Вплив температури на напруження і деформації залізобетонних конструкцій будівель та споруд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет

«Львівська політехніка»

УДК 624.074.04

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

????? ??????????? ?? ?????????? ? ?????????? ?????????????? ??????????? ???????? ?? ??????

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Халік Наро

Львів - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:доктор технічних наук, професор Барашиков Арнольд Якович, завідувач кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій Київського національного університету будівництва і архітектури.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Корсун Володимир Іванович, завідувач кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій Донбаської національної академії будівництва і архітектури;

кандидат технічних наук, доцент Коваль Петро Миколайович, завідувач кафедри архітектурних конструкцій Національної академії образотворчого мистецтва і архітектури, м. Київ.

Захист відбудеться 11 червня 2010р. о 13⁰⁰ на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.17 у Національному університеті «Львівська політехніка» (79013, м. Львів, вул. Карпінського, 6, II навч. корпус, ауд. 212).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету «Львівська політехніка» (79013, м. Львів, вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий 8 травня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради П. Ф. Xолод.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Світовою практикою експлуатації будівель і споруд доведено, що вплив температурних навантажень, особливо у поєднанні з силовими, призводить до суттєвого змінення експлуатаційних якостей як окремих конструктивних елементів так і споруд у цілому.

Аналіз існуючих літературних джерел свідчить про те, що проблеми оцінювання стану конструкцій, які зазнають термосилових впливів недостатньо вивчені, не розроблені методи відповідних розрахунків.

Основними будівельними матеріалами, які використовують у спорудах з підвищеним тепловиділенням (захисні оболонки реакторів ТЕС і АЕС, металургійні та скляні заводи, димарі, силоси, бункери тощо) є бетон і залізобетон. У зв'язку з цим вивчення характеру роботи бетонних і залізобетонних конструкцій, що сприймають термосилові навантаження виходить на перший план.

Актуальність роботи підтверджується суттєвим збільшенням в останні роки аварій споруд, пов'язаних з температурними впливами великої інтенсивності, таких як вибухи на АЕС, пожежні, стихійні явища (блискавки, вулканічні лави тощо). Обрана тема дисертаційної роботи сприяє вдосконаленню будівельних конструкцій у складних температурних умовах і профілактики пожежної безпеки, що відповідає приоритетним напрямкам розвитку науки і техніки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках держбюджетної тематики кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій КНУБА на 2000-2010 рр. ”Дослідження залізобетонних конструкцій при складних впливах” (проблема ОЦ.031.055.16), номер держ. реєстрації 0197У005390. Автором виконані теоретичні дослідження напруженого стану бетонних і залізобетонних конструкцій при температурних впливах.

Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є аналіз, узагальнення та пропозиції щодо визначення напружено - деформованого стану бетонних і залізобетонних конструкцій при температурних впливах.

Відповідно до зазначеної мети були поставлені такі основні задачі дослідження:

- визначити закономірності та характерні параметри температурних впливів на бетонні і залізобетонні конструкції будівель і споруд.

- проаналізувати і встановити закономірності впливу підвищених і високих температур на властивості бетону, арматури і залізобетону;

- продемонструвати способи розрахунків бетонних і залізобетонних конструкцій на температурні впливи та проаналізувати отримані результати;

- співставити розрахункові напруження і деформації з експериментальними результатами різних авторів;

- навести приклади характерних конструктивних рішень елементів споруд, які зазнають термосилових навантажень.

Об'єкт дослідження - бетонні та залізобетонні конструкції.

Предмет дослідження - напруження і деформації бетонних і залізобетонних конструкцій, що працюють в умовах впливу підвищених температур.

Наукова новизна.

