автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Методы прогнозирования остаточного ресурса по II группе предельных состояний для изгибаемых железобетонных конструкций, эксплуатируемых в неагрессивных средах

1111111Н1111111111!п.

□0305Т222

На правах рукописи

ИШКОВ АЛЕКСЕИ НИКОЛАЕВИЧ

МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА

ПО И ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ДЛЯ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В НЕАГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ

05 23 01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидага технических наук

Воронеж - 2007

Работа выполнена в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете на кафедре городского строительства и хозяйства

Научный руководитель

- кандидат технических наук, доценг Шмелев Геннадий Дмитриевич

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Маилян Левон Рафаэлович

- кандидат технических наук, доцент Ушаков Игорь Иванович

Ведущая организация

- Белгородский государственный технологический университет имени В Г Шухова

Защита состоится "26" февраля 2007 г в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 212 033 01 в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу 394006, г Воронеж, ул 20-летия Октября^ 84, ауд 3220

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан "26" января 2007 г

Т!

Ученый секретарь диссертационного совета

В В Власов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Одной из наиболее сложных задач любого исследования технического состояния эксплуатирующихся и недостроенных зданий и сооружений, а также проводимого мониторинга является определение реальных остаточных сроков службы строительных конструкций и здания (сооружения) и прогноз их технического состояния

Эта же задача была поставлена президентом FIB Йостом Варлавеном (Нидерланды) 24 сентября 2000 г на заседании Генеральной Ассамблеи FIB

На сегодняшний день отсутствует единый стандартизированный подход к оценке остаточного ресурса железобетонных конструкций зданий и сооружений Существующие методики оценки остаточного ресурса трудоемки для практического использования или субъективны, поскольку не учитывают конструктивные особенности, напряженно деформированное состояние и воздействия окружающей среды

Разработка методов прогнозирования и практической методики оценки остаточного ресурса, с учетом напряженно деформированного состояния и условий эксплуатации, применительно к железобетонным конструкциям покрытий и перекрытий зданий и сооружений, является важнейшей задачей в современных экономических условиях Создание практической методики позволит повысить безопасность длительной эксплуатации строительных объектов и даст возможность более эффективно управлять капиталовложениями на рынках недвижимости

Решение поставленных в диссертационной работе задач позволит конкретно оценивать остаточный срок службы изгибаемых железобетонных конструкций до проведения мероприятий по усилению или капитальному ремонту

Отдельные фрагменты работы, выполнялись в рамках научно-технических программ

— "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (Подпрограмма №211 - "Архитектура и строительство", шифр и наименование проекта - 211 08 01 264 "Методы оценки остаточных сроков службы (долговечности) железобетонных и каменных строительных конструкций зданий и сооружений", номер государственной регистрации НИР - 01 2 00 109833) -Министерство образования Российской Федерации, 2001,

— "Исследование влияние автотранспортного загрязнения на физический износ зданий и сооружений селитебных территорий" (Регистрационный номер НИР в ФГУП ВНТИЦ- 0120 0 504711), в соответствии с ведомственной программой "Развитие научного потенциала высшей школы" - Воронеж, ГОУ ВПО ВГА-СУ, 2005

Цель работы - разработка физико-статистических методов оценки и прогнозирования остаточного ресурса, применительно к изгибаемым железобетонным конструкциям зданий и сооружений, эксплуатирующимся в неагрессивных средах и создание практической методики выполнения расчетов остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов, до достижения ими предельных состояний II группы

Задачи исследований:

— обосновать критерии оценки остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций,

— разработать физико-статистические методы для оценки и прогнозирования остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций эксплуатирующихся в неагрессивных средах,

— исследовать возможность практического применения предложенных методов для оценки и прогнозирования остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений,

— разработать программы для расчета остаточных сроков службы изгибаемых железобетонных конструкций,

— организовать опытное внедрение результатов исследований

Предметом исследования являются методы оценки и прогнозирования остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций

Объектом исследования являются изгибаемые железобетонные элементы покрытий и перекрытий, эксплуатирующихся в неагрессивных средах

Научная новизна работы заключается в разработке

— инженерной методики выполнения расчетов по прогнозированию остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов, базирующейся на физико-статистическом подходе и действующей системе строительных норм и правил,

— упрощенная методика расчета прогибов, обусловленных ползучестью и снижающимся в процессе эксплуатации классом бетона,

— расчетных моделей для оценки остаточной площади поперечного сечения стальной арматуры, пораженной коррозией,

— прикладных вычислительных программ, предназначенных для расчетов остаточных сроков службы изгибаемых железобетонных конструкций, по условию достижения ими предельных состояний II группы

Практическое значение. Создание методики оценки остаточных сроков службы изгибаемых железобетонных элементов позволит значительно снизить затраты эксплуатирующих организаций на проведение плановых обследований, а также решить вопрос о продлении сроков службы покрытий и перекрытий, эксплуатируемых зданий и сооружений, срок службы которых значительно занижен действующими нормативными документами

Реализация работы Разработанная в ходе проводимых исследований "Методика выполнения расчетов по прогнозированию остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов" получила практическое применение при проведении обследования поврежденных несущих строительных конструкций комплексного покрытия над ванной для взрослых здания "Дворца подводного спорта" в г Воронеже по ул Набережная, д 15 А

Результаты исследований также использованы при оценке и обосновании остаточного ресурса железобетонных конструкций 1-ой очереди (1-й и 2-й энергоблоки) Кольской АЭС и обследовании 1-го энергоблока Нововоронежской АЭС

Достоверность основных результатов и выводов по работе обеспечена использованием системы нормативных документов в строительстве и атомной энергетике Российской Федерации, экспериментальных и теоретических разработок других авторов, применением современных средств исследований и измерений, статистической обработкой результатов, сравнением полученных результатов с литературными данными

Публикации и апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 8 статьях Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технической конференции с международным участием "Строительная физика в XXI веке" (г Москва, 2006 г), 1-й международной научно-практической конференции "Оценка риска и безопасность строительных конструкций"(г Воронеж, 2006 г), 3-й международной научно-практической конференций "Развитие современных городов и реформа жилищно-коммунального хозяйства" (г Москва, 2005 г), 6-й международной конференция молодых ученых и студентов "Актуальные проблемы современной науки" (г Самара, 2005), научно-технических конференциях ВГАСУ (2002 2006)

На защиту выносятся*

- расчетные модели развития коррозионного процесса стальной арматуры,

- расчетная модель для учета прогибов изгибаемых железобетонных конструкций, обусловленных ползучестью бетона,

- результаты численных исследований влияния деструктивных процессов на деформативность и трещиностойкость изгибаемых железобетонных элементов,

- основные принципы методики выполнения расчетов по прогнозированию остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов,

- результаты практического использования методики выполнения расчетов по прогнозированию остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять разделов, основные выводы, список использованных источников и приложения Вся работа изложена на 238 страницах, в том числе 144 страницы машинописного текста, 11 таблиц, 85 рисунков, список литературы из 131 наименования и приложения на 27 страницах

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи, научная новизна и практическая значимость представленной работы

В первом разделе проведен анализ научной, методической и нормативной литературы по теме исследований Рассмотрены основные понятия и математические методы теории надежности, критерии и показатели надежности, математические модели функционирования систем во времени Выделены особенности теории надежности и проблемы связанные с ее применением к оценке тех-

нического ресурса (срока службы) строительных конструкций зданий и сооружений Рассмотрены существующие методы оценки и прогнозирования остаточного ресурса строительных конструкций

Проведенные исследования показали отсутствие единой стандартизированной методики оценки остаточного ресурса железобетонных конструкций

На основании проведенного анализа сформулированы задачи диссертационной работы

Во втором разделе произведены выбор методологического подхода и обоснование критериев оценки остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций

Методологической основой для оценки и прогнозирования ресурса изгибаемых железобетонных конструкций нами предлагается использовать основные расчетные положения метода предельных состояний

В качестве критерия оценки и прогнозирования остаточного срока службы изгибаемых железобетонных конструкций, мы предлагаем рассматривать наступление предельных состояний II группы При этом остаточным ресурсом (сроком службы) предлагаем считать отрезок времени от момента обследования технического состояния конструкций, до момента возникновения в них хотя бы одного из предельных состояний II группы

Разработаны основные положения методики оценки и прогнозирования остаточного срока службы железобетонных изгибаемых элементов, базирующейся на физико-статистическом подходе и основных расчетных положениях системы строительных норм и правил В качестве физико-статистического подхода к оценке остаточного срока службы нами предлагаются параметрические методы, а также интегральный метод "нагрузка — предельные состояния II группы" Общая структура методики представлена на рисунке 1

