ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА1. АНАЛИЗТЕОРЕТИЧЕСКИХРАСЧЕТОВИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КОРРОЗИОННО -ПОВРЕЖДЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЯ
1.1 Обзор исследований процессов насыщения водой и
повреждений железобетона
1.2. Особенности повреждения бетона при
замораживании – оттаивании
1.3. Коррозия железобетонных конструкций
1.4. Коррозия стальной арматуры в железобетонных конструкциях
1.5. Методы расчета железобетонных конструкций
с коррозионными повреждениями
1.6. Влияние трещин на коррозию арматуры
Выводы по главе 1
ГЛАВА 2. НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ КОРРОЗИОННО-
ПОВРЕЖДЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ,
ПОДВЕРГШИХСЯ ЦИКЛИЧЕСКОМУ ЗАМОРАЖИВАНИЮ-ОТТАИВАНИЮ
2.1. Основные характеристики испытываемых плит перекрытия
2.2. Методы проведения испытаний
2.3. Результаты экспериментальных исследований
2.4. Анализ результатов испытаний
2.5. Испытание плит до разрушения на специальной платформе
2.6. Определение изгибающих моментов плит
2.7. Анализ результатов испытаний плит до разрушения
Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ И МОДУЛЯ
ДЕФОРМАЦИИ БЕТОНА И АРМАТУРЫ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ
3
3.1. Прочность и модуль деформации коррозионно- 84
поврежденного бетона плит
3.2. Определение коррозии арматуры
в эксплуатируемых плитах перекрытий
3.3. Испытание арматурных образцов, отобранных
из плит перекрытий
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ДИАГРАММНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА КОРРОЗИОННО-ПОВРЕЖДЕННЫХ ПЛИТ
С УЧЕТОМ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ
4.1. Выбор исходных данных и предпосылок для расчета
4.2. Диаграмма деформирования бетона
4.3. Диаграмма деформирования арматуры
4.4 Коэффициенты неравномерности деформации арматуры
и бетона плит перекрытия в стадии трещинообразования
4.5. Расчет несущей способности коррозионно-поврежденных плит
4.6. Остаточный ресурса несущей способности плит перекрытий
Выводы по главе 4
ГЛАВА 5. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КОРРОЗИОННО-ПОВРЕЖДЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЯ С УЧЕТОМ ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ
145
5.2. Численное моделирование железобетонных плит
в стадии трещинообразования
Выводы по главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
Приложение А (Справки о внедрении)

Во введении обоснована актуальность темы исследований, приведена общая характеристика работы и основные положения, которые автор выносит на защиту.
В первой главе приводится литературный обзор и анализ экспериментальных и теоретических исследований отечественных и зарубежных авторов по изучению работы железобетонных элементов при температурно-влажностных воздействиях. Основными причинами, вызывающими возникновение и развитие коррозии арматуры в бетоне, следует считать проницаемость бетона, изменение защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре вследствие карбонизации бетона. Коррозионное повреждение арматурной стали приводит к негативным последствиям, в том числе: образованию трещин и разрушению защитного слоя бетона; увеличению деформативности и снижению несущей способности конструкций. Определение остаточного ресурса коррозионно-поврежденных железобетонных плит перекрытий получившие повреждения при воздушно- влажной атмосферы г. Москвы на конкретный период эксплуатации является актуальной для экономии материалов при ремонте.
Во второй главе описаны выбранные коррозионно-поврежденные железобетонные плиты перекрытий из объекта незавершенного строительства 34- х этажного здания. Данные плиты находились без консервации при воздействии воздушно-влажной среды г. Москвы в течение 10 лет после остановки строительства. Перед началом исследования плит были определены характеристики бетона и сопоставлены с проектными значениями (табл. 1), далее на основании визуального и инструментального обследования проведена классификация железобетонных плит перекрытий в зависимости от характера и степени повреждения (рис. 1, табл. 2).
Таблица 1 – Среднее значение изменения Rb до и в момент обследования
Проектное значение
Rb, МПа 30
а) б) в) г)
t, годы
3 5 7 10
29,5 29,0 28,0 26,8
Рисунок 1 – Характер повреждения плит в соответствии с табл. 1, где а, б, в, г – степень повреждения плит перекрытия
Таблица 2 – Степени характерных коррозионных повреждений 1-я степень коррозионного повреждения
1-я плита не имеет повреждений, считается базовой.
2-я степень
Вид сверху
Вид снизу
Степень
Вид сверху
Вид снизу
Степень
Вид сверху
Вид снизу
Степень
Рассмотрены два типа плит по морозостойкости (F1150 и F1200) согласно проектным данным. В работе за количество циклов попеременного замораживания и оттаивания принято 70 циклов в году. Изменение прочностных и деформационных характеристик происходит во времени под влиянием климатических условий.
а) б) в) г)
Верхняя зона. Повреждение защитного слоя бетона толщиной до 5мм в середине (а), по краю (б), по краям (в) или несимметричное по площади (г). Нижняя зона. Повреждение защитного слоя бетона толщиной до 3мм, в середине (а), по краю (б), по краям (в) или несимметричное по площади (г). Ширина раскрытия трещин 0,2мм.
3-я степень
а) б) в) г)
Верхняя зона. Повреждение защитного слоя бетона поверхности толщиной до 15мм в середине (а), по краю (б), по краям (в) или несимметричное по площади (г).
Нижняя зона. Повреждение защитного слоя бетона поверхности толщиной до 10мм, в середине (а), по краю (б), по краям (в) или несимметричное по площади (г).
Ширина раскрытия трещин 0,4мм.
4-я степень
а) б) в) г)
Верхняя зона. Повреждение защитного слоя бетона поверхности толщиной до 20мм в середине (а), по краю (б), по краям (в) или несимметричное по площади (г).
Нижняя зона. Повреждение защитного слоя бетона поверхности толщиной до 15мм, в середине (а), по краю (б), по краям (в) или несимметричное по площади (г).
Ширина раскрытия трещин 0,8мм.
Характеристика Степень Характеристика Степень Характеристика Степень повреждений повреждения повреждений повреждения повреждений повреждения
Для всех их степеней повреждения плит перекрытия (табл. 2) были выполнены испытания в 2-х вариантах: 1 – на контрольные нагрузки поэтапным нагружением плит, монтированных внутри здания; 2 –поэтапным нагружением плит, установленных на испытательной площадке до полного разрушения. Испытания плит
1-й этап. Нагружение конструкций проводилось равномерно. Шаг нагружения 0,25 кН/м2.
2-й этап. Измерение прогибов конструкций проводилось после каждой стадии нагружения с помощью индикаторов часового типа и прогибомеров Максимова (с точностью 0,1 мм).
Вариант 1. Испытание на контрольные нагрузки. Вид здания и схема расположения испытуемых плит на типовом этаже приведены на рисунке 2. Фрагмент схемы испытания железобетонной плиты приведен на рисунке 3. Схема размещения измерительных приборов на рисунке 4.
а) б)
Рисунок 2 – Вид здания, плиты перекрытия которого испытаны (а), и схема расположения испытуемых плит на типовом этаже (б)
а) б) в)
Рисунок 3 – Поэтапное нагружение (а, б); измерение прогибов плит (в)

