автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Разупрочнение высокопрочной проволочной арматуры и грузоподъемность железобетонных пролетных строений мостов

ШЮ -россиянин ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ОР®НА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНШНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ШЕЬИ ДЗЕРЖИНСКОГО

На правах рукописи

ЬАРУСОВА Елена Юрьевна

УДК' 624.012.46:666.982.24 (043.3)

РАЗУПРОЧНЕНИЕ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ПРОВОЛОЧНОЕ АЙМШЫ И ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ МЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИИ МОСТОВ

05.23.15. Мосты и транспортные тоннели

Автореферат дибсертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров железнодорожного транспорта им. Ф.Э. Дзержинского.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент В.М. Честной Официальные оппоненты - доктор технических наук,

Ведущая организация - Трест по строительству внеклассных и больших мостов ( Мостотрес

Защита диссертации состоится июня 1992 г.

в Т5 час. на заседании специализированного совета Д 114.® при Московском институте инженеров железнодорожного транспорт по адресу: 101475, ГСП, г. Москва, А-55, ул. Образцова, 15, ауд. 7618 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "2Ц" ШМ^Я/ 1992 г.

Отзыв на реферат, заверенный печатью, просим направлять г адресу совета института .

Ученый секретарь

профессор С.А. Мадатин

доктор технических наук профессор В.П. Чирков

специализированного

В.11. Мальцев

ОВЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.В современном мостостроении широко применяются предварительно напряженные железобетонные пролетные строения с использованием в качестве арматуры высокопрочной стальной проволоки класса 3-11. Этот вид арматуры имеет особенности при эксплуатации в пролетных строениях мостов, связанные с природой материала и спецификои работы в предварительно напряженных конструкциях.

При длительной эксплуатации в пролетных строениях мостов и хранении происходит снижение прочностных характеристик высокопрочной стальной проволоки и повышение склонности к растрескиванию под напряжением.

Эти явления должны учитываться при проектировании предварительно напряженных железобетонных пролетных строений мостов и определении их грузоподъемности.

Реферируемая работа посвящена разработке способа оценки грузоподъемности железобетонных пролетных строений мостов с учетом некоторых особенностей работы высокопрочной проволочной арматуры класса B-II.

Цель исследований - изучение природы и закономерностей процессов изменения состояния и свойств высокопрочной арматурной проволоки при ее эксплуатации в предварительно напряженных пролетных строениях мостов, разработка методов прогнозирования ее механических свойств и определения грузоподъемности железобетонных пролетных строений мостов с учетом особенностей работы этого вида арг.'атурь!.

В диссертационной работе решались следующие задачи:

- выявление склонности высокопрочно: i арматурно]' проволоки

класса B-II из стали 85 к замедленному разрушению при разработке ускоренного метода испытаний;

- идентификация дефектов и микротрещин, возникающих при коррозионном растрескивании под напряжением высокопрочной арматурной проволоки из стали 65 и замедленном разрушении в условиях насыщения водородом;

- установление механизма зарождения и распространения трещины при замедленном разрушении высокопрочной арматурной проволоки из стали 85;

- оценка влияния содержания примеси фосфора в стали на склонность ее к замедленному разрушению и разработка рекомендаций

по предельному его содержанию, обеспечивающему повышенную тре-щиностойкость арматуры;

- установление природы и основных закономерностей процессов, протекающих в ходе длительной эксплуатации и хранения высокопрочной арматурной проволоки;

- разработка метода прогнозирования механических свойств высокопрочной арматурной проволоки после длительной эксплуатации и рекомендаций по введению нормативного коэффициента для оценки изменения грузоподъемности пролетных строений мостов из-за разупрочнения арматуры после длительной эксплуатации.

Научная новизна работы. Предложен новый подход к определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений мостов с учетом особенностей работы высокопрочной проволочной арматуры при длительной эксплуатации в конструкциях мостов.

Практическое значение работы. Предложенный неразрушающий метод оценки грузоподъемности железобетонных пролетных строений мостов дает возможность учесть разупрочнение высокопрочной про-еолочноГ; арматуры без трудоемких работ по ее извлечению из пролетного строения и последующих механических испытании, ибосно-

ь.

вана необходимость проведения испытаний высокопрочной арматурной проволоки на трещикостойкость в определенных случаях и предложен ускоренный метод таких испытаний.

