Вплив температури на напруження і деформації залізобетонних конструкцій будівель та споруд - Автореферат

Світовою практикою експлуатації будівель і споруд доведено, що вплив температурних навантажень, особливо у поєднанні з силовими, призводить до суттєвого змінення експлуатаційних якостей як окремих конструктивних елементів так і споруд у цілому. Основними будівельними матеріалами, які використовують у спорудах з підвищеним тепловиділенням (захисні оболонки реакторів ТЕС і АЕС, металургійні та скляні заводи, димарі, силоси, бункери тощо) є бетон і залізобетон. У звязку з цим вивчення характеру роботи бетонних і залізобетонних конструкцій, що сприймають термосилові навантаження виходить на перший план. Актуальність роботи підтверджується суттєвим збільшенням в останні роки аварій споруд, повязаних з температурними впливами великої інтенсивності, таких як вибухи на АЕС, пожежні, стихійні явища (блискавки, вулканічні лави тощо). Відповідно до зазначеної мети були поставлені такі основні задачі дослідження: - визначити закономірності та характерні параметри температурних впливів на бетонні і залізобетонні конструкції будівель і споруд.Температура у приміщеннях зазначених виробництв у період нормальної експлуатації для приміщень, які не обслуговують досягає 60…800С, а для тих, що обслуговують зберігається на рівні 200С. У аварійних ситуаціях у окремих приміщеннях температура піднімається до 1500С і, відповідно, різниця температури поверхні стін може досягати 170…1800С. Ступінь змінення фізико-механічних властивостей бетону залежить від величини температурного впливу, складу бетону, водоцементного відношення, характеристик заповнювача швидкості нагрівання тощо. Узагальнення і аналіз експериментальних досліджень засвідчив, що при температурі бетону до 1000С величина коефіцієнту зниження міцності бетону становить не більше =0,8, а при температурах вище 1000С відбувається різке зниження міцності бетону Пропонується зниження міцності бетону в залежності від температури визначати за формулоюОцінювання оптимальної точності розрахунку з урахуванням допустимих спрощень і гіпотез суттєво залежить від відповідальності споруди, достовірності вихідних даних про навантаження, характеристики матеріалів, умов експлуатації тощо. З метою встановлення різних підходів до розрахунків бетонних і залізобетонних конструкцій у цьому розділі були розглянуті характерні, найбільш часто використовувані конструктивні елементи споруд: рами і плити промислових будівель, а також циліндричні оболонки високого тиску, які знаходяться у складі АЕС. У рамках поставлених задач розглянуто алгоритм розрахунку залізобетонної рами на температурні впливи з урахуванням усадки і повзучості бетону. параметри, які залежать від тривалих процесів (температури, повзучості, усадки, і стану перерізів колони (прогресуюче тріщиноутворення)). Далі розглянутий вплив температури на напруження, деформації та кривизни бетонної плити фундаменту, яка у загальному вигляді може бути додатково навантажена різними зусиллями та впливами.Наведена класифікація питань, які мають бути вирішені для забезпечення надійної експлуатації споруди в умовах термосилових навантажень. Відзначено, що підвищення температури суттєво на міцнісні та деформативні властивості бетону; набагато знижується початковий модуль пружності важкого бетону. Обробка, аналіз і узагальнення експериментальних даних, отриманих у Німеччині, Росії, Україні та інших державах, свідчать про те, що зі збільшенням температури відбувається суттєве зменшення зчеплення арматури з бетоном у залізобетонних конструкціях. Узагальнюючи досвід проектування і експлуатації будівель і споруд в умовах температурних навантажень, автор дійшов висновку, що вплив температури необхідно враховувати в таких основних випадках: 1) при нерівномірному нагріванні; 2) при суттєвих технологічних тепловиділеннях; 3) при складних кліматичних умовах (суворий або жаркий клімат).

Основний зміст дисертації

1. Визначена проблема міцності та ресурсу конструкцій будівель і споруд при складних термосилових навантаженнях. Наведена класифікація питань, які мають бути вирішені для забезпечення надійної експлуатації споруди в умовах термосилових навантажень.

2. Досліджені, проаналізовані та узагальнені змінення теплофізичних властивостей різних бетонів та їх складових у процесів нагрівання. Відзначено, що підвищення температури суттєво на міцнісні та деформативні властивості бетону; набагато знижується початковий модуль пружності важкого бетону.

3. Відмічено зниження фізико-механічних характеристик арматурних сталей. При цьому зниження межі текучості вуглецевих сталей значно більше, ніж низьколегованих. Аналізом експериментальних даних встановлено, що міцність арматурної сталі з підвищенням температури знижується відносно значно менше, ніж міцність бетону.

4. Обробка, аналіз і узагальнення експериментальних даних, отриманих у Німеччині, Росії, Україні та інших державах, свідчать про те, що зі збільшенням температури відбувається суттєве зменшення зчеплення арматури з бетоном у залізобетонних конструкціях.

5. Узагальнюючи досвід проектування і експлуатації будівель і споруд в умовах температурних навантажень, автор дійшов висновку, що вплив температури необхідно враховувати в таких основних випадках: 1) при нерівномірному нагріванні; 2) при суттєвих технологічних тепловиділеннях; 3) при складних кліматичних умовах (суворий або жаркий клімат).

6. Для визначення найбільш близького до реального напружено-деформованого стану залізобетонних конструкцій та споруд слід враховувати специфічні для залізобетону властивості: армування, тривалі процеси усадки і повзучості бетону, прогресуючого тріщиноутворення у розтягнутій зоні. При цьому треба брати до уваги закони розподілення температур у перерізах масивних та середньої масивності бетонних і залізобетонних конструкцій, які зазнають технологічних термосилових навантажень.

7. Виконані приклади розрахунків на температурні впливи трьох характерних видів конструктивних елементів: лінійних конструкцій (залізобетонних стояків), які знаходяться у складі рам багатопрольотних одноповерхових промислових споруд; залізобетонних плит, які використовують у складі будь-яких будівель, товстостінних циліндричних оболонок, що, як правило, використовують у захисних оболонках атомних реакторів. За результатами розрахунків зазначених конструкцій відмічені особливості їх роботи при дії термосилових навантажень.

8. Отримані результати розрахунків дозволяють раціонально конструювати несучі елементи споруд (залізобетонні рами, плити покрить та перекрить, захисні оболонки залізобетонних корпусів атомних реакторів), що зазнають температурних впливів.

1. Халік Наро. Урахування температурних впливів при розрахунку фундаментних плит /Халік Наро //Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди.- Рівне: НУВГП, 2007.-Вип.15.-С.323-328.

2. Халік Наро. Міцність зчеплення арматури з бетоном при підвищених та високих температурах /Халік Наро //Дороги і мости.-К.: ДЕРЖДОРНДІ, 2008.- Вип..10.- С.190-194.

3. Барашиков А.Я. Теплотехнічні властивості бетону /Барашиков А.Я., Колякова В.М., Халік Наро //Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Зб. наук. праць.- Рівне: НУВГП, 2008.-Вип.17.- С. 3-7.

4. Барашиков А.Я. Проблеми міцності та ресурсу конструкцій будівель і споруд при малоцикловому навантаженні /Барашиков А.Я., Пастернак М.М., Халік Наро //Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Зб. наук. праць.- Рівне: НУВГП, 2008.-Вип.17.- С. 289-395.