автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Особенности работы железобетонных конструкций в условиях замораживания и оттаивания

На правах рукописи

ХОМЯКОВА ИРИНА ВАСИЛЬЕВНА

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ ЗАМОРАЖИВАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Улан-Удэ, 2003

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете и Техническом институте (филиале) Якутского государственного университета им. М.К. Аммосова (г. Нерюнгри)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Пинус Борис Израилевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Енджиевский Лев Васильевич

Ведущая организация:

кандидат технических наук Баранников Владимир Георгиевич

Якутский проектный научно-исследовательский институт строительства (г. Якутск)

Защита состоится «17 » декабря 2003 г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 212.039.01 Восточно-Сибирского государственного технологического университета по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, -'•<• к. »ач «седанин Ученою сипни

С диссертацией можно опыьчмип.ся в йиблиогске В(.Т1 У

Автореферат разослан «/5*» ноября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Ямпилов С.С.

с>

Актуальность работы. Более полувека вопрос обеспечения стойкости железобетонных конструкций в условиях естественного или технологического воздействия отрицательных температур остается актуальным. Выдвинуто немало гипотез, имеющих целью объяснить физические закономерности морозной деструкции, накоплен большой экспериментальный материал, позволяющий ввести нормативные требования по проектированию железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях низкотемпературных воздействий.

Однако данные многочисленных обследований мостовых конструкций, зданий, технологических эстакад и различных инженерных сооружений, эксплуатируемых в районах республики Саха (Якутия) показывают, что две трети из них имеют внешние дефекты, повреждения, значимые изменения показателей конструктивных свойств материалов, что является косвенным свидетельством снижения их эксплуатационных качеств.

, Подобные факты имеют место и в других районах России, характеризующихся суровыми климатическими условиями и являются следствием, с одной стороны, явной недостаточности существующей системы расчетных, конструктивных и организационно-технологических мер по предотвращению (снижению скорости) морозной деструкции железобетонных конструкций, а с другой - практической невозможности учета в настоящее время влияния всех факторов, ее определяющих. Необходимо дальнейшее накопление экспериментальных данных по поведению конструкций в реальных условиях и разработка на их основе моделей, позволяющих наиболее адекватно их оценить.

Последние предложения крупнейших российских ученых (A.C. Залесов, Е.А. Чистяков, Н.И. Карпенко, Т.А. Мухамедиев) в области развития теории расчета железобетонных конструкций основаны на использовании деформационных моделей (зависимости а - г) для бетонов и арматуры как интегральных характеристик механических свойств материалов и динамики их структурных модификаций при различных внешних воздействиях. В настоящем исследовании предпринята попытка получить экспериментальное подтверждение возможности и целесообразности (достоверности) оценки последствий температурно-влажностных воздействий для железобетонных изгибаемых элементов с использованием основных параметров деформационных моделей бетонов. При этом, исходя из практической необходимости, применены режимы внешних воздействий наиболее вероятных для климатических условий строительных районов республики Саха (Якутия).

Целью работы являлось установление статистических закономерностей изменения несущей способности изгибаемых элементов, подвергаемых циклическому замораживанию и оттаиванию с переходом и без перехода максимальных температур в область положительных значений.

При этом было необходимо:

• установить статистические и причинно-следственные связи отказов, дефектов и повреждений железобетонных конструкций, эксплуатируемых в суровых климатических условиях, с наиболее вероятными значениями температуры и влажности;

• оценить структурные изменения в бетонах, подвергаемых циклическому замораживанию и оттаиванию, посредс[вом экспериментально определяемых диаграмм ст-е в условиях постоянной скорости деформирования;

• выполнить экспериментально-аналитические исследования ожидаемых значений прочности изгибаемых элементов для широкого диапазона уровня (коэффициентов) армирования.

Научную новизну работы составляют:

• гипотеза о возможности использования полной диаграммы деформирования бетонов Оь - £ ь в качестве обобщенной характеристики изменений структуры бетона, подвергнутого неблагоприятным воздействием внешней среды;

• результаты анализа и статистико-вероятностного обобщения экспериментальных и модельных исследований бетонов и железобетонных элементов;

• представления об определяющем влиянии конструктивных особенностей железобетонных элементов на изменение их значимых показателей работоспособности при низкотемпературных воздействиях.

Практическое значение работы состоит в:

• разработке системного подхода к прогнозированию изменений несущей способности железобетонных элементов в суровых климатических условиях, включая оценку агрессивности среды, определение струк-турно-деформативных характеристик бетонов и прочности элемента по нормальному сечению с учетом вероятного характера разрушения;

• реализации разработанной методики и модели поведения бетона при многочисленных обследованиях мостов, зданий и сооружений в различных регионах республики Саха (Якутия).

Апробация работы. Результаты исследований и основные материалы диссертационной работы докладывались на научно-практической конференции "Проблемы и перспективы освоения природных ресурсов Южно-Якутского региона" (г. Нерюнгри, 1996 г.); научно-практической международной конференции «Физико-технические проблемы освоения и развития Южно-Якутского региона» (г. Нерюнгри, 1998 г.); научно-практической городской конференции «Проблемы освоения и перспективы развития Южно-Якутского региона» (г. Нерюнгри, 2001 г.); IV-й научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Наука — Южно-Якутскому региону» (г. Нерюнгри, 2002 г.); VII-й Международной научно-практической конференции «Биосферосовме-стимые и средозащитные технологии при взаимодействии человека с окружающей средой» (г. Пенза, 2002 г.); научно-практических конференциях, проходивших в ИрГТУ (г. Иркутск 2001...2002 гг.); научно-практической конференции «Вопросы проектирования и строительства транспортных объектов в условиях республики Саха» (г. Якутск, 2003г.).

Публикации. Основные положения диссертации и ее результаты опубликованы в шести работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа содержит 137 страниц машинописного текста, в том числе 24 рисунка, 34 таблицы. Список литературы включает 108 наименований.

На защиту выносятся:

• систематизированные и обобщенные данные по результатам натурных обследований и испытаний железобетонных конструкций, длительно эксплуатируемых в естественных условиях строительных районов республики Саха (Якутии);

• -экспериментально обоснованное предположение о возможности (необходимости) интегральной оценки структурных изменений в бетонах, подвергнутых циклическому низкотемпературному воздействию, посредством диаграмм ст - е;

• представления об определяющем влиянии конструктивных особенностей железобетонных элементов на их «чувствительность» к низкотемпературным воздействиям;

• данные статистических обобщений и изменения вероятностных параметров надежности железобетонных конструкций в условиях морозной деструкции бетонов.

Во введении дается системное обобщение данных инструментальных обследований и диагностики состояния железобетонных конструкций зданий и сооружений, эксплуатируемых в суровых климатиче-

ских условиях Саха (Я кути и). Подчеркивается недостаточность используемого нормативного подхода по расчету и конструированию железобетонных элементов в условиях совместного действия нагрузок, внешней среды и, следовательно, необходимость дальнейших исследований в этом направлении. Определены цель и задачи исследования, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дается системный анализ климатических условий северо-восточных регионов на примере многолетних метеорологических данных республики Саха (Якутия), позволяющий вести дифференцированный учет агрессивности по отношению к бетону естественных темпе-ратурно-влажностных воздействий в зависимости от температурных перепадов, влажности и минимума температуры замораживания. Выполнен обзор предложений по установлению обобщенной оценки климата и ее взаимосвязи с нормируемой маркой морозостойкости бетона. Подчеркивается объективная противоречивость и ограниченность предложенных подходов, недостаточно учитывающих влияние многочисленных конструктивных факторов влияющих на кинетику морозной деструкции (напряженного состояния, уровня армирования, предыстории деформирования и т.п.).

Дается краткое изложение и обобщение многочисленных исследований в области морозостойкости бетонных и железобетонных конструкций, выполненных В.М. Москвиным, С.А. Мироновым, Г.Е. Горчаковым, Ф.М. Ивановым, Б.Г. Скрамтаевым, C.B. Александровским, С.Н. Алексеевым, J1.H. Антоновым, В.Г. Батраковым, O.E. Власовым, B.C. Гладковым, B.C. Голубых, В.М. Мазуром, А.Ф. Миловановым, М.М. Капкиным, A.M. Подвальным, Б.И. Пинусом, Б.В. Стольниковым, А.Н. Савицким, C.B. Шестоперовым, В.Н. Яр-маковским, Т. Пауэрсом, Т. Кеннеди, А.Коллинзом, Р. Валоре, М. Вален-той и другими отечественными и зарубежными учеными. Существуют различия во взглядах и на физические закономерности процессов, протекающих в бетонах при замораживании и оттаивании (ЦЗО), и на выбор наиболее чувствительных к ЦЗО показателей свойств бетона и, как следствие, в количественной оценке последствий и кинетики деструктивных процессов. На наш взгляд, их наличие объективно и объяснимо стремлением авторов наиболее адекватно обобщить полученные ими экспериментальные данные. Используемые при этом методики экспериментальных исследований (вид и размеры образцов, условия изготовления, выдерживания, охлаждения и оттаивания, способ испытаний, контролируемые характеристики и т.д.) существенно отличаются друг от друга, что ограничивает возможности и достоверность их совместного обобщения.

Тем не менее, имеется ряд нормативных требований (ограничений) при проектировании железобетонных конструкций, которые сводятся к ужесточению требований (ГОСТ10060-95) к оценке морозостойкости бетона (критерий 15% снижения прочности при ЦЗО заменен на 5%-ный); целевому назначению марки бетона по морозостойкости в зависимости от наиболее вероятной температуры воздуха и условий влагонасьпцения; снижению расчетных значений сопротивления бетона сжатию и растяжению, посредством введения коэффициента условий работы уЬ6 и другие. При всей несомненной значимости указанных требований их недостаточность очевидна и наглядно подтверждается ограниченными сроками эксплуатации реальных конструкций и сооружений.

В большинстве выполненных исследований в области морозостойкости железобетонных конструкций, для оценки получаемых в испытаниях опытных данных, используются отдельные характеристики конструктивных свойств бетона (R, Rb, Rbt, Еь). Их изменения при темпе-ратурно-влажностных воздействиях являются факторами, определяющими прочность, жесткость и деформативность конструкции. При этом не учитывается то обстоятельство, что реализация прочностных и деформа-тивных свойств бетонов существенно зависит, а во многих случаях предопределена конструктивным решением железобетонного элемента (сечением, коэффициентом армирования) и условиями его деформирования (свободного, стесненного или ограниченного). Именно на эту особенность работы железобетонных конструкций указывается в работах А.И. 3 вездова, A.C. 3 алесова, Е.А. Ч истякова, Т.А. Мухамедиева, Н.И. Карпенко, предлагающих вести расчет и проектирование железобетонных элементов с использованием деформационных моделей бетона (сгь-еь) и арматуры (oy-£s).

