2472

Воздействие длительной постоянной нагрузки М=0,9Мразр в неагрессивной среде (табл.2.16) по сравнению с воздействием переменной нагрузки (табл.2.14) уменьшает среднеарифметическое снижение начальной

жёсткости к конечной n D0 D на: nн 13,3%. В тоже время в агрессивной среде этого снижения не отмечается, с учётом полученных значений

nсредперемА 1,27 и nпостА 1,28.

Воздействие длительной постоянной изгибающей нагрузки в неагрессивной среде по сравнению с действием равной по величине нижним уровнем загружения переменной нагрузки, даже в случае загружения неблагоприятными значениями её параметров, приводит к снижению жёст-

кости на nН 12,8% . В тоже время, воздействие длительной постоянной

изгибающей нагрузки в агрессивной среде по сравнению с равной по величине нижним уровнем загружения переменной нагрузки, также в случае загружения неблагоприятными значениями её параметров, не приводит к уменьшению жесткости образцов.

Таблица 2 . 1 6 Геометрические и механические характеристики балок, испытывающихся при воздействии длительной постоянной нагрузки с соответствующим уровнем загружения в неагрессивных и агрессивных условиях испытания

Для сопоставления расчётных и экспериментальных данных был произведён расчёт жёсткости железобетонных образцов с трещинами в растянутой зоне согласно требований СП 52-101-2003 [181]. Для непродолжительного действия нагрузки расчётная величина жёсткости составила

Dндр 3,55 108 кг см2 , а для продолжительного действия нагрузки при

241

относительной влажности воздуха окружающей среды φ=40÷75 %; и φ > 75 %

соответственно Dндр 3,035 108 кг см2 и Dндр 4,015 108 кг см2 . Расхождение между расчётными значениями жёсткости балок для

верхнего уровня загружения балок при непродолжительном действии нагрузки Dпд 3,55 108 кг см2 и экспериментальными данными жёсткости,

полученными с 32-х балок при первоначальном загружении до верхнего уровня опытной переменной нагрузки М=0,77 (М= 72100кг·см) с точностью

оценкиγ=0,95 Dэх 3,55 108 кг см2 (рис. 2.137) составляет D% 16,5% .

Расхождение между расчётными значениями жёсткости балок для продолжительного действия нагрузки при относительной влажности воздуха

окружающей среды φ=40÷75 %; Dпдр 3,035 108 кг см2 и среднеарифме-

тическим значением конечной жёсткости, полученной с 16 опытных образцов в неагрессивной среде при действии переменной нагрузки

Dсредн 2,94 108 кг см2 составляет D% 3,1% .

Расхождение между расчётными значениями жёсткости балок для продолжительного действия нагрузки при относительной влажности воздуха

окружающей среды φ > 75 % Dпдр 4,015 108 кг см2 и среднеарифметическим значением конечной жёсткости, полученной с 16 опытных образцов в агрессивной среде при действии переменной нагрузки Dсредн 3,83108 кг см2 составляет D% 4,6% .

При этом, наблюдается удовлетворительная сходимость расчётных данных жёсткости железобетонных элементов, полученных при действии длительной нагрузки в газовоздушной среде с различной величиной относительной влажности и конечными среднеарифметическими значениями жёсткости балок, испытанных при воздействии переменной ступенчатоповторной нагрузки в неагрессивной и агрессивной среде.

Расхождение между расчётными значениями жёсткости балок для продолжительного действия нагрузки М = 0,9 Мразр при относительной

влажности воздуха γ = 40÷75 % Dпдр 3,035 108 кг см2 и величиной жёсткости балки, испытанной при воздействии длительной постоянной нагруз-

ки с М = 0,9Мразр в неагрессивной среде Dэксп 2,71 108 кг см2 имеет значение D% 10,7% .

Расхождение между расчётными значениями жёсткости балок для продолжительного действия нагрузки при относительной влажности воздуха

φ>75 % Dпдр 4,015 108 кг см2 и величиной жёсткости балки, испытанной при воздействии длительной постоянной нагрузки с М = 0,9Мразр в агрессивной среде Dэксп 3,35 108 кг см2 составляет D% 16,6% .

242

Следовательно, расчётные значения жёсткости балок по степени точности в большей степени удовлетворяют экспериментальные значения, полученные при действии переменной нагрузки, по сравнению с действием экспериментальной постоянной нагрузки.

