автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Прогнозирование напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций транспортных сооружений с учетом хлоридной коррозии и карбонизации

На правах рукописи

Маринин Александр Николаевич

ПРОгаОЗИРОВАШИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С УЧЕТОМ ХЛОРИДНОЙ КОРРОЗИИ И КАРБОНИЗ АЦИИ

Специальность 05 23. И -Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003066637

Волгоград 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» и в ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Овчинников Игорь Георгиевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Столяров Виктор Васильевич; кандидат технических наук Макаров Владимир Николаевич

Ведущая организация - ОАО «Волгомост», г Саратов

Защита состоится «02» ноября 2007 года в 9 часов на заседании диссертационного совета К 212 026 02 при ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу 400074, г Волгоград, ул. Академическая 1,ауд Б-203

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан « » сентября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Казначеев С В

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

В процессе эксплуатации железобетонные транспортные сооружения на автомобильных дорогах подвергаются воздействию не только эксплуатационных нагрузок, но также и агрессивных сред При проникании в бетон элементов конструкций транспортных сооружений и взаимодействии с ним агрессивная среда вызывает изменение механических свойств, коррозионный износ арматуры и т д В результате происходит значительное снижение несущей способности и долговечности железобетонных конструкций транспортных сооружений, что может вызвать необходимость их преждевременного ремонта или замены Моделирование напряженно-деформированного состояния конструкций транспортных сооружений с учетом коррозионных эффектов позволит прогнозировать наступление неблагоприятных ситуаций и тем самым избежать возможного наступления аварийного состояния и организовать проведение ремонта в наиболее оптимальное время

Коррозионное разрушение железобетонных конструкций транспортных сооружений, особенно мостов, в основном, происходит из-за таких факторов, как карбонизация и хлоридная коррозия, причем часто эти факторы действуют совместно Карбонизация происходит в результате диффузии углекислого газа, который в необходимом количестве содержится в воздухе Хлориды попадают в бетон в результате использования солей-антиобледенителей, эксплуатации конструкции в приморской атмосфере,

К сожалению, до настоящего времени, хотя в процессе обследования сооружений эти факторы диагностируются, но оценка их влияния на несущую способность и тем более долговечность конструкций носит скорее качес!-венный, чем количественный характер

Вопросами прогнозирования и обеспечения долговечности железобетонных конструкций занимались И Ю Белуцкий, В М Бондаренко, А И Васильев, JIИ Иосилевский, В М. Круглов, В О. Осипов, А М. Подвальный, А.А Потапкин, И Д Сахарова, А Р Соловьянчик, А П Сычев, А А Цернант, В П. Чирков, В И. Шестериков, С Bob, A Paeghtis и другие ученые Проблема прогнозирования долговечности транспортных сооружений с учетом воз-

действия эксплуатационных агрессивных сред рассматривалась в работах И.Г. Овчинникова и В В Петрова с учениками и сотрудниками

Проведенный анализ публикаций показывает, что в научных центрах России и за рубежом ведется определенная работа по разработке методов прогнозирования состояния железобетонных конструкций транспортных сооружений с учетом влияния агрессивных сред, но публикаций, посвященных учету совместного влияния и карбонизации и хлоридной коррозии на напряженно-деформированное состояние железобетонных элементов конструкций мало, хотя такое сочетание агрессивных сред весьма широко распространено Эти обстоятельства и определяют актуальность диссертационной работы Цель и задачи диссертационной работы:

Целью работы является разработка моделей и методики расчета нагруженных железобетонных элементов конструкций транспортных сооружений с учетом совместного действия карбонизации и хлоридной коррозии

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи

- анализ изменений, вызываемых воздействием карбонизации и хлоридсо-держащих сред на железобетонные конструктивные элемента транспортных сооружений на автомобильных дорогах,

- разработка моделей деформирования и разрушения поврежденных железобетонных элементов конструкций транспортных сооружений, с учетом совместного влияния карбонизации и хлоридной коррозии при одновременном действии нагрузки,

