Исследование физико-механических свойств старого бетона в сооружениях Уральского региона

• Автор: Куршпель, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 153 с. : ил.

1.1. Физические основы деформирования бетона под нагрузкой.

1.2. Основные положения механики хрупкого разрушения бетона.

1.3. Механика упругопластического разрушения бетона

1.4. Определение силовых и энергетических параметров разрушения бегона по диаграммам состояния с нисходящей ветвью.

1.5. Результаты экспериментальнотеоретических исследований

вязкости разрушения бетона по литературным данным

Выводы по главе 1 .

ГЛАВА 2. Обследование зданий и сооружений старой постройки

2.1. Железнодорожный арочный мост на линии ДружининоЕкатеринбург.

2.2. Плавильное отделение сталелитейного цеха в Нижнем Тагиле

2.3. Шихтовый пролет мартеновского цеха в Нижнем Тагиле

2.4. Здание чугунолитейного отделения металлургического производства в г. Магнитогорске
2.5. Здание сталелитейного отделения металлургического производства в г. Магнитогорске
2.6. Определение физикомеханических характеристик бетонов разного возраста по результатам испытаний стандартных образцов в лабораторных условиях.
2.6.1. Образцы из бетона длительного срока эксплуатации
2.6.2. Образцыблизнецы заводского изготовления
2.6.3. Результаты испытания бетонных образцов
2.7. Анализ результатов определения прочностных характеристик бетона в зданиях и сооружениях старой постройки
2.7.1. Оценка влияния структурных факторов бетона
2.7.2. Оценка влияния карбонизации поверхностных слоев
2.7.3. Определение действительной прочности бетона в конструкциях зданий и сооружений
Выводы по главе
ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование трещиностойкости вязкости разрушения бетонов разного возраста
3.1. Расчет характеристик вязкости разрушения бетона
по диаграммам состояния с нисходящей ветвью
3.1.1. Работа бетона при малоцикловых нагрузках .
3.2. Исследование структуры бетонов различного возраста
3.2.1. Петрографические исследования.
3.2.2. Определение пористости бетонов
3.3. Результаты исследования структурных и прочностных характеристик бетонов разного возраста.
3.4. Подготовка образцов к испытанием для определения характеристик трсщиностойкости вязкости разрушения бетонов по методике ГОСТ
3.5. Установка для определения характеристик вязкости разрушения бетона
3.6. Методика проведения испытаний.
3.7. Результаты испытаний бетонных призм по схеме 4х точечного
изгиба.
Выводы по главе
ГЛАВА 4. Определение коэффициентов вязкости разрушения бетона по данным экспериментальных исследований
4.1. Построение диаграмм Ре с нисходящей ветвью по данным физических экспериментов.
4.2. Определение характеристик вязкости разрушения для бетонов различного возраста при статическом нагружении
4.2.1. Определение параметров Осе и чс по результатам равновесных испытаний образцов
4.2.2. Обработка полученных результатов.
4.3. Исследование процесса развития трещин в бетоне на ЭВМ
4.3.1. Цель и методика машинного эксперимента.
4.3.2. Результаты машинного эксперимента
Выводы по главе
ГЛАВА 5. Предложения по расчету прочности и трещиностойкости бетонов в зданиях и сооружениях старой постройки.
5.1. Многофакторный анализ.
5.1.1. Постановка задачи и параметры модели.
5.1.2. Исходные данные
5.1.3. Регрессионная обработка полученных данных
5.2. Расчет остаточного ресурса конструкций зданий
и сооружений
Выводы по главе 5.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ВВЕДЕНИЕ


Е. Шейнина и многих других авторов дают объяснение сложным процессам, протекающим при взаимодействии гидравлического вяжущего цемента с водой ,,8,9. К дефектам структуры бетона относятся трещины в матрице, представляющей собой цементный камень с мелким заполнителем, многочисленные поры и капилляры, пустоты и разрыхленные порами участки под отдельными зернами крупного заполнителя. Согласно устоявшимся представлениям аморфная составляющая гель придает бетону свойства вязкости ползучести при постоянных напряжениях. С течением времени количество гелевой составляющей в бетоне уменьшается и он становится все более хрупким материалом. В теории бетона рассматриваются три уровня его иерархической системы микро кристаллический сросток цементного камня мезо мелкий заполнитель внутри цементного камня макро крупный заполнитель, окруженный цементным раствором. Под действием нагрузки имеющиеся дефекты в бетоне на уровне микро, мезо и макротрещин, развиваются в виде прерывистых или непрерывных разломов, разделяющих материал на более или менее крупные зерна и блоки. Разрыхленная иерархическая структура является главной причиной низкой прочности бетона на растяжение по сравнению с прочностью при сжатии. Среди многочисленных моделей повреждения бетона значительное место занимает наиболее проработанная отрывная модель в интерпретации М. М. Холмянского 0, 1, 2. По мнению М. М. Холмянского, под отрывностью понимается способность деформироваться по механизму накопления повреждений, характерному для материала, имеющего много микропор, трещин и других дефектов. Их количество должно быть достаточным для самоторможения этих дефектов, иначе развивается одна крупная трещина в бетоне и разрушение будет хрупким. Торможение микротрещин происходит внутри объема бетона при их взаимном пересечении, а также при встрече с порами и зернами заполнителя. Таким образом, в массиве бетона внешняя нагрузка воспринимается не равномерно распределенным полем напряжений, а системой блоков и цепочек, соединенных между собой системой связей. Зерновой состав бетона в стадии предразрушения и соответствующая система цепочек из контактных сил принципиально отличаются от поля равномерно распределенных напряжений, традиционно принимаемых для упругого тела в теории упругости и сопротивления материалов . Наличие в структуре бетона большого количества различных пор и пустот приводит к концентрации напряжений в окрестностях существующих дефектов, вызывающих рост имеющихся трещин и развитие новых. Изучение особенностей разрушения бетона с учетом этих процессов является базой для расчета остаточного ресурса бетонных и железобетонных конструкций, а также для создания бетонов требуемой долговечности, прочности и трещиностойкости под нагрузкой. В работах А. А. Гвоздева , , отмечается, что бетон при испытании возрастающей нагрузкой обнаруживает ряд интересных особенностей. Полная продольная деформация не пропорциональна напряжению. Напряжение достигает максимума предела прочности при некоторой деформации, после чего деформации нарастают при убывающей нагрузке, и в результате возникает нисходящий участок кривой. Нисходящие участки диаграмм а 6 при сжатии бетонных цилиндров и призм получили Уитни , К. Э. Таль . В.В. Михайлов обнаружил нисходящий участок кривой, измеряя деформации растянутой зоны бетонной балки, забетонированной между двумя металлическими швеллерами , . На рисунке 1. НИИЖБе при кратковременном осевом нагружении бетонных призм 2. Рисунок 1. Зависимость а при кратковременных испытаниях бетонных призм из бетона прочностью МПа. При сжатии кратковременной нагрузкой бетонной призмы получают кривую а , обращенную вогнутостью к оси деформаций, что обусловлено мгновенными пластическими деформациями бетона еР. При разгрузке призмы последние не восстанавливаются, вследствие чего возникает петля гистерезиса. Площадь петли представляет собой энергию, необратимо рассеянную единицей объема тела за один цикл нагружения разгрузки за счет несовершенства деформативных свойств материала, рисунок 1.