2.3.Исследование ширины раскрытия

силовых поперечных трещин

Данные экспериментальных исследований показывают, что повторные загружения образцов почти не приводят к изменению их несущей способности. Однако, после 10 циклов кратковременного действия нагрузки, равной (0,5) Рразр – (0) Рразр на железобетонные образцы без пре-

дварительного напряжения (общая продолжительность испытания 2 сут) ширина трещин увеличивается в среднем на 30 % по сравнению с первым загружением (для трещин 0,1-0,25 мм) [44]. После нескольких повторений циклов нагрузки, уровень которых не превышает 0,5 Рразр, упругие деформации в момент нагрузки и разгрузки, а также число трещин в растянутой зоне увеличивается, по сравнению с длительным постоянным нагружением [17, 18].

Вусловиях приложения немногократных повторных переменных нагрузок к изгибаемым и внецентренно сжатым элементам в неагрессивной среде ширина раскрытия поперечных трещин при переменном воздействии нагрузки увеличивается до 2,5 раза, тогда как при постоянном действии нагрузки до 1,5 раза [16, 23, 56, 124].

Вцентрально растянутых железобетонных элементах, армированных стержнями периодического профиля, действие переменной нагрузки почти не влияет на ширину раскрытия остаточных трещин, измеряемую на поверхности бетона, по сравнению с раскрытием трещин у поверхности арматуры. Причиной является уменьшение сцепления между арматурным стержнем и бетоном, вследствие «перемалывания» бетона на торцах бетонного блока при повторном приложении нагрузки [135].

Результаты испытания железобетонных П-образных рам с размерами

1500 1280 мм, армированных 4 14 А-II, подвергнутых длительным периодическим ступенчато-повторным загружениям с длительностью цикла

загружении трещины с шириной аcrc = 0,05÷0,08 мм увеличиваются в конце

243

испытания в 2,5 раза и составляют аcrc = 0,13 ÷ 0,19 мм, по сравнению с увеличением аcrc в 1,6 раза при постоянной нагрузке [120].

В неагрессивной среде при действии длительных ступенчато-повтор- ных нагрузок ширина раскрытия трещин в железобетонных конструкциях зависит от параметров приложенной переменной нагрузки [16, 74, 75, 120]. В обычных железобетонных элементах при повторных загружениях ширина раскрытия трещин аcrc 0,05 0,15 мм увеличивается в среднем до 3-х раз в

зависимости от параметров переменной нагрузки, по отношению к первоначальной, априпостоянномзагружении аcrc растётвсреднемна40-50 %.

Результаты испытания опытных железобетонных балок с размерами 200 25 15 см из бетона М 400 с арматурой 2 12 А-V1 в течение пяти месяцев в неагрессивных условиях при действии временных нагрузок с режимом загружения максимальной и минимальной нагрузкой (1 сут – 30 сут) показывают, что значение коэффициента относительного увеличения ширины раскрытия трещин CД функционально зависит от уровня загружения

длительной составляющей переменной нагрузки. Максимально раскрытые трещины более медленно увеличиваются по сравнению с трещинами меньшей величины раскрытия, независимо от режима загружения [76].

В проведённых комплексных экспериментальных исследованиях, рассматриваемых в данной монографии, измерение ширины раскрытия поперечных трещин в защитном слое бетона балок производилось с помощью реперных точек [92]. После появления поперечных трещин с ограниченной шириной раскрытия аcrc 0,03-0,05мм на боковую поверхность бетона ба-

лок на уровне арматуры наклеивались реперы по их обеим сторонам русла трещин. Поверхность бетона в месте установки реперов грунтовалась составом из 10 весовых частей эпоксидной смолы плюс 1 весовая часть ПЭПА (полиэтиленполиамин). Внешние поверхности реперов защищались от агрессивной жидкой среды с помощью двух слоёв перхлорвинилового лака. Ширина раскрытия поперечных трещин измерялась по реперным рискам с помощью микроскопа МБС-2 при 56-кратном увеличении с

точностью измерения acrc = 7мкм.

Изменение во времени экспериментальных значений ширины раскрытия поперечных трещин хорошо аппроксимируется функциональной

зависимостью acrc A Be kt , где А, В и К – коэффициенты, получаемые с помощью ПК из минимизации суммы квадратичных отклонений расчёт-

ных и экспериментальных данных. Значение (А-В) представляет ширину раскрытия трещины в начальный момент времени испытания, которое с течением времени приближается к асимптоте acrc A. Оценка кинетики

изменения ширины раскрытия поперечных трещин при воздействии длительной переменной и постоянной нагрузки производилась с помощью коэффициента СД АА В.

244

Исследование окончательной ширины раскрытия поперечных трещин во времени в комплексном сбалансированном многофакторном эксперименте, в зависимости от параметров ступенчато-повторной нагрузки, ,tц , происходило в результате математического анализа латинского

квадрата, где три независимых параметра переменной нагрузки , ,tц

принимаются на четырёх уровнях [206].

