автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность и жесткость железобетонных ребристых плит с нарушением сцепления арматуры с бетоном

На правах рукописи

ЧАГАНОВ Алексей Борисович

ПРОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕБРИСТЫХ ПЛИТ С НАРУШЕНИЕМ СЦЕПЛЕНИЯ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ

Специальность 05 23 01 - строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2008

□03 171280

003171280

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском и

проектно-экспериментальном институте промышленных зданий и сооружений (ОАО «ЦНИИПромздаиий»)

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор КодышЭ Н

доктор технических наук, профессор Мамин А Н

Ведущая организация

кандидат технических наук Бедов А. И

Московский научно-исследовательский институт типологии и экспериментального проектирования (МНИИТЭП)

Защита состоится «2: » июля 2008 г в здании ОАО «ЦНИИПромздаиий» по адресу 124238, г Москва, Дмитровское шоссе, д 46, корп 2, ауд 17 на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 303 017 01 (при Центральном научно-исследовательском и проектном институте жилых и общественных зданий ОАО «ЦНИИЭПжилища» 127434, г Москва, Дмитровское шоссе, д 9,стр 3)

С диссертацией можно ознакомиться в методическом фонде ОАО «ЦНИИЭПжилища»

Отзыв на автореферат просим направлять в адрес ОАО «ЦНИИЭПжилища»

Автореферат разослан «23» илеиА, 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор архитектуры, профессор

{,I £ Лицкевич В К

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Начиная с пятидесятых годов прошлого века сборные железобетонные конструкции являются основными в строительстве промышленных и гражданских зданий В настоящее время, в связи с возрастающими объемами технического перевооружения и реконструкции существующих зданий и сооружений, становятся актуальными вопросы оценки технического состояния конструкций эксплуатируемых объектов и применения соответствующих методов их восстановления или усиления Необходимость оценки технического состояния конструкций возникает также и в каждодневной деятельности служб эксплуатации промышленных предприятий при решении вопросов о возможности дальнейшей эксплуатации, о необходимости выполнения усиления или ремонтных мероприятий

Как показывает опыт обследований эксплуатируемых зданий с железобетонными конструкциями, одним из наиболее распространенных повреждений является нарушение сцепления арматуры с бетоном (до 60% от общего количества поврежденных конструкций), причем в наибольшей степени оно характерно для наиболее массовых изгибаемых элементов -плит, ригелей Причинами нарушения сцепления являются коррозия арматуры, сколы защитного слоя бетона, нарушение его структуры вследствие температурно-влажностных воздействий

Наиболее широко распространенным способом усиления ребристых плит при нарушении сцепления арматуры с бетоном является установка дополнительной арматуры в растянутую зону Такое усиление осуществляется при действии значительной доли нагрузки, так как полная разгрузка конструкций является затруднительной

Большой вклад в разработку методов оценки несущей способности изгибаемых железобетонных строительных элементов с нарушенным сцеплением, разработку методов усиления и расчета железобетонных строительных конструкций внесли А И Бедов, В М Бондаренко, С В Бондаренко, А П Васильев, А А Гвоздев, В В Гранев, А Г Гиндоян, А С Запесов, В А Кайменко, В А Клевцов, Э Н Кодыш, А Н Мамин, Н М Онуфриев, Т М Пецольд, А И Попеско, Б С Попович, А Г Ройтман, Р С Санжаровский, Г М. Спрыгин, Н Н Трекин, В Б Филатов, Е Р Хило и др

Однако количественная оценка влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном (из-за коррозии рабочей арматуры) на прочность и деформативность изгибаемых железобетонных элементов, выявлена недостаточно полно В действующем СНиП 52-01-2003 отсутствует методика определения несущей способности и жесткости конструкций с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном Обзор экспериментальных и теоретических исследований показал, что отсутствие сцепления может снижать прочность, а также всегда снижает трещиностойкость и увеличивает деформативность Практически все экспериментальные данные получены на моделях железобетонных конструкций с прямоугольным сечением, средним процентом армирования и искусственно нарушенным сцеплением, которые не полностью соответствуют конструкциям с дефектами, полученными в ходе эксплуатации, тогда как автором выявлено, что наибольшее количество зафиксированных дефектов встречаются в железобетонных плитах покрытий и перекрытий имеющих малый процент армирования

Целью работы является исследование механизма влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном на прочность железобетонных ребристых плит, разработка методики определения фактической несущей способности и жесткости, а также оценка эффективности усиления поврежденных плит установкой предварительно напряженных затяжек в растянутой зоне. В соответствии с целью работы решались следующие задачи

- экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния ребристых плит при нарушенном сцепле нии арматуры с бетоном, определение опытных значений влияния повреждений на несущую способность и жесткость ребристых плит,

- оценка применимости современных методов расчета жесткости и несущей способности ребристых плит при указанных выше повреждениях,

- разработка методики поверочного расчета прочности и жесткости нормальных сечений эксплуатируемых ребристых плит с частичным и полным нарушением сцепления арматуры с бетоном,

- экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния поврежденных ребристых плит после усиления их под

нагрузкой предварительно напряженными затяжками в растянутой зоне;

- разработка рекомендаций по расчету несущей способности и жесткости ребристых плит при нарушенном сцепле нии арматуры с бетоном

- оценка эффективности усиления ребристых плит при установке предварительно напряженных затяжек в растянутую зону по полученному автором патенту № 2321710

Методика исследований включает

- натурные обследования зданий и сооружений (850 объектов по Кировской области на основе данных отчетов обследования) с целью выявления распространенности и уровня различных повреждений по конструкциям;

- комплексное изучение отечественного и зарубежного опыта по определению несущей способности и жесткости поврежденных конструкций до и после усиления,

- экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния поврежденных ребристых плит и определение опытных значений влияния повреждений на несущую способность и жесткость,

- экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния поврежденных ребристых плит, усиленных установкой напряженных затяжек и определение эффективности данного метода усиления,

- анализ влияния повреждений (по полученным экспериментальным данным) на несущую способность и жесткость ребристых плит,

- разработку методики и рекомендаций по определению фактической прочности и жесткости поврежденных ребристых плит.

Научная новизна работы. Установлено, что несущая способность ребристых плит, в зависимости от протяженности и степени повреждения (продольные коррозионные трещины, обрушение защитного слоя), снижается на 10-25%, а жесткость в 0,5-2 раза по сравнению с контрольным образцом Построена аналитическая зависимость изменения несущей способности и жесткости плит от степени повреждения и протяженности дефекта Предложена методика определения несущей способности и

жесткости поврежденных плит Подтверждена эффективность применения методики усиления ребристых плит установкой затяжек в растянутую зону без применения сварочных работ (патент на изобретение № 2321710 от 24 04 2006)

Практическое значение диссертации заключается в разработке методики определения несущей способности и жесткости ребристых плит с учетом величины и степени повреждения Внедрение методики позволит эффективно определять текущее состояние поврежденных плит и рационально использовать строительные материалы при их усилении На защиту выносятся:

1 Результаты экспериментальных исследований изменения прочности и жесткости ребристых плит с нарушением сцепления арматуры с бетоном

2 Результаты экспериментальных исследований по усилению ребристых плит установкой затяжек в растянутую зону (патент на изобретение №2321710)

3 Методика определения несущей способности и жесткости ребристых плит с нарушением сцепления арматуры с бетоном, впервые позволяющая учитывать величину и степень повреждения

Результаты диссертации внедрены при обследованиях и разработке проектов усиления плит покрытий и перекрытий следующих промышленных объектов

- Главный корпус ТЦ «Глобус» бывшего Авторемзавода в г Кирове по ул Воровского 135,

- Цеха завода «БСИ-3», расположенные в г Кирово-Чепецке

Апробация работы и публикации.

