Основные факторы, влияющие на долговечность строительных конструкций

Введение

 

В настоящее время выдвинуто немало гипотез, объясняющие физические закономерности температурно-влажностных воздействий, накоплен большой экспериментальный материал, введены нормативные требования по проектированию железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях низкотемпературных воздействий. Однако, при обследованиях фундаментных конструкций, проведенных в условиях крайнего севера, до сих пор обнаруживаются значительное количество повреждений. Кроме того, некоторые дефекты появляются после непродолжительного периода эксплуатации [9].

Причины аварий гражданских зданий и сооружений в Якутии главным образом связаны с разрушением бетона свайных фундаментных конструкций. Разрушение связано с трещинообразованием фундаментных конструкций из за недостаточного учета температурно-влажностных воздействий. Это возникает из-за отсутствия соответствующих рекомендаций и указаний по проектированию, отражающих с достаточной полнотой специфику работы строительных конструкций в условиях резко континентального климата Якутии.

Температура и влажность строительных конструкций находятся в определенной зависимости от температуры и влажности окружающей среды. Влияние этих факторов на долговечность материала выражается в появлении внутренних напряжений, обусловленных переходом воды, содержащейся в материале, в лед, различием в величинах коэффициента температурного или влажностного расширения отдельных компонентов материала, неравномерностью температурного поля или поля влажности по объему тела [3].

Так как воздействие отрицательных температур и влаги остается актуальной проблемой поставили следующие задачи исследования в магистерской диссертации:

1. Обзор литературы по теме исследования

2. Оценка существующих методов расчета железобетонных конструкций на температурно-влажностные воздействия

3. Изучение особенностей влияние температуры и влажности на свойства бетона и арматуры

4. Составление расчетных моделей для изучение напряженного-деформированного состояния железобетонных элементов при изменении температуры по длине и по поперечному сечению

5. Разработка программы расчета оснований свайных фундаментов

6. Провести натурное исследование состояния фундаментных конструкций в условиях Крайнего Севера

7. Разработка рекомендаций по учету температурно-влажностных воздействий при расчете и конструировании

8. Разработка программы расчета железобетонных свайных конструкций с учетом температурно-влажностных воздействий.

 

Заключение

 

Итак, подводя итоги, можно констатировать следующее:

1. основной причиной возникновения трещин в элементах строительных конструкций является температура и влажность материала. Эти факторы, в конечном итоге, практически независимо от технологии возведения и эксплуатации здания, приводят конструкции к разрушению.

2. Наличие свободной влаги в бетоне после его охлаждении способствует упрочнению структуры за счет появления сил смерзания льда с поверхностью цементного камня, что приводит к увеличению его прочности тем большей, чем выше его влажность, но увеличение влажности выше «предельного водонасыщения» вызовет разрушение бетона, а не рост его прочности.

3. С понижением температуры возникает опасность хрупкого разрушения железобетонных конструкций, хладноломкость повышается так и у бетона, так и у стали.

3. физико-механические свойства бетона зависят от температуры первого охлаждения, числа циклов попеременного замораживания и оттаивания, водонасыщения бетона и его марки по морозостойкости.

4. Деформации укорочения сухого бетона с понижением температуры возрастают. В водонасыщенном бетоне они уменьшаются при охлаждении до –10°С и потом заметно возрастают при –45°С, при дальнейшем снижении температуры снова уменьшаются.

5. При попеременном замораживании до температуры –60°С и оттаивании прочность на сжатие и модуль упругости снижаются и появляются остаточные деформации бетона, которые с увеличением числа циклов замораживания и оттаивания и степени водонасьпцения бетона заметна возрастают.

Список использованной литературы

 

1. Александровский C.B. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия с учетом ползучести / C.B. Александровский. – М.: Стройиздат, 1966. – 443 с.

2. Милованов А. Ф. Учет воздействия низких температур при расчете конструкций / А. Ф. Милованов, В. Н. Самойленко // Бетон и железобетон. – 1980. – № 3, С. 25-26.