В качестве оцениваемых параметров железобетонных конструкций нами предлагается рассматривать

- сцепление арматуры периодического профиля с бетоном в зависимости от степени ее коррозионного повреждения,

- расчетные значения прогибов и ширины раскрытия трещин, в функциональной зависимости от изменяющейся площади поперечного сечения арматуры в процессе развития коррозионных повреждений на ее поверхности

- изменение класса бетона, до достижения им минимально допустимого значения,

- расчетные значения прогибов и ширины раскрытия трещин, в функциональной зависимости от изменяющихся физико-механических характеристик бетона

Скорость коррозии арматуры и зависимость физико-механических характеристик от времени, определяется статистической обработкой результатов инструментального контроля технического состояния строительных конструкций

Рисунок 1 - Структура методики оценки и прогнозирования остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций

Предлагаемый нами интегральный метод "нагрузка — предельные состояния II группы" основан на сопоставлении расчетных значений прогибов и ширины раскрытия трещин с их предельно допустимыми по нормам значениями При этом предлагается одновременно учитывать характеристики эксплуатационных нагрузок, физико-механические свойства материалов строительных конструкций и протекающие в них физико-химические процессы Случайные воздействия, вызванные изменениями нагрузок в процессе эксплуатации, а также изменения физико-механических характеристик учитываются через систему коэффициентов надежности, приведенных в нормагивной литературе и статистической обработкой результатов инструментального обследования

Оценка остаточного ресурса методом "нагрузка - предельные состояния II группы" производится в следующем порядке

1 Параметрическими методами определяются "контрольные" временные отрезки (Ткво) При этом рассматриваются изменения отдельных параметров (7<У), определяющих безопасную работу конструкции, во времени (рисунок 2) Под "контрольным" временным отрезком следует понимать расчетный срок службы по одному из параметров (К,)

2 В "контрольные" отрезки времени ('/',«,), по параметрическим зависимостям, определяются значения прочности бетона и глубины коррозионных повреждений рабочей арматуры

Рисунок 2 - Соотношение 1-го параметра (К,) и его предельного значения (Кц,) во времени

3 По полученным значениям прочности бетона и глубины коррозии, для каждого "контрольного" отрезка времени (Тип), а также на момент времени начала эксплуатации объекта и на момент обследования, вычисляются значения прогибов и ширины раскрытия трещин

4 Полученные расчетные значения прогибов, и ширины раскрытия трещин аппроксимируются регрессионными зависимостями, которые могут бьггь представлены графически (рисунок 3) За начало отсчета на графиках, представленных на рисунке 3, принимаются значения прогибов и ширины раскрытия трещин, соответствующие проектным физико-механическим характеристикам конструкционных материалов

раскрытия трещин

5 Расчетное значение прогнозируемого остаточного ресурса (срока службы) изгибаемых железобетонных конструкций (Тос), определяется исходя из условий нормальной эксплуатации, то есть по достижению конструкцией предельных состояний II группы За расчетное значение остаточного ресурса (срока службы) принимается временной интервал от времени проведения обследования (Та) до момента появления предельных состояний II группы (рисунок 3)

Каждый из параметрических методов может применяться, как независимый способ оценки остаточного ресурса (срока службы) изгибаемых железобетонных элементов, или же в совокупности с другими, являться подготовительной основой для расчетов по методу "нагрузка - предельные состояния II группы"

После проведения анализа, окончательно из всех расчетных значений остаточного ресурса (срока службы), полученных различными методами, за (Т1«), предлагаем считать минимальное. С использованием минимального расчетного значения, выполняется окончательный прогноз остаточного ресурса {срока службы) изгибаемых Железобетонных конструкций (рисунок 4).

к 5 и/ \/ ?У У ф/А

""Гк Л -J

Т„- интервал предыстория; Ту - интервал упреждения; Т„- время проводимого обследования; Т„р - прогнозируемый ресурс, Г„„ - продолжительность прелоткачового состояния; 1 - средние значения прогнозируемого параметра; 2 - верхняя г раница доверительного интервала; 3 - нижняя [раница доверительного интервала; 4 - кривая прогноза исследуемого параметра; 5 - предельно допустимые значения исследуемого параметра

Рисунок 4 - Прогнозируемое изменение расчетных значений прогибов и ширины раскрытия трещин

В трет ьем разделе, для обеспечения возможности практического использования метода оценки остаточного ресурса, по условию появления предельных состояний II группы, вызванных коррозией арматуры, нами были проведены исследования, направленные на оценку степени влияния коррозионного процесса на де формата в ноет ь и грещиностойкость железобетонных изгибаемых элементов.

Нами приняты упрощенные расчетные модели развития коррозии (рисунок 5).

1 - стальной стержень, не поврежденный коррозией, 2 - прокоррозированный участок стержня; 3 - направление фронта коррозии; а) сплошная равномерная; 6) местная, в виде одиночной язвы, в) неравномерная плоско-фронтальная (сегментная); г) неравномерная "серповидная" с неполным охватом стержня д) неравномерная "серповидная" с полным охватом стержня

Рисунок 5 - Расчетные модели развития коррозии стальной арматуры

Для каждой из представленных расчетных моделей, получены формулы расчета остаточных площадей поперечного сечения арматурных стержней с учетом коррозии

Для модели равномерной коррозии •

а;? = я- (я - с)2, (1)

где Af - фактическая площадь поперечного сечения арматурного стержня, мм2, Я - первоначальный радиус арматурного стержня, мм, с - глубина проникновения коррозии в арматурный стержень, мм

Для модели местной коррозии в виде одиночной язвы

(2)

4

где Б - первоначальный диаметр арматурного стержня, мм,

5 - площадь арматурного стержня, пораженная коррозией, определяемая по формулам (3), мм2,

5 = с2 -Ли — т1 + с2 агсят( и,,) — £> с -/т + + —агсзт( п2 ) , (3)

1 С I 1 т-.2 1 ^ 4 1 2 С

где т - 1---, п. = л/от , к = О с т — 4 с т , и, —- п,

Г) 2 В

Для модели неравномерной плоско-фронтальной (сегментной) коррозии: для случая с <К

А* ^пЯ2-Я2огсзт- ^ -(К -с/ (4)

для случая с> Я

А;* = Я2 ^Я2-(с-Я)2 (с - Л), (5)

Я

Для модели неравномерной "серповидной" коррозии с неполным охватом поверхности арматурного стержня

т + 2Я2 агсзт{-^А-с т, (10)

1 = ^4 Я2-

Дли модели неравномерной "серповидной" коррозии с полным охватом поверхности арматурного стержня:

2

02)

В целях изучения влияния коррозии на деформации железобетонных изгибаемых элементов, с использованием принятых расчетных моделей, были проведены исследования железобетонных плит на примере типовых конструкций ребристых и многопустотных плит покрытия и перекрытия марок П2, Г12-1 Ат\;, П2-2АтУ, ПК 27 15 -10 АШт, ПК 56 15 - 8 АтУт

При выполнении расчетов пошагово задавалась глубина коррозионного повреждения по выбранной расчетной модели при этом осуществлялся контроль следующих параметров

- нормальные растягивающие напряжения в продольной рабочей арматуре

плит,

- момент трещинообразования в растянутой зоне бетона,

- ширина раскрытия нормальных трещин в бетоне растянутой зоны,

- расчетный максимальный прогиб

Нормативные сопротивления арматуры выбраны в качестве предельного значения по причине отсутствия запасов по надежности на момент окончания срока службы конструкции

В расчетах с учетом коррозионного повреждения арматуры отслеживался момент полного уничтожения "рифов" на поверхности рабочей арматуры с переходом стержня от рифленого к гладкому

В результате проведенного численного моделирования, получены данные о степени влияния коррозии на деформации железобетонных плит покрытия и перекрытия Наиболее характерные зависимости представлены на графиках (рисунок 6)

а)

24 22 20 18 16 I 14

«о 12

¡г Ю

о.

к

6 4

- У' : -/Г : 4 о V

<5/1 //I с ^

? е < чч / <• // • и» V" // ^^ 8

** Ь-1- 1

.....* í

б)

31-------— / ■ ■ ■ ,■>■

2/ I IX 4

/V - и ■ ! А 1 ХИ ! /"1 1 1 1

. 1 < ь

6| 81

Г ии! ^ 1 .

