CC BY
60
• НАУКА
Определение износа в элементах пролетных
строении с учетом карбонизации бетона в конструкциях мостов
И.Г. ГАНИЕВ, канд. техн. наук, доцент (Джизакский политехнический институт, Узбекистан)
Многочисленные обследования эксплуатируемых железобетонных пролетных строений показали, что в большинстве случаев снижение грузоподъемности пролетных строений происходит в расчетных сечениях из-за потери прочности бетона в результате карбонизации, морозного влияния и выщелачивания [1, 2, 3, 4]. В статье показано, как расчетным методом можно определить меры накопления износа в элементах пролетных строений мостов по критериям карбонизации бетона.
В результате карбонизации и морозного разрушения уменьшается высота расчетного сечения плиты проезжей части (рис. 1). Это особенно существенно проявляется в местах расположения водоотводных трубок [5]. Постоянное увлажнение — замораживание — высыхание из-за попадания влаги способствует появлению в структуре бетона различных повреждений, снижающих прочность.
Грузоподъемность главной балки также может уменьшаться за счет снижения рабочей высоты сечения и площади сжатой зоны сечения.
Фактическая рабочая высота плиты Ь0 с учетом карбонизации определяется по результатам обследования
К=ь-х, (1)
где й, — проектная высота плиты; х — фактическая глубина карбонизационного слоя.
Известно [6], что допустимая нагрузка в начале эксплуатации
кшо = афА + К1сА1)-а^--аКгАа-аМр, (2)
а = г1Ль(А-г)2' ®
где ео — длина распределения давления от временной нагрузки поперек оси пролетного строения; параметры цм Ь, Л и2-определяются по Руководству [7] по результатам обследования; Мр — расчетный изгибающий момент от постоянных нагрузок
Подставив сюда фактическое Ъа с учетом карбонизации бетона, получим величину допустимой нагрузки к моменту £ кш=ктш-ат?'\ (4)
где с! = а{яЛ +К,А) (5)
По полученной зависимости возможно оценить к моменту t допускаемую временную нагрузку на внешнюю консоль плиты и определить класс по грузоподъемности с учетом глубины карбонизации бетона. Допускаемая нагрузка по поперечной силе
Подставив сюда (1), получим
где
Лтд о п = 0,15аЯыЬ ■
Допускаемая нагрузка по выносливости бетона
к™ — к тип )
(6)
(7)
(8)
(9)
где
Ъ = Щ^- + п'АХК - х')2 + п%{х - а,)2
х,= п (4 +4 ) + ^»'(Ая-Ару + 2и'(4йо + 4а,)
5 _ ал/бугМУ3)2
IV"+40'
Без учета арматуры в сжатой зоне (13) упростится
5 =
(10) (П) (12)
(13)
(14)
Аналогичное решение получим для расчета допускаемой нагрузки по выносливости арматуры
(15)
Кз — к-Т.чО '
где
5. = -
п'(К-х')
--аЛМ„ ;
|\ 1 р >
(16) (17)
к-
Ь
Допускаемая нагрузка для главной балки по изгибающему моменту получается в виде
кш=ктш-Ш1'\ (18)
где
Кт - аМъЪх^,-а',)-(*,-а',\яъ{ьг-Ь},Г-Я,СА\-0,5«Дб/-ЬЦ^-щМ;, (19)
/ =
а^Ьх-Я^-ЬУ^А',]- (20) Щжх<Ь'р Ь=Ь, тогда
Км о = - <) -(А/ - а'.Кх] - ахМр; (21)
1 = а,{ЯьЪх-Я,сА\). (22) Без учета сжатой арматуры
Кма = -«1 Мр> @^
/ = = (24)
Аналогично допускаемая нагрузка для главной балки по расчету по наклонному сечению
НАУКА •
к —1с
~ 7100
тГ
где
кТв = 0,8^,. 5т«+°'8^С + а ;
а, =
_ АЯЛЛЬ
2,55
Допускаемая нагрузка по расчету выносливости: бетона
арматуры где
кть ~ кпо Бь,
^71 = 0
М-,
(25)
(26)
(27)
(28)
(29)
(30)
(¿у-¿К+«'(4 + А) ,
Л,(Й0-Х')2+«Ч(*'-4) ; (31)
(а, - ь)нг + п'(А.ч + А.ч')
(Ь, -ъу{ + 2и'(л,т("3 + Л', а',)
— а2
-М.
5 .=-
МЛ/Ц"3?
При л; Ьр Ь/=Ь и без учета сжатой арматуры
¿Л*')3 ,
,_ п'4 б
и'Л. 2и'ЛЛ н--
тГ
2
а,4ЬА,тги
(32)
(33)
(34)
(35)
(36)
(37)
(38)
(39)
2л/й'
Из приведенного выше видно, что допускаемые нагрузки по всем видам расчетов с учетом карбонизации бетона в общем виде могут быть выражены формулой
кТ=к0-Ът(1П, (40)
где — допускаемая нагрузка в зависимости от вида расчетов в начале эксплуатации; Ь,т — коэффициенты, определяемые в зависимости от вида расчетов.
