Проектное прогнозирование эксплуатационной надежности cооружений в суровых климатических условиях

На основании системного анализа физических закономерностей взаимодействия внешней низкотемпературной среды и железобетонных конструкций и его последствий предложен графоаналитический алгоритм коррекции нормативных функциональных зависимостей показателей эксплуатационной пригодности по условиям обеспечения требуемой надежности в расчетный срок эксплуатации. Динамическая модель работы конструкции рассматривается в форме совокупности статических испытаний на различных этапах низкотемпературных стандартизированных воздействий. При этом временной фактор анализируется в виде относительного (к марке по морозостойкости) количества циклов, что позволяет получить статистическое обобщение различных испытаний. Контролируемые параметры надежности обоснованы методами статистического анализа с учетом изменчивости всех параметров, входящих в нормативные критериальные модели. При этом их чувствительность и информационная представительность оценивается апробированными методами вероятностного прогноза. Экспериментально подтверждена технико-экономическая приемлемость и целесообразность предлагаемого подхода к коррекции обеспечения параметрической надежности изгибаемых железобетонных конструкций. Выполнены статистически представительные экспериментальные исследования с автоматической фиксацией всех значимых параметров сопротивления на различных этапах исчерпания ресурса усталостной структурной трансформации конструктивных элементов «северного исполнения». Получена картотека графических зависимостей отказных значений прочности изгибаемых элементов в полях рассеивания различного уровня их армирования и в различных температурновлажностных климатических условиях. Подтверждено существенное влияние температур и внутреннего сопротивления на параметрические отказы конструктивных элементов априорно установленной обеспеченности (вероятности).

1. Li W.T., Sun W., Jiang J.Y. Damage of Concrete Experiencing Flexural Fatigue Load and Closed Freeze/thaw Cycles Simultaneously // Concrete and building materials. 2011. No. 25 (5). P. 2604–2610. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.12.007.

2. Soroushian P., Elzafraney M. Damage Effects on Concrete Performance and Microstructure // Cement and concrete composites. 2004. No. 26 (7). P. 853–859. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2003.05.001.

3. Shang H.S., Song Y.P. Experimental study of strength and deformation of plain concrete under biaxial compression after freezing and thawing cycles // Cement and Concrete Research. 2006. No. 36. P. 1857–1864. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.05.018.

4. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 416 с.

5. Актуганов И.З., Пушкин А.А. Экспериментальная проверка принципа линейность суммирования повреждений бетона при действии нестационарных знакопеременных циклов. В кн.: Вопросы надежности железобетонных конструкций. Куйбышев, 1972. С. 5–8.

6. Важенин В.В. К вопросу о морозостойкости бетона и железобетона. В кн.: Вопросы надежности железобетонных конструкций. Челябинск, 1966. С.197–199.

7. Гладков В.С. О разрушении гидротехнического бетона при многократном замораживании и оттаивании в нестационарном режиме // Труды координационных совещаний по гидротехнике. 1972. Вып. 73. С. 133–142.

8. Пинус Б.И., Пинус Ж.Н., Хомякова И.В. Изменение конструктивных свойств бетонов при охлаждении и замораживании // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 2 (97). С. 111–116. EDN: TKOKYR.

9. Pinus B.I. Consideration of cumulative effects un concrete structures at low temperatures impact. In: Investment, Construction, Real Estate: New technologies and special-purpose development priorities: International scientific conference // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 212. P. 01025.212:01025. https://doi.org/10.1051/matecconf/201821201025.2018.

10. Трофимов Б.Я., Погорелов С.Н. Исследование деформации бетона в процессе циклического замораживания. В кн.: Работоспособность строительных материалов при воздействии различных эксплуатационных факторов. Казань, 1986. С. 79–82.

11. Penttala V., Al-Neshawy F. Stress and strain state of concrete during freezing and thawing cycles // Cement and concrete research. 2002. Vol. 32. No. 9. P. 1407–1420. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(02)00785-8.

12. Minhoto M.J.C., Pais J.C., Fontes L.P.T.L. Evaluation of Fatigue Performance at Different Temperatures // 2nd Workshop on Four Point Bending. Pais (ed.). University of Minho. 2009. P. 217– 230.

