К РАСЧЕТУ СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН В СЛУЧАЕ ОДНОСТОРОННЕГО ХИМКОРРОЗИОННОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 69.07

ао1: 10.55287/22275398_2023_3_42

К РАСЧЕТУ СЖАТЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН В СЛУЧАЕ ОДНОСТОРОННЕГО ХИМКОРРОЗИОННОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ

М. Н. Берлиновa

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва

Аннотация

Произведена оценка схемы воздействия коррозионного повреждения с односторонним распределением на одну из граней сжатого железобетонного стержня при отсутствии поперечной нагрузки. Рассматривается сжатый железобетонный стержень с односторонним равномерно распределённым по одной из граней химкоррозионным повреждением. Предлагается подход к расчету прочности сжатых железобетонных стержней с учетом влияния коррозионного повреждения на расчетную схему сжатого железобетонного конструктивного элемента.

Ключевые слова

коррозия железобетона, бетон, прочность, сжатый стержень, конструктивный элемент

Дата поступления в редакцию

21.08.2023

Дата принятия к печати

23.08.2023

В большинстве ранее проведенных исследований прочности эксплуатируемых строительных конструкций из железобетона, поврежденных коррозией, не всегда полностью учитываются физико-механические характеристики бетона и арматуры или совместная работа этих материалов, что приводит к обобщенным результатам оценки несущей способности таких конструкций [1 - 7].

Так как поврежденный бетон исключен из работы конструкции, то следствием одностороннего повреждения неизбежно становится принятие внецентренного расчётного случая. Рассматривается шарнирно закреплённый в опорных узлах внецентренно сжатый стержень, частично повреждённый химкоррозией с более напряжённой по сжатию стороне. С учетом снижения несущей способности сжатого железобетонного элемента вводится ограничение глубины коррозионных повреждений высоты сжатой зоны сечения и включается учет коррозионных повреждений [8]:

(1)

определяемый из условия равновесия всех сил на вертикальную ось. А также: признается сохранение сцепления арматуры с бетоном; влияние продольного изгиба в случае Л > ЛдГ учитывается с помощью увеличения расчётного эксцентриситета

где е0 — эксцентриситет приложения сжимающей силы относительно центра тяжести менее сжатой (или растянутой) арматуры ; е^ — случайный эксцентриситет, оцениваемый по СП [9]; Ру — соответствующая критическая сила устойчивости по Эйлеру. Функция коррозионных повреждений бетона принимается в виде:

(3)

где коэффициенты а{ вычисляется из фиксированных условий — значения К{ на поверхности контакта бетона с агрессивной средой и геометрического сопряжения на границе с неповрежденным бетоном

(4)

(5)

О и — величина сжимающих напряжений и прочность бетона;

40 = д0 — стабилизированная глубина повреждений при О = 0;

41 , Ч2 ' Чз — отражают влияние уровня обжатия на глубину коррозионного повреждения [10]

(6)

здесь О1 — значение напряжений сжатия, совпадающие с окончанием линейного деформирования, наибольшим уплотнением бетона;

О( — значение напряжений сжатия, совпадающие с тах. развитием трещин, при котором сохраняется силовое сопротивление бетона;

д^ и д( — соответствующие наименьшие и наибольшие значения глубин коррозионного повреждения бетона в сжатом бетоне (в случае отсутствия экспериментальных значений 01 и О( возможно вычисление

О = 0,35 ^ЯЬ - 0,15 МПа; 0{ = 0,35 ^ЯЬ + 0,175 МПа,

(7)

но таким образом в их зависимости от класса бетона фиксируется интервал между 01 и О^, который составляет 0( - 01 = 0,325 МПа); а—эмпирический коэффициент затухания [10];

t0, и tst — время начала наблюдения, текущее время, время стабилизации.

03

г

м О

-I

м

Э СО

<и га

т >

и и

I I

о ц

о

X

л

X X

о н

(и ю о

т щ

ц

(и *

< X

гг & >

^ ш ш ^

■ и

X га . а

2 *

Коррозионные повреждения арматуры учитываются расчётным снижением её площади умножением на коэффициент повреждений

(8)

и теперь расчётная площадь утраченного вследствие коррозионного повреждения силового сопротивления

(9)

где К1 — экспериментально установленное для внешней грани стержня численное значение соответствующей характеристики силового сопротивления повреждённого бетона. В частности, при К1 = 0

(10)

Заметим, что при отсутствии необходимых экспериментальных данных относительно К1 для ориентировки возможно назначить К1 по формуле [10]:

(11)

что после подстановки (2) в (5) даёт

(12)

(13)

(14)

теперь утраченная вследствие коррозионного повреждения часть силового сопротивления по усилию сжатия будет равна

ИЛИ^2,ДЬ = Л2 Яь- (16)

Высота сжатой зоны х определяется из условия равенства = 0: Случай 1: % <

Случай 2: % >

ЬИЬ

(18)

где Овычисляется по эмпирическим формулам, представленным в [8]. Расстояние от центра тяжести А^ до оси V

гу = т2}0ЬК(уЫу = ,тК1)

(.5 + КО 5

(19)

что в частном случае К1 = 0 даёт как непосредственно, так и при К1 по (11) решения

йу,тах

(20)

тогда утраченная вследствие коррозионного повреждения часть силового сопротивления по изгибающему моменту относительно центра тяжести менее напряжённой (м/б растянутой) продольной арматуры

(21)

а общая проверка т.н. устойчивой прочности (несущей способности сжатого стержня с учётом продольного изгиба) осуществляется оценкой следующего неравенства

(22)

где критическая сила устойчивости Р*г для повреждённого коррозией железобетонного стержня даётся формулой [10]

(23)

где Ц — множитель расчётной длины сжимаемого стержня, определяемый реальными условиями закрепления его в узлах;

О* — изгибная жёсткость повреждённого коррозией стержня, отсчитываемая относительно центра тяжести приведённого сечения [9].

