авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Прочность и деформативность железобетонных несущих конструкций при агрессивных воздействиях окружающей среды (экспериментальная база. оценка сопротивления на ос

-- [ Страница 2 ] --

Вторая глава диссертации посвящена обзору и критическому анализу существующих подходов к оценке сопротивления железобетонных элементов конструкций воздействию агрессивных и радиационных эксплуатационных сред и нагрузок. Рассмотрены способы учета влияния агрессивных сред на поведение железобетонных конструкций, а также существующие подходы к описанию поведения элементов конструкций с учётом совместного воздействия радиационных сред. Приведен обзор работ по моделированию и расчету элементов железобетонных конструкций с учетом воздействия различных агрессивных эксплуатационных сред. Проблемам экспериментального исследования и теоретического анализа поведения железобетонных конструкций в условиях воздействия различных агрессивных сред посвящены работы С.Н. Алексеева, В.М. Бондаренко, В.И. Римшина, Е.А. Гузеева, А.С. Залесова, Ф.М. Иванова, Н.И. Карпенко, В.М. Москвина, А.Ф. Полака, А.И. Попеско, В.Б. Ратинова, Н.В. Савицкого, В.Б. Гусева, В.Ф. Степановой, В.А. Игнатьева, N.S. Berke, P.D. Cady, K.C. Clear, J. Jambor, C.M. Hanson, S. Modry, S. Morinaga и многих других авторов. В отдельную группу выделены работы В.В. Петрова, И.Г. Овчинникова, В.К. Иноземцева с учениками и сотрудниками, проводящих исследования, связанные с построением математических моделей, описывающих деформирование и разрушение конструкций в агрессивных рабочих средах.

Вопросу учёта радиационных воздействий посвящено значительное количество публикаций. Одними из первых являются работы Г. Динса, Ю.И. Ремнёва. Модели деформирования конструкций в условиях радиационного облучения рассматривались А.А. Ильюшиным, П.М. Огибаловым. Влияние радиационных полей на поведение строительных материалов и конструкций исследовано В.Б. Дубровским, З. Аблевичем, А.В. Дубровским, В.И. Андреевым. Анализ напряжённо-деформированного состояния оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов с учётом радиационных эффектов в горячей зоне реактора проводился И.С. Куликовым, Ю.И. Лихачёвым, В.В. Поповым, А.А. Прошкиным, В.Я. Пупко, Б.Е. Тверковкиным, А.А. Тутновым.

Построение моделей и анализ поведения материалов в условиях радиационного облучения с учётом эффектов ползучести и длительной прочности проведены В.Н. Киселевским, Г.С. Писаренко и другими. Вопросы влияния радиационного облучения на поведение материалов рассмотрены также в работах А.Д. Амаева, Д.Л. Бродера, Б.Б. Второва, Н.Г. Гусева, В.А. Климанова, А.Н. Комаровского, С.Т. Конобеевского, В.Н. Логунова, В.П. Машковича, А.М. Паршина, А.П. Прошина, А.П. Суворова, А.Н. Тихонова, Я.И. Штромбаха, И. Кларка, Б. Прайса, М. Роквелла и других исследователей

Проведенный анализ показал, что одним из многообещающих подходов, позволяющих строить корректные модели сопротивления железобетонных конструкций, воздействующих агрессивных эксплуатационных сред и радиационных полей, является подход, основанный на сочетании деформационной теории железобетона и метода структурных параметров, который и принят в дальнейшей работе.

Третья глава посвящена развитию и применению теории структурных параметров к построению моделей сопротивления железобетонных элементов конструкций воздействию агрессивных сред и радиационных полей.

Согласно теории структурных параметров в дополнение к известным основным параметрам, характеризующим напряженно-деформированное состояние элементов конструкций (напряжение , деформация ) вводятся дополнительные: С – параметр, характеризующий распределение агрессивной среды по объему конструктивного элемента (закон его распределения задается из уравнения массопереноса), - параметр химического взаимодействия, характеризующий степень завершенности химических превращений в материале конструкции, взаимодействующим с агрессивной средой (закон его распределения задается из решения кинетического уравнения химического взаимодействия), параметра коррозионной поврежденности , представляющего собой глубину коррозионного износа в точке поверхности конструкции. Закон изменения задается в виде функционального или дифференциального уравнения коррозионного износа.

