CC BY
59
АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624.012.45.002.237:519.21
Т.Е. Гордеева УЧЁТ ИЗМЕНЕНИЙ ВО ВРЕМЕНИ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНА ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗАСТРОЙКИ
Полученные автором аналитические выражения для прочности бетона, модуля упругости и коэффициента вариации позволяют использовать их для оценки прочностных характеристик железобетонных конструкций со сроком эксплуатации t < 20 лет для обоснованного принятия решения по реконструкции зданий.
T.E. Gordeeva CONCRETE CHANGES REGISTRATION IN TIME AT A BUILDING RECONSTRUCTION PLANNING
The analytical expressions received by the author for durability of concrete, the module of elasticity and the factor of a variation allow to use them for an estimation of durable characteristics of a reinforced concrete construction with the term of exploitation t < 20 years to make a substantial decision on reconstruction of buildings.
Одной из серьёзных проблем, возникающих в настоящее время в современных городах, является реконструкция и благоустройство жилого фонда исторических центров. Как правило, данная территория насыщена малоэтажными зданиями и сооружениями различных годов постройки. Кроме того, реконструкция осложняется наличием зданий, представляющих историческую и архитектурную ценность.
Удорожание городских земель в центральных районах не позволяет оставлять малоэтажные здания и возникает необходимость в застройке данных территорий многоэтажными зданиями.
Методов реконструкции территории способом уплотнения несколько: снос строений целиком, снос части строений, надстройка этажей и подъём зданий. Выбор того или иного способа зависит от многих факторов, наиболее значимыми из которых являются: достаточное развитие базы стройиндустрии, наличие свободного жилого фонда для переселения жителей из сносимых домов и экономико-социальные факторы. Реконструкция зданий с использованием существующих конструкций повторно иногда выходит на первое место.
Для принятия решения о возможности сохранения или повторного использования элемента здания необходимо изучить процессы развития дефектов и повреждений, включая
развитие коррозионных процессов в материалах во времени. Анализ полученных закономерностей позволит не только определить сиюминутную экономию, но и спрогнозировать эксплуатационные затраты и долговечность этих конструкций.
Рассмотрим изменение характеристик бетона во времени. Данный процесс, как известно, сопровождается уменьшением его прочности на сжатие и растяжение, а также сни-
жением модуля упругости.
По опытным данным [6], проведенным для условий эксплуатации железобетонных конструкций в помещениях с повышенной влажностью, составлены зависимости, учитывающие ухудшение указанных свойств бетона во времени.
Так, для коэффициента, учитывающего уменьшение прочности бетона на сжатие во времени, получено:
МО = 1,01 ехр( -0,0336 Г) , (1)
для модуля упругости:
кЕъ(1) = 1,01 ехр( -0,015 () , (2)
для прочности бетона на растяжение:
0 53
ккъ#) = +0,47 . (3)
Достоверность полученных зависимостей оценивалась по критерию Фишера (табл. 1).
Таблица 1
Достоверность уравнений (1)-(3)
Коэффициент Значение критерия Фишера Достоверность, не менее
табличное опытное
кт® 19,2 38,069 0,95
МО 99,2 143,068 0,99
ктыО 99,2 181,308 0,99
Опытные данные [6] получены для срока эксплуатации 20 лет. В настоящих исследованиях при t> 20 лет коэффициенты снижения принимались равными их значениям при t = 20 лет.
Для учёта изменения модуля упругости бетона во времени построена зависимость модуля упругости бетона от его прочности, с учётом уже построенной зависимости снижения прочности бетона во времени. В качестве экспериментального материала использовались 48 опытов Е.Н. Львовского [5] (см. рисунок).
В результате проведённых трёх возможных аппроксимаций исходных данных построены уравнения регрессии для модуля упругости бетона:
ЕЪ^КЬ) = 0,000010738 ЯЪ3 - 0,0071572 ЯЪ2 + 2,37102 ЯЪ + 7,82687 , (4)
ЕЪ2(ЯЪ) = 7,81213 ЯЪ0,671783 , (5)
ЕЪэ(ЯЪ) = 0,954111 ЯЪ + 85,7621 . (6)
Наиболее достоверной моделью признано уравнение (4) (табл. 2).
