Диссертация (1173089), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Бондаренко, Н.В. Клюевой (Федоровой), И.Г. Овчинниковым,В.В. Петровым, В.П. Селяевым.2.ВероятностныеподходыполучилиразвитиевработахА.И. Васильева, Л.И. Иосилевского, Р.К. Мамажанова, А.А. Потапкина,В.Д. Райзера, В.П. Чиркова.3.Сочетаниедетерминированныхмоделейдеформированияжелезобетонных элементов конструкций с вероятностными методами оценкинадежности позволяет оценить надежность железобетонных конструкциймостовых сооружений и кинетику ее изменения с течением времени.4. Применение метода статистического моделирования (метода МонтеКарло) для оценки надежности железобетонных конструкций являетсяобоснованным, особенно если расчетное моделирование этих конструкцийвыполняется с помощью методов, ориентированных на использованиекомпьютерных программ.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com68ГЛАВА 4.
ПОСТРОЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ МОДЕЛЕЙДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ4.1. Проблема оценки ресурса автодорожных мостовУказанная проблема стала весьма актуальной для многих стран впоследние 25–35 лет. В мире весьма интенсивно стало расти количествомостовых сооружений, подвергшихся значительному физическому износу.Причем это касается и США, и Европы, и России. В Китайской НароднойРеспублике ситуация двойственная.
С одной стороны, в последние годыпостроено довольно много мостовых сооружений, которые пока ещесоответствуют современным нормативным требованиям и в силу малоговозраста не подвергаются физическому износу. С другой стороны, существуетопределенное количество мостовых сооружений, построенных достаточнодавно и потому подверженных значительному физическому износу.Следует заметить, что длительное время проблема долговечностимостовыхсооруженийинтересовалатолькоученых,авнормахпроектирования понятие «долговечности» не фигурировало.
Срок службымостовых сооружений в 100 лет был задекларирован в нормах ЕС [89],однако публикации, в которых бы подтверждался срок службы в 100 лет, нампока неизвестны. В ряде нормативных документов принят срок службысборных железобетонных мостов в 70 лет, сборно-монолитных в 80 лет имонолитных в 100 лет [90].В реальности, как показывают исследования, проводившиеся во многихстранах, срок службы железобетонных мостовых сооружений не превышает50–60 лет. Даже в Японии установлен средний срок жизненного циклажелезобетонных пролетных строений в 60 лет.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com69Из-за чего снижается срок службы мостов? С одной стороны, можноговорить о плохом качестве строительства и недостаточной системеэксплуатации мостовых сооружений.
Но ведь и в Японии, и в ЗападнойЕвропе система эксплуатации мостов существует и достаточно эффективноработает, но процесс физического износа мостов все равно происходит.Вероятно,достаточнонизкаядолговечностьмостовыхсооруженийзакладывается еще на стадии проектирования, ибо как ни странно, припроектировании железобетонных конструкций не закладывается никакихмеханизмов управления их долговечностью (кроме первичной и вторичнойзащиты). В методах проектирования не заложено никаких временны́хпроверок, методика расчета по предельным состояниям не содержитвременны́хпараметров идолговечность назначаетсяпосутиделадирективно, что означает, что долговечность железобетонных мостовыхсооружений зависит от интуиции и опыта проектировщиков мостов.Приэтомпроблемадеградациииобеспечениядолговечностижелезобетонных мостовых сооружений в последнее время стала целью многихнаучных исследований, которые были рассмотрены выше в 2-й и 3-й главах.Поэтомуисследованийимеетсмыслвопросовинтегрироватьдеградациирезультатыжелезобетонныхнаучныхконструкцийстребованиями норм проектирования с целью построения расчетных моделейпрогнозирования долговечности железобетонных мостов, позволяющихпредсказыватьихповедениеипринеобходимостиуправлятьдолговечностью.Отметим, что за рубежом при проектировании и расчетном анализеповеденияжелезобетонныхконструкцийсначалаэтоговеканачалииспользоваться такие понятия, как «service life design» и «durability design», то есть«проектирование срока службы» и «проектирование долговечности» [91,92].Далее в данной главе рассмотрим задачу построения, идентификации иприменения детерминированных моделей деформирования и разрушенияжелезобетонных элементов конструкций в хлоридсодержащей агрессивнойPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com70средесучетомкинетикидиффузиихлоридоввжелезобетоннуюконструкцию и коррозии арматуры под влиянием хлоридов.4.2.
Моделирование проникания хлоридсодержащей средыв железобетонные конструктивные элементыПроникание хлоридсодержащей среды в конструктивные элементымоделируется процессом диффузии, который описывается уравнением:¶J i¶C ¶ æ ¶C ö=+ S,çD÷+S =¶t ¶xi è ¶xi ø¶xiгде J i = - D(4.1)¶C– диффузионный поток хлоридов по координате xi.¶xiРассмотрим решение уравнения (4.1) в прямоугольной декартовойсистеме координат. Объем конструктивного элемента дискретизируется попространственным координатам, а процесс диффузии еще и по времени.Имея известное начальное распределение хлоридов по объему конструкции,мы должны рассчитать распределение концентрации по точкам объема впоследующие моменты времени, задаваемые шагами по времени Dt.
