Ар даурен бадауле1 улы повышение надежности и безопасности сжатых элементов железобетонных конструкций при сейсмических воздействиях

УДК 666.972.162:699.842

На правах рукописи

К У М АР ДАУРЕН БАДАУЛЕ1 улы

Повышение надежности и безопасности сжатых элементов

железобетонных конструкций при сейсмических воздействиях

05.26.02 - Безопасность в чрезвычайных ситуациях

Автореферат диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук Игбаев T.1YI.

Республика Казахстан г. Алматы, 2007

Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете име К.И.Сатпаева (КазНТУ) МОиН РК.

Научный руководитель;

доктор технических наук Игбаев Т.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Жунусов Т.Ж.

кандидат технических наук Касснов K.M.

Ведущая организация:

Казахская академия транспорта и коммуникацк (КазАТК) имени М. Тынышпаева

Защита диссертации состоится 29 декабря 2007 года в часов в конфереш зале НК КазНТУ им. К.И.Сатпаева по адресу: 050013, г.Алматы, пр. Сатпаева, 22.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке КазНТУ ик К.И.Сатпаева,.

Автореферат разослан ноября 2007г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 14.61.25 Е.Т. Тогабаев ВВЕДЕНИЕ А к т у а л ь н о с т ь п р о б л е м ы. Т е н д е н ц и я р а зв и т и я с т р о и т е л ь н о й о т р а с л и в Р е с п у б л и к е и в о с о б е н н о с т и в к р у п н ы х г о р о д а х и г.А л м а т ы т р е б у е т о б е с п е ч е н и я н а д е ж н о с т и зд ан и й и с о о р у ж е н и й п р и в о з н и к н о в е н и и ч р е зв ы ч а й н ы х с и т у а ц и й с е й с м и ч е с к о г о х а р ак т ер а. И х с е й с м о с т о й к о с т ь и н а д е ж н о с т ь эк с п л у а т а ц и и зд а н и й и сооруж ений обуславливается качеством строительства при необходи м ости рациональном расходовании м атериальны х средств и т р у д о за т р а т на а н т и с е й с м и ч е с к и е м е р о п р и я т и я. Э т о д о с т и г а е т с я и с сл е д о в а н и е м н а п р я ж ё н н о д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я и р е а л ь н ы х с в о й с т в п р и м е н я е м ы х м ат е р и а л о в, эл е м е н т о в к о н с тр у к ц и й п р и с е й с м и ч е с к и х н а г р у ж е н и я х с ц е л ь ю в ы я с н е н и я р е зе р в о в их н е с у щ е й с п о со б н о с ти. П о в е д е н и е ж е л е з о б е т о н н ы х эл е м е н т о в при д е й с т в и и зн а к о п е р е м е н н ы х м а л о ц и к л о в ы х н а г р у з о к в п о л н о й м ер е о т р а ж а е т р а б о т у к о н с т р у к ц и й при ч р е зв ы ч а й н ы х с и т у а ц и я х с е й с м и ч е с к о г о х а р а к т е р а, а и зу ч е н и е их н а п р я ж е н н о -д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я п р и п о д о б н ы х н а гр у ж е н и я х яв л я е т с я о д н и м из г л а в н ы х н а п р а в л е н и й в о б л а ст и с е й с м о с т о й к о г о с т р о и т е л ь с т в а.

В связи с заострением в п ослан иях П р ези д ен та РК вним ания проблем ам сниж ен ия а н т р о п о ге н н о г о влияния на среду оби тания и приним аем ы м и п р а в и т е л ь с т в о м в с о о т в е т с т в и и с эт и м м е р а м и в н е д р е н и е и д о л ж н о е р а зв и т и е б е зо т х о д н ы х т е х н о л о г и й п р и п е р е р а б о т к е м и н е р а л ь н о г о с ы р ь я я в л я е т с я а к т у а л ь н о й з а д а ч е й по в х о ж д е н и ю Р е с п у б л и к и в ч и с л о 5 0 -т и р а з в и т ы х с т р а н. Р а ц и о н а л ь н о е и с п о л ь з о в а н и е м и н е р а л ь н ы х р е с у р с о в р е ш а е т с я п у т ём э ф ф е к т и в н о г о п р и м е н е н и я т е х н о г е н н ы х п р о д у кт о в в п р о и зв о д с т в е с т р о и т е л ь н ы х м а т е р и а л о в.

