Методика расчетного прогнозирования срока службы железобетонных пролетных строений автодорожных мостов

1.4. Расчетные модели отказов (износа)

Деградация свойств материалов в железобетонной конструкции вызывается неблагоприятной комбинацией воздействий статически и динамически действующих внешних гравитационных сил и внутренних самоуравновешивающихся полей напряжений. Последние вызваны попеременным замораживанием и оттаиванием воды в порах водонасыщенных участков бетона, капиллярной усадкой, давлением на бетон изнутри продуктов коррозии арматуры, суточным перепадом температур воздуха, солнечной радиацией и другими факторами.

Деградация структуры бетона железобетонных пролетных строений, его износ зависят главным образом от комбинации силовых полей в бетоне. Поэтому принятая в действующих нормативные документах методика оценки надежности в форме сопоставления комбинации суммарных напряжений () с предельными значениями, прочности, изменяющейся во времени, может быть использована и в оценке ресурса (долговечности) конструкции.

Главным в сопоставлении напряжений с прочностными возможностями материалов, обычно используемых при проектировании, является то, что сами величины напряжений, как и надежность, изменяются во времени вследствие деструктивных процессов в бетоне, изменений деформативных свойств конструктивных элементов, нарушений связей этих элементов между собой и др.

При расчетном прогнозировании рассматриваются следующие модели отказов (износа):

- износ многократно сжимаемого бетона в результате предельного поперечного растяжения с образованием и развитием продольно-ориентированных трещин, оцениваемых критическим коэффициентом, [3], или износ, определяемый развитием микротрещин и сдвигов в бетоне, контролируемых коэффициентом критических напряжений [4-6];

- износ водонасыщенного бетона в результате разрыва внутренних связей в процессе попеременного замораживания и оттаивания влаги в порах бетона при колебании температур воздуха [7];

- износ вследствие деградации структуры бетона плит проезжей части пролетных строений, вызванной фильтрацией и выщелачиванием агрессивной влагой (с солями) цементного раствора, а также в результате возросшего воздействия временной нагрузки в результате разрушения асфальтобетонного покрытия [8];

- потеря карбонизированным защитным слоем бетона своих защитных свойств [9];

- износ оголенной арматуры в результате ее коррозии [10];

- отказ, вызванный образованием горизонтальных трещин в зонах сопряжения плиты с ребром с последующим отсечением плиты от ребра, и, соответственно, с резким уменьшением геометрических характеристик рабочих сечений и снижением грузоподъемности конструкции [11];

- разрушение вертикальной арматуры (хомутов) из-за резкого возрастания напряжений в ситуации, когда в стенках возникают наклонные трещины, пересекающие вертикальные хомуты и наклонную преднапряженную арматуру [12].

Отказы возникают в различных комбинациях и сочетаниях. Вероятность их реализации в разных конструкциях различна. Практически все предсказуемые износы относятся к категориям медленно протекающих, постепенных отказов. Они могут быть своевременно обнаружены и приостановлены или устранены в результате ремонта.

Таким образом, ресурс пролетного строения в процессе эксплуатации может быть снижен или исчерпан в результате воздействия следующих факторов или их сочетаний (рис.1.2):

1 - разрушения арматуры и бетона плиты;

2 - разрушения продольного шва омоноличивания;

3 - разрыва хомутов в наклонном сечении;

4 - разрушения арматуры в середине пролета;

5 - разрыва хомутов по продольной трещине в месте примыкания плиты к ребру главной балки;

6 - разрушения бетона сжатой зоны в середине пролета;

7 - разрыва диафрагм.

Рис.1.2. Контролируемые расчетом виды повреждения пролетного строения

Воздействие окружающей среды в комбинации с другими воздействиями сказываются, прежде всего, на прочности бетона и, соответственно, на перегруппировке напряжений в сечении. Зная эти два важнейших параметра в разные моменты технической диагностики и прогнозируя процесс изменения этих параметров в будущем, можно предвидеть (в доверительных интервалах) время, когда следует принимать решения о ремонте или замене конструктивного элемента.