< »* »"и 1 1 1 Н 1 11

» 11 1 1 1 II П Г - 1 1

о^и!.... .,1!. 1 . . . 1 . . 1 .

02040608 1 12141618 2 22242628 3 Глубина коррозии, мм

0 02040608 1 1.2 14 16 18 2 22242628 Глушта коррозии, мм

1 - расчетные значения исследуемого параметра плиты марки П2-1 АтУ при сплошной равномерной коррозии, 2 - то же при неравномерной "серповидной" коррозии, 3 - расчетные значения исследуемого параметра плиты марки П2-2АтУ при сплошной равномерной коррозии, 4 - то же при неравномерной "серповидной" коррозии, 5 - предельная глубина коррозии из условия прочности арматуры, определяемая расчетом для плиты марки П2-1АтУ при сплошной равномерной коррозии, 6 - то же при неравномерной "серповидной" коррозии, 7 - предельная глубина коррозии из условия прочности арматуры, определяемая расчетом для плиты марки П2-2АтУ при сплошной равномерной коррозии, 8 — то же при неравномерной "серповидной" коррозии, 9 - предельно допустимое значение исследуемого параметра

Рисунок 6 - Графики зависимости прогибов и ширины раскрытия трещин, ребристых железобетонных плит покрытия марок П2-1АтУ, П2-2АтУ от глубины коррозии

По результатам численного эксперимента выявлены граничные условия наступления предельных состояний II группы в различных конструкциях, вследствие влияния коррозионного процесса

Результаты выполненных исследований легли в основу параметрического метода оценки остаточного ресурса изгибаемых железобетонных элементов, по из условию появления предельных состояний II группы, вызванных коррозией арматуры

В четвертом разделе, с целью обеспечения возможности практического использования метода оценки остаточного ресурса, по условию появления предельных состояний II группы, вызванных изменениями физико-механических характеристик бетона, нами были проведены численные исследования, направленные на оценку степени их влияния на деформативность и трещиностойкость железобетонных изгибаемых элементов

Влияние физико-механических характеристики бетона нами предложено оценивать косвенно, через значение его класса по прочности на сжатие

Для изучения влияния, изменяющихся физико-механических характеристик бетона во времени на деформации железобетонных изгибаемых элементов, было проведено численное моделирование - рассмотрены варианты, в соответствии с которыми прочность (класс) бетона в процессе эксплуатации могла увеличиваться или уменьшаться по сравнению с проектной Исследования проводились расчетным методом, на примере типовых конструкций железобетонных плит покрытий и перекрытия марок П2, П2-1АтУ, П2-2АтУ, ПК 27 15 -10 АШт, ПК 56 15 - 8 АтУт

При выполнении расчетов пошагово варьировался класс бетона от проектного значения в сторону увеличения прочности и в сторону уменьшения, с контролем следующих параметров

— нормальные растягивающие напряжения в продольной рабочей арматуре

плит,

— момент трещинообразования в растянутой зоне бетона,

— ширина раскрытия нормальных трещин в бетоне растянутой зоны,

— расчетный максимальный прогиб

В результате проведенных расчетов, получены данные о степени влияния, изменяющихся в процессе эксплуатации, физико-механических характеристик бетона на деформации железобетонных плит покрытия и перекрытия Наиболее характерные зависимости представлены на графиках (рисунок 7)

Нами рекомендовано, в качестве нижнего предела прочности бетона конструкций, длительное время находящихся в эксплуатации, установить класс бетона В7,5

Экспериментальными исследованиями установлено, что реальные прогибы изгибаемых железобетонных конструкций, находящихся в эксплуатации длительное время, отличаются на 44 79 % от расчетных значений, полученных по методикам, заложенным в нормативные документы Расхождения расчетных и фактических прогибов изгибаемых железобетонных элементов объяснены недостаточным учетом действующими нормами деформаций от ползучести бетона

а)

б)

г оо9

£ 0 08

1 0 07

н 0 0«

я 0 05

0 04

« 0 03

я 0 01 X

2 о 01

25 22 5 20 Класс бетона

Г

— — 1

3

1 1 11 | ;

1 1 1 ; 1- И-

.....1 . 1 V

25 22 5 20 15 Класс бетона

1 - расчетные значения исследуемого параметра плиты марки П2-1АтУ,

2 - расчетные значения исследуемого параметра плиты марки П2-2АтУ,

3 - проектный класс бетона для плит марок П2-1 АтУ и П2-2АтУ, 4 - недопустимая область значений класса бетона для железобетонных конструкций

Рисунок 7 - Графики зависимости прогибов и ширины раскрытия трещин, ребристых железобетонных плит покрытия марок П2-1АтУ, П2-2Лл V от изменения класса бетона в процессе эксплуатации

Нами предложена расчетная модель образования прогибов, обусловленных ползучестью бетона, для расчета изгибаемых железобетонных конструкций, находящихся в эксплуатации длительное время (рисунок 8) На основе предложенной расчетной модели разработана упрощенная методика расчета прогибов изгибаемых железобетонных конструкций, позволяющая учитывать деформации ползучести при снижающемся в процессе эксплуатации классе бетона

.о

Я~Ч(0 ^ ^ ^ ' ^ ^ ^ ^ ^

43

^ ^ ^ ^ ^

Рисунок 8 - Расчетная модель образования прогибов, обусловленных ползучестью бетона изгибаемых железобетонных элементов

Для расчета прогибов /р, обусловленных ползучестью нами сделаны следующие допущения

1 Абсолютная величина линейных деформаций Д, обусловленных ползучестью бетона (рисунок 8), определяется по формуле

Д = СО)аьЬ, (1)

где С(0 - расчетное значение меры ползучести бетона к рассматриваемому моменту времени,

аь— сжимающие напряжения в крайних волокнах от длительных нагрузок,

Ь = 10 - длина элемента, равная расчетному пролету конструкции

2 До приложения нагрузки, дуга В'С', огибающая верхнюю границу изгибаемого элемента, совпадает с дугой ВС (рисунок 8), радиус которой стремиться к бесконечности (г—>со), а длина хорды В'С равна расчетному пролету ¡о, изгибаемого железобетонного элемента

3 При исследовании деформаций ползучести в сжатой зоне, рассматривается не изменение длины дуги В'С', а уменьшение длины хорды В'С' на величину Д (рисунок 8)

4 Длина хорды кривой АБ, огибающей нижнюю границу изгибаемого элемента, считается постоянной и равной его расчетному пролету 1а

Величина прогиба обусловленного ползучестью, определяется с использованием следующей формулы

* = (2) 8/

где И. - радиус дуги,

с - длина хорды дуги, /- стрела прогиба

С учетом сделанных допущений, согласно рисунку 8, радиусы кривых АБ и В'С' определяются по формулам

радиус кривой АО

радиус кривой В'С'

/ +4/

Д = --(3)

8/,

г^, (4)

8/,

Решая совместно выражения (1), (3) и (4), с учетом того что г = Я - Л (рисунок 8), для расчета прогиба, обусловленного ползучестью бетона получаем выражение

2/,;с(/к-/,?с(оЧ2 з, - 8А . Р)

Для нахождения меры ползучести бетона С(1) к рассматриваемому моменту времени предлагаем использовать методику ЦНИИС Минтрансстроя

Для расчета прогибов с учетом ползучести, при снижающемся в процессе длительной эксплуатации классе бетона, нами предложена упрощенная методика Суть которой заключается в следующем

1 Выполняется расчет прогибов железобетонных изгибаемых элементов с учетом ползучести для соответствующих временных интервалов при разных начальных классах бетона (рисунок 9)

2 С учетом реального изменения прочности бетона определяются вре-

менные интервалы, в которых реальная прочность бетона конструкций достигнет соответствующего значения класса бетона, взятого за расчетное значение в п 1

3 Полученные в п 2 точки соединяются плавной кривой, которая будет соответствовать изменению расчетных значений прогибов с учетом деформаций ползучести и изменения прочности бетона, как показано на рисунке 9

Расхождения между расчетными значениями прогибов, найденными с помощью предлагаемой нами методики, и фактически измеренными прогибами составляют в среднем 17,3 %

30

28

26

*

S 24

1D

S 22

о

а. Н 20

18

16

С

ю

20 30 40

Возраст плиты, годы

50

60

1 - расчетные значения прогиба при классе бетона В15,2 - расчетные значения прогиба при классе бетона В12,5, 3 - расчетные значения прогиба при классе бетона В10, 4 - расчетные значения прогиба при классе бетона В7,5, 5 - кривая прогнозируемых расчетных значений прогибов, с учетом деформаций ползучести и изменения прочности бетона