В с вязи с о г р а н и ч е н н о с т ь ю за п а с о в к о н д и ц и о н н о г о п р и р о д н о г о с ы р ь я и у в е л и ч е н и е м о б ъ е м а о т в а л о в т е х н о г е н н ы х п р о д у к т о в п р о м ы ш л е н н о с т и, с о зд а ю щ и х у г р о зу э к о л о г и ч е с к о й о б с т а н о в к е р е г и о н о в, у т и л и з а ц и я о т х о д о в п р о м ы ш л е н н о с т и, в ч а с т н о с т и, д о м е н н ы х ш л а к о в п у т ё м и с п о л ь з о в а н и я их в к а ч е с т в е к о м п о н е н т о в с т р о и т е л ь н ы х м ат е р и а л о в и к о н с т р у к ц и й я в л я е т с я п е р с п е к т и в н ы м, п о зв о л я я у л у ч ш и т ь их ф и з и к о -м е х а н и ч е с к и е с в о й с т в а, т е м с а м ы м п о в ы ш а я их н а д е ж н о с т ь и б е з о п а с н о с т ь при в о зд е й с т в и и з н а к о п е р е м е н н ы х н а г р у з о к, с о зд а ю щ и х у г р о зу ч р е зв ы ч а й н ы х с и ту а ц и й. П ри эт о м д е й с т в у ю щ и е н о р м ы по с е й с м о с т о й к о с т и не у ч и ты в аю т влияние техногенны х отходов и о рган и ческ и х м оди ф и каторов в структуре б е т о н о в н а с п о с о б н о с т ь их с о п р о т и в л я т ь с я с е й с м и ч е с к и м в о зд е й с т в и я м и н а к о п л ен и я в н и х п о в р е ж д ен и й и д е ф о р м а ц и й.

А ктуальность -п р о б лем ы обусловлена ограни ченностью природны х за п о л н и т е л е й в с е й с м и ч е с к и х р а й о н а х, п о з в о л я ю щ и х н а их о с н о в е п о л у ч а т ь в ы с о к о п р о ч н ы е б е т о н ы, и несгіосО бн остью д е й с т в у ю щ и х ц е м е н т н ы х з а в о д о в с т р а н ы вы п ускать в достаточном объем е портлан д- й ш лакопортланд цем енты м аркой более 4 0 0, о т в е ч а ю щ е г о т р е б о в а н и я м н о р м а т и в н ы х д о к у м е н т о в. П о э т о м у р а зв и т и е ж ел езо б ето н а в направлении вы соко- и по вы ш ен н о й прочности бетон ов на тех н о ген н ы х отходах и хим ических м о д и ф и к ато р ах п овы ш ает его н адеж н ость и безоп асн ость при сейсм ических во здей стви ях и полностью соответствует тр еб о в а н и ям ди нам и чного экон ом и ческого разви ти я Р есп убли ки РК.

Н а с т о я щ а я р а б о т а п о с в я щ е н а п о в ы ш е н и ю н а д е ж н о с т и и б е зо п а с н о с т и п у т ем о ц е н к и п р о ч н о с т н о -д е ф о р м а т и в н ы х с в о й с т в с ж а т ы х э л е м е н т о в ж е л е з о б е т о н н ы х ко н стр укц и й, полученн ы х с при м енением бето н ов н а техн оген н ы х отх одах, о р г а н и ч е с к и х, о р г а н о м и н е р а л ь н ы х м о д и ф и к а т о р о в, п р и м а л о ц и к л о в ы х н а гр у ж е н и я х т и п а сейсм ических.

О б ъ е к т о м и с с л е д о в а н и я я в л я ю т с я с ж а т ы е ж е л е зо б е т о н н ы е с т е р ж н е в ы е э л е м е н т ы п р и м а л о ц и к л о в ы х н а гр у ж е н и я х т и п а с е й с м и ч е с к и х.

Предметом исследования я в л я ет ся п о в ы ш е н и е б е зо п а с н о с т и с ж а т ы х ж е л е з о б е т о н н ы х с т е р ж н е в ы х эл е м е н т о в п р и в о зн и к н о в е н и и Ч С с е й с м и ч е с к о г о характера.

