Экспериментальное определение коэффициентов закона Пэриса для моделирования процесса коррозионно-усталостного разрушения арматуры пролетных строений железобетонных мостов

Многообразие природных и техногенных факторов и сложность железобетона с точки зрения расчета делают проблему определения срока службы железобетонных пролетных строений многогранной и комплексной. Наряду с этим в России дан старт строительству высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва – Санкт-Петербург, что делает проблему долговечности железобетонных пролетных строений мостов еще более актуальной. Выполнение требования СП 453.1325800 об обеспечении срока службы в 100 лет является на данный момент для проектировщика труднодостижимым, кроме того, нет способов проверки выполнения этого требования. Железобетонные мосты в условиях ВСЖМ будут подвергаться значительным динамическим воздействиям, что в совокупности с агрессивной средой может значительно снизить срок службы сооружения. В данной статье рассматривается модель расчета коррозионноусталостной долговечности как одного из аспектов методики прогнозирования срока службы моста с учетом динамической нагрузки. Данный вид деградации железобетона вызывается комбинированным действием питтинговой коррозии арматуры и циклической нагрузки, которое приводит к зарождению и росту усталостной трещины в арматурном стержне. Проанализированы способы расчета времени роста трещины в арматуре до критической величины, выделен закон Пэриса как широко применяемый в механике разрушения. Проблема применения закона Пэриса заключается в коэффициентах материала, определяемых эмпирическим путем. При анализе зарубежной литературы обнаружено, что коэффициенты могут зависеть не только от материала, но и от конкретного сплава. Была поставлена задача провести эксперимент, позволяющий определить коэффициенты закона Пэриса для арматурной стали марки 25Г2С, которая широко используется в пролетных строениях мостов. Испытание проводилось с использованием вибромашины и образцов арматуры с начальным концентратором напряжений. По результатам эксперимента были определены коэффициенты уравнения Пэриса для арматурной стали 25Г2С, что позволит использовать их в методике предсказания развития усталостной трещины.

1. Селяев В. П. Расчет долговечности железобетонных конструкций // Вестник Мордовского университета. 2008. № 4. С. 140–149.

2. Бокарев С. А., Яшнов А. Н., Прибытков С. С. Концепция системы управления состоянием инженерных сооружений на железных дорогах России // Политранспортные системы : материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия – ЕС «Научные проблемы реализации транспортных проектов в Сибири и на Дальнем Востоке». Новосибирск, 2015. С. 92–98.

3. Бокарев С. А., Прибытков С. С., Ефимов С. В. Остаточный ресурс железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20, № 3. С. 169–183.

4. Sun J., Ding Z., Huang Q. Corrosion fatigue life prediction for steel bar in concrete based on fatigue crack propagation and equivalent initial flaw size // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 195. P. 208–217. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.056.

5. Probabilistic lifetime assessment of RC structures under coupled corrosion-fatigue deterioration / Emilio Bastidas-Arteaga, Philippe Bressolette, Alaa Chateauneuf, Mauricio Sanchez-Silva // Structural Safety. 2009. Vol. 31. Р. 84–96.

6. Assessment of fatigue resistance of concrete: S-N curves to the Paris’ law curves / P. Miarka, S. Seitl, V. Bilek, H. Cifuentes // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 341. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127811.

7. Sobieck Tyler, Atadero Rebecca A., Mahmoud Hussam N. Fatigue Crack Propagation of Notched Steel Rebar in RC Beams Repaired with Externally Bonded CFRP // Journal of Composites for Construction. 2014. Vol. 19, No. 5. 11 p.

8. Глушков С. П, Соловьев Л. Ю., Соловьев А. Л. Экспериментальная оценка долговечности сварных металлических пролетных строений мостов методом инфракрасной термографии // Строительство и архитектура. 2018. № 2 (45). C. 63–71.

9. BS 7910. Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic structures. British Standards Institution (BSI). London, 2013. 306 p.

10. Barsom J. M., Rolfe S. T. Fracture and fatigue control in structures: Applications of fracture mechanics. Butterworth-Heinemann, Woburn, MA, 1999. 562 p.

11. Ефремов Г. А., Мячин В. Н., Шестовицкий Д. А. Влияние циклической нагрузки на коррозионноусталостную долговечность пролетных строений железобетонных мостов // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2023. № 3 (66). С. 51–60.