автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Усиление железобетонных конструкций с применением полимербетонов

Введение.

1. Современное состояние вопроса, цель и задачи исследований.

1.1. Способы усиления железобетонных конструкций.

1.2. Материалы, применяемые для усиления железобетонных конструкций.

1.3. Методы расчета усиленных железобетонных изгибаемых элементов.

1.4. Некоторые аспекты внедрения усиливаемых железобетонных конструкций.

2. Исследование прочности и деформативности дисперсно армированных полимербетонов с применением математических методов планирования экспериментов.

2.1. Основные принципы математического планирования эксперимента.

2.2. Конструкционные свойства дисперсно армированных полимербетонов.

2.3. Механическая модель дисперсно армированного полимербетона.

2.4. Выводы.

3. Исследование несущих конструкций, усиливаемых полимербетоном.

3.1. Композиционные конструкции слоистого сечения.

3.2. Усиление железобетонных балок по наклонным сечениям.

3.3. Влияние усиления на высоту сжатой зоны и несущую способность изгибаемых элементов.

3.4. Выводы.

4. Расчет усиленных железобетонных элементов конструкций.

4.1. Инженерные методы расчета.

4.2. Решение задачи теории упругости для двухслойного элемента конструкций.

4.3. Выводы.

Реконструкция является одним из магистральных направлений в области современного строительства. Ее объемы неуклонно возрастают. По своей специфике проектирование и проведение работ по реконструкции существенно отличаются от процесса создания новых зданий и сооружений.

Реконструкция зданий и сооружений - это их переустройство с целью частичного или полного изменения функционального назначения, установки нового эффективного оборудования, улучшения застройки территорий, приведения в соответствие с современными возросшими нормативными требованиями.

Она является частью общей реконструкции производственных предприятий или городского района, жилого массива, комплекса социально-бытовых, культурных учреждений.

Реконструкция зданий и сооружений осуществляется и при проведении технического перевооружения предприятий, однако, в этом случае расходы на строительно-монтажные работы не должны превышать 10% общих капиталовложений.

Переустройство включает перепланировку и увеличение высоты помещений, усиление, частичную разборку и замену конструкций, а также надстройку, пристройку и улучшение фасадов зданий.

Осуществление обширной программы внедрения во все отрасли народного хозяйства новых технологий, требует особого внимания к проблемам реконструкции зданий и сооружений. Обновление основных фондов не предполагает замены строительных конструкций, а приводит к целесообразности эффективного использования существующих зданий и сооружений. Однако многие строительные конструкции имеют значительный физический износ, поэтому при реконструкции зданий и сооружений большое внимание следует уделять обследованию конструкций, уточняющему геометрические размеры, расчетные схемы, дефекты проекта, наличие коррозионных и механических повреждений.

Многолетняя практика проведения реконструкции сооружений указывает наиболее прогрессивные способы ее осуществления: изыскание и использование резервов несущей способности конструкций на основе экспериментального и теоретического изучения их действительной работы с уточнением нагрузок, фактических свойств материалов и расчетных схем. Применяются также новые разгружающие или заменяющие конструкции, воспринимающие увеличение нагрузки и выключающие из работы часть существующих железобетонных плит и панелей металлополимерными и иными легкими ограждающими конструкциями, в частности изделиями из легких бетонов. Постоянно разрабатываются способы усиления конструкций, находящихся под нагрузкой или после их частичной разгрузки на действующих предприятиях.

В последние годы за рубежом интенсивно используется усиление железобетонных конструкций металлическими пластинами, прикрепляемыми различными способами к плоскостям железобетонных конструкций, в частности приклеиванием.

Целесообразны наиболее простые приемы и способы усиления конструкции. Чаще всего, существующие конструкции включаются в работу усиленной системы, поэтому расчеты должны производиться с учетом этих обстоятельств.

Статически неопределимые железобетонные конструкции после усиления и до усиления традиционно рассчитываются обычными методами строительной механики упругих систем, а затем производится поэлементный расчет конструкций и стыков элементов. Однако данный способ расчета не учитывает предыстории нагружения, особенности несущей способности и деформативности элементов, усиленных под нагрузкой.