Рисунок 9 - Графики изменения расчетных значений максимального прогиба плиты покрытия марки П2 во времени

В пятом разделе представлено подробное описание алгоритмов, разработанных нами программ "IZGIBGBK", "IZGIBGBKP" и "GBK", предназначенных для расчета железобетонных изгибаемых элементов по второй группе предельных состояний на ЭВМ, с учетом повреждений полученных в процессе их длительной эксплуатации

Программа «IZGIBGBK» разработана с учетом основных положений СНиП 2 03 01-84* "Бетонные и железобетонные конструкции" Предусматривает расчет прогибов и ширины раскрытия трещин, с учетом коррозии стальной арматуры, с использованием расчетных моделей (раздел 3) и изменений прочностных свойств бетона во времени

Программа "IZGIBGBK_P" предназначена для расчета изгибаемых железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры, с учетом длительной ползучести При разработке программы "IZGIBGBK_P" за основу был взят алгоритм программы "IZGIBGBK", в структуру которого был введен дополнительный модуль, выполняющий расчет прогиба, обусловленного длительной ползучестью бетона, по предложенной нами методике (раздел 4)

Вступление в силу новых нормативных документов - СНиП 52-01-2003 "Бе-

тонные и железобетонные конструкции" и СП 52-101-03 "Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры", привели к необходимости пересмотра алгоритма программы "КОШСВК" В результате была разработана программа, получившая рабочее название "СВК"

Представлены результаты практической реализация параметрических методов оценки остаточного ресурса железобетонных изгибаемых элементов, при исследовании технического состояния плит покрытий дизель-генераторной станции и блочной насосной станции 1-ой очереди Кольской АЭС Расчет остаточного ресурса конструкций выполнялся с использованием программ "КОШОВК" и "вВК Прогнозируемое значение остаточного ресурса, с учетом интервала предыстории, составило 31 год

На основе проведенных поверочных расчетов, с использованием программы "К01В0ВК_Р", обоснована возможность дальнейшей нормальной эксплуатации покрытия здания аппаратного отделения 2-го блока Нововоронежской АЭС В расчетах использована разработанная нами методика расчета прогибов, обусловленных деформациями ползучести и снижением класса бетона в процессе длительной эксплуатации

Представлены результаты комплексного обследования покрытия здания Дворца подводного спорта в г Воронеже С использованием разработанной нами "Методики выполнения расчетов по прогнозированию остаточного сроков службы железобетонных изгибаемых элементов", при проведении комплексного обследования выполнен прогноз остаточного ресурса ребристых железобетонных плит Прогнозируемое значение остаточного ресурса, с учетом накопленных повреждений и интервала предыстории, оценено временным интервалом от 2,7 до 4,3 года

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Руководствуясь принципом "безопасного разрушения", допускающим накопление некоторого количества повреждений, не влияющих на основные характеристики конструкции, и предполагающим техническую возможность установления и устранения начинающегося разрушения до ее выхода из строя, в качестве критерия оценки остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций, нами выбрано наступление предельных состояний II группы

2 В рамках физико-статистического подхода к оценке и прогнозированию остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций нами предложены четыре параметрических метода и интегральный метод "нагрузка - предельные состояния II группы

3 В ходе проводимых исследований нами разработаны параметрические методы, основанные на оценке изменений одного из параметров конструкции по предварительно устанавливаемому закону В качестве оцениваемых параметров изгибаемых железобетонных конструкций нами рекомендуется рассматривать следующие

- сцепление арматуры периодического профиля с бетоном в зависимости от степени ее коррозионного повреждения,

- расчетные значения прогибов и ширины раскрытия трещин, в функциональной зависимости от изменяющейся площади поперечного сечения арматуры в процессе развития коррозионных повреждений на ее поверхности,

- изменение прочности бетона, до достижения им минимальной нормируемой прочности,

- расчетные значения прогибов и ширины раскрытия трещин, в функциональной зависимости от изменяющихся прочностных и деформационных характеристик бетона

4 В качестве интегрального, нами предложен метод "нагрузка - предельные состояния II группы", одновременно учитывающий изменения эксплуатационных нагрузок и физико-механических свойств материалов железобетонных конструкций во времени Метод основан на использовании результатов расчета, полученных с применением параметрических методов

5 Для оценки возможности практического применения предложенных нами методов, в работе подробно исследованы вопросы коррозионного повреждения стальной арматуры в бетоне Разработаны пять расчетных моделей коррозии Для детального изучения влияния глубины коррозии арматуры на деформации изгибаемых железобетонных элементов, в качестве основных, выбраны модели, равномерной и неравномерной "серповидной" с полным охватом стержня, коррозии

6 В ходе проведенных исследований нами рассмотрено несколько вариантов изменения прочностных свойств бетона в процессе длительной эксплуатации железобетонных конструкций Предложена расчетная модель образования прогибов, обусловленных ползучестью бетона, для расчета изгибаемых железобетонных конструкций, находящихся в эксплуатации длительное время На основе предложенной расчетной модели разработана упрощенная методика расчета прогибов изгибаемых железобетонных конструкций, позволяющая учитывать деформации ползучести при снижающемся в процессе эксплуатации классе бетона

7 На примерах наиболее распространенных плит покрытия и перекрытий, с обычной и преднапряженной арматурой, исследовано влияние коррозионных процессов в арматуре, а также изменения прочности бетона на развитие деформаций изгибаемых железобетонных конструкций, эксплуатируемых зданий и сооружений

- нормируемый предел коррозионного повреждения арматуры в 15 %, может быть превзойден в несколько раз и для различных конструкций может составлять до 70 %, в зависимости от уровня эксплуатационных нагрузок и их конструктивных особенностей

- предельно допустимая степень коррозионного повреждения арматуры составляет от 34 до 72,2 %, в зависимости от уровня эксплуатационных нагрузок и конструктивных особенностей железобетонных изгибаемых элементов,

- при достижении коррозией предельной степени, величины прогибов могут возрастать в 1,8 17,2 раза, что сопровождается раскрытием трещин или увеличением расчетной ширины раскрытия трещин в 3,34 4,49 раза, в зависимости от конструктивных особенностей железобетонных изгибаемых элементов и применяемой методики расчета,

- при снижении класса бетона от проектного значения до В7,5, величины расчетных прогибов могут возрастать в 1,15 9,2 раза, что может сопровождается раскрытием трещин или увеличением расчетной ширины раскрытия трещин на

1,7 30 %, в зависимости от конструктивных особенностей железобетонных изгибаемых элементов и применяемой методики расчета

8 Проведенные исследования показали, что расчеты остаточного ресурса железобетонных элементов предложенными нами методами, без применения специальных программ представляют собой трудоемкий процесс Для решения этой проблемы нами разработаны специальные вычислительные программы "КОШОВК", "1201В0ВК_Р" и "ОВК" для ЭВМ, предназначенные для расчетов изгибаемых железобетонных конструкций по II группе предельных состояний, с учетом развития коррозионных повреждений на поверхности арматуры и изменения прочностных свойств бетона во времени

9 По результатам проведенных нами исследований разработана "Методика выполнения расчетов по прогнозированию остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов", в основу которой положены параметрические методы и интегральный метод "нагрузка - предельные состояния II группы"

10 Предложенные нами методы получили практическое применение при оценке остаточного ресурса плит покрытий дизель-генераторной станции и блочной насосной станции 1-ой очереди Кольской АЭС, зданий и сооружений 1-го энергоблока Нововоронежской АЭС и бассейна Дворца подводного спорта в г Воронеже Результаты использования разработанной нами методики подтверждены соответствующими актами внедрения

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1 Ишков А Н Оценка остаточной площади поперечного сечения стальных арматурных стержней, подвергшихся коррозии, в поверочных расчетах железобетонных конструкций/ АН Ишков// Российская академия архитектуры и строительных наук Центральное региональное отделение Сборник научных трудов Выпуск 3 - Москва Редакционно-издательский отдел ИНЭП, 2004 - С 67-69

2 Ишков АН Анализ динамики развития деформаций железобетонных конструкций в зависимости от глубины коррозии продольной арматуры /АН Ишков, Г Д Шмелев // Российская академия архитектуры и строительных наук Центральное региональное отделение Сборник научных трудов Выпуск 3 - Москва Редакционно-издательский отдел ИНЭП, 2004 - С 134 — 139 Лично автором выполнено 4 с