- запропонована класифікація способів забезпечення міцності та ресурсу конструкцій, будівель та споруд, які знаходяться в умовах складних механічних та теплових навантажень;

- проаналізовані, узагальнені та встановлені закономірності змінення фізико-механічних характеристик бетону і арматури в залежності від змінення температури;

- досліджені закономірності зниження зчеплення арматури з бетоном у залізобетонних конструкціях в залежності від підвищення температури;

- на прикладах розрахунків різних бетонних і залізобетонних конструкцій встановлені залежності впливу температури на їх напруження і деформації.

Практичне значення отриманих результатів. Встановлені закономірності змінення фізико-механічних характеристик матеріалів, напружень і деформацій бетонних і залізобетонних конструкцій будівель і споруд в залежності від інтенсивності температурних впливів і зовнішніх зусиль.

Результати роботи можуть бути використані у нормативних документах і дозволяють ефективно проектувати бетонні і залізобетонні конструкції, які працюють в умовах термосилових навантажень.

Особистий внесок здобувача:

- розглянуті основні проблеми міцності та ресурсу будівель і споруд при складних термосилових навантаженнях та проведена класифікація розрахунків для створення надійних конструкцій та будівель;

- проведено узагальнення теплотехнічних властивостей бетону та його складових за результатами експериментальних досліджень;

- проаналізовано та встановлено закономірності зменшення зчеплення арматури з бетоном в залежності від інтенсивності температурних впливів;

- розроблені розрахункові схеми та виконані приклади розрахунків залізобетонних конструкцій з урахуванням температурних впливів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідалися на 67 - 70 науково-практичних конференціях КНУБА у 2006-2009 рр., на семінарах кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій КНУБА та були представлені на конференції у Державному дорожньому науково-дослідному інституті ім. М.П.Шульгіна (Київ, 2008).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані у 4 статтях, усі є науковими фаховими виданнями.

Обсяг та структура роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, основних висновків і списку використаних джерел. Обсяг дисертації становить 134 сторінки, у тому числі 121 сторінка основного тексту, 42 рисунки, 9 таблиць, списку використаних джерел зі 101 найменування.

Основний зміст дисертації

У вступі наведена загальна характеристика дисертаційної роботи, обґрунтована актуальність теми, викладені мета і задачі досліджень, наукова новизна та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі проаналізовано стан проблеми забезпечення міцності та ресурсу залізобетонних конструкцій, які знаходяться в умовах складних термосилових навантажень.

Багато промислових будівель та споруд мають залізобетонні конструкції, які експлуатуються в умовах підвищеного виділення тепла. Одним з найбільш складних за температурними умовами є атомні електростанції (АЕС) та споріднені з ними виробництва - атомні станції теплопостачання (АСТ) та атомні теплоелектроцентралі (АТЕЦ). Температура у приміщеннях зазначених виробництв у період нормальної експлуатації для приміщень, які не обслуговують досягає 60…80⁰С, а для тих, що обслуговують зберігається на рівні 20⁰С. У аварійних ситуаціях у окремих приміщеннях температура піднімається до 150⁰С і, відповідно, різниця температури поверхні стін може досягати 170…180⁰С.

Дослідженнями температурного режиму коксохімічного виробництва встановлено, що максимальні температури на поверхнях конструкцій (наприклад, надворотньої перемички) досягають 250…270⁰С.

Картина суттєво змінюється, коли окрім нагрівання залізобетонна конструкція зазнає замочування, зміну зволожування і відтавання, агресивного середовища, повторних, особливо, знакозмінних навантажень.

Аналізуючи виконані на сьогоднішній день дослідження, проведені у галузі впливу підвищених і високих температур з одночасними силовими факторами тривалої та змінної дії, треба відмітити проведену значну роботу. Широкі дослідження температурних впливів проведені у ДонНАБА під керівництвом професорів О.П.Кричевського і В.І.Корсуна і у ХДТУБА під керівництвом проф. С.Л.Фоміна. Завдяки експериментально - теоретичним дослідженням виконаним у НУВГП під керівництвом проф. Є.М.Бабича, у КНУБА під керівництвом проф. А.Я.Барашикова встановлені закономірності поведінки бетонних і залізобетонних конструкцій під дією малоциклових навантажень при нормальній температурі зовнішнього середовища.