Материалы диссертации докладывались и были опубликованы в материалах

- Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука-производство-технология-экология", Киров, 2005г

- Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука-производство-технология-экология", Киров, 2006г

- Научно-технической конференции, посвященной 45-летию «ЦНИИПромзданий», Москва, 2006г

- Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука-производство-технология-экология", Киров, 2007г

По материалам диссертации получено два патента на изобретение

- № 2321709 (RU 2321709 С2 E04G 23/02) Устройство для усиления ребристой плиты / Кодыш Э Н , Трекин Н Н, Чаганов А Б (М , ОАО ЦНИИПпромзданий) - №2006113573/03, Заявл 24 04 2006//Изобретения (заявки и патенты) - 10 04 2008 Бюл №10

- № 2321710 (RU 2321710 С2 E04G 23/02) Устройство для усиления сборных ребристых плит / Кодыш Э Н , Трекин Н Н , Чаганов А Б (М , ОАО ЦНИИПпромзданий) - №2006113574/03, Заявл 24 04 2006//Изобретения (заявки и патенты) - 10 04 2008 Бюл №10

Основные положения диссертации опубликованы в 8 научных статьях, в том числе 1 публикация в издании, рекомендованном ВАК РФ

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения и пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 110 наименований - на 158 страницах, в том числе 22 таблицы и 82 рисунка, 5 приложений на 91 страницах Всего 249страниц

Глава 1 Анализ и классификация дефектов, причин образования и

способов оценки их влияния Глава 2 Современные методы усиления железобетонных изгибаемых конструкций

Глава 3 Экспериментальные исследования работы железобетонных

ребристых плит с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном Глава 4 Экспериментальные исследования работы железобетонных ребристых плит с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном, усиленных напряженной арматурой Глава 5 Оценка остаточной прочности и жесткости поврежденных ребристых плит

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе проведен анализ дефектов железобетонных строительных конструкций на основе результатов обследований, проведенных в Кировской области с 1994 по 2004г Рассмотрены существующие методики оценки несущей способности и жесткости конструкций с нарушением сцепления арматуры с бетоном

Было обследовано около 850 объектов жилого фонда и промышленных предприятий Анализ дефектов по конструкциям позволил сделать выводы по количественному и качественному распределению дефектов в сборных железобетонных конструкциях Так в сборных железобетонных плитах дефекты присутствовали на 90% обследованных зданий и сооружений, в сборных железобетонных стропильных и подстропильных фермах, балках и ригелях дефекты присутствовали на 20% объектов, в сборных колоннах на 16% объектов В обследованных зданиях в 40% случаев были применены железобетонные плиты без предварительного напряжения Коррозия рабочей арматуры с образованием коррозионных трещин или обрушением защитного слоя бетона является основным дефектом сборных плит (отмечено на 77% обследованных объектов)

Обзор ранее проведенных исследований прочности и жесткости изгибаемых железобетонных конструкций с нарушенным сцеплением показал, что в подавляющем большинстве работ рассмотрены случаи, когда сцепление арматуры с бетоном полностью отсутствует по всей длине элемента или его части Существующие расчетные методики не учитывают снижение несущей способности или расчет производится только по участку «чистого» нарушения сцепления арматуры с бетоном, без учета действительных повреждений плит (полученных в ходе эксплуатации), т е не учитывается наличие частичного и полного нарушения сцепления по длине ребер

Во второй главе рассмотрены методы усиления железобетонных конструкций применительно к ребристым плитам и расчета усиления

напряженной арматуры, предложенные А И Бедовым, В Т Гроздовым, Д Н Лазовским, Н М Онуфриевым, В Ф Сапрыкиным, Е Р Хило, и др Автором (в соавторстве) предложены методики и получены патенты на усиление ребристых плит

Одним из самых эффективных способов усиления конструкций покрытий и перекрытий считается установка затяжек

Рассматриваемый способ усиления имеет ряд преимуществ

- высокая эффективность - увеличение несущей способности до 2-2,5 раз,

- устройство затяжек не сокращает габаритов помещений, отнимая лишь по высоте 5- 10см ,

- применение предварительного напряжения арматуры позволяет надежно включить усиление в совместную работу с усиливаемой конструкцией,

- конструкции усиления изготавливаются заранее и могут монтироваться без остановки производства,

- технология установки затяжек достаточно проста

Однако, следует отметить и ряд недостатков рассматриваемого способа усиления

- негативное воздействие окружающей среды на металл затяжек,

- недостаточная огнестойкость элементов усиления,

- необходимость высокого качества производства монтажных работ по установке анкерующих устройств затяжек,

- необходимость разборки конструкций кровли и полов усиливаемого перекрытия при устройстве шпренгельных затяжек

Автором (в соавторстве) разработана конструкция усиления ребристых плит с установкой дополнительной рабочей арматуры в растянутой зоне («Устройство для усиления сборных железобетонных плит» патент на изобретение № 2321710), позволяющая избежать двух последних отмеченных недостатков Схема усиления представлена на Рис 1

3-М1

Рисунок 1. Схема усиления железобетонных ребристых плит установкой дополнительной рабочей арматуры в растянутой зоне 1 - усиливаемое продольное ребро плиты; 2 - дополнительная арматура; 3 -существующая рабочая арматура; 4 - упорный элемент; 5 - хомут

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований пяти поврежденных ребристых плит и одной целой.

Целью экспериментальных исследований являлось изучение влияния на прочность и жесткость железобетонных ребристых плит дефекта нарушения сцепления арматуры с бетоном из-за коррозии рабочей арматуры с образованием коррозионных трещин или обрушением защитного слоя бетона.

Для выполнения поставленной цели было отобрано пять плит с характерными дефектами в продольных ребрах и одна целая контрольная плита. Плиты были изготовлены по серии ПК-01-106 (маркировка ПКЖ-4) на одном заводе ЖБК ориентировочно в 1974г и перед проведением эксперимента были сняты с покрытия здания. Было установлено полное соответствие отобранных плит техническим требованиям серии, установлены основные характеристики механических свойств материалов.

Испытание всех плит проводилось на специально изготовленном стенде в соответствии с требованиями ГОСТ8829-94 «Изделия строительные

железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости».

Нагружение плит производилось равномерно распределенной нагрузкой с помощью штучных грузов. Значения поэтапной нагрузки принимались равными 11% (84,5кг/м2) от теоретической разрушающей (760кг/м2 без учета собственного веса плиты). Выдержка нагрузки на каждой ступени составляла не менее 30 минут.

Характер и уровень повреждений в плитах представлен в Табл. 7.

Во время испытаний характер развития деформаций арматуры и бетона соответствовал обычному для изгибаемых элементов, не имеющих или имеющих мастичное сцепление арматуры с бетоном.

Характерным отличием данных конструкций является увеличенное (Ь0..2Ь0), по сравнению с обычными, расстояние между нормальными трещинами. Фотография с характерным расположением трещин на среднем участке продольных ребер плит представлена на Рис. 2.

Рисунок 2. Трещины в центральной зоне продольного ребра поврежденной плиты

Во время испытания контрольной плиты П-5 (без повреждений) характер развития деформаций арматуры и бетона соответствовал обычному для изгибаемых элементов. Несущая способность и деформативность плиты П-5 по результатам испытания полностью соответствует требованиям серии ПК-01-106.

Краевые деформации сжатого бетона и рабочей арматуры, определенные по показаниям тензометров и тензорезисторов, на предпоследнем этапе перед разрушением составили:

П-6

П-5 (контрольная)

П-1 П-2 П-3 П-4

eb=0,9*10'3 £5=7,9*10°

£ь=1,4* 103 es=8,86* 103

еь=1,3*1(Г3 £s=8,14* 10'3

£ь= 1,95*10'3 ss=8,92*103

£ь=0,495*103 es=7,9*10"3

£ь=0,78* 10'3 es=4,8* 103,

где Р — нагрузка на поврежденную плиту на этапе нагружения перед разрушением, Ре1 - разрушающая нагрузка эталонного образца, еь -относительные деформации бетона, es - относительные деформации арматурных стержней

Для плит с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном наблюдались значительно большие деформации крайнего сжатого волокна бетона в сечении с трещиной, по сравнению с контрольной плитой П-5 с обеспеченным сцеплением при сравнимых уровнях нагрузки Среднее значение превышения составило около 220%

Во всех плитах с наличием дефекта жесткость была ниже по сравнению с контрольной плитой в 1,4-2,2 раза (Табл 6 и Рис 4) Характер развития прогибов в стадии, близкой к разрушению, у всех шит был схожим Ширина раскрытия трещин в плитах на 6 этапе нагружения (Р/Ре-0,6) составила для поврежденных плит - 0,35-0,5мм, для контрольной плиты 0,1мм

У поврежденных плит постепенное раскрытие нормальных трещин происходило с увеличивающейся интенсивностью вплоть до момента разрушения, с последующим разрушением плиты по сжатой зоне бетона На контрольной плите П-5 постепенное раскрытие нормальных трещин происходило до момента достижения в основной арматуре деформаций, соответствующих пределу текучести, в дальнейшем происходило резкое увеличение их ширины раскрытия при почти неизменной нагрузке Шаг трещин в среднем составил около 200-350мм для поврежденных плит и 100150мм для контрольной