- разработка методик идентификации построенных моделей деформирования и разрушения железобетонных конструкций транспортных сооружений при работе их в агрессивных средах по экспериментальным данным,

- разработка методик расчета железобетонных стержневых, балочных, пластинчатых элементов конструкций транспортных сооружений с учетом совместного воздействия карбонизации и хлоридной коррозии, проведение численных экспериментов и исследование влияния совместного воздействия карбонизации и хлоридсодержащих сред на изменение напряженно-деформированного состояния и долговечности указанных элементов конструкций.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- проведен выборочный анализ автодорожного мостового парка РФ с точки зрения коррозионных повреждений, вызванных влиянием хлоридной коррозии и карбонизации,

- приведен анализ экспериментальных данных по хлоридной коррозии и карбонизации, полученных на реально действующих мостах и в лабораторных условиях, которые позволили отметить степень и интенсивность коррозионного поражения железобетонных конструкций,

- на основании анализа экспериментальных данных по кинетике этих процессов предложена модель, учитывающая одновременное влияние и хлоридной коррозии и карбонизации на напряженно-деформированное состояние несущих мостовых конструкций в процессе эксплуатации и основанная на использовании деформационного подхода к моделированию поведения железобетонных конструкций,

- получены уравнения, описывающие поведение железобетонных элементов конструкций транспортных сооружений при совместном влиянии на них карбонизации и хлоридной коррозии, разработана методика расчета элементов этих конструкций и проведено численное исследование, и сопоставление с экспериментом, подтвердившее возможность использования построенных моделей для прогнозирования поведения железобетонных конструкций транспортных сооружений в агрессивных условиях эксплуатации

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные модели и методики расчета могут быть применены при диагностике для прогнозирования напряженно-деформированного состояния нагруженных конструкций транспортных сооружений на автомобильных дорогах, работающих в условиях совместного воздействия карбонизации и хлоридной коррозии

Реализация работы.

Результаты работы приняты к использованию ФГУП «Росдорнии», ОАО «Мостострой-11» для диагностики, прогнозировании поведения, оценки остаточного ресурса железобетонных мостовых конструкций и своевременного планирования мероприятий по обследованию и ремонту В Саратовском го-

сударстаенном техническом университете (СГТУ), Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете (ВолгГАСУ) результаты работы используются при проведении занятий со студентами специальностей «Мосты и транспортные тоннели» и «Автомобильные дороги и аэродромы»

Достоверность результатов работы обеспечивается, сопоставлением результатов численного моделирования с имеющимися экспериментальными данными, а также с некоторыми результатами численного моделирования, произведенного другими авторами, и решением ряда тестовых задач

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на студенческой научно-практической конференции «Молодые специалисты железнодорожному транспорту» (г Саратов, 2002 г); на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы строительного материаловедения» (г. Саранск, 2002 г.), на ряде Всероссийских научно-технических конференциях «Актуальные вопросы строительства» (г. Саранск, 2002, 2003, 2005 гг), на III Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (г Волгоград, 2003 i ), на I и III Всероссийских научно-технических конференциях «Математическое моделирование и краевые задачи» (г Самара, 2004, 2006 гг), на Международном научно-методическом межвузовском семинаре «Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь» (г. Могилев, 2005 г ), на II Международном семинаре «Физико-математическое моделирование систем» (г. Воронеж, 2005 г ), на IV Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (г Пенза, 2006 г ), на Ежегодной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава (г Волгоград, 2006 г), на VII Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г Тула, 2006 г), на I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений» (г Омск, 2006) Работа докладывалась на заседании кафедры «Мосты и транспортные сооружения» СГТУ в сентябре 2007 г, а также на расширенном заседании кафедры «Мосты и сооружения

на дорогах» Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (ВолгГАСУ) в сентябре 2007 г. Публикации.

Основные результаты диссертационной работы отражены в 17 публикациях, в том числе издании, рекомендованном ВАК РФ, двух учебных пособиях и методических указаниях Объем работы.