Результати перелічених досліджень не вирішують усіх проблем пов'язаних із визначенням впливу термосилових навантажень на напружений стан бетонних і залізобетонних конструкцій. Аналіз і об'єднання отриманої інформації сприятиме підвищенню надійності будівель і споруд.

Другий розділ присвячений дослідженням впливу підвищених температур на основні фізико-механічні властивості бетону, арматури і залізобетону. Розглянуті теплофізичні властивості бетону і його складових. Встановлено, що для важких бетонів густиною кг/м³ коефіцієнт теплопровідності зі збільшенням температури зменшується.

Ступінь змінення фізико-механічних властивостей бетону залежить від величини температурного впливу, складу бетону, водоцементного відношення, характеристик заповнювача швидкості нагрівання тощо.

Показником зазначених властивостей є величина видовження або укорочення бетонного елемента, яка залежить від його довжини , різниці температур і коефіцієнта температурної деформації . Прирощення лінійної деформації бетонного елемента від температурного перепаду визначають за формулою будівля бетон арматура

1)

Загальний коефіцієнт розширення бетону залежить від багатьох складових та від їх спроможностей до температурного деформування, тобто

2)

- коефіцієнт температурного розширення -ої складової бетону;

- питомий об'єм -ої складової бетонної суміші.

Узагальнення і аналіз експериментальних досліджень засвідчив, що при температурі бетону до 100⁰С величина коефіцієнту зниження міцності бетону становить не більше =0,8, а при температурах вище 100⁰С відбувається різке зниження міцності бетону

Пропонується зниження міцності бетону в залежності від температури визначати за формулою

3)

Фізико-механічні властивості арматурних сталей теж реагують на підвищення температури. Найбільше зниження межі текучості спостерігають у вуглецевих сталей класів А-І (А240С) і А-ІІ (А300С). В цей час температури 200…300⁰С не знижують, а у деяких випадках підвищують межу текучості низьколегованих сталей типу А-ІІІ (А400С). Вплив зазначених температур викликає у вуглецевих сталей зниження межі текучості на 15…30% у порівнянні з ненагрітим металом.

Зроблені узагальнення та аналіз експериментальних досліджень різних авторів дозволяють стверджувати, що вплив підвищеної температури на важкий бетон і арматурну сталь суттєво відрізняються. Зниження міцності бетону відносно більше, ніж арматурні сталі. Так, при температурі 100⁰С найбільше зменшення межі текучості арматурної сталі складає у середньому 7%, тоді коли міцність бетону знижується у межах 28%. При температурі 200⁰С це зниження складає відповідно 15% і 30%.

Підвищена температура суттєво впливає на модуль пружності бетону. Виконані дослідження різних авторів свідчать про зниження модуля пружності звичайного бетону. Так при нагріванні бетону до 60⁰С модуль пружності зменшується на 10…20%. При підвищенні температури бетону спостерігають подальше зниження модуля пружності, яке при 200⁰С може досягати 20…50%.

Підвищення температури нагрівання арматури призводить до зростання значень відносного видовження та відношення величини . Так, для нового виду арматури класу А500С у початковому стані відношення тимчасового опору до межі текучості становить =1,13…1,15. при температурі нагрівання 600⁰С - =1,18…1,34 і при температурі 1000⁰С - =1,37…1,52.

За результатами багатьох експериментальних досліджень встановлено:

1. Склад бетону, у тому числі і витрати цементу впливають на міцність зчеплення арматури з бетоном. Однак, чітку залежність між складом та зменшенням міцності зчеплення встановити не вдалося. При нагріванні зразка до 40…50⁰С міцність зчеплення спочатку може збільшитися до 20%, а потім різко спадає, більш ніж навпіл, у процесі нагрівання до 100…300⁰С.