В результате проведенных испытаний для всех поврежденных плит было отмечено снижение несущей способности по сравнению с контрольной

Снижение несущей способности в плитах с повреждениями произошло в различной степени, в зависимости от характера дефекта и его величины

Экспериментальные исследования показали необходимость учета влияния повреждений, связанных с нарушением сцепления рабочей арматуры с бетоном даже при незначительной коррозии арматуры (толщина продуктов коррозии 1-Змм, уменьшение сечения арматуры 2-8%) на несущую способность и жесткость

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований восьми поврежденных ребристых плит, усиленных установкой напряженной арматуры под нагрузкой

Цель экспериментальных исследований - оценка эффективности усиления поврежденных ребристых плит (усиленных под нагрузкой), с помощью установки напряженной арматуры в растянутую зону в соответствии с патентом на изобретение № 2321710 «Устройство для усиления сборных ребристых плит»

Для выполнения поставленной цели было отобрано восемь плит с характерными дефектами в продольных ребрах Плиты были изготовлены по серии ПК-01-106 (маркировка ПКЖ-4) на одном заводе ЖБК, ориентировочно в 1974г и перед проведением эксперимента были сняты с покрытия здания Механические характеристики плит, их армирование аналогичны характеристикам, приведенным в главе 3

На первом этапе производилось загружение всех образцов в не усиленном состоянии до нагрузки, соответствующей эксплуатационному уровню » 60-80% от расчетной Данный диапазон уровня нагружения выбран как наиболее вероятный для конструкций, усиливаемых под нагрузкой Перед загружением первой ступени, затяжки были смонтированы на плиты, но находились в ненапряженном состоянии

На втором этапе эксперимента было произведено усиление опытных конструкций напряженными затяжками (см Рис 1), без разгрузки, дальнейшее нагружение конструкций производилось до разрушения Перед

включением в работу затяжек была произведена выборка люфтов и провисаний посредством гаек, расположенных по концам стержней затяжек, а также подтяжка элементов крепления Создание в элементах затяжек предварительного напряжения обеспечивалось путем последующего затягивания гаек, расположенных по концам стержней затяжек Контроль натяжения производился по показаниям установленных на стержни затяжек тензометров Нагрузка прикладывалась на плиты ступенями, аналогичными по величине ступеням первого этапа (84 5кг/м2)

Характер и уровень повреждений в плитах представлен в Табл 6 На 1 этапе испытаний характер развития деформаций арматуры и бетона соответствовал обычному для изгибаемых элементов, не имеющих или имеющих частичное сцепление арматуры с бетоном, и был аналогичен характеру деформаций для поврежденных плит, рассмотренных в главе 3

Разрушение усиленных плит произошло как переармированных Деформации рабочей арматуры и арматуры затяжек не достигли предела текучести Краевые деформации сжатого бетона, рабочей арматуры и арматуры затяжек, определенные по показаниям тензометров и тензорезисторов, на предпоследнем этапе перед разрушением составили

УП-1 Р/РеЧ,0 ЕЬ=1,2 Ю-3 Ё5=9,98 105 Е5„=3,0 10 3

УП-2 Р/Ре1=1,0 Еь=0,9 103 Е5=8,2 103 Е№=2,87 10"3

УП-3 Р/РгЧ,0 ЕЬ=0,87 103 е5=7,23 103 Е^=2,5 103

УП-4 Р/Рм=1,0 ЕЬ=0,84 103 £,=6,94 103 Е5„=2,6 10'3

УП-5 Р/РеЧ,0 ЕЬ-1,29 10"3 £,=8,22 103 Ея,=2,1 10"3

УП-6 Р/Ре,=1,0 £Ь=1,18 10"3 £5=8,02 10° £Лг=2,0 10°

УП-7 Р/РеЧ,0 Еь=0,78 КГ3 £5=7,4 103 Е51Г=2,04 103

УП-8 Р/Рс|=1,0 ЕЬ=0,92 103 е5=б,98 103 е»=3,12 К)'3.

где Р - нагрузка на поврежденную плиту на этапе нагружения перед разрушением, Ре< - разрушающая нагрузка эталонного образца, £ь -относительные деформации бетона, е5 - относительные деформации арматурных стержней, е5,г - относительные деформации арматурных стержней затяжки

Во всех плитах с дефектом, жесткость на I этапе была ниже в 1,4-2,2 раза по сравнению с контрольной плитой при одинаковых уровнях нагрузки Характер развития прогибов в стадии, близкой к разрушению, у всех плит был схожим Во всех усиленных плитах наблюдалось уменьшение прогиба в момент натяжения затяжек (усиление) при неизменной нагрузке Величина уменьшения прогиба составила от 1,77 до 3,2мм (18 30%) Очевидно, что уменьшение прогибов плит связано с разгружающим эффектом затяжки и увеличением жесткости усиленной конструкции При нормативной нагрузке (5 ступень нагружения) прогибы по плитам до и после усиления отображены в Табл 4

Таблица 4

Прогибы поврежденных плит в центральной зоне

Плита УП-1 УП-2 УП-3 УП-4 УП-5 УП-6 УП-7 УП-8

Г до усиления, мм 8,47 9,86 11,73 10,06 10,59 11,14 9,95 12,61

Г после усиления, мм 6,75 6,94 9,03 7,04 8,35 9,05 8,0 10,42

При нагружении после усиления прогиб плит возрастал, при этом интенсивность прироста деформаций снизилась, что свидетельствует об увеличении жесткости опытных образцов Характер развития прогибов в стадии близкой к разрушению у всех плит был схожим

В результате проведенных испытаний во всех поврежденных плитах было отмечено увеличение несущей способности по сравнению с прочностью контрольной плиты (целой) Увеличение несущей способности в плитах с повреждениями произошло в различной степени в зависимости от характера дефекта и его величины (Табл 5)

Таблица 5

Нагрузка разрушения усиленных плит _

Плита УП-1 УП-2 УП-3 УП-4 УП-5 УП-6 УП-7 УП-8 П-5 (без усил)

Ррир, кН/м'1 9,6 9,9 9,11 9,11 9,11 8,65 9,6 8,92 7,75

Рразр/Рп5,% 124 128 118 118 118 114 124 115 100

Таким образом, усиление поврежденных плит затяжками значительно (на 14^-28%) повысило их несущую способность по сравнению с контрольной не усиленной плитой без повреждений.

В пятой главе, на основании проведенных экспериментальных исследований, произведена теоретическая оценка влияния повреждений на несущую способность ребристых плит и разработаны предложения по расчету плит с отмеченными повреждениями.

По результатам испытаний ребристых плит (главы 3, и 4) несущая способность поврежденных плит (дефект нарушения сцепления арматуры с бетоном) меняется в зависимости от степени повреждения (частичное нарушение сцепления - продольная трещина, полное нарушение сцепления -обрушение защитного слоя) и протяженности участков с продольными коррозионными трещинами или с нарушенным защитным слоем, а также степени коррозионного износа рабочей арматуры. Снижение несущей способности по результатам испытаний (глава 3) составляет 10-25% (Рис. 3).

Т

КИВИ 708 5

' I (1о.44%)

| 650.S (20.3%)

Щ 697.7 ! (11.81%)j

; (1)8.82%)

n-6 591 5

_ { ; | (25.23 W í_L

0.0 84.5 169.0 253.5 338.Q 422.5 507,0 591.5 676.0 760.5 845.0 КГ/М2

Рисунок 3. Экспериментальные значения несущей способности плит

........... расчетная нагрузка (633кг/м2)

■■■ контрольная разрушающая нагрузка по серии (760кг/м2)

расчетная разрушающая нагрузка (791.1 кг/м2)

Жесткость поврежденных плит при нормативной нагрузке 582,5кг/м2 (5 ступень нагружения) по сравнению с контрольной плитой оказалась ниже в 1,4^2,2 раза. На рисунке 4 представлена зависимость прогибов плит (результаты из глав 3 и 4) от величины нагружения.