Проблема реконструкции зданий и сооружений в САР в настоящее время приобрела актуальность вследствие различных причин. Основными из них являются: а) внедрение во многие отрасли народного хозяйства новых технологий, влекущее за собой необходимость реконструкции зданий и сооружений; б) приближение границ зоны сейсмической активности к территории САР; в) необходимость сохранения исторического облика многих древних городов Сирии ставит проблему реконструкции и усиления зданий и сооружений на одно из первых мест в области строительства.

Цель работы - повышение эксплуатационной надежности и долговечности железобетонных конструкций путем усиления их эффективными композиционными материалами на основе полимеров.

Автор защищает:

- результаты экспериментальных исследований деформирования и разрушения железобетонных конструкций, усиленных полимербетоном;

- полученные многофакторные корреляционные зависимости прочности и модуля упругости полимербетонов и армополимербетонов, применяемых для усиления железобетонных конструкций;

- рекомендации по расчету усиленных полимербетоном железобетонных элементов конструкций.

Научную новизну работы составляют:

- основные закономерности деформирования и разрушения железобетонных изгибаемых элементов, усиленных полимербетоном;

- многофакторные корреляционные зависимости прочности и модуля упругости полимербетонов и армополимербетонов в зависимости от параметров их составляющих; - решение задачи совместной работы железобетона и армополимербетона для усиленного железобетонного элемента;

- предложения по расчету усиленных полимербетоном железобетонных элементов конструкций.

Достоверность положений и выводов диссертации обеспечивается применением математических методов планирования экспериментов, общепринятых основных допущений теории железобетона и армополимербетона, подтверждается экспериментальными исследованиями, а также сопоставлением с многовариантными численными исследованиями при широком варьировании исходных параметров.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты диссертации доложены и одобрены на :

- II международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (МИИТ; 1996 г.);

- Научно-практической конференции «Неделя науки - 96» (МИИТ; 1996 г.);

- Научно-практической конференции «Неделя науки - 99» (МИИТ; 1999 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 научные работы.

Общие выводы

В результате проведенных комплексных исследований сформулированы следующие основные выводы:

1. Выявлены основные закономерности поведения усиленных полимербетоном конструкций при кратковременном и длительном действии нагрузок, установлены оптимальные параметры их составляющих. Отмечены новые особенности в работе растянутой арматуры усиленных железобетонных конструкций перед их разрушением.

2. Рассмотрены инженерные методы расчета усиленных железобетонных элементов. На основе действующего СНиП предложена методика расчета усиленных железобетонных элементов и выполнены численные исследования.

3. На основе применения математических методов планирования экспериментов получены зависимости, позволяющие прогнозировать прочностные свойства армированных полимербетонов в зависимости от параметров их составляющих.

4. Выявлено влияние соотношения модулей упругости полимербетонной матрицы и армирующих волокон, размеров и содержания последних на конструкционные свойства армополимербетонов и получены соответствующие зависимости. Установлено, что модуль упругости матрицы существенным образом влияет на модуль упругости композита только при высоком уровне дисперсного армирования. С увеличением соотношения модулей упругости армирующих волокон и матрицы (т.е. в случае применения высокомодульных волокон) происходит снижение модуля упругости армополимербетона. Показано, что увеличений длины армирующих волокон и их содержания приводит к повышению модуля упругости армополимербетона.

5. Выполнено решение задачи теории упругости для двухслойного конструктивного элемента. Установлена допустимая сходимость теоретических и экспериментальных результатов исследований.

1. Онуфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений. М.: Стройиздат,1965. -342 с.

2. MBLLer S. Wiederherstellungsarbeiten im Eisenbetonbau. -«Armirte Beton», 1914, №5, p.p. 24-26.

3. Лоссье Анри. Недостатки железобетона и их устранение. М.: Госстройиздат,1958. 179 с.

4. Каралов Р.И. Неразрушающие методы испытания бетонов в Англии. «Бетон и железобетон», 1972, №5, с.24-25.

5. Freyssinet rettet dem Bau eines Rund. «Beton und Stahlbetonbau», 1959, H.9, - 72 p.

6. Braun K. Przyczynek do problemu awardji, katastrof i wzmocniania budowli. «Inzynierija i budownitwo», 1969, №3, p.p.14-17.

7. Хило E.P., Попович Б.С. Усиление железобетонных конструкций с изменением расчетной схемы и напряженного состояния. Львов «Вища школа», Изд-во при Львовском унте, 1976, 147с.

8. Гвоздев А.А., Васильев А.П., Дмитриев С.А. Изучение сцепления нового бетона по старым. ОНТИ, 1936. 114 с.