Рисунок 4 – Схема размещения измерительных приборов а) 1-я (базовая) степень б) 2-я степень
в) 3-я степень г) 4-я степень
Рисунок 5 – График “Момент-прогиб” ж/б плит при разной степени коррозионных повреждений по «а»
Результаты испытания коррозионно-поврежденных плит по типу «а»: повреждения приведены на рисунке 5. При нагружении плит 5,0 кН/м2 значение
прогиба базовой плиты составляет f 1  4 , 0 мм . Значения увеличения прогибов относительно прогиба базовой плиты соответственно степени повреждения «2а»; «3а» и «4а» составляют 1,15; 1,47 и 1,75 раза.
Таким образом, прогибы увеличиваются в зависимости от степени коррозионного повреждения плит.
Вариант 2. Испытания до разрушения. Для получения прогибов и моментов в стадии трещинообразования и разрушения проведены испытания плит до полного разрушения.
Были проведены статические испытания 14 плит перекрытия с разной шириной раскрытия трещин и глубиной коррозионного повреждения арматуры (табл. 2).
На рисунке 6 приведен процесс испытания плит.

а) б) в)
г)
Рисунок 6– Процесс нагружения (а); измерение прогиба (б); разрушение плит (в, г)
Графики зависимости «момент-прогиб»  f
на рисунке 7. Последовательность графиков представлены по мере снижения несущей способности плит в зависимости от степени повреждения. Имеющиеся начальные значения прогибов зависят от ширины раскрытия трещин и степени коррозионных повреждений арматуры.
а) б)
в) г)
Рисунок 7– Графики зависимости «M-ƒ», «момент-прогиб». Степени повреждения приведены в таблице 1. На графиках: 1–базовая плита; 2–2-я «г»; 3 –3-я «а»; 4–3-я «в»; 5–2-я «б»; 6 –2-я «в»; 7–4-я «б»; 8–2-я «а»; 9–3-я «г»; 10–4-я «в»; 11–3-я «б»; 12–4-я «а»; 13–4-я «г»
конструкций представлены

При испытании получены значения величин прогибов «ƒ» 1-й (базовой), 2-й, 3-й и 4-й степени повреждения плит.
Изгибающий момент М определяется по формуле:
где – прогиб плиты определяется по результатам испытаний; – модуль деформации сжатого бетона; – момент инерции приведенного поперечного сечения.
Максимальный разрушающий момент базовой плиты составляет: Мбаз=М1=137,4кН м. При этом прогиб составляет 38,2мм.
На участках без трещин в растянутой зоне кривизна определяется по формуле:
где и – усилие предварительного обжатия и его эксцентриситет относительно центра тяжести приведенного поперечного сечения элемента.
Установлено снижение несущей способности плит в зависимости от степени коррозионного повреждения арматуры и величины раскрытия трещин. Показано, что наибольшие потери соответствуют 3 и 4 степени коррозионных повреждений, т.е. при ширине раскрытия трещин более 0,5 мм и при толщине коррозионного поражения арматуры более 150 мкм.
В третьей главе на основании экспериментальных исследований определены коэффициенты снижения прочности бетона в зоне сжатия и растяжения , построены графики зависимости от времени (рисунки 8 и 9). Данные коэффициенты характеризуют изменение прочности бетона конструкций в зависимости от времени и морозостойкости F1.
Условия критериев прочности записываются в виде неравенств и показывают, при каких значениях конструкция работает в упругой стадии, и когда происходит образование трещин и наступает разрушение.
Образование трещины в растянутой зоне не происходит, если выполняется условие:
(3) где – растягивающее напряжение в бетоне; – максимально допустимое
растягивающее напряжение; -критерий прочности.
При нарушении условия (3) происходит образование трещин.
В стадии трещинообразования условия прочности, в соответствии с работой
проф. Н.И. Карпенко, записываются в виде:
На основании обобщения многолетних наблюдений установлены степени коррозионного повреждения железобетонных плит реконструируемых незаконсервированных зданий после 10 лет нахождения на открытом воздухе.
(4)
где – осевое напряжение в арматуре, соответствующее моменту исчерпания прочности бетона на растяжение, вычисляется через деформации арматуры по полученной диаграммы деформирования арматуры.
30 29,5 29 28,5 28 27,5 27 26,5 26
R, МПа
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t, годы
растянутая сжатая
3 2,5 2 1,5 1 0,5 0
t, годы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
F1150 (растяжение) F1150 (сжатие) F1200 (растяжение) F1200 (сжатие)
10
R
Рисунок 8 – График зависимости изменения прочности бетона от времени (годы). R-проектное значение прочности бетона.
Рисунок 9 –Графики коэффициентов снижения прочности бетона во времени (годы).
В течение 10 лет наблюдались 72 железобетонных плиты. Прочностные характеристики бетона в зонах сжатия и растяжения после статистической обработки аппроксимировались следующими формулами:
в зоне сжатия: (5) (6)
в зоне растяжения: (8) (9)
где – значения изменения прочности бетона соответственно при сжатии и растяжении в продолжение времени t; – начальная прочность бетона соответственно при сжатии и растяжении; – критерии прочности бетона соответственно при сжатии и растяжении; и – коэффициенты снижения прочности бетона в зонах сжатия и растяжения, в зависимости от продолжительности воздействия воздушно-влажной среды; – коэффициенты, характеризующие снижение прочности бетона в зонах сжатия и растяжения, зависящие от напряженного состояния
– приведенные коэффициенты повреждения относительно базовой плиты; –начало развития коррозии, принимается время начала установки конструкций; – функции повреждения бетона, характеризующие скорость коррозии. Модули деформации бетона в зонах сжатия и растяжения, аппроксимировались аналогичным образом.