Значения прогибов и несущей способности контрольной плиты (плита П-5) имеет удовлетворительную сходимость с расчетом несущей способности в соответствии с СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» и ГОСТ8829-94 «Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления Методы испытаний нагружением Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости»

Данные испытаний, необходимые для поиска зависимости влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном на прочность и несущую способность ребристых плит представлены в табл 6 и 7

Анализ данных испытаний проводился в предположении линейной зависимости между параметрами Ц, (х) и Ьо6р (у) и откликом Кр или И (2.), с последующим подтверждением данной гипотезы методами классической математической статистики

Р, кг/м2

Рисунок 4 Развитие прогибов плит в середине пролета до уровня соответствующего нормативной нагрузке (Нагрузка приведена с учетом собственного веса плит)

—•-П-1 —■-П-2 —*-П-3 —♦-П-»

—•—П-5(контрольная) - ■ -УП-1 - ♦ -УП-2 - к -УЛ-3

- • -УП-4 ■ УП-5 ♦- УП-6 А УП-7 ■ УП-8 « Расчет —-—П-6

Таблица 6

Сводные данные для анализа снижения жесткости плит

Плита Суммарная длина трещин с шириной раскрытия от 0 Змм, 1-тр ,м Суммарная длина зоны обрушения защитного слоя бетона, 1_обр, м Остаточный диаметр арматуры, мм Продольные трещины доходят до опор Прогиб плиты при норм нагрузке (5 этап) Р?=4 14 кН/м2 Коэффициент увеличения прогиба Kf=fex¡fe^,

П-1 6,1 2,7 20 нет 10,89 1,8

П-2 5 2,2 20 нет 10,30 1,7025

П-3 7 2,4 20 нет 9,77 1,6149

П-4 7,2 2,6 20 да 13,42 2,2182

П-5 (целая) 0 0 20 нет 6,03 1

П-6 8,6 3 19 нет 13,8 2,2886

УП-1 5,6 0,8 20 нет 8,47 1,4004

УП-2 3,5 0 20 нет 9,86 1 6298

УП-3 7,5 3,3 20 да 11,73 1,9393

УП-4 4 3 20 нет 10,60 1,7525

УП-5 6,8 2,5 20 нет 10,59 1,7504

УП-6 7,5 3,5 20 да 11,14 1,8417

УП-7 6,5 4,3 20 нет 9,96 1,6459

УП-8 8,2 4,5 20 нет 12,62 2,0855

Таблица 7 Сводные данные для анализа снижения несущей способности плит

Плита Суммарная длина трещин с шириной раскрытия от 0 Змм, 1-тр ,м Суммарная длина зоны обрушения защитного слоя бетона, 1-0бр , м Остаточный диаметр арматуры, мм Продольные трещины доходят до опор Разрушающая нагрузка по результатам испытаний, Ри ех, кН/м2 Коэффициент снижения несущей способности Кр= Ри еи Ри ех,

п 1 6,1 2,7 20 нет 6,94 0,8955

п2 5 2,2 20 нет 6 63 0,8555

пЗ 7 2,4 20 нет 6,84 0,8826

п4 7,2 2,6 20 да 6,45 0,8323

п5 (целая) 0 0 20 нет 7,75 1

пб 8,6 3 19 нет 5,81 0,7498

Обработка данных проводилась методами «классического» регрессионного анализа Анализ и получение линейной зависимости были произведены в программе МБ ЕХЕЬ с использованием стандартных функций математического анализа данных

В результате регрессионного анализа получены функции по определению коэффициентов увеличения прогибов кг и снижения несущей способности кр относительно контрольной плиты с доверительной вероятностью 0 95

к, = 0,089Ьтр + 0,03934,, +1,1119 , (1)

кр= 0,0168 ¿о6/,-0,03 ¿„„ + 1,042 (2)

Результаты расчета дисперсионных характеристик по прогибам и по несущей способности приведены в таблицах 8 и 9, а рисунки 4, 5, 6 и 7 отображают экспериментальную зависимость и оценочные значения по полученной регрессивным моделям

Таблица 8

Данные и результаты дисперсионного анализа по прогибам

Источник вариации Число степеней свободы Суммы квадратов БЭ Средние квадраты расч К Я2

Обусловленный регрессией с1-1=2 55, = 0,7136 0,3568 9,2698 4,1 0,65

Относительно регрессии (остаток) п-с)=10 552 = 0,3849 0,0385

Общий скорректированный на среднее г п-1=12 55, = 0,0986 0,0915

Таблица 9

Данные и результаты дисперсионного анализа по несущей способности

Источник вариации Число степеней свободы Суммы квадратов ЭЭ Средние квадраты F расч К Я2

Обусловленный регрессией (1-1=2 553 = 0,027 0,0136 8 22 6,94 0,8

Относительно регрессии (остаток) п-с1=4 55, = 0,007 0,0017

Общий скорректированный на среднее ъ п-1=5 55, = 0,034 0,0068

где

- 55, = - г)2 - сумма квадратов отклонений /-го наблюдения от общего среднего или скорректированная сумма квадратов у-ов (55 -итог),

- 552 =Х|(г, -г*)2 - сумма квадратов отклонений I -го наблюдения от предсказанного или сумма квадратов относительно регрессии (55- остаток),

- 553 = - г)1 - сумма квадратов отклонений предсказанного значения от

общего среднего или сумма квадратов, обусловленная регрессией (55 -регрессия)

кг

2" т~ | р

22 2 1 8 1 е

1 4 1 2

___(__ I__I

| ♦ К1 • Предсказанное К 1

1

ш

• Г П

1 -! .

О 1 23456789

Рисунок 5 График подбора кг по параметру

кг

ГТ 1~Г ] Т Г

22 2 1 8 1 6

'Ч

"X

[♦ К,( • Предсказанное К/'......"

-4 ' ' '

4-

1

тг

О 04 08 1 2 16 2 24 28 32 36 4 44 48

Рисунок 6 График подбора кг по параметру Ьп6р

-'обр

1 1

1

09 08 07 06

[♦ К,р а Предсказанное К,р I

ж*

-+ I Ь

11 1

09 08 07

Цр 06

О 5 6 7 8 9 02 24 283236 4

Рисунок 7 Графики подбора кр по параметру Ц, и Ьо6р

По результатам полученных функций разброс предсказанных значений коэффициентов не превышает 5 9% при расчете на прочность и 17% (на 90% откликах разброс не превышает 5%) при расчете по прогибам

Таким образом, в результате регрессивного анализа получены функциональные зависимости от двух параметров (Ьтр - суммарная длина участков с трещинами и Ь06Р - суммарная длина зон обрушения защитного слоя бетона), позволяющие оценить снижение несущей способности и жесткости плиты от дефекта нарушения сцепления арматуры с бетоном, вызванного коррозией рабочей арматуры

Снижение несущей способности плиты от повреждений, связанных с нарушением сцепления арматуры с бетоном, определяется произведением полученной несущей способности плиты без вышеуказанных дефектов на коэффициент кр, определяемый по формуле (2) Увеличение прогибов плиты определяется произведением полученной величины деформации плиты без учета повреждений на коэффициент кг, определяемый по формуле (1)

1 Рассмотрены характерные повреждения железобетонных конструкций Установлено, что в ходе эксплуатации наибольшие повреждения, как по количеству, так и по величине влияния на несущую способность получают плиты покрытий и перекрытий (в сборных железобетонных плитах дефекты присутствовали на 90% обследованных зданий и сооружений) Основной причиной повреждений сборных плит покрытий и перекрытий является коррозия рабочей арматуры (отмечена на 77% обследованных площадей) и, соответственно, нарушение сцепления арматуры с бетоном

2 Экспериментальные исследования, поведенные автором, показали необходимость учета влияния повреждений, связанных с нарушением сцепления рабочей арматуры с бетоном (даже при незначительной коррозии арматуры - толщина продуктов коррозии 1-Змм, уменьшение сечения арматуры на 2-6%) на несущую способность и жесткость, так как несущая способность снижается на 10-25%, а прогибы возрастают в 1,4-2,2 раза в

Рфа^Рхкр,

(3)

(4)

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

зависимости от степени повреждения При оценке прочности и жесткости ребристых плит требуется учитывать не только зону полного нарушения сцепления (зона с обрушением бетона защитного слоя), но и зоны с частичным нарушением сцепления (участки с продольными коррозионными трещинами)

3 Разработаны и защищены патентами способы усиления ребристых плит затяжками, обеспечивающие более технологичное проведение работ (без разборки конструкций покрытия или перекрытия), а также позволяющие усиливать предварительно напряженные конструкции Получены патенты №2321709 и № 2321710 от 24 04 06 Эффективность предложенного в диссертации метода усиления ребристых плит согласно патента №2321710, подтверждена экспериментально