И д е я р а б о т ы - о б е с п е ч е н и е н а д ё ж н о с т и э к с п л у а т а ц и и и б е зо п а с н о с т и с ж а ты х с т е р ж н е в ы х ж е л е зо б е т о н н ы х э л е м е н т о в с п о в ы ш е н н о й п р о ч н о с т и и в ы с о к о п р о ч н ы м и м о д и ф и ц и р о в а н н ы м и б е т о н а м и в ч р е зв ы ч а й н ы х с и т у а ц и я х.

Ц е л ь р а б о т ы - п о в ы ш е н и е н а д е ж н о с т и и б е зо п а с н о с т и п о с р е д с т в о м повы ш ения п р о ч н о с тн ы х характеристик сж аты х эл е м е н т о в ж е л е зо б е т о н н ы х к о н с т р у к ц и й с у ч ё т о м с в о й ст в б е т о н а с т о н к о м о л о т ы м и н а п о л н и т е л я м и н а о с н о в е гр ан у л и ро ван н ы х ш лаков и отходов го р н о р у д н о й пром ы ш ленности при м а л о ц и к л о в о м зн а к о п е р е м е н н о м д е й с т в и и г о р и зо н т а л ь н о й н а гр у зк и.

В с в я зи с этим п о с та в л ен ы и р е ш е н ы с л е д у ю щ и е в за и м о с в я з а н н ы е з а д а ч и :

- п о в ы с и т ь н а д е ж н о с т ь и б е з о п а с н о с т ь с ж а т ы х с т е р ж н е в ы х ж е л е зо б е т о н н ы х к о н с т р у к ц и й п о с р е д с т в о м п о л у ч ен и я п о в ы ш е н н о й п р о ч н о с ти и в ы с о к о п р о ч н ы х бето н о в на техн оген н ы х отходах и со вр ем ен н ы х м оди ф икаторах;

- и с с л е д о в а т ь н а п р я ж ё н н о -д е ф о р м и р о в а н н о е с о с т о я н и е с ж а т ы х с т е р ж н е в ы х ж е л е з о б е т о н н ы х эл е м е н т о в с ц е л ью в ы я в л е н и я н а д ё ж н о г о у р о в н я д е ф о р м а ц и й при м а л о ц и к л о в о м зн а к о п е р е м е н н о м н а г р у ж е н и и т и п а с е й с м и ч е с к и х ;

- вероятностн ы е расчеты сж аты х стерж н евы х элем ен тов с целью определени я в е р о я т н о с т и их б е зо т к а зн о й р а б о т ы п р и Ч С с е й с м и ч е с к о г о х а р ак т ер а.

Методы исследований в к л ю ч а ю т р е н т г е н о ф а зо в ы й и д и ф ф е р е н ц и а л ь н о ­ терм и чески й м ет о д ы а н а л и за и ф и з и к о -м е х а н и ч е с к и м и испы тани я с п р о и з в о д с т в е н н ы м и р е зу л ь т а т а м и, а т а к ж е в ер о я т н о с т н ы й р а с ч е т э л е м е н т о в к о н с т р у к ц и й н а н а д е ж н о ст ь.

Научные положения, выносимые на защиту:

- о б е с п е ч е н и е б е зо п а с н ы х п о к а за т е л е й б е т о н о в к л ас са В 45 и в ы ш е на т о н к о м о л о т ы х н а п о л н и т е л я х и о р г а н и ч е с к и х (о р г а н о м и н е р а л ь н ы х ) м о д и ф и к а т о р а х, з а в и с я щ е е о т с п о с о б н о с т и с о п р о т и в л е н и я с ж а т ы х с те р ж н е в ы х ж е л е зо б е т о н н ы х элем ен тов в о зд е й с т в и ю м алоцикловы х зн а к о п е р е м е н н ы х н а гр у з о к при в о з н и к н о в е н и и ч р е зв ы ч а й н ы х с и ту а ц и и ;