2. Вплив діаметра арматурного стержня на міцність зчеплення відмічається у межах 20% лише до температури 200⁰С, при цьому для більших діаметрів арматури спостерігають більш інтенсивне зниження міцності зчеплення. При температурі вищій за 500⁰С зчеплення арматури з бетоном практично повністю зникає.

3. Форма профілю арматурного стержня суттєво впливає на міцність зчеплення тільки при висоті ребра більшої за 0,2 мм. При нижчих ребрах міцність зчеплення арматури з бетоном для різних сталей при високих температурах практично однакова для різних профілів.

4. Міцність зчеплення суттєво залежить від міцності бетону на стиск. Чим нижча міцність бетону на стиск, тим помітніше зниження міцності висмикування, особливо після 400⁰С.

5. Зберігання зразків у вологих умовах знижує міцність зчеплення у порівнянні зі зразками, які зберігалися в умовах сухого середовища.

6. Параметри зчеплення суттєво залежать від способу випробування і форми зразка. Встановлено, що випробування на висмикування конусних зразків показали майже у 2 рази більшу міцність зчеплення у порівнянні з циліндричними зразками.

Третій розділ присвячений урахуванню температурних впливів при розрахунку бетонних і залізобетонних конструкцій.

Задача визначення методу розрахунку найбільш адекватного з точки зору напружено-деформованого стану споруди тісно пов'язана з витратами праці та часу для ЕОМ.

Оцінювання оптимальної точності розрахунку з урахуванням допустимих спрощень і гіпотез суттєво залежить від відповідальності споруди, достовірності вихідних даних про навантаження, характеристики матеріалів, умов експлуатації тощо. Кожен клас конструкції повинен мати прийнятні способи розрахунків відповідно до встановлених фізичних законів і чинних державних норм і стандартів.

З метою встановлення різних підходів до розрахунків бетонних і залізобетонних конструкцій у цьому розділі були розглянуті характерні, найбільш часто використовувані конструктивні елементи споруд: рами і плити промислових будівель, а також циліндричні оболонки високого тиску, які знаходяться у складі АЕС.

У рамках поставлених задач розглянуто алгоритм розрахунку залізобетонної рами на температурні впливи з урахуванням усадки і повзучості бетону.

Рама завантажена вертикальними силами N, які прикладені у вузлах і є статично невизначеною системою. Горизонтальні деформації у ригелях від виникаючих у них поздовжніх сил, попереднього обтиску, а також змінення довжини осі ригеля від прогонів малі у порівнянні з температурними деформаціями та деформаціями усадки бетону. У зв'язку з цим для спрощення рішення ригелі приймають абсолютно жорсткими. При визначенні приміщень стояків та згинальних моментів у них стояки розглядають як консолі.

Задаючись зміненням температури у часі, згідно з законом

4)

для визначення невідомих зусиль використовують отримані диференційні рівняння

5)

6)

7)

- коефіцієнт лінійного температурного розширення бетону;

- амплітуда звичайної синусоїди;

- кругова частота;

- період функції , який дорівнює одному року;

- початкова фаза;

8)

- відносна деформація усадки у момент часу ;

- гранична відносна деформація усадки;

- характеристика повзучості залізобетонного ригеля;

- граничне значення характеристики повзучості ригеля.

- постійний параметр

Згинальні моменти у місці защемлення стояків визначають за формулами

9)

При наявності вертикальної сили необхідно враховувати деформовану схему стояка. Для визначення величини моментів і поперечних сил з урахуванням деформованої схеми були використані рішення М.В.Корноухова для стійкої міцності стержнів. Для розглядуваного випадку

10)

11)

12)

- жорсткість стояка, яка змінюється у часі внаслідок повзучості бетону стиснутої зони та тріщиноутворення у розтягнутій зоні

У цьому випадку, згідно з рекомендаціями А.Я.Барашикова, Л.М.Генішти, Й.І. Улицького, зусилля знаходять, використовуючи співвідношення (10) і (11)

13)

14)

- параметри, які залежать від тривалих процесів (температури, повзучості, усадки, і стану перерізів колони (прогресуюче тріщиноутворення)).