3 Ишков А Н Применение ЭВМ при оценке технического состояния железобетонных конструкций в расчетах по деформациям /АН Ишков, Г Д Шмелев, В Ю Казбанова // Развитие современных городов и реформа жилищно-коммунального хозяйства Третья Международная научно-практическая конференция 6-7 апреля 2005г - М МИКХ и С, 2005 - С 544 - 546 Лично автором выполнено 1 с

4 Ишков АН Моделирование процессов развития коррозии в арматуре/ А Н Ишков, Е А Полянский, Г Д Шмелев // Актуальные проблемы современной науки Тр 1-го Международного форума (6-й Международной конференции молодых ученых и студентов) Ч 20-21 Архитектура строительство - Самара, 2005 С 30 - 33 Лично автором выполнено 2 с

5 Ишков А Н Методика оценки остаточного ресурса железобетонных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений/ А Н Ишков, А П Кушнир, Г Д

Шмелев // Актуальные проблемы современной науки Тр 1-го Международного форума (6-й Международной конференции молодых ученых и студентов) Ч 2021 Архитектура строительство - Самара, 2005 С 18-21 Лично автором выполнено 2 с

6 Ишков А H Применение параметрического метода при оценке остаточного ресурса железобетонных плит покрытия /АН Ишков// Строительная физика в XXI веке Материалы научно-технической конференции - M НИИСФ РААСН, 2006 -С 577-581

7 Ишков А H Физико-статистический подход к оценке остаточного срока службы железобетонных конструкций /АН Ишков, Г Д Шмелев // Оценка риска и безопасность строительных конструкций [Текст] I межд научно-практическая конференция Сборник тезисов докладов Том I / под ред И С Суровцева, Воронеж гос арх -строит ун-т - Воронеж, 2006 - С 90-94 Лично автором выполнено 2 с

8 Ишков А H Практические аспекты использования параметрических методов оценки остаточного ресурса для плит покрытия /АН Ишков, Э В Сазонов, Г Д Шмелев // Известия ВУЗов Строительство - Новосибирск, 2007 -№1 —С 15—21 Лично автором выполнено 3 с

Подп в печать 23 01 07г Формат 60x84 1/16 Бумага для множит аппаратов Уч-изд л - 1,0 Усл-печ л - Тираж 100 экз Заказ № 21

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006, Воронеж, ул 20-летия Октября, 84

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Общие положения теории надежности применительно к строительным конструкциям зданий и сооружений.

1.2 Основные факторы, влияющие на долговечность железобетонных конструкций зданий и сооружений.

1.3 Существующие методы и методики оценки долговечности и остаточного ресурса строительных конструкций.

1.4 Цели и задачи исследований.

1.5 Выводы.

2 МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ИЗГИБАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА.

2.1 Выбор критериев и методологического подхода к оценке и прогнозированию остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций.

2.2 Предлагаемые параметрические методы оценки остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций.

2.2.1 Расчет остаточного ресурса из условия совместности работы бетона и коррозирующей арматуры.

2.2.2 Оценка остаточного ресурса из условия появления предельных состояний II группы, вызванных коррозией арматуры.

2.2.3 Определение остаточного ресурса по изменению прочностных свойств бетона во времени.

2.2.4 Оценка остаточного ресурса из условия появления предельных состояний II группы, вызванных изменениями физико-механических характеристик бетона.

2.3 Интегральная оценка остаточного ресурса железобетонных изгибаемых элементов методом "нагрузка - предельные состояния II группы" на основе параметрических, методов.

2.4 Методика выполнения прогноза и обоснование остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций.

2.5 Выводы.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОРРОЗИИ АРМАТУРЫ НА РАЗВИТИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ II ГРУППЫ В ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ.

3.1 Особенности развития коррозии арматуры в бетоне.

3.2 Предлагаемые расчетные модели развития коррозионного процесса

3.3 Численные исследования влияния коррозии рабочей арматуры на деформации железобетонных изгибаемых элементов.

3.3.1. Ребристые железобетонные плиты.

3.3.2. Многопустотные железобетонные панели.

3.4 Выводы.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНА НА РАЗВИТИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ II ГРУППЫ В ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ.

4.1 Теоретические предпосылки проводимых исследований.

4.2 Влияние физико-механических характеристик бетона на деформативность и трещиностойкость железобетонных изгибаемых элементов без предварительного напряжения.

4.2.1 Ребристые плиты.

4.2.2 Многопустотные панели.

4.3 Отличительные особенности влияния физико-механических характеристик бетона на деформативность и трещиностойкость железобетонных предварительно напряженных элементов.

4.3.1 Ребристые плиты.

4.3.2 Многопустотные панели.

4.4 Исследование влияния ползучести бетона на характеристики

II группы предельных состояний изгибаемых железобетонных элементов.

4.5 Выводы.

5 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

5.1 Разработка расчетных программ для оценки остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций.

5.1.1 Общая структура расчетных программ и подготовка исходных данных.

5.1.2 Программа "IZGIBGBK", для расчета по II группе предельных состояний, в соответствии со СНиП 2.03.01-84*.

5.1.3 Программа "IZGIBGBKP", для расчета по II группе предельных состояний, с учетом длительной ползучести бетона.

5.1.4 Программа "GBK", для расчета по II группе предельных состояний, в соответствии со СП 52-101-2003.

5.2 Опыт практического внедрения параметрических методов.

5.2.1 Продление ресурса зданий и сооружений 1-ой очереди Кольской АЭС.

5.2.2 Обследование зданий и сооружений 1-го энергоблока Нововоронежской АЭС.

5.3 Результаты практического применения методики прогнозирования остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций Дворца подводного спорта в г. Воронеже.

5.3.1 Методика оценки остаточного ресурса.

5.3.2 Расчет остаточного ресурса параметрическими методами.

5.3.3 Оценка остаточного ресурса интегральным методом "нагрузка - предельные состояния II группы".

5.3.4 Обоснование остаточного ресурса.

5.4 Выводы.

Актуальность работы. Одной из наиболее сложных задач любого исследования технического состояния эксплуатирующихся и недостроенных зданий и сооружений, а также проводимого мониторинга является определение реальных остаточных сроков службы строительных конструкций и здания (сооружения) и прогноз их технического состояния.

Эта же задача была поставлена президентом FIB Иостом Варлавеном (Нидерланды) 24 сентября 2000 г. на заседании Генеральной Ассамблеи FIB [131].

На сегодняшний день отсутствует единый стандартизированный подход к оценке остаточного ресурса железобетонных конструкций зданий и сооружений. Существующие методики оценки остаточного ресурса трудоемки для практического использования или субъективны, поскольку не учитывают конструктивные особенности, напряженно деформированное состояние и воздействия окружающей среды.

Разработка методов прогнозирования и практической методики оценки остаточного ресурса, с учетом напряженно деформированного состояния и условий эксплуатации, применительно к железобетонным конструкциям покрытий и перекрытий зданий и сооружений, является важнейшей задачей в современных экономических условиях. Создание практической методики позволит повысить безопасность длительной эксплуатации строительных объектов и даст возможность более эффективно управлять капиталовложениями на рынках недвижимости.

Решение поставленных в диссертационной работе задач позволит конкретно оценивать остаточный срок службы изгибаемых железобетонных конструкций до проведения мероприятий по усилению или капитальному ремонту.

Отдельные фрагменты работы, выполнялись в рамках научно-технических программ:

- "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (Подпрограмма №211 - "Архитектура и строительство"; шифр и наименование проекта - 211.08.01.264 "Методы оценки остаточных сроков службы (долговечности) железобетонных и каменных строительных конструкций зданий и сооружений", номер государственной регистрации НИР - 01.2.00 109833) -Министерство образования Российской Федерации, 2001.

Исследование влияние автотранспортного загрязнения на физический износ зданий и сооружений селитебных территорий" (Регистрационный номер НИР в ФГУП ВНТИЦ- 0120.0 504711), в соответствии с ведомственной программой "Развитие научного потенциала высшей школы" - Воронеж, ГОУ ВПО ВГАСУ, 2005.

Основная цель работы - разработка физико-статистических методов оценки и прогнозирования остаточного ресурса, применительно к изгибаемым железобетонным конструкциям, эксплуатирующимся в неагрессивных средах и создание практической методики выполнения расчетов остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов, до достижения ими предельных состояний II группы.

Задачи исследований:

- обосновать критерии оценки остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций;

- разработать физико-статистические методы для оценки и прогнозирования остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций эксплуатирующихся в неагрессивных средах;

- исследовать возможность практического применения предложенных методов для оценки и прогнозирования остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций;

- разработать программы для расчета остаточных сроков службы изгибаемых железобетонных конструкций;

- организовать опытное внедрение результатов исследований.

