Введение к работе
Актуальность темы.
Большое число промышленных зданий и сооружений, построенных с применением бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируются в Уральском регионе уже более 60...90 лет и продолжают служить в настоящее время. С течением времени в железобетонных конструкциях накапливаются дефекты, определяющие их пригодность к дальнейшей эксплуатации. Поэтому именно срок службы бетона в конструкциях во многом определяет долговечность зданий и сооружений.
В результате старения, понимаемого как естественный временной процесс, происходит изменение структуры старого бетона, и проявляются скрытые дефекты, присущие бетонным и железобетонным конструкциям.
В связи с этим, изучение состояния бетона в конструкциях старой постройки, определение дальнейшего срока их службы имеет большой практический интерес.
Проблема расчета железобетонных конструкций с учетом заданного срока эксплуатации при проектировании и строительстве объектов, в которых в большом объеме применяют бетон и железобетон, особенно актуальна в настоящее время, в связи с интенсивным возведением уникальных зданий и сооружений различного назначения.
На базе исследований, проведенных Е. А. Гузеевым, Ю. В. Зайцевым, К. А. Пирадовым, Е. Н. Пересыпкиным, Д. Броеком и другими отечественными и зарубежными учеными, разрабатываются и совершенствуются методы расчета прочности и долговечности бетонных и железобетонных конструкций, построенные на принципах механики разрушения.
В механике разрушения развиты положения о непрерывном процессе концентрации упругой энергии в вершинах структурных дефектов и о состоянии предельного равновесия тела с трещинами на этапах, когда эти трещины получают возможность распространяться.
В концепции закона сохранения энергии долговечность бетона рассматривается как заданный ресурс упругой энергии, а продолжительность ее исчерпания как работа разрушения, необходимая для развития новых трещин от различных воздействий в стадии эксплуатации.
В настоящее время существуют методики, позволяющие для реальных конструкций на любой стадии их работы определить величину накопленных повреждений с учетом действительных условий эксплуатации, указать долю исчерпания ресурса и его остаток, т.е. рассчитать индивидуальный ресурс несущей способности конструкции.
Однако для расчета остаточного ресурса нужны достоверные сведения о состоянии и свойствах бетона, которые определяются при проведении специальных исследований. При этом главной задачей является определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) бетона в конструкциях во времени, в том числе К;с, Кпс, G„ и других, зависящих от характера диаграмм состояния бетонных образцов при действии приложенных нагрузок, а также от физико-механических свойств бетона, таких как прочность, деформативность, пористость и других.
Цель работы:
Оценка и учет изменений физико-механических характеристик старого бетона при длительной эксплуатации в зданиях и сооружениях, получение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) старого бетона, путем равновесных испытаний образцов стандартных размеров, выпиленных их конструкций, по схеме 4-х точечного изгиба на специальном оборудовании, по методике ГОСТ 29167-91, а также расчетными методами.
В задачи исследований входит:
1.Определение величин Rb, Ккуб, Rbt. Еь, Ц и других физико-механических характеристик старого бетона, извлеченного из конструкций зданий и сооружений.
5 2. Определение параметров Кіс. Кпс G„ и других характеристик старого бетона для расчета остаточного ресурса конструкций, используя кривые деформаций F-E с нисходящей ветвью.
Научная новизна:
1. Оценка структурных характеристик и показателей пористости бето
нов разного возраста на основе петрографического анализа их составов,
полученных при экспериментальных исследованиях.
2. Расчет действительной прочности старого бетона в эксплуатируемых
конструкциях путем использования числовых коэффициентов, разработан
ных автором.
-
Методика построения диаграмм F-E для бетонов разного возраста на экспериментальном оборудовании при малоцикловых нагрузках.
-
Расчет характеристик трещиностойкости бетонов разного возраста по диаграммам F-v с учетом нисходящей ветви.
Предмет защиты
1. Результаты исследований прочностных и деформативных характе
ристик старого бетона при статических нагрузках.
2. Методы оценки изменений прочности старого бетона в эксплуатируе
мых зданиях и сооружениях.
-
Методика построения экспериментальных диаграмм F- с нисходящей ветвью для исследуемых бетонов разного возраста при малоцикловом нагружении, позволившая рассчитать параметры Кю, Кпс, G, при испытании натурных образцов на опытной установке.
-
Методика определения параметров К]с Knct Gj, и других характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) бетонов разного возраста по данным расчетов на ЭВМ и по результатам факторного эксперимента.
-
Анализ механических и энергетических параметров трещиностойкости (вязкости разрушения) бетонов разного возраста.
Практическое значение работы.
-
Определены физико-механические характеристики бетона в образцах, выпиленных из конструкций зданий и сооружений, эксплуатирующихся в условиях Уральского региона в течение 70...90 лет.
-
Предложена методика оценки изменений прочностных характеристик бетона в зданиях и сооружениях Уральского региона, произошедших за время длительной эксплуатации конструкций.
-
Определены изменения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) бетона с течением времени на основе диаграмм F-v с учетом нисходящей ветви.
-
Разработан метод построения диаграмм F-S с нисходящей ветвью при малоцикловом наружении образцов для определения коэффициентов трещиностойкости бетона по методике ГОСТ 29167-91.
Реализация научных исследований
-
Составлено методическое пособие по оценке конструктивных характеристик бетона и остаточного ресурса конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений старой постройки, разработанное автором на базе проведенных исследований.
-
Методы оценки характеристик бетона в конструкциях зданий старой постройки, разработанные автором, были использованы при обследовании объектов Свердловской железной дороги и производственных зданий в г. Нижнем Тагиле.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 113 наименований, содержит 153 страницы, в том числе 30 таблиц, 59 рисунков.
Публикации
Основные результаты исследований изложены в 10 опубликованных научных статьях.
Похожие диссертации на Исследование физико-механических свойств старого бетона в сооружениях Уральского региона