- н а д е ж н о с т ь с ж а т ы х с т е р ж н е в ы х ж е л е з о б е т о н н ы х эл е м е н т о в н а б е т о н а х с тонком олоты м и н а п о л н и те л я м и и органи ческим и (о р г а н о м и н е р а л ь н ы м и ) м о д и ф и к а т о р а м и, за к л ю ч а ю щ е е с я в и х в ы с о к о й ж ё с т к о с т и, п о з в о л я ю щ а я с н и зи т ь у щ е р б и п о в ы с и т ь б е зо п а с н о с т ь их э к с п л у а т а ц и и в ч р е зв ы ч а й н ы х с и т у а ц и я х ;

- н а д е ж н о с т ь с ж а ты х с т е р ж н е в ы х ж е л е зо б е т о н н ы х эл е м е н т о в к о н с т р у к ц и й н а о с н о в е в е р о я т н о с т н о г о п о д х о д а, м а т е м а т и ч е с к о й с т а т и с т и к и и м е т о д а п р е д е л ь н ы х состояний с учетом н а к о п л ен и я п о в р е ж д е н и й в б е т о н е с ж а т о й зо н ы от з н а к о п е р е м е н н о г о за гр у ж е н и я и у р о в н я н а п р я ж е н и я в р а с т я н у т о й а р м а т у р е, п о з в о л я ю щ у ю о ц е н и т ь в ер о я т н о с т ь и х б е з о п а с н о й р а б о т ы п р и Ч С с е й с м и ч е с к о го характера.

Н а у ч н а я н о в и з н а р а б о т ы за к л ю ч а е т с я в с л е д у ю щ е м :

- э к с п е р и м е н т а л ь н о о п р е д е л е н ы п р о ч н о с т н о -д е ф о р м а т и в н ы е с в о й с т в а с ж а ты х с т е р ж н е в ы х ж е л е зо б е т о н н ы х э л е м е н т о в н а б е т о н а х с т о н к о м о л о т ы м и н а п о л н и те л я м и и м о ди ф и като р ам и при м алоц икловы х зн ако п ер ем ен н ы х погруж ениях, отраж аю щ ие р е а л ь н ы е у с л о в и я р а б о т ы к о л о н н о д н о э т а ж н ы х зд ан и й при в о зн и к н о в е н и и ч р е з в ы ч а й н ы х с и т у а ц и и с е й с м и ч е с к о го х а р а к т е р а ;

установлен ы эф ф ективны е особен ности совм естного прим енения о р г а н и ч е с к и х (о р г а н о м и н е р а л ь н ы х ) м о д и ф и к а т о р о в с т о н к о м о л о т ы м и н а п о л н и т е л я м и в с т р у к т у р е б е то н а, о б у с л о в л е н н ы е т е м, ч т о в у с л о в и я х ч р е зв ы ч а й н ы х с и т у а ц и й с е й с м и ч е с к о г о и м а л о ц и к л о в о г о х а р а к т е р а с н и ж е н и е п р о ч н о с т н о -д е ф о р м а т и в н ы х характеристик сж аты х ж ел езобетон н ы х эл ем ен тов на м оди ф ици рованны х бетонах п р о и с х о д я т в м ен ьш ей с т е п е н и по с р а в н е н и ю с о б ы ч н ы м и б е то н а м и ;

- на основе вероятностн ого подхода, м атем ати ческо й стати стики и м етода п р е д е л ь н ы х с о с т о я н и й п р о и зв е д е н ы р а с ч е т ы с ж а т ы х с т е р ж н е в ы х ж е л е зо б е т о н н ы х э л е м е н т о в к о н с тр у к ц и й, д о к а з ы в а ю щ а я их н а д е ж н о с т ь п р и ЧС с е й с м и ч е с к о го характера.

Практическое значение н реализация работы. В ы со к и е ф и з и к о ­ м ехани ческие и эксплуатационн ы е свой ства ш лакоси ликатны х м ат е р и а л о в с п о с о б с т в у ю т п о л у ч е н и ю п о в ы ш е н н о й п р о ч н о с т и и в ы с о к о п р о ч н ы х ц е м е н тн ы х б е то н о в.