Далі розглянутий вплив температури на напруження, деформації та кривизни бетонної плити фундаменту, яка у загальному вигляді може бути додатково навантажена різними зусиллями та впливами.

Як приклад наведені значення зусиль у плиті висотою , яка вільно оперта на усі чотир грані та знаходиться під впливом температури, що змінюється за законом

15)

У цьому випадку напруження у часі за напрямками осей та визначають за формулами

16)

17)

Циліндричні оболонки з товстими стінками використовують у корпусах атомних реакторів ТЕС і АЕС, посудинах високого тиску, обробках гірських тонелей, у нижніх частинах димарів тощо.

Нерівномірне нагрівання викликає неоднакові температурні видовження зон з різною температурою, що призводить до обмеження деформацій та появи температурних напружень. Нерівномірне нагрівання може бути викликане як внутрішніми джерелами тепла (наприклад, екзотермія цементу), так і зовнішніми (кліматичними, технологічними тощо).

Розглядається товстостінний циліндр, який зазнає нерівномірне прогрівання по товщині. Вважають, що розподілення температури у стінках циліндра залежить тільки від відстані від центру до розглядуваної точки перерізу , тобто розглянута плоска осесиметрична задача. За розрахункову схему прийнято нерівномірно нагрітий диск постійної товщини з внутрішнім радіусом і зовнішнім радіусом . Зовнішня поверхня має температуру , а внутрішня - .

Отримані співвідношення для визначення радіальних і кільцевих напружень

18)

19)

- параметр, який визначає величину температури середньої точки

Розподілення температури в перерізах масивних і середньої масивності бетонних і залізобетонних конструкцій, які знаходяться на відкритому повітрі або зазнають періодичних впливів технологічних температур, визначають методами теорії теплопровідності з урахуванням технологічних даних.

У багатьох розрахунках конструкцій використовують температурну кривизну , яка залежить від температурного перепаду. У цьому випадку відносну деформацію можна визначити за формулою

20)

а кривизну

21)

- коефіцієнт лінійного розширення матеріалу;

22)

- висота поперечного перерізу

У четвертому розділі вміщені приклади розрахунку на температурні впливи характерних конструкцій із бетону та залізобетону. У цих розрахунках використані результати досліджень, виконаних автором дисертації у попередніх розділах. За результатами розрахунків відмічені особливості роботи конструкцій при дії підвищених і високих температур.

Отримані результати розрахунку залізобетонної рами на тривалі дії температури, усадки та повзучості бетону встановили, що для визначення реальних характеристик напружено-деформованого стану несучих залізобетонних конструкцій стояків необхідне урахування тривалих процесів, а також змінення жорсткості внаслідок тріщиноутворення та деформованої схеми.

Чисельні дослідження на ЕОМ за допомогою ПК ЛИРА 9.4 напружено-деформованого стану залізобетонних плит при підвищених і високих температурах (від 0 до 1000⁰С) встановили, що найбільш небезпечним випадком є вплив температур на плиту з одного боку. При цьому напружено-деформований стан плити при температурних впливах може суттєво змінюватися в залежності від способу закріплення елемента.

Запропонована методика розрахунку на температурні впливи товстостінних циліндричних оболонок, які часто застосовують у атомних реакторах, дозволяє визначити закон розподілення температур по товщині. Аналіз результатів свідчить, що у радіальному напрямку розтягуючі напруження можуть досягати 3 МПа. Тангенціальні (кільцеві) розтягуючі напруження мають суттєво більші значення і можуть перевищувати 16 МПа. Одночасно з цим відмічаються стискаючі напруження, значення яких не перевищує 14 МПа. Відповідно до отриманих напружень здійснюють конструювання залізобетонних захисних оболонок корпусів атомних реакторів.