3,5 3 2,5 2 1,5 1
10 E
t, годы
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
F1150 (растяжение) F1150 (сжатие) F1200 (растяжение) F1 200(сжатие)
Рисунок 10 – Коэффициенты снижения модуля деформации бетона в зависимости от времени (годы) и
а)
На рисунке 10 представлены графики коэффициентов снижения модуля деформаций бетона в зонах сжатия и растяжения во времени t.
На основании экспериментальных исследований определены коэффициен- ты, характеризующие снижение прочнос- ти бетона в зонах сжатия и растяже- ния , зависящие от напряженного состояния . В каждой стадии нагружения измерялись прогибы и деформации в зонах растяжения и сжатия. Напряженное состояние плиты
вычислялось методом конечных элементов (с учетом фактических
прочности бетона) и . На рисунке 11
б)
морозостойкости 1
представлены графики коэффициентов повреждения .
изменений
определялось
1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2
ω
0,01 0,10
сжатие
0,20 0,30
растяжение
0,4 0,50
σmin/Rb(t)
1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1
ω
0,05 0,10 0,20
растяжение
0,30 0,4 0,50
сжатие
σmin/Rb(t)
Рисунок 11 – Зависимости коэффициентов снижения прочности бетона в зоне сжатия и растяжения: а) при F1150; б) F1200
На основании экспериментальных исследований установлены коэффициенты:
; и соответственно характеризуют снижение прочности и модуля деформации в зонах сжатия и растяжения в зависимости от
продолжительности воздействия воздушно-влажной среды.
и характеризуют снижение прочности и модуля деформации
соответственно в зоне сжатия и растяжения в зависимости от относительных напряжений .
На рисунке 12 представлены графики повреждения бетона в зависимости от времени нахождения в открытой атмосфере и график критериев прочности в натурных климатических условиях. При увеличении времени воздействия
климатических условий изменяется предельная поверхность эллипса, соответствующая критерию прочности.
а) б)
Рисунок 12 – График повреждения бетона в зависимости от времени нахождения в открытой атмосфере (а); График критерия прочности в воздушно- влажной среде (б). На рисунках 1– 1год; 2–5 лет; 3–10 лет
Глубина коррозионного повреждения повреждения плит представлена на рисунке 13.
рабочей арматуры по 4-й степени
Показано, что с увеличением ширины раскрытия трещин увеличивается степень корро- зионного поражения армату- ры, а в дальнейшем увеличе- ние ширины раскрытия тре- щин происходит от давления продуктов коррозии арматуры.
При возрастании напря- женного состояния в зоне сжатия сначала происходит увеличение прочности, а потом снижение. В зоне растяжения происходит непре- рывное уменьшение прочности.
Рисунок 13 – Глубина коррозионного повреждения арматуры по 4-й степени повреждения плит в зависимости от ширины раскрытия трещин

В четвертой главе приведены испытания образцов бетона и арматуры, отобранных из коррозионно-поврежденных железобетонных плит, построены диаграммы деформирования для определения несущей способности конструкций по диаграммному методу.
При аппроксимированной диаграмме (рисунок 14), сжимающие напряжения
бетона в зависимости от относительных деформаций бетона следующем виде:
1) При 0≤
2) При [( )
, представлены в (17)
] (18) 3)При [()]
4) При . Значение напряжений определяется по формуле:
(20)
,
бетона.
Значения относительных деформаций сжатия бетона принимаются:
(21) – определяются по диаграмме деформирования для неповрежденных и поврежденных участков
где – значение изменения прочности бетона;
; i=2; 3; 4.
Значение относительной деформации в зоне растяжения бетона прини-
мается .
а) б)
Рисунок 14 – Диаграмма деформирования бетона при сжатии (а) и растяжении (б): 1 – базовая; 2 ,3, 4 – по соответствующим степеням повреждения
(22)