Реализация работы. Методика ускоренного определения трещи-ноетоикоеги высокопрочной проволочной арматуры использовалась при испытаниях арматуры пролетных строений мостов через р.Днепр в г.Днепродзержинске, р.Раздан в г.Ереване, р.Кострому в г.Костроме, р.Москву в г.Москве, Байтового моста через р.Д^епр в г.Киеве {справки о внедрении работы приводятся в приложении).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на Ш Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения "Трещиностойность материалов и элементов конструкций" (г.Житомир, 1990 г.), на конференции "Структура и методы исследования легированных сталей" (г.Киев, 1991 г.), 8 Всесоюзном совещании по взаимодействию между дислокациями и атомами примесей и свойствам сплавов (г.Тула, 1991 г.).

Публикации. Материалы диссертационной работы отражены в 3 статьях и б научно-технических отчетах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 89 наименований, приложения. Содержит 155 страниц машинописного текста, 7 таблиц и 39 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность изучаемых проблем, сформулированы цели и общая характеристика работы.

В первой главе приводится краткий обзор работ отечественных и зарубежных исследователе!'1, посвященных анализу дефектов и разрушениг конструкций железобетонных мостов.

б.

Вопросам долговечности и надежности мостов и железобетонны конструкций посвящены работы А.С.Антипова, О.Л.Берга, В.В.Болотина, А.О.Брика, А.А.Гвоздева, Е.Е.Гибшмана, А.С.Залесова, Л.И.Иосилевского, Т.С.Каранфилова, С.А.Мадатяна, Г.Б.Михайлова, А.В.Ненашева, А.В.Носарева, В.О.Осипова, В.П.Польевко, А.Г.Рузи-на, А.Е.Сигалова, К.С.Силина, И.И.Улицкого, А.Л.Цейтлина, В.М.Ч< стного, В.Ц.Чиркова, Е.К.Щербакова и других. Исследования, связанные с этими проблемами проводятся учеными МШТа, ЛИИЖГа, ВНИИМГа, ЦНИИСа, Союздорнии.

Следует отметить, что в вопросе обеспечения надежности и долговечности мостов проблема коррозии арматуры является одной из важнейших.

Ряд исследователей изучали причины, приводящие к развитию процесса коррозии железобетона. Среди факторов, определяющих по; верженность конструкции коррозии, названы влажность среды, наличие хлоридов и других агрессивных ионов, пористость бетона, во-доцеыентное отношение, тип цемента, величина электродного потенциала бетона, степень его карбонизации, наличие защитных покрытий, дефекты изготовления, перепады температур, содержание в бетоне различных химических добавок, например, ускорителя гидратации цемента.

Работы Х.Л.Логана, И.Хиклинга, Д.Карона, И.И.Василенко, Дж. Скалли, Р.И.Мелехова, С.Н.Алексеева, С.А.Мадатяна, Г.М.Красов-ской, Н.Ф.Махновского, А.А.Филипьева, В.А.Маричева, М.Такэмото и многих других исследователей посвящены изучению коррозии высокопрочно- стали и ее специфического вида - коррозионного растрескивания под напряжением.

ото явление особенно важно для железобетонных конструкции, используемых в мостостроении, так как в них в качестве арматуры

широко применяется высокопрочная стальная арматурная проволока, работающая под напряжением. Таким образом, в конструкциях мостов создаются необходимые предпосылки для возникновения коррозионного растрескивания под напряжением.

Существует немало примеров из практики эксплуатации железобетонных конструкций с применением высокопрочной проволочной арматуры, когда из-за ее коррозии приходилось ремонтировать сооружение. Так произошло при строительстве моста через реку Тиссу в Югославии, когда из-за задержки инъектирования каналов произошли хрупкие обрывы большого числа канатов, вследствие чего все 100 пучков были заменены новыми.

На симпозиуме по коррозии напряженной арматуры, проходившем в Нидерландах, сообщались данные о 63 неопубликованных ранее случаях разрушений высокопрочной арматуры в основном из широко применяемой патентированной проволоки диаметром 5-9 мм. Значительная часть этих разрушений произошла в мостах и эстакадах.

Это доказывает необходимость проведения испытаний высокопрочной арматурной проволоки перед установкой ее в пролетное строение.