-Практическая реализация этих предложений сопряжена с необходимостью экспериментальных исследований, позволяющих получать полные диаграммы сжатия (растяжения) бетонов, включая начальный участок (рис 1...3) и нисходящую ветвь. Известно, что их определение возможно только в условиях приложения испытательной нагрузки в режиме, обеспечивающем постоянную скорость деформирования бетона. При этом становится возможным установить как все параметры деформирования бетонов, так и их изменения, вызванные структурными модификациями в условиях внешних воздействий (в том числе температурно-влажностных).

Исходя из вышеупомянутого, были поставлены и решены следующие задачи:

- определить связь отказов, дефектов и повреждений железобетонных конструкций, работающих в экстремальных климатических условиях, с достоверными статистически обоснованными данными значений температуры и влажности, выявить причины и технические последствия указанных явлений;

- произвес1И экспериментальную оценку изменений структуры бетона при циклическом замораживании и оттаивании на основании использования диаграмм as с ниспадающей ветвью;

- прогнозировать наиболее вероятные изменения прочности изгибаемых железобетонных элементов при различных конструктивных решениях и температурно-влажностных воздейовиях;

- исследовать экспериментально-аналитическим путем полученные величины прочности изгибаемых элементов для различных значений коэффициентов армирования.

Во второй главе изложена методика экспериментальных исследований. Выбор методики экспериментальных исследований осуществлялся, исходя из принятия рабочей гипотезы о том, что:

1) диаграмма сжатия (растяжения) бетона является чувствительной интегральной характеристикой его конструктивных свойств;

2) изменение основных параметров работоспособности железобетонных конструкций (прочности, жесткости, трещиностойкости, долговечности и др.) можно оценить путем экспериментально-аналитических моделей, основывающихся на диаграммах типа ab(t)- г b(t) и cts - е s. При этом t- обобщенный параметр любых внешних воздействий, в том числе и температурно-влажностных.

При таких предпосылках основная задача экспериментальных исследований состояла в выборе методики, позволявшей:

- получать полные диаграммы деформирования бетонов, включая нисходящую ветвь;

- использовать режимы внешних воздействий, наиболее адекватные естественному для районов северо-востока Якутии, с одной стороны, и принятому стандартному - с другой;

- получать репрезентативные выборки на отдельных этапах воздействий, позволяющие осуществлять их вероятностно-статистическое обобщение.

Исходя из технических возможностей Института горного дела Севера ЯНЦ СО АН РФ, на базе которого выполнены механические испытания опытных образцов, размер последних был принят 50x50x200 мм. Все они (180 штук) изготавливались из бетона одного состава (Ц:Щ:П:В = 480:1230:496:153 кг/м3). В качестве пластификатора применялась добавка - лигносульфанат технический (ЛСТ по ТУ 13-028036-05 - 0,2% от

массы цемента). В дальнейшем все образцы были разбиты на три группы в зависимости от режима воздействий:

1-контрольная (нормальные естественно-лабораторные условия хранения);

2-подвергаемая температурно-влажностным воздействиям в водона-сыщенном состоянии: 2а - по базовому ускоренному методу: замораживание до температуры -18°С ± 2 (2 часа), оттаивание при температуре -Ч8°С ± 2 (2,5 часа) в 5%-ном солевом растворе NaCl (ЦЗО); 26 - циклическому замораживанию и оттаиванию в диапазоне температур -35°С...-5°С: понижение температуры происходило в климатической камере со скоростью 5°С/час, с последующей выдержкой при температуре -35°С - 3 часа (ЦЗ). Повышение температуры до -5°С происходило в течение 6-7 часов. Образцы групп 2а и 26 прошли по 45 циклов до момента механических испытаний.

Испытания проводились на машине UTS-250, позволявшей осуществлять нагружение (точность 0,001Н) в режиме, обеспечивающем постоянство скорости деформирования 0,5 мм/мин (точность-0,001мм). Испытания осуществлялись в автоматическом режиме с записью диаграмм Сть - сь. Торцы всех призматических образцов перед испытанием были отшлифованы для обеспечения условий осевого сжатия.

Кроме графических зависимостей ст - s _ для каждого образца получали табличную запись усилий, перемещений и времени испытаний.

Полученные нами диаграммы сжатия представлены на рис. 1, 2,

о

i

Исходя из задач настоящего исследования, общая деформационная модель бетона рассматривается в виде (рис.4).

£ь = еьо + £ы + £¡¡>2,

где е0 - участок начального деформирования, характеризующийся вогнутостью кривой а-е;

shl - участок преимущественно упругого уплотнения до момента достижения максимума нагружения;

£Ь2 - ниспадающая ветвь диаграммы сжатия - зона ускоренного «разуплотнения» при сжатии.

Принципиальной особенностью полученных экспериментальных кривых является наличие вогнутого участка кривых сжатия еьо, названного О.Я. Бергом «зоной первоначального уплотнения струкгуры» или «зубом» (H.H. Карпенко). Во многих ранее выполненных исследованиях его наличие не фиксируется, так как стандартные методы испытаний сопряжены с отжатием этих деформаций призм при начальном их цеитрирова-

■ 20 - -

i 1-

I J,

00 0 1 02 0,3 0 4 OS 0 6 0 7 0J 0,9 1,0 M 12

Этносшельныедеформации (100

00 01 0,2 0J 04 0 5 0.« 0 7 0« 09 10 11 12

Относительные деформации хЮО

Рис.] .Диаграмм деформирования бетона (полные), полученные после испытания кон 1 рольных образцов.

Iя' ' '-'"РТТ1

00 01 02 03 0A Ofi 00 0J Of 09 1Д 11 12

н ыс деформации, х100

Рис.2. Диафаммы деформирования бетона (полные), полученные после испытания образцов, прошедших ЦЗ

/ 11 IÍ ' - 1__i__

Еы, с' Сь| Ец Е

Ч /> <- еь

Рис.3. Диаграммы деформирования бетона (полные), полученные после испытания образцов, прошедших ЦЗО

Рис.4. Общая деформационная модель диафаммы сжатия а-е: 1(сьо)-начальный участок; 2(£И)-участок условно упругого деформирования; 3(г.Ь2)-участок псевдопластического деформирования

Рис.5. Экспериментальная кривая а-е аппроксимированная 3-линейной зависимостью: 1,11,111 - границы качественного изменения

и

нии с уровнями напряжений Оь/Яь= 0,2...0,25. Исключение этих деформаций сопряжено с недооценкой потенциальной предельной сжимаемости бетонов и неточностью связанных с этим расчетных предпосылок железобетонных элементов при стесненных условиях их деформирования.

Установлено, что величина полных деформаций бетонов при сжатии находится в диапазоне значений (4,8... 10,0 ) х10'3, в зависимости от условий испытания (рис. 1 ...3), и во всех случаях существенно больше косвенно учитываемой (например, при установлении расчетной сопротивляемости арматуры сжатию) предельной сжимаемости бетона (2,0...2,5)хЮ". При сопоставлении средних значений относительное увеличение еь для образцов, прошедших ЦЗО, составило 40%, а ЦЗ-10% в сравнении с контрольными образцами. ЦЗО не только ведет к росту полных деформаций бетона в 1,4 раза, но и к существенному качественному изменению характера деформирования.

, Принятая деформационная модель в виде трех составляющих (рис. 5) позволяет осуществлять качественный и количественный анализ сжимаемости бетона и ее кинетики.

Деформирование на участке еЬо характеризуется низким модулем, величина которого стремится к нулю после циклических температурных воздействий. У образцов, подверженных циклам замораживания и оттаивания, доля еьо в полных деформациях составляет 48,0 %, а доля еЬ2 (ниспадающей ветви) в еь - 15,8 %. После ЦЗО, в сравнении с контрольными образцами, наблюдается рост участков: 1(еьо) в 5,3 раза; 3(еЬ2) в 5,7 раза. То есть почти весь прирост деформаций происходит за счет первоначального уплотнения нарушенной при ЦЗО структуры и ее псевдопластического (по О .Я. Бергу) деформирования непосредственно перед обрушением.

Необходимо отметить, что циклическое замораживание в пределах отрицательных значений (ЦЗ) на принятой базе испытаний также ведет к определенной (по тенденции аналогичной ЦЗО) трансформации деформаций, но в существенно меньшей степени: увеличение вьо, еЬ2 по сравнению с контрольными образцами составило соответственно 1,45 и 4,2 раза. Можно предполагать, что суточные колебания температур сопровождаются деструктивными процессами в бетонах, но их интенсивность значительно меньше, чем при ЦЗО.

Восходящий участок диаграммы (еы) характеризуется и наибольшими протяженностью и модулем деформации. Морозные воздействия однозначно ведут к сокращению этого участку (на 30% и 4% соответственно при ЦЗО и ЦЗ), а также к аналогичному (по характеру) измене-

нию модуля.

Наиболее часто последствия морозных воздействий на бетон оценивается по изменению прочностных показателей. В проведенных испытаниях снижение прочности после ЦЗО и ЦЗ составляло соответственно 36,7% и 15,3%. Рассматривая показатель удельной деформативно-сти бетонов Еы/Rb, отметим, что ее рост происходит за счет опережающего снижения прочности. Более существенный рост удельной деформа-тивности можно наблюдать при учете полных деформаций бетона, однако он обусловлен, главным образом, развитием микротрещин при темпе-ратурно-влажностных воздействиях и псевдопластического деформирования после достижения максимума кривой а-е.

Ввиду непропорциональных и неоднозначных изменений показателей прочности и сжимаемости предлагается оценивать степень морозной деструкции бетона по показателю энергии диссипации, численно равной площади диаграммы сжатия.

В рекомендациях международных норм и в работах ведущих российских ученых (А.И. Звездов, A.C. Залесов, Т.А. Мухамедиев, Е.А. Чистяков) предусматривается возможность аппроксимации диаграммы состояния сжатого бетона в виде криволинейной, 2- и 3-линейной (ломаной) зависимости. Выбор зависимости зависит от структуры и условий деформирования элемента (образца). Выполненные нами исследования показали возможность принципиального изменения характера деформирования бетона после низкотемпературных воздействий, что может быть объяснено его структурной трансформацией.

Для количественной оценки уровня изменения энергии после ЦЗ и ЦЗО, экспериментальные кривые ст-е были аппроксимированы 3-линейной зависимостью с переломами прямых в точках, соответствующих границам качественного изменения диаграммы (показано пунктиром на рис.5). При этом площадь первого участка (Al) характеризует энергию начального уплотнения; второго (А2) - условно упругого деформирования; третьего (A3) - условно пластического деформирования.

В таблице 1 приведены осредненные данные указанных площадей, в условных единицах, для всех испытанных образцов.

Судя по полученным данным, циклические низкотемпературные воздействия ведут к постепенному снижению как общего потенциала энергии сопротивления, так и, главным образом, потенциала упругого деформирования. Сопоставляя уровни снижения прочности и энергии упругого деформирования, нетрудно видеть высокую степень их корреляционной связи (более 86%). Это обстоятельство позволяет использовать еще один критерий оценки стойкости бетонов при агрессивных воз-

действиях среды и подтверждает необходимость учета напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций, эксплуатируемых в подобных условиях.