Диаграмма деформирования арматуры. Для выявления показателей механических свойств арматурных стержней выполнялось испытание на растяжение (рисунок 15). Данные арматурные стержни были отобраны из коррозионно-поврежденных плит. Значения глубины коррозии испытываемых образцов арматурных стержней приведены в таблице 3.
Таблица 3 –Глубина коррозионных повреждений арматурных стержней
Схемы повреждения плит
Ø14 А400
Схемы повреждения плит
Ø14 А600
1234
Глубина коррозии δ, мкм 30 75 150 250
1 2 3
Глубина коррозии δ, мкм 20 50 100 150
Для нахождения модуля деформации арматуры выполнены испытания образцов и построены схематизированные диаграммы . Получены диаграм- мы деформирования арматуры А400 и А600 (ГОСТ 5881-82) без коррозионного повреждения и с разной степенью коррозионных повреждений.
а) б) в)
Рисунок 15– Испытания арматурных стержней на растяжение: а) до испы- тания; б) фрагмент испытания; в) образцы после испытания.
На рисунке 16 изображены диаграммы деформирования при растяжении арматурных стержней.
Для образцов с коррозионными повреждениями нагрузка, при которой напряжения в арматуре достигают предела текучести, ниже на 5-7% в сравнении с контрольным образцом. При деформации (6,3÷7,0)% и (13,0÷14,0)% наступает порог разрушения арматурных стержней А400 и А600 соответственно 4-й, 3-й, 2-й и 1-й (базовой) степеням повреждения.
Трещинообразование в зоне растяжения на участке сечения происходит, если , , где – максимальная растягивающая дефор- мация i-го элемента; – предельная растягивающая деформация i-го участка;
– максимальное растягивающее напряжения i-го элемента; – предельное растягивающее напряжения i-го участка.

Рисунок 16. -Диаграмма растяжения арматуры. Обозначение номеров диаграмм в зависимости от глубины коррозии по табл. 3
Расчетная схема плиты представлена на рис. 17.
В стадии трещинообразования несущая способность определяется:
где
диаграммам деформирования бетона и арматуры.
Рисунок 17– Распределение усилий в расчетном сечении
Получены диаграммы деформирования коррозионно-поврежденного бетона, получены аналитические зависимости по определению сжимающих и растягивающих напряжений бетона и от относительной деформации и
. Получены зависимости «σ-ε» для арматурных стержней класса А400 и А600 по разным схемам коррозионно-поврежденных плит.
В пятой главе приведены методика расчета и результаты численного моделирования несущей способности коррозионно-поврежденных железо- бетонных плит перекрытия с учетом фактических значений прочности бетона.
В стадии развития неупругих деформаций максимальный изгибающий момент приближается к предельному моменту и принимаются:
– определяются в третьей главе; – определяются по
(23)