Далее в диссертационной работе рассматриваются вопросы, связанные с моделированием поведения железобетона, подвергающегося воздействию сульфатосодержащей среды. В соответствии с теорией структурных параметров, кроме параметров механического состояния, при построении моделей вводятся дополнительные параметры: для модели коррозионного износа арматуры - глубина коррозионного поражения , для бетона вводятся два параметра: один, учитывающий характер распределения концентрации агрессивной среды по сечению С, и другой параметр , учитывающий уровень химического взаимодействия проникшей среды с бетоном. Таким образом, модель железобетона, взаимодействующего с сульфатосодержащей средой, представляется в виде совокупности моделей: модели проникания агрессивной среды в бетон; модели химического взаимодействия проникшей среды с бетоном; модели деформирования материала (бетона и арматуры); модели коррозионного износа арматуры; модели взаимодействия продуктов коррозии арматуры с окружающим бетоном и образования коррозионной трещины вследствие коррозионного распухания арматуры. Влияние радиационного фактора учитывается с помощью параметра Ф – дозы облучения, характер распределения которой по объему конструкции находится из уравнения С2Ф–(Ф/L)=0.

Применительно к случаю воздействия хлоридсодержащей среды используется параметр – распределение концентрации хлоридсодержащей среды по объему конструктивного элемента. Во многих случаях характер распределения агрессивной среды по железобетонному сечению конструктивного элемента может быть описан с использованием концепции «размытого фронта»

(1)

где x - координата точки, t - время, С0 - концентрация агрессивной среды на поверхности конструктивного элемента, , - коэффициенты, L(t) - закон продвижения границы размытого фронта вглубь конструктивного элемента (глубина проникания агрессивной среды): , (2)

где m, n - эмпирические коэффициенты, j=1 - для растянутой зоны сечения, j=2 - для сжатой.

Модель деформирования бетона с учетом нелинейности, неодинаковой работы на растяжение и сжатие, а также воздействия хлоридсодержащей среды, принимается в виде:

для бетона, не содержащего хлоридов:

(3)

для бетона с хлоридами:

(4)

Значения коэффициентов Ap, Ac, Bp, Bc, Ap(С), Ac(С), Bp(С), Bc(С) по экспериментальным данным.

Модель деформирования арматуры принимается в виде:

(5)

где As, ms – коэффициенты. Модель коррозионного поражения арматуры принята в виде трех возможных схем коррозионного износа (рис. 5), протекающего по одному из законов:

Рис. 5. Виды коррозионного износа арматуры: а) равномерный, б) локальный по хорде, в) локальный серповидный.

(6)

где - глубина коррозии, t – время, tinc – инкубационный период, то есть время достижения концентрацией хлоридов в зоне расположения арматуры критического уровня, 0, Т, k - коэффициенты. Для всех построенных моделей произведена идентификация и верификация.

В случае действия сульфатсодержащей среды модель проникания среды имеет вид (1),а вся совокупность процессов химического взаимодействия сульфатов с бетоном, приводящих к изменению механических свойств, интегрально описывается уравнением химического взаимодействия, относительно параметра . Этот параметр идентифицируется со скоростью выделения новообразований или с количеством (концентрацией) связанных цементным камнем сульфат-ионов, и соответствующим образом нормируется в пределах 0    1. Параметр характеризует уровень химических превращений при взаимодействии сульфатов с бетоном и является функцией концентрации проникших в бетон сульфат-ионов =(C(x,y,z,t)). В качестве модели химического взаимодействия принимается зависимость вида:

, (6)

где g - коэффициент пропорциональности, С - концентрация агрессивной среды по SO42– в точке сечения, определяемая из (1) или из решения уравнения диффузии.

Модель деформирования нелинейного материала (бетона), подвергающегося воздействию сульфатсодержащей среды, принимается в виде: для материала, не содержащего сульфатов:

(7)

для материала с сульфатами:

(8)

Значения коэффициентов Ap, Ac, Bp, Bc, Ap(), Ac(), Bp(), Bc() определяются по экспериментальным данным. В работе для описания зависимостей A(), B() использована линейная интерполяция. В качестве модели деформирования арматуры также принималась зависимость:

(9)

где As, Bs - коэффициенты модели, определяемые из условия наилучшей аппроксимации экспериментальной кривой деформирования.