Диссертация объемом 196 страниц машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 191 наименования, 6 приложений и включает 118 рисунков и 70 таблиц. На защиту выносятся:

- результаты выборочного анализа состояния мостового парка РФ с учетом повреждений, вызванных хлоридной коррозией и карбонизацией,

- результаты анализа экспериментальных данных по хлоридной коррозии и карбонизации на реально действующих мостах и в лабораторных условиях, которые позволили отметить степень и интенсивность коррозионного поражения железобетонных пролетных строений,

- расчетная модель железобетонных элементов конструкций транспортных сооружений, учитывающая одновременное влияние и хлоридной коррозии и карбонизации на напряженно-деформированное состояние в процессе эксплуатации и основанная на использовании деформационного подхода к моделированию поведения этих конструкций,

- уравнения, описывающие поведение железобетонных элементов конструкций транспортных сооружений при совместном влиянии на них карбонизации и хлоридной коррозии, методика расчета этих конструкций,

- результаты численного прогнозирования поведения железобетонных элементов конструкций транспортных сооружений с учетом воздействия карбонизации и хлоридной коррозии, подтвердившие возможность использования построенных моделей для моделирования и прогнозирования поведения элементов конструкций транспортных сооружений в агрессивных условиях эксплуатации

Автор Приносит свою глубокую благодарность д.т.н., проф. Овчинникову И,Г. за постоянное внимание и неоценимую помощь в работе над диссертацией, к.т.н. Раткину В.В. за консультации и ценные советы, данные в ходе выполнения работы. Также автор благодарит НТЦ Госстроя России ООО «Институт Проектмостореконструкция» (г. Саратов) за предоставленную возможность ознакомиться с результатами обследований ряда железобетонных мостой.

lio введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы и основные задачи исследования, научные результаты и аргументирована практическая ценность, приведено краткое содержание се глав.

Первая глава диссертации посвящена особенностям работы железобетонных конструкций транспортных сооружений, в частности, пролётных строений мостов с учётом влияния агрессивных эксплуатационных сред.

Проанализированы дефекты, повреждения и аварии железобетонных мостовых конструкций, вызванные совместным влиянием коррозии и нагрузки (рис. 1, 2), а также методы и средства оценки их состояния при проведении обследования.

Основное содержание диссертации

Рис. I. Разрушение бетона балки пролетного строения

Рис. 2. Повреждение спаи в морской воде

Приводятся эксплуатационные факторы деградации железобетонных конструкций транспортных сооружений и делается вывод, что наиболее распространенными являются карбонизация и хлоридная коррозия

Анализируются существующие нормативные документы на предмет учета влияния агрессивности воздействия на железобетон и прогноза долговечности элементов железобетонных мостов Анализ показал, что определенные подвижки в оценке долговечности железобетонных конструкций мостов есть, но практически все они сводятся к назначению нормативных сроков службы Прогнозирование же реальных сроков службы мостов и других транспортных сооружений - еще не до конца изученная проблема

Приводится обзор существующих методов прогнозирования состояния железобетонных конструкций

Во второй главе содержится обзор работ, описывающих факторы, влияющие на процесс карбонизации технологические факторы (состав бетона, водоцеменгное отношение, вид и содержание вяжущего, заполнители, добавки, плотность и проницаемость защитного слоя, его поровая структура, условия твердения), условия эксплуатации (агрессивность среды, содержание углекислого газа, влажность, солнечная радиация, наличие трещин, температура, направление ветра, давление), а также работ, описывающих влияние карбонизации на характеристики железобетона

Процесс карбонизации достаточно подробно изучался в работах С.Н Алексеева, Е А Гузеева, В М Москвина, Н К Розенталя, В Ф. Степановой, М.И БагАз, Т. Ыис!а, К КлэЫаш, К Маекажа, К ШвсЬе, V С. Рарайакш и других исследователей Однако влияние карбонизации на характеристики арматуры и бетона железобетонных конструкций до настоящего времени исследовано еще недостаточно. В основном, карбонизация определяется только д ля выявления инкубационного периода коррозии арматуры

В настоящее время существует ряд моделей, описывающих процесс карбонизации Сюда можно отнести как простые модели вида

8 = а + Ъ-Л, (1)