В ы п о л н е н н ы е и с с л е д о в а н и я н а п р я ж е н н о -д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я и п р о ч н о с т и по н о р м а л ь н ы х с е ч е н и я м с ж а т ы х с т е р ж н е в ы х ж е л е зо б е т о н н ы х э л е м е н т о в на бетон е с тех н о ген н ы м и н ап о л н и тел ям и п о зво л яю т реком ендаци и их для о д н о э т а ж н ы х зд ан и й в р е г и о н а х с в о з м о ж н о с т ь ю п р о я в л е н и я ч р е зв ы ч а й н ы х с и т у а ц и й с е й с м и ч е с к о г о х а р ак т ер а.

С оставы бетон ов с техн оген н ы м и отходам и и органи ческим и (о р г а н о м и н е р а л ь н ы м и ) м о д и ф и к а т о р а м и а п р о б и р о в а н ы н а б е т о н о с м е с и т е л ь н о м у зл е Т О О « М П С К Т ал », а ф и з и к о -м е х а н и ч е с к и е х а р а к т е р и с т и к и с ж а т ы х э л е м е н т о в ж е л е зо б е т о н н ы х к о н с т р у к ц и й п о д т в е р ж д е н ы э к с п е р и м е н т а л ь н ы м и и с сл е д о в а н и я м и в Т О О «Ц ентрС ерВ Т сх».

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций п о д т в е р ж д а ю т с я с х о д и м о с т ь ю э к с п е р и м е н т а л ь н ы х и расчетны х данны х, а такж е сходи м остью эк сп ери м ен тал ьн ы х и анали тических данны х, п о л у ч е н н ы х ф и з и к о -х и м и ч е с к и м и и ф и з и к о -м е х а н и ч е с к и м и м е т о д а м и и с с л е д о в а н и й.

Научное значение исследований за к л ю ч а е т с я в в ы я в л е н и и с п е ц и ф и к и р а б о т ы с ж а т ы х с те р ж н е в ы х ж е л е з о б е т о н н ы х э л е м е н т о в н а б е т о н а х с т е х н о г е н н ы м и о т х о д ам и и о р г а н и ч е с к и м (о р г а н о м и н е р а л ь н ы м ) м о д и ф и к а т о р а м и в п р о ц е с с е д е й с тв и я п о в т о р н ы х зн а к о п е р е м е н н ы х н а г р у з о к, п р о я в л я ю щ и х с я в р е зу л ь т а т е д е й с тв и я ч р е зв ы ч а й н ы х с и т у а ц и и с е й с м и ч е с к о г о х а р а к т е р а.

Л и ч н ы й в к л а д а в т о р а заклю чается в ф орм ули ровке актуальн ости п роблем ы, н а у ч н о й н о в и з н ы и п р а к т и ч е с к о й ц е н н о с т и, а т а к ж е а н а л и зе о б е с п е ч е н и я н а д е ж н о с т и сж аты х элем ен тов ж ел езо бето н н ы х конструкци й при ЧС сей см и ч еско го характера.

Апробация работы и публикации. О с н о в н ы е п о л о ж е н и я р а б о т ы д о л о ж е н ы и обсуж ден ы на м еж дун арод ны х ко н ф ер ен ц и ях «Т еорети чески е и эксп ери м ен тальн ы е и с с л е д о в а н и я с т р о и т е л ь н ы х к о н с т р у к ц и й » (А л м а т ы, 2 0 0 4, 2 0 0 7 г.);

М е ж д у н а р о д н о й н а у ч н о -п р а к т и ч е с к о й конф ерен ции «Региональны е проблем ы эк о л о г и и и б е зо п а с н о с т и ж и з н е д е я т е л ь н о с т и » (А л м а т ы, 2 0 0 2 г.);

М е ж д у н а р о д н о й н а у ч н о п ракти ческой конф еренции «П роблем ы и перспективы разви ти я неф тяной п р о м ы ш л е н н о с т и К а за х с т а н а » (А л м а т ы, 2 0 0 5 г.);

М е ж д у н а р о д н о й к о н ф е р е н ц и и м о л о д ы х у ч е н ы х « С о в р е м е н н о е с е й с м о с т о й к о е с т р о и т е л ь с т в о » (А л м а т ы, 2 0 0 6 г.);

М еж дународной н а у ч н о -п р а к т и ч е с к о й конф ерен ции «С уверенн ы й К а зах с т ан :

п р о ш л о е, н а с т о я щ е е и б у д у щ е е » (А л м а т ы, 2 0 0 6 г.).