0,5 Мult<Мmax≤ Мult; , (24) где Мmax -максимальный изгибающий момент; Мult – момент трещинообразования полоски плиты. Для стадии с трещинами выражения Мmax<Мult зависят от числа трещин. Первоначально рассмотрим схему деформирования с одной трещиной. Переход из 2-й в 3-ю стадию с одной трещиной в точках нижней зоны характеризуется выполнением двух неравенств: Мmax>Мult; (25)
Мmin≤ Мult. (26) Если нарушается (26) и выполняется (25), образуются две трещины. При
дальнейшем нагружении, если , то образуются новые трещины.
Расчет выполнен на программном комплексе «SCAD Office».
Расчет выполняется для разных схем повреждения в соответствии с
систематизацией коррозионно-поврежденных плит.
На рисунке 18 приведены изополя напряжений и деформаций в
вертикальном направлении плиты 4-й степени повреждения.
-1597,42 -1393,08 -1393,08 -1188,73 -1188,73 -984,38 -984,38 -780,04 -780,04 -575,69 -575,69 -371,34 -371,34 -167,0
-167,0 37,35 37,35 241,69 241,69 446,04
NX. Комбинаци 446,04 650,39
650,39 854,73 854,73 1059,08 1059,08 1263,42
а) б)
-31,62 -29,36 -29,36 -27,1 -27,1 -24,84
-20,32 -18,06 -18,06 -15,81
-167,0 37,35 37,35 241,69 241,69 446,04 446,04 650,39 650,39 854,73 854,73 1059,08 1059,08 1263,42
-31,62 -29,36 -29,36 -27,1 -27,1 -24,84 -24,84 -22,58 -22,58 -20,32 -20,32 -18,06 -18,06 -15,81
-15,81 -13,55 -13,55 -11,29 -11,29 -9,03 -9,03 -6,77
-24,84 -22,58
-22,58 -20,32
я 2 ((L5)*0.7) (T/м2)
Таблица 4 –Сравнение полученных данных
Перемещения Z (мм). Комбина -6,77 -4,51
-1597,42 -1393,08 -167,0 37,35
-24,41 -21,97 -7,32 -4,88
Перемещения Z (мм). Комбинация 3 ((L5
)
-17,09 -14,65 -14,65 -12,2 -12,2 -9,76
-4,51 -2,25 -2,25 0
-34,18 -31,74
-31,74 -29,3
-29,3 -26,86
-26,86 -24,41 -9,76 -7,32
Рисунок 18 – Отображение изополей напряжений, 10кН/м2 (а); (б) деформация по Z (мм)
-1
-1188,73 -984,38
-984,38 -780,04
-780,04 -575,69
-575,69 -371,34 854,73 1059,08
Перемещения Z (мм). Комбинация 1 ((L5)*2)
393,08
-1188,73
37,3
5 241,69
*
.8
–
-19,53 -17,09
1
241,69 446,04 446,04 650,39 650,39 854,73
,97
-1
,53 -4,88 -2,44 -2,44 0
)
Соотношение экспериментальных значений разрушающих моментов ,
-371,34 -167,0 1059,08 1263,42
несущая споNсX. Комобинацбия 2 ((Lн5)*0.7)о(T/м2)сть, вычисленная по результатам численного эксперимента и теоретических расчетов приведены в таблице 4.
Степень повреждения
4 «а» 4 «б» 4 «в» 4 «г»
Натурный Теоретические Численный эксперимент значения эксперимент Изгибающий момент, кН м
//
105,0 100,0 94,0 98,9 90,0 96,1 86,0 94,1
117,5 1.05 0.89 114,7 0.95 0.81 103,1 0.93 0.87 104,5 0.91 0.82
Сравнение значений теоретических расчетов и численных экспериментов показали отклонения в среднем 16% и 18% соответственно относительно экспериментальных данных.
В приложения включены справки о внедрении результатов работы.
ц
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При подготовке диссертации изучено влияние степени коррозионных повреждений плит перекрытий и определено влияние степени их повреждений на прочностные и деформационные свойства конструкций в реконструируемых недостроенных зданий. Выполнены натурные испытания плит в 2-х вариантах: испытание плит, монтированных внутри здания, на контрольные и разрушающие нагрузки и на испытательной платформе нагружением плит до полного разрушения. При этом получены значения прогибов и разрушающих моментов плит для различной степеней коррозионного повреждения бетона и арматуры.
2. На основании экспериментальных исследований установлены коэффициенты снижения прочности и модуля деформации бетона коррозионно-поврежденных плит:
; и характеризуют соответственно снижение прочности и модуля деформации в зонах сжатия и растяжения в зависимости от продолжительности воздействия воздушно-влажной среды г. Москвы.
и характеризуют снижение прочности и модуля деформации соответственно в зоне сжатия и растяжения в зависимости от относительных
напряжений .
Коэффициенты снижения модуля деформации в течение 5-ти лет в среднем уменьшаются в 2,5 раза, в течение 10 лет в 4,5 раза. Коэффициенты снижения прочности в течение 5-ти лет в среднем уменьшаются в 1,5 раза, в течение 10 лет в 3,0 раза. Коэффициенты снижения прочности в течение 5 лет в 1,66 раз меньше, чем коэффициенты снижения модуля деформации; а в течение 10 лет – в 1,55 раза, то есть, снижение прочности во времени меньше, чем модуля деформации.
В зоне растяжения коэффициенты снижения прочности и модуля деформации непрерывно возрастают.
3. Теоретически обосновано и практически доказано, что деформация увеличивается с увеличением степени коррозионных повреждений арматуры и ширины раскрытия трещин. Результаты наблюдения показывают, что коррозия арматурных стержней замедляется после 5-6 лет воздействия воздушно-влажной среды г. Москвы. На исследованных плитах выявлено, что первоначальная ширина раскрытия трещин 0,1-0,2мм увеличивается к 5 годам в два раза, к 10 годам в три раза. А начальная ширина раскрытия трещин 0,3-0,6 мм увеличивается к 5 годам в 1,3 раза, ак10годамв1,5.
4. Разработаны критерии снижения прочности бетона, которые показывают границы работы конструкции в упругой стадии и перехода как в стадию трещинообразования, так и в стадию разрушения.
5. На основании испытания образцов, отобранных из конструкций получены диаграммы деформирования коррозионно-поврежденного бетона, получены аналитические зависимости по определению сжимающих и растягивающих напряжений бетона и от относительной деформации и
. При испытании на растяжение получены диаграммы деформирования арматуры класса А400 и A600, которые дают возможность более точно
определить деформации арматуры в упруго-пластических, пластических зонах и зонах упрочнения.
6. Несущая способность плит в зонах образования и раскрытия трещин, пересекающих рабочую арматуру, снижается: на стадии разрушения несущая способность базовой плиты составляет M 1  137 ,4кН  м , при этом прогиб – 38,2мм. Несущая способность коррозионно-поврежденных плит по 2-й, 3-й, 4- й степеням в течение 10 лет снижается в среднем соответственно до 12,0%; 21,0% и 33,0% относительно базовой неповрежденной плиты (1-й). Остаточный ресурс несущей способности для плит 2-й, 3-й, 4-й степеням повреждений в среднем составляет соответственно 88,0%; 79,0% и 67,0%.
7. Установлены зависимости «напряжение-деформация» в результате испытаний образцов бетона и арматуры, отобранных из конструкций для определения несущей способности плит по диаграммному методу расчета.
Разработан алгоритм численного моделирования, расчет напряженно-деформированного состояния коррозионно-поврежденных плит с учетом трещинообразования и фактических значений прочности бетона и арматуры для определения остаточного ресурса несущей способности плит перекрытия подвергающиеся воздействию воздушно-влажной среды г. Москвы.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследований:
1.Мониторинг коррозионного состояния и оценка остаточной несущей способности железобетонных конструкций (плит, балок, колонн и др.), подвергшихся коррозионному повреждению в различных условиях и разных климатических условиях регионов России.
2.Разработка нормативных документов для расчета и оценки несущей способности коррозионно-поврежденных железобетонных конструкций (плит, балок, колонн и др.) с учетом условий эксплуатации и НДС.