Однако, склонность высокопрочной арматурной проволоки к коррозионному растрескиванию может повыситься, например, вследствие длительного хранения на складе или нахождения в натянутом состоянии в неэаинъеятированных каналах пролетных строений. Последнее утверждение хорошо иллюстрируют исследования арматурной проволоки из пролетных строений мост через р.дон, выполненные В.С.Гуменюком и Г.М.Красовской.

Особенностью коррозионного растрескивания, важным для практики, является тот факт, что оно развивается в виде меккристал-литных или внутрикристаллитных трещин почти без видимых нризна-

ков. Склонность к коррозионному растрескиванию определяется стру турой и внутренними напряжениями, возникающими в процессе упрочнения.

Механическое воздействие локализует и усиливает процесс кор розии, что может привести к значительному сокращению срока службы конструкции.

На сегодняшний день суцествует много теорий, объясняющих яе лениё коррозионного растрескивания, но не одна из них.не объясняет все его особенности. Однако, бесспорна важность воздействия водорода при коррозинном растрескивании.

В процессе эксплуатации происходит насыщение стали высокопрочной арматурной проволоки водородом в условиях воздействия напряжений, в связи с чем надежность и долговечность арматурной проволоки зависят от стойкости ее к растрескивании при наводоро-живании.

Проблемами растрескивания высокопрочной стали при насыщении ее водородом занимались Г.В.Карпенко, В.И.Саррак, В.В.Панасюк, Г.А.Филиппов, У.Сакамато, В.А.Орлов, Л.А.Гликман, Дк.Скалли, А.К.Бирнбаум и другие.

Одним из определяющих механизмов при коррозионном растрескивании высокопрочной проволочной арматуры является водородная хрупкость. Важным для практики в связи с этим является вывод, что для оценки склонности стали к коррозионному растрескиванию под напряжением необходимо оценивать ее склонность к растрескиванию при насыщении водородом.

Известно, что прочность многих твердых тел зависит от времени действия статического напряжения. Разрушение, протекающее во времени под действием статического напряжения, называется замедленным или задержанным разрушением.

Особую актуальность проблема замедленного разрушения имеет для высокопрочно:-1 стали, тан как оно часто является причиной хрупкого разрушения арматуры ответственных сооружении.

В связи с этим для оценки эксплуатационного состояния железобетонного пролетного строения, его грузоподъемности важным является выяснение причин, механизма растрескивания высокопрочное арматурной проволоки, влияния различных факторов на ее трещино-стойкость и прочностные свойства, разработка методов ее испытаний. Существенно также учитывать особенности этого вида арматуры при проектировании железобетонных конструкций пролетных строений и расчетах грузоподъемности мостов.

В заключение главы 1 сформулированы основные задачи исследования.

Вторая глава диссертационном работы посвящена описанию материалов и методов исследования.

Наиболее широко применяемой в современном мостостроении является высокопрочная холоднотянутая арматурная проволока из углеродистой стали марок 80, 85 в соответствии с ГОСТ 7348-81 и ГОСТ 14959-79.

Объектом исследования была высокопрочная арматурная проволока диаметром 5 мм из стали 85 в различных состояниях: поставки Харцызского и Орловского заводов, после 33 лет эксплуатации в пролетном строении моста через р.Москва, после 25 лет хранения без напряжения. Для изучения влияния вредных примесей на склонность стали к замедленному разрушению при насыщении водородом изготавливались специальные образцы проволоки из стали модельных выплавок.

Механические свойства высокопрочно:; арматурной проволоки определялись на испытательно'/, малине "Инстрон".

Для определения трещиностойкости высокопрочной проволон* проводились испытания на стойкость к коррозионному растрески! под напряжением в изготовленных для этого упорах и на замедлс ное разрушение при насыщении водородом по специальной метода!

Для идентификации внутренних процессов, происходящих в с ли высокопрочной арматурной проволоки при ее хранении и эксш тации определялся фон внутреннего трения на установке "Эластс динамический модуль упругости, измерялась ширина рентгеновскс интерференционной линии (220), по величине которой можно суда об уровне внутренних микронапряжений.

Кроме того, проводились испытания образцов высокопрочно? матурной проволоки на склонность к деформационному старению, релаксацию напряжений.

