Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований 13
1.1. Методы зимнего бетонирования монолитных строительных конструкций 13
1.1.1. Классификация методов зимнего бетонирования монолитных строительных конструкций 13
1.1.2. Температурные режимы выдерживания бетона 16
1.1.3. Нормативные температурные ограничения 20
1.1.4. Расчетное обоснование параметров зимнего бетонирования монолитных конструкций 24
1.2. Средства вычислительной математики и современные информационные технологии численной реализации математических моделей динамики температурного поля и прочности бетона 26
1.2.1. Дифференциальное уравнение теплопроводности свежеуложенного бетона 26
1.2.2. Количественный учет процесса нарастания прочности бетона 29
1.2.3. Количественный учет объемно-распределенного источника тепла экзотермического типа 36
1.3. Методы и последовательность технологических операций при зимнем бетонировании несущих монолитных каркасов зданий... 37
1.3.1 Бетонирование одиночных колонн 37
1.3.2. Синхронное бетонирование двух смежных колонн и диафрагмы 38
1.3.3. Бетонирование плиты перекрытия 39
1.4. Основные выводы и задачи исследований 40
2. Управляемые температурные режимы тепловой обработки бетона 43
2.1. Управляемый температурный режим тепловой обработки бетона в оптимальном температурном диапазоне 43
2.1.1. Прогрев бетона электрическими нагревательными проводами з
2.1.2. Электродный прогрев бетона 47
2.2. Управляемый ступенчатый температурный режим разогрева и остывания бетона 49
2.3. Контроль и регулирование температурного режима бетона с про-тивоморозными добавками 51
2.4. Экспериментальные исследования в лабораторных условиях удельного электрического сопротивления бетона на Искитим ском (Новосибирская область) портландцементе 53
2.4.1. Методика исследований 53
2.4.2. Результаты исследований удельного электрического со- » противления бетона 56
3. Зимнее бетонирование одиночных колонн и плит перекрытий монолитных каркасов зданий 63
3.1. Методы и последовательность производства работ 63
3.2. Зимнее бетонирование плиты перекрытия, сопрягаемой с ранее забетонированной одиночной колонной 76
4. Зимнее синхронное бетонирование смежных колонн и диафрагмы с последующим бетонированием плит перекрытий монолитных каркасов зданий 85
4.1. Синхронное бетонирование смежных колонн и диафрагмы 85
4.2. Бетонирование плиты сопрягаемой с забетонированными колоннами и диафрагмой 95
5. Зимнее бетонирование конструкций монолитного каркаса здания на пересечении улиц Свердлова-Советская в г. Новосибирске 102
5.1. Общие сведения об объекте 102
5.2. Расчетное обоснование параметров зимнего бетонирования мо нолитного каркаса 107
5.2.1. Методы и последовательность производства работ 107
5.2.2. Расчет необходимой тепловой мощности нагревателей и электрической сети нагревательных проводов (реализованный вариант) 109
6. Основные выводы 120
Список литературы
- Расчетное обоснование параметров зимнего бетонирования монолитных конструкций
- Прогрев бетона электрическими нагревательными проводами
- Зимнее бетонирование плиты перекрытия, сопрягаемой с ранее забетонированной одиночной колонной
- Расчет необходимой тепловой мощности нагревателей и электрической сети нагревательных проводов (реализованный вариант)
Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях строительства возросшие объемы зимних бетонных и железобетонных работ, дефицит электроэнергетических ресурсов и их высокая стоимость, а также повышение требований к качеству зимнего бетонирования монолитных строительных конструкций, обусловили необходимость пересмотра традиционного подхода как к выбору метода зимнего бетонирования, так и к расчетному обоснованию параметров выбранного метода. Это, в свою очередь, вызвало необходимость решения актуальных научно-технических задач, связанных с разработкой технических средств контроля выполнения нормативных температурных ограничений на стадиях проектирования и производства работ. Вместе с тем, как показал проведенный автором анализ состояния вопроса по теме диссертационной работы, несмотря на чрезвычайную важность выполнения нормативных температурных ограничений (гарантирующих отсутствие перегрева или не-догрева бетона, в том числе в местах теплового контакта бетона с нагревателями и в местах теплового примыкания свежеуло-женного бетона к бетону ранее забетонированных конструкций, а также допустимая скорость перестройки температурного поля после включения и выключения нагревателей), до настоящего времени не созданы технические средства, позволяющие, с одной стороны, надежно контролировать выполнение указанных ограничений, с другой стороны, обеспечить существенное энергосбережение за счет полезного использования тепловой инерции бетона при зимнем бетонировании среднемассивных конструктивных элементов монолитных каркасов зданий. Этот же анализ показал, что наиболее распространенные в строительной практике методы прогрева бетона (его прогрев электрическими нагревательными проводами (ЭНП) и электродный прогрев (ЭП)) применяют в сочетании с изотермическим выдерживанием, что не позволяет, во-первых, полезно использовать тепловую инерцию бетона для достижения существенного энергосбережения, во-вторых, достоверно прогнозировать процесс нарастания прочности бетона из-за выраженной суточной динамики
температуры изотермического выдерживания бетона, обусловленной суточной динамикой температуры воздуха.
