Оценка несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами

Смердов, Дмитрий Николаевич

Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Оценка несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами

кандидата технических наук: Смердов, Дмитрий Николаевич
город: Новосибирск
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.23.11

Диссертация по строительству на тему «Оценка несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами»

Автореферат диссертации по теме "Оценка несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами"

На правах рукописи

00461299/

СМЕРДОВ Дмитрий Николаевич

ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ, УСИЛЕННЫХ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Специальность 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 НОЯ 2010

Новосибирск - 2010

004612997

Работа выполнена на кафедре «Мосты» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет путей сообщения» (СГУПС).

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Бокарев Сергей Александрович

доктор технических наук, профессор Овчинников Игорь Георгиевич,

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Устинов Борис Валентинович

Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт мостов и дефектоскопии Федерального агентства железнодорожного транспорта» (НИИ мостов)

Защита состоится «23» ноября 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 218.012.01 при ГОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения» по адресу: 630049, Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191, e-mail: lvs@stu.ru, тел. (383)3280402, факс (383)2267978, зал заседаний диссертационных советов - ауд. 224.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГУПСа.

Автореферат разослан «21» октября 2010 г.

Отзывы на автореферат диссертации, заверенные печатью, в двух экземплярах просим направлять по указанному адресу диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доц.

Л.Ю. Соловьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На мостах и путепроводах сети автомобильных дорог Российской Федерации установлено более сорока тысяч железобетонных пролетных строений, различающихся конструктивными решениями, нормами проектирования, технологией сооружения и работающих в различных, в том числе сложных, климатических условиях. В последнее время существенно повышены требования к обеспечению безопасности движения автомобильного транспорта по искусственным сооружениям, это связано с ростом скорости и интенсивности движения, увеличением временной подвижной нагрузки на мосты.

В соответствии с ГОСТ Р 52748 временную вертикальную нагрузку от подвижного состава на автомобильных дорогах при проектировании принимают от автотранспортных средств в виде полос АК и от тяжелых одиночных нагрузок НК с классом нагрузки К, равным 14. На сегодняшний день эксплуатируемые пролетные строения автодорожных мостов запроектированы под временные нагрузки с классами К, равными 11, а также более низкими. Соответственно при выполнении капитального ремонта железобетонных мостов для обеспечения безопасного пропуска современных расчетных нагрузок требуется замена или усиление главных балок железобетонных пролетных строений. Эффективным способом повышения несущей способности железобетонных пролетных строений является применение современной технологии усиления композитными материалами. В настоящее время оценка несущей способности железобетонных пролетных строений, усиленных композитными материалами, производится по зарубежным методикам, положенным в основу действующих международных норм по проектированию. Применение указанных методик в Российской Федерации существенно ограничено, так как в них заложены гипотезы и подходы, отличающиеся от тех, которые реализованы в российских нормах, кроме того в них не учитываются особенности работы конструкций в северной строительно-климатической зоне.

Актуальность исследования обусловлена очевидной необходимостью разработки методики определения несущей способности железобетонных пролетных строений автодорожных мостов, усиленных композитными материалами, как одной из составляющей общей системы требований к проектированию капитального ремонта эксплуатируемых искусственных сооружений в Российской Федерации.

Цель н задачи исследования. Целью исследования является уточнение оценки несущей способности железобетонных пролетных строений автодорожных мостов, усиленных композитными материалами, учитывающей их конструктивные особенности и сложные условия эксплуатации. Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:

- провести экспериментальные исследования работы изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами;

- разработать численные модели деформирования нормальных сечений методом упругих решений и пространственных конечно-элементных моделей железобетонных образцов, усиленных композитами, с учетом нелинейных свойств материалов и определить их соответствие действительной работе конструкций;

- выполнить обследование и испытание усиленного композитными материалами железобетонного пролетного строения автодорожного моста после четырех лет эксплуатации;

- провести исследование влияния многократного замораживания и оттаивания на изменение несущей способности и деформативности изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами;

- выполнить оценку выносливости изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами;

- уточнить инженерную методику расчета по прочности сечений эксплуатируемых железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами;

- дать оценку изменения во времени вероятности безотказной работы железобетонного пролетного строения с учетом его усиления композитами.

Научная новизна работы:

1. Выявлена новая схема разрушения усиленных железобетонных элементов, проявившаяся в результате разрыва композитного материала от действия изгибающего момента. Этот факт способствовал вводу дополнительного расчетного случая в методику расчета.

2. Показано существенное влияние изменения прочности бетона растяжению при попеременном замораживании и оттаивании на несущую способность железобетонных элементов, усиленных композитными материалами. Обоснована необходимость учитывать это влияние в расчетах по прочности на действие поперечной силы.

3. Впервые экспериментально установлено, что при одинаковом уровне динамического нагружения выносливость железобетонных элементов, усиленных композитными материалами, превышает выносливость неусиленных железобетонных элементов.

Достоверность полученных результатов подтверждена лабораторными и натурными исследованиями, корректным использованием теоретических и численных методов решения задач прочности, широко применяемых в науке, а также при проектировании и расчетах мостовых конструкций.

Практическая ценность и внедрение. Предлагаемая методика оценки несущей способности обоснована с учетом конструктивных особенностей и сложных условий эксплуатации, позволяет проектировать усиле-

ние композитными материалами железобетонных пролетных строений автодорожных мостов.

Разработанная методика определения несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами, применена при выполнении трех рабочих проектов по капитальному ремонту искусственных сооружений, эксплуатируемых на автомобильных дорогах Новосибирской области. Результаты исследований, выполненные автором, используются в учебном процессе кафедры «Мосты» Сибирского государственного университета путей сообщения (дисциплина «Грузоподъемность и усиление мостов»).

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на:

- научно-технической конференции «Наука, инновации, образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» в Екатеринбурге, апрель 2006 г.;

- Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе» в Новосибирске, ноябрь 2007 г.;

- Международной научно-технической конференции «Современное состояние и инновации транспортного комплекса» в Перми, апрель 2008 г.;

- научно-практическом семинаре «Комплексный ремонт искусственных сооружений на автомобильных дорогах» в Рязани, май 2009 г.;

- научно-практическом семинаре «Актуальные вопросы в сфере производства и ремонта железобетонных конструкций мостовых сооружений. Внедрение новых технологий и материалов при изготовлении элементов из железобетона» в Ростове-на-Дону, сентябрь 2009 г.;

- объединенном научном семинаре шести кафедр СГУПСа в Новосибирске, 17 сентября 2010 г.

По теме диссертации опубликовано восемь работ.

На защиту выносятся:

1. Методика оценки несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами.

2. Результаты исследования работы изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами, при статическом и динамическом приложении нагрузки.

3. Численные модели железобетонных балок, усиленных композитами, реализованные методом упругих решений и методом конечных элементов с учетом фактических диаграмм деформирования бетона, арматуры и композита, включая их вероятностную оценку безотказной работы и остаточного ресурса.

4. Результаты исследования работы железобетонных элементов, усиленных композитными материалами, в условиях попеременного замораживания и оттаивания.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа общим объемом 159 с. содержит 83 рисунка, 19 таблиц и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации дан обзор конструкций и анализ технического состояния железобетонных пролетных строений автодорожных мостов, эксплуатируемых на автомобильных дорогах России. Приведены сведения о существующих предложениях по оценке несущей способности железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами.

Проблемам эксплуатации железобетонных пролетных строений посвящены труды H.H. Богданова, С.А. Бокарева, Г.М. Власова, П.П. Ефимова, В.М. Картапольцева, В.М. Круглова, И.Г. Овчинникова, С.С. При-быткова, Л.Ю. Соловьева, В.П. Устинова, В.М. Фридкина, В.И. Шестери-кова, К.К. Якобсона, А.Н. Яшнова и др. Вопросы технического состояния искусственных сооружений и строительных конструкций отражены в работах И.Ю. Белуцкого, В.В. Болотина, В.А. Быстрова, A.A. Гвоздева, A.C. Залесова, Л.И. Иосилевского, Ю.Г. Козьмина, В.В. Кондратова, В.И. Кулиша, В.О. Осипова, A.B. Смирнова, П.М. Саламахина, Б.В. Устинова, A.A. Цернанта, В.П. Чиркова и др.

Конструкции пролетных строений автодорожных мостов отличаются большим многообразием - с начала второй половины XX в. и по сегодняшний день установлены и эксплуатируются пролетные строения, запроектированные под нагрузки: Н-13, НГ-60; Н-18, НК-80; Н-30, НК-80; А8, НГ-60; All, НК-80. Основная масса пролетных строений - это плитные или ребристые конструкции, выполненные из железобетона. Диапазон перекрываемых ими пролетов в среднем от 6 до 21 м. Данные многочисленных обследований, проведенных сотрудниками НИЛ «Мосты» СГУПСа, РОСДОРНИИ и др., показывают, что около 25 % эксплуатируемых железобетонных пролетных строений имеют различного рода повреждения, которые либо затрудняют их эксплуатацию, либо приводят к снижению несущей способности.

Способы повышения несущей способности железобетонных конструкций известны. Это геометрическое развитие поперечных сечений с добавлением бетона и арматуры либо дополнительное внешнее армирование. При этом традиционным способом внешнего армирования является включение дополнительного металла в совместную работу с усиливаемой конструкцией. Вопросы усиления эксплуатируемых железобетонных пролетных строений автодорожных мостов металлом широко освещены в работах П.П. Ефимова и В.И. Шестерикова. В качестве примера на рис. 1

I"^

SBgi

i iiiT ■■

ЫО-

представлена конструкция усиления главной балки железобетонного пролетного строения металлом.