Модель коррозионного поражения арматуры принималась в виде равномерного по периметру износа:

, (10)

где - толщина прокорродировавшего металла, t - время, tinc - время достижения концентрацией сульфат-ионов в зоне расположения арматуры критического значения (инкубационный период), , - коэффициенты модели.

В главе 4 рассматривается сопротивление балочных и пластиночных железобетонных элементов действию нагрузки в хлоридсодержащей среде. Сначала рассматриваются основные соотношения, описывающие деформационное сопротивление армированного стержневого сжимаемого (трубчатого поперечного сечения) и изгибаемого (прямоугольного поперечного сечения) элементов с учетом воздействия хлоридсодержащей среды, проникающей в конструктивный элемент через боковые грани и со всех сторон. Процесс деформирования элементов анализируется постадийно, в пределах каждой стадии элементы работают по-разному. Для всех железобетонных элементов получены разрешающие уравнения, позволяющие проанализировать их поведение на каждой стадии.

Для сжимаемого трубчатого железобетонного элемента, подвергающегося воздействию хлоридов и снаружи и изнутри, разрешающее уравнение имеет вид:

(11)

где i – выражения, различные для каждой стадии и имеющие следующий вид:

(12)

Для балки при всестороннем действии хлоридов на сечение разрешающее уравнение с учетом нелинейной разномодульной работы железобетона имеет вид:

(13)

где - кривизна изогнутой оси балки; z0 - координата нейтральной оси; JMi, JNi - выражения для условных жесткостей, различающиеся для каждой стадии.

Расчет нагруженных элементов производится в три этапа: этап силового нагружения, этап погружения элемента в агрессивную среду и этап деформирования во времени с учетом изменения механических свойств бетона под влиянием среды и коррозионного износа арматуры. Дискретизация непрерывной задачи расчета элемента производится путем аппроксимации области решения уравнений (11) или (13) сеткой равноотстоящих узлов, в которых определяются значения концентрации хлоридов, механические характеристики материала, параметры напряженно-деформированного состояния. На первом этапе расчет сводится к решению нелинейных уравнений вида (11) или (13), причем для их решения используется метод переменных коэффициентов. По найденному значению деформаций определяются напряжения в бетоне и арматуре. На втором этапе происходит установление граничных условий для модели воздействия хлоридсодержащей среды с использованием приема смягчения градиента механических свойств. На этапе деформирования во времени задача решается шагами по времени, величина которых задается из условия, чтобы изменение всех наиболее чувствительных параметров задачи не превышало некоторых пороговых значений. На каждом шаге по времени решаются уравнения (11) или (13) со значениями коэффициентов, соответствующими положению концентрационного фронта. Если хотя бы в одной из точек бетонного сечения напряжения достигают предельного значения, или напряжения в арматуре достигают предела текучести, считается, происходит разрушение элемента. На рис. 6 приведены некоторые результаты расчета

Рис. 6. Действующие и предельные напряжения в стенке трубчатой железобетонной опоры моста:1 - t = 0; 2 - t = 2520; 3 - t = 7433; 4 - t = 10156 суток. Проникание хлоридов изнутри и снаружи.

Физические соотношения для бетона в плоском напряженном состоянии приняты в виде:

; ; . (14)

где коэффициент поперечной деформации, ; – компоненты тензора напряжений, – то же, деформаций. Функция имеет вид: , , где функции, аппроксимирующие обобщенную кривую деформирования бетона при растяжении () и при сжатии (); интенсивность напряжений; интенсивность деформаций. Влияние воздействия хлоридсодержащей среды учитывается при задании выражений для коэффициентов .

Разрешающее дифференциальное уравнение железобетонной пластины на упругом основании получено в виде:

- . (15)

с соответствующими граничными условиями, где – прогиб пластины, – переменные коэффициенты (интегральные жесткостные характеристики, учитывающие и влияние хлоридсодержащей среды на бетон и коррозию арматуры и нелинейность и неодинаковую работу армированного материала на растяжение и сжатие).