которые позволяют определять только глубину карбонизации § в момент времени г, так и сложные модели, в которых физические и химические процессы карбонизации бетона представлены в виде элементарных процессов,

каждый из которых описан дифференциальным уравнением Однако использование сложных моделей весьма затруднительно прежде всего из-за трудностей идентификации, связанной как с большим количеством подлежащих определению коэффициентов и функций, так и с недостатком и трудностью определения необходимых для этого экспериментальных данных

Поэтому возникла необходимость в построении модели, которая, с одной стороны, позволяла бы достаточно просто, но в то же время корректно, описывать процесс карбонизации, а с другой стороны, позволяла бы прогнозировать изменение напряженно-деформированного состояния железобетонных конструктивных элементов транспортных сооружений в условиях карбонизации

Дня построения модели процесс карбонизации, который продолжается в карбонизированном слое бетона при увеличении концентрации СаСОъ до полного израсходования Са(ОН)2 (рис.3,а,б,в), описывается с использованием специально вводимого параметра ц, изменяющегося от 0 до 1 (рис 3, г)

где _ концентрация СаС03 в заданной точке сечения, - мак-

симальная концентрация СаСОз (реакция уже завершилась)

Скалярный параметр химического взаимодействия ц (0 < ц < 1) характеризует уровень химических превращений в точке конструкции при взаимодействии углекислого газа с гидроксидом кальция, при котором образуется карбонат кальция При |Л ~ 0 — карбонизация в точке еще не началась, при 0 < ц. < 1 - происходит процесс карбонизации, при (1=1 процесс карбонизации завершился (рис 3, г)

Анализ кинетики происходящих реакций позволяет конкретизировать уравнение химического взаимодействия в виде

где ц - коэффициент, учитывающий свойства бетона и интенсивность воздействия окружающей среды.

шах

(2)

(3)

0>2 а)

{моль/л]

СаСОъ |моль/л|

б)

Са(ОН)г [кг/м3!

х [omJ

X [см]

Рис 3 Распределение углекислого газа (а), гидроксида и карбоната кальция (б), водородного показателя (в) и параметра химического взаимодействия ц (г) по глубине бетонного сечения в моменты времени Ц и t2

Решение уравнения (3) при q = const имеет вид логистической кривой,

И = (i + goe~qtY, go = (1 - Цо)/ Щь (4)

график которой приведен на рис 4 пунктиром

Так как при t < t„ изменений свойств бетона еще не происходит, а при I > tK уже не происходит, то логистическую кривую без особой погрешности можно аппроксимировать трехзвеяной ломаной (сплошная линия на рис 4)

Тогда кинетика взаимодействия будет описываться трехчленной функцией fi(t)-

О, при t<tK,

p = -(i-iK)/(fK-iH), при /„ <t<tK> (5)

1 при t>tk,

где 4 f]Cm - продолжительность инкубационного периода, в течение которого не происходит изменение свойств материала, tK = уС* - момент завср-

шения химических превращений в материале Здесь г/, у, т, к - константы материала, С - С{х,у,г,() - концентрация углекислого газа в точке с координатами х,у, г в момент времени ( ¡А

к t

Рис 4 Изменение параметра химического взаимодействия ц во времени

В качестве модели проникания углекислого газа в бетон на основании экспериментальных данных используется уравнение диффузии. При одномерном процессе диффузии во многих случаях хорошие результаты дает использование более простой модели проникания в форме размытого фронта-

О, х > 1(1),

(6>

сМ=

где х - координата точки сечения, г - время, Со - концентрация агрессивной среды на поверхности конструктивного элемента, а, р - коэффициенты, Щ) - закон продвижения границы размытого фронта карбонизации вглубь конструктивного элемента-

Щ = (7)

где X г — эмпирические коэффициенты

Исследования показали, что прочность бетона после карбонизации изменяется (возрастает или уменьшается в зависимости от вида цемента).