Цель диссертационной работы - практическая реализация концепции управляемых температурных режимов выдерживания бетона (управляемого температурного режима его тепловой обработки в оптимальном температурном диапазоне, исключающего перегрев и недогрев бетона путем своевременного соответственно выключения и включения нагревателей, а также управляемого ступенчатого температурного режима разогре-. ва и остывания бетона, исключающего превышение предельно допустимой скорости перестройки температурного поля путем регулирования (при необходимости) тепловой мощности нагревателей) при существенной экономии энергетических ресурсов.
Основная идея исследований состоит в нетрадиционном подходе к решению научных задач проблемы зимнего бетонирования монолитных строительных конструкций с использованием широких возможностей метода математического моделирования сложных физических и организационно-технологических процессов в сочетании с современными средствами вычислительной математики и с современными информационными технологиями.
Задачи исследований:
1.,Научное обоснование и практическая реализация управляемых температурных режимов выдерживания бетона (управляемого температурного режима тепловой обработки бетона в оптимальном температурном диапазоне и управляемого ступенчатого температурного режима разогрева и остывания бетона, уменьшающего (при необходимости) тепловую мощность нагревателей при разогреве бетона или частично включающих тепловую мощность нагревателей при остывании бетона для двух альтернативных, методов его прогрева (прогрев ЭНП и электродный прогрев) при зимнем бетонировании: 1) одиночных колонн с последующим бетонированием плит перекрытий монолитных каркасов зданий; 2) смежных колонн и глухой диафрагмы или диафрагмы с проемом с последующим бетонированием плит перекрытий монолитных каркасов зданий.
Для практической реализации управляемого температурного режима электродного прогрева бетона в оптимальном температурном диапазоне, а также для реализации концепции тройного управления электродным прогревом бетона: 1) управление температурным режимом прогрева бетона в оптимальном температурном диапазоне путем своевременного включения и выключения нагревателей; 2) управление тепловой мощностью нагревателей путем переключения напряжения тока или изменения схемы коммутации электродов; 3) управление удельным электрическим сопротивлением бетона путем предварительного (до начала бетонирования) введения в бетонную смесь расчетного количества противоморозной добавки, необходимо провести экспериментальные исследования в лабораторных условиях удельного электрического сопротивления бетона на Чернореченском (Новосибирская область) портландцементе, затворенного как на воде, так и на растворе нитрита натрия в расчете на -5 и -10С, при температуре выдерживания 30, 40, 50 и 60С.
Численная реализация разработанных математических моделей динамики температурного и прочностного полей в бетоне должна, во-первых, обеспечить более аргументированное обоснование необходимой величины суммарной тепловой мощности нагревателей, во-вторых, адаптировать математические модели к нормативным инструментальным измерениям температуры бетона путем замены ГУ III и IV родов на ГУ I рода (показания термодатчиков), что, в свою очередь, позволит в условиях строительных объектов оперативно рассчитывать масштабное температурное поле и контролировать выполнение нормативных температурных ограничений.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:
1. Научно обоснованы и практически реализованы управляемые температурные режимы выдерживания бетона при зимнем бетонировании конструктивных элементов монолитных каркасов зданий: 1) управляемый температурный режим тепловой обработки бетона в оптимальном температурном диапазоне, исключающий перегрев и недогрев бетона за счет своевременного
выключения и включения нагревателей при существенном энергосбережении за счет полезного использования тепловой инерции бетона; 2) управляемый ступенчатый температурный режим разогрева и остывания бетона, при необходимости снижающий тепловую мощность нагревателей при превышении предельно допустимой скорости разогрева бетона или частично включающий тепловую мощность нагревателей в случае превышения предельно допустимой скорости остывания бетона.