Дляэтоговокругкаждойточкипространственнойдискретнойсетки,аппроксимирующей конструктивный элемент, конструируется контрольныйобъем (ситуация для плоского случая показана на рисунке 4.1).Рисунок 4.1PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com71Точки сетки на контуре располагаются в центре грани контрольногообъема. Следует располагать границы контрольных объемов в зонах резкогоизменения свойств материалов. Для получения дискретного аналогауравнения (4.3) применим полностью неявную схему, ибо она позволяетполучать хорошие результаты при любом шаге по времени Dt.
Уравнение(4.1) является записью закона сохранения материи, справедливого длялюбого объема, поэтому для получения дискретных уравнений проводиминтегрирование (4.1) по всем контрольным объемам, на которые разбитконструктивный элемент. Интегрирование (4.1) по контрольному объемувокруг произвольной точки элемента дает:DV0(Cтчк - Cтчк) = = J лев.гр. Aлев.гр. - J пр.гр. Aпр.гр. +Dt+ J нижн.гр. Aнижн.гр.
- J верх.гр. Aверх.гр. + S DV ,(4.2)где C0 – значение концентрации C на предшествующем временном слое; J –диффузионныепотокисквозьграниконтрольногообъема;`S–источниковый член в соответствующем контрольном объеме; DV – величинаконтрольного объема; A – площадь грани каждого контрольного объема.Величину диффузионного потока на соответствующей грани контрольногообъема записываем в виде:J пр.гр. Aпр.гр. = K пр.гр. (C тчк - Cпр.тчк ),(4.3)где Kпр.гр. – проводимость диффузионного потока через грань-1æ Dx 2 Dx2öK пр.гр. = Aпр.гр. ç тчк + пр.тчк ÷ ,ç DтчкDпр.тчк ÷øè(4.4)где Dx – размер грани контрольного объема.Дискретное уравнение оказывается полностью неявным, ибо искомыезначения концентрации являются преобладающими на временном шаге Dt.Уравнение (4.2) можно переписать в виде:aтчкCтчк = aлев.гр.Cлев.тчк.
+ aпр.гр.Cпр.тчк. ++ aнижн.гр.Cнижн.тчк. + aверх.гр.Cверх.тчк. + b,PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com(4.5)72в которомaпр.гр. = Kпр.гр.; aлев.гр. = Kлев.гр.; aверх.гр. = Kверх.гр.; aнижн.гр. = Kнижн.гр.;aтчк = aпр.гр. + aлев.гр. + aверх.гр. + aнижн.гр. + aтчк0 – SpDV;b = ScDV+aтчк0 Стчк0; aтчк0 = DV/Dt.Уравнения (4.5) линейные алгебраические, и для их решения можноиспользовать любой известный метод.
Довольно эффективным программнымкомплексом для решения диффузионных задач является CONDUCT [93],разработанныйС.Патанкаром(университетштатаМиннесота),позволяющий решать осесимметричные задачи в цилиндрической системекоординат, а плоские в декартовой и полярной координатах.
Поэтому нижерассмотримприменениеэтогокомплексадляопределенияконцентрационных полей в железобетонных конструктивных элементахмостовых сооружений.Определениезаконараспределенияхлоридовпосечениюжелезобетонной тавровой балки пролетного строения (рисунок 4.2).Исследовался случай, когда хлоридсодержащая среда не действует наверхнюю поверхность железобетонной балки и боковые грани полки (онисчитаются изолированными от действия хлоридов), но при этом действует навсе остальные поверхности.
Для расчета концентрационных полей хлоридовпо сечению балки использовалась прямоугольная декартова системакоординат,учитывающаягеометрическуюнерегулярностьсечения.Размерность сетки принималась 70´60, временной шаг после ряда прикидокпринимался равным 10–2 года. На рисунке 4.3 приведены законыраспределения полей концентрации хлоридов по поперечному сечениюжелезобетонной балки по истечении 30 и 50 лет эксплуатации. Как видно, стечением времени происходит перераспределение концентрационного поля,и коррозии начинают подвергаться более удаленные от поверхности балкиарматурные стержни.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com73Рисунок 4.2 – Схема поперечного сечения железобетонной мостовой балкии характер ее армирования1.501.501.001.000.500.500.000.000.501.001.500.000.000.50t = 30 лет1.001.50t = 50 летРисунок 4.3 – Законы распределения концентрационных полейпо сечению железобетонной балки в разные моменты времени4.3.
Построение моделей деформирования железобетона,подвергающегося деструкции в хлоридсодержащей средеПримоделированииповеденияжелезобетонныхконструкций,взаимодействующих с хлоридсодержащей средой, необходимо иметь моделиPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com74деформирования бетона и арматуры с учетом эффектов, вызываемыхвоздействием среды. Исследования последних лет показывают, что длякорректного моделирования поведения железобетона с учетом воздействияагрессивныхсредследуетприменятьдеформационныемоделидеформирования железобетона, учитывающие особенности деформированияи бетона, и арматуры.4.3.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