Рис. 1. Конструкция усиления главной балки пролетного строения металлом

В конце 90-х гг. XX в. в России при усилении железобетонных пролетных строений автодорожных мостов стали применять композитные материалы. Композитными материалами, или фиброармированными пластиками, называют стеклянные, арамидные. углеродные и другие волокна, объединенные полимерной матрицей. По сравнению с металлом они имеют ряд таких существенных достоинств, как: малый собственный вес, неподверженность коррозии, лучшие прочностные и деформативные характеристики. Например, композитный материал на основе углеродных волокон (углепластик) имеет модуль упругости 230 ГПа и расчетное сопротивление растяжению 3500 МПа, а стальная арматура класса AIII - модуль упругости 196 ГПа и расчетное сопротивление растяжению 330 МПа.

К настощему моменту исследователями для расчета железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами, предложено несколько методик. Большинство из них разработано за рубежом и положено в основу действующих международных норм по проектированию, таких как руководство по проектированию усиления железобетонных конструкций композитными материалами CNR-DT 200/2004 «Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures», действующее в Европе. Применение зарубежных норм в Российской Федерации существенно ограничено.

Во второй главе приведены методика и результаты экспериментально-теоретических исследований работы изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами. В НИЛ «Мосты» СГУПСа для уточнения методики расчета железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами были начаты исследования.

Первая задача, которую нужно было решить в рамках проводимых работ, - это выявление всех возможных схем разрушения усиленных железобетонных элементов. К испытаниям было подготовлено четыре группы образцов. В первую группу вошли неусиленные железобетонные балки серии «А» (рис. 2, а).

а)

за

¿ФА

ЗА

.3)0 8 мм AMI

■g|0 10 мм All!

0 6 мм AI

200 1650

в)

г)

д)

е)

серия "Б" серия "В" серия "Г"

R 1400 [

160 160 150 1 1650

1 150

■■ 1вп

1400_

J&L

150 1100 150

1650

Рис. 2. Конструкции образцов Во вторую группу - железобетонные балки, усиленные композитным материалом по нижним граням: серии «Б» - одним слоем шириной 50 мм; серии «В» - одним слоем шириной 100 мм; серии «Г» - одним слоем шириной 150 мм (рис. 2, б); серии «Д» - двумя слоями шириной 150 мм (рис. 2, в); серии «Е» - одним слоем шириной 150 мм с анкеровкой слоя U-образной обмоткой в приопорных зонах (рис. 2, г). В третью группу во-

шли железобетонные балки серии «Ж», усиленные одним слоем композитного материала в виде U-образной обоймы длиной 1400 мм (рис. 2, д), и железобетонные балки серии «3», усиленные одним слоем композитного материала шириной 150 мм по нижним граням и полосами на боковых гранях шириной 300 мм, наклеенными под углом 60° к продольной оси (рис. 2, е). В четвертую группу вошли балки серии «И» с трещинами раскрытием 1-1,2 мм, которые были образованы во время предварительных испытаний при нагружении до 8 тс, усиленные по нижним граням одним слоем композитного материала шириной 100 мм. Для каждой серии было подготовлено по три-четыре балки. Проектный класс бетона всех балок В30. Схема армирования балок приведена на рис. 2, а. Элементы арматурного каркаса расположены с учетом требований СНиП 2.05.03-84*. Для усиления балок была использована ткань из углеродных волокон SikaWrap® 530 C(VP). Наклейку тканевых полотен на бетон осуществляли при помощи двухкомпонентного эпоксидного клея марки Sikadur®-330.

Деформации бетона и композитного материала измеряли при помощи съемных электронных индикаторов с ценой деления 0,001 мм, установленных на базе 260 мм, и тензометрических датчиков деформаций, установленных на базе 62 мм. Прогиб балки в середине пролета фиксировали на каждом этапе нагружения при помощи электронного индикатора и тензометрического датчика перемещения. Для определения величины местного обжатия бетона балок на опорах были установлены механические индикаторы с ценой деления 0,01 мм. Нагрузку прикладывали ступенями по 500 кг со средней скоростью нагружения 100 кг/мин. Значение испытательной нагрузки на балку фиксировали тензодинамометром (мес-сдозой) и по шкале пресса WPM-300. Тензодатчики входят в состав мобильного измерительного комплекса «Тензор-МС», разработанного в СГУПСе. На рис. 3 показан пресс WPM-300 с испытываемым образцом.

Рис. 3. Вид пресса \VPM-300 с испытываемым образцом По результатам экспериментальных исследований удалось установить, что неусиленные образцы разрушались по сжатому бетону от действия

изгибающего момента. Схемы разрушения усиленных балок существенно отличаются друг от друга:

1. Отслоение композитного материала в результате разрушения клея между вертикальными трещинами (рис. 4, а). Схема проявилась при разрушении элементов от действия изгибающего момента.

2. Отслоение композита в зоне образования наклонных трещин в результате разрушения клея (рис. 4, б). Схема проявилась при разрушении элементов от действия поперечной силы.

3. Отслоение композита с разрушением бетона защитного слоя рабочей арматуры (рис. 5, а). Схема проявилась при совместном воздействии изгибающего момента и поперечной силы.

4. Разрыв композита в зоне образования вертикальных трещин (рис. 5, б). Схема проявилась при разрушении элементов от действия изгибающего момента.

Рис. 5. Вид балок после испытаний

Несущая способность неусиленных образцов оказалась близка к 7 тс, и в зависимости от вида усиления она увеличивалась до 9... 16 тс. На рис. 6 в качестве примера представлены графики изменения прогибов балок серии «А» и «Ж» под нагрузкой, построенные по показаниям мессдозы и тензометрического датчика перемещения. На графике «прогиб-нагрузка» неусиленных образцов серии «А» имеется две характерные зоны: зона роста упругих деформаций и зона роста неупругих деформаций при мало изменяющейся нагрузке (см. рис. 6, а). График усиленных образцов серии «Ж» на всем своем протяжении имеет характер, близкий к линейному (см. рис. 6, б).

Усиление композитными материалами предварительно нагруженных образцов в среднем до 8 тс, с трещинами раскрытием не менее 1 мм, способствовало увеличению их несущей способности, при этом наличие ста-

рых трещин не оказывало влияния на общую несущую способность усиленных конструкций. Величины предельных нагрузок на неусиленные и усиленные образцы приведены в таблице.

а)

2 4 6 8 1012141618202224262830 Прогиб в середине пролета, мм

0 2 4 6 8 1012141618202224262830 Прогиб в середине пролета, мм

Рис. б. Графики изменения прогиба балок под нагрузкой Следующая задача, которую необходимо было решить в рамках проводимых исследований, - это численное моделирование работы железобетонных элементов, усиленных композитными материалами методом конечных элементов (МКЭ). Для проверки возможности использования метода конечных элементов (МКЭ) как инструмента численного моделирования усиленных железобетонных конструкций, а также для проверки исходных расчетных предпосылок были сопоставлены экспериментальные данные с данными расчета МКЭ.

Для решения поставленной задачи в программном комплексе ANSYS были разработаны конечно-элементные модели (КЭ-модели) испытанных балок (см. рис. 2). В КЭ-модели бетонное тело конструкций балок было разбито на объемные конечные элементы SOLID65 (см. рис. 7, а). Арматуру балок моделировали стержневыми конечными элементами LINK8 (см. рис. 7, б), композит - слоистыми объемными конечными элементами SOLID46 (см. рис. 7, в).

б)

Рис. 7. КЭ-модель балки, усиленной композитным материалом Элемент SOLID65 имеет возможность образовывать трещины при растяжении и разрушаться от сжатия. Элемент LINK8 способен воспринимать растяжение и сжатие, имеет свойства пластичности. В КЭ-моделях связь между конструктивами была принята идеальной. Узлы элементов арматуры LINK8 и композита SOLID46 объединялись с узлами элементов SOLID65. Принятая в расчетах диаграмма деформирования бетона приведена на рис. 8, а. На участке диаграммы 0-1 зависимость между напряже-

ниями и деформациями в бетоне принята по формуле (1), а на участке 0-2 по формуле (2).

Предельные нагрузки на балки, полученные по результатам __эксперимента и расчета _

Серия № см Несущая способность Отклонение экспериментальных данных от результатов расчета МКЭ, %

Эксперимент Расчет МКЭ

Р, тс (кН) Р, тс (кН)

А 1 0,00 6,59 (64,65) 6,45 (63,27) -2,12 -8,07

2 7,09 (69,55) 6,45 (63,27) -9,03

3 7,42 (72,79) 6,45 (63,27) -13,07

Б 1 0,5 10,53 (103,30) 9,12(89,47) -13,39 -4,02

2 9,15 (89,76) 9,12 (89,47) -0,33

3 8,81 (86,43) 9,12(89,47) +3,52

4 9,69 (95,06) 9,12(89,47) -5,88

В 1 1,00 10,26(100,65) 10,40(102,02) +1,36 -4,03

2 10,30(101,04) 10,40 (102,02) +0,97

3 11,62(113,99) 10,40(102,02) -10,50

4 11,30(110,85) 10,40(102,02) -7,96

Г 1 1,5 12,27 (120,37) 11,42(112,03) -6,93 -12,09

2 12,77 (125,27) 11,42(112,03) -10,57

3 14,06(137,93) 11,42(112,03) -18,78

Д 1 3,00 12,42(121,84) 11,54(113,21) -7,09 -12,59

2 12,99(127,43) 11,54(113,21) -11,16

3 14,34(140,68) 11,54(113,21) -19,53

Е 1 1,5 12,51 (122,72) 11,76(115,37) -6,00 -11,32

2 13,33 (130,77) 11,76(115,37) -11,78

3 14,03(137,63) 11,76(115,37) -16,18

Ж 1 3,00 16,45(161,37) 13,41 (131,55) -18,48 -12,94

2 14,61 (143,32) 13,41 (131,55) -8,21

3 15,26(149,70) 13,41 (131,55) -12,12

3 1 1,5 14,62(143,42) 12,58(123,41) -13,95 -10,46

2 14,23 (139,60) 12,58(123,41) -11,60

3 13,36(131,06) 12,58(123,41) -5,84

Примечание. А/ - площадь волокон композитного материала в середине пролета балок; Р - несущая способность балок.

