Введение к работе
Актуальность темы:
Важнейшей задачей капитального строительства является повышение долговечности строительных конструкций на основе научного подхода к их изготовлению и эксплуатации в переменных температурно-влажностных условиях среды. На долговечность работы бетонных конструкций оказывает влияние условия их изготовления и эксплуатации в течение нормативного срока службы.
Условия изготовления конструкций являются определяющими в их дальнейшей успешной или неуспешной эксплуатации, сроков капитальных и текущих ремонтов, что может значительно повлиять на их стоимость. Нерациональные условия изготовления конструкций приводят, в лучшем случае, к появлению остаточных уравновешенных напряжений, как правило, растягивающих в фибровых волокнах, сжимающих на оса элемента, в худшем, к появлению трещин в период изготовления. Особенно ярко эти процессы проявляются в конструкциях, прошедших тер-мовлажностную обработку.
В первом случае растягивающие напряжения близки к временному сопротивлению материала на растяжение и проявляются в ваде трещин в процессе транспортировки или в процессе монтажа конструкции. В любом из этих случаев завод-изготовитель не несет ответственности за допущенный технологический брак, и только при наличии трещин в процессе изготовления завод несёт материальную ответственность. В этом и другом случае возникает необходимость контроля качества выпускаемой продукции и регулирования режима пропаривання конкретно для того или иного вида цемента, используемого заводом.
Все технологические напряжения являются собственными напряжениями первого рода- это напряжения, возникающие вследствие различия в объёмных деформациях бетона по высоте элемента.
Обычно собственные напряжения первого рода называют начальными и разделяют на напряжения, вызванные температурно-влажностныни перепадами, которые исчезают с уничтожением причин, и остаточные, возникающие в процессе изготовления и действующие в течение долгого времени в нроцессе эксплуатации.
Обычно эти напряжения и в процессе изготовления, и в процессе эксплуатации действуют совместно и влияют на процессы микротрещи-нообразовання в материале. Разделяют их для того, чтобы выявить, какая доля собственных напряжений, возникающих в процессе изготовления, будет влиять на процессы микротрещинообразования в период эксплуатации и насколько эффективно.
Решение этих вопросов позволило разработать рекомендации по их изменению, которые значительно улучшают качество конструкций заводской готовности.
По нормативным требованиям расчет конструкций следует производить по предельным состояниям для всех этапов изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации.
Появление микротрещин в фибровых волокнах не опасно для обеспечения несущей способности изгибаемых элементов, но долговечность эксплуатации конструкций с технологическими трещинами в фибровых волокнах значительно ниже нормативной.
Поэтому необходим анализ изменения температурно-влажностных полей в конструкциях в процессе изготовления и учёт собственных напряжений, возникающих в процессе изготовления, на работу железобетонных элементов в процессе эксплуатации.
Тема диссертации связана с планом научно-исследовательских работ ВолжскИСИ «Научные, технические, экологические и экономические проблемы г. Волжского».
Цель исследований,
Целью исследований является разработка метода расчета температурных напряжений в бетонных и железобетонных элементах конструкций при их изготовлении, а так же разработка рехоиендаций по управлению начальными и остаточными напряжениями в этих конструкциях.
Для достижения поставленной цели на основе анализа современного состояния теории и методов расчёта температурных напряжений в бетонных и железобетонных элементах в период изготовления и эксплуатации сформулированы следующие задачи:
выявить причины и характер образования трещин в конструкциях в зависимости от периода изготовления и сезона эксплуатации;
определить температурные поля в конструкциях с учётом экзотермии цемента при изготовлении бетонных и железобетонных плит;
определить термонапряженное состояние бетонных плит в период изготовления;
выявить долю остаточных напряжений, оказывающих влияние натре-щйностойкость бетонных элементов в период эксплуатации, при различных сезонах изготовления конструкций;
определить температурное поле а плитах в период эксплуатации;
выявить долю температурных напряжений в бетонных и железобетонных элементах при полной релаксации остаточных напряжений в зави-симости от сезона изготовления;
разработать рекомендации по управлению начальными напряжениями с целью снижения их влияния на поведение конструкций.
Автор защищает:
методику расчета остаточных напряжений з процессе изготовления железобетонных элементов в период температурно-влажностной обработки;
методику расчета остаточных напряжений в период эксплуатации железобетонных элементов;
-6- .
результаты экспериментально-теоретических исследовании влияния остаточных напряжений на собственные напряжения, вызванные температурными градиентами по сечению элементов в зависимости от температурного режима эксплуатации;
рекомендации по изменению и управлению начальными напряжениями в бетонных и железобетонных элементах конструкции. Научная новизна работы:
предложена математическая модель, позволяющая определить остаточные температурные напряжения, возникающие в период изготовления конструкций, и оценить их влияние на собственные напряжения конструкций в период эксплуатации в зависимости от температурного режима изготовления;
разработана методика, алгоритм и составлена программа решения уравнений тешюмзссопереноса с источником в бетонных и железобетонаых элементах конструкций (с использованием языков программирования ФОРТРАН и МАТ-САД);
получены законы распределения температурных полей в плитных конструкциях в период изготовления и эксплуатации с учётом температурного воздействия;
определен закон распределения и изменения с течением времени остаточных напряжений в плитных конструкциях в процессе температур-но-влзжностной обработки с учётом экзотермии цемента.
Достоверность полученных результатов.
Достоверность полученных результатов обосновываются использованием отработанных методов анализа температурных полей, разработанных методов решения уравнений теплопроводности, разработанного программного обеспечения на эталонных задачах. Там, где это возможно, проводилось сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными по образованию и раскрытию трещин в элементах конструкций, которые качественно характеризовали распределение собственных напряжений в конструкциях.
' Практнческое значение и внедрение,
Использование разработанных рекомендаций позволит управлять температурными напряжениями в процессе изготовления, складирования и эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций и, тем самым, уменьшить трещинообразование в конструкциях, тем самым, увеличив их работоспособность и долговечность. Результаты внедрены в производство железобетонных конструкций на ЗАО «Стройдеталь № 88» г. Москвы. Результаты диссертационной работы используются при изложении курса лекций «Математическое моделирование физико-механических технологических систем» в МГАПИ и «Железобетонные конструкции» и «Производство сборного железобетона» в ВолжскИСИ г. Волжского.
Апробация работы н публикации.
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 5 научных статьях [1-5], материалы научной работы доложены на научной конференций профессорско-преподавательского состава ВолжскИСИ, на региональной конференции «Научно-технические, экологические и экономические проблемы г. Волжского» в 1998, 1999 г., на межвузовской научно-технической конференции «Фундаментальные основы создания наукоемких и высокотехнологичных приборов» в 1997г. в г. Сергиев Посад. на научном семинаре кафедры ИТ-2 МГАПИ в 1999 г.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, 51 рисунка, 2 таблиц, списка литературы из 81 наименований, приложения и изложена на 110 страницах печатного текста.