9. Литвинов И.М. Инструкция по усилению и восстановлению железобетонных конструкций методом И.М.Литвинова. Харьков, 1948, 71с.

10. Пинандян В.В. К вопросу усиления изгибаемых конструкций. Изд-во АН Арм ССР, 1947, 49 с.

11. Гвоздев А.А. Восстановление железобетонных конструкций и сооружений. М.: Стройиздат, 1949. 186 с.

12. Онуфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций изменением их конструктивной схемы. Л., Стройиздат,1949. -254 с.

13. Стрункин А.Д. Исследование работы железобетонных балок усиленных стальными шпренгелями. Строительная промышленность, 1951, №6, с. 19-21.

14. Лозовой Ю.И., Булиш В.И. Термический метод усиления железобетонных ригелей под нагрузкой. Промышленное строительство, 1963, №4, с.9-11.

15. Усиление строительных конструкций и технология предварительно-напряженных железобетонных конструкций. Тезисы докладов научно-технической конференции. Львов, 1964,-69 с.

16. Дорожные пластбетоны. /под ред.Сюньи Г.К. М.: Транспорт, 1976. -208 с.

17. Призмазонов A.M., Швидко Я.И. Эпоксидные компаунды в транспортном строительстве. М.: Транспорт, 1977. - 119 с.

18. Швидко Я.И., Марьямов Э.Л. Аэродромные покрытия с применением полимерных материалов. М.: Транспорт, 1982. -89 с.

19. Бондаренко В.М. К построению общей теории железобетона «специфика, основа, метод». Бетон и железобетон, 1978, №9, с.20-22.

20. Швидко Я.И., Булахов В.Г. Использование полимербетонных материалов при строительстве и ремонте зданий и сооружений на транспорте. Экспресс-информация, вып.5(69). М.: ЦНИИ ТЭИ МПС, 1974.-24 с.

21. Рекомендации по восстановлению и усилению полносборных зданий полимер растворами. Тбил ЗНИИЭП. Госкомархитектуры. 1990. 77 с.

22. Патуроев В.В. Полимербетоны. М.: Стройиздат, 1987. -286 с.

23. Повышение долговечности промышленных зданий и сооружений за счет применения П-бетона: Сб.науч.тр./ НИИ бетона и железобетона; Под ред. В.В.Патуроева. М., 1987. -83 с.

24. Соломатов В.И. Технология полимербетонов и армополимербетонных изделий. М.: Стройиздат, 1984.-142 с.

25. Симеонов И., Христова Ю. Полимербетон. София: Болгарская академия наук, 1980. - 236 с.

26. Оболдуев А.Т. Полиэфирные полимербетоны повышенной эффективности. В кн.: Повышение долговечности промышленных зданий и сооружений за счет применения полимербетонов. - М.: НИИЖБ, 1978., с.52.

27. Кошкин В.Г., Фиговский О.Л., Смонин В.Ф. Монолитные эпоксидные, полиуретановые и полиэфирные покрытия полов. М.: Стройиздат, 1975. 121 с.

28. Швидко Я.И. Работа конструкционных материалов в экстремальных условиях. В кн.: Исследование и строительство в экстремальных условиях. М.: МИИТ, 1996., с.32-34.

29. Тарасова А.П., Пчелкина Т.С. Подбор ремонтного состава бетона на жидком стекле. В кн.: Эксплуатация аэродромов. М.: Аэропроекг, 1975., с.32-48.

30. Давыдов С.С., Соломатов В.И., Жиров А.С., Швидко Я.И. Полимерные бетоны в коррозиестойких конструкциях. В кн.:

31. Защита строительных материалов и конструкций от коррозии (материалы Всесоюзного научно-технического совещания). Киев, 1973, с. 54-55.

32. Бондаренко С.В., Санжаровский Р.С. Усиление железобетонных конструкций при реконструкции зданий. М.: Строй издат, 1990. - 352 с.

33. Лозовой Ю.И., Хило Е.Р. Усиление железобетонных балок покрытий многопролетных промышленных зданий. -«Строительные конструкции», 1965, вып.2, с. 13-16.

34. Лозовой Ю.И., Чуб В.Ф. Усиление железобетонных балок при помощи предварительно напряженных шарнирно-стежневых разгружающих цепей. «Вестник ЛПИ», №11. «Вопросы современного строительства», 1966, с.41-45.