Для практической реализации концепции тройного управления электродным прогревом бетона в Западно-Сибирских регионах проведены экспериментальные исследования в лабораторных условиях удельного электрического сопротивления бетона на Чернореченском портландцементе, затворенного как на воде, так и на растворе нитрита натрия в расчете на -5 и -10С, при температуре выдерживания образцов 30, 40, 50 и 60С. Полученные экспериментальные данные достаточно достоверно (погрешность 0,1-Ю,5%) проинтерполированы уравнениями регрессии с их включением (при необходимости) в разработанные математические модели.
Численная реализация разработанных математических моделей динамики температурного поля и прочности бетона для двух альтернативных методов его прогрева (ЭНП и ЭП) и для двух температурных режимов (традиционного температурного режима тепловой обработки бетона с его изотермическим выдерживанием и управляемых температурных режимов) позволила создать технические средства (программные продукты), обеспечивающие гарантированное выполнение на стадии проектирования нормативных температурных ограничений при зимнем бетонировании конструктивных элементов монолитных каркасов зданий.
4. С целью обеспечения возможности контроля выполнения
нормативных температурных ограничений непосредственно при
проведении зимних бетонных и. железобетонных работ с ис
пользованием результатов измерений температуры бетона про
граммные продукты, разработанные автором при решении за
дач, указанных в п. 3, адаптированы к результатам нормативных
инструментальных измерений путем замены в математических
моделях ГУ III и IV родов на ГУ I рода (показания установленных термодатчиков), что дает возможность в условиях строительного объекта оперативно рассчитывать масштабно-объемное температурное поле и контролировать выполнение нормативных температурных ограничений в процессе проведения требуемого нормативными документами производственного контроля качества проводимых работ.
Практическая значимость полученных результатов заключается, во-первых, в разработке технических средств контроля нормативных температурных ограничений как на стадии проектирования, так и на стадии производства работ, при зимнем бетонировании конструктивных элементов монолитных каркасов зданий (с помощью разработанных программных продуктов), во-вторых, в существенном энергосбережении.
Достоверность полученных результатов подтверждается:
достоверностью математических моделей, 90-95% элементов которых являются математической формализацией объективного закона сохранения энергии, применением абсолютно устойчивой и абсолютно сходимой неявной разностной схемы дробных шагов при численной аппроксимации дифференциальных уравнений теплопроводности бетона и классических ГУ III рода;
применением современной цифровой приборной базы в комплекте с термодатчиками при проведении экспериментальных исследований удельного электрического сопротивления бетона в лабораторных условиях (паспортная величина погрешности 0,25%) и современных информационных технологий для представления результатов исследований в виде уравнений регрессии (погрешность 0,1-Ю,5%); 3) хорошим совпадением данных предварительных расчетов с данными измерений на строящемся объекте в г. Новосибирске.
Личный вклад автора. Лично автором: 1) освоен и эффективно применен для решения поставленных задач нетрадиционный метод решения актуальных научно-технических задач, основанный на синтезировании таких областей знаний, как технология строительных процессов, строительная теплофизика и математическое моделирование сложных физических и организационно-технологических процессов в сочетании с современны-
ми средствами вычислительной математики (Удостоверение №12905/8/01 от 29.04.2008 г. о повышении квалификации специалистов и преподавателей при ГОУ ВПО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сиб-стрин)» по курсу «Численная аппроксимация эллиптических и гиперболических дифференциальных уравнений краевых задач» в объеме 72 часа); 2) проведены экспериментальные исследования в лабораторных условиях удельного электрического сопротивления бетона на Чернореченском портландцементе; 3) в режиме требований нормативных документов проведены измерения температуры бетона с занесением их результатов в журнал работ в процессе зимнего бетонирования конструкций монолитного каркаса при строительстве административного здания на пересечении улиц Советская и Орджоникидзе в г. Новосибирске зимой 2005/2006 г.; 4) разработанные программные продукты адаптированы к результатам температурных измерений с целью контроля выполнения нормативных температурных ограничений на стадии производства работ.