Предметом исследования являются методы оценки и прогнозирования остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций.

Объектом исследования являются изгибаемые железобетонные элементы покрытий и перекрытий, эксплуатирующихся в неагрессивных средах.

Научная новизна работы заключается в разработке:

- инженерной методики выполнения расчетов по прогнозированию остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов, базирующейся на физико-статистическом подходе и действующей системе строительных корм и правил;

- расчетных моделей для оценки остаточной площади поперечного сечения стальной арматуры, пораженной коррозией;

- прикладных вычислительных программ, предназначенных для расчетов остаточных сроков службы изгибаемых железобетонных конструкций, по условию достижения ими предельных состояний II группы.

Практическое значение. Создание методики оценки остаточных сроков службы изгибаемых железобетонных элементов позволит значительно снизить затраты эксплуатирующих организаций на проведение плановых обследований, а также решить вопрос о продлении ресурса покрытий и перекрытий, эксплуатируемых зданий и сооружений, срок службы которых значительно занижен действующими нормативными документами.

Реализация работы. Разработанная в ходе проводимых исследований "Методика выполнения расчетов по прогнозированию остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов" получила практическое применение при проведении обследования поврежденных несущих строительных конструкций комплексного покрытия над ванной для взрослых здания "Дворца подводного спорта" в г. Воронеже по ул. Набережная, д. 15 А.

Результаты исследований также использованы при оценке и обосновании остаточного ресурса железобетонных конструкций 1-ой очереди (1-й и 2-й энергоблоки) Кольской АЭС.

Разработаны прикладные программы для расчета остаточных сроков службы изгибаемых железобетонных конструкций.

Достоверность основных результатов и выводов по работе обеспечена использованием системы нормативных документов в строительстве и атомной энергетике Российской Федерации, экспериментальных и теоретических разработок других авторов, применением современных средств исследований и измерений, статистической обработкой результатов, сравнением полученных результатов с литературными данными.

Публикации и апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 8 статьях. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технической конференции с международным участием "Строительная физика в XXI веке" (г. Москва, 2006 г.), 1-й международной научно-практической конференции "Оценка риска и безопасность строительных конструкций"(г. Воронеж, 2006 г.), 3-й международной научно-практической конференций "Развитие современных городов и реформа жилищно-коммунального хозяйства" (г. Москва, 2005 г.), 6-й международной конференция молодых ученых и студентов "Актуальные проблемы современной науки" (г. Самара, 2005), научно-технических конференциях ВГАСУ (2002. .2006).

На защиту выносятся:

-расчетные модели развития коррозионного процесса стальной арматуры;

- расчетная модель для учета прогибов изгибаемых железобетонных конструкций, обусловленных ползучестью бетона;

- результаты численных исследований влияния деструктивных процессов на деформативность и трещиностойкость изгибаемых железобетонных элементов;

- основные принципы методики выполнения расчетов по прогнозированию остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов;

- результаты практического использования методики выполнения расчетов по прогнозированию остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять разделов, основные выводы, список использованных источников и приложения. Вся работа изложена на 238 страницах, в том числе 144 страницы машинописного текста, 11 таблиц, 85 рисунков, список литературы из 131 наименования и приложения на 27 страницах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Руководствуясь принципом "безопасного разрушения", допускающим накопление некоторого количества повреждений, не влияющих на основные характеристики конструкции, и предполагающим техническую возможность установления и устранения начинающегося разрушения до ее выхода из строя, в качестве критерия оценки остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций, нами выбрано наступление предельных состояний II группы.

2. В рамках физико-статистического подхода к оценке и прогнозированию остаточного ресурса изгибаемых железобетонных конструкций нами предложены четыре параметрических метода и интегральный метод "нагрузка - предельные состояния II группы.

3. В ходе проводимых исследований нами разработаны параметрические методы, основанные на оценке изменений одного из параметров конструкции по предварительно устанавливаемому закону. В качестве оцениваемых параметров изгибаемых железобетонных конструкций нами рекомендуется рассматривать следующие:

- сцепление арматуры периодического профиля с бетоном в зависимости от степени её коррозионного повреждения;

- расчетные значения прогибов и ширины раскрытия трещин, в функциональной зависимости от изменяющейся площади поперечного сечения арматуры в процессе развития коррозионных повреждений на её поверхности;

- изменение прочности бетона, до достижения им минимальной нормируемой прочности;

- расчетные значения прогибов и ширины раскрытия трещин, в функциональной зависимости от изменяющихся прочностных и деформационных характеристик бетона.

4. В качестве интегрального, нами предложен метод "нагрузка - предельные состояния II группы", одновременно учитывающий изменения эксплуатационных нагрузок и физико-механических свойств материалов железобетонных конструкций во времени. Метод основан на использовании результатов расчета, полученных с применением параметрических методов.

5. Для оценки возможности практического применения предложенных нами методов, в работе подробно исследованы вопросы коррозионного повреждения стальной арматуры в бетоне. Разработаны пять расчетных моделей коррозии. Для детального изучения влияния глубины коррозии арматуры на деформации изгибаемых железобетонных элементов, в качестве основных, выбраны модели, равномерной и неравномерной "серповидной" с полным охватом стержня, коррозии.

6. В ходе проведенных исследований нами рассмотрено несколько вариантов изменения прочностных свойств бетона в процессе длительной эксплуатации железобетонных конструкций. Предложена расчетная модель образования прогибов, обусловленных ползучестью бетона, для расчета изгибаемых железобетонных конструкций, находящихся в эксплуатации длительное время. На основе предложенной расчетной модели разработана упрощенная методика расчета прогибов изгибаемых железобетонных конструкций, позволяющая учитывать деформации ползучести при снижающемся в процессе эксплуатации классе бетона.

7. На примерах наиболее распространенных плит покрытия и перекрытий, с обычной и преднапряженной арматурой, исследовано влияние коррозионных процессов в арматуре, а также изменения прочности бетона на развитие деформаций изгибаемых железобетонных конструкций, эксплуатируемых зданий и сооружений:

- нормируемый предел коррозионного повреждения арматуры в 15 %, может быть превзойден в несколько раз и для различных конструкций может составлять до 70 %, в зависимости от уровня эксплуатационных нагрузок и их конструктивных особенностей.

- предельно допустимая степень коррозионного повреждения арматуры составляет от 34 до 72,2 %, в зависимости от уровня эксплуатационных нагрузок и конструктивных особенностей железобетонных изгибаемых элементов;

- при достижении коррозией предельной степени, величины прогибов могут возрастать в 1,8. 17,2 раза, что сопровождается раскрытием трещин или увеличением расчетной ширины раскрытия трещин в 3,34.4,49 раза, в зависимости от конструктивных особенностей железобетонных изгибаемых элементов и применяемой методики расчета;

- при снижении класса бетона от проектного значения до В7,5, величины расчетных прогибов могут возрастать в 1,15.9,2 раза, что может сопровождается раскрытием трещин или увеличением расчетной ширины раскрытия трещин на 1,7. .30 %, в зависимости от конструктивных особенностей железобетонных изгибаемых элементов и применяемой методики расчета.

8. Проведенные исследования показали, что расчеты остаточного ресурса железобетонных элементов предложенными нами методами, без применения специальных программ представляют собой трудоемкий процесс. Для решения этой проблемы нами разработаны специальные вычислительные программы "IZGIBGBK", "IZGIBGBK P" и "GBK" для ЭВМ, предназначенные для расчетов изгибаемых железобетонных конструкций по II группе предельных состояний, с учетом развития коррозионных повреждений на поверхности арматуры и изменения прочностных свойств бетона во времени.

9. По результатам проведенных нами исследований разработана "Методика выполнения расчетов по прогнозированию остаточных сроков службы железобетонных изгибаемых элементов" (Приложение Г), в основу которой положены параметрические методы и интегральный метод "нагрузка - предельные состояния II группы".

10. Предложенные нами методы получили практическое применение при оценке остаточного ресурса плит покрытий дизель-генераторной станции и блочной насосной станции 1-ой очереди Кольской АЭС, зданий и сооружений 1-го энергоблока Нововоронежской АЭС и бассейна Дворца подводного спорта в г. Воронеже. Результаты использования разработанной нами методики подтверждены соответствующими актами внедрения (Приложение Г).

1. Авиром JI.C. Надежность конструкций сборных зданий и сооружений. Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1971. - 216 с.

