания этих процессов предложен ряд математических моделей, а приоценкеостаточнойдолговечностииспользуетсякритерийснижениягрузоподъемности мостового сооружения под влиянием этих процессов. ДляPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com66оценки остаточной долговечности разработана блок схема и алгоритмрасчета, по которому разработана компьютерная программа.Авторамижелезобетонныхстатьибалок[88]спролетныхцельюопределениястроенийнадежностимостовыхсооруженийиспользован более корректный деформационный подход, к тому жеучитывающий уменьшение размеров поперечного сечения и арматуры,ползучесть бетона, потерю предварительного напряжения в арматуре,деградацию механических характеристик бетона.
Проведено численноевероятностное моделирование для трех различных случаев нагружения ирассчитаны распределения напряжений и в бетоне и в арматуре. Этирезультаты приведены ниже в таблице 3.2.Таблица 3.2 – Характеристики сжимающих напряжений в бетоне ирастягивающих напряжений в арматуре железобетонных балокСлучаинагруженияМат.ожиданиеСтанд.отклонениеРаспределениеНапряжениепри Р = 95%(b @ 1.64)Допустимоенапряжениепри Р = 0.99Pf = 10 -2 (b @ 2.33)Сжимающие напряжения в бетоне[S1]5738 кПa463 кПaнормальное6501 кПa6816 кПa[S4]8281 кПa487 кПaнормальное9083 кПa9415 кПa[S5]7263641нормальное8168 кПa8488 кПaРастягивающие напряжения в преднапряженной арматуре[S1]1222 МПа23.5 МПанормальное1261 МПа1277 МПа[S4]1240 МПа22.6 МПанормальное1277 МПа1293 МПа[S5]1297 МПа5.1 МПанормальное1306 МПа1309 МПаСуммируя результаты проведенного обзора, можно отметить, чтосочетание детерминированных моделей деформирования железобетонныхэлементов конструкций с вероятностными методами оценки надежностипозволяет оценить надежность железобетонных конструкций мостовыхсооружений и кинетику ее изменения с течением времени.
Можно такжесделать вывод, что применение метода статистического моделирования(метода Монте-Карло) для оценки надежности сложных армированныхPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com67конструкцийявляетсяобоснованным,темболеееслирасчетноемоделирование этих конструкций выполняется с помощью численныхметодов(типаметодаконечныхэлементов),ориентированныхнаиспользование компьютерных программ.Выводы по третьей главе1. К настоящему времени существует ряд подходов к моделированиюповедения железобетонных конструкций в агрессивной эксплуатационнойсреде.Наиболееразработаннымиявляютсяподходы,предложенныеВ.М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