о„=Еьг( 1-ю), (1)

<5ь=Еьг, (2)

где Еь - начальный модуль упругости бетона; со - функция пластичности, характеризующая пластические свойства бетона. Функция пластичности для бетона принята в виде:

03=

Е„г

47?,

(3)

Ьп

где Яьп - нормативное сопротивление бетона сжатию.

Диаграмма деформирования рабочей арматуры была принята в виде диаграммы Прандтля (рис. 8, б). На участке диаграммы 0-1 напряжения в арматуре определялись по закону Гука, участок 1-2 соответствует площадке текучести, для которой о1 = /?„,. Диаграмма деформирования композита была принята в соответствии с законом Гука.

б)

Рис. 8. Диаграмма деформирования бетона и арматуры В таблице приведены экспериментальные и расчетные значения несущей способности испытанных балок (см. рис. 2). Из данных, приведенных в таблице видно, что отклонение расчетных значений предельных нагрузок от экспериментальных варьируется в пределах от -20 до +4 %. Полученные расчетные значения несущей способности в среднем на 9 % занижены по сравнению с экспериментальными данными. Причины этого вполне приемлемого отклонения связаны с некоторыми расчетными предпосылками и гипотезами, принятыми при моделировании свойств материалов. Нелинейный анализ методом конечных элементов показал хорошее соответствие расчетной модели работы усиленной конструкции их действительной работе.

В третьей главе приведены результаты натурного обследования и испытания усиленного композитными материалами железобетонного пролетного строения автодорожного моста. Выполнена оценка морозостойкости и выносливости усиленных элементов.

С целью установления соответствия между расчетной конечно-элементной моделью и работой реальной конструкции были проведены натурные испытания усиленного композитными материалами железобетонного пролетного строения моста через реку Тишковка на 93 км автомобильной дороги Кукуштан-Чайковский в Осиновском районе Пермского края (рис. 9). В диссертации подробно изложены программа и результаты обследования и испытания пролетного строения моста.

Испытания пролетного строения позволили определить конструктивные коэффициенты по прогибам балок 0,90...0,99 и напряжениям в композитном материале 0,89...0,95, которые указывают на явное соответствие принятой пространственной конеч но-элементной модели пролетного строения его действительной работе.

Железобетон в мостовых конструкциях подвергается неблагоприятному воздействию окружающей среды: увлажнение и высушивание, попеременное замораживание и оттаивание, действие низких температур и др. Основным разрушающим фактором для бетона в процессе эксплуатации является попеременное замораживание и оттаивание. Железобетонный элемент, усиленный композитным материалом, представляет собой конструкцию, для которой композит является внешней «арматурой», приклеенной на поверхность бетона и находящейся во взаимодействии с окружающей средой.

Для определения морозостойкости усиленных элементов была изготовлена партия железобетонных балок полной длиной 1000 мм, прямоугольного поперечного сечения, шириной 120 и высотой 140 мм. Проектный класс бетона всех балок В30, марка бетона по морозостойкости F300 и водонепроницаемости W6. Серия «А» - неусиленные железобетонные балки и серия «Б» - железобетонные балки, усиленные одним слоем композитного материала шириной 120 мм по нижним граням. Балки были разделены на контрольные и основные образцы. Контрольные образцы не подвергали замораживанию в морозильной камере. Основные образцы перед испытанием на прочность были подвергнуты соответственно четырем, восьми и двенадцати циклам замораживания и оттаивания в морозильной камере «WEISS» WT1 юо°. Температурный режим при замораживании и оттаивании соответствовал требованиям ГОСТ 10060.2-95 по третьему ускоренному методу определения морозостойкости с замораживанием до -50° С. На рис. 10 приведен вид образцов после испытаний.

Неусиленные образцы (см. рис. 10, а) после 0, 4, 8 и 12-го циклов замораживания и оттаивания разрушались от действия изгибающего момента. Все усиленные образцы разрушались от совместного действия изгибающего момента и поперечной силы. Отличались схемы отслоения композита. После четырех циклов композит отслаивался в зоне действия момента и поперечной силы по контакту «клей-бетон», после восьми и двенадцати циклов по контакту «бетон-арматура». Отслоение по контак-

те. 9. Испытательная нагрузка на усиленном пролетном строении

ту «бетон-арматура» говорит о том, что адгезия клея достаточная, а бетон, из-за падения его прочности, имеет недостаточную способность воспринимать сдвигающие усилия по податливому слою «композитный материал-бетон» (см. рис. 10, б).

Рис. 10. Вид образцов после испытаний: а - серии «А»; б - серии «Б» По результатам испытаний было установлено, что негативного влияния попеременное замораживание и оттаивание на адгезию эпоксидного клея к бетону не оказывает. Композитный материал защищал поверхность бетона от увлажнения, что положительно сказывалось на его сопротивляемости морозному разрушению. Проведенное исследование показало, что снижение прочности бетона марки F300 по морозостойкости в процессе замораживания и оттаивания приводит к незначительному падению несущей способности неусиленных балок по изгибающему моменту (3 %) и к более существенному падению несущей способности усиленных балок по поперечной силе (10 %).

Для выявления причин неравного падения несущей способности неусиленных и усиленных элементов во время испытания их на морозостойкость, было рассмотрено влияние изменения прочности бетона на сжатие и растяжение при попеременном замораживании и оттаивании, а также влияние этих изменений на особенности разрушения КЭ-моделей образцов при изгибе по моменту и по поперечной силе. Изменение прочности бетона в процессе замораживания-оттаивания было определено по математическим моделям, полученным С.А. Бокаревым:

mh = 1 - 0,00684 - 0,000319N2, (4)

ты =1-0,0165-0,000517N2, (5)

тЕ = 2,057mb -1,057 , (6)

где ть и ты - относительная остаточная прочность бетона на сжатие и растяжение; тЕ- относительный остаточный модуль упругости бетона.

По результатам испытаний и расчетов МКЭ построены графики, изображенные на рис. 11, показывающие относительное изменение несущей способности изгибаемых балок п в зависимости от количества циклов замораживания и оттаивания N, которым они были подвергнуты. Моде-

лируя в КЭ-моделях снижение прочностных и деформативных характеристик бетона, получили уменьшение несущей способности неусиленных балок на 3 % и усиленных на 19 % (см. рис. 11).

Моделирование методом конечных элементов работы усиленных железобетонных элементов в условиях попеременного замораживания и оттаивания подтвердило существенное влияние падения прочности бетона на их несущую способность. На основании проведенных экспериментов и расчетов МКЭ был сделан вывод, что при выполнении инженерных расчетов железобетонных пролетных строений, усиленных композитными материалами, эксплуатируемых в северной строительно-климатической зоне, проверку прочности сечений наклонных к продольной оси элемента на действие поперечной силы следует производить с учетом коэффициентов условий работы бетона для сжатия ть, определяемых по табл. 24 СНиП 2.05.03-84* в зависимости от величины средней температуры воздуха наиболее холодной пятидневки, а также растяжения mh, - см. (5).

В связи с возрастанием на автомобильных дорогах интенсивности движения при увеличении общей массы транспортных средств и нагрузок на ось, а также повышением расчетных нагрузок с All до А14, была выполнена оценка выносливости железобетонных элементов, усиленных композитными материалами. Испытания на выносливость проводили на прессе-пульсаторе ГРМ-2А. Для испытаний были подготовлены неусиленные (серия «А», см. рис. 2, а) и усиленные (серия «Б», см. рис. 2, е) железобетонные образцы. Во время испытаний неусиленных и усиленных образцов определяли их циклическую долговечность N и схему разрушения. Циклическая долговечность - это число циклов нагружений, которые образец выдержал до полного усталостного разрушения. Оценка выносливости всех образцов осуществлялась с одинаковым коэффициентом асимметрии р, равным 0,37, при синусоидальных циклах нагружения с частотой 8,38 Гц. На рис. 12 изображен график изменения во времении вертикальных прогибов усиленного образца в процессе испытаний.

Усталостное разрушение всех неусиленных образцов происходило вследствие разрыва растянутой арматуры от действия изгибающего мо-

ги

1.5 ; 1.45 1.4 1.35 1.3 1.25 1.2 1.15

: 11 | 1.05 о i i

5* 0.95 • 0.9 0.85

\ ; ; lili

! ! !