4 Проведены экспериментальные исследования по изучению прочности и жесткости поврежденных железобетонных ребристых плит, усиленных дополнительной напряженной арматурой (затяжками) под нагрузкой Выявлены особенности деформирования усиленной конструкции на всех этапах работы Показана эффективность такого усиления - несущая способность поврежденных плит возрастает на 14-28% по сравнению с контрольной не усиленной целой плитой

5 Установлено, что несущая способность усиленных ребристых плит с нарушенным сцеплением определяется, как правило, прочностью сжатой зоны бетона и перед разрушением деформации сжатого бетона в сечении с трещиной достигают предельных значений Усиление железобетонных плит напряженной затяжкой значительно повышает их жесткость При нормативной нагрузке после усиления величины прогибов снижаются в среднем на 10-25% по сравнению с прогибами до усиления, интенсивность нарастания прогибов при увеличении нагрузки также снижается

6 Проведен, с применением методов классической математической статистики и теории вероятностей, анализ экспериментальных данных, полученных при проведении испытаний Анализ проведен с определением

следующих влияющих факторов, оказывающих наибольшее влияние на снижение жесткости и несущей способности ребристых плит

- суммарной длины участков с продольными коррозионными трещинами «Ц,»,

- суммарной длины зон обрушения защитного слоя вдоль рабочей арматуры «Ь1)6р» Адекватность полученных зависимостей (формулы 1 и 2) обоснована методом дисперсионного анализа По результатам полученных функций разброс предсказанных значений коэффициентов не превышает 5 9% при расчете на прочность и 17% (на 90% откликах разброс не превышает 10%) при расчете по прогибам

7 Разработана методика и рекомендации по расчету фактической несущей способности и жесткости поврежденных ребристых плит, в зависимости от присутствующих повреждений по формулам 3 и 4 на основе зависимостей, полученных в результате математического анализа (формулы 1 и 2)

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Рожин Д Н, Чаганов А Б Характерные дефекты и повреждения железобетонных конструкций по Кировской области за 1994-2004г Сб научных материалов, т 1 - Всерос ежегод науч -техн конф "Наука-производство-технология-экология" -ВятГУ, Киров, 2005г - С 150-152

2 Кодыш Э Н , Трекин Н Н, Чаганов А Б Характерные дефекты и повреждения железобетонных конструкций на примере Кировской области //"Механизация строительства", №7,-2005г-Москва С 14-18

3 Рожин Д Н, Чаганов А Б Экспериментальные исследования поврежденных ребристых плит Сб научных материалов, т 5 - Всерос ежегод науч -техн конф "Наука-производство-технология-экология" -ВятГУ, Киров, 2006г - С 243-247

4 Кодыш Э Н, Трекин Н Н, Чаганов А Б Экспериментальные исследования поврежденных ребристых плит Сб научных трудов М ЦНИИПромзданий, - 2006 С 88-93

5 Рожин Д Н , Чаганов А Б Испытания железобетонных плит, имеющих дефекты, полученные при возведении здания Сб. научных материалов, т.5 - Всерос. ежегод. науч -техн. конф. "Наука-производство-технология-экология" - ВятГУ, Киров, 2007г. - С 254-256

6. Рожин ДН, Чаганов А Б Влияние коррозионных повреждений на состояние железобетонных элементов реконструируемых зданий и сооружений Сб. научных материалов, т 5. - Всерос. ежегод науч -техн конф "Наука-производство-технология-экология" - ВятГУ, Киров, 2007г - С 257-258

7 Кодыш Э Н, Чаганов А Б. Оценка несущей способности и деформативности поврежденных железобетонных плит Сб. научных трудов - ОрелГАУ, Орел, 2007г. - С 132-137.

8 Чаганов А Б Усиление сборных железобетонных ребристых плит // Промышленное и гражданское строительство, №5, - 2008г - С 53

Тираж 80 экз Заказ № 872 Отпечатано в ОАО «ЦПП»

ДЛЯ ЗАМЕТОК

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ И КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ, ПРИЧИН

ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБОВ ОЦЕНКИ ИХ ВЛИЯНИЯ

1.1. Причины дефектов и повреждений в железобетонных 9 конструкциях

1.2. Характерные дефекты железобетонных конструкций на примере 11 Кировской области

1.3. Существующие методы оценки влияния дефектов на 20 прочностные и деформативные свойства изгибаемых железобетонных элементов

1.4. Экспериментальные исследования влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном из-за коррозионных повреждений на прочность и деформативность изгибаемых элементов

1.5. Исследование предложений по расчету прочности нормальных? 28 сечений изгибаемых железобетонных элементов с нарушенным сцеплением

1.6. Особенности напряженно-деформированного состояния бетона 39 сжатой зоны при наличии несвязанной с бетоном арматуры

Выводы по главе

2. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ 44 ИЗГИБАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Конструктивные решения усиления железобетонных ребристых 44 плит

2.2. Усиление изгибаемых железобетонных элементов напряженной 48 арматурой

2.3. Методы расчета усиления напряженной арматуры 55 Выводы по главе 2.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ 65 ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕБРИСТЫХ ПЛИТ С НАРУШЕННЫМ СЦЕПЛЕНИЕМ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ

3.1. Цель и основные задачи экспериментальных исследований

3.2. Описание опытных образцов, характеристики материалов

3.3. Конструкция испытательной установки и методика проведения 69 испытаний

3.4. Характер работы и разрушения плит под нагрузкой

3.5. Анализ напряженно-деформированного состояния, прочности, 83 жесткости и ширины раскрытия трещин

Выводы по главе 3.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕБРИСТЫХ ПЛИТ С НАРУШЕННЫМ 90 СЦЕПЛЕНИЕМ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ, УСИЛЕННЫХ

НАПРЯЖЕННОЙ АРМАТУРОЙ

4.1. Цель и основные задачи экспериментальных исследований

4.2. Описание опытных образцов, характеристики материалов

4.3. Конструкция испытательной установки и методика проведения 95 испытаний

4.4. Характер работы и разрушения плит под нагрузкой

4.5. Анализ напряженно-деформированного состояния, прочности, 114 жесткости и ширины раскрытия трещин

Выводы по главе 4.

5. ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОЙ ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ 122 ПОВРЕЖДЕННЫХ РЕБРИСТЫХ ПЛИТ

5.1. Обобщение результатов испытания ребристых плит

5.2. Корреляционно-регрессионный анализ перемещений

5.3. Дисперсионный анализ функции перемещений

5.4. Корреляционно-регрессионный и дисперсионный анализ по 134 несущей способности плит

5.5. Рекомендации по расчету прочности нормальных сечений и 139 жесткости ребристых плит с дефектом нарушения сцепления

5.6. Пример расчета

Актуальность работы. Начиная с пятидесятых годов прошлого века сборные железобетонные конструкции являются основными в строительстве промышленных и гражданских зданий. В настоящее время, в связи с возрастающими объемами технического перевооружения и реконструкции существующих зданий и сооружений, становятся актуальными вопросы оценки технического состояния конструкций эксплуатируемых объектов и применения соответствующих методов их восстановления или усиления. Необходимость оценки технического состояния конструкций возникает также и в каждодневной деятельности служб эксплуатации промышленных предприятий при решении вопросов о возможности дальнейшей эксплуатации, о необходимости выполнения усиления или ремонтных мероприятий.

Как показывает опыт обследований эксплуатируемых зданий с железобетонными конструкциями, одним из наиболее распространенных повреждений является нарушение сцепления арматуры с бетоном (до 60% от общего количества поврежденных конструкций), причем в наибольшей степени оно характерно для наиболее массовых изгибаемых элементов - плит, ригелей. Причинами нарушения сцепления являются: коррозия арматуры, сколы защитного слоя бетона, нарушение его структуры вследствие температурно-влажностных воздействий.

Наиболее широко распространенным способом усиления ребристых плит при нарушении сцепления арматуры с бетоном является установка дополнительной арматуры в растянутую зону. Такое усиление осуществляется при действии значительной доли нагрузки, так как полная разгрузка конструкций является затруднительной.

Большой вклад в разработку методов оценки несущей способности изгибаемых железобетонных строительных элементов с нарушенным сцеплением, разработку методов усиления и расчета железобетонных строительных конструкций внесли А.И. Бедов, В.М. Бондаренко, C.B. Бондаренко, А.П. Васильев, A.A. Гвоздев, В.В. Гранев, А.Г. Гиндоян, A.C. Залесов, В.А. Кайменко, В.А. Клевцов, Э.Н. Кодыш, А.Н. Мамин, Н.М. Онуфриев, Т.М. Пецольд, А.И. Попеско, Б.С. Попович, А.Г. Ройтман, P.C. Санжаровский, Г.М. Спрыгин, H.H. Трёкин, В.Б. Филатов, Е.Р. Хило и др.