Таблица 1

__Расчетные данные площади диаграмм_

Условия испытания Общая площадь в условных В том числе по участкам. %

% А1 А2 АЗ

Контрольные 97,51 100 3,6 3,69 69,65 71,43 24,26 24,88

ЦЗ 90,57 92,9 5,76 6,36 59,27 65,44 25,54 28,2

ЦЗО 69,93 71,7 17,95 25,66 30,37 43,43 21,67 30,91

Детальному рассмотрению этого вопроса посвящена 3 глава диссертационной работы, в которой изложены результаты экспериментально - аналитического моделирования работы железобетонных изгибаемых элементов, подвергаемых ЦЗ и ЦЗО.

В исследованиях приняты следующие предпосылки:

• динамика изменения конструктивных свойств сжатого бетона интегрально оценивается экспериментально получаемыми диаграммами аь-£ь после прохождения ЦЗ и ЦЗО;

• считается справедливой гипотеза плоских сечений;

• разрушение сжатого (при изгибе) бетона происходит послойно, при условии выполнения для ¡-го слоя неравенства Бы £ г.ь;

• расчет несущей способности осуществляется с использованием деформационных моделей бетона и арматуры класса АШ. Реализация предлагаемого подхода выполнена на ЭВМ по программам «81§тае1», разработанными В.М. Поповым. Использован метод итераций, суть которого состоит в последовательном варьировании значением высоты сжатой зоны бетона при заданных (полученных экспериментально) величинах деформаций крайней сжатой фибры бетона. Итерация завершается по выполнении неравенства:

где >1Ь — суммарные усилия в целых слоях бетона (послойно);

Ыьс — усилие в нижней части крайнего верхнего слоя бетона, полученное

после отбрасывания в этом слое верхней его части, в которой начинается дробление бетона;

— усилие в верхней части крайнего нижнего слоя бетона, полученное после отбрасывания в этом слое нижней его части, в которой происходит разрыв бетона; Ы5 — усилия в арматуре

На первом этапе расчетов определялась несущая способность для 20 значений деформаций крайней сжатой фибры бетона в диапазоне (0,5 ...7,0) х 10"3 при различных коэффициентах армирования; на втором -производился расчет максимального изгибающего момента, который способна воспринять модельная балка с сечением Ь х Ь0 = 200 х 360 мм при различных коэффициентах армирования, а также процент армирования Мм»х> при котором напряжения в арматуре достигают предела текучести.

Принятая методика исследований позволяет осуществлять многофакторный анализ вероятных значений основных параметров, характеризующих напряженно-деформированное состояние изгибаемого железобетонного элемента, и оценку последствий температурно-влажностных воздействий с точки зрения:

а) влияния структурных изменений в бетонах на несущую способность железобетонных элементов с различными коэффициентами армирования;

б) сохранения потенциальной способности бетонов к обеспечению текучести арматуры и максимума прочности армированного элемента;

в) соответствия предлагаемого (по деформационным моделям) и нормативного (по СНиП) методов прогнозирования изменения прочности изгибаемых элементов при ЦЗО и ЦЗ.

На рис. 6. представлены кривые изменения несущей способности М=А[ц) железобетонных изгибаемых элементов в зависимости от процента армирования при различных температурно-влажностных условиях. Из них следует подтверждение прогнозированной ранее неоднозначности влияния структурных изменений в бетонах при ЦЗО и ЦЗ на прочность изгибаемого железобетонного элемента. При уровнях армирования существенно ниже граничного (до (.1=1,5%) имеет место полная тождественность прочности независимо от режима внешних воздействий. Отклонения кривых становятся заметными при ц>2%. Причем, если при ЦЗ эю проявляется в постепенном отклонении от прочности контрольных образцов в пределах 1,5 ...7,0%, то после ЦЗО наблюдается практическое

Рис 6 Зависимость величины изгибающего момента от процента армирования железобетонного изгибаемого элемента (средние значения) 1 - контрольные образцы, 2 - образцы после ЦЗО, 3- образцы после ЦЗ

! Деформации k р а и н i *i i Л а т л it ft с г и и ¡1 *1(НН| )

Рис 7. Зависимость несущей способности железобе генных изгибаемых элементов от деформаций крайней сжатой фибры бетона контрольных образцов при' ц=1,5%(1),

Рис 8 Зависимость несущей способности железобетонных изгибаемых элементов от деформаций крайней сжатой фибры бетона при 45 ЦЗО. ц=1,5%(1), ц=3,5%(2),д=4,5%(3).

Рис.9 Зависимость несущей способности железобетонных изгибаемых элементов от деформаций крайней сжатой фибры бетона при 45 ЦЗ ц-1,5%(1), ц=3,5%(2),р=4,5%(3)

выравнивание кривых (стабилизация значений М) при возрастающем (с увеличением ц) отклонении от показаний прочности контрольных образцов. Снижение прочности при вполне приемлемом для практики армировании |д=3,0% достигает 18,5% после ЦЗО. Наблюдаемое обстоятельство, очевидно, связано с принципиально изменяющимся характером напряженно-деформированного состояния изгибаемого элемента из-за существенной модификации деформативных способностей бетона. Это подтверждается приведенными на рис. 7...9 кривыми M=f(Eb), отражающими графики возможной реализации прочности железобетона в зависимости от максимальной сжимаемости бетона.

Отметим идентичность характера кривых М = f (ц) и М= f (еь), что является косвенным следствием используемой гипотезы плоских сечений. Пропорциональность зависимости момента от величины максимальных деформаций существенно зависит от уровня армирования. Так, при ц=1,5% начало стабилизации М наблюдается при деформациях около еь=Зх10"3. Стабилизация ожидаемых значений прочности переармированных образцов (|i > 3,13%) происходит только при Еь> 6 х 10"J.

Температурно-влажностные воздействия существенно меняют характер, кривых М = f (еь) и количественные значения деформаций, предопределяющих потенциал прочности изгибаемого элемента. С увеличением еь различия нормально армированных и переармированных образцов становятся более заметными. Однако имеется принципиальное отличие в уровнях их стабилизации: для нормально армированных элементов существенное изменение после ЦЗО диаграмм. аь - еь не ведет к снижению прочности, а в переармированных ожидаемое падение М составляет около 30%. При этом значение еь, соответствующее М^, практически не зависит от (л и на 10 -12% больше, чем для контрольных образцов. Отмеченные особенности изменения М = f (еь) объяснимы ростом деформаций начального участка Ем- Эти деформации не способны существенно влиять на напряженно-деформированное состояние в условиях свободного деформирования и, следовательно, абсолютные значения еь, принимаемые в расчетах, значительно возрастают.

Установленная выше неоднозначность влияния морозных воздействий на ожидаемые изменения Прочности изгибаемых элементов, должна быть увязана с рассмотрением вопроса о предельном (шах) армировании. Последнее предопределено возможностью достижения текучести в растянутой арматуре и зависит от деформативных возможностей бетона, интегрально оцениваемых полнотой эпюры напряжений в сжатой

зоне (ш). Циклическое замораживание и оттаивание ведет к существенному видоизменению распределения напряжений в сжатой зоне. Меняется общий характер кривой - от выпуклого к вогнутому, что при прочих равных условиях ведет к снижению ю. В таких условиях становится вполне вероятным снижение напряжений в растянутой арматуре и изменение границ и

Анализ полученных результатов показал, что температурно-влажностные воздействия способны существенно изменить характер вероятного разрушения изгибаемого элемента по нормальному сечению. Изменение прочности бетона при ЦЗО составило 37,5%, а граничное армирование снизилось в 1,6 раза. Подобное обстоятельство представляется очень важным для элементов, армирование которых находится в диапазоне значений, близких к граничному значению [ц=(0,7...0,8) цк].

Расчет прочности изгибаемых элементов по деформационным моделям с использованием реальных диаграмм деформирования бетона и арматуры позволяет решить вопрос поиска оптимальных конструктивных решений по различным значимым технико-экономическим критериям. Средние значения максимальных значений моментов, характеризующих изменение при ЦЗО (ЦЗ) потенциала сопротивляемости сжатого бетона, представлены в таблице 2. При армировании до (д=1% влияние ЦЗО (ЦЗ) практически не сказывается на изменение Ммах. Однако с дальнейшим ростом ц имеет место неуклонное снижение величины максимального момента. Важное значение имеет вопрос точности принятой аналитической аппроксимации М по деформационным моделям и СНиП. Данные таблицы 3 наглядно показывают высокую сходимость с расчетами по СНиП значений изгибающих моментов, полученных по предлагаемой деформационной модели для контрольных образцов. Имеющиеся расхождения при высоких значениях коэффициента армирования находятся в пределах точности расчетов. Это позволяет считать деформационный метод вполне приемлемым для оценки прочности изгибаемых элементов. На наш взгляд, расчет по деформационным моделям с использованием реальных диаграмм сжатия бетона, позволяет более адекватно учитывать модификацию структуры при ЦЗО, которая происходит главным образом в направлении снижения его способности к пластическому деформированию.

В четвертой главе рассматриваются вероятностно-статистические закономерности изменения свойств материалов и железобетонных конструкций, подвергаемых ЦЗО и ЦЗ.

Влияние гермо-влажностных воздействий на потенциал прочности {максимальный момент) изгибаемых элементов

Режим Проценты арм ировании(%)

испытании 0 1 0,5 I 0 1,5 2,0 Л5 3,0 3 5 4 0 4 5

Контрольные 10 34 49,89 96,02 138,38 176,76 211,78 239,27 256,23 265 1 3 270 24

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

10 16 48,97 92,39 130,18 159,06 169,63 173,33 175 81 177,75 179,35

45 ЦЗО 99 27 98,17 96,21 94,08 89,88 80,10 72,44 68 53 67 04 66,32

45 ЦЗ 10,22 49,34 93,82 133,42 167,02 189,90 204,34 214 38 220,21 224,10

99,51 98,79 97,51 96,11 93,97 89,17 83,57 79 83 78 32 77,58

В числителе приведены значения изгибаемо! о момента (кНхм), в знаменателе (%)

I аблица 3

Сравнительные данные оценки прочности изгибаемых элементов по нормам и деформационной модели (максимальные значения)

*

3 о С > о С '1 С 5 * а- _ э £ а: • * 1 с я 'Р о м 4 О а: а: ^ с 5 Р- с ^ С а: а: ^ с

0,1 10 31 [!!.! ] 10 24 10,28 10,28 10,17 4 10 3 10,3 10 24

X 0,5 ю 50.27 50,27 49,89 49,59 49,59 48,98 50,05 50 05 49,63

1,0 4> 97 41 97,41 96,02 "1 94,67 94,67 92 39 96 54 96 54 94 97

о. 1 5 X 141 41 141,41 138,38 135,25 135 25 130,18 139,45 130 45 135,89

г 2,0 г- 182 27 182,27 176,97 171,33 171,33 159,06 с 178.80 178,80 172,55

я 2,5 р- 220 00 220,00 21 1,77 С 202 90 202 90 169,63 а 214,57 214 57 201; 17

X 3.0 X о 2<4,59 254,59 239,27 216,86 219,70 173,33 246.78 246,78 230,46

X о 3,5 273 66 276,60 256,53 216 86 224,40 175,81 253,82 258 71 238,41

4 0 273 66 282 96 265 15 216 86 228 20 177,76 253 82 264 08 242 14

4,5 273,66 288 32 270,42 216 86 23 1,34 179,3 5 253,82 268,17 245,18

Статистическая оценка деформативности бетонов

Статистики распределения деформаций Диапазон

изменений

Условия Полных, На (альных, Условно- деформации, с

испытании еьх10 еь«х 10 упругих, бь X 10 ооеспечен ностью

Дп. | и,% ЬмГ Д и, % ЕьГ' д и % 0 еь„*10

контрольные >> и 12 I 6,з 0,94 0 (>< 23 2 3.21 и 14 7.1 » / г. 1

ЦЗО 7,, > <6 20 ч Ч 64 1 ы Я 7 I 6 49 1 43 IX 6 1 * 1 о г.