1 T -

! ~a,%

1 "! T i

I ; ; ; ; ; ;

+5Ji i

i___ ' i „Т-Иг.т

i ■ i

; ; -s¡% Г !—,

¡ "í "i

0 50 100 150 200 250 300 350 400 Количество циклов замораживания и оттаивания N

_ эксл . „эксп__МКЭ__МКЭ

т ПБ 1 ПА —пд —ПБ

Рис. 11. Относительное изменение несущей способности балок в зависимости от N

мента. Процесс усталостного разрушения всех усиленных образцов проходил по следующей схеме:

О 900 50583 6207В "*

\ дмиетгХ

Разрыв '

арматурного ( Разрыв

стержня | композита

Рис. 12. График изменения во времени вертикальных прогибов усиленного образца

1. Сначала разрывался один из стержней растянутой арматуры при 0,81 *ЛГ циклов нагружения, что приводило к снижению жесткости балок и увеличению вертикальных прогибов (см. рис. 12).

2. Увеличение прогибов балок сопровождалось «потрескиванием» клеевого слоя между бетоном и композитным материалом.

3. Максимальное раскрытие трещин, «дышащих» под воздействием динамического нагружения, достигало 1,5-2,0 мм.

4. Полное усталостное разрушение балок наступало при N циклов нагружения вследствие разрыва композитного материала в середине пролета.

Для характеристики сопротивляемости конструкций воздействию переменных на-гружений по результатам испытаний на выносливость для усиленных и неусиленных образцов в логарифмических координатах построены кривые усталости, приведенные ^ на рис. 13. Как видно из графика, при одинаковых уровнях нагружения усталостное разрушение усиленных образцов происходило при большем количестве циклов N. Оценка выносливости показала, что при усилении железобетонных конструкций композитными материалами, помимо существенного увеличения несущей способности, происходит увеличение усталостного ресурса железобетонных конструкций.

В четвертой главе изложены основные положения методики расчета железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными

,10

____ -

▼ неусиленные образцы ▲ усиленные образцы

3 4 5 6 1д N

Рис. 13. Кривые усталости

материалами. Произведена вероятностная оценка долговечности усиленного композитными материалами железобетонного пролетного строения автодорожного моста.

Расчет по прочности сечения, нормального к продольной оси элемента на действие изгибающего момента. Разрушение усиленных железобетонных элементов от действия изгибающего момента может происходить вследствие отслоения композитного материала по клею от поверхности бетона по концам композита или в области вертикальных трещин при напряжениях в композите:

ос=£сЕ{, (7)

где ес - относительная деформация композита в момент отслоения; Е!- -модуль упругости волокон композитного материала.

При устройстве закреплений композитного материала в виде и-образных хомутов (см. рис. 2, е), разрушение усиленных элементов происходит вследствие разрыва композитного материала при напряжениях, равных расчетному сопротивлению волокон композитного материала растяжению /?/.

0,=/?/. (8) На рис. 14 приведена схема усилий и эпюра напряжений в сечении, нормальном к продольной оси изгибаемого железобетонного элемента, усиленного композитным материалом, при определении внутреннего предельного момента Му. Несущую способность усиленных элементов прямоугольного поперечного сечения по изгибающему моменту определяют по формуле

Му = ЯьхЬ(Н0 -0,5х) +

где высоту сжатой зоны х определяют из уравнения

Л'

..Л.

Х =

(10)

ОсА!

ЙА)

Рис. 14. Схема усилий и эпюра напряжений в нормальном сечении элемента

в котором Яь, Я5С, К* - расчетные сопротивления бетона сжатию, арматурной

стали сжатию и растяжению соответственно; ас - напряжение в композитном материале, при котором происходит его отслоение или разрыв; А '5, А, - площади поперечного сечения сжатой и растянутой арматуры; А/ - площадь поперечного сечения волокон композитного материала; Ъ -ширина поперечного сечения элемента (ребра); а'„ а, и ас - расстояния от верхней грани элемента до центра тяжести сжатой арматуры, от нижней

грани элемента до центра тяжести растянутой арматуры и композитного материала соответственно; /г0 - рабочая высота сечения.

Несущая способность усиленных элементов таврового поперечного сечения по изгибающему моменту определяется по аналогичным формулам в зависимости от положения границы сжатой зоны х.

Расчет по прочности сечения, нормального к продольной оси элемента на действие изгибающего момента может производиться по диаграммам деформирования бетона, арматуры (см. рис. 8) и композитного материала с использованием метода упругих решений. Решение производится посредством пошагового нагружения, при этом относительные деформации

в нормальном сечении усиленного элемента определяются по формуле

—<">

Ьь* гей

где Мщ- внутренний момент в нормальном сечении элемента от действия внешних сил; М - внешний изгибающий момент; /г,— приведенный момент инерции нормального сечения; у - координата по высоте сечения, начало которой расположено на уроне нейтральной оси.

Внутренний момент в нормальном сечении определяется из выражения

= £ №у№ + ±с'ку>кА1 + ¿ода/, (12)

1=1 А к=1 н

где п - количество слоев бетона в нормальном сечении с различными прочностными и деформативными характеристиками; т - количество стержней рабочей арматуры; / - количество наклеенных слоев композитного материала; А - площадь нормального сечения; - площадь поперечного сечения к-го стержня рабочей арматуры; Л/ - площадь поперечного сечения волокон ]-го слоя композитного материла.

Приведенные геометрические характеристики нормального сечения элемента определяются по формуле

Ке,оэ)

(=1 А 4=1 ]=1

где «/', Пк и и/ - коэффициенты приведения модулей упругости материалов слоев к бетону.

В качестве примера, на рис. 15 приведен график, показывающий характер изменения расчетной эпюры напряжений в бетоне в процессе нагружения нормального сечения образца серии «В» (см. рис. 2, б).

Упругая работа сечения и Неупругая работа сечения

начало трещинообразования

Нормальные напряжения в бетоне, МПа

Рис. 15. Эпюра нормальных напряжений в бетоне усиленного элемента С момента начала трещинообразования и до наступления предельного состояния высота сжатой зоны изменилась на величину Ах (см. рис. 15).

Расчет по прочности сжатого бетона между наклонными трещинами осуществляется по п. 3.77* СНиП 2.05.03-84*.

Расчет по прочности сечения, наклонного к продольной оси элемента на действие поперечной силы. На рис. 16, а представлена схема усилий в сечении, наклонном к продольной оси элемента, при его расчете

Рис. 16. Схема усилий в наклонном сечении элемента Несущая способность элементов по прочности наклонного сечения на действие поперечной силы определяется по формуле

гДе1ХиД,.5та, Х^Л«' Ф и 2Хл/и. - суммы проекций

усилий всех пересекаемых отгибов, хомутов и композита соответственно при длине проекции сечения, не превышающей 2/г0; ~ расчетное сопротивление арматуры растяжению с учетом коэффициента условий ра-

боты та4, определяемого по п. 3.40 СНиП 2.05.03-84*; ас - напряжение в композитном материале, определяемое по формуле (7) или (8).

Расчет по прочности сечения, наклонного к продольной оси элемента на действие момента. Несущая способность элементов по прочности наклонного сечения на действие изгибающего момента (рис. 16, 6) определяется по формуле

где zs, zsw Zsi, Zo Zd и Zcw - расстояния от точки приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне бетона до усилий в рабочей арматуре, хомутах, отгибах, горизонтальном слое композитного материала, наклонных или вертикальных хомутах из композитного материала, соответственно; Л„ Ат> Asi, Af, A fi и Afw - площади горизонтальной арматуры, поперечной арматуры, отогнутой арматуры, волокон горизонтального слоя композитного материала, волокон наклонных и вертикальных хомутов из композитного материала, попадающие в сечение.

Для оценки погрешности методики, адаптированной к расчету железобетонных элементов, усиленных композитами, были определены расчетные значения несущей способности балок, испытанных в НИЛ «Мосты» СГУПСа (см. рис. 2). Среднее отклонение расчетных значений несущей способности образцов, полученных по предлагаемой методике, от экспериментальных составило - 3,21 %, что говорит о хорошем соответствии принятой расчетной схемы действительной работе конструкций.

Автором в компьютерной системе MATLAB разработано визуальное приложение, предназначенное для расчетов по прочности сечений изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами, по первой группе предельных состояний в соответствии с положениями действующих руководств, СНиП и предложенной методики. Алгоритм расчета реализован на языке программирования MATLAB Language (аналогом является язык Object Pascal) и функционирует как встроенное приложение в MATLAB в операционной среде Microsoft Windows.

На примере моста через реку Тишковка (см. рис. 9) была выполнена вероятностная оценка остаточного ресурса железобетонного пролетного строения, усиленного композитными материалами. Вероятностный расчет производился на прочность на действие изгибающего момента по формуле

му = RsAszs +5>nAH,zw + +acAfzc +

(15)

My=Rhbx(li0 -0,5 x) + Rb(b'f -b)k'f(h0 -0,5h'f) +

где /?,, Ихс - случайные величины прочности растянутой и сжатой арматуры; - случайная величина прочности бетона на сжатие; ас - случайная величина напряжений в композитном материале; х - случайная высота сжатой зоны бетона, определяемая по формуле

X =

Rhb

(17)

3 0.9982 S 0.9957 g 0,9932 •g 0.9907 5 0.9882 | 0.9857 | 0.9832 ® 0.9807 Ь 0.9782 E 0.9757 о 0.9732 £ 0.9707 0." 0.9682 0.9657,

, ..... 1 ,

- j L . 1 ! !