Однако количественная оценка влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном (из-за коррозии рабочей арматуры) на прочность и деформативность изгибаемых железобетонных элементов, выявлена недостаточно полно. В действующем СНиП 52-01-2003 отсутствует экспериментальная методика определения несущей способности и жесткости конструкций с нарушенным сцеплением арматуры с бетоном. Обзор экспериментальных и теоретических исследований показал, что отсутствие сцепления может снижать прочность, а также всегда снижает трещиностойкость и увеличивает деформативность. Практически все экспериментальные данные получены на моделях железобетонных конструкций с прямоугольным сечением, средним процентом армирования и искусственно нарушенным сцеплением, которые не полностью соответствуют конструкциям с дефектами, полученными в ходе эксплуатации, тогда как автором выявлено, что наибольшее количество зафиксированных ( дефектов встречаются в железобетонных плитах покрытий и перекрытий имеющих малый процент армирования.

Целью работы является исследование механизма влияния нарушения сцепления арматуры с бетоном на прочность железобетонных ребристых плит, разработка методики определения фактической несущей способности и жесткости, а также оценка эффективности усиления поврежденных плит установкой предварительно напряженных затяжек в растянутой зоне.

В соответствии с целью работы решались следующие задачи:

- экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния ребристых плит при нарушенном сцеплении арматуры с бетоном, определение опытных значений влияния повреждений на несущую способность и жесткость ребристых плит;

- оценка применимости современных методов расчета жесткости и несущей способности ребристых плит при указанных выше повреждениях;

- разработка методики поверочного расчета прочности и жесткости нормальных сечений эксплуатируемых ребристых плит с частичным и полным нарушением сцепления арматуры с бетоном;

- экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния поврежденных ребристых плит после усиления их под нагрузкой предварительно напряженными затяжками в растянутой зоне;

- разработка рекомендаций по расчету несущей способности и жесткости ребристых плит при нарушенном сцеплении арматуры с бетоном.

- оценка эффективности усиления ребристых плит при установке предварительно напряженных затяжек в растянутую зону по полученному автором патенту № 2321710.

Методика исследований включает:

- натурные обследования зданий и сооружений (850 объектов по Кировской области на основе данных отчетов обследования) с целью выявления распространенности и уровня различных повреждений по конструкциям;

- комплексное изучение отечественного и зарубежного опыта по определению несущей способности и жесткости поврежденных конструкций до и после усиления;

- экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния поврежденных ребристых плит и определение опытных значений влияния повреждений на несущую способность и жесткость;

- экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния поврежденных ребристых плит, усиленных установкой напряженных затяжек и определение эффективности данного метода усиления;

- анализ влияния повреждений (по полученным экспериментальным данным) на несущую способность и жесткость ребристых плит;

- разработку методики и рекомендаций по определению фактической прочности и жесткости поврежденных ребристых плит.

Научная новизна работы. Установлено, что несущая способность ребристых плит, в зависимости от протяженности и степени повреждения (продольные коррозионные трещины, обрушение защитного слоя), снижается на 10-25%, а жесткость в 1,5-^-2 раза по сравнению с контрольным образцом. Построена аналитическая зависимость изменения несущей способности и жесткости плит от степени повреждения и протяженности дефекта. Предложена методика определения несущей способности и жесткости поврежденных плит. Подтверждена эффективность применения методики усиления ребристых плит установкой затяжек в растянутую зону без применения сварочных работ (патент на изобретение № 2321710 от 24.04.2006).

Практическое значение диссертации заключается в разработке методики определения несущей способности и жесткости ребристых плит с учетом величины и степени повреждения. Внедрение методики позволит эффективно определять текущее состояние поврежденных плит и рационально использовать строительные материалы при их усилении. На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований изменения прочности и жесткости ребристых плит с нарушением сцепления арматуры с бетоном.

2. Результаты экспериментальных исследований по усилению ребристых плит установкой затяжек в растянутую зону (патент на изобретение №2321710).

3. Методика определения несущей способности и жесткости ребристых плит с нарушением сцепления арматуры с бетоном, впервые позволяющая учитывать величину и степень повреждения.

Результаты диссертации внедрены при обследованиях и разработке проектов усиления плит покрытий и перекрытий следующих промышленных объектов:

- Главный корпус ТЦ «Глобус» бывшего Авторемзавода в г. Кирове по ул. Воровского 135;

- Цеха завода «БСИ-3», расположенные в г. Кирово-Чепецке.

Апробация работы и публикации.

Материалы диссертации докладывались и были опубликованы в материалах:

- Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука-производство-технология-экология", Киров, 2005г.

- Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука-производство-технология-экология", Киров, 2006г.

- Научно-технической конференции, посвященной 45-летию «ЦНИИПромзданий», Москва, 2006г.

- Всероссийской ежегодной научно-технической конференции "Наука-производство-технология-экология", Киров, 2007г.

По материалам диссертации получено два патента на изобретение:

- № 2321709 (RU 2321709 С2 E04G 23/02). Устройство для усиления ребристой плиты / Кодыш Э.Н., Трекин H.H., Чаганов А.Б. (М., ОАО ЦНИИПпромзданий). - №2006113573/03; Заявл. 24.04.2006 // Изобретения (заявки и патенты). - 10.04.2008. Бюл. №10

- № 2321710 (RU 2321710 С2 E04G 23/02). Устройство для усиления сборных ребристых плит / Кодыш Э.Н., Трекин H.H., Чаганов А.Б. (М., ОАО ЦНИИПпромзданий). - №2006113574/03; Заявл. 24.04.2006 // Изобретения (заявки и патенты). - 10.04.2008. Бюл. №10

Основные положения диссертации опубликованы в 8 научных статьях, в том числе 1 публикация в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 110 наименований - на 158 страницах, в том числе 22 таблицы и 82 рисунка, 5 приложений на 91 страницах. Всего 249страниц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Рассмотрены характерные повреждения железобетонных конструкций. Установлено, что в ходе эксплуатации наибольшие повреждения, как по количеству, так и по величине влияния на несущую способность получают плиты покрытий и перекрытий (в сборных железобетонных плитах дефекты присутствовали на 90% обследованных зданий и сооружений). Основной причиной повреждений сборных плит покрытий и перекрытий является коррозия рабочей арматуры (отмечена на 77% обследованных площадей) и, соответственно, нарушение сцепления арматуры с бетоном.

2. Экспериментальные исследования, проведенные автором, показали необходимость учета влияния повреждений, связанных с нарушением сцепления рабочей арматуры с бетоном (даже при незначительной коррозии арматуры - толщина продуктов коррозии 1-Змм, уменьшение сечения арматуры на 2-8%) на несущую способность и жесткость, так как несущая способность снижается на 10-К25%, а прогибы возрастают в 1,4-^-2,2 раза в зависимости от степени повреждения. При оценке прочности и жесткости ребристых плит требуется учитывать не только зону полного нарушения сцепления (зона с обрушением бетона защитного слоя), но и зоны с частичным нарушением сцепления (участки с продольными коррозионными трещинами).

3. Разработаны и защищены патентами способы усиления ребристых плит затяжками, обеспечивающие более технологичное проведение работ (без разборки конструкций покрытия или перекрытия), а также позволяющие усиливать предварительно напряженные конструкции. Получены патенты №2321709 и № 2321710 от 24.04.06. Эффективность предложенного в диссертации метода усиления ребристых плит согласно патента №2321710, подтверждена экспериментально.

4. Проведены экспериментальные исследования по изучению прочности и жесткости поврежденных железобетонных ребристых плит, усиленных дополнительной напряженной арматурой (затяжками) под нагрузкой. Выявлены особенности деформирования усиленной конструкции на всех этапах работы. Показана эффективность такого усиления - несущая способность поврежденных плит возрастает на 14-^28% по сравнению с контрольной не усиленной плитой.

5. Установлено, что несущая способность усиленных ребристых плит с нарушенным сцеплением определяется, как правило, прочностью сжатой зоны бетона и перед разрушением деформации сжатого бетона в сечении с трещиной достигают предельных значений. Усиление железобетонных плит напряженной затяжкой значительно повышает их жесткость. При нормативной нагрузке после усиления величины прогибов снижаются в среднем на 10-К25% по сравнению с прогибами до усиления, интенсивность нарастания прогибов при увеличении' нагрузки также снижается.