Апробация основных результатов исследований. Основные результаты доложены на 63-й (2006 г.) и 64-й (2007 г.) научно-техн. конф. НГАСУ (Сибстрин), на I и II Всероссийских научно^ техн. конф. «Актуальные проблемы строительной отрасли» (Новосибирск, соответственно 2008 и 2009 г.), а также на II Между-нар. научно-практ. конф. «Развитие вуза через развитие науки» (2 доклада, Тольятти, 2008 г).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в семи печатных трудах, в том числе три статьи в журнале с внешним рецензированием по списку ВАК («Известия вузов. Строительство»), а также в сборнике докладов на Междунар. научно-практ. конф. (два доклада) и в сборнике тезисов докладов на двух Всеросс. научно-техн. конф. Результаты исследований автора опубликованы также: 1) в монографии [Молодин В.В. Бетонирование монолитных строительных конструкций в зимних условиях: монография/В.В. Молодин, Ю.В. Лунев. - Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин), 2006. - 300 с. Указанное во Введении совместное (с авторами) написание 3-й главы «Зимнее бетонирование несущих монолитных каркасов
жилых и гражданских зданий». Молодин В.В. Зимнее бетонирование монолитных строительных конструкций: рекомендовано Новосибирским региональным отделением УМО РФ в качестве учебного пособия /В.В. Молодин. - Новосибирск: НГАСУ (Сиб-стрин), 2007. - 184 с. Указанное во Введении совместное (с В.В. Молодиным) написанием 4-й главы «Зимнее бетонирование несущих монолитных каркасов жилых и гражданских зданий»)].
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (138 наименований), приложения, 64 рисунков, 27 таблиц, и изложена на 163 страницах.
Расчетное обоснование параметров зимнего бетонирования монолитных конструкций
При превышении же максимально допустимой температуры бетона происходят необратимые изменения его капиллярно-пористой структуры, что, в свою очередь, также приводит к существенному недобору прочности. А если температура бетона, не набравшего критическую прочность, понижается ниже температуры замерзания воды (обычные бетоны) или ниже температуры замерзания раствора затворения (бетоны с противоморозными добавками), то из-за увеличения объема водной составляющей при ее замерзании (примерно на 9%) происходит разрыв капиллярно-пористой структуры цементного камня с полным разрушением конструкции. В частности, С.Г. Головневым [23] описан случай обрушения в марте 2004 г. плиты перекрытия и плит лоджий 15 этажей при строительстве 16-этажного монолитного дома в г. Челябинске из-за замораживания бетона в раннем возрасте (до набора им критической прочности).
Несмотря на чрезвычайную важность гарантированного выполнения температурных ограничений СНиП 3.03.01-87 , Ю.А. Поповым [82-86 и др.] доказано, что технические средства для контроля температурных ограничений как на стадии проектирования, так и непосредственно при производстве зимних бетонных и железобетонных работ, в том числе при контакте бетона с нагревателями или в местах теплового примыкания свежеуложенного бетона к бетону ранее забетонированных конструкций, могут быть разработаны только с ис-пользования метода математического моделирования сложных физических и организационно-технологических процессов в сочетании с современными средствами вычислительной математики и с современными информационными технологиями. Именно с этих позиций автором совместно с В.В. Молодиным [107, 109-110] была сделана попытка обосновать физические и трехмерные математические модели динамики температурного поля и прочности бетона конструктивных элементов монолитных каркасов зданий при зимнем бетонировании одиночных колонн с более поздним бетонированием сопрягаемых плит перекрытий, а также при зимнем синхронным бетонировании двух смежных колонн и диафрагмы (глухой или с проемом) и с более поздним бетонированием сопрягаемых плит перекрытий. Однако в указанных литературных источниках, во-первых, при трехмерной постанове математических моделей их численная аппроксимация была проведена по схеме двухмерной постановки (без контроля температуры свежеуложенного бетона в местах его примыкания к ранее забетонированным конструкциям), во-вторых, при наличии двух альтернативных методов прогревного выдерживания бетона с применением электрических нагревательных проводов и с его электродным прогревом был рассмотрен только один ( прогрев бетона электрическими нагревательными проводами). Вместе с тем, по данным С.А. Миронова [45], А.В. Лагойды и др. [55] электродный прогрев бетона имеет целый ряд положительных качеств: более высокий (на 10-12%) тепловой КПД при сквозном прогреве бетона колонн, балок, буронабив-ных свай и других протяженных конструкций струнными электродами; возможность (в случае необходимости) оперативной практической реализации электродного прогрева, более быстрый разогрев свежеуложенного бетона с более равномерным температурным полем и др.