; | ; ¡<орфю;

- | I | I

, ¡удовлетворительно ,

неудовпетворктепьнй

. 1 . iii.II

; остаточный ресурс;22 года

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 I, количество лет эксплуатации после усиления композитными материалами

Рис. 17. График изменения во времени вероятности безотказной работы пролетного строения

На рис. 17 приведен график изменения во времени вероятности безотказной

работы усиленного пролетного строения с момента увеличения в 2007 г. расчетной временной нагрузки с All до А14. Было принято, что при вероятности безотказной работы пролетного строения равной 0,9732 состояние конструкции

считается неудовлетворительным. С учетом заданных параметров после усиления пролетного строения композитными материалами был определен его остаточный ресурс, который составил 22 года (см. рис. 17).

Технико-экономическая эффективность от внедрения методики складывается из существенного снижения стоимости капитального ремонта за счет небольших трудозатрат на выполнение усиления и относительно низкой общей стоимости применяемых материалов, а также сокращения времени на выполнение рабочих проектов по капитальному ремонту искусственных сооружений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Экспериментальными исследованиями работы изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами, выявлена новая схема разрушения усиленных элементов, проявившаяся в результате разрыва композитного материала в середине пролета балок от действия изгибающего момента, что позволило уточнить существующую методику расчета.

2. Численное моделирование работы железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами, дало возможность достаточно

точно определить предельное состояние усиленных конструкций и реализовать схемы разрушения образцов, непроявившиеся в эксперименте.

3. Исследованиями установлено, что многократное замораживание и оттаивание железобетонных элементов, усиленных композитными материалами, не оказывает негативного влияния на адгезию композитного материала к бетону, композитный материал защищает поверхность бетона от увлажнения, что положительно сказывается на его сопротивляемости морозному разрушению.

4. На основании проведенных экспериментальных исследований и численного моделирования установлено, что для пролетных строений, эксплуатируемых в суровых климатических условиях, проверку прочности сечений, наклонных к продольной оси элемента на действие поперечной силы, следует производить не только с учетом коэффициента условий работы бетона для сжатия ть, что предусмотрено СНиП 2.05.03-84*, но и растяжения ть,.

5. Оценка прочности и выносливости показала, что при усилении железобетонных конструкций композитными материалами, помимо существенного увеличения несущей способности, происходит увеличение усталостного ресурса железобетонных конструкций.

6. Предложенная методика оценки несущей способности эксплуатируемых железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами, основанная на методе предельных состояний, учитывает конструктивные особенности железобетонных пролетных строений и сложные условия эксплуатации.

7. Расчет технико-экономической эффективности показал, что применение технологии усиления главных балок железобетонных пролетных строений с использованием композитных материалов вместо металла приводит к существенному снижению стоимости капитального ремонта за счет небольших трудозатрат на выполнение усиления и относительно низкой общей стоимости применяемых материалов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами // Известия вузов. Строительство. 2010. № 2. С. 112-124.

2. Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Нелинейный анализ железобетонных изгибаемых конструкций, усиленных композитными материалами // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2010. № 2. С. 113-125.

В других научных изданиях:

3. Смердов Д.Н., Устинов В.П., Яшнов А.Н. Перспективы применения неметаллической арматуры в железобетонных конструкциях // Наука,

инновации, образование: актуальные проблемы развития, транспортного комплекса России: Мат-лы Междунар. науч.-техн. конф. Екатеринбург: Изд-во УрГУПСа, 2006. С. 258-260.

4. Смердов Д.Н. Реализация метода упругих решений для расчета усиления железобетонных пролетных строений композитными материалами // Наука и молодежь XXI века: Мат-лы IV науч.-техн. конф. Ч. 1. Технические науки. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2007. С. 30-32.

5. Смердов Д.Н. К вопросу усиления железобетонных и бетонных элементов мостов // Современное состояние и инновации транспортного комплекса: Мат-лы Междунар. науч.-техн. конф. Пермь: Изд-во ПГТУ, 2008. Т. 2. С. 48-54.

6. Бокарев С.А., Смердов Д.Н., Устинов В.П., Яшнов А.Н. Усиление пролетных строений с использованием композитных материалов // Путь и путевое хозяйство. 2008. № 6. С. 30-31.

7. Белая Е.С. Смердов Д.Н., Яшнов А.Н. Составные конструкции железобетонных пролетных строений и методы их расчета // Современное состояние и инновации транспортного комплекса: Мат-лы Междунар. науч.-техн. конф. Пермь: Изд-во ПГТУ, 2009. Т. 2. С. 49-56.

8. Смердов Д.Н., Неровных A.A. Методика проведения экспериментальных исследований изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009. Вып. 21. С. 146-155.

СМЕРДОВ Дмитрий Николаевич

ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ, УСИЛЕННЫХ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Подписано в печать 19.10.2010 1,375 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 2282

Издательство Сибирского государственного университета путей

сообщения

630049, Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Смердов, Дмитрий Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 УСИЛЕНИЕ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Краткая характеристика железобетонных пролетных строений автодорожных мостов.

1.1.1 Конструкции и техническое состояние железобетонных пролетных строений автодорожных мостов.

1.1.2 Нагрузки и воздействия, особенности работы.

1.2 Способыусиления железобетонных пролетных строений*мостов.

1.2.1 Усиление главных балок металлом

1.2.2 Усиление главных балок композитными материалами.

1.3 Оценка несущей способности.

1.3.1 Оценка несущей способности железобетонных пролетных строений по нормативным документам.

1.3.2 Экспериментальные исследования несущей способности железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами.

1.3.3 Существующие предложения по оценке несущей способности железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами.

1.4 Цель и задачи исследования.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ, УСИЛЕННЫХ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ.

2.1 Методика проведения экспериментальных исследований.

2.1.1 Задачи исследования.

2.1.2 Характеристики опытных образцов.

2.1.3 Испытания на прочность.

2.1.4 Измерение относительных деформаций, перемещений и усилий.

2.2 Результатьгэкспериментальных исследований работы изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами.47 2.3* Численное моделирование работы изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами.

2.3.1 Применение метода упругих решений к расчету нормальных сечений железобетонных элементов, усиленных композитными материалами.

2.3.2 Нелинейный анализ изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами, методом конечных элементов.

2.4 Выводышо разделу.

3 ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ, УСИЛЕННЫХ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ.

3.1 Натурные исследования железобетонногопролетного строения автодорожного моста, усиленного композитными материалами.

3.1.1 Краткие сведения о сооружении.

3.1.2 Испытание пролетного строения.

3.1.3 Результаты испытаний пролетного строения.

3.2 Исследование влияния многократного замораживания и оттаивания на изменение несущей способности и деформативности изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами.

3.2.1 Цель проведения эксперимента.

3.2.2 Характеристики опытных образцов.

3.2.3 Испытания на морозостойкость.

3.2.4 Результаты экспериментальных исследований.

3.3 Моделирование работы железобетонных элементов, усиленных композитными?материалами, в суровых климатических условиях.

3.4 Оценка выносливости изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами.

3.5 Выводы.по разделу.

4 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ, УСИЛЕННЫХ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ, И ОЦЕНКА ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

4.1* Общие предпосылки.

4.2 Определение несущей способности.:.

4.2.1 Прочность сечений, нормальных к продольной оси элемента.

4.2.2 Прочность сечений, наклонных к продольной оси элемента.

4.2.3 Автоматизация расчетов по прочности сечений железобетонных элементов, усиленных композитными материалами.

4.3 Повышение эффективностиусиления железобетонных пролетных строений композитными материалами.

4.4 Сравнение результатов расчета, полученных по предложенной методике, с экспериментальными данными и результатамшчисленного моделирования.

4.5 Вероятностная оценка долговечности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами.

4.5.1 Вероятностный расчет безотказности.

4.5.2 Вероятностная оценка остаточного ресурса.

4.6 Технико-экономическая эффективность.

4.7 Выводы по разделу.

Введение 2010 год, диссертация по строительству, Смердов, Дмитрий Николаевич

На мостах и путепроводах сети автомобильных дорог Российской Федерации установлено более сорока тысяч железобетонных пролетных строений, различающихся конструктивными решениями, нормами проектирования, технологией сооружения и работающих в различных, в том числе сложных, климатических условиях. В последнее время' существенно повышены требования к обеспечению безопасности движения автомобильного транспорта по искусственным сооружениям, это связано с ростом скорости и интенсивности движения, увеличением временной подвижной нагрузки на мосты.

В соответствии с ГОСТ Р 52748 [32] временную вертикальную нагрузку от подвижного состава на автомобильных дорогах при проектировании принимают от автотранспортных средств в виде полос АК и от тяжелых одиночных нагрузок НК с классом нагрузки К, равным 14. На сегодняшний день эксплуатируемые пролетные строения автодорожных мостов запроектированы под временные нагрузки с классами К, равными 11, а также более низкими. Соответственно при выполнении капитального ремонта железобетонных мостов для обеспечения безопасного пропуска современных расчетных нагрузок требуется замена или усиление главных балок железобетонных пролетных строений. Эффективным способом повышения несущей способности железобетонных пролетных строений является применение современной технологии усиления композитными материалами.

В настоящее время оценка несущей способности железобетонных пролетных строений, усиленных композитными материалами, производится по зарубежным методикам, положенным в основу - действующих международных норм по проектированию [3, 72, 87, 104, 110, 113]. Применение указанных методик в Российской Федерации существенно ограничено, так как в них заложены гипотезы и подходы, отличающиеся от тех, что реализованы в российских нормах [25, 90], кроме того в них не учитываются, особенности работы конструкций в северной строительно-климатической зоне.

Основное направление работы, совпадает с: указанным вг паспорте специальности 05.23.11 - «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов; аэродромов; мостов и транспортных тоннелей» и связано с внедрением" в процесс эксплуатации транспортных сооружений современных технологийчремонта и усиления;железобетонных пролетных строений мостов; композитными; материалами. .