13. Pinus B.I., Pinus Z.N. Probabilistic analysis of the strength and reliability of reinforced concrete structures under low-temperature impact // Investment, construction, real estate: new technologies and special-purpose development priorities: International scientific conference (ICRE-2018) (Irkutsk, 26–27 April 2018). MATEC Web of conferences. 2018. Vol. 212. P. 01026. EDN: WTWZMC. https://doi.org/10.1051/matecconf/201821201026.

14. Ueda T., Hasan M., Nagai K., Sato Ya., Wang L. Mesoscale Simulation of Influence of Frost Damage on Mechanical Properties of Concrete // Journal of Materials in Civil Engineering. 2009. Vol. 21. No. 6. P. 244–252. https://doi.org/10.1061/(ASCE)08991561(2009)21:6(244).

15. Fagerlund G. Mechanical Damage and Fatigue Effects Associated with Freeze-thaw of Materials // Proceeding 2nd International RILEM Workshop on Frost Resistance of Concrete. 2002. P. 117–132.

16. Hasan M., Okuyama H., Sato Y., Ueda T. Stress-strain model of concrete damaged by freezing and thawing cycles // Journal of advanced concrete technology. 2004. Vol. 2 No. 1. P. 89–99. https://doi.org/10.3151/jact.2.89.

17. Li W., Sun W., Jiang J. Damage of concrete experiencing flexural fatigue load and closed freeze/thaw cycles simultaneously // Construction and building materials. 2011. Vol. 25 No. 5. P. 2604–2610. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.12.007.

18. Cicekli U., Voyiadjis G. Z., Abu Al-Rub R. K. A Plasticity and Anisotropic Damage Model for Plain Concrete // International Journal of Plasticity. 2007. Vol. 23 No. 10-11. P. 1874–1900. https://doi.org/10.1016/J.IJPLAS.2007.03.006.

19. Михайлов К.В. Новое о прочности железобетона. М.: Стройиздат, 1977. 272 с.

20. Гвоздев А.А. Новое в проектировании бетонных и железобетонных конструкций. М., 1978. 202 с.

21. Litvan G.G. Frost Action in Cement Paste // Materials and Structures. 1973. Vol. 6. No. 4. P. 293– 298.

22. Setzer M.J. Micro-ice-lens formation in porous solid // Journal of colloid and interface science. 2001. Vol. 243. No. 1. P. 193–201. https://doi.org/10.1006/jcis.2001.7828.

23. Scherer G W. Crystallization in Pores // Cement and concrete research. 1999. Vol. 29. No. 8. P. 1347–1358. https://doi.org/10.1016/s00088846(99)00002-2.

24. Fagerlund G. The critical degree of saturation method of assessing the freeze/thaw resistance of concrete // Materials and structures. 1977. Vol. 10. No. 4. P. 217–229.

25. Fagerlund G. The International Cooperative Test of the Critical Degree of Saturation Method of Assessing the Freeze/Thaw Resistance of Concrete // Materials and Structures. 1977. Vol. 10. No. 4. P. 231–253.

26. Philleo R.E. Freezing and thawing resistance of high-strength concrete // NCHRP Synthesis of Highway Practice; Transportation Research Board. Washington: National Research Council, 1986. 31 p.

27. Shang H., Song Y., Ou J. Behavior of airentrained concrete after freeze-thaw cycles // Acta mechanica solida sinica. 2009. Vol. 22. P. 261–266. https://doi.org/10.1016/S0894-9166(09)60273-1.

28. Van de Veen V. Properties of concrete at very low temperatures: A surveys of the literature. Delft: Delft University of Technology, 1987. 123 p.

29. Powerst T.C. A Working hypothesis for further studies of frost resistance of concrete // Journal of ACI. 1945. Vol. 16. No. 4. P. 245–272. https://doi.org/10.14359/8684.

30. Powers T.C, Helmuth R.A. Theory of volume change in hardened portland cement pastes during freezing // Proceedings of the Highway Research Board. 1953. Vol. 32. P. 285–297.