По данным Ю.А. Попова [82-86] все методы расчетного обоснования параметров прогревного выдерживания бетона условно можно отнести к одной из следующих двух групп: 1) методы, основанные на интегральном учете теплового баланса бетона (А.Є. Арбеньев [4,7 и др.], Б.А. Крылов [43 и др.], С.А. Миронов [45 и др.] и др., а также действующие нормативные документы [76,78 и др.]; 2) методы, основанные на аналитическом решении краевых задач (А.И. Гныря [26 и др.], С.Г. Головнев[22], В.И Зубков [43,35], Ю.Г. Черный [62] и
ДРО Совершенно очевидно, что для достижения существенного энергосбережения при применении прогревных методов с гарантированным выполнением всех температурных ограничений СНиП 3.03.01-87 [1] необходима практическая-реализация управляемых температурных режимов (см. рис. 1.2,в и рис. 1.2,г), обоснованных В.В. Молодиным совместно с Ю.А. Поповым и Ю.В. Луневым [50, 52-54 и др.]. При этом алгоритмические диспетчеры, "управляющие" этими температурными режимами, делают математические модели аналитически неразрешимыми. По данной причине параметры управляемых температурных режимов могут быть количественно обоснованы только методом математического моделирования- сложных физических и организационно-технологических процессов, в сочетании с современными средствами вычислительной математики и информационными и компьютерными технологиями. Для этого, в свою очередь, необходимо решить следующие задачи:
1. При электродном прогреве бетона научно обосновать метод тройного управления его температурным режимом в оптимальном температурном диапазоне t&(tmm,tmax) путем своевременного включения и выключения нагревателей; управление тепловой мощностью, выделяющейся в бетоне по закону Джоуля-Ленца, путем переключения напряжения тока от понижающего трансформатора или изменения схемы коммутации электродов и (при необходимости) управление электрическим сопротивлением бетона путем введения в него необходимого количества противоморозной добавки.
2. При прогреве бетона электрическими нагревательными проводами разработать метод расчетного обоснования как суммарной тепловой мощности нагревательных проводов на всех гранях конструкции, обеспечивающей возможность управления температурным режимом прогрева бетона в оптимальном температурном диапазоне t a{tmmltmm), так и расчетного обоснования температурного фона ((/,„,„ +tmax)/2\ из условия набора бетоном проектной прочности в заданные сроки и оптимальной амплитуды {tmm,tmax\nm из условия минимальных удельных энергозатрат на тепловую обработку бетона.
3. При любом из указанных прогревных методов выдерживания бетона математическая модель динамики температурного поля и прочности и метод ее численной аппроксимации должны обеспечить возможность контроля всех температурных ограничений СНиП 3.03.01-87 , в том числе контроль скорости перестройки температурного поля после включения и выключения нагревателей и контроль температуры свежеуложенного бетона в местах его теплового примыкания к ранее забетонированным конструкциям.
Прогрев бетона электрическими нагревательными проводами
1. Аргументированный выбор метода зимнего бетонирования монолит ных строительных конструкций, в том числе при бетонировании конструкций монолитных каркасов зданий, должен включать следующие этапы: а) предварительный выбор метода или группы альтернативных методов на основании экспертной оценки модуля поверхности бетонируемой конструк ции, требуемых ШТР сроков набора бетоном конструкции проектной прочно сти, технической и энергетической вооруженности объекта, имеющегося в строительной организации опыта производства зимних железобетонных работ и др.; б) расчетное подтверждение правильности выбора метода (отсутствие пе регрева или недогрева бетона в процессе его выдерживания, в том числе в мес тах контакта свежеуложенного бетона с нагревателями и в местах его теплового примыкания к ранее забетонированным конструкциям, допустимые скорости перестройки температурного поля после включения и выключения нагревате лей, соблюдение требуемых сроков набора бетоном проектной прочности и др-); в) расчет электрической сети нагревателей (прогревные методы или их сочетание с противоморозными добавками) или расчет количества противомо розной добавки при беспрогревном выдерживании бетона.
2. Несмотря на большое количество имеющихся исследований методов зимнего бетонирования монолитных строительных конструкций при наличии обширной действующей нормативной базы, до настоящего времени не созданы технические средства, позволяющие контролировать выполнение температур ных ограничений СниП 3.03.01-87 [1] при зимнем бетонировании конструкций монолитных каркасов зданий как на стадии проектирования, так и на стадии производства работ. Решить такую задачу можно только реализовав управляемые температурные режимы тепловой обработки бетона методом математического моделирования сложных физических и организационно-технологических процессов.