Общая формула для определения накопления износа в процессе карбонизации бетона с учетом представленных выше зависимостей для расчета элементов пролетных строений имеет вид
Ът1ш
¥
При 1=0, У=0;
при^Г^ Ът?'г =к^ + ц)~К< Ц/ = \. (42)
Полученные выражения позволяют определить накопление износа в процессе эксплуатации пролетных строений по критерию развития карбонизации в бетоне.
На рис. 2 л 3 приводятся графики изменения допускаемой временной нагрузки на плиту и главную балку, а также процесс накопления износа в процессе эксплуатации из-за карбонизации защитного слоя бетона и изменение класса элементов в зависимости от у/.
(41)
Из рис. 2 и 3 видно, что карбонизация защитного слоя бетона наиболее существенно влияет на грузоподъемность плиты При этом при полной карбонизации защитного слоя допускаемая временная нагрузка уменьшается почти на 40%, а значение меры накопления износа доходит до у/ =0,4. Для главной балки влияние карбонизации защитного слоя на грузоподъемность меньше, однако развитие карбонизации в дальнейшем приведет к снижению долговечности [8,9,10,11].
Таким образом, расчетным методом можно определить меры накопления износа в элементах пролетных строений мостов по критериям карбонизации бетона.
Предельные значения износа при его визуальном определении по имеющимся видимым повреждениям на основе многолетнего опыта эксплуатации мостов установлены в пределах 75% для несущих элементов пролетного строения и 45% — для опор [6].
карбонизация защитного слоя
водоотводные трубки
■К
морозное раз^Лиение бетона выщелачивания бетона
карбонизация защитного слоя
Рис. 1. Участки пролетного строения, где возможны потери прочности бетона с последующим влиянием на грузоподъемность
У 11 и
Плита К™/Ктмк(Т)
Главная / балка ..........\"т(Г)
И
с £ Ё& х а 8
5
25 50 75 100
Рис. 2. Изменение относительной величины допускаемой временной нагрузки и меры накопления повреждений в условиях карбонизации защитного слоя
Свч Лг1/ сеч 2-2
ребро главной 6
д
Рис. 3. Изменения класса элементов балки пролетного строения в зависимости от меры накопления износа с учетом карбонизации
14 12 ю
Литература
1. Ганиев И.Г., Эрбоев Ш.О. Результаты обследования пролетных строений железобетонных железнодорожных мостов // Проблемы архитектуры и строительство. — Самарканд, 2007. — № 2.— С. 16-18.
2. Ганиев И.Г. Профилактический мониторинг эксплуатируемых железобетонных мостов в Республике Узбекистан // Мосты и тоннели: теория, исследования, практика: Тезисы докладов Международной научно-практической конференции 11-12 октября 2007 г. — Днепропетровск, 2007. — С. 12-14.
3. Ганиев И.Г., Эрбоев Ш.О. Результаты обследования и испытания эксплуатируемых пролетных строений железнодорожных мостов в условиях сухого жаркого климата // Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте: Тезисы VII Международной конференции 23-24 апреля 2008 г. — Санкт-Петербург, 2008. — С. 50-52.
4. Ганиев И.Г., Соатова Н. Результаты обследования железобетонных пролетных строений автодорожного путепровода по улице Бобур в городе Ташкенте // Актуальные проблемы современной техники и технологий: Сборник научных трудов Республиканской научно-технической конференции 16-17 мая 2008 г. — Джизак, 2008. — С. 29-34.
5. Ганиев И.Г. Приближенная оценка эксплуатационной пригодности элементов пролетных строений мостов // Вестник ТашИИТ. — Ташкент, 2008. — № 1. — С. 15-17.
6. Ганиев И.Г. Нормирование износа эксплуатируемых пролетных строений железнодорожных мостов // Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте: Тезисы VII Международной конференции 23-24 апреля 2008 г. — Санкт-Петербург, 2008. — С. 46-48.
7. Руководство по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов. — М.: Транспорт, 1989.— 125 с.
8. Алексеев С.Н. идр. Долговечность железобетона в агрессивных средах. — М., 1990. — 316 с.
9. Антонов Е.А. Вопросы долговечности железобетонных мостов // Тр./ ГипродорНИИ. — 1980. — Вып. 31. — С. 5-13.
10. Бондаренко В.М., Иосилевский Л.И., Чирков В.П. Надежность строительных конструкций и мостов. — М.: Изд-во Академии архитектуры и строительных наук, 1996. — 220 с.
11. Васильев А.И., Польевко В.П. Долговечность железобетонных мостов и меры по увеличению сроков из службы // Автомобильные дороги. 1995. — № 9. — С. 30-32.
