Детальная информация

Работа посвящена исследованию влияния усадки и ползучести высокопрочного бетона при нормальных и повышенных температурах на напряжённо‑деформированное состояние изгибаемых и предварительно напряжённых стержневых железобетонных элементов, а также оценке адекватности расчётных моделей, реализованных в действующих нормативных документах. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Выполнить аналитический обзор отечественных и зарубежных исследований ползучести и усадки бетона при нормальных и повышенных температурах, проанализировать применяемые экспериментальные методики и расчётные модели. 2. Проанализировать модели ползучести и усадки бетона, принятые в действующих нормативных документах, и оценить возможность их применения для высокопрочных бетонов и температурных воздействий. 3. Реализовать шаговый вариант метода упругих решений (метод ступенек) для расчёта напряженно‑деформированного состояния стержневых железобетонных элементов с учётом усадки и ползучести бетона. 4. Исследовать влияние усадки и ползучести на напряжённо‑деформированное состояние железобетонных элементов при нормальной температуре для различных схем и процентов армирования. 5. Выполнить расчёт потерь предварительного напряжения от усадки и ползучести в предварительно напряжённых железобетонных элементах при нормальной и повышенной температуре бетона, оценить вклад раздельного и совместного учёта этих факторов. 6. Сопоставить результаты, полученные на основе метода ступенек, с расчётами по СП 63.13330.2018 и СП 27.13330.2017, выявить области согласованности и расхождений, а также ограничения нормативных методик. В работе выполнен комплексный теоретический анализ влияния длительных процессов на работу стержневых железобетонных конструкций. Разработаны и реализованы расчётные алгоритмы шагового варианта метода упругих решений для учёта усадки и ползучести высокопрочного бетона при различных режимах нагрева, получены временные эпюры напряжений в бетоне и арматуре для элементов с различными схемами армирования, определены потери предварительного напряжения от усадки и ползучести при нормальной и повышенной температуре. Показано, что совместный учёт усадки и ползучести приводит к меньшим суммарным потерям по сравнению с простой суммой раздельно рассчитанных составляющих, а влияние длительных процессов существенно возрастает при повышенных температурах и высоких процентах армирования. Установлено, что действующие нормативные методики для высокопрочных бетонов и температурных воздействий могут как завышать, так и занижать фактические потери, что обосновывает целесообразность использования поэтапного расчёта по методу упругих решений при проектировании железобетонных конструкций, работающих в усложнённых температурно‑влажностных условиях.

The study focuses on the influence of shrinkage and creep of high‑strength concrete at normal and elevated temperatures on the stress–strain state of flexural and prestressed reinforced concrete members, as well as on the assessment of the adequacy of design models implemented in current codes of practice. The following research tasks were addressed: 1. To perform an analytical review of domestic and international studies on creep and shrinkage of concrete at normal and elevated temperatures and to analyse the corresponding experimental techniques and calculation models. 2. To analyse the creep and shrinkage models adopted in current design standards and to assess the applicability of these models to high‑strength concrete and to thermal loading. 3. To implement a step‑by‑step version of the elastic solution method (step method) for the analysis of the stress–strain state of reinforced concrete bar elements with allowance for concrete shrinkage and creep, including time‑dependent temperature changes. 4. To investigate the influence of shrinkage and creep on the stress–strain state of reinforced concrete elements at normal temperature for various reinforcement schemes and reinforcement ratios (symmetric and unsymmetric reinforcement). 5. To calculate prestress losses due to shrinkage and creep in prestressed reinforced concrete elements at normal and elevated concrete temperatures and to evaluate the contributions of separate and combined consideration of these factors. 6. To compare the results obtained using the step method with the calculations according to SP 63.13330.2018 and SP 27.13330.2017, to identify domains of agreement and discrepancy, and to reveal the limitations of the code‑based procedures. A comprehensive theoretical analysis of the influence of long‑term processes on the behaviour of reinforced concrete bar structures has been carried out. Calculation algorithms of the step method have been developed and implemented in order to account for shrinkage and creep of high‑strength concrete under various heating regimes; time histories of stresses in concrete and reinforcement have been obtained for elements with different reinforcement layouts, and prestress losses due to shrinkage and creep have been determined for normal and elevated temperatures. It is shown that the combined consideration of shrinkage and creep results in lower total losses compared with the simple sum of separately evaluated components, while the influence of long‑term processes significantly increases at elevated temperatures and high reinforcement ratios. It has been established that current design procedures for high‑strength concrete under thermal actions may either overestimate or underestimate the actual losses, which justifies the use of a step‑by‑step elastic solution method for the design of reinforced concrete structures operating in complex temperature and moisture conditions.