3. Муха В.И. Основы расчета, конструирования и возведения сооружений в Якутской АССР. В 3-х частях. / В.И. Муха, Ю.Н. Абакумов, E.H. Малков. – Якутск: Якутское книжное издательство, 1976.

Ч.1: Теоретические основы расчета строительных конструкций на температурные воздействия. – 1976. – 248 с.

4. Ч.2: Учет температурного фактора при расчете элементов нулевого цикла и ограждающих конструкций. – 1976. – 219 с.

5. Ч.3: Учет температурного фактора при возведении строительных конструкций. – 1976. – 265 с.

6. Милованов А. Ф. Некоторые вопросы расчета железобетонных конструкций при воздействии температуры и нагрузки. В кн.: Теория железобетона. —М.: Стройиздат, 1972. С. 160-169.

7. Москвин В.М. Бетона для строительства в суровых климатических условиях. / В.М. Москвин, М.М. Капкин, А.Н. Савицкий, В.Н. Ярмаковский. – М.: Стройиздат, 1972. – 208 с.

8. Мулин Н.М. О механических свойствах горячекатаных арматурных сталей при низких температурах. / Н.М. Мулин, В.З. Мешков. // Проблемы прочности. – 1970. - № 8, С. 33.

9. Хомякова И.В. Особенности работы железобетонных конструкций в условиях замораживания и оттаивания: дис. канд. техн. наук: 05.23.01 / Хомякова Ирина Васильевна. – Нерюнгри, 2003. – 138 с.

10. Рекомендации по расчету железобетонных свайных фундаментов, возводимых на вечномерзлых грунтах, с учетом температурных и влажностных воздействий / НИИ бетона и железобетона. – М: Стройиздат, 1981. – 47 с.

11. Свод правил по проектированию и строительству. СП 52-105-2009. Железобетонные конструкции в холодном климате и на вечномерзлых грунтах: Введен 15.04.09. / НИИ бетона и железобетона. – М: ФГУП НИЦ «Строительство», 2009. – 35 с.

Введение

 

В настоящее время выдвинуто немало гипотез, объясняющие физические закономерности температурно-влажностных воздействий, накоплен большой экспериментальный материал, введены нормативные требования по проектированию железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях низкотемпературных воздействий. Однако, при обследованиях фундаментных конструкций, проведенных в условиях крайнего севера, до сих пор обнаруживаются значительное количество повреждений. Кроме того, некоторые дефекты появляются после непродолжительного периода эксплуатации [9].

Причины аварий гражданских зданий и сооружений в Якутии главным образом связаны с разрушением бетона свайных фундаментных конструкций. Разрушение связано с трещинообразованием фундаментных конструкций из за недостаточного учета температурно-влажностных воздействий. Это возникает из-за отсутствия соответствующих рекомендаций и указаний по проектированию, отражающих с достаточной полнотой специфику работы строительных конструкций в условиях резко континентального климата Якутии.

Температура и влажность строительных конструкций находятся в определенной зависимости от температуры и влажности окружающей среды. Влияние этих факторов на долговечность материала выражается в появлении внутренних напряжений, обусловленных переходом воды, содержащейся в материале, в лед, различием в величинах коэффициента температурного или влажностного расширения отдельных компонентов материала, неравномерностью температурного поля или поля влажности по объему тела [3].

Так как воздействие отрицательных температур и влаги остается актуальной проблемой поставили следующие задачи исследования в магистерской диссертации:

1. Обзор литературы по теме исследования

2. Оценка существующих методов расчета железобетонных конструкций на температурно-влажностные воздействия

3. Изучение особенностей влияние температуры и влажности на свойства бетона и арматуры

4. Составление расчетных моделей для изучение напряженного-деформированного состояния железобетонных элементов при изменении температуры по длине и по поперечному сечению

5. Разработка программы расчета оснований свайных фундаментов

6. Провести натурное исследование состояния фундаментных конструкций в условиях Крайнего Севера

7. Разработка рекомендаций по учету температурно-влажностных воздействий при расчете и конструировании

8. Разработка программы расчета железобетонных свайных конструкций с учетом температурно-влажностных воздействий.