Для выяснения причин снижения в процессе эксплуатации и нения трещиностойкости высокопрочной арматурной проволоки при наводороживании изучалась кинетика ввделения водорода из стал высокопрочной проволоки в разных состояниях.

Металлографические исследования выполнялись для определе ния изменений структуры стали в разном состоянии.

Тонкую структуру стали исследовали на электронной просве вающем микроскопе.

фактографические исследования изломов образцов после ис таний проводились на растровом электронном микроскопе J5M-LL 2 В третьей главе анализируются результаты проведенных в i сертационной работе исследований.

Металлографический анализ поврежденности.высокопрочной е матурной проволоки показал, что основным видом дефектов, обра цимся в результате воздействия коррозионной среды и напряжен* и приводящим к разрушению, являются хрупкие микротрещины, Kai

в поперечном, таи и в продольном по отношению к приложенному няпр жению направлению (рис. I). сти трещины же;ж в основном интеркристаллитньти характер. Можно полагать, что образование продольных и поперечных трещин под нагрузкой является следствием действия двух факторов: внутренних остаточных напряжении, вызванных холодно!'; деформацией проволоки, и насыщения металла водородом. Хрупкий характер микротрещин подтверждает, что основным механизмом их образования является водородное охрупчива-ние стали в результате ее насыщения водородом вследствие протекания электрохимических процессов при ее хранении и эксплуатации.

Для изучения закономерностей замедленного разрушения высокопрочной арматурной проволоки при ее наводороживании записывались кривые замедленного разрушения (рис. 2). Анализ кривой позволил установить, что замедленное разрушение протекает в 3 стадии: I -инкубационный период (стадия зарождения трещины), П - медленное распространение стабильной трещины, Ш - быстрое разрушение ("долом") .

По результатам испытаний построены зависимости времени до разрушения и длительности инкубационного периода при замедленном разрушении от приложенного напряжения. Пороговое напряжение, нагружение ниже которого не вызывает замедленного разрушения, составляет для данной высокопрочной проволоки величину 900 Ь/мм'

Наиболее важными характеристиками, отражающими склонность стали к замедленному разрушений, являются длительность инкубационного периода и уровень порогового напряжения. Именно инкубационный период определяет живучесть проволоки.

проведенными исследованиями доказано, что высокопрочная арматурна проволока из стали ЬЬ, используемая в мостостроении, скл.)!<.!',;; к .*амедяен:;<ж; разр;ушечи-з, чао может сл;<жит:, ьркчкног

Рис. I. Развитие коррозионных повреждений в стали высокопрочно!

проволоки в очаге коррозии в процессе испытаний на сто) кость к коррозионному растрескиванию а - 12 сутки испытаний - растворение поверхностной пле!

образование язв и каверн (I), 6-24 сутки испытаний - образование продольных (2) и поперечных (3) трещин

и.

Рис. I. в - 36 сутки испытаний - углубление каверн и язв, рост поперечных трещин, г - 48 сутки испытаний - рост поперечных трещин в глубину, появление магистральной трещины (4^

X сх

Рис. 2. Кривая замедленного разрушения

дТц. - длительность инкубационного периода дГр _ время распространения стабильной трещины I - зарождение трещины замедленного разрушения П - стабильный рост трещины 111 - быстрых рост трещины (долом)

ее преждевременного хрупкого обрыва. В связи с этим необходимо испытывать проволочную арматуру на склонность к замедленному разрушению до установления ее в пролетное строение, а также учитывать особенности этого вида арматуры при проектировании пролетных строений и оценке грузоподъемности мостов.

Необходимыми условиями зарождения трещины при замедленном разрушении являются возникновение локальных концентраций напряжений и связанных с ними областей объемного растяжения кристаллической решетки, как мест скопления водорода. Наибольшей величины локальные микронапряжения достигают на границах перлитных колоний и межфазных границах феррит-цементит, как барьеров для скольжения.

Одним из примесных элементов, в наибольне:: степени повышающих склонность высокопрочной стали проволоки к замедленному разрушению, является фосфор. Повышение его содержания в стали увеличивает его концентрацию на границах зерен, что является основной причиной пониженного сопротивления зарождению и распространению стабильной трещины при заыедленном разрушении стали 85.

