Расчет элементов конструкций с наведенной неоднородностью при различных схемах воздействия хлоридсодержащих сред

• Автор: Дядькин, Николай Сергеевич
• Шифр специальности: 05.23.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 268 с.

ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАСЧЕТА АРМИРОВАННЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С УЧЕТОМ ВОЗДЕЙСТВИЯ АГРЕССИВНЫХ СРЕД
1.1. Условия работы и примеры повреждений конструкций, взаимодействующих с агрессивными средами
1.2. Существующие подходы к моделированию поведения элементов конструкций в условиях воздействия агрессивных сред
1.2.1. Моделирование поведения элементов конструкций в условиях воздействия агрессивных сред
1.2.2. Моделирование поведения элементов конструкций в условиях воздействия агрессивных хлоридсодержащих сред
1.3. Методы решения уравнений, описывающих проникание хлоридсодержащих сред в конструктивные элементы
1.4. Моделирование деформирования и разрушения армированных элементов конструкций в условиях хлоридной коррозии

Выводы по главе

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОНИКАНИЯ ХЛОРИДСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЫ В АРМИРОВАННЫЙ КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
2.1. Экспериментальные данные по кинетике проникания хлоридов в железобетонные конструктивные элементы
2.2. Построение и идентификация диффузионной модели проникания хлоридсодержащей среды в объем конструктивного элемента
2.2.1. Диффузионная модель проникания хлоридов в объем конструктивного элемента
2.2.2. Краевые условия
2.2.3. Учет влияния различных факторов на кинетику проникания хлоридов в объем конструктивных элементов
2.2.4. Идентификация модели проникания по экспериментальным данным
2.3. Применение метода контрольного объема к решению задачи диффузии хлоридов в объем конструктивного элемента
2.4. Особенности моделирования проникания хлоридсодержащей среды в армированные конструктивные элементы
Выводы по главе 2
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ АРМИРОВАННОГО КОНСТРУКТИВНОГО
ЭЛЕМЕНТА В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ
ХЛОРИДСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЫ
3.1. Анализ экспериментальных данных по влиянию хлоридсодержащей среды на механические характеристики композита железобетона
3.1.1.Анализ влияния хлоридсодержащей среды на механические характеристики бетона
3.1.2. Анализ влияния хлоридсодержащей среды на механические характеристики стальной арматуры
3.1.3. Влияние хлоридсодержащих сред на сцепление арматуры с бетоном
3.2. Модель деформирования бетона в условиях воздействия хлоридсодержащей среды
3.2.1. Нелинейная разномодульная модель деформирования бетона
3.2.2. Модель деградации механических свойств бетона, вызванной воздействием хлоридсодержащей среды
3.2.3. Идентификация модели деформирования бетона по экспериментальным данным
3.3. Модель деформирования стальной арматуры в условиях воздействия хлоридсодержащей среды
3.3.1. Модель деформирования стальной арматуры
3.3.2. Характеристики коррозионного поражения стальной арматуры в условиях воздействия хлоридсодержащей среды
3.3.3. Модели коррозионного износа материала конструкции
3.3.4. Модель коррозионной поврежденности стальной арматуры в условиях воздействия хлоридсодержащей среды
3.3.5. Влияние коррозионного поражения на работу армирующего элемента
Выводы по главе 3
4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ АРМИРОВАННОГО КОНСТРУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СХЕМАХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ХЛОРИДСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЫ И НАГРУЖЕНИЯ
4.1. Модель деформирования армированного конструктивного элемента с учетом воздействия хлоридсодержащей среды
4.2. Методика расчета армированного конструктивного элемента с учетом воздействия хлоридсодержащей среды
4.3. Характерные типы элементов конструкций, работающих в условиях воздействия хлоридсодержащих сред
4.4. Численное моделирование деформирования армированных конструктивных элементов, работающих на сжатие в условиях воздействия хлоридсодержащей среды
4.4.1. Сжатие стержневого армированного элемента квадратного поперечного сечения сваи
4.4.1.1. Верификация модели деформирования конструктивного элемента
4.4.1.2. Влияние напряженнодеформированного состояния на кинетику проникания хлоридов в объем конструктивного элемента
4.4.2. Сжатие цилиндрического центральноармированного стержневого элемента
4.4.3. Сжатие стержневого армированного элемента трубчатого поперечного сечения
4.4.3.1. Верификация модели деформирования конструктивного элемента
4.4.3.2. Влияние схемы воздействия агрессивной среды на работу конструктивного элемента
4.5. Численное моделирование деформирования армированных конструктивных элементов, работающих на изгиб в условиях воздействия хлоридсодержащей среды
Выводы по главе 4
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА


В таких условиях эксплуатации конструкционный материал проявляет свойства физической нелинейности при нагружении, с течением времени изменяются его физикомеханические характеристики, появляется неоднородность его свойств по объему, степень которой зависит от вида и уровня напряженного состояния, времени и характера воздействия внешней агрессивной среды. Причем физикомеханические характеристики материала зависят не только от значений параметров напряженнодеформированного состояния и концентрации среды в определенный момент времени, но и от истории изменения их значений во времени. Рассмотрим основные методы, с использованием которых учитывается воздействие агрессивных сред. Процессы деформирования и разрушения, развивающиеся в конструкциях с течением времени, являются термодинамически необратимыми. Поэтому во многих работах построение моделей деформируемых тел с учетом физикохимических явлений на поверхности и в объеме предлагается производить, используя положения неравновесной термодинамики и механики сплошной среды 4 9, , , , , 6, 4, 2, 4. Поэтому внимание исследователей привлекли также пути, связанные с выбором упрощенных теоретических моделей, позволяющих получать относительно простые расчетные схемы, достаточно точно описывающие поведение материалов и элементов конструкций в агрессивных средах. При расчете напряженнодеформированного состояния вязкоупругих тел, вызванного внешними нагрузками и воздействием газообразных и жидких агрессивных сред, диффундирующих через поверхность, в 9, 0 предлагалось использовать аналогию между задачами термовязкоупругости и задачами влагоу пру гости. Считается, что уравнения и их решения в задачах термовязкоупругости, справедливы для задач влагоупругости при замене в них деформации, вызванной тепловым расширением на деформацию, вызванную увеличением концентрации диффундирующей среды набуханием. Если диффундирующая среда существенно влияет на механические свойства материала, то коэффициенты в этих уравнениях будут функциями концентрации агрессивной среды. Распределение концентрации арессивной среды по объему конструктивных элементов находится из решения нелинейного уравнения массопереноса 9, коэффициенты которого зависят от уровня напряженнодеформированного состояния. Задачи расчета элементов конструкций, работающих в агрессивной среде с учетом связанности полей напряжений и концентрации диффундирующей среды очень сложны и еще не достаточно исследованы. Решение подобных задач в большинстве случаев оказывается возможным лишь численными методами. Такой подход рассматривается в работах , 1. Вводится гипотеза, что механические напряжения не изменяют механизма реакций деструкции полимеров, и механодеструкция проходит те же стадии, что и деструкция в отсутствии напряжений, однако при этом соотношение между стадиями существенно меняется . Для решения задачи прогнозирования долговечности полимерной конструкции нужно установить химический механизм процесса деструкции материала, выяснить количество стадий процесса и зависимость скорости этих стадий от напряжения, температуры, концентрации агрессивной среды и продуктов реакции, определить законы изменения напряжения, температуры и концентрации с течением времени в точках объема конструкции. Тогда долговечность определится из решения уравнения кинетики деструкции с учетом законов изменения температуры, напряжений и концентрации. В общем случае эта зависимость очень сложна , так как приходится учитывать взаимовлияние рассматриваемых процессов, поэтому в настоящее время исследованы только отдельные частные случаи . Еще один подход к учету воздействия агрессивной среды при описании поведения материалов и элементов конструкций заключается в построении математических моделей с использованием методов механики сплошной среды с включением в систему определяющих параметров не только механических, но и физикохимических параметров, учитывающих влияние агрессивной среды на кинетику процессов деформирования и разрушения , . Этот подход был развит в работах Саратовской школы механики 7, 9, 1 , 8 1, 3, 8 2. Согласно этому подходу модель конструкции, взаимодействующей с агрессивной средой, представляется в виде совокупности моделей модели конструктивного элемента, модели материата, модели воздействия среды, модели наступления предельного состояния.