ЦЗ 052 | 12 1 1,22 0.0У 24 X з 12 0 и 10 8 4 1 7 4

Примечание Диапазон изменения еь с 0,95 обеспеченностью определен •

шах ^ г!—

-V Л»

1га п у

Библиотека практических распределений прочностных характеристик материалов и конструкций довольна представительна и включает в себя Гамма-распределения (кривые Пирсона), Вейбулла, Гумбеля, экспоненциальное и другие. Однако, наиболее часто реализуемым на практике является нормальное распределение, как предельное, к которому стремятся другие распределения. Необходимо отметить, что распределению Гаусса подчинены случайные явления, величина которых является интегральной характеристикой влияния многих факторов, имеющих свои различные закономерности распределения.

Ввиду относительной ограниченности экспериментальных данных статистический анализ включал оценку с заданной вероятностью р доверительного интервала математического ожидания случайного параметра

м (г ) ( V = к г „, д ,,{, . и « оР ) , его дисперсии Д(х).

Сходимость среднеквадратического отклонения рассматриваемого ряда экспериментальных данных 8 и теоретического значения дисперсии его генеральной совокупности Д(х) оценивалась по критерию Романовского, а согласие теоретического и эмпирического распределений - по критерию Пирсона.

Визуальное сопоставление семейств диаграмм ст - е, бетонов различных условий длительных испытаний (рис.1...3) свидетельствует об изменении плотности распределения этих кривых. Речь идет о возрастании диапазона разброса экспериментальных кривых и по прочности и по деформациям для бетонов, подвергаемых низкотемпературным воздействиям.

Полученные значения основных параметров распределения прочности бетона показывают существенное изменение после ЦЗО коэффициента вариации - он увеличился на 62,8%. Это однозначно свидетельствует о различиях в оценке последствий морозных воздействий по средним и вероятным показателям прочности. По средним значениям снижение прочности после ЦЗО составляло 36,7%, а после Ц3-16,3%. Ожидаемое снижение расчетно-экспериментальных значений К[)п достигает 45,7% при ЦЗО, и 20,7% - после ЦЗ. То есть имеет место вероятность недооценки последствий морозной деструкции через осредненные показатели ее прочности. Статистики распределения деформаций бетонов представлены в табл.4.

Анализ показателей полных деформаций еь показал, что их изменчивость не коррелируется с изменчивостью прочности для контрольных, и подвергнутых ЦЗ и ЦЗО образцов. Бетоны после ЦЗО характеризуются большим разбросом значений деформаций, особенно, в динамике

(рост коэффициента иЕ почти в два раза больше). В связи с этим неточность оценок по средним значениям становится более ощутимой. Диапазон доверительного интервала значений £ь с 95%-ной обеспеченностью существенно (более чем 4,35 раза) возрастает при ЦЗО, и почти в 2 раза при ЦЗ.

Исходя из принятой в работе деформационной модели (еь=£ьо+£ы+£ь2)> были рассмотрены статистики распределения составляющих деформаций еЬо и Бы- Как и ожидалось, меньшими колебаниями характеризуются выборки значений условно- упругих деформаций. Полученные данные статистик распределения начальных деформаций еьо свидетельствует о том, что изменчивость данной величины в процессе ЦЗ увеличивается в 1,5 раза, а диапазон доверительного интервала значений 95% обеспеченности - в 6,2 раза. Подтверждается, высказанное предположение о преобладающей трансформации деформативности при ЦЗО в направлении деструкции в виде микроразрушений, что сказывается в росте при сжатии деформаций начального уплотнения.

В вероятностной постановке прочность изгибаемого железобетонного элемента по нормальному сечению может быть представлена в виде:

М =а М„ , +(1 - а)х Л?„ 2

где ос- вероятность разрушения из-за достижения текучести арматуры растянутой зоны;

/7,1 = /|хЛхЛ11х(1-0,5|)хст) , при £ -< ■ (2)

А/„, = } х Ь х й„ х(1-0,5|")х Л, . при . (3)

(знак « ~ » означает случайный характер значения параметра). То есть вероятный характер разрушения и соответствующее значение момента определяются соотношением случайных реализаций £ и ¿¡1{- Их прогноз становится возможным при наличии статистик распределения ^ .

В действующих нормах проектирования расчет элементов по прочности производится в зависимости от соотношения между значением Е, (высоты сжатой зоны бетона), определяемой из условий равновесия, и значением высоты сжатой зоны бетона при котором предельное состояние элемента наступает одновременно с достижением в растянутой арматуре напряжения а5С Ц - . При этом в расчетных формулах норм заложены процедуры не статистического характера, что привело к ограниченной возможности учета изменчивости только показателя прочности бетона. Приведенные выше данные о неаддитивности изменения И-ь и Еь

являются косвенным подтверждением необходимости статистической оценки

Отметим, прежде всего, незначительные изменения коэффициента вариации граничной высоты. Причем, это происходит в условиях существенного роста изменчивости прочности и деформаций. Средние значения ^я, возрастают, что объяснимо увеличением способности бетона к деформированию. При этом диапазон значений доверительного интервала с 95% - ной обеспеченностью сохраняется. Все вышеперечисленное подтверждает ранее полученные данные о сравнительной стабильности показателя

Граничная высота ^ является расчетной характеристикой, позволяющей прогнозировать вероятный характер разрушения элемента по нормальному сечению путем совместного (по методу Монте-Карло) распределения £ и в предположительности относительной стабильности показателя ау.

' Установлено, что циклические температурные воздействия снижают вероятность достижения (при прочих равных условиях) текучести в арматуре и тем больше, чем выше уровень армирования. Это сказывается на значениях коэффициента граничного армирования Снижение Цк при ЦЗ на базе испытаний практически не наблюдалось. После ЦЗО снижение |1К составило в среднем 13,4%. При сравнительной стабильности коэффициента вариации, отмечено существенное снижение нижней и верхней границы чувствительности ц к изменению вероятного характера разрушения изгибаемого элемента. Установлено, что

а) циклическое замораживание и оттаивание (ЦЗ в меньшей степени) ве-^ дет к таким структурным изменениям, при которых существенно возрастает вероятность возникновения параметрических отказов железобетонных конструкций;

б) эта вероятность тем выше, чем выше уровень армирования сечения элемента;

в) при армировании ц 5=1,2имеет место стабилизация значений моментов заданного уровня обеспеченности.

Полученные данные свидетельствуют, что только элементы, армирование которых не превышает 50% граничного (для обычных условий) имеет достаточный ресурс работоспособности на принятой базе темпера-турно-влажностных воздействий. При большем армировании расчетные по (СниП) значения М более чем в 2...4 раза превосходят вероятностные значения с 99,73% -ной обеспеченностью.

Общие выводы

Обобщение результатов обследования железобетонных конструкций, эксплуатируемых в суровых климатических условиях, данные выполненных экспериментальных и модельных испытаний позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Исчерпание ресурса работоспособности железобетонных изгибаемых конструкций при совместном действии внешних нагрузок, циклического и глубокого (без перехода через 0°С) замораживания сопряжено с такой структурной модификацией бетона и условий его совместной работы с арматурой, при которых существенно трансформируется его напряженно-деформированное состояние. В своей совокупности это ведет к появлению внешних дефектов (повреждений), снижению величины и плотности распределения прочности железобетонных элементов и, как следствие, к снижению вероятности безопасной работы.

2. Кинетика этих процессов и возрастание риска отказа при прочих равных условиях (составу, материалах, характеру и уровню воздействий и т.п.) предопределяется конструктивными особенностями элемента и, прежде всего, его армированием. С ростом коэффициента армирования элемента происходит неуклонное повышение вероятности его хрупкого разрушения из-за раздробления сжатого бетона.

3. При температурно-влажностных воздействиях, ограниченных нормируемой морозостойкостью бетона по ГОСТу, проектирование железобетонных конструкций в соответствии со СНиП 2.03.01-84* обеспечивает удовлетворительную сходимость с экспериментально-аналитическими данными при их армировании, не превышающем 70% от граничных (по условию достижения текучести арматуры) значений. При ц > 0,7ця более точный прогноз дает метод расчета с использованием деформационных моделей. Установлено, что для достижения текучести арматуры величина полных деформаций бетона сжатой зоны не должна быть меньше 4x10"3.

4. Изменение прочности бетона может рассматриваться как необходимый, но недостаточный показатель, определяющий уровень и вероятные для конструктивных элементов последствия температурно-влажностных воздействий. Деформативность бетона является дополнительной, весьма чувствительной, информативной и статистически более устойчивой характеристикой свойств бетона и основных параметров конструкций с его использованием. При эгом деформативность бетона целесообразно рассматривать в виде модели: еь-Еь0 + еь, + еЬ2, позволяющей оценивать физико-механические закономерности динамики их изменения

при любых внешних воздействиях. В подобной трактовке представляется возможным интегрально определить последствия морозной деструкции (Лем) и оставшийся потенциал сопротивляемости в условиях свободного (£ы) и стесненного (еЬ1 + £ьг) Деформирования.

5. Величина предельной сжимаемости бетонов существенно зависит от принятого метода испытаний. При нагружении, обеспечивающем постоянство скорости деформирования, она существенно (в 2...4 раза) выше условно нормируемых значений. Если учесть, что принятая схема загружения более адекватна реальным условиям работы бетона в железобетонных элементах, то можно предположить возможность использования арматуры высоких классов А-! V, А-У в качестве сжатой.

6. Циклическое замораживание и оттаивание, а также в меньшей степени суточные перепады температур в отрицательном диапазоне отрицательных значений, снижают потенциал сопротивляемости бетона внешним нагрузкам. Его изменение предлагается оценивать косвенно по величине деформации начального уплотнения бетона при сжатии (еьо) или площади соответствующего участка кривой сть- £[,.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

• Попов В.М., Туркина И.В.(Хомякова) К вопросу о совершенствовании региональных норм проектирования//Проблемы и перспективы освоения природных ресурсов Южно-Якутского региона: Сб. науч. тр. — Якутск, 1996.

• Туркина И.В. (Хомякова) Железобетонные мосты Амуро-Якугской железнодорожной магистрали''Физико-технические проблемы освоения и развития Южно-Якутского региона: Сб. науч. тр. — Якутск. 1998.