По имеющимся экспериментальным данным была построена модель деформирования бетона при карбонизации

где

А(ц)=А0Х1(ц) --М1-/1 0*)) , Щц) = ВоХгМ^В^ 1-/2 (¡1))

(8)

(9)

1 08 06 Ц04

02 О

00 01 02 03 04 05 06

/(ц)

Рис 5. Изменение значений функция/(¡а) в зависимости от параметра р. Для разных значений параметра ц бьши получены диаграммы деформи-

£ ,м

Рис 6 Диаграммы деформирования бетона (при сжатии), соответствующие различной степени карбонизации 1 - ц = 0-0,7, 2 - ц = 0,86, 3 - ц = 0,9, 4 - ц = 1

В третьей главе приводятся экспериментальные данные по кинетике проникания хлоридсодержащей среды в бетонные и железобетонные конструктивные элементы, по влиянию хлоридсодержащей среды на механические характеристики бетона и арматуры, по кинетике коррозионного износа арматуры в хлоридной среде

Далее рассматривается модель деформирования бетона при совместном действии карбонизации и хлоридной коррозии. Модель в данном случае представляет собой сочетание моделей нагружения, конструктивного эле-

мента, воздействия агрессивной среды (карбонизации и хлоридной коррозии), деформирования материала с учетом изменений, вызванных действием агрессивной среды и модели коррозионного износа арматуры

Бетон рассматривается как нелинейный, разномодульный композитный материал Диаграмма деформирования бетона принимается в виде кубической параболы

учитывающей различную работу бетона при растяжении (р) и сжатии (с)

При совместном воздействии хлоридной коррозии и карбонизации диаграмма деформирования бетона принимается в виде

где 1|/(С) - функция влияния хлоридной коррозии, х(ц) — функция влияния карбонизации, С — концентрация хлоридов

Модель коррозионного износа арматуры принимается в виде

0>О; <?<0,

(10)

АрЪ 0*) V1 (С> - В0рх2 (ц)\|/2 (С)е3, <*>0,

(Н)

(12)

где 5 - глубина коррозии арматуры, инкубационный период

критическая концентрация хлоридов, при которой начинается коррозия арматуры, уменьшается в два раза, те

С;=С£/2 (рис 7) Следова-

ц ?

Рис 7 Схема проникания хлоридов и углекислого газа в железобетонный конструктивный элемент

Таблица 1

Случаи воздействия агрессивной среды на железобетонный элемент мостового сооружения

Случаи воздействия Измеряемый параметр Нет агрессивного воздействия Только С02 Только С1 Совместное воздействие СОг и С/

«Фронт» карбонизации не достиг арматуры «Фронт» карбонизации достиг арматуры «Фронт» хлоридов не достиг арматуры «Фронт» хлоридов достиг арматуры «Фронты» не ДОСТИГЛИ арматуры «Фронт» хлоридов достиг арматуры «Фронт» карбонизации достиг арматуры Оба «фронта» достигли арматуры

Время эксплуатации конструкции /=0 , . -карб 1 1 Чпа *<с 1 — ¡ПС / с ' ^ шс кР 1 ^ 1нс , . ,карб 1 ^' иге 1 > ^карб 1 - Чпс 1<(С1 тс — тс * Ч?с

Параметр химического взаимодействия на уровне арматуры ^ = 0 ц = 0 Й^Цкр И^кр

Концентрация хлоридов на уровне арматуры с=о С= 0 с<скр с>скр С Окр с>скр С < С>С,р

Напряжение в бетоне, сг6 Аог-Вое3 ^(О е-5оч/2(С)е3 ^о Х1(й) Ч*1(С) е - Во Хг(ц) Уг(С) е3

Напряжение в арматуре СГа = ЛЕт

Глубина коррозии арматуры, 8 0 0 0 «с-С6 У

Учитывается, что коррозия арматуры может начаться не только при воздействии хлоридов, но и в результате карбонизации По аналогии с хлорид-ной коррозией принято, что коррозия арматуры начинается при достижении у ее поверхности некоторой критической величины параметра химического взаимодействия ЦЕр

В табл. 1 приводятся случаи воздействия агрессивной среды (на примере хлоридов и углекислого газа) на железобетонный конструктивный элемент, где под «фронтом» понимается наличие в данной точке железобетонного элемента величины С = Сщ, или ¡л =\хкр.