 

Основные факторы, влияющие на долговечность строительных конструкций

 

Обследования зданий жилищно-гражданского назначения в г. Якутске, проводившиеся кафедрой СКиП, показывает, что основные случаи разрушения относятся к свайным фундаментам и ростверкам:

1) разрушение верхней части сваи в местах примыкания ее к ростверку;

2) разрушение в виде скола угловых сваи;

3) разрушение сваи от уровня грунта на глубину до 100 см;

4) разрушение нижней части балок ростверка и цокольного перекрытия.

Все многообразие трещин, встречающихся в конструкциях зданий и сооружений, можно классифицировать на трещины:

- возникновение которых зависит от качества выполнения строительно-монтажных работ;

- возникновение которых можно объяснить усадочными явлениями;

- появившиеся в результате возникновения сложного термонапряженного состояния конструкций от неравномерного температурного и влажностного поля по объему ограждающих конструкций или от температурных напряжений растяжения в конструкциях ростверка;

- возникновение которых можно отнести за счет деформации оснований.

Разрушение верхней части сваи в местах примыкания ее к ростверку (рис. 1.1) является следствием низкого качества строительства при выполнении набетонок при стыковке свай с рандбалками: места стыкования имеют недостаточное армирование при редкой постановке хомутов, либо вообще при отсутствии последних; встречаются не сваренные выпуски арматуры сваи с арматурой набетонок; арматура непокрыта защитным слоем; бетонная смесь уложена без должного уплотнения; полости стыков не очищены от строительного мусора.

Поверхностные трещины, появившиеся от усадки бетона, существенно не влияют на несущую способность элементов, работающих на сжатие, но разрушают целостность защитного слоя, что отрицательно сказывается на дальнейшей работе конструкций. Эти трещины являются зародышами морозной эрозии бетона, что снижает несущую способность конструкций.

Образование трещин в железобетонных конструкциях снижают морозостойкость бетона, а снижение морозостойкости приводит к резкому падению прочности бетона в сваях, отслоению защитного слоя балок ростверка и цокольного перекрытия, что нарушает совместную работу бетона и арматуры [3].

Рис. 1.1. Разрушение верхней части сваи в местах примыкания ее к ростверку.

 

Температурные усилия, вызывающие разрушение в виде скола угловых и примыкающих к ним свай (рис. 1.2), в основном зависят от габаритов ростверка и температурного шва. Как известно, многопролетная безшарнирная рамная конструкция фундаментной части здания чувствительна к температурным деформациям. Чем жестче ростверк, т. е. массивнее сечение фундаментных стоек и рандбалок, и чем ниже проветриваемое подполье, тем интенсивнее развиваются трещины [5]. Такого рода трещины имеют значительное распространение в зданиях, где расстояние между температурными швами в ростверке составляет 12—15 метров, т. е. согласно требованиям СНиП.

Рис. 1.2. Разрушение угловой сваи монолитного ростверка.

 

Разрушение свай на участке 60—100 см от дневной поверхности вглубь грунта носит чисто температурный характер, процесс развития которого изображен на рис. 1.3. Температура сваи изменяется во времени, следуя за температурой воздуха и грунта, что приводит к неравномерному температурному полю по ее длине. Это влечет появление в свае напряжений.

При определенной длине сваи и изменении температуры величина напряжений участка 60—100 см от дневной поверхности грунта может достигнуть значений, превышающих прочность бетона и тогда в бетоне появляются трещины. В трещины попадает вода, которая, замерзая, увеличивает их и, таким образом, далее протекает уже процесс морозной эрозии бетона. Нагрузка на арматуру со временем увеличивается, что приводит к потере устойчивости стержней, верхняя часть сваи опускается и при определенной величине осадки в ростверке появляются трещины [9].

Рис. 1.3. Схема процесса температурного разрушения сваи участке 60 – 100 см. от дневной поверхности вглубь грунта.

 

Таким образом, основной причиной возникновения трещин в элементах строительных конструкций является температура и влажность материала. Эти факторы, в конечном итоге, практически независимо от технологии возведения и эксплуатации здания, приводят конструкции к разрушению. В случае производства строительно-монтажных работ с отклонением от требований СП, действие этих факторов во времени ускоряется.