• Хомякова И.В. Влияние циклических колебаний температур в отрицательном диапазоне на прочное 1ь бетона/'Проблемы освоения и перспективы развития Южно-Якутского региона. Сб. на\ч. гр. —• Нерюн-гри. 2001.

• Попов В.М., Хомякова И.В. Влияние перепадов температур в отрицательном диапазоне на прочность бетона // Биосферосовместимые и средозащитные технологии при взаимодействии человека с окружающей средой: Сб. матер. VII- й Между нар. на\ч.-нракт конф. — Пенза, 2002.

• Хомякова И.В. Влияние циклических колебаний температур на неслщую способность изгибаемых железобетонных элементов по нормальным сечениям//Сб. науч. тр. — Нерюнгри, 2001.

Й2

• Попов В.М., Хомякова И.В., Пинус Б.И. Влияние армирования на стойкость изгибаемых железобетонных конструкций при температур-но-влажностных воздействиях // Актуальные проблемы современной науки: Сб. науч. тр. 4-й Междунар. конф. молодых ученых, преподавателей, аспирантов и докторантов / Технические науки. Части 18-20. Архитектура, строительство, транспорт. — Самара, 2003.

Подписано в печать 12.11.2003г. Формат 60x84 1/16 Усл.п.л. 1,39, уч. - изд.л. 0,9. Печать операт., бум. писч.

Тираж 80 экз. Заказ № 161 Издательство ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40,в

4

1. Экспериментально-теоретические исследования морозостойкости 19 бетона и железобетона.

1.1. Климатические условия республики Саха (Якутия)

1.2. Краткий анализ существующих подходов к оценке и учету воздействий на бетон и железобетон низкотемпературных сред

1.3. Влияние циклического замораживания на конструктивные свойства бетонов

1.4. Поверочные испытания для оценки агрессивности перепадов температур в диапазоне отрицательных значений

Выводы по главе

2. Изменение конструктивных свойств бетона в условиях замораживания и оттаивания

2.1. Обоснование методики экспериментальных исследований

2.2. Обобщенный анализ диаграмм деформирования бетона

2.2.1. Характер диаграмм деформирования бетона

2.2.2. Изменение прочности и деформаций бетона при различных температурных режимах

Выводы по главе

3. Экспериментально - аналитическое моделирование несущей способности железобетонных изгибаемых элементов при циклических колебаниях температур

3.1. Особенности поведения железобетона при морозных воздействиях

3.2. Принципиальные положения методики исследования

3.3. Анализ экспериментальных данных

3.3.1. Влияние значимых конструктивных параметров на несущую способность по нормальным сечениям

3.3.2. Граничное армирование изгибаемых элементов

3.3.3. Оценка изменения потенциала прочности 83 Выводы по главе

4. Статистические закономерности изменения прочности 90 железобетонных элементов.

4.1. Обоснование необходимости статистического обобщения экспериментальных данных

4.2. Оценка значимых параметров распределения

4.3. Статистика распределения прочности и деформаций бетона

4.4. Статистики распределения основных параметров напряженно-деформированного состояния изгибаемых элементов

4.5.Статистики распределения прочности по нормальному сечению 101 Заключение 105 Литература 108 Приложение

Более полувека вопрос обеспечения стойкости железобетонных конструкций в условиях естественного или технологического воздействия отрицательных температур остается актуальным. Выдвинуто немало гипотез, имеющих целью объяснить физические закономерности морозной деструкции, накоплен большой экспериментальный материал, позволяющий ввести нормативные требования по проектированию железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях низкотемпературных воздействий. Налицо серьезные подвижки в научном понимании процессов морозного, разрушения и разработки практических мер по их реализации на этапах принятия проектных решений.

Однако, при обследованиях железобетонных свай, проведенных в районах с суровыми климатическими условиями [7,44,51,66], было обнаружено значительное количество повреждений. Наиболее характерные дефекты, отмеченные во всех работах это — разрушение защитного слоя, коррозия бетона и арматуры, разрушение бетона на контакте с поверхностными слоями грунта. Появление дефектов обнаруживалось после непродолжительного периода эксплуатации.

В работе [71] приведены результаты обследований Широковской и Иркутской ГЭС. В ней указывается на развитие значительных коррозионных процессов в наиболее загруженных участках подпорных стенок в зоне попеременного уровня воды уже на третьем году эксплуатации.

В исследованиях [76] дан анализ технического состояния конструкций, стадиона «Труд» в г. Иркутске. Отмечено, что за 20 лет эксплуатации, бетон конструкций, подвергаемых систематическому воздействию климатических температур, значительно понизил свою прочность, часть арматуры полностью уничтожена коррозией. Анализ обнаруженных дефектов и повреждений железобетонных конструкций показал, что значительная их часть является последствием влияния низкотемпературных и влажностных воздействий.

Обследования железобетонных железнодорожных и автодорожных мостов, свай теплотрассы, ограждающих панелей жилых домов, проведенные сотрудниками Технического института ЯГУ (г. Нерюнгри) показали существенные повреждения бетона конструкций. На участке Амуро-Якутской магистрали (участок станций Тында-Угольная) было, обследовано 20 железобетонных мостов (94 мостовые балочные разрезные системы без предварительного напряжения), со сроком эксплуатации 10.20 лет. Марка бетона по прочности на сжатие железобетонных балок М300, М400, марка бетона по морозостойкости Р300.

Несмотря на высокие качественные показатели бетона, было обнаружено отслоение и разрушение защитного слоя бетона, коррозия бетона, в виде высо-лов и ржавых потеков, (рис. 0.1) коррозия арматуры.

Известно [16,70,71] , что в зимний период при температуре воздуха около минус 10°С на вертикальных бетонных поверхностях, находящихся под воздействием солнечной инсоляции температура близка к 0°С или положительна.

Рис. 0.1. Железобетонный железнодорожный мост.

Коррозия бетона в виде высолов и ржавых потеков

Рис. 0.2. Железнодорожный железобетонный мост.

Хаотично расположенные трещины, находящиеся на стороне мостовой балки, подверженной солнечной инсоляции

Следовательно, на бетонных поверхностях, обращенных на юг, может происходить оттаивание. Влияние таких температурно-влажностных условий на бетон приводит к возникновению поверхностных хаотично расположенных трещин. Подтверждением вышесказанному служит сравнение результатов обследований поверхностей мостовых железобетонных балок, которые подверглись солнечной инсоляции (рис.0.2) с остальными балками мостов (рис.0.3).

Прочность бетона, проверяемая неразрушающим методом контроля (прибор «Оникс-2.3»), с южных сторон пролетных строений снизилась на 28%, по сравнению с прочностью бетона элементов северной ориентации.

На обследуемых автодорожных мостах, в основном, были выявлены те же дефекты и повреждения бетона, как и на железнодорожных железобетонных мостах. На некоторых мостах, под влиянием наледи, были разрушены-опорные подушки под пролетными строениями (рис. 0.4). Характер повреждений и условия эксплуатации позволяют считать, что они обусловлены циклическими температурно-влажностными воздействиями (рис.0.7.0.10).

С целью установления основных видов разрушений свай III очереди теплотрассы Нерюнгринской ГРЭС и выявления причин их возникновения, проводились работы по обследованию их технического состояния. Теплотрасса была построена в 1986г., длина обследуемого участка составляла 700м. Всего было обследовано 1440 железобетонных сваи. Классификация дефектов свай теплотрассы и частость их возникновения представлены в таблице 1.

Рис. 0.3. Железнодорожный железобетонный моет.

Поверхность мостовой балки, ориентированная на север

VЦъ * *

-. >1

Рис. 0,4, Автодорожный железобетонный мост.

Разрушение опорЕюй подушки под пролетным строением

Рис. 0.5. ГП-очередь теплотрассы Мерюнгринской ГРЭС.

Разрушение защитного слоя бетона от поверхности земли на высоту 50см

Рис. 0.6. Жилой дом в г. Нерюнгри,

Морозная коррозия бетона на балконной панели первого этажа

Рис. 0.7. Железнодорожный железобетонный мост.

Коррозия бетона и арматуры. Разрушение защитного слоя бетона

Рис. 0.8. Улица г. Нерюнгри. Разрушение бетона бордюрных камней.

Рис. 0.9. Автодорожный мост череч реку Аммунакта.

Высолы на поверхности железобетонной балки.

Рис. 0.10. Автодорожный мос т через реку Чульман.

Коррозия бетона. Отслоение защитного слоя

Таблица 1

Дефекты свай теплотрассы п/п Наименование дефекта Кол-во свай, шт/ %

1 Частично или полностью разрушен защитный слой бетона свай 222/15

2 Оголение и коррозия рабочей и конструктивной арматуры 378/ 26,3

3 Нормальные, продольные и поперечные трещины с шириной раскрытия до 7 мм 133/ 9,3

4 Уменьшение сечения сваи 57/4,1

На сваях, расположенных в русле рек, на высоту от поверхности земли до 50см, происходит интенсивное разрушение защитного слоя бетона (рис.0.5). Такой характер повреждения свай можно объяснить усилением перемещения влаги в верхнюю часть свай при замораживании, т.к. при неравномерном промораживании твердых тел, вода, находящаяся в порах и капиллярах бетона, мигрирует в сторону более холодных зон [67]. В зимний период, при промораживании верха свай влага в бетоне перемещается из нижней части в верхнюю. Миграция влаги увеличивает степень водонасыщения бетона верха свай и способствует развитию гидравлического давления в теле бетона. Сваи, расположенные вне реки таких повреждений не имеют.

Результаты обследований балконных панелей первых этажей жилых домов г. Нерюнгри показали (рис. 0.6), что значительное количество повреждений бетона морозной коррозией имеют панели, где происходит паровыделение из продух цокольного этажа.

Подобные дефекты и повреждения конструкций имеют место и в других районах республики Саха (Якутия). Обследования показывают [14], что около 2/3 из них имеют внешние дефекты, повреждения, значимые изменения показателей конструктивных свойств материалов, что является косвенным свидетельством снижения их эксплуатационных качеств. Особо следует подчеркнуть, что признаки разрушений обнаруживаются через 5. 10 лет эксплуатации, т. е. значительно раньше нормируемого срока долговечности.

Все вышеизложенные факты являются следствием с одной стороны, явной недостаточности существующей системы расчетных, конструктивных и организационно-технологических мер по предотвращению (снижению скорости) морозной деструкции железобетонных конструкций, а с другой — практической невозможности учета в настоящее время влияния всех факторов ее определяющих. Необходимо дальнейшее накопление экспериментальных данных по поведению конструкций в реальных условиях и разработка на их основе моделей, позволяющих наиболее адекватно их оценить.

Последние предложения крупнейших российских ученых в области развития железобетонных конструкций (Звездов А.И., Залесов A.C., Мухамедиев Т.А., Чистяков Е.А., Карпенко Н.И., Ларичева И.Ю. и др.) основаны на использовании деформационных моделей (зависимости а - е) для бетонов и арматуры, как интегральных характеристик механических свойств материалов и динамики их структурных модификаций при различных внешних воздействиях. В настоящем исследовании предпринята попытка получить экспериментальное подтверждение возможности и целесообразности (достоверности) оценки последствий температурно-влажностных воздействий посредством совместного изучения основных параметров деформационных моделей бетонов. При этом, исходя из практической необходимости, применены режимы внешних воздействий наиболее вероятных для климатических условий строительных районов республики Саха (Якутия).

