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?
Ответы:
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.
источник
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.
источник