Для попередження утворення нормальних тріщин при натягу попередньо напруженої арматури, а також можливого розшарування виконують поперечне армування циліндричних оболонок.

Необхідну кількість поперечної арматури визначають з рівняння

- розрахунковий опір поперечної арматури;

- площа перерізу поперечної арматури;

- кількість поперечних стержнів на одиницю довжини;

- крок поперечних стержнів;

- зусилля попереднього напруження арматури з урахуванням втрат;

- середній радіус перерізу циліндричної оболонки;

- умовний коефіцієнт запасу;

В дисертації наведені приклади конструювання корпусу реактора, який дає змогу визначити особливості конструктивних рішень зазначених складних споруд.

Загальні висновки

1. Визначена проблема міцності та ресурсу конструкцій будівель і споруд при складних термосилових навантаженнях. Наведена класифікація питань, які мають бути вирішені для забезпечення надійної експлуатації споруди в умовах термосилових навантажень.

2. Досліджені, проаналізовані та узагальнені змінення теплофізичних властивостей різних бетонів та їх складових у процесів нагрівання. Відзначено, що підвищення температури суттєво на міцнісні та деформативні властивості бетону; набагато знижується початковий модуль пружності важкого бетону.

3. Відмічено зниження фізико-механічних характеристик арматурних сталей. При цьому зниження межі текучості вуглецевих сталей значно більше, ніж низьколегованих. Аналізом експериментальних даних встановлено, що міцність арматурної сталі з підвищенням температури знижується відносно значно менше, ніж міцність бетону.

4. Обробка, аналіз і узагальнення експериментальних даних, отриманих у Німеччині, Росії, Україні та інших державах, свідчать про те, що зі збільшенням температури відбувається суттєве зменшення зчеплення арматури з бетоном у залізобетонних конструкціях.

5. Узагальнюючи досвід проектування і експлуатації будівель і споруд в умовах температурних навантажень, автор дійшов висновку, що вплив температури необхідно враховувати в таких основних випадках: 1) при нерівномірному нагріванні; 2) при суттєвих технологічних тепловиділеннях; 3) при складних кліматичних умовах (суворий або жаркий клімат).

6. Для визначення найбільш близького до реального напружено-деформованого стану залізобетонних конструкцій та споруд слід враховувати специфічні для залізобетону властивості: армування, тривалі процеси усадки і повзучості бетону, прогресуючого тріщиноутворення у розтягнутій зоні. При цьому треба брати до уваги закони розподілення температур у перерізах масивних та середньої масивності бетонних і залізобетонних конструкцій, які зазнають технологічних термосилових навантажень.

7. Виконані приклади розрахунків на температурні впливи трьох характерних видів конструктивних елементів: лінійних конструкцій (залізобетонних стояків), які знаходяться у складі рам багатопрольотних одноповерхових промислових споруд; залізобетонних плит, які використовують у складі будь-яких будівель, товстостінних циліндричних оболонок, що, як правило, використовують у захисних оболонках атомних реакторів. За результатами розрахунків зазначених конструкцій відмічені особливості їх роботи при дії термосилових навантажень.

8. Отримані результати розрахунків дозволяють раціонально конструювати несучі елементи споруд (залізобетонні рами, плити покрить та перекрить, захисні оболонки залізобетонних корпусів атомних реакторів), що зазнають температурних впливів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Халік Наро. Урахування температурних впливів при розрахунку фундаментних плит /Халік Наро //Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди.- Рівне: НУВГП, 2007.-Вип.15.-С.323-328.

2. Халік Наро. Міцність зчеплення арматури з бетоном при підвищених та високих температурах /Халік Наро //Дороги і мости.-К.: ДерждорНДІ, 2008.- Вип..10.- С.190-194.