35. Реконструкция зданий и сооружений / А.Л.Шагин, Ю.В.Бондаренко, Д.Ф.Гончаренко, В.Б.Гончаров; Под ред. А.Л.Шагина: Учеб.пособие для строит.спец.вузов. М.: Высш. шк., 1991.-352 с.

36. Казарновский B.C. Реконструкция и совершенствование несущих элементов зданий и сооружений транспорта. -Новосибирск, НИИЖТ, 1997, с.31-40.

37. Казарновский B.C. Реконструкция и совершенствование несущих элементов зданий и сооружений транспорта. -Новосибирск, НИИЖТ, 1995, с.28-39.

38. Новые эффективные армополимербетонные и железобетонные конструкции транспортных сооружений: Межвуз. сб./ Под общ.ред. А.В.Носарева М.: МИИТ, 1980 -158 с.

39. Носарев А.В. и др. Исследование механических свойств радиационно-модифицированного бетонополимера придействии кратковременной нагрузки. Транспортное строительство, 1976,№9, с.50-51.

40. Вознесенский В.А., Ковальчук А.Ф. Принятие решений по статистическим моделям. М.: Статистика. 1978. - 192 с.

41. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 207 с.

42. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965.-340 с.

43. Львовский Е.Н. Пассивный и активный эксперимент при исследовании механических характеристик бетона. -Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1970. 176 с.

44. Пул ков К. А., Костюк Г. А. Оценка и планирование эксперимента. -М.: Машиностроение, 1977. 118 с.

45. Чобонян К.С., Хачикян К.С. Плоское деформированное состояние упругого тела с тонкостенным гибким включением.- Изв. АН СССР, т.20, 1967, №6, с. 19-29.

46. Швидко Я.И., Масеев Л.М. Деформации композиционного материала с нелинейным упрочнением. Труды МИИТа, вып.849, М.: МИИТ, 1991, с.31-38.

47. Ржаницын А.Р. Теория ползучести. М.: Стройиздат.1968. -416 с.

48. Толоконников Л.А. Механика деформируемого твердого тела.- М.: Высшая школа, 1979. 318 с.

49. Иванов A.M. Строительные конструкции из полимерных материалов. М.: Высшая школа, 1978. - 239 с.

50. Колтунов М.А. Ползучесть и релаксация. М.: Высшая школа, 1976.-277 с,

51. Швидко Я.И. Структурообразование, технология и конструкционные свойства фибробетонов. В кн.

52. Применение сталефибробетона в транспортном строительстве, М.: АО «Трансстрой», 1998, с. 10-12.

53. Рабинович А.Л. Введение в механику армированных полимеров. М.: Наука, 1970. - 482 с.

54. Потапов Ю.Б., Швидко Я.И., Селяев В.П. Прочность и деформативность эпоксидных композиций. В кн.: Применение полимерных смол в бетонных и железобетонных конструкциях, (материалы к Всесоюзному совещанию). Вильнюс, 1971.-124 с.

55. Швидко Я.И. Механические свойства дисперсно армированных полимербетонов. В кн.: Физико-механические свойства бетонов с полимерами. Тезисы докладов республиканской конференции. Вильнюс, 1978, с. 26-27.

56. Потапов Ю.Б., Селяев В.П., Швидко Я.И. Влияние продолжительности действия постоянной нагрузки на эпоксидный полимербетон. В кн.: Исследования строительных конструкций с применением полимерных материалов, Воронеж, 1975, с. 10-19.

57. Швидко Я.И. Восстановление бетонных и железобетонных конструкций с применением композиционных материалов. -Гидротехническое строительство, 1994, №9, с. 16-17.

58. Швидко Я.И., Махмуд Анвар. Усиление железобетонных конструкций с применением полимербетонов. В сб. «Неделя науки 99», М.: МИИТ, 1999, с.33-34.

59. Почтовик Г.Я., Злочевский А.Б., Яковлев А.И. Методы и средства испытания строительных конструкций. М.: Высшая школа, 1973.-158 с.

60. Якубовский Б.В., Ермолаев Н.Н., Акридин Д.В. Испытание железобетонных конструкций и сооружений. М.: Высшая школа, 1965.-179 с.

61. Испытание сооружений. Справочное пособие. Под ред. Ю.Д.Золотухина. Мн.: Выш.шк., 1992. - 272 с.

