Как рассчитывается расчетный срок службы железобетонной конструкции?

10

Спецификации для больших структурных проектов обычно требуют, чтобы конструкция имела определенный срок службы. Это может быть 50 лет, 100 лет и т. Д.

Учет проектного срока службы стали может быть таким же простым, как добавление дополнительной толщины для учета ожидаемой коррозии в течение этого периода времени. Этот расчет также будет учитывать любые изменения, основанные на покрытиях или типе стали.

История показала, что неармированные бетонные конструкции могут длиться сотни лет . У римлян есть некоторые примеры этого, такие как Пантеон .

Проблема с железобетоном заключается в том, что со временем арматура будет корродировать , расширяться в размерах и вызывать растрескивание бетона. Также могут быть проблемы с агрегатами, которые используются.

Как проектировщик может рассчитать и, по договору, гарантировать срок службы железобетонной конструкции?

Хаззей
источник
Afaik большинство зданий сегодня запланировано с 60 лет.
peterh - Восстановить Монику
Этот вопрос мне кажется неправильным. Вы не проектируете структуру, а затем рассчитываете ее проектную жизнь; Вы определяете, какой проектный срок требуется, а затем разрабатываете для этого. Возможно, вопрос должен звучать так: «На какие аспекты конструкции бетонной конструкции влияет ее срок службы?». Кроме того, я никогда не слышал о дизайнере, который по контракту гарантирует жизнь конструкции.
AndyT
1
@AndyT Вы правы в том, что вы проектируете структуру, чтобы соответствовать дизайнерской жизни. Возможно, вопрос можно задать немного по-другому, но конечный результат тот же. Как вы можете гарантировать проектное требование жизни? И да, я видел это в контрактах.
Хаззи
Расчетный ресурс влияет на расчетные нагрузки, которые основаны на статистике. Например, ветровая нагрузка зависит от расчетного срока службы, потому что чем дольше срок службы конструкции, тем выше вероятность того, что ветер будет сильнее. Но проектный ветер не гарантированно не будет превышен в течение проектного срока - это статистическое ожидание, а не жесткий факт. Следовательно, инженер не может гарантировать, что конструкция будет существовать в течение предполагаемого срока службы. (Это может быть частью ответа на «На какие аспекты влияет жизнь проекта?», Но не «Как вы можете гарантировать жизнь?»)
AndyT
@hazzey Какой замечательный (и сложный!) вопрос. Я подумал, что вас могут заинтересовать некоторые текущие исследования по разработке критериев проектирования мостов для 100-летнего срока службы . Это было в моем списке чтения в течение некоторого времени - ты наконец дал мне мотивацию копаться!
CableStay

Ответы:

9

Проектная жизнь может быть одной из двух разных вещей, и они не являются взаимозаменяемыми.

Ссылка на «расчетный срок службы 100 лет» может означать, что она рассчитана на случай нагрузки «1 на 100 лет» (ветровая нагрузка, или приливная волна, или что-то еще). Это исключительно о способах количественной оценки величины нагрузки. На самом деле это не имеет ничего общего с долговечностью конструкции, она связана с прочностью конструкции.

Вопрос касается другого вопроса - долговечности и, в частности, долговечности железобетона. Обычно его определяют количественно, ссылаясь на прошлый опыт в конкретной среде, сообщающий вам, каким может быть механизм критического ухудшения, а затем либо ссылку на стандартное решение, либо расчет срока службы этого механизма. Расчеты обычно в некоторой степени эмпирические.

Для «стандартной» структуры, с «нормальными» условиями воздействия, «нормальными» конкретными характеристиками и «нормальными» требованиями к сроку службы, в соответствующем коде проекта будут стандартные решения, которые, вероятно, просто определяют количество покрытия, которое будет удовлетворить дизайн жизни. То, что является «нормальным», будет зависеть от юрисдикции кодекса проектирования - различные смеси цемента доступны в разных частях мира, и что «нормально» для национального кодекса проектирования в стране с полностью умеренным климатом не будет » нормальный 'в тропиках или полярных регионах.

Например, в структуре в зоне всплеска на Аравийском полуострове атака морозом не будет проблемой, но будет физическая соляная атака (или солевое выветривание). Морозная атака - это когда замерзание воды в порах и трещинах расширяется и разрушает бетон. Соленая выветривание - это когда соленая вода впитывается и испаряется с такой скоростью, что кристаллы соли растут в порах и разрушают бетон.

Если разработчик отклоняется от того, что его локальные правила проектирования считают «нормальным», или если среда особенно агрессивна, или требования к долговечности необычайно обременительны, то потребуются конкретные расчеты.

