Вплив температури на напруження і деформації залізобетонних конструкцій будівель і споруд

Abstract

Запропонована класифікація способів забезпечення міцності та ресурсу конструкцій, будівель і споруд, які знаходяться в умовах складних механічних і теплових навантажень. На базі чисельних досліджень, виконаних у Німеччині, Росії, Білорусі, Україні та інших державах, проаналізовані, узагальнені та встановлені закономірності змінення фізико-механічних характеристик бетону і арматури, в тому числі сучасних профілів, в залежності від рівня підвищення температури. За результатами аналізу даних багатьох досліджень встановлені закономірності зниження зчеплення арматури з бетоном у залізобетонних конструкціях в залежності від величини температурного впливу. На прикладах розрахунків характерних бетонних і залізобетонних конструкцій (стержневих , плитних, оболонкових) встановлений вплив підвищених і високих температур на їх напруження і деформації. Результати роботи можуть бути використані в нормативних документах і дозволяють ефективно проектувати бетонні та залізобетонні конструкції, які працюють в умовах термосилових навантажень. Диссертация посвящена исследованию влияния повышенных и высоких температур на физико-механические свойства бетона и арматуры, а также на напряженно- деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций. В первом разделе проанализовано состояние проблемы обеспечения ресурса железобетонных конструкций, которые находятся в условиях сложных термосиловых воздействий. Приведены исследования влияния температуры на различные виды железобетонных конструкций сооружения со значительными технологическими тепловыдилениями. Проанализировано состояние железобетонных конструкций на предприятиях, работающих в условиях постоянного воздействия высоких и повышенных температур: реакторных отделений АЭС, АСТ и АТЭЦ, в коксохимическом производстве, на металлургическом заводе в стекольном производстве, в силосах, трубах и многих других сооружениях. В разделе отмечено, что на сегодняшний день в Украине многими учереждениями и вузами (ДонНАСА, КНУСА, НУВХП, ХГУСА) проведены работы по изучению влияния переменных силовых и тепловых воздействий. Однако результаты проведенных исследований не решают всех проблем по определению влияния термосиловых нагрузок на прочность, напряжения и деформации зданий и сооружений в целом. Второй раздел посвящен исследованиям влияния повышенных температур на основные физико-механические характеристики бетона и его составляющих. Степень изменения прочности и деформативности бетона зависит от величины температурного воздействия, состава бетона, водоцементного отношения, характеристик заполнителя, его влажности, скорости нагревания и т.п. Установлено, что физико-механические свойства арматурной стали также реагируют на повышение температуры. Наибольшее снижение предела текучести наблюдается в углеродных сталях классов А-I (А240С) и A-II (А300С). В то же время температуры 200…3000С не снижают, а в некоторых случаях повышает предел текучести низколегированных сталей типа A-III (А400С, А500С). Влияние упомянутых температур вызывает у углеродных сталей снижение предела текучести на 15…20% по сравнению с ненагретым металлом. Обобщение и анализ данных исследований различных авторов позволяют утверждать, что влияние повышенной температуры на тяжелый бетон и арматурную сталь существенно отличаются. Снижение прочности при нагреве бетона относительно больше, чем стали. Например, при температуре 1000С наибольшее снижение предела текучести арматурной стали составляет в среднем 7%, тогда как прочность бетона снижается в пределах 28%. Анализ экспериментальных исследований ученых многих стран (Белоруссии, Дании, Германии, России, Украины и др.) свидетельствует, что с увеличением температуры существенно уменьшается сцепление арматуры с бетоном железобетонных конструкций. Установлены закономерности этого снижения в зависимости от величины нагрева железобетонного элемента, прочности бетона и арматуры, профиля арматурного стержня, вида напряженного состояния и.т.п. Третий раздел посвящен учету температуры воздействий при расчете отдельных бетонных и железобетонных конструкций, а также зданий и сооружений в целом. В рамках поставленных задач рассмотрен алгоритм расчета железобетонной рамы на температурные воздействия с учетом усадки и ползучести бетона. При этом учтены специфические свойства железобетона: прогрессирующее трещинообразование и деформированная схема сооружения. Рассмотрено влияние температуры на напряжения, деформации и кривизны бетонной плиты фундамента, которая в общем виде может быть дополнительно нагружена различными воздействиями (температурными, ветровыми, испарениями влаги и т.п). Определено напряженно-деформированное состояние толстостенной цилиндрической бетонной оболочки при неравномерном нагревании. Получены результаты распределения температуры по сечениям массивных и средней массивности бетонных и железобетонных конструкций, которые находятся на открытом воздухе или испытывают периодические воздействия технологических температур. В четвертом разделе приведены примеры расчета на температурные воздействия характерных конструкций из бетона и железобетона. В качестве примера рассчитаны параметры напряженно-деформированного состояния стоек железобетонной рамы при воздействии на нее климатических колебаний температур. Выполнены численные исследований на ЭВМ напряженно-деформированного состояния железобетонных плит при высоких температурах. Предложена методика расчета на температурные воздействия толстостенных цилиндрических оболочек, которые часто используют в атомных реакторах. Приведены примеры конструирования корпуса реактора с учетом особенностей расчетного напряженно-деформированного состояния. В выводах сформулированы основные результаты, отражающие решение научной задачи, которая заключается в разработке методики оценки влияния повышенных и высоких температур на напряженно-деформированное состояние наиболее часто используемых бетонных и железобетонных конструкций.The proposed classification methods of strength and resource structures, buildings and structures that are under complex mechanical and thermal loads. On the basis of numerical studies carried out in Germany, Russia, Belarus, Ukraine and other states, reviewed, compiled and installed changing patterns of physical and mechanical properties of concrete and reinforcement, including current accounts, depending on the level of temperature increase. The analysis of data of many studies established laws reduce clutch armature reinforcement in concrete structures depending on the amount of temperature influence. In typical examples are concrete and concrete structures (plate, shell) The influence of elevated and high temperatures on their stress and strain. The results can be used in the regulations and to effectively design and reinforced concrete structures that are under temperature effects loads.