Актуальность темы. В последние 10-15 лет продолжается реконструкция и завершение строительства объектов, возведение которых было остановлено в 90-е годы прошлого века. Почти все эти здания и сооружения не были законсервиро- ваны при остановке строительства, что привело к повреждениям конструкций, особенно плит перекрытия и покрытия, наиболее подвергающихся неблагоприят- ным внешним воздействиям в связи с попаданием на них атмосферных осадков, многоциклическим замораживанием и оттаиванием бетона, накоплением повре- ждений, коррозией рабочей арматуры и образованием трещин. Решение вопроса о возможности дальнейшей надежной эксплуатации этих конструкций требует оцен- ки их несущей способности.
Задача определения несущей способности железобетонных конструкций, имеющих повреждения, является актуальной для экономии материалов при уси- лении и восстановлении плит перекрытия и покрытия реконструируемых зданий. Для определения несущей способности поврежденных железобетонных плит пе- рекрытия требуется проведение натурных испытаний и выполнение теоретиче- ских расчетов по фактическим значениям прочностных и деформационных харак- теристик материалов конструкций.
Степень разработанности темы. Экспериментальным и теоретическим ис- следованиям по определению несущей способности изгибаемых железобетонных конструкций, имеющих дефекты в виде повреждения бетона и коррозии армату- ры, посвящено много работ российских и зарубежных ученых. Влияние повре- ждений конструкций на напряженно-деформированное состояние рассмотрено в основополагающих трудах В.Н. Байкова [6, 7], О.Я. Берга [9, 10], В.М. Бондарен- ко [13-15], А.А. Гвоздева [22, 23], Г.А. Гениева [24, 25], А.С. Залесова [52], Н.И. Карпенко [56-59], В.И. Мурашева [88], Т. А. Мухамедиева [91], А.Р. Ржаницына [105, 106], В.И. Римшина [107] и др.
Дальнейшее развитие данной темы прослеживается в трудах известных уче- ных Ведякова И. И. [17, 18], А. И. Звездова [53], С. Н. Карпенко [60], Э. Н. Коды- ша [61], В. И. Колчунова [62], Н.В. Клюевой [63, 64], C.Б. Крылова [65], В. И. Мо- розова [84], В.М. Москвина [85], Н.К. Розенталя [108-110], А.Е. Саргсяна [114], В.П. Селяева [115], И. Н. Серпика [117], Б. С. Соколова [121], В. Ф. Степановой
[124, 125], А. Г. Тамразяна [126-128], И. Н. Тихонова [129] и др.
В. О. Алмазовым [3], Л. Н. Антоновым [4], В. Н. Байковым [7], В. Г. Бойко
[12], Г.И. Горчаковым [26, 27], Е. А. Гузеевым [43-45], Н. В. Савицким [112] и другими исследователями разработаны отдельные вопросы влияния отрицатель- ных температур на прочность бетона и работу железобетонных конструкций. Установлено, что воздействие отрицательных температур в сочетании с различ- ными влажностными условиями оказывает определенное влияние на работу желе- зобетонных конструкций. Ввести в расчет дополнительные коэффициенты усло- вий работы бетона для учета влияния воздействия отрицательных температур предложили исследователи А.Ф. Милованов и В.Н. Самойленко [72].
Отдельные вопросы расчета железобетонных конструкций с коррозионны- ми повреждениями рассмотрены в работах В.М. Бондаренко [13-15], Р.Б. Гарибо- ва [20, 21], Н.В. Савицкого [111], Г.А. Смоляго [118-120] и др.
Деформация стержневых элементов, а также оценка свойств арматурных сталей при низких температурах дана в работах Н.М. Мулина [86, 87].
Влияние отрицательных температур на сцепление бетона и арматуры рас- смотрены в исследованиях В.В. Семенова [116]. Уменьшение сцепления арматуры с бетоном больше, чем снижение прочностных характеристик бетона. Это дает возможность оценить снижение несущей способности железобетонных конструк- ций в зависимости от значения температуры.
Изменение прочности бетона в замороженном состоянии отмечено в иссле- дованиях Ш.Н. Плята и А.С. Каца [94] , В.Н. Ярмаковского [135] и др.
Из зарубежных авторов следует отметить исследования Andrade C. [136, 137], A.W. Cordon [140], D.M. Farangpol [141], Gustaferro A. [142], P. Grubl [143], Harchenko I. [144], Hertz K. D. [145], Kordina K. [146], Long T. Phan [147], Maaddawy T. E. [148], Mangat P.S. [149], Min Li. [150], G.E. Monfore [151], A. M. Nevill [152], Paliga K. [153], T.C. Powers [154], M. B. Roberts [155], Rodriguez J.
[156], A. Saetta [157], Schneider U. [158], Stewart M.G. [159], а также [138, 139,160-
164] и др.
В отечественных строительных нормах подробно рассмотрены вопросы
расчета сборных железобетонных конструкций без учета коррозионного повре- ждения бетона и стальной арматуры в условиях эксплуатации железобетонных конструкций, в том числе в условиях замораживания и оттаивания бетона. Не рас- сматриваются случаи изменения несущей способности железобетонных кон- струкций при воздействии воды и отрицательной температуры при длительных перерывах строительства в случаях, когда такие перерывы реализуются без защи- ты конструкций от воздействия среды – увлажнения атмосферными осадками и талыми водами с периодическим замораживанием и оттаиванием бетона, а также при карбонизации бетона, вызывающей коррозию стальной арматуры. Такие по- вреждения характерны для плит перекрытий при длительных перерывах в строи- тельстве зданий, когда не обеспечена защита от увлажнения бетона.
Данный подход не позволяет рационально использовать остаточные ресурсы же- лезобетонных плит перекрытия и, следовательно, экономить на затратах для ремонта.
Для оценки несущей способности коррозионно-поврежденных железобе- тонных плит перекрытий в условиях замораживания-оттаивания возникает необ- ходимость расчета остаточного ресурса железобетонных плит перекрытия с уче- том повреждения бетона и коррозии арматуры.
Цель диссертационной работы: Определение остаточного ресурса корро- зионно-поврежденных железобетонных плит перекрытий на основе полученных данных натурных наблюдений, экспериментальных исследований и совершен- ствование методики расчета несущей способности с использованием моделей напряжено-деформированного состояния (НДС) на конкретный период эксплуа- тации. Цель работы определяет задачи исследований:
1. Систематизация коррозионно-поврежденных железобетонных плит пере- крытий в зависимости ширины раскрытия трещин, коррозии арматуры и состоя- ния бетона конструкций.
2. Выявление характера влияния коррозионных повреждений арматуры на несущую способность и деформативность железобетонных плит перекрытий.
3. Определение величин предельных состояний и прогибов в зависимости от степени коррозионных повреждений арматуры.
4. Определение коэффициентов снижения прочности и модуля деформации бе- тона плит перекрытия в зависимости от продолжительности воздействий воздушно- влажной среды и НДС конструкций.
5. Определение остаточного ресурса несущей способности коррозионно- поврежденных плит с учетом трещинообразования.
6. Выполнение сопоставительного анализа данных натурных испытаний, ре- зультатов диаграммного метода расчета и численного моделирования по оценке несущей способности и деформативности коррозионно-поврежденных плит.
Разработка предложений по уточнению метода расчёта НДС железобетонных плит перекрытий.
Объектом исследования являются сборные железобетонные многопустот- ные плиты перекрытий реконструируемых зданий, находившихся в открытой ат- мосфере города Москвы от 1 до 10 лет.
Научно- техническая гипотеза состоит в предположении наличия зависи- мости величины снижения несущей способности железобетонных плит перекры- тий от степени коррозионных повреждений бетона и арматуры при воздействии на них воздушно-влажной среды и величины напряжённого состояния конструк- ций, что позволит уточнить остаточную несущую способность плит и выбрать ра- циональные способы ремонта.
Научная новизна работы заключается в том, что:
