Прочность коррозионно-поврежденных изгибаемых железобетонных элементов, усиленных внешним полимеркомпозитным армированием

Актуальность темы диссертационного исследования. Эксплуатация железобетонных изгибаемых элементов зданий и сооружений различного назначения проходит под влиянием агрессивных несиловых воздействий, приводящих к возникновению коррозионных процессов в бетоне и арматуре, преждевременному достижению в конструкциях предельных состояний. Конструкции морских сооружений, мостов и паркингов, станций обеззараживания, резервуаров, некоторых химических предприятий, большинства монолитных зданий, строящихся в зимний период, подвергаются постоянному воздействию агрессивных сред. С целью увеличения срока эксплуатации поврежденных железобетонных элементов современным решением является использование полимеркомпозитных материалов на основе стекла- и углепластиков при проведении ремонтно-восстановительных работ, поскольку данные материалы имеют высокие показатели прочности на растяжение, малый вес и высокую степень коррозионной стойкости. На сегодняшний день достаточно исследованы процессы определения напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкций, поврежденных коррозией, существуют работы по исследованию усиления железобетонных конструкций под нагрузкой. Однако на данный момент не в полной мере изучена методика, прогнозирующая несущую способность коррозионно-поврежденных изгибаемых элементов после их усиления внешним полимеркомпозитным армированием. Степень разработанности темы исследования. Вопросами определения прочности изгибаемых железобетонных элементов при совместном действии эксплуатационных и средовых нагрузок посвящены работы Бондаренко В.М., Римшина В.И., Селяева В.П., Трекина Н.Н., Колчунова В.И., Чиркова В.П., Овчинникова И.Г., Попеско А.И., Смоляго Г.А., Леоновича С.Н., Mangat P.S., Elgarf M.S. и др. Развитие и применение полимеркомпозитного армирования в элементах, а также при усилении железобетонных конструкций стало возможным благодаря теоретическим и экспериментальным работам Маиляна Д.Р., Морозова В.И., Меркулова С.И., Римшина В.И., Мирсаяпова И.Т., Клевцова В.А., Польского П.П., Esfahani M.R., Rahimi H., Ritchie P.A. и др. Целью диссертационного исследования является совершенствование методики расчета прочности коррозионно-поврежденных изгибаемых железобетонных элементов, усиленных внешним полимеркомпозитным армированием. Для достижения поставленной цели необходимо решить поставленные задачи: − выполнить анализ накопления коррозионных повреждений бетона и арматуры на железобетонные элементы конструкций; − исследовать влияние внешнего полимеркомпозитного армирования из углепластика на рост прочности изгибаемых элементов; 4 − совершенствовать методику расчета прочности элементов, поврежденных от воздействия агрессивной среды и усиленных полимерными композитами; − провести экспериментальные исследования прочности железобетонных изгибаемых элементов трех рабочих состояний: работающих в нормальных эксплуатационных условиях; подверженных коррозионному воздействию агрессивной среды; усиленных внешним композитным армированием после повреждения вследствие протекания коррозионных процессов в арматуре и бетоне; − подтвердить корректность предложенной методики расчета и алгоритма программного расчета проведением экспериментальных исследований, численного компьютерного моделирования и нейросетевого прогнозирования прочности коррозионно-поврежденных изгибаемых железобетонных элементов, усиленных внешним полимеркомпозитным армированием. Объект исследования – коррозионно-поврежденные изгибаемые железобетонные элементы, усиленные внешним полимеркомпозитным армированием в растянутой зоне и приопорных боковых гранях. Предмет исследования – прочность коррозионно-поврежденных изгибаемых железобетонных элементов, усиленных внешним полимеркомпозитным армированием. Научно-техническая гипотеза заключается в предположении зависимости влияния коррозионного повреждения бетона и арматуры, а также внешнего полимеркомпозитного армирования на прочность изгибаемых железобетонных элементов. Научная новизна работы заключается в следующем: − совершенствована методика расчета прочности коррозионно-поврежденных изгибаемых железобетонных элементов, в части учета уменьшения площади поперечного сечения стальной арматуры и влияния внешнего полимеркомпозитного армирования; − экспериментально установлено влияние внешнего полимеркомпозитного армирования на рост прочности коррозионно-поврежденных изгибаемых железобетонных элементов; − исследован способ локального усиления растянутой зоны изгибаемого железобетонного элемента; реализована нейросетевая модель для определения прочности элементов, поврежденных от воздействия агрессивной среды и усиленных полимерными композитами, зависящая от их геометрических и физико-механических характеристик. Основные методы исследования. Методология диссертационного исследования обеспечивается общенаучными методами сбора, анализа и сравнения теоретических и экспериментальных данных отечественных и зарубежных ученых, имеющих отношение к объекту исследования. Теоретическое описание объекта диссертационной работы основывалось на методе расчета по нелинейной деформационной модели. Для получения искомых величин используется математический итерационный метод. В экспериментальной части диссертационной работы применялись методы натурного моделирования и математической статистики. Численное моделирование работы усиленного железобетонного элемента выполнялось с помощью программных средств, основанных на методе конечных элементов и искусственных нейронных сетей. Практическая значимость исследования заключается в совершенствовании подходов к проектированию изгибаемых железобетонных элементов, позволяющему учитывать коррозионные повреждения при устройстве внешнего полимеркомпозитного армирования. Локальное усиление растянутой зоны железобетонного элемента позволит снизить материалоемкость полимеркомпозитного усиления железобетонных элементов при требуемой механической обеспеченности.