Дискретизация уравнения (15) проводилась методом сеток. Объем пластины покрывался трехмерной сеткой, для того, чтобы применить симметричные разностные операторы для граничных точек платины, добавлялось по одному ряду внешних по отношению к пластине узлов по ее плану. Программный комплекс для расчета пластины реализован на языке среды технических расчетов MathWorks Mathlab v.5.2. С использованием разработанного программного комплекса численно исследовано поведение железобетонной пластины при различных схемах опирания по контуру и разных случаях воздействии хлоридсодержащей среды (сверху, снизу, с обеих сторон).

Результаты расчета пластины, шарнирно опертой по контуру для случая воздействия агрессивной среды одновременно на верхнюю и нижнюю поверхность представлены на рисунках 7 – 14.

На рисунке 7 проведено сопоставление эпюр прогибов по направлению x в моменты времени t=0, t=2000, и 9820 суток (время при котором пластинка выходит из строя).

Рисунок 8 показывает кинетику нарастания прогиба в центре пластины с течением времени под влиянием агрессивной среды. На рисунках 9 и 11 изображены объемные эпюры интенсивности деформаций на верхней поверхности пластинки в моменты времени t=0 и t=9820 суток. Как видно на этой поверхности качественного изменения эпюр не происходит. На рисунках 10 и 12 показаны объемные эпюры интенсивности деформаций в точках на нижней поверхности пластинки в те же моменты времени. В рассматриваемом случае наибольшие деформации наблюдаются на нижней поверхности пластинки в угловых точках. На рисунке 13 показана кинетика нарастания во времени интенсивности деформаций в центральной и угловой точках на нижней поверхности пластины при воздействии среды с обеих сторон. Можно наблюдать как разная интенсивность нарастания деформаций в центральной и угловых точках, приводит к тому, что с течением времени деформации в угловых точках начинают превосходить деформации в центральной точке. В конечном итоге предельное состояние пластинки достигается в угловых точках. На рисунке 14 представлена кинетика изменения деформаций в центральной и угловой точках на верхней поверхности пластинки. Как видно, здесь постоянно сохраняется превышение деформаций в угловых точках над деформациями в центральной точке.

Пятая глава посвящена исследованию сопротивления железобетонных элементов конструкций воздействию сульфатсодержащих сред. В ней получены разрешающие уравнения для сжимаемых и изгибаемых конструктивных элементов из железобетона, подвергающихся воздействию агрессивной сульфатсодержащей среды. Разработана методика расчета указанных конструкций и приводятся результаты численных экспериментов. Для изгибаемого конструктивного элемента система разрешающих уравнений имеет вид:

(16)

где - кривизна изогнутой оси балки, y0 - координата нейтральной оси, уsp, уsc - координата центра тяжести арматуры (растянутой и сжатой), hsp, hsc - расстояние между центром тяжести арматуры и координатой нейтральной оси, b, h - геометрические размеры поперечного сечения элемента.

Расчет нагруженных элементов, подвергающихся воздействию сульфатсодержащих сред, производится в два этапа: этап силового нагружения и этап деформирования конструктивного элемента во времени с учетом изменения механических свойств материала под влиянием среды. Дискретизация непрерывной задачи расчета элемента производится путем аппроксимации области решения системы уравнений (16) сеткой, в узлах которой определяются значения концентрации среды, параметр химического взаимодействия, механические характеристики материала, параметры напряженно-деформированного состояния. Таким образом, решение нелинейной задачи деформирования конструктивного железобетонного элемента при воздействии сульфатсодержащей среды сводится к решению двух групп уравнений: к первой относятся уравнение проникания среды и дифференциальное уравнение для параметра химического взаимодействия. Ко второй группе относятся уравнения деформирования, коэффициенты которых зависят от . Из решения этих уравнений определяются напряжения и деформации в заданные моменты времени и сравниваются с допустимыми значениями. Расчет заканчивается, если напряжения или деформации в бетоне или арматуре превысят допустимый уровень. Некоторые результаты расчета сжатого железобетонного элемента в условиях всестороннего воздействия сульфатсодержащей среды приведены на рис. 15 - 19. Данные на рисунках показаны для четверти сечения элемента.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.