Целью работы являлось установление статистических закономерностей изменения несущей способности изгибаемых элементов, подвергаемых циклическому замораживанию и оттаиванию с переходом и без перехода максимальных температур в область положительных значений.

При этом было необходимо:

• установить статистические и причинно-следственные связи отказов, дефектов и повреждений железобетонных конструкций, эксплуатируемых в суровых климатических условиях, с наиболее вероятными значениями температуры и влажности;

• оценить структурные изменения в бетонах, подвергаемых циклическому замораживанию и оттаиванию, посредством экспериментально определяемых диаграмм ст-е в условиях постоянной скорости деформирования;

• выполнить экспериментально-аналитические исследования вероятных изменений прочности изгибаемых элементов различного уровня (коэффициентов) армирования в условиях циклических температурно-влажностных воздействий.

Научную новизну работы составляют:

• гипотеза о возможности использования полных диаграмм деформирования бетонов аь(0 - £ь(0 в качестве обобщенной характеристики изменений структуры бетона, подвергнутого неблагоприятным воздействиям внешней среды;

• результаты анализа и статистико-вероятностного обобщения экспериментальных и модельных исследований бетонов и железобетонных элементов;

• представления об определяющем влиянии конструктивных особенностей железобетонных элементов на изменение их значимых показателей работоспособности при низкотемпературных воздействиях.

Практическое значение работы состоит в

• разработке системного подхода к прогнозированию изменений несущей способности железобетонных элементов в суровых климатических условиях, включая оценку агрессивности среды, определение структурно-деформативных характеристик бетонов и прочности элемента по нормальному сечению с учетом вероятного характера разрушения;

• реализации разработанной методики и модели поведения бетона при многочисленных обследованиях мостов, зданий и сооружений в различных регионах республики Саха (Якутия).

Апробация работы. Результаты исследований и основные материалы диссертационной работы докладывались на: научно-практической конференции "Проблемы и перспективы освоения природных ресурсов Южно-Якутского региона" (г. Нерюнгри, 1996 г.); научно-практической международной конференции «Физико-технические проблемы освоения и развития Южно-Якутского региона» (г. Нерюнгри, 1998 г.); научно-практической городской конференции «Проблемы освоения и перспективы развития Южно-Якутского региона» (г. Нерюнгри, 2001 г.); IV-й научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Наука — Южно-Якутскому региону» (г. Нерюнгри, 2002 г.); УН-й Международной научно-практической конференции «Био-сферосовместимые и средозащитные технологии при взаимодействии человека с окружающей средой» (г. Пенза, 2002 г.); научно-практических конференциях, проходивших в ИрГТУ (г. Иркутск) в 2001-2002 гг.; научно-практической конференции «Вопросы проектирования и строительства транспортных объектов в условиях республики (Саха)» (Якутск, 2003).

Публикации:

• Попов В.М., Туркина И.В.(Хомякова) К вопросу о совершенствовании региональных норм проектирования/ТПроблемы и перспективы освоения природных ресурсов Южно-Якутского региона. Сб. науч. тр. Якутск 1996 г.

• Туркина И.В. (Хомякова) Железобетонные мосты Амуро-Якутской железнодорожной магистрали//Физико-технические проблемы освоения и развития Южно-Якутского региона. Сб. науч. тр. Якутск 1998г.

• Хомякова И.В. Влияние циклических колебаний температур в отрицательном диапазоне на прочность бетона/УПроблемы освоения и перспективы развития Южно-Якутского региона. Сб. науч. тр. г. Нерюнгри 2001г.

• Попов В.М., Хомякова И.В. Влияние перепадов температур в отрицательном диапазоне на прочность бетона // Биосферосовместимые и средозащитные технологии при взаимодействии человека с окружающей средой. Сборник материалов УН-й Международной научно-практической конференции. — г. Пенза, 2002 г.

• Хомякова И.В. Влияние циклических колебаний температур на несущую способность изгибаемых железобетонных элементов по нормальным сечениям// Сб. науч. тр. г. Нерюнгри 2001г.

• Попов В.М., Хомякова И.В., Пинус Б.И. Влияние армирования на стойкость изгибаемых железобетонных конструкций при температурно-влажностных воздействиях // Актуальные проблемы современной науки: Сборник трудов 4-й Международной конференции молодых ученых, преподавателей, аспирантов и докторантов / Технические науки. Части 18-20 Архитектура, строительство, транспорт. — г. Самара, 2003. — С. 53-55.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа изложена на 137 страницах компьютерного набора, в том числе 103 страницы текста, 24 рисунков, 34 таблиц. Список литературы включает 108 наименований.

Выводы по главе

1. Расчет прочности изгибаемых элементов по деформационным моделям с использованием реальных диаграмм деформирования бетона и стали позволяет более полно и дифференцировано учитывать структурные изменения, которые в них происходят при любых температурно-влажностных воздействиях.

2. Конструктивные особенности элемента (коэффициент армирования, класс арматуры, форма сечения и др.) при прочих равных условиях являются важнейшими факторами, определяющими его напряженно-деформированное состояние и степень влияния на него циклических низкотемпературных воздействий ЦЗО (ЦЗ) практически не сказывается на изменениях прочности конструкций, если их армирование составляет менее 60.70% от граничных значений. При большей насыщенности сечения арматурой снижение момента, воспринимаемого элементом, почти тождественно снижению прочности бетона (см. также п.5 выводов данной главы).

3. Циклическое замораживание и оттаивание (в меньшей степени ЦЗ) ведут к такой модификации структуры бетона, которая характеризуется постепенным снижением его способности к пластическому деформированию. Следствием этого, является уменьшение полноты эпюры напряжений в бетоне сжатой части сечения, рост ее высоты и, как следствие, рост вероятности хрупкого разрушения.

4. ЦЗО и ЦЗ ведут к снижению величины граничного армирования, что должно быть учтено в расчетах конструкций, эксплуатируемых в сейсмических районах и в районах с суровыми климатическими условиями.

5. Напряжения в арматуре растянутой зоны в предельном состоянии изгибаемых элементов существенно зависят от способности к деформированию сжатого бетона. Для достижения текучести арматуры при обычно используемых коэффициентах ц=0,5.2,0%, величина предельной сжимаемости бетонов (сумма участков 8ы + бьг) не должна быть меньше 4x10"3. Этот показатель может рассматриваться и как один из ограничительных критериев исчерпания морозостойкости бетонов.

4. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

4.1. Обоснование необходимости статистического обобщения экспериментальных данных

Одним из важнейших эксплуатационных данных железобетонных конструкций для рассматриваемых в настоящей работе климатических условий является надежность, составляющими параметрами которой, согласно ГОСТ 1377775, принимаются показатели безотказности, ремонтопригодности и долговечности. Их определение возможно только на использовании вероятностных методов прогнозирования последствий взаимодействия случайных нагрузок, воздействий и конструкций, рассматриваемых как системы со случайными изменяющимися во времени характеристиками значимых свойств [94].

В настоящее время вероятностные методы оценки отдельных параметров работоспособности конструкций носят фрагментарный, не системный характер. Они относятся, главным образом, к вопросам нормирования прочностных свойств материалов и нагрузок с установленной обеспеченностью. Что касается реологических (временных) аспектов изменения этих свойств, то предложены аппроксимирующие зависимости, отражающие их кинетику в конкретных условиях эксплуатации, например, при ЦЗО [1,3,74]. Достоверность подобных аналитических моделей проблематична из-за объективно существующей ограниченности для обобщения статистической базы.

Принятая в работе методика испытания и моделирования, основанная на использовании экспериментальных диаграмм деформирования бетона и арматуры, позволяет получать представительные (презентативные) выборки для оценки свойств материалов и конструкций из них, как систем случайных реализаций.

Практическое применение статистических методов обобщения непосредственно связано с получением на базе ограниченных опытных выборок гистограмм аппроксимирующей зависимости в наилучшей степени прогнозирующей распределение генеральной совокупности значений рассматриваемого параметра [46,55]. Библиотека практических распределений прочностных характеристик материалов и конструкций довольна представительна и включает в себя Гамма-распределения (кривые Пирсона), Вейбулла, Гумбеля, экспоненциальное и другие [55]. Однако, наиболее часто реализуемым на практике является нормальное распределение, как предельное, к которому стремятся другие распределения [48]. друга, и, следовательно, закон позволяет описывать явления любого диапазона и направленности изменений.

Необходимо отметить, что распределению Гаусса подчинены случайные явления, величина которых является интегральной характеристикой влияния многих факторов, имеющих свои различные закономерности распределения.

4.1) 2

Его математическое ожидание (х) и дисперсия (а ) независимы друг от

При этом среди них не должно быть факторов, сильно выделяющихся по своему весовому влиянию на рассматриваемый параметр в сравнении с суммарным влиянием всех остальным. Последнее примечание очень важно в плане обобщения технических характеристик бетона и железобетона при температур-но-влажностных воздействиях.

4.2. Оценка значимых параметров распределения

В виду относительной ограниченности экспериментальных данных статистический анализ включал оценку с заданной вероятностью Р доверительного интервала математического ожидания случайного параметра М(х) х = Яь, £ь,М и др.), его дисперсии Д(х). При этом: х-1ра. -<М(х)<х+(р хсг. (4.2) где а. = ° - «исправленное» (уточненное) среднеквадратическое отклоне-* Ып-1 ние а распределения п вариант,

1р - показатель достоверности, определяемый по таблицам [55] в зависимости от 2(3 и числа степеней свободы рассматриваемой выборки к=п-1; Сходимость среднеквадратического отклонения рассматриваемого ряда экспериментальных данных 8 и теоретического значения дисперсии его генеральной совокупности Д(х) оценивалась по критерию Романовского [55]

Х1^ (4.3)

Расхождения признаются несущественными, если выполняется неравенство х2~к

4.4) л/2к

Согласие теоретического и эмпирического распределений оценивалось по критерию Пирсона [55], согласно которому ошибка принятия теоретического распределения считается допустимой, если вероятность Р(х2)^ 0,05.

4.3. Статистики и распределение прочности и деформации бетона

Даже визуальное сопоставление семейств диаграмм а - г бетонов различных условий длительных испытаний (см. рис. 2.3.2.5) наглядно свидетельствует об изменении плотности кривых. Речь идет о возрастании диапазона разброса экспериментальных кривых и по прочности, и по деформациям для бетонов, подвергаемых низкотемпературным воздействиям. На различия статистических показателей прочности и деформаций бетона, а также не аддитивность оценки влияния ЦЗО по показателям средних и вероятно-ожидаемых с 0,95 обеспеченностью значений подробно указывалось в работе [74]. Принятая методика экспериментально-аналитических исследований позволяет распространить этот подход на характеристики бетона и железобетонных конструкций, экспериментальные выборки которых представлены в таблицах 4.6 Приложения.