3. Для практической реализации управляемых температурных режимов необходимо обосновать и численно реализовать математические модели динамики температурного поля прочности бетона с разработкой алгоритмических диспетчеров, как своевременно «включающих» и «выключающих» нагреватели при управляемом температурном режиме прогрева бетона в оптимальном температурном диапазоне при гарантированном отсутствии перегрева или недог-рева бетона с обеспечением существенного энергосбережения, так и при необходимости «снижающих» тепловую мощность нагревателей при разогреве бетона или частично «включающих» тепловую мощность нагревателей при остывании бетона для двух альтернативных методов его прогрева (электрическими нагревательными проводами или электродном прогреве) при зимнем бетонировании: 1) одиночных колонн с последующим бетонированием плит перекрытий монолитных каркасов зданий; 2) смежных колонн и глухой диафрагмы или диафрагмы с проемом с последующим бетонированием плит перекрытий монолитных каркасов зданий. При электродном прогреве бетона необходима разработка дополнительного алгоритмического диспетчера, своевременно «переключающего» выходное напряжение тока на понижающем трансформаторе при увеличении удельного электрического сопротивления бетона в процессе его тепловой обработки.
4. При электродном прогреве с управляемым температурным режимом в оптимальном температурном диапазоне необходимо научно- обосновать концепцию тройного управления температурным режимом: 1) управление температурным режимом непосредственно в оптимальном температурном диапазоне путем своевременного включения и выключения нагревателей; 2) управление тепловой мощностью нагревателей путем автоматического переключения выходного напряжения тока на понижающем трансформаторе; 3) управление удельным электрическим сопротивлением бетона путем предварительного (до начала бетонирования)- введения в бетонную смесь расчетного количества противоморозной добавки. Для практической реализации концепции тройного управления температурным режимом на строительных объектах в г. Новосибирске и Новосибирской области необходимо провести экспериментальные исследования в лабораторных условиях удельного сопротивления бетона на Искитимском портландцементе, затворенного как на воде, так и на растворе про-тивоморозной добавки в расчете на -5 и -10 С, при температуре выдерживания 30, 40, 50 и 60с.
5. Численная реализация разработанных математических моделей должна обеспечить количественный учет тепловых потерь свежеуложенным бетоном в бетон ранее забетонированных конструкций (с помощью ГУ IV рода) в местах их теплового сопряжения, что, в свою очередь, позволит более обоснованно определять необходимую тепловую мощность нагревателей.
6. С целью обеспечения возможности контроля выполнения нормативных температурных ограничений непосредственно при проведении зимних бетонных и железобетонных работ с использованием результатов измерений температуры бетона программные продукты, разработанные автором в процессе решения задач, указанных в п.4 и 5, необходимо адаптировать к результатам измерений путем замены в математических моделях ГУ III и IV родов на ГУ I рода (показания установленных термодатчиков), что позволит в условиях строительного объекта оперативно рассчитывать объемно-масштабное температурное поле и отслеживать выполнение нормативных температурных ограничений.
Зимнее бетонирование плиты перекрытия, сопрягаемой с ранее забетонированной одиночной колонной
Последовательность технологических операций технологического процесса зимнего бетонирования элементов несущего монолитного каркаса зданий зависит от вариантов: 1) каркас из одиночных монолитных колонн и плит перекрытий; 2) каркас из смежных колонн, соединенных вертикальными глухими диафрагмами или диафрагмами с проемами, и плит перекрытий. Бетонирование одиночных колонн
1. Устанавливают арматурный каркас колонны. Для сопряжения с вышерасположенной плитой перекрытия арматура колонн выпускается выше верхнего обреза опалубки на 400-500 мм.
2. Монтируют и закрепляют нагреватели. Если проектом предусмотрен электродный прогрев бетона колонны струнным электродом (колонна квадратного сечения) или двумя (тремя) по сечению струнными электродами (колонна прямоугольного сечения), то устанавливают опалубку и с помощью крюков для временного крепления струнных электродов их закрепляют внутри арматурного каркаса. Если струнные электроды по длине состоят более чем из одного элемента, то кроме крюков используют и отогнутые под прямым углом выводы самих электродов.
Если предусмотрен прогрев бетона электрическими нагревательными проводами, то до установки опалубки их укладывают и закрепляют вертикально с расчетным шагом между отдельными нитями.
3. Установленную опалубку сначала закрепляют хомутами, а затем раскрепляют раскосами в двух-трех уровнях.
4. При использовании струнных электродов: для колонн квадратного сечения различные (по длине колонны) элементы струнного электрода подключают к разным фазам, а арматурный каркас - к нулевой фазе; для колонн прямоугольного сечения элементы двух или трех параллельно расположенных струнных электродов подключают к разным фазам. При. прогреве бетона электрическими нагревательными проводами их коммутацию производят с помощью инвентарных электроразводок открытого типа.
