Вплив локальних пошкоджень захисного шару бетону в стиснутих залізобетонних елементах на напружено - деформований стан арматури

Abstract

UA: Дисертація присвячена побудові наукових принципів розрахунку стиснутих залізобетонних елементів, які мають різні пошкодження захисного шару бетону під впливом технологічних, експлуатаційних, аварійних та інших умов. Розглядається модель стиснутого елементу як умовно складового стрижня з елементами жорсткості в зоні контакту бетон-арматура. Теоретично визначаються дотичні напруження в зоні контакту, на основі чого можна знайти деформації та напруження в арматурі з урахуванням таких факторів: рівень напруженого стану, місцерозташування арматури, діаметр арматури, клас бетону та арматури, ступінь оголення арматури. На основі проведених експериментів встановлена емпірична залежність між деформаціями арматури та бетону. Встановлено, що деформації арматури не дорівнюють деформаціям бетону, особливо при високих рівнях завантаження. Деформації арматури зменшуються порівняно з деформаціями бетону. Запропонована методика оцінки різних пошкоджень захисного шару бетону (IV категорії пошкоджень), на основі чого визначається залишкова несуча здатність залізобетонного елементу. З урахуванням залишкової несучої здатності назначаються різні методи підсилення пошкоджених елементів. Розроблена методика визначення напружень та деформацій в арматурі при пошкодженні захисного шару бетону впроваджена в проектних, науково-дослідних організаціях та заводах залізобетонних конструкцій.

RU: Диссертация посвящена построению научных принципов расчета сжатых железобетонных элементов, которые имеют различные повреждения защитного слоя бетона под влиянием технологических, эксплуатационных, аварийных и других условий. Рассматривается модель сжатого элемента как составного стержня с элементами жесткости в зоне контакта бетон–арматура. Теоретически определены касательные напряжения в зоне контакта, на основе чего можно найти деформации и напряжения в арматуре с учетом таких факторов: уровень напряженного состояния, месторасположение арматуры, диаметр арматуры, класс бетона и арматуры, степень оголения арматуры. При теоретическом анализе поставленной задачи рассматривался вопрос определения касательных напряжений τсц в зоне контакта и напряжений в арматуре σsx сжатых элементов с использованием традиционных решений, но с передачей нагрузки через бетон, и с учетом расчетной модели в виде составного плоского стержня по предложению А.Р.Ржаницына также с передачей нагрузки через бетон. Традиционное решение не давало специфики развития напряжений в сжатой арматуре, заключающееся в уменьшении этих напряжений при высоких уровнях напряженного состояния, использование предложенной модели приближало теоретические значения τсц и σsx к экспериментальным данным. Проанализирована предельная сжимаемость бетонов εR с учетом максимального значения сжимающих напряжений в бетоне Rb и с учетом ниспадающей ветви εb,u. Такой анализ показал, что для определения максимальных напряжений в арматуре при сжатии более существенным параметром является εR. Средняя его величина может быть принята εR = 1,8‰. Степень оголения арматуры и влияние этого оголения на распределение напряжений в арматуре оценивается усредненным параметром m, который определяется как отношение площади охвата касательных напряжений по неполному периметру арматуры к площади охвата по полному периметру, т.е. по кольцу. Для оголения на 50% периметра m = 0,38÷0,4, для оголения на 25% m = 0,75÷0,9. Коэффициент m вводится сомножителем к напряжениям в арматуре, полученным теоретическим путем. Установлены IV категории повреждения защитного слоя бетона: I (незначительное повреждение) – оголение арматуры меньше 25% периметра (m = 0,9÷1); II (фиксированное) – оголение более 25% (m = 0,68÷0,75); III (расчетное) – оголение от 30% до 50% периметра арматуры (m = 0,4÷0,5); IV (чрезмерное) – оголение 75% и более (m = 0,1). Для III и IV категорий требуется локальное усиление сжатого железобетонного элемента. Такой подход имеет практическое значение при обследовании зданий и сооружений и позволяет рационально назначать схему усиления. На основе проведенных экспериментов установлена эмпирическая зависимость между деформациями арматуры и бетона. Установлено, что деформации арматуры не равняются деформациям бетона, особенно при высоких уровнях нагружения. Деформации арматуры меньше по сравнению с деформациями бетона. Деформации краевых стержней меньше деформаций центрально расположенного стержня на 50%÷60% и более при высоких уровнях напряженного состояния (σ/Rb = 0,8÷0,9). Отмечен эффект возврата деформаций арматуры к уменьшенным ее значениям, что объясняется резким нарушением контактного слоя бетона в стадии, близкой к разрушению. Данное явление четко проявляется в краевых стрежнях и менее выражено в центральных. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных дало удовлетворительные результаты до уровня σ/Rb = 0,85, при более высоких уровнях расхождение в данных составляет 20÷40%. Предложенный теоретический аппарат расчета ослабленных в защитном слое сжатых железобетонных элементов позволяет обоснованно определять остаточную несущую способность этих элементов и принимать экономически оправданную в необходимых случаях схему усиления. Разработанная методика определения напряжений и деформаций в арматуре при повреждении защитного слоя бетона внедрена в проектных, научно- исследовательских организациях и заводах железобетонных конструкций.

EN: The dissertation is devoted to construction of scientific principles of design of the compressed reinforced concrete elements, which have various damages of a concrete cover under influence of technological, operational, emergency and other conditions. The model of the compressed element as built-bar with elements of rigidity in a contact zone of the concrete-fixture is considered. Tangent tensions in a contact zone are defined theoretically. On the basis of that it is possible to find deformations and stresses of the fixture with the account of such factors: a level of the stress and strain state, site of the fixture, diameter of the fixture, class of concrete and fixture, denudation degree of the fixture. On the basis of the carried out experiments the empirical dependence between deformations of the fixture and concrete is established. It is established that the deformations of the fixture are not equaled to deformations of concrete, especially at high levels of loading. The deformations of the fixture are less in comparison with deformations of concrete. The procedure of an estimation of various damages of a concrete cover (4 categories of damages) is offered, on the basis of that the residual load-carrying ability of a reinforced concrete element is defined. With the account of residual load-carrying ability the different methods of strengthening of defective units are nominated. The developed method of definition of stresses and deformations of the fixture at damage of a concrete cover is introduced in design-research organizations and reinforced concrete designs factories.