Объектом исследованиягвэданнойфаботе являютсяфазрезные балочные пролетные строения« из обычного железобетона, усиленные: композитными* материалами? на основе углеродных волокон; эксплуатируемые- на автодорожных мостах сети, автомобильных- дорог Российской Федерации. Предмет исследования; — несущая? способность и долговечность; элементов?, железобетонных пролетных строений мостов прямоугольного и таврового поперечного сечения, усиленных композитными материалами.

Актуальность исследования обусловлена очевидной необходимостью разработки методики* определения несущей способности железобетонных пролетных строений автодорожных мостов, усиленных композитными материалами, как одной из составляющей общей системы требований к проектированию капитального ремонта эксплуатируемых искусственных сооружений в Российской Федерации.

Основным вопросом, изучаемым, в рамках, диссертации,, является' разработка инженерной методики расчета по>" прочности сечений, эксплуатируемых железобетонных пролетных строений, мостов; усиленных композитными материалами.

В первом разделе диссертации дан обзор конструкций, и анализ; технического состояния- железобетонных пролетных; . строений; эксплуатируемых на автомобильных дорогах России. Рассмотрены существующие способы усиления железобетонных пролетных строений. Приведены результаты экспериментальных исследований работы железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами, выполненные зарубежными и отечественными исследователями. Перечислены главные предпосылки существующих методик расчета железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами:

Во втором разделе приведены методика и результаты экспериментальных исследований работы железобетонных элементов, усиленных композитными материалами. Показаны результаты градуировки и оценки погрешности средств измерения измерительного комплекса «Тензор МС», использованного при проведении лабораторных и натурных испытаний. Выполнено численное моделирование работы изгибаемых железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами. Проведена оценка сходимости результатов численного моделирования и экспериментальных данных.

В третьем разделе приведены результаты натурного обследования и испытания усиленного композитными материалами железобетонного пролетного строения автодорожного моста. Показаны результаты исследований влияния многократного замораживания и оттаивания' на изменение несущей способности и деформативности изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами. Выполнена оценка выносливости железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами.

В четвертом разделе изложены основные положения методики расчета железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами. Выполнена оценка эффективности усиления конструкций при различных вариантах производства работ. Произведена вероятностная оценка долговечности усиленного композитными материалами железобетонного пролетного строения автодорожного моста.

Научная новизна работы: 1. Выявлена новая схема разрушения усиленных железобетонных элементов, проявившаяся в результате разрыва композитного материала от действия изгибающего момента. Этот факт способствовал вводу дополнительного расчетного случая в методику расчета.

3. Впервые экспериментально» установлено, что- выносливость железобетонных элементов, усиленных композитными материалами, превышает выносливость неусиленных железобетонных элементов.

Практическая ценность и внедрение. Предлагаемая методика оценки несущей способности обоснована с учетом конструктивных особенностей и сложных условий эксплуатации, ' позволяет проектировать усиление композитными материалами железобетонных пролетных строений автодорожных мостов.

Разработанная методика определения несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами, применена при выполнении трех рабочих проектов^ по капитальному ремонту искусственных сооружений, эксплуатируемых на автомобильных дорогах Новосибирской области. Результаты исследований, выполненные автором, используются в учебном процессе кафедры «Мосты» Сибирского государственного университета путей сообщения (дисциплина «Грузоподъемность и усиление мостов»).

К защите представляются:

3». Численные модели железобетонных балок, усиленных композитами, реализованные методом упругих решений и методом конечных элементов с учетом фактических- диаграмм деформирования бетона, арматуры и композита, включая их вероятностную оценку безотказной работы и остаточного ресурса.

Основные положения диссертационного исследования были доложены и обсуждены на:

- научно-технической конференции «Наука и молодежь XXI века» в Новосибирске, октябрь 2006 г.;

- Международной научно-практической. конференции «Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе» в Новосибирске, ноябрь 2007 г ■

1 •>

- научно-практическом семинаре «Совершенствование системы управления эксплуатацией искусственных сооружений. Применение новых- технологий и материалов при ремонте и содержании искусственных сооружений» в Пятигорске, октябрь 2008 г.;

- научно-практическом семинаре «Актуальные вопросы в сфере производства и ремонта железобетонных конструкций' мостовых сооружений. Внедрение новых технологий и материалов при изготовлении элементов из железобетона» в Ростове-на-Дону, сентябрь 2009 г.;

- научно-технической конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация искусственных сооружений на железных, автомобильных дорогах и в городах» в Новосибирске, октябрь 2009 г.

Заключение диссертация на тему "Оценка несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами"

4.7 Выводы по разделу

Предлагаемая методика оценки несущей способности эксплуатируемых железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными материалами, использует главные положения СНиП 2.05.03-84* [90], основана на методе предельных состояний и учитывает конструктивные особенности железобетонных пролетных строений и сложные условия эксплуатации. Сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными и численным моделированием показали, что методика достаточно точно отражает действительную работу усиленных конструкций. Эффективность усиления конструкций зависит от выбранного способа производства работ по усилению — с разгрузкой от действия собственного веса пролетного строения или без разгрузки.

Разработанная методика позволит обоснованно планировать ремонтно-восстановительные работы, решать вопросы по увеличению долговечности и безопасному пропуску временных нагрузок, а также достигать существенной экономии средств за счет продления сроков эксплуатации существующих пролетных строений:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На сети автомобильных, дорог.Российской" Федерации эксплуатируется; более сорока тысяч железобетонных пролетных, строений; имеющих целый; ряд конструктивных особенностей и работающих в> сложных, климатических: условиях. В связи со значительным возрастанием; интенсивности расчетных нагрузок от транспортных средств перед эксплуатирующими ; организациями-стоит сложная задача в условиях ограниченности трудовых и материальных ресурсов для? обеспечения безопасного и бесперебойного: пропуска временных нагрузок: эффективно повышать несущую способность существующих железобетонных пролетных строений;

По результатам-проведенных исследований^ можно; сделать следующие выводы: '

1. Экспериментальными исследованиями работы изгибаемых железобетонных, элементов, усиленных композитными* материалами; выявлена новая, схема разрушения усиленных элементов; проявившаяся, в результате разрыва композитного материала в середине пролета, балок от действия изгибающего момента, что позволило уточнить существующую методику расчета. •

2. Численное моделирование работы железобетонных конструкций, усиленных композитными материалами, позволило достаточно точно определить • предельное состояние усиленных конструкций и реализовать схемы разрушения усиленных элементов, непроявившиеся в эксперименте.

3. Исследованиями установлено, что многократное замораживание и оттаивание железобетонных элементов, усиленных композитными материалами, не оказывает негативного влияния на адгезию композитного материала к бетону, композитный материал защищает поверхность бетона от увлажнения; что положительно сказывается, на; его сопротивляемости; морозному разрушению.

4. На основании проведенных экспериментальных исследований и численного моделирования установлено, что для пролетных строений, эксплуатируемых в суровых климатических условиях, проверку прочности сечений, наклонных к продольной: оси элемента на действие: поперечной силы, следует производить не только с учетом коэффициента* условий работы бетона-для;сжатия что предусмотрено СНиЙ 2.05:03.-84*, но и растяжения

5: Оценка; прочности- и выносливости показала, что- при- усилении железобетонных конструкций композитными, материалами, помимо существенного увеличения несущей:; способности;, происходит, увеличение', усталостного ресурса железобетонных конструкций: .

6.'. Предложенная? методика: оценки несущей, способности; эксплуатируемых железобетонных пролетных строений- мостов; усиленных? композитными материалами; основанная: на методе предельных состояний^ учитывает • конструктивные особенности железобетонных пролетных строений; и сложныегусловия эксплуатации:

7. Расчет технико-экономической эффективности показал, что применение технологии усиления главных балок железобетонных: пролетных строений с использованием композитных материалов вместо металла; приводит к существенному снижению стоимости капитального ремонта за счет небольших трудозатрат на выполнение усиления и относительно низкой общей стоимости применяемых материалов.

Методика оценки несущей способности железобетонных пролетных строений мостов, усиленных композитными, материалами, применена при разработке трех рабочих проектов по капитальному ремонту искусственных сооружений, эксплуатируемых на автомобильных дорогах Новосибирской области.

Результаты исследований, выполненные автором, используются в учебном процессе кафедры «Мосты» Сибирского; государственного университета путей сообщения- по дисциплине «Грузоподъемность, ш усиление мостов».

Основные положения диссертации изложены в следующих статьях:

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Бокарев С.А., Смердов Д.Н Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами // Известия вузов. Строительство. 2010. № 2. С. 112—124.

2. Бокарев СЛ., Смердов Д.Н. Нелинейный анализ железобетонных изгибаемых конструкций, усиленных композитными материалами // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2010. №2. С. 113-125.

В других научных изданиях:

3. Смердов Д.Н., Устинов В.П., Яшнов А.Н. Перспективы применения неметаллической арматуры в» железобетонных конструкциях // Наука, инновации; образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России: Мат- л ы- Между нар. науч.-техн. конф. Екатеринбург: Изд-во УрГУПСа, 2006. С. 258-260.

6. Бокарев С.А., Смердов Д.Н, Устинов В.П., Яшнов А.Н. Усиление пролетных строений с использованием композитных материалов // Путь и путевое хозяйство. 2008. № 6. С. 30-31.