3. Барашиков А.Я. Теплотехнічні властивості бетону /Барашиков А.Я., Колякова В.М., Халік Наро //Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Зб. наук. праць.- Рівне: НУВГП, 2008.-Вип.17.- С. 3-7.

4. Барашиков А.Я. Проблеми міцності та ресурсу конструкцій будівель і споруд при малоцикловому навантаженні /Барашиков А.Я., Пастернак М.М., Халік Наро //Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Зб. наук. праць.- Рівне: НУВГП, 2008.-Вип.17.- С. 289-395.

Анотація

Халік Наро. Вплив температури на напруження і деформації залізобетонних конструкцій будівель і споруд.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2010.

Запропонована класифікація способів забезпечення міцності та ресурсу конструкцій, будівель і споруд, які знаходяться в умовах складних механічних і теплових навантажень.

На базі чисельних досліджень, виконаних у Німеччині, Росії, Білорусі, Україні та інших державах, проаналізовані, узагальнені та встановлені закономірності змінення фізико-механічних характеристик бетону і арматури, в тому числі сучасних профілів, в залежності від рівня підвищення температури.

За результатами аналізу даних багатьох досліджень встановлені закономірності зниження зчеплення арматури з бетоном у залізобетонних конструкціях в залежності від величини температурного впливу.

На прикладах розрахунків характерних бетонних і залізобетонних конструкцій (стержневих , плитних, оболонкових) встановлений вплив підвищених і високих температур на їх напруження і деформації.

Результати роботи можуть бути використані в нормативних документах і дозволяють ефективно проектувати бетонні та залізобетонні конструкції, які працюють в умовах термосилових навантажень.

Ключові слова: бетон, залізобетон, температурні впливи, напружено-деформований стан, міцність та деформації бетонних і залізобетонних конструкцій.

Аннотация

Халик Норо. Влияние температуры на напряжения и деформации железобетонных конструкций зданий и сооружений.- Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. - Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2010.

Диссертация посвящена исследованию влияния повышенных и высоких температур на физико-механические свойства бетона и арматуры, а также на напряженно- деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций.

В первом разделе проанализовано состояние проблемы обеспечения ресурса железобетонных конструкций, которые находятся в условиях сложных термосиловых воздействий. Приведены исследования влияния температуры на различные виды железобетонных конструкций сооружения со значительными технологическими тепловыдилениями. Проанализировано состояние железобетонных конструкций на предприятиях, работающих в условиях постоянного воздействия высоких и повышенных температур: реакторных отделений АЭС, АСТ и АТЭЦ, в коксохимическом производстве, на металлургическом заводе в стекольном производстве, в силосах, трубах и многих других сооружениях.

В разделе отмечено, что на сегодняшний день в Украине многими учереждениями и вузами (ДонНАСА, КНУСА, НУВХП, ХГУСА) проведены работы по изучению влияния переменных силовых и тепловых воздействий. Однако результаты проведенных исследований не решают всех проблем по определению влияния термосиловых нагрузок на прочность, напряжения и деформации зданий и сооружений в целом.

Второй раздел посвящен исследованиям влияния повышенных температур на основные физико-механические характеристики бетона и его составляющих. Степень изменения прочности и деформативности бетона зависит от величины температурного воздействия, состава бетона, водоцементного отношения, характеристик заполнителя, его влажности, скорости нагревания и т.п.

Установлено, что физико-механические свойства арматурной стали также реагируют на повышение температуры. Наибольшее снижение предела текучести наблюдается в углеродных сталях классов А-I (А240С) и A-II (А300С). В то же время температуры 200…300⁰С не снижают, а в некоторых случаях повышает предел текучести низколегированных сталей типа A-III (А400С, А500С). Влияние упомянутых температур вызывает у углеродных сталей снижение предела текучести на 15…20% по сравнению с ненагретым металлом.