Наиболее распространенным недостатком железобетона является то, что металлическая арматура начинает корродировать. Сталь в бетоне не подвержена коррозии, поскольку в бетоне очень высокий уровень pH, а сталь в среде с высоким pH «пассивируется» и не подвержена коррозии. Однако постепенно углекислый газ из атмосферы диффундирует в бетон и нейтрализует его. Если вы знаете характеристики вашего бетона, вы можете предсказать, как быстро это произойдет (исходя из эмпирического опыта).

Однако обычно на самом деле запускается коррозия (по крайней мере, в морской или другой соленой среде - например, в дорожной соли) - это хлоридное воздействие, когда ионы хлорида диффундируют с поверхности. Как только концентрация хлорид-ионов на поверхности стержня достигнет критического значения, коррозия вскоре вступит в силу. Вы можете рассчитать это, если вы предполагаете концентрацию хлорида на поверхности (из эмпирических данных) и знаете характеристики бетона (либо эмпирические данные, либо проверяя, как быстро ионы хлорида диффундируют через него, но остерегайтесь этого как бетона). возраст, его характеристики меняются, и вам необходимо это учитывать) и знать критический порог (из эмпирических данных).

Есть удобная бесплатная программа, которая делает этот расчет для вас, под названием Life-365 , и она создана комитетом Американского института бетона. Он выполняет расчет диффузии хлоридов для вас, рисует графики и прочее, и если вы находитесь в США, он даже имеет встроенные эмпирические данные, которые вам нужны, поэтому вам не нужно искать, какие местные условия существуют. (Я использую программу, но не связан с ней иначе). Руководство к программе содержит более подробное обсуждение науки, стоящей за ней, но самое лучшее, что вы можете просто поиграть с ней и посмотреть, какой эффект меняет что-то на жизнь.

Если вы выполняете калькуляцию и у вас недостаточно жизни, то вы можете либо подкрепить арматуру глубже (чтобы хлорид диффундировал к ней), либо сделать бетон более устойчивым к диффузии хлорида через него, либо Вы используете стержень, для которого требуется более высокое пороговое значение хлорида (скажем, нержавеющего), или обрабатываете поверхность стержнем, или бетоном, или помещаете в гальванические или электрохимические системы, или ингибиторы коррозии, или что-то еще. Многие из этих материалов возвращаются к эмпирическим данным - они проверили это, и у них есть данные испытаний, которые показывают, что это предотвратит коррозию в течение n лет, если вы добавите х количества чего угодно.

achrn
источник
Вы правы, если речь идет о долговечности, а не о периодах возникновения нагрузки.
Хаззи
Интересно! Я могу понять теорию, что вы можете рассчитать теоретическую долговечность исходя из типа вашего бетона, глубины армирования и местных условий. Но с точки зрения реального дизайна, я всегда ожидал бы, что это будет наоборот. Вы начинаете с «Мне нужен проектный срок х лет», а затем в кодах / стандартах указывается, какая глубина армирования и бетонная смесь приемлемы.
AndyT
Да, но это почти то же самое во всем дизайне - вы угадываете / знаете / интуитивно получаете ответ, а затем проверяете, удовлетворяет ли он требованиям. Например, какую глубину бетонную балку использовать? Нет уравнения, которое говорит вам, что вам нужно, вы делаете предположение и проверяете это. Для долговечности коды дают некоторые рекомендации (в соответствии с предлагаемыми вами линиями), но если это действительно важно или это необычно агрессивная среда, вы делаете калькуляцию, например, сделанную life-365.
achrn
1

Я не могу ответить на этот вопрос с точки зрения структуры здания; Тем не менее, я могу для железобетонного покрытия, которое все еще может быть интересным для вас.

В соответствии с другими ответами разрабатывается пробная конструкция покрытия, которая затем оценивается с учетом срока службы конструкции. Нагрузка на тротуар, выраженная в виде стандартного повторения осей в течение расчетного срока службы. Например, дорожное покрытие может быть спроектировано таким образом, чтобы выдерживать 1 × 10 5 повторений стандартных осей в течение 40-летнего расчетного срока службы. Это называется повторениями дизайна.

Выбирается пробное покрытие, затем проводится анализ усталости, который определяет допустимые повторения покрытия . Затем повторения проекта делятся на допустимые повторения, и если это значение, определенное как коэффициент совокупного ущерба (CDF), составляет <1,0, то ваш тротуар выдержит проектный срок службы.

Итак, CDF = n / N, где n = повторения проекта, N = допустимые повторения. Обратите внимание, что вы можете выполнить обратный расчет, чтобы определить срок службы проекта, если вы знали другие термины.

Луи Рассел
источник
Какие «другие ответы» вы имеете в виду? Вы имеете в виду комментарии? Для большей ясности часто лучше предоставить встроенную ссылку на ссылочный контент.
Air