Таким образом, одним из эффективных путей повышения надежности и долговечности высокопрочной арматурной проволоки из стали 85 является снижение в ней содержания примесей фосфора, например, ограничения его величиной 0,015-0,020^.

С цель» изучения влияния длительной эксплуатации и хранения на свойства высокопрочной арматурной проволоки из стали 85 исследовали образцы этой проволоки в разных состояниях. Результаты этих исследований приведены в таблице I. Анализ этих результатов приводит к следующим выводам: в процессе эксплуатации и хранения высокопрочной арматурной проволоки происходит ее разупрочнение и снижение пластичности. Одновременно с этим увеличивается склонность к замедленному разрушению, что является следствием снике-

Таблица I

Механические и физические свойства высокопрочной арматурной проволоки из стали в состоянии поставки, после длительной эксплуатации и хранения

Т----Г----Т----Г—Г—Т—г

j Gl | бол ! бп-у.

Состояние

! Н ! н ! Н jü? j^z j^2 ! ! !

Д! Н

!—2 j мм

i

Р

(220)

!

! мм1

-4-----i-----1----1—i-—J-—-—--Í--

1960 1680 1580 10 38 63 30,8 217000 0,5

i i Сн |

и см3 !

^; хиог |

Сн

(б" =1000-Д-

мм' см3/Ю0Г

i Харцызский завод

поставка

2,3 6,0

i Орловский завод !

2050 1910 1790 10 38 ЗЪ 33,7 2IÜ00Ü 0,Ь

после длительное, эксплуатации

1740 1460 1290 В 36 79 25,9 202000 7,4 3,5 3,8

после длительного хранения 1640 1330 1240 7,5 25 102 2Ь,2 200000 13,9 d,2

пределы прочности, текучести, пропорциональности соответственно; £ - относительное удлинен»«-у - относительное сужение; показатель склонности к деформационному степени«; 6 - ширина рент-'

геновской интерференционной линии; Е - динамический модуль упругости; С)'1 - фон внутреннего трения-

I .1 »лиюштотшс попппппа ^ '

ния сопротивления зарождении и распространении) трещины.

Обычно снижение уровня прочности стали повышает ее сопротивление водородному охрупчиЕани». Поэтому закономерно предположить, что в данном случае одновременное снижение уровня прочности и трещиностойкости при наводороживаг.ии являются следствием разных причин. По-видимому, разупрочнение происходит в результате протекания релаксационных процессов и снятия наклепа, вызванного холоднол деформацией. Снижение трещиностойкости в присуст-аии водорода может быть обусловлено насыщением водорода, накоплением дефектов типа микротрещин, изменением диффузионно? подвижности водорода в стали в результате изменения структурного состояния.

¡¡а основании изучения процессов, происходящих в стали высокопрочной арматурной проволоки в ходе ее эксплуатации и хранения и вызывающих ее разупрочнение, предложен метод прогнозирования изменения свойств высокопрочной арматурной проволоки из стали 80 в процессе эксплуатации.

В результате проведенных исследований было сделано заключение, что степень разупрочнения стали (илидбЬ ) в ходе эксплуатации должна изменяться подобно релаксационному эффекту л , а прочностные характеристики - подобно релаксирующему напряжению,

Следовательно

дбь* 5ге^ (ч-ГТ) (1)

(2)

где ^ - коэффициент, не зависящие от Г и 5;

— -параметр, характеризующиГ скорость релаксации ^ напряжений;

X - бремя.

т.

и о

па рис. 3 представлены зависимости о от времени для разных уровней , которые экстраполированы на период вре-

мени, соответствующий длительности эксплуатации высокопрочной проволоки, исследованной в диссертационной работе. Видно, что расчетное значение соответствует экспериментальному, по-

лученному при испытании проволоки, извлеченной из пролета моста после эксплуатации в течение 33 лет. Так, уровень прочности арматурной проволоки после 33 лег эксплуатации под напряжением в интервале 0,55-0,75 составляет 0,Ь7-0 92 соответственн Испытания механических свойств образцов проволоки, извлеченной из железобетонного пролета моста после 33 лет эксплуатации, по-

г- °

казали, что значения предела прочности составляют 0,88-0,9 о^ . Учитывая, что напряжения, создаваемые при строительстве мостов, колеблются в интервале 0,55-0,75 , полученные значения находятся в пределах расчетных данных.