Обобщение и анализ данных исследований различных авторов позволяют утверждать, что влияние повышенной температуры на тяжелый бетон и арматурную сталь существенно отличаются. Снижение прочности при нагреве бетона относительно больше, чем стали. Например, при температуре 100⁰С наибольшее снижение предела текучести арматурной стали составляет в среднем 7%, тогда как прочность бетона снижается в пределах 28%.

Анализ экспериментальных исследований ученых многих стран (Белоруссии, Дании, Германии, России, Украины и др.) свидетельствует, что с увеличением температуры существенно уменьшается сцепление арматуры с бетоном железобетонных конструкций. Установлены закономерности этого снижения в зависимости от величины нагрева железобетонного элемента, прочности бетона и арматуры, профиля арматурного стержня, вида напряженного состояния и.т.п.

Третий раздел посвящен учету температуры воздействий при расчете отдельных бетонных и железобетонных конструкций, а также зданий и сооружений в целом.

В рамках поставленных задач рассмотрен алгоритм расчета железобетонной рамы на температурные воздействия с учетом усадки и ползучести бетона. При этом учтены специфические свойства железобетона: прогрессирующее трещинообразование и деформированная схема сооружения.

Рассмотрено влияние температуры на напряжения, деформации и кривизны бетонной плиты фундамента, которая в общем виде может быть дополнительно нагружена различными воздействиями (температурными, ветровыми, испарениями влаги и т.п).

Определено напряженно-деформированное состояние толстостенной цилиндрической бетонной оболочки при неравномерном нагревании.

Получены результаты распределения температуры по сечениям массивных и средней массивности бетонных и железобетонных конструкций, которые находятся на открытом воздухе или испытывают периодические воздействия технологических температур.

В четвертом разделе приведены примеры расчета на температурные воздействия характерных конструкций из бетона и железобетона. В качестве примера рассчитаны параметры напряженно-деформированного состояния стоек железобетонной рамы при воздействии на нее климатических колебаний температур.

Выполнены численные исследований на ЭВМ напряженно-деформированного состояния железобетонных плит при высоких температурах.

Предложена методика расчета на температурные воздействия толстостенных цилиндрических оболочек, которые часто используют в атомных реакторах. Приведены примеры конструирования корпуса реактора с учетом особенностей расчетного напряженно-деформированного состояния.

В выводах сформулированы основные результаты, отражающие решение научной задачи, которая заключается в разработке методики оценки влияния повышенных и высоких температур на напряженно-деформированное состояние наиболее часто используемых бетонных и железобетонных конструкций

Ключевые слова: бетон, железобетон, температурные воздействия , напряженно-деформированное состояние, прочность и деформации бетонных и железобетонных конструкций.

Abstract

Khalik Nahro. Effect of temperature on the stress and deformation of reinforced concrete structures of buildings and structures .- Мanuscript.

Dissertation for application of scientific degree of the candidate of the technical sciences by specialty 05.23.01 - “ Building structures, buildings and construction”. Kyiv National University of Construction and Architecture, Kyiv, 2010

The proposed classification methods of strength and resource structures, buildings and structures that are under complex mechanical and thermal loads. On the basis of numerical studies carried out in Germany, Russia, Belarus, Ukraine and other states, reviewed, compiled and installed changing patterns of physical and mechanical properties of concrete and reinforcement, including current accounts, depending on the level of temperature increase. The analysis of data of many studies established laws reduce clutch armature reinforcement in concrete structures depending on the amount of temperature influence. In typical examples are concrete and concrete structures (plate, shell) The influence of elevated and high temperatures on their stress and strain. The results can be used in the regulations and to effectively design and reinforced concrete structures that are under temperature effects loads.

Key words: concrete, reinforced concrete, temperature effects, stress-strain behavior, strength and deformation of concrete and reinforced concrete structures.

Размещено на Allbest.ru

...