Четвертая глава посвящена вопросам расчета напряженно-деформированного состояния и долговечности элементов железобетонных конструкций транспортных сооружений (стойки, балки, плиты проезжей части), подвергающихся воздействию хлоридсодержащей среды и карбонизации с использованием построенных моделей Для этих конструктивных элементов получены разрешающие уравнения, позволяющие определять их напряженно-деформированное состояние с учетом действия агрессивных условий эксплуатации Разработана методика расчета указанных конструкций и приводятся результаты численных экспериментов

Уравнение равновесия для сжимаемой круглой стойки опоры имеет вид N = N, + NC, (13)

где Я - действующее на стойку сжимающее усилие, Ns - усилие, воспринимаемое арматурой, Nc - усилие, воспринимаемое бетоном

1>,М, (14)

R

К = = |^(с,м)2крф (15)

К »

где t - время; ст5 - напряжение в арматуре, FJf) - площадь сечения г-того арматурного стержня, ns - количество арматурных стержней, ac(C,p.,t) - напряжение в бетоне, Fc - площадь поперечного сечения элемента, занятая бетоном; р - координата вдоль радиуса круглого сечения (0 < р < К)

Для прямоугольной железобетонной балки, подверженной агрессивному воздействию уравнения равновесия имеют вид

го(')

2

Расчет нагруженных элементов, подвергающихся воздействию хлорид-ной коррозии и карбонизации, производится в три этапа этап силового на-гружения, этап погружения элемента в агрессивную среду и этап деформирования конструктивного элемента во времени с учетом изменения механических свойств материала под влиянием среды

Результаты расчета круглой железобетонной стойки опоры приведены на рис 8, 9 и в табл 2

55

к 410

I 400

х 390 х

8 380 о;

I 370

Н___

-- -__ч

Г "I

1 ! 14 1 ¡' -

1 [ 1 : ' ! Г ' ¡А 1 Щ \ И....... 1 ■. \

1 л 1 1 1 1 ТЩ'мФ ! 1;! ■■ Ч|

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Время, годы

4)15 -01 005 0 005 01 Координаты по диаметру стойки м

= 0 тред I

Рис 8 Изменение напряжений в ар- Рис 9 Эпюра напряжений в бетоне в се-матуре с течением времени при со- чении стойки в начальный момент време-вместной хлоридной коррозии и кар- ни и в момент наступления предельного бонизации состояния

Таблица 2

Продолжительность инкубационного периода /,„с и время наступления пре-

Карбонизация Критическая концентрация хлоридов, % от веса цемента г,„с, сут. ¿пред-> СуТ

нет 0,4 1194 12751

есть 0,2 997 12554

Результаты расчета прямоугольной железобетонной балки для случая воздействия агрессивной среды одновременно на верхнюю и нижнюю ее поверхности приведены на рис 10, 11 и в табл 3

10 15 20 Время, годы

-»-Напряжение в растянутой арматуре) "»-Напряжение в сжатой арматуре |

Рис 10 Изменение напряжений в арматуре с течением времени

- тред

Напряжение, МПа

Рис 11 Эпюра напряжений в бетоне в сечении балки в начальный момент времени и в момент наступления предельного состояния

Таблица 3

Продолжительность инкубационного периода 1ШС и время наступления пре-

Карбонизация Критическая концентрация хлоридов, % от веса цемента ¡та СУТ ¡пред, СуТ

нет 0,4 1194 12751

есть 0,2 997 12554

Основныш РЕЗУЛЬТАТЫ и выводы по диссертации

В диссертации разработаны расчетные модели и методики расчета поврежденных железобетонных элементов конструкций транспортных сооружений, подвергающихся совместному действию карбонизации и хлоридной агрессии, то есть агрессивных сред, наиболее характерных для данных конструкций

