Delist.ru

Прочность железобетонных сборно-монолитных и монолитных конструкций гидротехнических сооружений с учетом строительных швов (16.10.2007)

Автор: Николаев Дмитрий Валерьевич

Подставляя выражения (5), (6) в уравнение (1), получаем:

Определив значения m и n, предварительно оценив значение k, можно получить по уравнениям (5) и (6) изгибающие моменты для обеих балок и, используя их, определить соответствующие каждой балке компоненты напряжений и прогибы известными способами. При этом следует иметь ввиду, что касательные напряжения в строительном шве создают продольную силу N? (2), а момент М0 – продольную силу N, действующие вдоль нейтральной оси каждой балки, которые определяются по зависимостям (2) (9)

Эти силы должны быть учтены при определении напряжений.

Далее в 4ой главе приводится методика расчёта несущей способности продольной арматуры на действие поперечных сил. При зафиксированном экспериментально характере трещинообразования, способность сопротивляться действию поперечных сил конструкции в опорном сечении значительно занижена, из-за практически отсутствующей сжатой зоны бетона и исключения из работы поперечной арматуры (рис. 3). Поэтому перерезывающее усилие воспринимается только продольной арматурой работающей во взаимодействии с бетоном на срез. При этом предельная поперечная сила воспринимаемая системой «арматура-бетон» определяется из условия достижения предела прочности бетона на раскалывание. Методика определения «нагельного» эффекта была конкретизирована по результатам исследований, проведённых профессором Н. И. Карпенко, по изучению касательных напряжений в арматурных стержнях железобетона с трещинами и адаптированная специалистами ОАО «НИИЭС» для арматуры больших диаметров. В результате были предложены конкретные зависимости и номограммы по определению «нагельной» способности продольной арматуры в зависимости от её диаметров в диапазоне 12 мм-40 мм и прочности бетона.

Пятая глава посвящена разработке рекомендаций по применению численного моделирования методом конечных элементов железобетонных конструкций с продольными швами и последующего сравнительного анализа результатов расчётов, выполненных по разработанной инженерной методике, численных и модельных испытаний.

Расчёты по МКЭ были проведены с использованием нелинейных моделей материалов по программе ADINA. Для описания работы арматуры применялась упругопластическая билинейная математическая модель с упрочнением, а для бетона – математическая модель, сформулированная Купфером. В приведённых нелинейных расчётах был использован метод, позволяющий определить не только напряжённо-деформированное состояние, но и характер трещинообразования.

Было смоделировано и рассчитано несколько математических моделей. Для аппроксимации бетона использовались твёрдотельные 8ми узловые элементы типа solid, а для моделирования арматуры – стержневые 2х узловые элементы типа truss. Все модели выполнены двухслойными, связь слоёв осуществлялась за счёт поперечной арматуры. Шов-контакт аппроксимирован следующим образом: элементы при расчёте МКЭ связаны друг с другом только через узлы, в связи с этим для аппроксимации шва в его плоскости, поперечная арматура и слои бетона имели различные несвязанные между собой узлы: арматура проходит сквозь шов, не взаимодействуя с ним; для совместных деформаций (не проникновения слоя в слой), между слоями была введена контактная группа. В целях полноты проведённого численного анализа, несмотря на неоспоримые преимущества применённого метода (возможность аппроксимации всей продольной и поперечной арматуры, учёта нелинейного деформирования материалов, поэтапность нагружения), следует отметить и некоторые негативные особенности. Расчётом с применением модели материала с критерием прочности Купфера возможно определить только зоны образования трещин и направленность последних. Количество трещин и их шаг не определяется. Линии, обозначающие зоны образования трещин, имеются в каждом конечном элементе (рис 2 а). Математическая модель, в которой свойства бетона учитываются критерием прочности Купфера, не учитывает проскальзывание арматуры в бетоне в зоне трещин. На всех ступенях загружения коэффициент полноты эпюры нормальных напряжений в продольной арматуре (?s) равен 1, что не соответствует работе арматуры в зоне расположения трещин.