Аналогичные результаты получены при определении пределов текучести и пропорциональности.

Сущность неразрушающего метода оценки уровня прочности высокопрочной арматурной проволоки в процессе эксплуатации заключается в том, что предварительно проводят испытания металла в исходном состоянии на релаксацию напряжений и определяют скорость этого процесса при заданном напряжении, соответствующем установившемуся для конкретной конструкции. Затем строят зависимости прочности от времени, по которым определяют ее искомое значение после конкретного срока эксплуатации.

Применение этого метода значительно снижает трудоемкость при определении грузоподъемности сооружения, поскольку позволяет исключить необходимость извлечения арматурной проволоки из

железобетонных конструкций и проведения испытание ее механических сеоксте, а также позволяет прогнозировать изменение грузо-

Об

Рис. 3. Зависимость от времени эксплуатации для разных

уровней установившегося напряжения

подъемное™ за счет изменения прочностных характеристик арматурной проволоки в процессе эксплуатации пролетных строений мостов.

В четвертой главе диссертационной работы разработаны рекомендации по учету изменения свойств высокопрочной арматурной про волоки в процессе эксплуатации пролетных строений при их проектировании и определении грузоподъемности.

Для учета этих изменений предлагается ввести понижающий коэффициент разупрочнения, определяемый из соотношения:

Кр = -QT- (3)

где 6° и (5 х- - соответственно прочностные характеристики вы сокопрочной арматурной проволоки в исходном состоянии и после эксплуатации в течение времени Т

Для более точного определения коэффициента разупрочнения нужно учесть уровень установившегося напряжения арматуры при сооружении пролетного строения. В таблице 2 приведены значения коэффициента разупрочнения, определенные для высокопрочной проволоки из стали 85 для разных сроков эксплуатации при уровне установившегося напряжения So = 0,15

Известно, что класс пролетного строения прямо пропорционально зависит от расчетного сопротивления арматуры. Рассмотрим влияние изменения прочностных свойств высокопрочной стальной проволочной арматуры на грузоподъемность пролетного строения на примере широко распространенного типового проекта № ЬЬо. Класс такого пролетного строения составляет по изгибающему моменту величину от 12,3 до 12,ó.

Будем считать, что требуется учесть влияние изменения прочности арматуры на класс пролетного строения после 30 лет эксплуатации. lió рис. 3 и табл. 2 видно, что величина коэффициента

Таблица 2

коэффициент разупрочнения высокопрочной арматурной проволоки из стали 65

для разных сроков эксплуатации при установившемся напряжении б0 =0,75 <3&

г ( ^ !

1,игодГС"|ЦХ=о,72 =7,0^Т =7,2 ¡^ =7,32^=7,42^ =7,50

Срои эксплуатации: пролетного строе-}

ния

10

20

30

40

50

60

т-----------------г--------г--------г--------г.

! 0,867 ; 0,881 ! 0,877 ! 0,875 ! 0,874 ! 0,872 _]__________]_________!_________!_________]_________!_______

70

^=7,57

ЬО

90

^=7,62 ¡^=7,67

100

"Г =7,72

Коэффициент раз-'■.тточнения

0,871

0,870 | 0,869

________I______

0,868

разупрочнения составляет 0,677, Отсюда б = 0,077 (5° , т.е. е связи с изменением прочности проволочной арматуры класс пролетного строения приближенно изменился пропорционально на 12,3$ и составляет по изгибающему моменту 10,5-11,1.

Известно, что класс пролетного строения не должен быть ниже максимального класса нагрузки, составляющем для транспортеров величину 9,5. ото значит, что дальнейшее снижение класса пролетного строения на такую величину опасно. Иллюстрацией влияния фактора снижения прочности высокопрочной арматурной проволоки на класс железобетонного пролетного строения моста может служить таблица из Приложения 2 Руководства по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов, дополненная приближенными значениями классов типовых пролетных строений после 30 лег эксплуатации с учетом коэффициента разупрочнения (таблица 3).

Реальный класс пролетного строения будет ниже, чем в приведенных примерах из-за действия других неблагоприятных факторов. Однако, даже из приближенного определения изменения класса пролетного строения очевидно, что необходимо учитывать снижение прочности проволочной арматуры, с течением времени при расчетах грузоподъемности железобетонных пролетных строений.

