Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ ПРОЧНОСТИ КАМЕННЫХ СЦЕМЕНТИРОВАННЫХ КОНГЛОМЕРАТОВ ПРИ ТРЕХОСНОМ СЖАТИИ
1.1. Методы испытаний бетонов трехосным сжатием 10
1.1.1. Методы испытания гидростатическим давлением II
1.1.2. Методы испытания жесткими штампами 16
1.1.3. Метод испытания бетонов в обойме
1.2. Влияние условий испытания и характеристик структуры бетона на прочность 22
1.3. Анализ возможности описания прочности каменных конгломератов существующими теориями 35
1.4. Выводы, постановка задач исследования 53
2. РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ БЕТОНОВ ТРЕХОСНЫМ СЖАТИЕМ
2.1. Конструкции испытательного оборудования 56
2.1.1. Камера гидростатического сжатия 57
2.1.2. Мембранное устройство для испытаний цилиндрическим тензором напряжения 61
2.1.3. Мембранное устройство для испытаний произвольным тензором напряжения 63
2.2. Изготовление бетонных образцов и их подготовка к испытаниям 64
2.3. Экспериментальное обоснование элементов методики.. 68
2.3.1. Влияние скорости нагружения на прочность и деформацию 69
2.3.2. Обоснование методов измерения деформаций
2.3.3. Анализ механизмов нарушения сплошности ультразвуковым и тензорезисторным методами 78
2.3.4. Оценка влияния граничных условий на прочность и деформацию 81
2.3.5. Влияние отношения размеров поперечного сечения образца к наибольшему размеру заполнителя на прочность и дефорлацию 86
3. ЭКСЖЕИМЕНТАЛЬНО-ТЕОГЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ КАМЕННЫХ СЦЕМЕНТИРОВАННЫХ КОНГЛОМЕРАТОВ ПРИ СЖАТИИ 89
3.1. Влияние возраста и призменной прочности на прочность и деформацию при трехосном сжатии 91
3.2. Влияние вида крупного заполнителя на прочность и деформацию 104
3.3. Влияние состава бетонов на прочность и развитие деструктивных процессов при трехосном сжатии 112
3.4. Влияние последовательности нагружения при трехосном сжатии на прочность и деформацию 124
3.4.1. Сравнение кривых обобщенных напряжения деформации 127
3.5. Экспериментально-теоретическое обоснование условия прочности сцементированных конгломератов при сжатии 130
3.5.1. Изменение коэффициента поперечной деформации от состава, интенсивности напряжения и вида напряженного состояния 131
3.5.2. Изменение модуля продольной деформации при сжатии с цилиндрическим тензором напряжения 138
3.5.3. Формулирование условия прочности каменных сцементированных конгломератов при сжатии 139
4. К РАСЧЕТУ ІЩИНДТЇЇЧЕСКИХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ НАПРЯЖЕНН0-А1МИР0ВАННЫХ СОСУДОВ 149
4.1. Осесимметричная задача об упругом напряженном состоянии толстостенного двухслойного цилиндра 151
4.2. Методика и пример расчета напряженного состояния стенки корпуса высокого давления 1 4.2.1. Расчет на внутреннее давление 156
4.2.2. Расчет на действие температуры 158
4.2.3. Расчет величин предварительного обжатия. 162
4.3. Оптимизация геометрических размеров корпусов высокого давления 166
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 177
ЛИТЕРАТУРА 180
ПРИЛОЖЕНИЯ:
1. СОСТАВЫ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРАЗЦОВ.. 191
2. РЕЗУЛЬТАТЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ И ИХ СРАВНЕНИЕ С РАСЧЕТНЫМИ 194
3. ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ПОВЕРХНОСТЕЙ РАЗРУШЕНИЯ КАМЕННЫХ СШЕМЕНТИРОВАННЫХ КОНГЛОМЕРАТОВ ПРИ СЖАТИИ 204
4. ПРОГРАММА И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ВАРИАНТОВ КОРПУСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ НА ЭШ EC-I045 207
5. К РАСЧЕТУ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВАРИАНТОВ КВД 231
6. АКТ ВНЕДРЕНИЯ 2
Введение к работе
В условиях запланированного до 1990 г. ввода мощностей на АЭС в размере 25 гллн. кВт. и требования "осуществлять строительство по наиболее прогрессивным и экономичным проектам", проблема повышения качества проектирования остается актуальной /I/.
При проектировании таких дорогостоящих сооружений, как предварительно-напряженные железобетонные корпуса высокого давления (КВД), качество проектирования существенно зависит от степени идеализации действительной статической работы и точности оценки напряженно-деформированного состояния.
На этапе проектирования, связанном с подбором сечений и материалов с нужными физико-механическими своиствагли, деятельность проектировщиков регламентируется действующими расчетными норла-ми. На этом этапе качество проектирования зависит от качества нормативов и обоснованности используемых в расчетах характеристик прочности материалов при неодноосных напряжениях.
Однако, естественные требования действующих нормативов /56, 57/ "наиболее полного использования физико-механических свойств материалов" и "обеспечения качества, надежности, долговечности и экономичности сооружений" не соответствуют уровню знания механических свойств бетонных материалов в условиях неодноосных наг-ружений. Между тем, в ряде случаев, именно сложные напряжения определяют несущую способность бетона и геометрические размеры массивных сооружений и таких конструкций, как предварительно-напряженные железобетонные корпуса высокого давления для АЭС. В СНиП ЇЇ-56-77 прочность бетонов нормируется лишь для частного случая трехосного сжатия цилиндрическим тензором напряжения, а повышение прочности при трехосном сжатии по СНиП П-2І-75 учитывается только в связи с косвенным армированием стержневых элементов. Это положение связано с отсутствием теории прочности, удовлетворительно согласующейся с экспериментальными данными.