Однако знание значения только изменения модуля упругости недостаточно для требуемой всесторонней оценки состояния конструкции во времени. В связи с этим необходимо определить коэффициент вариации его среднего значения.
Аппроксимация экспериментальных данных [5] теоретическими зависимостями
Достоверность уравнений (4)-(6)
Таблица 2
Коэффициент Значение критерия Фишера Достоверность, не менее
табличное опытное
ЕЬ^ЯЬ) 2,3 4,537 0,99
ЕЬ2(ЯЪ) 2,3 4,333 0,99
ЕЬз(Р!Ь) 2,3 4,333 0,99
Аналитические зависимости для оценки изменчивости модуля упругости бетона можно получить путём линеаризации зависимости (4) и известной формулы Графа (для сопоставления).
Значение коэффициента вариации для ЕЬ по формуле (4) определяется выражением:
= -у/1,037742 • 10-9 • ЯЬ4 + 2,049 • 10-4 • ЯЬ2 + 2,3712 • (ЯЬ • ГЯЬ)
У1 0,0000107 • ЯЬ3 - 0,00716• ЯЬ2 + 2,371 • ЯЬ + 7,82687 ,
а по формуле Графа имеет вид:
360• б
У2 =--------. (8)
17 • Якуб + 360
Значения у1 и у2, полученные по зависимостям (7) и (8), и результаты опытноэкспериментальных исследований других авторов сведены в табл. 3.
Таблица 3
Коэффициенты вариации модуля упругости бетона
№ п/п Источник информации Значение коэффициента вариации Вид исследования
1 Формула (7) 11,9% теоретическое
2 Формула (8) 6,9% теоретическое
3 [1] 17,0% теоретическое
4 [3] 19,5% экспериментальное
5 [4] 20,9% экспериментальное
6 ОНИЛ СКСХН СГАСУ 29,6% экспериментальное
7 [2] 8,5% теоретическое
Их анализ показывает, что коэффициент вариации модуля упругости бетона лежит в пределах от 7 до 30%. Такой широкий диапазон границ численного значения связан с большим количеством факторов, влияющих на его величину. Пояснить данный диапазон значений можно следующим образом. Меньшие значения коэффициентов вариации, определенные теоретически, могли получиться за счёт принятых упрощений модели аналитической зависимости, а большие значения получены опытным путём с учётом всех реальных факторов.
Среднее значение коэффициента вариации модуля упругости по теоретическим зависимостям равно 14,45%, а по экспериментальным данным - 20,2% (табл. 3). С учётом сказанного для приведения в соответствие теоретической зависимости (7) с экспериментальными исследованиями в неё был введён поправочный коэффициент 1,4.
Полученные автором аналитические выражения для прочности бетона, модуля упругости и коэффициента вариации позволяют использовать их для оценки прочностных характеристик железобетонных конструкций со сроком эксплуатации X < 20 лет для обоснованного принятия решения по реконструкции зданий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Виноградов О.Г. Особенности работы изгибаемых железобетонных элементов в условиях животноводческого здания: дис. ... канд. техн. наук / О.Г. Виноградов. Тарту, 1986. 250 с.
2. Застава М. М. Регулирование расчётной надёжности железобетонных конструкций / М.М. Застава, А.А. Агаев, Ю.А. Работин. Одесса, 1996. 194 с.
3. Краковский М.Б. Программа анализа надёжности железобетонных конструкций на ЭВМ / М.Б. Краковский // Вопросы надёжности железобетонных конструкций: тез. докл. Куйбышев: КуИСИ, 1982. С. 68-70.
4. Кудзис А.П. Оценка долговечности при расчёте преднапряжённых железобетонных конструкций / А.П. Кудзис // Бетон и железобетон. 1990. № 4. С. 29-31.
5. Львовский Е.Н. Пассивный и активный эксперимент при исследовании механических характеристик бетона / Е.Н. Львовский. Кишинёв, 1970. 176 с.
6. Савченко-Бельская М. В. Прочности и деформации бетонных и железобетонных конструкций, работающих в сложных агрессивных средах: дис. . канд. техн. наук / М.В. Савченко-Бельская. Киев, 1989. 182 с.
Гордеева Татьяна Евгеньевна -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Городское строительство и хозяйство», Самарского государственного архитектурно-строительного университета
Статья поступила в редакцию 21.10.06, принята к опубликованию 10.10.06