5. При электродном прогреве бетона сначала подают напряжение на электроды, а потом начинают укладку бетонной смеси. В случае прогрева бетона электрическими нагревательными проводами сначала укладывают бетонную смесь, а только потом подают напряжение на нагревательные провода.
Физическаятостановказадачш В соответствии с [86] физическая постановка сложных научно-технических задач в: строительстве должна. начинаться; с описания? методов и, последовательности: технологических операций при практической реализации: исследуемого технологического процесса; Рассмотрим? этот вопрос в соответствии со схемой; изложенной вразделе 1.3. 1.. К опалубке колонн: устанавливают щиты днища балок или прогонов., под них подводят и выверяют по высоте: поддерживающие стойки или пространственные опоры. Стойкидля пространственной жесткости устанавливают натрегонах. 2! После установки: боковых щитов опалубки; балок и соединения гориг зонтальнымистяжками:их скрепляют со щитом днища. 3; Под перекрытие подводят деревянные опалубочные балки; также устанавливаемые: на стойках или пространственных опорах,, поним: расстилают-палубу из влагостойкой-фанеры..При электродном прогреве бетона на палубе . монтируют полосовые электроды, заданной: ширины (в, пределах; 20-50 мм) и с заданным-расстоянием между осями полос (в пределах 10-40см): 4. Укладывают арматурные каркасы № сетки, прокладывают трубки для внутренних проводок. 5v. При прогреве бетона электрическими нагревательными- проводами их укладывают и закрепляют с заданным шагом сверху нижней и верхней арматурных сеток. Нагревательные провода укладывают без сильного натяжения (не более 30-50 Н), а.в:углах с режущими кромками под провод подкладывают дополнительную изоляцию из рубероида; битуминизированной бумаги и др. Крепят провода, к арматуре-любым способом, обеспечивающим целостность его изоляции (скрутками мягкой вязальной проволоки d l,2 мм или обрезками изолированного провода). С целью исключения обгорання изоляции при погонном тепловыделении провода qi 25BT/M, замыкания на массу и перегорания концов нагревательного провода выводы устраивают из монтажного провода с площадью сечения 2,5 -4 мм . Отводы выполняют монтажным проводом марки АПР от группы из нескольких нагревательных проводов. Перед установкой опалубки и бетонированием необходимо мегометром проверить отсутствие замыкания на массу. При этом отводы от нагревателей следует располагать с одной стороны бетонируемой, конструкции, отмечая их:через, один узелками для удобства коммутации. 6. При электродном- прогреве бетона сначала: подают напряжение на электроды, потом укладывают бетонную смесь, а при прогреве бетона электри-ческиминагревательными проводами сначала укладывают бетонную смесь, затем подают напряжение на электрические нагревательные провода и начинают прогрев бетона.
Как. известно, при неизбежных технологических перерывах в бетонировании монолитного каркаса устраивают рабочие швы. При этом в процессе бетонирования. колонн монолитного каркаса рабочие швы, как правило, устраивают по высоте колонны; на уровне верха фундамента; (рис. 3. Г,а), у низа балок,-опирающихся на колонны (рис. 3.1, б), а;также, у низа; подкрановых консолей (рис.За,в)10Ца]:
Расчет необходимой тепловой мощности нагревателей и электрической сети нагревательных проводов (реализованный вариант)
Физическая постановка задачи. В соответствии с расчетной схемой (рис.4.1) две смежных колонны 1 сечением Ах В и диафрагма 2 или 3 толщиной ддх бетонируются одновременно при температуре укладываемой бетонной смеси t6c. Указанные плиту перекрытия 4 толщиной 5пч , а через нее - на ниже расположенные смежные колонны 5 такого же сечения [Ахв) и диафрагму 6 и 7 толщиной ддг. На момент начала бетонирования бетон ранее забетонированных конструкций успевает принять температуру, равную температуре окружающего воздуха 0. Задача осесимметричная как по оси X, так и по оси Y, т.е. dtdl(x = 0,y,z,r) dtdl(x = Q,y,z,r) dtkai](x = 0,y,z,r) Q все ранее забетонированные конструкции по оси z Н + дтг + Z, где X, Y\, I2 и Z- расстояния по соответствующим осям от бетонируемых конструкций до границ зоны теплового влияния.