6. Проведен, с применением методов классической математической статистики и теории вероятностей, анализ экспериментальных данных, полученных при проведении испытаний. Анализ проведен с определением следующих влияющих факторов, оказывающих наибольшее влияние на снижение жесткости и несущей способности ребристых плит:

- суммарной длины участков с продольными коррозионными трещинами «Ьтр», м;

Адекватность полученных зависимостей (формулы 5.17 и 5.21) обоснована методом дисперсионного анализа. По результатам полученных функций разброс предсказанных значений коэффициентов не превышает 3.5% при расчете на прочность и 8,91% (на 90% откликах разброс не превышает 5%) при расчете по прогибам.

7. Разработана методика и рекомендации по расчету фактической несущей способности и жесткости поврежденных ребристых плит, в зависимости от присутствующих повреждений по формулам 5.22 и 5.18 на основе зависимостей, полученных в результате математического анализа (формулы 5.21 и 5.17).

1. Абрамян Г.Г. Прочность и жесткость железобетонных балок, усиленных приклейкой преднапряженных железобетонных элементов. Дис. канд. техн. наук. М., 1988. - 257 с.

2. Алексеев С.Н. Коррозия и защита арматуры в бетоне. М.: Стройиздат, 1967.-231 с.

3. Алексеев С.Н., Розенталь Н.К. Коррозийная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. М.: Стройиздат, 1976. -208 с.

4. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов.—5-е изд., перераб. И доп.- М.: Стойиздат, 1991.- 767 с.

5. Бедов А.И., Сапрыкин. В.Ф. Обследование и реконструкция железобетонных и каменных эксплуатируемых зданий и сооружений. -М.:АСВ, 1995.-192 с.

6. Бердичевский Г.И., Голышев А.Б. Опыт и перспективы применения сборно-монолитных железобетонных конструкций «Бетон и железобетон». -1982, №1,- С.3-4.

7. Бондаренко В.М., Бондаренко C.B. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. М.: Стройиздат, 1982.-287с.

8. Вайсфельд A.A. Исследование напряженно-деформированного состояния нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов при частичном или полном отсутствии сцепления арматуры с бетоном: Дис. канд. техн. наук. Л., 1982. - 228 с.

9. Васильев А.Н. Научные вычисления в Microsoft Exel. М.: изд. дом «Вильяме», 2004. - 512с.

10. Васильев Н.М. Влияние нефтепродуктов на сцепление бетона с арматурой «Бетон и железобетон». -1981, № 10. С. 27-28.

11. Васильев П.И., Рочняк Л.А., Образцов Л.В. Работа приопорных зон преднапряженных балок, не имеющих сцепления арматуры с бетоном: «Бетон и железобетон». 1982. №8. - С. 24-25.

12. Вахненко П.Ф. Граничная высота сжатой зоны при сложных деформациях. «Бетон и железобетон». 1990. №11. - С. 27-28.

13. Власов В.М., Кириллова B.C., Скородумова JI.B. Исследование работы балок с арматурой, имевшей частичное сцепление с бетоном// Известия-ВНИИГ. Сб.тр.-т. 171 .-Л., 1984.- С. 52-55.

14. Гвоздев A.A. Некоторые механические свойства бетона, существенно важные1 для строительной механики железобетонных конструкций // Исследования свойств бетона и железобетонных конструкций. Сб. трудов1 НИИЖБ. Вып.4. М.: Стройиздат, 1959. - С. 5-17.

15. Гениев Г.И., Курбатов A.C., Самедов Ф.А. Вопросы прочности и пластичности анизотропных материалов. — М.: Интербук, 1993. 187 с.

16. Горев В.В., Филипов В.В., Тезиков Н.Ю: Математическое моделирование при, расчетах и исследованиях строительных конструкций. -М.: Высш. школа, 2002.-206с.

17. Горелова Г.В., Кацко И.А. Теория вероятности и математическая статистика в примерах и задачах с применением Exel. Ростов Н/д.: Феникс, 2006. - 475с.

18. ГОСТ 12004-81. Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение. -М.: Изд-во стандартов, 1981, 15с.

19. ГОСТ 22690-88 Бетоны определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1991.-19 с.

20. ГОСТ 24452-80, ГОСТ 24544-81, ГОСТ 24545-81. Бетоны. Методы испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1981, - 56с.

21. ГОСТ 8829-94 Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости. — М.: ФГУП ЦПП Россия, 1997. 22 с.

22. Гроздов В.Т. К определению граничного значения относительной высоты сжатой зоны бетона при расчете сборно-монолитных и усиленных железобетонных конструкций.// Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1994. №1.-С. 113-114.

23. Деркач В.Н. Совершенствование армирования железобетонных изгибаемых элементов с напрягаемой арматурой без сцепления с бетоном // Экспериментальные исследования и расчет строительных конструкций. Сб. научных трудов. М.: ЦНИИПромзданий, 1992. - С.3-6.

24. Дмитриев С.А. Сопротивление скольжению в бетоне преднапряженной холоднотянутой арматуры // Исследования обычных и предварительно-напряженных железобетонных конструкций. М-Л., 1949. - С. 61-79.

25. Дмитриев С.А. Сопротивление скольжению в бетоне преднапряженной холоднотянутой арматуры // Исследования обычных и предварительно-напряженных железобетонных конструкций. M-JL, 1949. - С. 61-79.

26. Дмитриев С.А., Калатуров Б.А. Расчет предварительно напряженных железобетонных конструкций. -М.: Стройиздат, 1965.-508 с.

27. Залесов A.C., Кодыш Э.Н., Лемыш Л.Л., Никитин И.К. Расчет железобетонных конструкций по прочности, трещиностойкости и деформациям. — М.: Строийздат, 1988.- 320с.

28. Инструкция по усилению и восстановлению железобетонных конструкций методом инж. Литвинова И.М. Харьков, 1948. - 38с.

29. Кодекс-образец ЕКБ-ФИП для норм по железобетонным конструкциям. — Т. II. М., 1984. - 284 с.

30. Кодыш Э.Н. Анализ причин аварий и повреждений железобетонных конструкций., Ж. Промышленное и гражданское строительство, Москва, 1993, №13, С. 27-28.

31. Колчунов В.И. Деформативность и трещиностойкость железобетонных оболочек покрытия. Дис. докт. техн. наук. - Белгород, 1995. - 725 с.

32. Кремер Н.Ш. Теория вероятности и математическая статистика. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007.-551с.

33. Крылов С.М. Перераспределение усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях. М.: Стройиздат, 1964. - 163 с.

34. Кэсккюла Т.Э., Мильян Я.А., Новгородский В.И. Коррозионное разрушение железобетонных конструкций животноводческих зданий. «Бетон и железобетон».- 1980. №9. С. 43-44.

35. Лазовский Д.Н., Авдошка A.B. Усиление балок с нарушенной анкеровкой арматуры. «Бетон и железобетон». 1993. №2. - С. 7-9.

36. Леонгардт Ф. Предварительно-напряженный железобетон. М.: Стройиздат, 1983.- 244 с.

37. Литвинов И.М. Усиление и восстановление железобетонных конструкций. -М-Л.: Стройиздат. Наркомстроя, 1942. - 96с.

38. Лихачев В.Д., Хомутченко С .Я. Опыт эксплуатации железобетонных конструкций зданий угольной промышленности «Бетон и железобетон».1978. №8.-С. 13-14.

39. Малышев И.В. Способ усиления железобетонных ребристых плит.

40. Бетон и железобетон». 1990. №12. - С.5-7.

41. Мальганов А.И. и др. Усиление железобетонных и каменных конструкций зданий и сооружений (атлас схем и чертежей). Томск, 1989. - 89 с.

42. Меркулов С.И. Конструктивная безопасность железобетонных элементов реконструируемых зданий и сооружений: Дис. д-ра. техн. наук. Курск, 2004.-436 с.

43. Методические рекомендации по усилению железобетонных конструкций на реконструируемых предприятиях. Киев: НИИСК Госстроя УССР, 1984.- 116 с.

44. Мизернюк Б.Н., Рыбаков Ю.Д. Примерная программа обследования железобетонных конструкций в условиях эксплуатации // Анализ работы железобетонных конструкций в условиях эксплуатации. М., НИИЖБ, Вып. 1.1970. - С. 5-13.