Развитие теории осложняется несопоставимостью многочисленных опытных данных, объясняющуюся отсутствием стандартной методики проведения испытаний неодноосными напряжениями. Создание такой методики связано с преодолением значительных трудностей технического и физического характера, заключающихся в устранении влияния опорного трения на границах приложения нагрузок на механические свойства испытываемого образца.
Из-за большой трудоемкости испытаний неодноосными нагрузками экспериментаторы, как правило, ограничиваются исследованием одного-трех видов сцементированных конгломератов, применительно к конкретным задачам проектирования той или иной конструкции. Естественно, что предлагаемые в результате таких исследований условия прочности имеют частный характер. Тем не менее, некоторые из них /88, 101/ по настоящее время являются основой для проектирования.
В последнее время совершенствование расчетных выражении для определения сопротивления каменных конгломератов неодноосному нагружению идет, в основном, по пути статистического обобщения всех имеющихся экспериментальных данных /II, 34, 35, 58, 69/. Результатом такого рода обобщения явилось, в частности, выражение, определяющее нормативные сопротивления трехосному сжатию в СНиП П-56-77. Это выражение, как и большинство условий прочности для бетонов, содержит лишь две опытные постоянные, - прочности при одноосных сжатии и растяжении. Между тем, есть исследования /5, 18, 21, 35, 46, 74, 77, 82/, которые показывают, что на вид предельной поверхности в октанте трехосного сжатия заметно влияют состав и структура каменных сцементированных конгломератов.
Целью работы явилось, - экспериментально-теоретическое исследование прочности и деформативности широкого класса бетонов при трехосном сжатии по единой методике, применительно к условиям работы этого материала в массивных железобетонных конструкциях и сооружениях, - обоснование на этой основе условия прочности каменных сцементированных конгломератов при неодноосных напряжениях с учетом особенностей их структурі, - уточнение существующего подхода к оценке напряженного состояния и прочности цилиндрических железобетонных предварительно-напряженных сосудов высокого давления (КВД).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- выбора наиболее приемлемой методики испытания каменных сцементированных конгломератов трехосным сжатием на основе анализа существующих методов, обеспечивающей минимальное влияние опорного трения на однородность напряженного состояния образцов ,
- определения методических факторов,вызывающих разброс опытных результатов, и выявления основных характеристик структуры, оказывающих влияние на сопротивление трехосному сжатию, на основе анализа имеющихся экспериментальных данных;
- разработки и экспериментального обоснования методов испытания бетонов трехосным сжатием;
- экспериментального определения прочности и деформаций бетонов разных марок, составов и возраста на различном заполнителе при трехосном сжатии;
- обоснования обобщающего показателя способности бетона каждой конкретной структуры сопротивляться многоосному деформированию и формулирования на этой основе условия прочности каменных сцементированных конгломератов,
- расчета напряженного состояния стенки КВД с учетом жестко - 8 сти стальной герметизирующей облицовки и оценкой экономической эффективности такого подхода.
Научная новизна работы заключается,
- в выявлении и систематизации объективных и методических факторов, влияющих на кажущийся разброс прочности при испытаниях каменных сцементированных конгломератов трехосным сжатием;
- в получении по единой методике новых экспериментальных данных о прочности и деформации широкого класса бетонов производственных составов;
- в выявлении обобщающей характеристики структуры, отражающей разную способность каждого вида сцементированного конгломерата сопротивляться неодноосному сжатию;
- в получении условия прочности при сжатии, учитывающего особенности структуры бетонов;
- в подходе к расчету напряженного состояния и прочности ВД.
Практическим выходом диссертации являются, - расчетные формулы, позволяющие для сцементированных конгломератов производственных составов прогнозировать сопротивление неодноосному сжатию по результатам одноосных испытаний; - формулы и методика расчета прочности и экономической эффективности вариантов КВД.
Полученные расчетные форлулы могут быть использованы при практическом проектировании массивных бетонных и железобетонных сооружений, что позволит уменьшить коэффициенты запаса прочности при прежнем уровне надежности за счет уменьшения "коэффициента незнания" механических свойств каменных сцементированных конгломератов при неодноосном сжатии.диссертационная работа является частью комплексных исследований свойств материалов проводимых рядом научных организаций по плану важнейших исследований, утвержденному Госкомитетом по науке и технике СССР. Результаты работы использованы при вариантном проектировании аккумулятора тепла (Приложение 6). Расчетная эффективность внедрения в народном хозяйстве составляет 23,7 млн. рублей при строительстве одного энергоблока АЭС с КВД мощностью 500 МВт (табл. 4.2).
Автором на защиту выносится,
- экспериментальная методика исследования прочности и деформации каменных сцементированных конгломератов в условиях трехосного сжатия;
- экспериментальные данные о прочности и деформации широкого класса бетонов производственных составов при трехосном сжатии;
- условие прочности каменных сцементированных конгломератов при сжатии;
- подход к расчету напряженного состояния и прочности цилиндрической стенки КВД со стальной герметизирующей облицовкой.