В таблице 4.1 даны уточненные значения основных параметров распределения прочности бетона. Отметим, прежде всего существенное изменение коэффициента вариации: после ЦЗО он увеличился на 62,8%. Это однозначно свидетельствует о различиях в оценке последствий морозных воздействий по средним и вероятным показателям прочности. По средним значениям снижение прочности после ЦЗО составляло 36,7%, а после ЦЗ - 16,3%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обобщение результатов обследования железобетонных конструкций, эксплуатируемых в суровых климатических условиях, данные выполненных экспериментальных и модельных испытаний позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Исчерпание ресурса работоспособности железобетонных изгибаемых конструкций при совместном действии внешних нагрузок, циклического и глубокого (без перехода через 0°С) замораживания сопряжено с такой структурной модификацией бетона и условий его совместной работы с арматурой, при которых существенно трансформируется его напряженно-деформированное состояние. В своей совокупности это ведет к появлению внешних дефектов (повреждений), снижению величины и плотности распределения прочности железобетонных элементов и, как следствие, к снижению вероятности безопасной работы.

2. Кинетика этих процессов и возрастание риска отказа при прочих равных условиях (составу, материалах, характеру и уровню воздействий и т.п.) предопределяется конструктивными особенностями элемента и, прежде всего его армированием. С ростом коэффициента армирования элемента происходит неуклонное повышение вероятности его хрупкого разрушения из-за раздробления сжатого бетона.

3. При температурно-влажностных воздействиях, ограниченных нормируемой морозостойкостью бетона по ГОСТ [24], проектирование железобетонных конструкций в соответствии со СНиП 2.03.01-84* обеспечивает удовлетворительную сходимость с экспериментально-аналитическими данными при их армировании, не превышающем 70% от граничных (по условию достижения текучести арматуры) значений. При ц > 0,7цк более точный прогноз дает метод расчета с использованием деформационных моделей. Установлено, что для достижения текучести арматуры величина полных деформаций бетона сжатой зоны не должна быть меньше 4x10"3.

4. Изменение прочности бетона может рассматриваться как необходимый, но недостаточный показатель, определяющий уровень и вероятные для конструктивных элементов последствия температурно-влажностных воздействий. Деформативность бетона является дополнительной, весьма чувствительной, информативной и статистически более устойчивой характеристикой свойств бетона и основных параметров конструкций с его использованием. При этом деформативность бетона целесообразно рассматривать в виде модели: бь = еьо + £ы + £ъ2-> позволяющей оценивать физико-механические закономерности динамики их изменения при любых внешних воздействиях. В подобной трактовке представляется возможным интегрально определить последствия морозной деструкции (дВьо) и оставшийся потенциал сопротивляемости в условиях свободного (сы) и стесненного (еы + Вьг) деформирования

5. Величина предельной сжимаемости бетонов существенно зависит от принятого метода испытаний. При нагружении, обеспечивающем постоянство скорости деформирования, она существенно (в 2.4 раза) выше условно нормируемых значений. Если учесть, что принятая схема загружения более адекватна реальным условиям работы бетона в железобетонных элементах, то можно предположить возможность использования арматуры высоких классов А-1У, А-У в качестве сжатой.

6. Циклическое замораживание и оттаивание, а также в меньшей степени суточные перепады температур в отрицательном диапазоне отрицательных значений, снижают потенциал сопротивляемости бетона внешним нагрузкам. Его изменение предлагается оценивать косвенно по величине деформации начального уплотнения бетона при сжатии (£ьо) или площади соответствующего участка кривой сть - еь

1. Александровский C.B. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия с учетом ползучести.-М.: Стройиздат, 1966.- 443с.

2. Алмазов В.О. Железобетонные конструкции нефти и газа: Дис. . д-р техн. наук. М., 1990.— 331 с.

3. Андреев В.В. Повышение стойкости сборных изделий из различных видов пропаренных бетонов при комплексном воздействии на них низких температур и водных растворов солей: Дис. . канд. техн. наук. М., 1980. — с.151.

4. Артамонов B.C. Повысить долговечность железобетонных опор.// Бетон и железобетон. 1969. - №10, с. 1-4.

5. Баженов Ю.М. Влияние влажности на прочность бетона при различной скорости нагружения.// Бетон и железобетон. 1966, №12, с. 19-20.

6. Баундер П.М. Эксплуатационная стойкость железобетонных конструкций. В кн. Наука-строительному производству. Территориальный доклад к конференции. Иркутск, 1981. с.44-46.

7. Белов A.B. Температурные напряжения в бетонной призме прямоугольного поперечного сечения. Л.: Известия ВНИИГ, т.51, 1954, с. 3-22.

8. Берг О .Я. О предельном состоянии железобетонных конструкций по долговечности бетона // Бетон и железобетон. 1964, №11.

9. Берг О .Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. -М: Госстройиздат, 1961,- С.96.

10. Бойко В.Г. Деформативность и трещиностойкость изгибаемых железобетонных элементов при отрицательных температурах: Дис. . канд. техн. наук. М., 1986. — 231 с.

11. Малков E.H., Муха В.И. Прочность тяжелого бетона при отрицательных температурах. — В кн.: Проблемы строительства в Якутской АССР. Якутск, 1974, С. 146-152.

12. Москвин В.М., Савина Ю. А., Алексеев С.Н. Повышение стойкости бетона и железобетона при воздействии агрессивных сред // М., Стройиздат, 1975,-с.136.

13. Власов O.E. Физические основы теории морозостойкости // Труды НИИ стройфизика. Вып. 3. 1967. с 163-178.

14. Гвоздев A.A. К вопросу о предельных условиях, условиях текучести для ортотропных сред и для изгибаемых железобетонных плит. Сборник, посвященный 80-летию И.М. Рабиновича. М.:Стройиздат, 1965

15. Гвоздев A.A., Дмитриев С.А. и др. В кн. Новое о прочности железобетона. М., Стройиздат, 1977. С .272.

16. Гладков B.C., Иванов Ф.М., Рояк Г.С. Ускоренный метод испытаний на морозостойкость // Защита строительных конструкций от коррозии. М., 1966. с.216-225.

17. Голубых Н.Д. Методы оценки стойкости бетонов в суровых климатических условиях и агрессивной среды: Дис. . канд. техн. наук. М., 1974. — 141 с.

18. Гончаров A.A., Гладков B.C. Влияние напряжения сжатия на морозостойкость бетона.//Бетон и железобетон. 1969 - №5.

19. Горчаков Г.И., Гузеев Е.А., Сейланов JI.A. Совместное влияние нагрузки и отрицательной температуры на деформативность изгибаемых элементов/УБетон и железобетон. 1980, - № 9, с. 7-9.

20. Горчаков Г.И., Лифанов И.И., Терехин Л.Н. Коэффициенты температурного расширения и температурные деформации строительных материалов / Изд. Госстандартов, М, 1968.- 167с.

21. ГОСТ 10060-95 Бетоны тяжелые. Методы испытания бетона на морозостойкость.

22. Горчаков Г.И., Ориентлихер Л.П., Савин В.И. и др. Состав, структура и свойства цементных бетонов. М.: Стройиздат, 1976. -145 с.

23. Гуща Ю. П., Лемыш Л. Л. К вопросу о совершенствовании расчета деформаций железобетонных элементов // Напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций.— М.: НИИЖБ, 1986.—С. 26—39.

24. Губонин Н. Н., Каган В. М., Пинус Б. И. Длительное влияние отрицательных температур на прочность бетонов высоких марок // Бетон и железобетон 1968. - № 11.- С.46-49.

25. Дегтярев В.В., Гагарин Ю.А. 1 Экспериментальное исследование напряженного состояния внецентренносжатых армированных элементов повышенной прочности.//Труды ЦНИИС Минтрансстроя, 1973, №86, с.37-55

26. Еремеев Г.Г. Климатические условия и морозостойкость конструкций.// Бетон и железобетон. 1970,-№11.- с.30-32.

27. Ефимов Б.А. Получение цементных бетонов заданной морозостойкости с учетом характеристик строения: Дис. . канд. техн. наук. М., МИСИ. 1976. 192с.

28. Ефимов С.С. Влага гигроскопических материалов.- Новосибирск, Наука, 1986.-С.160.

29. Житкевич H.A. Бетон и бетонные работы. — СПб., 1912. — 337с.

30. Звездов А.И., Залесов A.C., Мухамедиев Т.А., Чистяков Е.А. Расчет прочности железобетонных конструкций при действии изгибающих моментов и продольных сил по новым нормативным документам.// Бетон и железобетон. 2002, - №2.- С.21-25.

31. Иванов Ф.М. Исследование морозостойкости бетона// Защита от коррозии строительных конструкций и повышение долговечности. Под редакцией Москвина В.М. и Медведева В.М. М.: Стройиздат, 1969, - С. 109-115

32. Иванов Ф.М. Состояние исследований бетона и железобетона и задачи создания морозостойких конструкций в условиях Якутской АССР/ Повышение долговечности строительных материалов, изделий и конструкций на Севере // Сб. науч. Тр., Якутск ,1985, С. 64 75

33. Каган В. М. Влияние влажности и условий твердения бетона на его стойкость при циклическом воздействии низких температур // Бетон и железобетон.— 1974.— №11.

34. Кажарский В.В. Прочность изгибаемых железобетонных элементов по наклонным сечениям после воздействия отрицательных температур: Дис. . канд. техн. наук. Улан-Удэ, 2000. — 141 с.

35. Карпенко Н. И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996.- 348 с.

36. Кинд В.В. Коррозия цементов и бетона в гидротехнических сооружениях. М.: Госэнергоиздат, 1955г., 320 с.

37. Кислан И.С. Стойкость бетона, подверженного воздействию низких температур в интервале отрицательных температур. Тр. КПСНИИП, 1980. — вып.55. С. 3 - 6.

38. Корольков В.Т., Булгаков В.С. О предельном армировании изгибаемых элементов из высокопрочного бетона //Бетон и железобетон.-1967.- №5.-с.1-5.

39. Красильников К.Г., Тарасов А.Ф. Фазовые переходы вода — лед в порах цементного камня и бетона // Физико-химические исследования бетонов и их составляющих. Труды НИИЖБ, вып.17. М.: НИИЖБ, 1975. - С. 100.

40. Кунцевич О.В. Бетоны высокой морозостойкости для сооружений Крайнего Севера. -Л.: Стройиздат, 1981.-С. 131.

41. Кунцевич О.В., Магомедэминов И.И. Исследование прочности и морозостойкости растворов с комплексными добавками/УПовышение долговечности транспортных сооружений: Межвуз. Сб. научн. тр. МИИТа.

42. Леман Э. Проверка статистических гипотез. М., Наука, 1979.

43. Лифанов И.И. Морозостойкость бетона и температурные деформации его компонентов: Дис. . канд. техн. наук. М, 1977. — 336 с.

44. Ллойд Д.К. Липов М. Надежность. Организация. Исследование, методы. Математический аппарат. Пер. с англ., -М, 1964, 603 с.