Аналогично можно до уточнений принимать

(24)

где Тщ—расстояние от центра тяжести площади А2 до центра тяжести приведённого сечения; Еь — интегральный модуль деформации, отражающий нелинейность, режим деформирования во времени;

К5 = 0,7;

К и —

0,15

Н1

фг(0,3+5г)

Заметим, что при X < Хрг продольный изгиб не учитывается.

(25)

г

ы О

-I ы

Э

СО

и л

У

>

и

ЕО

X X

о ч о 2

Л X X

о

I-

и ю о

и

и ^

и £

< X

£ а

0 I-х я

1 £ ^ £

й »

10 т

■ и

X л

. а

Вывод

В предлагаемом подходе к расчету прочности сжатых железобетонных стержней с учетом влияния коррозионного повреждения на расчетную схему сжатого железобетонного конструктивного элемента учитывается одностороннее повреждение центрально сжатой железобетонной колонны химической коррозией, что является характерным случаем для стадии эксплуатации здания. Так как поврежденный бетон исключен из работы конструкции, то следствием одностороннего повреждения неизбежно становится принятие внецентренного расчётного случая с сохранением сцепления арматуры и бетона, а также ограничения глубины коррозионных повреждений по высоте сжатой зоны сечения.

Библиографический список

1. Putlyaev V I., Safronova T. V., Filippov Ya. Yu., Evdokimov P. V. Colloidal forming of reaction-bound calcium phosphate composites. 2016. Materials Science. No. 6, pp. 39 - 45.

2. Степанова В. Ф. Коррозия и защита арматуры в бетонах на пористых заполнителях [Текст] / В. Ф. Степанова, А. Ю. Степанов; [НИЦ Стр-во, НИИЖБ им. А. А. Гвоздева]. Москва, 2016. 191 с.

3. Berlinov M., Berlinova M. Influence of kinetics concrete hardening on strength of constructions. В сборнике: MATEC Web of Conferences (2016). P.04014.

4. Берлинов М. В., Берлинова М. Н., Творогов А. В., Печкина Е. К. Учет коррозионных повреждений эксплуатируемых железобетонных конструкций в условиях трехосного напряженно-деформированного состояния. Строительство и архитектура. 2020. Т. 8. №3. С. 40 - 46.

5. Gusev B. V., Faivusovich A. S. Development of defining equations for the mathematical theory of concrete corrosion processes. Industrial and Civil Engineering. 2020. № 5. С. 15 - 27. DOI: 10.33622/08697019.2020.05.15-27.

6. Берлинов М. В., Берлинова М. Н. Длительная эксплуатация железобетонной балки на грунтовом основании с учетом коррозионных повреждений. Железобетонные конструкции. 2023; 1(1): 19 - 27.

7. Тамразян А. Г., Саед Й. А. К. Влияние коррозии на поведение железобетонных балок. В сборнике: БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНОГО ФОНДА РОССИИ. ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ. Материалы Международных академических чтений. Курский государственный университет. Курск, 2021. С. 241 - 249.

8. Бондаренко В. М. Некоторые фундаментальные вопросы развития теории железобетона. V Межвузовская конференция, — МГАХИС, Москва, 2009.

9. СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.

10. Бондаренко В. М., Творогова М. Н., Исаева Е. М. Практический расчет силового сопротивления сжатых железобетонных стержней, поврежденных коррозией. Вестник Отделения строительных наук Российской академии архитектуры и строительных наук. 2006. № 10. С. 52.

TO THE CALCULATION OF COMPRESSED REINFORCED CONCRETE COLUMNS IN CASE OF UNILATERAL CHEMICAL CORROSION DAMAGE

M. N. Berlinova

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow

Abstract

The scheme of the impact of corrosion damage with one-sided distribution on one of the faces of a compressed reinforced concrete rod in the absence of a transverse load is evaluated. A compressed reinforced concrete rod with one-sided chemical-corrosion damage evenly distributed along one of the faces is considered. An approach to calculating the strength of compressed reinforced concrete rods is proposed, taking into account the effect of corrosion damage on the design scheme of a compressed reinforced concrete structural element.

The Keywords

corrosion of reinforced concrete, concrete, strength, compressed rod, structural element

Date of receipt in edition

21.08.2023

Date of acceptance for printing

23.08.2023

ID Z

H Û -I H

D

CÛ

Ссылка для цитирования:

М. Н. Берлинова. К расчету сжатых железобетонных колонн в случае одностороннего химкоррози-онного повреждения. — Системные технологии. — 2023. — № 3 (48). — С. 42 - 47.

< СО

О

(U

га

т >

ç

и

со

I I

о о

X

Л X X

о

H

(U

ю о

m (U

ç

(U £ X

н

га

£

и >

H

(U J и га а