Если проектом производства работ предусмотрен электродный прогрев бетона колонн одним (по сечению) струнным электродом (колонны квадратного сечения) или двумя струнными электродами (колонны прямоугольного сечения), то после установки арматурного каркаса устанавливают опалубку (в том числе опалубку диафрагмы с полосовыми электродами) и с помощью крюков для временного крепления струнных электродов , их закрепляют внутри арматурного каркаса колонн. Если струнный.электрод по длине состоит из двух или трех элементов, то кроме крюков для- временного крепления используют и отогнутые под прямым углом выводы самих электродов. Если предусмотрен прогрев бетона электрическими нагревательными проводами, то до установки опалубки их укладывают и закрепляют вертикально с расчетным шагом как на арматурном каркасе колонн, так и на арматурном каркасе диафрагмы. Затем устраивают выводы и отводы таким образом,,чтобы была обеспечена возможность включения нагревательных проводов как на полную расчетную тепловую мощность М, так- и на уменьшенную тепловой мощности (р М при разогреве бетона и if/-М при его остывании. Величина коэффициентов ри ц/ определятся на стадии проектирования с помощью разработанного авторами специального блока программного продукта из условия! соблюдения требуемой скорости перестройки температурного поля после включения и выключения.нагревателей. При электродном прогреве бетона уменьшение тепловой мощности нагревателей при разогреве бетона или частичное включение расчетной тепловой мощности при остывании бетона может быть выполнено путем переключения напряжения тока на выходе из понижающего трансформатора. Учет проема в диафрагме по схеме рис. 4.1,6 достигается с помощью ГУ III рода с координатной привязкой горизонтальной и вертикальных граней про ема
В математической модели (4.1): 4.1.1, 4.1.1 и 4.1.20 дифференциальное уравнение теплопроводности свежеуложенного бетона бетонируемых соответственно расчетной колонны, глухой диафрагмы и диафрагмы с проемом; 4.1.30, 4.1.33 и 4.1.36 - дифференциальное уравнение теплопроводности бетона ранее забетонированных соответственно плиты перекрытия, колонны и диафрагмы; 4.1.2, 4.1.3, 4.1.5, 4.1.14 4,1.23- 4.1.32, 4,1.34 и 4.1.37 - ГУ III рода на соответствующих гранях бетонируемых и ранее забетонированных конструкций 4.1.6, 4.1.15, 4.1.31, 4.1.35 и 4.1.38 - ГУ IV рода (условия теплового примыкания бетонируемых конструкций к ранее забетонированным; 4.1.4, 4.1.12, 4.1.13, 4.1.21, 4.1.22, 4.1.39 и 4.1.40 - условия тепловой симметрии с координатной привязкой; 4.1.7 - 4.1.9, 4.1.16, 4.1.18, 14.1.26 - 4.1.28 - начальные условия; 4.1.31.1 - алгоритмический диспетчер неуправляемого температурного режима с изотермическим выдерживанием бетона; 4.1.31.1 и 4.1.31.2 - алгоритмические диспетчеры, управляющие температурным режимом после включения и выключения, нагревателей; 4.1.32.1 - алгоритмический диспетчер, управляющий температурным режимом выдерживания бетона в оптимальном температурном диапазоне.
Численная аппроксимация, объемно-распределенного искусственного источника тепла при прогреве бетона колонн струнным (или струнными) электродами аналогична бетонированию одиночных колонн (см. главу 3). Численная аппроксимация математической модели (4.1), Численная- аппроксимация» дифференциальных уравнений и граничных условий в модели (1) выполнена по неявной разностной схеме дробных шагов академика Н.Н. Яненко [89;90]. Координатная привязка этой схемььк решаемой трехмерной задаче с выводом всех прогоночных коэффициентов приведена в [86]. Очередность прогонок: 1-я прогонка (га+1/3) по оси z с границами циклов: свежеуложенный бетон бетонируемых колонн и диафрагмы ieM,, где М, = ROUND (H/AZ); бетон ранее забетонированной плиты перекрытия іє(М1,М2), где М2 = ROUND((#+ 8m2)lAZ); бетон ниже расположенных ранее забетонированных диафрагмы и колонн і є (М2 ,М3), где М3 = ROUND [(if + Sm2+Z)/AZ); 2-я прогонка (п+2/3) по оси- х с границами циклов: бетонируемая-диафрагма jeNj, где iV, =ROUND((Bl)/2 + A)/Ax); ранее забетонированная плита перекрытия- j є N3, где N3=ROUND((Bd/2+A + X)/Ax); ранее забетонированная диафрагма jє N,; ранее забетонированная колонна je(NvN2);
