А.И.ПОПЕСКО, д-р техн. наук, проф. (ООО ИКФ “АЛЬТЕРНАТИВА); О.И.АНЦЫГИН, канд. техн. наук, доц. (ГОУВПО “СПбГАСУ); А.А.ДАЙЛОВ, канд. техн. наук (26 ЦНИИ Минобороны России), Новый метод расчета несущей способности железобетонных конструкций, работающих в условиях газовой коррозии
Железобетонные конструкции зданий и сооружений, химических предприятий нередко подвергаются воздействию агрессивной производственной среды, содержащей такие газы, как хлор, сернистый ангидрид, сероводород, окислы азота и др. Расчет напряженно-де- формированного состояния таких конструкций представляет собой сложную задачу, поскольку деформирование и разрушение конструкций, работающих в условиях агрессивной среды, вызывается не только приложенными нагрузками, но и протекающими в объеме элементов и на их поверхности сложными физико-химическими процессами.
Основываясь на результатах проведенных ранее исследований, в настоящей работе предложена теоретическая методика оценки напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов в условиях газовой коррозии. Для решения задачи применена модель напряженно-деформированного сечения элемента, отражающая состояние бетона и арматуры в условиях среды, и вводится ряд предпосылок:
- рассматривается срединное, наиболее нагруженное сечение железобетонного элемента в виде совокупности зон, параллельных продольной оси;
- считается справедливой гипотеза плоских сечений;
- изогнутая ось стержневого элемента с шарнирно опертыми концами аппроксимируется синусоидой вида
- кривизна определяется приближенно;
-зависимость между суммарной величиной напряжений в слоях бетона от нагрузки, а также вследствие коррозионных процессов и соответствующей продольной деформацией в слоях бетона принимается в виде полинома пятой степени
- связь между напряжениями, возникающими в арматуре от нагрузки, а также вследствие коррозионных процессов, и деформациями аппроксимируется диаграммой, состоящей, по предложению проф. B. Н.Байкова, из двух самостоятельных участков, описываемых полиномами пятой степени, параметры которых определяются в результате испытания простейших образцов из арматурной стали на разрыв;
- воздействие среды на нагруженный внешней силой элемент, накопление (или вынос) в бетоне и арматуре продуктов коррозии считается установившимся и рассматривается как фактор, изменяющий во времени прочностные и деформативные свойства бетона и арматуры.
Количественно процесс газовой коррозии бетона можно характеризовать глубиной проникания агрессивных ионов L(т). Для определения L в различных агрессивных средах предложено немало математических выражений и формул. Воспользуемся формулой проф. C. Н. Алексеева
После продолжительного действия на элемент агрессивной среды в сечении железобетонного элемента могут возникнуть два случая коррозионных повреждений элемента. Первый случай - когда глубина проникания агрессивных ионов (L), определяемая но формуле (3), меньше толщины защитного слоя бетона (рис. 1, а). Во втором случае - L больше толщины защитного слоя (рис. 1, б).
В первом случае (L < а) после приложения к элементу начальной нагрузки распределение напряжений и деформаций по сечению элемента (изгибаемого, внецентренно сжатого и внецентренно растянутого) в случае однозначной эпюры будет иметь вид, изображенный на рис. 1, в, при двузначной эпюре для внецентренно сжатого - на рис. 1, д.
Во втором случае (L > а) распределение эпюр напряжений и деформаций после приложения нагрузки соответственно будут иметь вид, изображенный на рис. 1, г и рис. 1, е. В этом случае на поверхности арматурного стержня под влиянием агрессивных ионов образуются продукты коррозии, которые, увеличиваясь в объеме, вызывают растягивающие напряжения. Толщина продуктов коррозии определяется в соответствии с формулой (4). Толщину слоя, при которой на поверхности бетона раскрывается трещина, можно оценить по формуле Л.А.Старосельского
Бетон и железобетон, 2006 №3