А настоящее время при проектировании железобетонных пролетных строений по СНиП 2.05.03-Ь4 не учитываются изменения прочностных характеристик высокопрочной проволочной арматуры, которые неизбежно произойдут в процессе эксплуатации.

При расчетах по прочности при введении коэффициента условий работы можно считать разупрочнение проволочной арматуры одним из учтенных факторов, понижающих величину расчетного сопротивление арматуры растяжении в процессе эксплуатации пролет-

Таблица 3

Классы главных балок по прочности для некоторых типовых пролетных строений с напрягаемой арматурой

¿1нв. №№ ¡Расчетный¡Марка ¡¡Класс по изгибаю- {"Класс по изгибага-проекта {пролет, м,бетона щему моменту ¡¡цему моменту после

| I30 лет эксплуатаци

9038 15,8 450 8,9 7,8

9039 18,0 400 12,7 11,1

9040 22,9 400 9,3 8,2

9041 26,9 600 8.6 7,5

9042 33,5 400 8.2 7,2 161/2 15,8 400 9,3 8,2 161/3 18,0 450 12,3 10,8 161/4 22,9 450 10,4 9,1 161/5 26,9 550 8,8 7,7 161/6 33,5 450 10,7 9,4 185/2 22,9 500 17,4 15,3 185/3 26,9 400 10,1 8,6 185/4 33,5 450 11,4 10,0 5390 18,0 400 14,9 13,1 5390 22,9 400 15,3 13,4 5390 26,9 400 13,2 II,о 9535 18,0 400 10,1 ■ ■ 8,6 9535 22,9 400 10,2 8,9 9535 26^9 400 10,5 9,2 9535 33,5 400 10,1 8,6 шифр 1713а 23.0 530 11,5 10,1 7905/2 22,§ 340 8,9 7,8 556/1 15,8 400 12,4 10,9 556/2 18,0 400 12,4 10,9 556/3 22,9 400 12,3 10,8 556/5 26,9 400 12,6 11,1

ного строения, однако, при необходимости коэффициент разупрочнения может быть введен дополнительно. При расчете арматуры на выносливость явление разупрочнения можно учесть, введя понижающий коэффициент при назначении расчетного сопротивления растяжению Ир^ в л.3.39 01!иП 2.05.03-84. Тогда формула 42 этого раздела будет иметь вид

«тор, Кр Кр = Кр (4)

где " Шар) ~ коэффициент условий работы арматуры, учитывающий влияние многократно повторяющейся нагрузки; Ир - расчетное сопротивление арматурной стали, принимаемое по таблице; £др - коэффициент, зависящий от ассиметрии цикла изме-

нения напряжения в арматуре ^

Jornia.

mu*.

~ коэффициент, учитывающий влияние на условия работы арматурных элементов наличия сварных стыков или приварки к арматурным элементам других элементов;

Кр - коэффициент разупрочнения высокопрочной арматурной проволоки.

Значения коэффициента разупрочнения высокопрочной арматурной проволоки, рассчитанные по имеющимся на сегодняшний день данным на срок эксплуатации пролетного строения 80-100 лет в зависимости от уровня установившегося напряжения арматуры, приведены в таблице 4.

.Существенным фактором, который может оказать влияние на грузоподъемность железобетонных пролетных строений, кроме прочности проволочной арматуры, является ее трещиностойкость.

Б настоящее время свойство арматурной стали корродировать учитываете;: в дефектных пролетных строениях, при определении

Таблица 4

Коэффициент разупрочнения Кр высокопрочной арматурной проволоки из стали üb на срок' эксплуатации пролетного строения моста в течение 100 лет для разных уровней установившегося напряжения арматуры 60

<5о <5* ----г ~ i i ! 0,55 -r------ ¡ 0,65 ! г--------- i 0,70 i ; 0,75 1

КР i i í i 0,919 i j 0,905 i ! j 0,881 ¡ I ! 0,869 i

класса которых рекомендуется ееодить в расчетные формулы фактическую площадь сечения арматуры. Таким образом, считается, что коррозия проявляется в изменении сечения арматуры. Однако, проведенные исследования- показывают, что коррозионное растрескивание происходит практически без видимых признаков.