Главным критерием при оценке сходимости численного расчёта является сопоставление прогибов, полученных численными расчётами и результатов экспериментальных исследований. Отмеченные недостатки численного метода не повлияли на результат анализа: получена удовлетворительная сходимость результатов численных расчётов с экспериментальными данными (рис 3). На основе сопоставления прогибов математических моделей установлено, что деформативность рассмотренных двухслойных моделей в 2-4 раза больше цельномонолитных. Напряжения в растянутой арматуре второго ряда (внутри сечения) в двухслойной модели достигают предела текучести при нагрузке в 3ри раза меньшей, чем в модели без шва (рис. 2). При достижении арматурой 1 предела текучести, резко возрастают напряжения в арматуре 3 (см. пунктир на графике). Представленное напряжённое состояние арматуры 1ого и 2ого яруса бетонирования согласуется с характером развития нормальной магистральной трещины, полученное на железобетонных моделях: раскрытие внутренней трещины первого яруса значительно превышает раскрытие трещин во втором ярусе (рис. 1).

На основе выполненных исследований определён ресурс массивных перекрытий электростанций с нарушенным сцеплением контакта сборной конструкции с монолитным ярусом бетонирования (рис. 4).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Экспериментальными исследованиями на физических моделях установлено, что способность сопротивляться действию изгибающего момента двухслойных моделей с нарушенным сцеплением ярусов бетонирования значительно ниже, чем монолитных моделей.

Характер трещинообразования, механизм сопротивления и разрушения железобетонных конструкций, имеющих продольный шов, плоскость которого располагается нормально к плоскости изгиба изгибаемой конструкции, значительно отличается от обычного представления трещинообразования в монолитных конструкциях. Максимальное раскрытие трещины разрушения зафиксировано не на верхней максимально растянутой для монолитной конструкции грани сечения, а внутри сечения в плоскости шва – на грани элемента, имеющего более значительную изгибную жёсткость.

Эпюру противодавления воды в трещинах принимаемую по СНиП 2.06.08-87, предлагается корректировать с учётом высоты сжатой зоны, определяемой из условия раздельной работы слоёв железобетонной конструкции и выявленного характера трещинообразования.

Разработана инженерная методика расчета поэтапно возводимых железобетонных конструкций ГТС. Методика позволяет рассчитать конструкцию по всем группам предельных состояний.

Разработан ряд рекомендаций по конечно-элементной аппроксимации железобетонных конструкций ГТС с блочными швами.

Выполнена апробация инженерного метода расчёта путём сопоставления результатов расчета с экспериментальными данными, а также с результатами численного моделирования. На основе сопоставлений результатов расчета по предложенной автором методике с результатами расчета по МКЭ и экспериментальными данными отмечена удовлетворительная сходимость, по деформациям, напряжениям в арматуре. Сделан вывод, что разработанная методика расчета железобетонных конструкций с продольным швом может быть использована при проектировании.

Предложена методика определения остаточного ресурса железобетонной конструкции.

Результаты диссертационной работы внедрены в проект усиления 8ми перекрытий боксов барабанов-сепараторов пара на Курской и Смоленской

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Николаев Д. В. Исследование сборно-монолитных железобетонных перекрытий в массивных сооружениях / "Промышленное и Гражданское Строительство", 2007 г., № 4, с. 47-48;

Николаев Д. В. Физическое и математическое моделирование железобетонных гидротехнических конструкций с учётом продольных строительных швов // "Гидротехническое строительство", 2007 г., № 9, с.21-23;

Николаев Д. В. Исследование массивных сборно-монолитных железобетонных перекрытий энергетических сооружений // Безопасность энергетических сооружений / Научно-технический и производственный сборник, ОАО "НИИЭС", М.: 2007, Вып. 16, с. 45-55;

Петрашень И. Р., Николаев Д. В. Исследование трещинообразования и несущей способности массивных перекрытий ГЭС и АЭС, возводимых поэтапно, и усиление перекрытий для продления срока их эксплуатации // Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии. Научно-техническая конференция Доклады и выступления. СПб.: Издательство "ВНИИГ им. Веденеева", том 2, 2006. г., с. 298-304;

Петрашень И. Р., Николаев Д. В. Исследование трещинообразования и несущей способности массивных перекрытий ГЭС и АЭС, возводимых поэтапно, и усиление перекрытий для продления срока их эксплуатации // Тезисы докладов научно-технической конференции: "Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии", СПб.: Издательство ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, с. 149-150;

РД ЭО 0624-2005 «Мониторинг строительных конструкций АЭС»

Таблица 1 Классификация физических моделей перекрытия

загрузка...