62. Швидко Я.И., Фролов С.А., Эпштейн B.C. Определение несущей способности строительных конструкций реконструируемых промышленных зданий. Промышленное строительство, 1990, №3, с.30-31.

63. Ремонт зданий и усиление конструкций. Тьерии Ю., Залеский С. Сокр. пер. с польск. М.: Стройиздат, 1975. 175 с.

64. Обследование и испытание сооружений: Учеб.д.вузов / О.В.Лужин, А.Б.Злочевский, И.А.Горбунов, В.В.Волохов; Под ред. О.В.Лужина. М.: Стройиздат, 1987. -263 с.

65. Соломатов В.И., Швидко Я.И. Армополимербетонные конструкции. Методические указания по проектированию заводской технологии изготовления армополимербетонных конструкций. М.: МИИТ, 1980. - 18 с.

66. Маслаков А.Д., Соломатов В.И. Создание и опыт применения полимербетонов. Обзорная информация. Минск: БелНИИТЦ. 1971. - 47 с.

67. Давыдов С.С., Швидко Я.И., Жиров А.С. Исследование армополимербетона и конструкций на его основе. -Изв.высш.учеб.заведений. Строительство и архитектура, 1979, №9, с.4-16.

68. Давыдов С.С., Жиров А.С., Швидко Я.И. Армополимербетон в строительных конструкциях. Изв.высш.учеб.заведений. Строительство и архитектура, 1976,№4, с.7-20.

69. Швидко Я.И., Соломенцева О.А. Усиление строительных конструкций с применением полимерных материалов. В сб. «Неделя науки -94», часть II, М.: МИИТ, 1995, с.27-28.

70. Швидко Я.И., Абу Хассун, Махмуд Анвар. Повышение эксплуатационной надежности строительных конструкций тепловых электростанций. В сб. «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта». М.: МИИТ, 1996, с.23-24.

71. Швидко Я.И., Шавыкина М.В. Проблемы строительства и капитального ремонта пассажирских платформ. В сб. «Проблемы строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на железнодорожном транспорте», Санкт Петербург, 1999, с.20-22.

72. Микульский В.Г., Козлов В.В. Склеивание бетона. М.: Стройиздат, 1975. 236 с.

73. Смирнов Э.Н., Соколов B.C., Баловнева И.И. Организация, планирование и методы ремонта аэродромных покрытий. М.: Транспорт, 1978. 232 с.

74. Швидко Я.И., Марьямов Э.Л. Ремонт бетонных покрытий полимербетоном при пониженных температурах. -Автомобильные дороги, 1980, №8, с.25-26.

75. Швидко Я.И. Особенности работы монолитных покрытий аэродромов. В сб. «Информационное обеспечение технических и организационных систем на железнодорожном транспорте». М.: МИИТ, 1998, с. 16-17.

76. Армополимербетон в транспортном строительстве. Под ред. В.И.Соломатова М.: Транспорт, 1979 - 232 с.

77. СниП 2.03.01 84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996. - 76 с.

78. Бондаренко В.М., Бондаренко С.В. Инженерные методы теории железобетона. М.: Стройиздат, 1982. 287 с.

79. Бондаренко В.М., Суворнин Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции. Учеб. для вузов. М.: Высш.шк., 1987. 384 с.

80. Железобетонные конструкции. / Под ред. Полякова Л.П., Лысенко Е.Ф. и Кузнецова Л.В. К.: Вища школа, 1984n- 352 с.1. Чч

81. Ягупов Б.А. Строительные конструкции, основания\ и фундаменты.: Учеб. для вузов. М.: Стройиздат, 1991 - 667 с.4

82. Основы теории проектирования строительных конструкций. Железобетонные конструкции: Учебное пособие для вузов ж.-д.трансп. Под ред. В.П.Чиркова. М.: 1999. - 376 с.

83. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. М.: Стройиздат, 1991. -768 с.

84. Колчин Г.Б. Расчет элементов конструкций из упругих неоднородных материалов. Кишинев: Картя Молдовеняскэ. 1971.-172 с.

85. Швидко Я.И. Композиционные конструкции с применением армополимербетонов. В кн.: Применение композиционных материалов в строительстве. Хабаровск, 1975, с. 6-8.

86. Берман Г.М., Швидко Я.И. Полимербетонные и двухслойные конструкции для строительства атомных электростанций. -Энергетическое строительство, 1973, №10, с. 25-28.