В процессе исследований выполнено следующее 1 Проведен анализ состояния железобетонного мостового парка России с точки зрения коррозионных повреждений и показано, что агрессивные среды являются весьма важным внешним фактором, влияющим на долговечность пролетных строений мостовых сооружений Установлено, что в мостах и других транспортных сооружениях особенно ярко проявляются такие факторы, как карбонизация и хлоридная коррозия До настоящего времени эти

факторы диагностировались, но учет их влияния на несущую способность пролетных строений и других элементов железобетонных мостов практически не проводился

2 Проведен анализ экспериментальных данных по влиянию карбонизации и хлоридсодержащих сред на прочностные и деформативные характеристики компонентов железобетонных конструкций транспортных сооружений и установлен характер неоднородной по объему деградации механических свойств

3 Построена система моделей, описывающих деформирование и разрушение нагруженных стоечных, балочных и плитных элементов железобетонных конструкций транспортных сооружений с учетом одновременного дест-руктирующего воздействия карбонизации и хлоридсодержащей среды при одновременном действии нагрузки

4 Разработана модель взаимодействия железобетонных элементов конструкций транспортных сооружений с окружающей средой, приводящей к развитию процесса карбонизации. Построена модель взаимодействия железобетонного конструктивного элемента транспортного сооружения с окружающей средой, приводящей к развитию процессов одновременно и карбонизации и хлорвдной коррозии в нагруженном элементе

5 Проведена идентификация построенных моделей по экспериментальным данным и определены коэффициенты, позволяющие проводить компьютерное моделирование и исследование влияния различных факторов на напряженно-деформированное состояние железобетонных стоек, балочных и плитных конструкций транспортных сооружений и прогнозировать его изменение.

6. Разработаны методики расчета железобетонной стойки опоры, балочных и плитных железобетонных элементов транспортных сооружений с учетом совместного воздействия карбонизации и хлоридсодержащей среды, позволяющие прогнозировать их состояние.

7 С использованием построенных моделей проведено исследование напряженно-деформированного состояния железобетонных стоек и балок мостовых сооружений с учетом совместного действия карбонизации и хлорид-ной коррозии

8 Для расчета железобетонных элементов конструкций транспортных сооружений, подвергающихся совместному воздействию карбонизации и хлоридной коррозии применена деформационная теория, позволившая корректно связать статическую, геометрическую и физическую стороны задачи расчета напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций

9. В результате проведенного анализа установлено сильное деструктирую-щее влияние хлоридной коррозии и карбонизации на характер напряженно-деформированного состояния и долговечность элементов железобетонных конструкций транспортных сооружений Тем самым подтверждается необходимость обязательного учета воздействия хлоридсодержащих сред и процесса карбонизации при прогнозировании поведения элементов железобетонных конструкций транспортных сооружений в реальных условиях эксплуатации

10 Технико-экономическая эффективность проведенного диссертационного исследования заключается в использовании результатов работы ФГУП «Росдоряии» и ОАО «Мостострой-11» для диагностики, прогнозировании поведения, оценки остаточного ресурса железобетонных мостовых консгрукций и своевременного планирования мероприятий по обследованию и ремонту

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих

публикациях

1 Маринин, А Н Оценка напряженно-деформированного состояния железобетонных мостовых конструкций при совместном воздействии хлоридной коррозии и карбонизации /АН Маринин // Известия ОрелГТУ -2007 -№3/15 -С 29-35

2. Маринин, А Н Прогнозирование напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций при воздействии хлоридной коррозии и карбонизации / АН. Маринин, Г. А Наумова, И Г Овчинников // Вестник ВолгГАСУ -2007 -Вып 6(23) - С 85-93

3 Маринин, А Н Состояние железобетонных мостов Саратовской области /АН Маринин, И Г Овчинников // Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций материалы III Междунар науч -техн конф - Волгоград. ВолгГАСА, 2003-Ч I - С 92-95

4. Маринш, А H Исследование наличия хлоридов и карбонизации в бетоне российских автодорожных мостов / А. H Маринин // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь : сб науч тр. междунар науч -метод межвуз. семинара - Могилев • ГУ ВПО "Белорусско-Российский университет", 2006 -С. 271-276

5. Маринин, А H Прогнозирование долговечности изгибаемого железобетонного элемента при воздействии агрессивной хлорид содержащей среды и карбонизации / В В Раткин, А. Н. Маринин // Физико-математическое моделирование систем . матфиалы П Междунар. семинара. — Воронеж : Воронеж гос техн ун-т, 2005.-Ч 2 -С. 53-58.

