Определение износа в элементах пролетных строений с учетом карбонизации бетона в конструкциях мостов

• НАУКА

Определение износа в элементах пролетных

строении с учетом карбонизации бетона в конструкциях мостов

И.Г. ГАНИЕВ, канд. техн. наук, доцент

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,

где й, — проектная высота плиты; х — фактическая глубина карбонизационного слоя.

Известно [6], что допустимая нагрузка в начале эксплуатации

кшо = афА + К1сА1)-а^--аКгАа-аМр,

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?'\

где с! = а{яЛ +К,А)

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 )

где

Ъ = Щ^- + п'АХК - х')2 + п%{х - а,)2

х,= п

5 _ ал/бугМУ3)2

IV"+40'

Без учета арматуры в сжатой зоне (13) упростится

5 =

Аналогичное решение получим для расчета допускаемой нагрузки по выносливости арматуры

Кз — к-Т.чО '

где

5. = -

п'

--аЛМ„ ;

к-

Ь

Допускаемая нагрузка для главной балки по изгибающему моменту получается в виде

кш=ктш-Ш1'\

где

Кт - аМъЪх^,-а',)-

/ =

а^Ьх-Я^-ЬУ^А',]- (20) Щжх<Ь'р Ь=Ь, тогда

Км о = - <) -

1 = а,{ЯьЪх-Я,сА\). (22) Без учета сжатой арматуры

Кма = -«1 Мр> @^

/ = =

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-,

(¿у-¿К+«'(4 + А) ,

Л,

— 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

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

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/ = \.

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/.

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

Главная / балка ..........\"т

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.