7. Белан Е.С. Смердов Д.Н., Яшнов А.Н. Составные конструкции железобетонных пролетных строений и методы их расчета // Современное состояние и инновации транспортного комплекса: Мат-лы Междунар. науч.-техн. конф. Пермь: Изд-во ПГТУ, 2009. Т. 2. С. 49-56.

8. Смердов Д.Н., Неровных А.А. Методика проведения экспериментальных исследований изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009. Вып. 21. С. 146-155.

Библиография Смердов, Дмитрий Николаевич, диссертация по теме Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

1. Акустико-эмиссионный контроль авиационных конструкций / Серьезное А.Н., Степанова Л.Н., Кабанов С.И. и др.; под ред. докторов техн. наук Л.Н. Степановой, А.Н. Серьезнова. М.: Машиностроение / Машиностроение - Полет, 2008. 440 с.

2. Алексеев Е.Р., Чеснокова O.B. MATLAB 7 / Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В. М.: НТ Пресс, 2006. 464 с.

3. Алмазов В.О. Проектирование железобетонных конструкций» по ЕВРОНОРМАМ. Научное издание: Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007. 216 с.

4. Альбом №1 Технических решений по усилению железобетонных автодорожных мостов. М.: Информавтодор, 19931 42 с.

5. Андреев В.Г. Прочность внецентренно сжатых стержней. — Бетон и железобетон, 1981, № 5. С. 26-27.

6. Ama Эль Карим Шоеаб Солгшан. Рациональное использование стеклопластика для усиления элементов бетонных и железобетонных конструкций. Дисс. канд. техн. наук. Белгород.: БелГТУ, 2005. 144 с.

7. Байков В.Н., Поздеев В.М. Определение напряженно-деформированного состояния железобетонных балок в предельной стадии по неупругим зависимостям «а-е» бетона и арматуры // Строительство и Архитектура. № 1 1985. С. 112-124.

8. Басов К.А. Справочник пользователя ANSYS. — Москва, 2005. 639 с.

9. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М.: Стройиздат, 1982. 448 с.

10. Берг О.Я. Физические основы теории прочности'бетона и железобетона. — М.: Госстройиздат, 1961. — 96 с.

11. Биргер И. А. Некоторые общие методы решения задач теории пластичности. Прикладная математика и механика, 1951, Т. 15, № 6. С. 1053-1059.

12. Бокарев G.A., Яшнов А.Н.,, Снежков И.И., Слюсаръ A.B. Малогабаритные автоматизированные системы для диагностики-ИССО // Путь и путевое хозяйство. № 9. 2007. С. 25-26.

13. Бокарев С.А. Учет пластических свойств бетона и влияние попеременного замораживания и оттаивания на изменение его прочностных и деформативных характеристик в расчетах бетонных опор мостов. Дисс. канд. техн. наук. Новосибирск.: НИИЖТ, 1986. 214 с.

14. Бокарев С.А., Прибытков С.С., Мочалкин П.С. Автоматизированная информационно-аналитическая система управления содержанием искусственных сооружений: Учебное пособие. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2007.-114 с.

15. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. — Харьков: ХГУ, 1968. 323 с.

16. Брик A.JI., Давыдов В.Г., Савельев В.Н. Эксплуатация искусственных сооружений на железных дорогах. М.: Транспорт, 1990. 232 с.

17. Власов Г.М., Бокарев С.А., Яшнов А.Н. К определению грузоподъемности-железобетонных пролетных строений. // Известия вузов. Строительство и архитектура: 1988 -№12 - с.93-97.

18. Власов Г.М., Козлов• В.М. К определению напряженного состояния ' железобетонных элементов с учетом пластических свойств бетона. — В кн.: Исследование работы искусственных сооружений. Новосибирск: НИИЖТ, 1974: С. 3-14.

19. ВСН 32-89. Инструкция по определению грузоподъемности балочных пролетных строений эксплуатируемых автодорожных мостов / Минавтодор РСФСР. М., 2000. - 60 с.

20. Глинский В.В., Ионин В.Г. Статистический анализ: Учебное пособие. — 3-е изд., перераб. И доп. М.: ИНФРА-М; Новосибирск: Сибирское соглашение, 2002. 241 с.

21. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для вузов. Изд. 7-е, стер. — М.: Высш. шк., 1999. 479 с.

22. Городецкий A.C., Зоворский В.И., Лантух-Лященко А.И., Рассказов А.О. Метод конечных элементов в проектировании транспортных сооружений. -М.: Транспорт, 1981. 143 с.

23. ГОСТ Р 52748-2007. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и*габариты приближения. М.: Стандартинформ, 2008. 10 с.

24. Гробовской P.M. Усталостные характеристики-литого железа // Вопросы" долговечности металлических мостов: Межвузовский сб. науч. Трудов./ Под ред. Г.М. Власова и К.Б. Бобылева. Новосибирск: Изд-во НИИЖТ, 1978. С. 42-48.

25. Докторов Е.Г. Расчет предварительно напряженных элементов, по образованию трещин с учетом нелинейности и неравновесности деформирования-бетона. — В «кн.: Расчет строительных конструкций. М:: Стройиздат, 1969. С. 57-63.

26. Дьяконов В.П. MATLAB, 6.5 SP 1/7.0 + Simulink 5/6® в математике и моделировании. Серия библиотека профессионала». -М.: COJIOH-Пресс, 2005. 576 с.

27. Ефимов П.П. Проектирование мостов. Балочные сплошностенчатые цельнометаллические и сталежелезобетонные мосты: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. 124 с.

28. Ефимов П.П. Усиление и реконструкция мостов: Монография / СибАДИ. -Омск, 1996. 154 с.

29. Ефимов П.П. Экспериментальные методы исследования мостов: Учебное пособие. Омск: Изд-во Ом. ГТЦУ, 1994. 195 с.

30. Ефимов П.П. Теоретические основы оценки параметров автодорожных мостов и методов управления ими: Автореферат дис. д-ра техн. наук. М., 1997. 42 с.

31. Жидонс И.Ю. Метод расчета напряженно-деформированного состояния по нормальным сечениям железобетонных элементов. — В кн.: Прочность бетона и железобетона. Вильнюс: ВИСИ, 1980, № 10. С. 65-72.

32. Инструкция по оценке состояния и; содержания искусственных сооружений на железных дорогах Российской Федерации. Утв. ЦП ОАО «РЖД» 23.12.2005 г. М:, 2006. 120с. ,

33. Инструкция по проведению: осмотров мостов: и» тру б? на автомобильных; дорогах (ВСН 4-91) / Минавтодор РСФСР. - М., 1991, 36 с.

34. Инструкция по диагностике мостовых сооружений на автомобильных дорогах / ФДД Минтранса РФ. М., 1996: - 150 с.

35. Иосилевский Л.И. Практические методы управления надёжностью железобетонных мостов. М.: Науч. -изд. центр "Инженер", 1999. 295 с.

36. Иосшевский Л.И., Носарев A.B., Чирков В.П. Пути совершенствования надежности мостовых железобетонных конструкций // Транспортное строительство. 1991. № 12. С. 12-14.

37. Иосшевский Л.И, Носарев A.B., Чирков■ В.П., Шепетковский О.В. Железобетонные; пролетные* строения мостов; индустриального изготовления. М.: Транспорт, 1986. 216 с.

38. Иосшевский Л.И., Чирков В.П. Учет упруго-пластических деформаций, бетона. В кн.: Разработка новых мостовых конструкций и методов- их расчета. М.: Транспорт, 1968. Вып. 252. С. 30-51.

39. Ильюшин A.A. Пластичность. -М.: Издательство АН СССР, 1963. 376 с.

40. Карпенко Н.И, Круглое В.М, Соловьев Л.Ю. Нелинейное деформирование бетона и железобетона. Новосибирск: Изд-во СГУПСа; 2001. 276 с.

41. Клебанов Я.М: Давыдов А.Н. Биткина Е.В. Методика расчета напряженно-деформированного состояния^ композиционных материалов / Инж.-техн. жур. «ANSYS Advantage. Русская редакция». М., 2008 (8). С. 11-15.

42. Крылов Н.А., Глуховской К А. Испытание конструкций сооружений. Л.: Изд-во литературы по строительству, 1970. 270 с.

43. Козлов В.М. Использование метода упругих решений для расчета нормальных сечений железобетонных элементов мостовых конструкций. Дисс. канд. техн. наук. Новосибирск.: НИИЖТ, 1980. 220 с.

44. Кондращенко В.И., Ярмаковский В.Н., Гузенко С.В. О применении конструкционных легких бетонов в мостостроении // Транспортное строительство. 2007. №9. С. 10-13.

45. Кулиш В.И. Совершенствование несущих конструкций пролетных строений автодорожных мостов, напряженно армированных стеклопластиковой арматурой / Автореферат дис. д-ра техн. наук. Санкт-Петербург, 1993. 73 с.

46. Лещинский М.Ю. Испытание бетона: Справочное пособие. М.: Стройиздат, 1980. 360 с.

47. Методические рекомендации по обоснованию эффективности инноваций на железнодорожном транспорте. М.,1999. 230 с.

48. Москвин В.М., Капкин М.М., Савицкий А.Н., Ярмаковский В.Н. Бетон для строительства в суровых климатических условиях. — Л.: Стройиздат, 1973. 172 с.

49. Новожилова Н.И Усталость металла мостовых конструкций и способы ее учета: Уч. пособие. Л.: ЛИСИ, 1985. 85 с:

50. Овчинников И.Г., Маринин A.H. Состояние железобетонных мостов Саратовской области // Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций. Мат-лы III Междунар. Науч.-техн.* конф. Волгоград, 2003 г. Ч. 1. 2003. С. 92-95.