6 Маринин, А. Н. Исследования наличия хлоридов и карбонизации в бетоне отечественных автодорожных мостов / А. H Маринин // Актуальные вопросы строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Саранск Изд-во Мордов. ун-та, 2005. - С. 625-630.

7. Маринин, А H Прогнозирование напряженного состояния изгибаемого железобетонного элемента при воздействии хлоридсодержащей среды и карбонизации / В. В. Раткин, А. Н. Маринин // Материалы и технологии XXI века : сборник статей IV Международной науч.-техн конф. - Пенза ■ НОУ "Приволжский Дом знаний", 2006 -С. 190-193.

В. Маринин, А Н. К вопросу построения модели деформирования бетона с учетом совместного воздействия карбонизации и хлоридной коррозии / А. H Маринин // Сборник материалов VII Междунар. науч.-техн. конф "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии". — Тула Изд-во ТулГУ, 2006 -С. 22.

9. Маринин, А. Н. К вопросу построения кинетической модели карбонизации железобетонных мостовых конструкций / А. H Маринин // Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных сооружений . материалы I Всерос. науч о-практ конф. — Омск : Изд-во СибАДИ, 2006 -Кн. 1 -С 226-232.

10.Маринин, А H Учёт хлоридной коррозии при прогнозировании срока службы железобетонных пролётных строений / А. Н. Маринин // Проблемы строительного материаловедения. Первые Соломатовские чтения : ма-

териалы Всерос науч -техн конф - Саранск Изд-во Мордов ун-та, 2002 -С 209-213

11 Маринин, А. Н. К вопросу об учете хлоридной коррозии при использовании нормативных методов расчета железобетонных мостовых конструкций /АН Маринин // Актуальные вопросы строительства. Вторые Со-ломатовские чтения • материалы Всерос. науч техн конф - Саранск • Изд-во Мордов.ун-та,2003 -С 417-421

12 Маринин, А Н Сравнительный анализ различных моделей проникания агрессивных сред в железобетонные элементы конструкций / А Н Маринин И Математическое моделирование и краевые задачи труды Всерос науч конф -Самара СамГТУ,2004 -Ч 1 -С 135-139

13 Маринин, AHO построении кинетической модели карбонизации железобетонных конструкций транспортных сооружений /АН Маринин // Математическое моделирование и краевые задачи • труды Третьей Всерос науч конф -Самара СамГТУ,2006 - Ч. 1 -С. 145-148

14 Маринин, А Н. О прогнозировании срока службы железобетонного пролётного строения /АН Маринин // Молодые специалисты — железнодорожному транспорту . тезисы докладов студенческой науч -практич конф — Саратов Изд-во "Надежда",2002 -С 38-42

15 Маринин, А Н Определение содержания хлоридов в железобетонных конструкциях мостовых сооружений: Методические указания / А Н Маринин - Саратов СГТУ,2004 - 20 с.

16 Эксплуатация транспортных сооружений учеб пособие /АН Маринин [идр] - Саратов : СГТУ, 2005 - 88 с

17.Пример разработки проекта ремонта железобетонного моста учеб пособие / А Н Маринин [и др ] - Саратов • СГТУ, 2005 - 194 с.

Маринин Александр Николаевич

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С УЧЕТОМ ХЛОРИДНОЙ КОРРОЗИИ И КАРБОНИЗАЦИИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 20 сентября 2007 г Формат 60х84'Лб Печать трафаретная Бумага офсетная Уел печ л 1,4 Уч-изд л 1,6 Гарнитура Times New Roman Тираж 100 Заказ № 240 Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет Сектор оперативной полиграфии ЦИТ 400074, Волгоград, ул Академическая, 1