Важным свойством в данной связи является стойкость высокопрочной проволочной арматуры к коррозионному растрескиванию под напряжением, которая снижается в процессе эксплуатации. Чтобы учесть это явление, необходимо испытывать вырезанные из пролетных строений образцы проволоки на склонность к замедленному разрушению при насыщении водородом.

Но результатам испытаний можно судить о степени влияния снижения стойкости к замедленному разрушению на грузоподъемность пролетного строения. Таким образом, при определении грузоподъемности дефектных пролетных строений или конструкций, относительно которых имеются основания считать их подверженными коррозии, наряду с учетом степени разупрочнения и общей коррозии высокопрочной арматуры необходимо учитывать возросшую склонность ее к коррозионному растрескиванию.

основные швода

1. Процессы разупрочнения и снижения трещиностойкости высокопрочной проволочной арматуры, происходящие при ее эксплуатации в пролетных строениях, влияют на их груооподьемность. Установлены причины разупрочнения высокопрочной проволочной арматуры и механизм ее замедленного разрушения при насыщении водородом.

2. В высокопрочно^ проволочной арматуре, эксплуатирующейся ь железобетонных пролетных строениях мостов, имеют место раз-

личные дефекты, возникающие на поверхности и внужри.металла при коррозионном растрескивании под напряжением и водородном охруп-чивании. Наряду с коррозионными язвами и раковинами при коррозионном растрескивании возникают хрупкие микротрещины, характерные для водородного охрупчивания. Показано, что основной причиной хрупкого обрыва арматурной проволоки в процессе эксплуатации в условиях воздействия коррозионной среды и напряжений является замедленное разрушение в результате насыщения металла .водородом. ...

3. Предложена модель зарождения трещины при. замедленном разрушении в условиях насыщения водородом. Зарождение трещины про-, исходит в местах возникновения локальных концентраций напряжений и связанных с ними областей /объемного ."растяжения решетки .в. . вершинах плоских дислокационных скоплений, возникающих.в резу- .. льтате развития микропластической деформации. Распространение трещины происходит по хрупкому, частично интеркристаллитному механизму с образованием в изломе вторичных микротрещин.

4. Установлено, что содержание фосфора в стали 85 высокопро' ной проволочной арматуры, применяемой в мостостроении, влияет

на ее склонность к замедленному разрушению при насыщении водородом, что является следствием повышения сопротивления зарождению и распространении трещины. Для повышению надежности и долговечности высокопрочной проволочной арматуры из стали 85 целесо- . образно ограничить содержание в ней фосфора до 0,015-0,020$.

5. В ходе длительной эксплуатации и хранения происходит разупрочнение высокопрочной стальной проволочка:: арматуры железобетонных пролетных строений ъ: повышение ;ее склонности к-: замедленному разрушению при насыщении ее водородом. Разупрочнение происходит вследствие релаксации внутренних напряжений,.вызванных холодно?, деформацией, а снижение трещиностойкости в при-

сутствии водорода - в результате насыщения стали водородом в процессе эксплуатации, увеличения его диффузионной подвижности и накопления дефектов типа микротрещин.

6. Разработан метод прогнозирования изменения прочности высокопрочной арматурной проволоки из стали 85 в ходе эксплуатации, основанный на определении скорости процесса релаксации в зависимости от уровня приложенного напряжения в интервале проектных напряжений арматуры в конструкции и построении зависимостей прочности от времени, по которым оценивают прочность арматурной проволоки для конкретного срока эксплуатации железобетонного пролетного строения моста.

7. Предложен понижающий коэффициент разупрочнения стальной высокопрочной проволочной арматуры, позволяющий учесть снижение ее прочности при проектировании конструкций мостов и оценить влияние этого фактора на изменение грузоподъемности железобетонных пролетных строений мостов после длительной эксплуатации!

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Честной В.М., Нарусова Е.В. Кинетика разрушения высокопрочной проволочной арматуры // Транспортное строительство. 1987, - № 9. - С.16-17.

2. Нарусова Е.О., Филиппов Г.А. Замедленное разрушение высокопрочной арматурной проволоки из стали 85 // Транспортное строительство. 1991. - 6. - С.30-32.

3. Нарусова Е.Ю., Филиппов Г.А. Влияние длительной эксплуатации и хранения на прочность и склонность к замедленному разрушению высокопрочной арматурной проволоки из стали 85 // Транспортное строительство. 1992. - № 5. - С.28.