45. Милованов А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре. -М.: Стройиздат, 1998. 304 с.

46. Мышев Г.Ф., Околичный В.Н. Экспериментальное исследование балок усиленных вложенными шпренгельными затяжками. // Изв. вузов. Строительство. 1994. №3. - С. 126-129.

47. Мурашев В,И., Сигалов Э.Е., Байков В.Н. Железобетонные конструкции // Общий курс.-М.: Стройиздат, 1962. 660 с.

48. Образцов JI.B. Исследование железобетонных предварительно напряженных балок без сцепления арматуры с бетоном на действие изгибающего момента и поперечной сил. Дис. канд. техн. наук. Д., 1980.- 196 с.

49. Онуфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений. JL: Стройиздат, 1965. — 342 с.

50. Онуфриев Н.М. Исправление дефектов изготовления и монтажа сборных железобетонных конструкций промзданий. Д., Стройиздат, 1971.- 159 с.

51. Пецольд Т.М., Лазовский Д.Н. Расчет конструкций, усиленных методами, повышающими степень внутренней статической неопределимости. // Тез. докл. 5-ая конференция межрегиональной ассоциации "Железобетон". -М., 1998. С.33-34.

52. Пецольд Т.М. Расчёт усиления железобетонных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений. «Бетон и железобетон». -1999. №1.- С. 11-14.

53. Плевков B.C., Мальганов А.И., Балдин И.В., Бояринцев Е.А. Автоматизированное проектирование восстановления и усиления железобетонных балок покрытия и перекрытия зданий и сооружений на персональных компьютерах. Томск, 1997. -86 с.

54. Попеско А.И. Работоспособность железобетонных конструкций, подверженных коррозии. СПб.: Изд-во СПбГАСУ, 1996. - 182 с.

55. Попович H.A., Школьный П.А. Вопросы прочности и жесткости железобетонных изгибаемых элементов при нарушении сцепления * арматуры с бетоном. // Сб.тр. ХИСИ,- Вып. 21.-Харьков, 1962.

56. Пособие П1-98 к СНип 2.03.01.-84. Усиление железобетонных конструкций. / Пособие к строительным нормам и правилам. Минск: Министерство архитектуры и строительства республики Беларусь, 2000. -192 с.

57. Рекомендации по восстановлению и усилению полносборных зданий полимеррастворами. / ТбилЗНИИЭП.- М.: Строийздат, 1990. 160 с.

58. Рекомендации по испытанию и оценки прочности, жесткости и трещиностойкости опытных образцов железобетонных конструкций. НИИЖБ. М., 1987.-36 с.

59. Рекомендации по проектированию усиления железобетонных конструкций зданий и сооружений реконструируемых предприятий. Надземные конструкции и сооружения. М.: Строийздат, 1992. - 191 с.

60. Рекомендации по усилению монолитных железобетонных конструкций зданий и сооружений предприятий горнодобывающей промышленности. М.: Строийздат, 1974. - 96 с.

61. Репекто В.В. Методы оценки состояния эксплуатируемых железобетонных конструкций одноэтажных производственных зданий: Дис. канд. техн. наук. М., 1984. - 219 с.

62. Решетарь Ю.Г. Деформативность изгибаемых железобетонных элементов при частичном или полном отсутствии сцепления арматуры с бетоном: Автореферат. канд. техн. наук. М., 1984. - 20 с.

63. Ржаницын А.Р. Строительная механика: Учебн. пособие. М.: Высшая школа, 1991-439 с.

64. Римшин В.И. Повреждения и методы расчёта усиления железобетонных конструкций: Автореф.докт. техн. наук. Белгород, 2000. - 35 с.

65. Савкин С.А., Пашкевич A.A. К оценке несущей способности изгибаемых элементов эксплуатируемых железобетонных конструкций. // Совершенствование методов расчета и исследование типов железобетонных конструкций. JL: ЛИСИ, 1987.- С.80-85.

66. Семенов А.И. Железобетонные конструкции с прядевой арматурой. М.: Стройиздат, 1968. - 176 с.

67. Серия ПК-01-106 Железобетонные плиты размером 1,5x6м для покрытий промышленных зданий. М.: Центральный институт типовых проектов, 1963г.

68. СНиП 52-01-03. «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»

69. СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции».

70. СНиП II—21—75. «Бетонные и железобетонные конструкции».

71. СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры»

72. Спрыгин Г.М. К расчету железобетонных изгибаемых элементов, усиливаемых преднапряженной арматурой // Проблемы реконструкции зданий и сооружений. Сб. научных трудов.-Казань КИСИ, -1994. С.39-45.

73. Спрыгин Г.М. Исследование предварительно-напряженных конструкций при частичном или полном отсутствии сцепления арматуры с бетоном: Мат-лы VIII конгресса ФИН. Лондон, 1978,- 14 с.железобетон». 1983, №4. - С. 12-14.

74. Титус В.Б. Расчет прочности предварительно-напряженных изгибаемых элементов без сцепления арматуры с бетоном // Развитие технологии, расчета и конструирования железобетонных конструкций. НИИЖБ. М., 1983.

75. Филатов В.Б. Влияние эксплуатационных повреждений, снижающих сцепление арматуры с бетоном на прочность изгибаемых железобетонных элементов: Дис. канд. техн. наук: М.5 1988. - 251 с.

76. Хачатрян А.И. Предварительно-напряженные элементы прямоугольного сечения с напрягаемой арматурой без сцепления с бетоном: Дис. канд. техн. наук. М., 1979.- 224 с.

77. Хило Е.Р., Попович Б.С. Усиление железобетонных конструкций с изменением расчетной схемы и напряженного состояния. Львов: «Вища школа», 1976. - 145 с.

78. Хило Е.Р., Попович Б.С. Усиление строительных конструкций. Львов: «Вища школа», 1985. - 155с.

79. Холмянский М.М. Контакт арматуры с бетоном. М.: Стройиздат, 1981. -184 с.

80. Худсон Д. Статистика для физиков. М.: изд. МИР, 1970г.-296 с.

81. Школьный П.А. О теории железобетона и ее совершенствовании «Бетон и железобетон». 1980, №4. - С. 27.

82. Яшин A.B. Усиление железобетонных подкрановых балок со сквозными трещинами в середине пролета // Проблемы реконструкции зданий и сооружений. Сб. научных трудов. Казань КИСИ, -1994. - С. 34-38.

83. Arduini M., Nanni F. Parametric study of beams with externally bonded FRP reinforcement // ACI Structural journal/ American concrete institute, september-october 1997, p. 493-501.

84. Amir M.Malek, Saadatmanesh H., Mohammad R. Ehsani Prediction of failure load of r/c beams strengthened with FRP plate due to stress concentration at the plate end // ACI Structural journal/ American concrete institute, marchApril 1998. p. 142-152.

85. Burns N.H. Piers D.M. Strength and Behavior of Prestressed Concrete Members With Unbonded Tendons // Journal of the PCI. October, 1967, p. 1529,

86. Broms B.B, Streao distribution, crack patterns and failure mechanisms of reinforced concrete members // Journal of the ACI. Proceedings. Vol., 61, No 12, December, 1964, p. 1535-1556.

87. Furtak K. Some problems of modernization of reinforcement concrete highway slab bridge //Инженерные проблемы современного железобетона: Материалы международной конференции по бетону и железобетону -Иваново, 1995.-С.461-470.

88. Mr J.S. Lane, Mr М.В. Leeming, Dr P.S. Fashole-Luke/ Testing of strengthened reinforced and prestressed concrete beams // Contraction repair, january/february 1997, p. 10-13.

89. Mattock A.H., Yamazaki G., Kattula B.T. Comparative Study of Prestressed Concrete Beams, with and without Bond // Journal of the ACL February, 1971, p. 116-125.

90. Neil Farmer, Toni Gee and Partners. Plate bonding// Contraction repair, january/february 1994, p. 41-48.

91. Warwaruk G., Sozen M.A., Siess C.P. Strength end Behavior in Flexure of Prestressed Concrete Beams // Bulletin No 464, Engineering Experiment; Station. University of Illinois, Urbana. August, 1962, p. 105. 119 hc.

92. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ»1. ЧАГАНОВ АЛЕКСЕЙ БОРИСОВИЧ042.00 8 13646 "

93. ПРОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РЕБРИСТЫХ ПЛИТ С НАРУШЕНИЕМ СЦЕПЛЕНИЯ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