2. Александровский С.В. Долговечность наружных ограждающих конструкций. М.: НИИСФ РААСН. 2004. - 332 с.

3. Александровский С.В. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия (с учетом ползучести). М.: Стройиздат. 1966.-444 с.

4. Алексеев С.Н., Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. М., Стройиздат, 1976. -205 с.

5. Арендарский Ежи, Долговечность жилых зданий./ Пер. с польского М.В. Предтеченского; под ред. С.С. Кармилова. М: Стройиздат, 1983. 255с.

6. Артамонов B.C. Защита железобетона от коррозии. М.: Стройиздат. 1967.-128 с.

7. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991. - 767 с.

8. Барашиков А.Я. Расчет железобетонных конструкций на действие длительных переменных нагрузок. Киев: "Будивельник". 1974. - 147 с.

9. Беккиев М.Ю., Маилян Л.Р. Расчет изгибаемых железобетонных элементов различной формы поперечного сечения с учетом нисходящей ветви деформирования. Нальчик: Полиграфкомбинат им. Революции 1905 года, 1985. -132 с.

10. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1982. - 351 с.

11. Болотин В.В. Применение методов теории вероятности и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1971. - 255 с.

12. Бондаренко В.М. Расчетные модели силового сопротивления железобетона: Монография. М.: АСВ, 2004. - 472 с.

13. Бондаренко В.М., Суворкин Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для студентов вузов по спец. «Пром. и гражд. стр-во». М.: Высш. шк., 1987.-384 с.

14. Васильев А.И. Оценка коррозионного износа рабочей арматуры в балках пролетных строений автодорожных мостов / А.И. Васильев // Бетон и железобетон. М., 2000, - №4. - С. 20 - 23.

15. Гилевич В.Г. Результаты обследования строительных конструкций зданий и сооружений Кольской АЭС / В.Г. Гилевич // Технический отчет. Новосибирск: Предприятие "Сибтехэнерго", 1990. - 198 с.

16. Глухов JI.B. и др. Динамика, прочность и надежность элементов инженерных сооружений: Учебное пособие. М.: Издательство АСВ, 2003- 304 с.

17. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. -М.: Стройиздат, 1965. 354 с.

18. Голышев А.Б., Полищук В.П., Колпаков Ю.А. Расчет сборно-монолитных конструкций с учетом фактора времени. Киев: "Будивельник". 1974.-361 с.

19. ГОСТ 5272-68. Коррозия металлов. М.: ИПК Издательство стандартов, 1999.

20. ГОСТ 5781-82*. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия / Госстандарт СССР. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 13 с.

21. ГОСТ 7473-94. Смеси бетонные. Технические условия./Минстрой России. М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. - 10 с.

22. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 23 с.

23. ГОСТ 18105-86*. Бетоны. Правила контроля прочности / Госстрой СССР. М.: Издательство стандартов, 1992. - 13 с.

24. ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990 -19 с.

25. ГОСТ 28570-90. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций / Госстрой СССР. М.: Издательство стандартов, 1990.-9 с.

26. Гроздов В.Т. Определение предельных усилий в арматурном стержне при наличии на нем повреждений / В.Т. Гроздов // Известия вузов. Строительство. 1996. №8. - С.126 - 128.

27. Долговечность бетона в агрессивных средах: Совм. Изд. СССР -ЧССР ФРГ / С.Н. Алексеев, Ф.М. Иванов, С. Модры, П. Шиссль. - М.: Стройиздат, 1990.-320 с.

28. Долговечность железобетонных конструкций инженерных сооружений: (силосов, бункеров, резервуаров, водонапорных башен, подпорных стенок). Монография. Пухонто JI.M. М.: Изд-во АСВ, 2004. - 424 с.

29. Долговечность и эксплуатационная надежность строительных конструкций зданий и сооружений: Курс лекций / Г.Д. Шмелев; Воронеж, гос. арх-строит. ун-т. Воронеж, 2001. - 70 с.

30. Домокеев А.Г. Строительные материалы: Учебник для строит. Вузов. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 495 с.

31. Дрозд Я.И., Пастушков Г.П. Предварительно напряженные железобетонные конструкции: (Учеб. Пособие для строит, спец. вузов). 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Выш. шк., 1984. - 208 с.

32. Дружинин Г.В. Процессы технического обслуживания автоматизированных систем. М.: Энергия, 1973. 169 с.

33. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для строит, спец. вузов/ В.М. Бондаренко. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2002. - 876 с.

34. Зайцев Ю.В. Механика разрушения для строителей: Учеб. Пособие для строит, вузов. М.: Высш. шк., 1991. - 288 с.

35. Зайцев Ю.В. Строительные конструкции зданий и сооружений: Учеб. для техникумов по спец. "Строительство и эксплуатация зданий и сооружений". М.: высш. шк., 1992. 351с.

36. Инструкция по определению грузоподъемности железобетонных балочных пролетных строений эксплуатируемых автодорожных мостов. ВСН 32 -89 М.: Транспорт, 1991 166 с.

37. Инструкция по определению затрат при оценке проектных решений жилых и общественных зданий. СН 547-82 / Госгражданстрой. М. Стройиздат, 1983.-24 с.

38. Ишков А.Н. Применение параметрического метода при оценке остаточного ресурса железобетонных плит покрытия / А.Н. Ишков// Строительная физика в XXI веке: Материалы научно-технической конференции. М.: НИИСФ РААСН, 2006. - С. 577-581.

39. Колотилкин Б.М. Надежность функционирования жилых зданий. -М.: Стройиздат, 1989. 376 с.

40. Колотилкин Б.М. Проблемы долговечности и надежности жилых зданий. М.: Знание, 1972. - 60 с.

41. Корчагина В.Н. Обследование технического состояния строительных конструкций строящегося учебно-тренировочного центра / В.Н. Корчагина // Отчет о научно-исследовательской работе. Воронеж: Воронежская архитектурно-строительная академия, 1996. - 218 с.

42. Краснощекое Ю.В. Вероятностные характеристики несущей способности железобетонных конструкций по нормальным сечениям / Ю.В. Краснощекое // Бетон и железобетон. М., 2001, - №3. - С. 7 - 9.

43. Кудрявцев И.А., Пироговский К.Н. Методические рекомендации по определению физического износа жилых, общественных, промышленных зданий и транспортных сооружений и примерный состав восстановительных работ. Гомель: БелГУТ, 1995.-56 с.

44. Курс общей химии/ Миигулииа Э.И., Масленникова Г.Н., Коровин Н.В., Филипов Э.Л. М.: Высш. шк., 1990. - 446 с.

45. Лившиц Я.Д. Расчет железобетонных конструкций с учетом влияния усадки и ползучести бетона. Киев: "Вища школа". 1966.

46. Литовский В.М. Сборный железобетон: Справочник. Л.: Стройиздат, 1990. -144 с.

47. Маилян Р.Л., Маилян Д.Р., Веселов Ю.А. Строительные конструкции: Учебное пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2004. - 880с.

48. Махно А.С. Оценка надежности изгибаемых элементов, усиленных наращиванием сечения / А.С. Махно // Бетон и железобетон. М., 2001, - №6. - С. 18-20.

49. Мельчаков А.П. Расчет и оценка риска аварии и безопасного ресурса строительных объектов. (Теория, методики и инженерные приложения): Учебное пособие. Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2006. - 49 с.

50. Методические рекомендации по экспериментальному определению деформаций усадки и ползучести бетонов / НИИСК Госстроя СССР. К., 1976. -32 с.

51. Морозов А.С., Ремнева В.В., Тонких Г.П. и др. Организация и проведение обследования технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений. Москва, 2001 г. 212 с.

52. Осасюк В.В. Прогнозирование остаточного ресурса материала элементов конструкций энергетического оборудования после длительной эксплуатации: Дисс. д-ра техн. наук / Виктор Викторович Осасюк. Киев, 1987. - 357 с.

53. Обследование и испытание зданий и сооружений: Учеб. Пособие для вузов / В.Г. Козачек, Н.В. Нечаев, С.Н. Нотенко и др; Под ред. В.И. Римшина. -М.: Высш. шк., 2004. 447 с.

54. Обследование и реконструкция железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений: Учебное пособие / А.И. Бедов, В.Ф. Сапрыкин. М.: Изд-во АСВ. 1995 -192 е.: ил.

55. Острейковский В.А. Теория надежности: Учеб. Для вузов / В.А. Ост-рейковский. -М.: Высш. шк., 2003. 463 е.: ил.