51. Овчинников И.Г., Гарибов Р.Б. Коррозия и защита железобетона мостовых сооружений // Мат-лы Междунар.1 Науч.-техн. конф. «Защита от коррозии в строительстве и городском хозяйстве». М. ВВЦ. 2005 г. С. 72.

52. Овчинников И.Г., Межнякова A.B., Гришина И.Н. Случайный характер деформаций и напряжений железобетонных конструктивных элементов мостов // Вестник ВолгГАСУ. Серия «Строительство- и архитектура». 2006: №21(6). С. 107-113.

53. Овчинников И.Г., Межнякова A.B. Методы оценки долговечности армированных конструкций при действии нагрузок и агрессивных- сред // Промышленное и гражданское строительство. 2008. № 8. С. 54-55.

54. Овчинников И.Г., Кононович В.И., Макаров A.B. Повреждения и диагностика железобетонных мостовых сооружений на автомобильных дорогах // Учебное пособие. Волгоград. Изд-во ВолгГАСУ. 2004. 92 с.

55. Овчинников И.Г., Кочетков A.B., Макаров В.Н., Овсянников C.B. Новые материалы и изделия в мостостроении // М. 2008. — 80 с. Ил. — (Автомобильные дороги и мосты: Обзорн. Информ./ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР»; Вып. 1).

56. ОДН 18.0.032-2003. Временное руководство по определению грузоподъемности мостовых сооружений на автомобильных дорогах / Министерство транспорта РФ. — М.: Росавтодор, 2003. — 110 с.

57. Осипов В.О. Долговечность металлических пролетных строений железнодорожных мостов. М., Транспорт, 1982. 287 с.

58. Палагин M.JI. Исследование нагруженности мостовых конструкций для оценки их надежности / В сб. науч. трудов «Динамические испытания' конструкций» ВНИИ транспортного строительствам М., 1991.

59. Плевков B.C., Колмогоров А.Г. Расчет железобетонных конструкций-по Российским« и- зарубежным нормам. Учебное пособие. Томск: Изд-во: "Печатная мануфактура". 2009. 496 с.

60. Поспелов А.Д. Приложения метода упругих решений к расчету упруго-пластических деформаций балок. В кн.: Расчеты на прочность. М.: 1958, С. 233-251.

61. Потапкин A.A. Теория и расчет стальных и железобетонных мостов на прочность с учетом нелинейных и пластических деформаций. М.: Транспорт,.1972. 192 с.

62. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках // АН УССР. Ин-т электросварки им. Е.О. Патона; под ред. В.И. Труфякова. — Киев: Наук. Думка, 1990. 256 с.

63. Рабочий проект «Ремонт мостового перехода через р. Тишковку на км 93+190 автодороги Кукуштан-Чайковский с применением композитных материалов». Шифр 231-TP / НИЛ ТРАНСМОСТ Пермь, 2004 г.

64. Разработка рекомендаций по применению композитных материалов при ремонте железобетонных конструкций мостовых сооружений: Отчет о НИР / ФГУП «РОСДОРНИИ», руководитель В.И. Шестериков контракт № 5-Н от 24.09.2007 г.; этапы №2 и №3 - Москва, 2007. 100 с.

65. Результаты обследования железобетонных пролетных строений Забайкальской ж.д. / С.А. Бокарев, Д.Н. Цветков, Ю.М. Широков, А.Н. Яшнов // Строительная механика и инженерные сооружения: Межвуз. сб. науч. тр. Новосибирск, 1995. С. 97-108.

66. Ренский А.Б., Баранов Д.С., Макаров P.A. Тензометрирование строительных конструкций и материалов. — М., Стройиздат, 1977. 239 с.

67. Рыболов Ю.В. Перспективная технологическая модель информационного обеспечения системы управления содержанием мостовых сооружений наавтомобильных дорогах // Вестник СГУПС. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2006. Вып. 13. С. 103-110.

68. Руководство по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов / МПС. М.: Транспорт, 1989. 127 с.

69. Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов / МПС. М.: Транспорт, 1987. 272 с.

70. Руководство по пропуску подвижного состава по железнодорожным мостам / Главное управление пути МПС РФ. М.: Транспорт, 1993. 368с.

71. Руководство по- методике оценки ресурса работоспособности и безопасности бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений / РАО «ЕЭС РОССИИ». Санкт-Петербург. 1997. 64 с.

72. Руководство по усилению железобетонных мостов методом наклейки поверхностной арматуры. М., 1987. - 40 с.

73. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов экспериментов. — М. Наука, 1971. 192 с.

74. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами / Разработано в развитие СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры». НИИЖБ. М., 2006. 48 с.

75. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.:Питер, 2002. 608 с.

76. Скоблева Е.А. Деформирование преднапряженных железобетонных изгибаемых элементов составного сечения / Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Орел, 2008. 21 с.

77. СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы / Госстрой СССР М.: ЦИТП Госстрой СССР, 1985. 220 с.

78. СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы: Правила обследования и испытаний/ Госстрой СССР М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. 41 с.

79. Содержание, реконструкция, усиление и ремонт мостов и труб / В.О. Осипов, Ю.Г. Козьмин, A.A. Кирста и др.; / Под ред. В.О. Осипова. М.: Транспорт, 1999; 328 с.

80. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. М.: Госстрой России, 2004. 64 с.

81. Технические указания по применению материалов, изготавливаемых фирмой «Sika», для ремонта эксплуатируемых железобетонных мостов. — НИИ мостов. Том 1 — Санкт-Петербург, 2008. 90 с.

82. Технический отчет «Мониторинг моста через р. Тишковку на км 93+190« автодороги Кукуштан-Чайковский после усиления композитными материалами». Шифр 313-ОС/ НИЛ ТРАНСМОСТ Пермь, 2008 г.

83. Тимофеев Д.Р., Тимофеев Д.Д. Усиление мостовых конструкций с использованием композитных^ материалов. // «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного, трубопроводного транспорта в уральском регионе». — Пермь: Изд-во ПГТУ, 2005. С. 45-51.

84. Устинов Б.В., Бернацкий А.Ф., Казарновский B.C., Петров М.Г., Устинов В.П. Применение композитных полимерных материалов в строительных конструкциях и мостах в Сибири // Транспорт Российской Федерации. — 2006. № 5. С. 45-48.

85. Устинов Б.В, Устинов В.П. Исследование физико-механических характеристик композитных полимерных материалов (КИМ) // Известия вузов. Строительство. 2009. № 11-12. С. 118-125.

86. Чирков В.П. О расчете железобетонных балок с учетом совместного статистического разброса прочности арматуры и бетона. Труды МИИТ. — М., 1971. С. 111-133.

87. Чирков В.П., КлюкинВ.И. и др. Основы теории проектирования строительных конструкций. Железобетонные конструкции.: Учебное пособие для вузов ж.-д. трансп. М.: 1999. — 376 с.

88. Шабалина JI.B. Искусственные сооружения: М.: ГОУ УМЦ ЖДТ, 2007.

89. Banthia N. Fiber Reinforced Polymers in Concrete Construction and Advanced Repair Technologies. Department of Civil Engineering University of British Columbia, p. 37.

90. Barakal S. A., Binienda W. K., Tysl S. R. Evaluation of the Performance of Concrete Structures Strengthened with FRP Composites. 15th ASCE Engineering Mechanics Conference, June 2-5, 2002, Columbia University, New York, p. 9.

91. Blashko, M. and Zilch, K. (1999), Rehabilitation of concrete structures with CFRP strips glued into slits. In Proceedings of the 12th International Conference on Composite Materials, Paris, July 5-9.

92. CNR-DT 200/2004. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Existing Structures. Rome, 2004. 144 p.

93. Finite element modeling of reinforced concrete structures strengthened with-FRP laminates. Final Report SPR. Oregon Department of Transportation, 2001. 113 p.

94. Guide to Test Methods for Fiber-Reinforced Polymers (FRPs) for Reinforcing or Strengthening Concrete Structures. Concrete International, 2005, vol. 27, № 1, p. 13.

95. Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. ACI 440.2R-08. American Concrete Institute.

96. Harries K.A., Porter L., Busel JtP. FRP Materials and* Concrete Research Needs. Concrete International, 2003, vol. 25, № 10, p. 69-74.

97. Jansze, W. Strengthening of reinforced concrete members in bending by externally bonded steel plates. PhD dissertation, TU Delft, The Netherlands.

98. Nabil F. Grace, S.B. Singh. Durability Evaluation of Carbon Fiber-Reinforced Polymer Strengthened Concrete Beams: Experimental Study and Design. ACI Structural Journal, January-February, 2005. p. 40-53.

99. Zienkiewicz O.C., Pande G.N. Some useful forms of isotropic yield surfaces for soil and rock mechanics. / in G. Gudehus, Finite elements in Geomechanics, Chichester, Sussex: John Wiley, 1977. p. 171-190.

100. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The Finite Element Method. Fifth edition, Vol. 2: Solid Mechanics. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000. 475 p.

101. Проект свода правил «Мосты и трубы» Электронный ресурс. // ОАО ЦНИИС. М. 2009. - Режим доступа: http://www.uncm.ru/showNewsl 17.html свободный.

102. Долговечность стеклопластиковой арматуры в многослойных ограждающих конструкциях Электронный ресурс. — Режим доступа: httr»://www.steklo-tech.ru/Razrabotki/obzor 2.htm, свободный.

Похожие работы

Строительство
05.23.00