1. Установлены коэффициенты снижения прочности и модуля деформаций бетона коррозионно-поврежденных плит в зависимости от ширины раскрытия трещин, коррозионного повреждения арматуры при различной продолжительно- сти воздействия воздушно-влажной среды и напряженно-деформированного со-
стояния (НДС).
2. Разработан алгоритм расчета снижения прочностных и деформативных
характеристик бетона коррозионно-поврежденных плит в зависимости от про- должительности воздействия воздушно-влажной среды и НДС.
3. Усовершенствована методика расчета остаточной несущей способности коррозионно-поврежденных железобетонных плит перекрытий с учетом получен- ных данных натурных наблюдений, экспериментальных исследований по измене- нию величины раскрытия трещин, коррозии арматуры и их влияния на деформа- тивные характеристики бетона конструкций.
Теоретическая значимость работы:
1. Теоретически обоснована и практически подтверждена зависимость «напряжение-деформации» бетона, учитывающая продолжительность воздействия воздушно-влажной среды (открытой атмосферы).
2. Экспериментально получены зависимости «напряжение-деформация» по- врежденной коррозией арматуры класса A400 и A600 на основе результатов ис- пытаний образцов арматуры, отобранных из конструкций, реконструируемых зданий и теоретически обоснована их сходимость с основными положениями тео- рии коррозии железобетонных конструкций.
Практическая значимость результатов исследования:
1.Разработана классификация коррозионно-поврежденных плит перекры- тий реконструируемых зданий в зависимости от ширины раскрытия трещин и коррозии арматуры железобетонных конструкций.
2.Установлены зависимости «напряжения-деформация» бетона при сжа- тии и растяжении в зависимости от степени повреждения конструкций, а также ар- матуры (А400 и А600) при различной степени повреждения, что позволяет более точно определить остаточный ресурс несущей способности конструкций.
3. Установлена взаимосвязь глубины коррозионного повреждения армату- ры от ширины раскрытия трещин в бетоне. 4.Разработан алгоритм для расчета остаточной несущей способности же-
лезобетонных плит перекрытий, имеющих коррозионные повреждения, позво- ляющий вводить необходимые данные с целью выбора метода ремонта, восста- новления повреждённых конструкций и обеспечения надёжной работы здания в целом.
Методология и методы исследования
Используются экспериментальные и теоретические методы, разработанные отечественными и зарубежными учеными в области теории железобетонных кон- струкций, строительной механики, испытаний строительных конструкций. Экспе- риментальные исследования проводились с использованием традиционных и со- временных методов и оборудования. При обработке экспериментальных данных применялись статистические методы обработки полученных результатов. Чис- ленное моделирование проводилось на основе метода конечных элементов.
При проведении экспериментов использовались методы, основанные на действующих нормативных документах, регламентирующих испытания железо- бетонных конструкций.
Личный вклад автора состоит в следующем:
– выполнение анализа отечественных и зарубежных исследований суще- ствующих методов расчета НДС железобетонных плит с учетом повреждения бе- тона и коррозии арматуры;
– постановка цели и задач исследования;
– анализ, систематизации данных натурных наблюдений и схем трещинооб- разования коррозионно-поврежденных железобетонных плит перекрытий;
– подготовка и проведение серии экспериментальных исследований плит перекрытий с разными степенями коррозионных повреждений, а также испытание образцов бетона и арматуры, отобранных из конструкций, находящихся в откры- той атмосфере; – анализ полученных результатов исследований прочности и модуля де-
формаций бетона коррозионно-поврежденных плит в разные сроки воздействия на них воздушно-влажной среды и НДС конструкций;
– выполнение численного моделирования и аналитических расчетов плит перекрытий с разными степенями коррозионных повреждений бетона и арматуры с учетом полученных их прочностных и деформационных характеристик;
– проведение сопоставительного анализа данных натурных испытаний, ре- зультатов диаграммного метода расчета и численного моделирования по оценке несущей способности и деформативности коррозионно-поврежденных плит.
Положения, выносимые на защиту:
1. Классификация плит перекрытий реконструируемых зданий в зависи- мости от степени их повреждения (ширина раскрытия трещин, коррозия армату- ры, прочность бетона)
2. Зависимости «напряжения-деформации» от степени коррозионного по- вреждения, полученные в результате испытаний образцов бетона и арматуры, отобранных из конструкций.
3. Определение коэффициентов снижения прочностных и деформативных характеристик конструкций в зонах сжатия и растяжения в разные сроки эксплуа- тации при НДС.
4. Методика расчета несущей способности коррозионно-поврежденных плит перекрытия с учётом прочности бетона при различной продолжительности воздействия воздушно-влажной среды и напряженного состояния.
Степень достоверности результатов исследований обеспечена соблюде- нием требований нормативных документов при подготовке и выполнении экспе- риментальных исследований, а также основана на сопоставительных анализах ра- нее выполненных работ НИИЖБ им. А.А. Гвоздева и ЦНИИСК им. В. А. Куче- ренко, а также фундаментальных работах В.М. Бондаренко, А.А. Гвоздева, Н.И. Карпенко, Т. А. Мухамедиева, В.И. Римшина, А.Р. Ржаницына и др.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на следующих конференциях: 1. Международная конференция «Актуальные проблемы теории сооруже-
ний». ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (г. Москва, 2009);
2. III Международная научно-практическая конференция. Теория и практика
расчета зданий, сооружений и элементов конструкций. Аналитические и числен- ные методы. МГСУ, (г. Москва, 2010);
3. Международная конференция, IPICSE-2018г. НИУ МГСУ (г. Москва, 2018);
4. «Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения», КГУ (г. Курск 2018г.);
5. I Научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и ис- следователей АО «НИЦ «Строительство». «Научный потенциал строительной от- расли» (г. Москва, 2019).
Внедрение результатов исследования
Результаты использованы в практике:
– при проведении работ по реконструкции БСА «Лужники» к Чемпионату мира по футболу 2018г.;
– при определении прочности бетона и несущей способности плит перекры- тий при комплексном обследовании 7 зданий Детских городских поликлиник NoNo52; 61; 118; 122 (No 1 и 2) и 143 (No 1 и 3) ГБУЗ ДЗ г. Москвы;
– при определении несущей способности плит перекрытий, повреждённых в натурных климатических условиях, без консервации конструкций здания по адре- су: МО, г. Жуковский, ул. Гагарина, дом No3а.
Публикации
Основные результаты исследований опубликованы в 12 научных работах по теме диссертации, из которых 7 статей входят в перечень ведущих рецензи- руемых научных изданий, рекомендуемых ВАК РФ, а также 1 статья в журнале, индексируемом в международной базе данных Scopus. Общий объем публикации составляет 5,3 печатных листов, из них лично автором выполнены 3,8 печатных листов. Объем публикации в изданиях, входящих в перечень ВАК, составляет 2,8 печатных листов, из них лично автором выполнены 2,1 печатных листов. Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка лите- ратуры и приложений. Общий объем работы на 183 страницы, в том числе: 117 страниц текста, 79 рисунков, 28 таблиц. Список литературы содержит 164 наиме- нования, из которых 28 иностранных.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, д. т. н. Пятикрестовскому К.П., а также д. т. н., проф. Тамразяну А.Г. и к. т. н. Понома- реву О. И. за многостороннюю помощь при проведении экспериментальных и теоретических исследований. Кроме того, автор искренне благодарен д. т. н., проф. Федоровой Н.В. за ценные замечания.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?

Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

Читать

Публикации автора в научных журналах

Несущая способность коррозионно поврежденных железобетонных плит перекрытия по результатам натурных испытаний

А.А. Минасян // Строительная механика и расчет сооружений. – 2– No– С. 19-Минасян, А.А.// Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. –2–No–С. 53

Диаграммы деформирования бетона и арматуры коррозионно поврежденных железобетонных плит перекрытия

А. А. Минасян, К.П. Пятикрестовский // Строительная механика и расчет сооружений. – 2– No– C. 7-Минасян, А.А. Расчет поврежденных железобетонных плит перекрытия с учетом коррозии бетона и арматуры / А. А. Минасян, К.П. Пятикрестовский // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. – 2– No– С. 56

Критерии прочности коррозионно поврежденного бетона при плоском напряженном состоянии

А. А. Минасян // Строительная механика и расчет сооружений. – 2– No– C. 24

The influence of depth of tensile concrete deterioration on the load bearing strength and deflections of corrosion-damaged floor slabs

A.G. Tamrazyan, A.A. Minasyan // VI INTEGRATION, PARTNERSHIP AND INNOVATION IN CONSTRUCTION SCIENCE AND EDUCATION. MATEC. — 2— Volume 251, 02— р.

Прочность и деформативность корытных плит при расчетной и контрольной нагрузках

А.В. Минасян, А.А. Минасян // Международная конференция «Актуальные проблемы теории сооружений» Сборник научных статей. — Ч. — М., 2— С. 138-Пономарев, О.И. Учет повреждений железобетонных конструкций рекон- струируемых зданий / О.И. Пономарев, А.А. Минасян, А.Ш. Бояджян // Вестник 2, ч.1,. Москва, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко.–2–С. 106

Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее

Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее

Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее

Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

Хочешь уникальную работу?

Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все

Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.

#Кандидатские #Магистерские

2271 Выполненная работа

Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях

#Кандидатские #Магистерские

495 Выполненных работ

Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все

Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)

#Кандидатские #Магистерские

76 Выполненных работ

Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все

Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.

#Кандидатские #Магистерские

694 Выполненных работы

Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все

#Кандидатские #Магистерские

566 Выполненных работ

Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все

Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.

#Кандидатские #Магистерские

132 Выполненных работы

Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все

Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.

#Кандидатские #Магистерские

362 Выполненных работы

Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все

Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.

#Кандидатские #Магистерские

5 Выполненных работ

Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все

Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.

#Кандидатские #Магистерские

25 Выполненных работ