56. Пирадов К.А., Бисенов К.А., Абдуллаев К.У. Механика разрушения бетона и железобетона. Учебник для строительных вузов. Алматы: 2000. - 306 с.

57. Пирадов К.А. Прогноз несущей способности и долговечности железобетонных конструкций моста-метро через Москву-реку в Лужниках / К.А. Пирадов, Е.А. Гузеев // Бетон и железобетон. М., 1998, - №3. - С. 22 - 24.

58. Пирадов А.Б. Расчет предварительно напряженных железобетонныхизгибаемых элементов методами механики разрушения / А.Б. Пирадов, К.А. Пи-радов // Бетон и железобетон. М., 2001, - №4. - С. 15 - 16.

59. Пирадов К.А. Учет фактора времени при расчете железобетонных элементов методами механики разрушения / К.А. Пирадов, Т.Д. Мамаев // Бетон и железобетон. М., 2001, - №3. - С. 12-15.

60. Пирадов К.А. Физико-механические, силовые, энергетические и структуроформирующие параметры бетона / К.А. Пирадов, Т.Д. Мамаев, Т.А. Кожабеков, С.М. Марченко // Бетон и железобетон. М., 2002, - №2. - С. 10-12. -162 с.

61. ПНАЭГ-10-007-89. Нормы проектирования железобетонных сооружений локализующих систем безопасности атомных станций. Москва: ГАЭН СССР, 1989.-215 с.

62. Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций. Под ред. С.В. Александровского. М.: Стройиздат, 1976. 351 с.

63. Половко A.M. Основы теории надежности. М.: Наука, 1964. - 344 с.

64. Пособие по обследованию строительных конструкций зданий / АО ЦНИИпромзданий. М.: ГУП ЦПП, 1997. - 158 с.

65. Правила оценки физического износа жилых зданий. ВСН53-86(р)/ Госгражданстрой. М.: Прейскурантиздат, 1988. - 72 с.

66. Проектирование железобетонных конструкций: Справоч. Пособие / А.Б. Голышев, В.Я. Бачинский, В.П. Полищук и др.; Под ред. А.Б. Голышева. К.: Буд1вельник, 1985. - 496 с.

67. Прокопишин А.П. Капитальный ремонт зданий: Справочник инженера сметчика. В 2 т. Т. 1. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991. - 463 с.

68. Райзер В.Д. Методы теории надежности в задачах нормирования расчетных параметров строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1986. 180 с.

69. Райзер В.Д. Сравнительный анализ надежности железобетонных конструкций, проектируемых по отечественным и европейским нормам / В.Д. Райзер, О.В.Мкртычев//Бетон и железобетон.-М., 1998,-№3.-С. 10-13.

70. Райзер В.Д. Теория надежности в строительном проектировании. М.: Издательство АСВ, 1998. 304 с.

71. Расчет железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости и деформациям / А.С. Залесов, Э.Н. Кодыщ, JI.JI. Лемыш, И.К. Никитин. М.: Стройиздат, 1988.-320 с.

72. РД ЭО 0447-03. Методика оценки состояния и остаточного ресурса железобетонных конструкций АЭС, важных для безопасности. Москва: "РОСЭНЕРГОАТОМ", 2002. 78 с.

73. РД ЭО 0462-03. Методика по обоснованию срока службы строительных конструкций, зданий и сооружений атомных станций с РБМК. Москва: "РОСЭНЕРГОАТОМ", 2003. 72 с.

74. Рекомендации по обеспечению надежности и долговечности железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений при их реконструкции и восстановлении / Харьковский Промстройниипроект. М.: Стройиздат. 1990.-176 с.

75. Рекомендации по определению сроков службы конструкций полносборных жилых зданий. Москва: Отдел НТИ АКХ им. К.Д. Памфилова, 1983. 29с.

76. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций по внешним признакам. Москва: ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, 1989. 44 с.

77. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. М.: Стройиздат, 1978. - 239 с.

78. Рогонский В.А. и др. Эксплуатационная надежность зданий. Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 280 с.

79. Ройтман А.Г. Надежность конструкций эксплуатируемых зданий. -М.: Стройиздат, 1985. 175 с.

80. Ройтман А.Г. Предупреждение аварий жилых зданий. М.: Стройиздат, 1990.-240 с.

81. Российская архитектурно-строительная энциклопедия. В 5 т. Т. 5. -М.: Стройиздат, 1995. С.7 - 46.

82. СНиП 1-2. Строительная терминология / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1980. - 32 с.

83. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М.: ГУЛ ЦПП, 2003. - 36с

84. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции /Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2000. - 76 с.

85. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии /Госстрой СССР. М.: ГП ЦПП, 1995. - 34 с.

86. СНиП 5.01.23-83. Типовые нормы расхода цемента для приготовления бетонов, сборных и монолитных бетонных, железобетонных изделий и конструкций/ Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1985. - 44 с.

87. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология / Госстрой России. -М.: ГУП ЦПП, 2003.-104с.

88. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. /Госстрой России. М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 26с.

89. СНиП 82-02-95. Федеральные (типовые) элементные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и конструкций/ Минстрой России. М.: ГП ЦПП, 1996. - 17 с.

90. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений / Госстрой России. М.: ГУЛ ЦПП, 2003. - 32 с.

91. СП 52-101-03. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры./Госстрой России. М.: ФГУП ЦПП, 2004.

92. СТ СЭВ 1406-78. Конструкции бетонные и железобетонные. Основные положения проектирования / Постоянная Комиссия по сотрудничеству в области стандартизации СЭВ. М.: Издательство стандартов, 1980. - 12 с.

93. Тамразян А.Г. Влияние реологических свойств структуры на долговечность бетона / А.Г. Тамразян, А.Т. Хетагуров // Бетон и железобетон. М., 2001,-№5.-С. 4-6.

94. Тамразян А.Г. К оценке определения уровня риска чрезвычайных ситуаций по основным признакам его проявления на сооружения / А.Г. Тамразян // Бетон и железобетон. М., 2001, - №5. - С. 4 - 6.

95. Уткин B.C. Определение надежности железобетонного элемента при центральном сжатии возможностным методом / B.C. Уткин, J1.B. Уткин // Бетон и железобетон. -М, 1998, -№3.- С. 18.

96. Чирков В.П. Надежность и долговечность железобетонных конструкций зданий и сооружений. Российская арх.-строит. энциклопедия., том V. М.: ВНИИНТПИ Госстроя РФ, 1998. С. 86 - 117.

97. Чирков В.П. Прогнозирование трещиностойкости предварительно напряженных железобетонных балок с учетом фактора времени / В.П. Чирков // Бетон и железобетон. М., 2001, - №2. - С. 21 - 25.

98. Чирков В.П. Прогнозирование ширины продолжительного раскрытия трещин изгибаемых элементов с учетом случайных факторов / В.П. Чирков, С.А. Зенин // Бетон и железобетон. М., 2002, - №3. - С. 13 - 15.

99. Шмелев Г.Д. Комплексная инженерная методика прогнозирования остаточного срока службы железобетонных конструкций / Г.Д. Шмелев // Строительная физика в XXI веке: Материалы научно-технической конференции. М.: НИИСФ РААСН, 2006. - С. 582 - 585.

100. Шмелев Г.Д. Некоторые аспекты надежности строительных конструкций / Г.Д. Шмелев // Материалы и технологии XXI века / Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции. Ч. III. - Пенза, 2001. - С. 122 -124.

101. Шор Я.Б., Кузьмин Ф.И. Таблицы для анализа и контроля надежности. М: Советское радио, 1968. - 288 с.

102. Шпете Г. Надежность несущих строительных конструкций/ Пер. с нем. О.О. Андреева. М.: Стройиздат. 1994. - 288 с. - Перевод. Изд.: Gerhard Spaethe. - Die Sicherheit tragender Baukonstruktionen.

103. Экономика и управление недвижимостью: Учебник для вузов/Под общ. Ред. П.Г. Грабового. Смоленск: Изд-во «Смолин Плюс», М.: Изд-во «АСВ»,2000.-568с

104. Kimishima Н., Kitahara Y. Creep and creep recovery of mass concrete. Technical Laboratory. Central Research Institute of Electric Power Industry. Tokyo. Sept. 1964.

105. Reddi S. A. Design Life of Concrete Structures. International Conference on Maintenance & Durability of Concrete Structures, March 4-6, 1997, JNT University, Hyderabad, India, pp. 407 415.

106. Varlaven Y. Problems fib for the forthcoming period. Journal of the fib «Structural Concrete», April 2000, Vol. 121 No.4. pp. 5-7.