45. Мазур Б.М. Температурные деформации бетонов при низких отрицательных температурах и их влияние на долговечность железобетона: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М, 1964. — 24 с.

46. Мальцов К.А. О четвертом предельном состоянии по долговечности бетонных и железобетонных сооружений. Труды координационных совещаний.

47. Матвеева О. И. Стойкость бетонов при одновременном воздействии агрессивных сред и низких температур / Совершенствование технологии и расчета железобетонных конструкций, М:. 1984, С. 64-66.

48. Методические указания по инженерно-техническому обследованию, оценке качества и надежности строительных конструкций зданий и сооружений/ВСН-22-84, МИНХИММАШ, 1984.- С.13-28.

49. Милованов А. Ф., Самойленко В. Н. Учет воздействия низких температур при расчете конструкций // Бетон и железобетон. 1980,-№ 3, С. 25-26.

50. Миронов С. А., Иванова О. С., Журавлева Л. Е. Стойкость бетона при циклических колебаниях низких температур // Бетон и железобетон.— 1982.— №3.— С.42-43.

51. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М., Наука, 1971, с.576.

52. Митасов В.М., Федоров Д.А. Аналитическое представление диаграмм арматуры и бетона при одноосном растяжении// Изв. вузов. Сер.: Строительство и архитектура. — 1987, №9. с. 16-20 .

53. Москвин В.М. К вопросу о долговечности строительных конструкций//Защита от коррозии строительных конструкций и повышение их долговечности М.: Стройиздат, 1969.- с. 3-9.

54. Москвин В.М. О расчетах морозостойкости бетона.//Бетон и железобетон.-1986.- №7.- С.7-8.

55. Москвин В.М., Голубых Н.М. Экспериментальная проверка некоторых гипотез / Сборник НИИЖБ. М.: Стройиздат 1934. Вып. 11.- С. 50-54.

56. Москвин В.М., Капкин М.М., Антонов JI.H. Влияние отрицательных температур на прочность и упругопластические свойства бетона // Бетон и железобетон.— 1967.— № 10.— С. 18-21.

57. Москвин В.М., Капкин М.М., Мазур Б.М. Изменение температурных деформаций бетонов в процессе замораживания и оттаивания // Коррозия, методы защиты и повышения долговечности бетона и железобетона. -М.: Стройиздат, 1965, С.40-53.

58. Москвин В.М., Подвальный A.M., Самойленко В. Н. О расчетной величине коэффициента температурного расширения бетона при отрицательных температурах // Бетон и железобетон. — 1977.— № 6.— С. 37-39.

59. Москвин В.М., Капкин М.М., Ярмаковский В.Н. Долговечность и прочностные свойства бетона в условиях низких температур. — Труды VI совещания семинара по обмену опытом строительства в суровых климатических условиях. — Красноярск: 1969. — С. 46-58.

60. Москвин В.М., Подвальный A.M. О морозостойкости и долговечности железобетонных конструкций//Коррозия железобетона и методы защиты. -вып. 15: НИИЖБ I960.- С.3-13

61. Мощанский H.A. Физико-химические основы стойкости бетонов: Автореф. дис. канд. техн. наук. М, 1953. — 26 с.

62. Муха В.И., Абакумов Ю.Н., Малков E.H. Основы расчета, конструирования и возведения сооружений в Якутской АССР. Якутск, госуниверситет. — Якутск, 1976,— 248 с.

63. Невиль A.M. Свойства бетонов. М.: Строииздат.- 1972г.-с.344.

64. Невский В.А., Юдин А.Н. О взаимозависимых изменяемых некоторых свойств бетона в результате попеременного замораживания и оттаивания.//Способы зазиты от коррозии и неметаллических строительных материалов,- Ростов на Дону: РИСИ.- 1967г.- С.- 6-10.

65. Нилендлер Ю.А. Поверхностная прочность бетона и связь ее с появлением трещин. Коррозия бетона. Труды конференции 1937г. АН СССР. -М. JL, 1937, с.162-170.

66. Отчет. Исследование климатических воздействий на конструкции фундаментов зданий и сооружений, возведенных и эксплуатируемых в Якутской АССР. Новосибирск: НИИЖТ.- 1985. - 56с.

67. Отчет. Исследовать климатические воздействия на элементы железобетонных конструкций и разработать методику назначения морозостойкости бетона для использования в пособиях к главам СНиП II-21 и II-28. Новосибирск: НИИЖТ.- 1985.-436с.

68. Паундер Э. Физика льда.— М.: Мир, 1967. -189 с.

69. Пинус Б.И. Влияние предварительного обжатия на морозостойкость бетонов. В кн.: Обобщение опыта применения и перспективы развития предварительно-напряженных железобетонных конструкций на Дальнем Востоке. — Владивосток: 1975, С. 125-129.

70. Пинус Б.И. Обеспечение долговечности железобетонных конструкций при низкотемпературных воздействиях: Дис. . докт. техн. наук. М, 1987. — 392 с.

71. Пинус Б.И., Семенов В.В. Гузеев Е.А. Предельные деформации бетонов, подвергнутых циклическому замораживанию и оттаиванию // Бетон и железобетон.— 1981.—№ 10 — С. 19-21.

72. Пирадов К.А. Расчет железобетонных элементов на основе механики разрушения//Афтореферат дис. уч.степ докторатехн.-наук.- М., 1995.-41с.

73. Пирадов К.А., Гузеев Е.А. Подход к оценке напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов через параметры механики разрушения //Бетон и железобетон.—1994.—№5.—С. 19-23

74. Пискнер В.А. Морозостойкость стеновых материалов в условиях Крайнего Севера.//Пути и способы повышения эффективности и долговечности бетона и железобетонных конструкций. JI: Стройиздат, 1977, с.19-21.

75. Плят Ш. Н., Кац А. С. Исследование влияния степени водонасыщения и структуры порового пространства на механические свойства бетонов при отрицательных температурах // Известия ВНИИГа им Веденеева, т. 90. — Д.: Энергия, 1969. С. 323-346.

76. Подвальный А.М Об испытании бетона на морозостойкость//Бетон и железобетон. 1996.- №4-С.26-29.

77. Подвальный A.M. Исследование стойкости нагруженного бетона // Морозостойкость бетонов / Труды НИИЖБ. Вып.12. -М.: Стройиздат, 1969, С.45-65.

78. Подвальный A.M. О температурных деформациях и напряжениях в железобетоне, вызванных несоответствием теплофизических свойств стали и бетона // Инженерно-физический журнал.— 1962.—- №2.

79. Попов H.H., Расторгуев Б.С. Расчет железобетонных конструкций. М., Стройиздат, 1974. 207с.

80. Розенталь Н.К. Реализация основ норм проектирования (СНиП) в условиях современного строительства // Инженерные проблемы современного строительства: Сб. Научных трудов. Иваново: Изд-во ИИСИ.-1995.-С. 348353.

81. Савельев Б.А. Строение, состав и свойства ледяного покрова морских и пресных водоемов.-М.: Изд-во МГУ.- 1963.-С.540.

82. Садыков М.С. Коррозионная стойкость бетона при замораживании в растворе электролитов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М, 1972. — 28 с.

83. Сизов В.П. К вопросу прогнозирования морозостойкости бетона//Бетон и железобетон.- 1979.-№ 10.- с.26-27.

84. Складнев Н.В. Расчет величины коэффициента температурного расширения бетона при отрицательных температурах // Бетон и железобетон. — 1982.— №6.—С. 34-36.

85. СНиП 2.03.01 Бетонные и железобетонные конструкции/Госстрой СССР, М., 1989.

86. Соболь И.М. Метод Монте-Карло. — М.: Наука, 1968г. 63с.

87. Стольников В.В. Исследования по гидротехническому бетону М.: Энергоиздат, 1962. - С.329.

88. Стольников В.В. О теоретических основах сопротивляемости цементного камня и бетона чередующимся циклам замораживания и оттаивания. — Л.: Энергия, 1970.-с.67.

89. Стрелецкий Н.С. К вопросу развития методики расчета по предельным состояниям. М.: Стройиздат, 1966.211 с.

90. Терехин Ю. H. Температурно-влажностный режим работы массивного бетона в зимних условиях в районах с суровым климатом. — В сб. трудов координационных совещаний по гидротехнике. JT,. Известия ВПИИГ, 1973.

91. Трапезников Л.П. Температурная трещиностойкость массивных бетонных сооружений.-М.: Энергоатомиздат, 1986.-271с.

92. Указания по проведению обследований железнодорожных мостов и труб. М.: Транспорт, 1986.- С.29.

93. Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. М.: Стройиздат, 1979. - 344 е., ил.

94. Шейкин А.Е., Добшиц JI. М. Цементные бетоны высокой морозостойкости. Д.: Стройиздат, Ленингр. Отд-ние, 1989. - 128 е., ил.

95. Шестоперов C.B. Долговечность бетона. М.: Автотрансиздат, 1970. 478с.

96. Юдин А.Н. Исследование деформаций бетона и арматуры при циклическом замораживании железобетонных элементов. — В кн.: Способы защиты от коррозии неметаллических строительных материалов. —Ростов- на-Дону.: Изд. Ростовского унив. — 1967. С. 95-102.

97. Яшин A.B. Прочность и деформации бетона при кратковременной и длительной нагрузках.//Труды координационного совещания по гидротехнике, 1972, вып.73 ./Структура и строительно-технические свойства гидротехнического бетона.- Д., Энергия.- С. 148-152.

98. Bach G. and Graf O. Versuche mit allseiting aufligenden guadratishen und Einsenbetonplatten.// Berlin, 1945r.

99. CEB-FIP MODEL CODE, 1990. DESIGN CODE.

100. Collinz A.R. The Destruction of Concrete by Frost // Journal of the Inst, of Civ. Eng., v. 32, #1,1944.

101. Cook D.J., Chindaprasirt P. A mathematical model for the predistion of damage in concrete // Cement and concrete research. Vol. 11, pp. 581-590, 1981.

102. L. Hermite R. Present day ideas on concrete technology, 3-rd part.//The failure of concrete. Bulletin #18. RILEM, June, 1954.

103. Valore R.C. Volume changes in Small Concrete Cylinders Durling Freezing and Thawing // JACI, v. 21, #6, 1950.04 I 8 . О 5 .2ч:Jч •. :4 'aim ill!:.4 0-' 20.09 0лit. . 5 о ог; о о8 СммЗ

104. Дата 20.10.01 Время 12:58 Имя образца 31ЦЗО.03

105. Рис. П1, полученные после испытания на осевое сжатие бетонных образов на машине UTS-250 (серия ЦЗ)не;1. о:го .8901. I, 2.:>. гооо о5. 18 Гмм.

106. Дата 20.10.01 Время 11:52 Имя образца 31Ц3.027

107. Рис. П2. Данные, полученные после испытания на осевое сжатие бетонных образов на машине иТБ-250 (серия ЦЗО)1. Имя образца 32К.181. Время 15:021. Дата 21.10.01

108. Рис. ПЗ. Данные, полученные после испытания на осевое сжатие бетонных образов на машине иТ8-250 (серия контрольная)