Железобетонные конструкции, получаемые с использованием низкотемпературной плазмы, их исследование и расчет Комарова, Елена Владимировна

Введение к работе

Актуальность темы. Выбор конструкций для строительства зданий и сооружений определяется чаще всего прочностными характеристиками материала. В настоящее время предпочтение в большинстве случаев отдается железобетонным конструкциям. Наряду с преимуществами железобетонные конструкции имеют и ряд недостатков, связанных прежде всего с их массивностью и, соответственно, большим весом на единицу несущей способности. Поэтому задачи, связанные с решением вопросов увеличения несущей способности железобетонных конструкций, являются, безусловно, актуальными.

Решение этих задач ведется в настоящее время различными способами, в том числе путем влияния на прочность бетона различных сред, особенно в процессе изготовления конструкций. В данной работе выбран путь использования для этой цели нетрадиционного для строительства источника - низкотемпературной плазмы. Низкотемпературная плазма является концентрированным источником энергии высокоэффективным с физической и химической стороны. Использование такой энергии для обработки бетонных и железобетонных конструкций в определенных условиях может привести к увеличению их прочностных и других характеристик.

Работа посвящена исследованиям именно этих сложных вопросов изменения несущей способности железобетонных конструкций при воздействии низкотемпературной плазмы и разработке методики их расчета.

Работа связана с темами научно-исследовательских работ: программы "Сибирь" (разделы 9, 10 блока 5.1), госбюджетной темы "Новые материалы и конструкции" и нескольких тем по заказам предприятий.

. Цель работы - повышение несущей способности бетонных и железобетонных конструкций путем использования низкотемпературной плазмы и разработка методики расчета сжатых и изгибаемых элементов с учетом параметров плазменного прогрева и нелинейной работы при действии нагрузки.

Методы исследований. Разработка методики расчета железобетонных конструкций, в том числе и с учетом нелинейности работы, основывалась на известных, проверенных практикой, теоретических положениях, полученных для аналогичных конструкций, изготавливаемых по используемым ранее технологиям. Вывод формулы для определения прочности бетона с учетом технологических факторов производился на основе использования известных уравнений теплофизики. Механические испытания образцов, моделей конструкций и конструкций в натурную ве-

личину производились с использованием стандартного оборудования с соблюдением требований действующих ГОСТов. Температура в каме] твердения изделий замерялась датчиками. Характеристики теплоносит лей (ионизированного газа) определялись на специальном стенде. Научная новизна работы заключается:

1. в установлении механизма увеличения прочности бетона под воздействием низкотемпературной плазмы, которое происходит за счет увеличения внутрипорового давления, колебаний среды с частотой 15-; кГц, активизации химических реакций;

2. в обнаружении влияния на прочность бетонных и железобетон ных конструкций степени ионизации газа, используемого для прогрева;

3. в определении основных параметров прогрева, влияющих на не сущую способность бетонных и железобетонных конструкций;

4. в математической зависимости прочности бетона от параметре] плазменного воздействия и основанных на ней методик расчета сжатых и изгибаемых элементов по прочности;

5. в разработанной методике нелинейного способа расчета сжаты; и изгибаемых железобетонных элементов после плазменной обработки по деформациям.

На защиту выносятся:

6. обнаруженный эффект увеличения прочности бетонных и желе зобетонных конструкций под воздействием низкотемпературной плазмы;

7. определенные параметры плазменного прогрева, дающие увели чение несущей способности бетонных и железобетонных конструкций;

8. математическая зависимость прочности бетона от параметров плазменного воздействия;

9. методика расчета сжатых и изгибаемых элементов по прочност; с учетом увеличения прочности за счет воздействия низкотемпературні плазмой;

10. методика расчета сжатых и изгибаемых элементов по деформациям с учетом нелинейной работы бетона и арматуры под нагрузкой

и в зависимости от степени воздействия низкотемпературной плазмой. Практическая ценность. Железобетонные конструкции, обработан ные низкотемпературной плазмой и рассчитываемые по предлагаемым методикам, используются в 1994-97 годах в подразделениях треста "Уренгойгазстрой". Ежегодный экономический эффект внедрения соек вляет в ценах 1996 года - 1150000000 рублей в год. В ПО "Поволжское" в 1995 году изготовлена камера прогрева 2,5 х 3 х 7,5 м³, оборудованная двумя плазмообразующими установками. Ожидаемая экономическая эс

фективность (в ценах 1997 года) 760000000 рублей в год. Для АвтоВАЗа разработаны рабочие чертежи технологической линии производительностью 10000 м³/год изделий.

Разработанные илазмообразующие установки и плазмотроны технологического назначения выпускаются серийно и применяются в настоящее время в РИЦ СО РАН, Омском АДИ, тресте "Уренгойгазстрой", АвтоВАЗе, ПО "Поволжское", Волжской ГЭС.

Апробация. Материалы работы докладывались на международной конференции "Плазменные технологии" (Самара, 1996 г.); республиканской научно-практической конференции "Плазменные технологии строительного производства" (Тольятти, 1994 г); научно-технических конференциях ТолПИ (Тольятти, 1993, 1994,1995,1997 г.г.).

Публикации. Материал диссертации изложен в 7 научных трудах.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 154 наименований. Объем работы 214 страниц, включая таблицы на 15 страницах, рисунки на 62 страницах.