Учитывая неравномерность развития поперечных трещин во времени в зависимости от их абсолютных значений [76, 83, 112, 152, 195] после начального загружения опытных образцов до верхнего уровня внешней изгибающей нагрузки М=0,77Мразр была произведена статистическая обработка полученных результатов ширины раскрытия поперечных трещин. Определялось вероятностное распределение acrc как по абсолютным

значениям, так и по соотношению между средними и максимальными значениями acrc на уровне растянутой арматуры. Статистической обра-

ботке подлежали максимальные значения acrc , измеренные как с одной

стороны (рис.2.144, 2.145), так и с двух сторон образцов (рис. 2.146 и 2.147 в зоне чистого изгиба [43].

На рис.2.144 приведены результаты статистической обработки максимально раскрытых поперечных трещин, измеренных на одной боковой поверхности бетона 34 образцов. Вероятность образования соответствующих значений ширины раскрытия поперечных трещин имеет нормальный закон распределения, так как по уровню значимости 0,05и числу степеней

свободы выборки экспериментальных значений k 5 критерий согласия « -квадрат» Пирсона, принятый с учётом критических точек распреде-

ления, равен кр2 16,9 , что меньше набл2 1,70 . При вероятности 0,95

с верхней границей acrc 1,65 , где σ – среднеквадратическое отклонение, ширина раскрытия максимальных трещин составляет acrc 0,256 мм.

При оценке долговечности железобетонных конструкций необходимо учитывать превышение фактических значений acrcmax , полученных с учётом

вероятностного обеспечения 0,95, так как появление даже одной

поперечной трещины с недопустимо максимальной величиной раскрытия может оказать решающее влияние через коррозионное состояние арматуры на долговечность железобетонной конструкции.

Для опытных образцов с первоначальной нагрузкой Моп 0,77Мразр наибольшая ширина раскрытия трещин, рассчитанная по СНиП 2.03.01-84* [170], составляет acrcp 0,24 мм, что на 6,3 %, меньше опытных значений acrcmax с вероятностной обеспеченностью Р 0,95.

245

Программа экспериментального исследования предусматривала изучение вероятностного соотношения между максимальными и средними зна-

чениями acrc на экспериментальных образцах во время первого загружения максимальной нагрузкой. Отношение между максимальными и минимальными величинами acrc находятся в пределах /1,23÷1,6/, /1,08÷2,64/, /1,18÷2,77/, /1,03÷2,10/ со средними значениями соответственно 1,38; 1,63; 1,64; и 1,5 [194, 212], а в [57] соотношение aTmax aTcp составляет в среднем

1,66, с величиной aсmaxrc acrccp 2 (где – среднее квадратическое

отклонение).

В рассматриваемом в данной монографии комплексном эксперименте отношение максимальных acrcmax к средним acrcср в зоне чистого изгиба, по

измеренным значениям acrc с одной стороны балок, имеет нормальное распределение (рис. 2.145). При величине математического ожидания

n 163% , доверительный интервал этого отношения с учётом 95 % вероятностного обеспечения составляет от 139 до 187 %.

Наиболее объективной величиной коррозионного поражения арматуры является её оценка по периметру стержня. Поэтому, коррозионное поражение арматуры в поперечных трещинах бетона не может однозначно определяться шириной раскрытия поперечных трещин, измеренных только с одной стороны конструкции, особенно с небольшим поперечным сечением (ребра плит покрытия и перекрытия, балки, тонкостенные элементы). Реальную картину коррозионного поражения арматуры показывают средние значения ширины поперечных трещин, полученные при измерениях с двух сторон элемента.

На рис. 2.146 приведены кривые нормального вероятностного распределения величин acrcср , измеренные с двух сторон образцов. При вероятностном обеспеченности Р 0,95 величина acrc 0,228 мм, что на 5 %

меньше расчётного значения acrcр 0,240 мм. По сравнению с трещинами,

измеренными с одной стороны образцов, расхождение в значениях для математического ожидания и для верхней границы ширины раскрытия трещин соответственно составляет 16,9 % и 10,9 % в меньшую сторону.

На рис. 2.147 показаны кривые распределения отношения максимальных acrcmax , полученных при их измерении с двух сторон образцов, к сред-

ним значениям acrcср в зоне чистого изгиба. Доверительный интервал этого

отношения с учётом 95 % вероятностного обеспечения составляет от 111 до 159 %. По сравнению с трещинами, измеренными с одной стороны образцов, расхождение для математического ожидания составляет 17,2 % в меньшую сторону.

250