автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Корпуса высокого давления из тяжелого армоцемента для энергетических строительных технологий

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГБ ОД

1 7 OKI 1994 На правах рукописи

'МОРОЗОВ Валерий Иванович

УДК 621.039.536.2:693.55:624.012

КОРПУСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ИЗ ТЯЖЕЛОГО АРМОЦЕМЕНТА ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ Й СТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 05.23,01 - строительные конструкции,. здания 11 сооружения

Автореферат • <

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1994

• - 2 -Работа выполнена в ., Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном уннзе-рситете.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор • ■ Г. Н. Шоршнев

■ 1 Официальные опноненты:

доктор .технических наук, профессор Г. Д. Вишневеикий;

. доктор технических наук, профессор Б.С.Соколов;

доктор технических наук, профессор И.Б.Соколов

Ведушее предприятие - Всероссийский научно-исследователъс> 'и проектный институт комплексной энергетической техноло!

(БНИЛИЭТ)

.Зашита состоится 3'ноября 1994 Г; .в 13 час. 30 ига на заседании диссертационного Совета Д. 063. 31. 04 в Санкг Петербургском государственной архитектурно-строительн! университете по адресу 198005, Санкт-Петербург, 2-я Красна армейская ул. , ч.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университе'

Автореферат разослан "30" сентября 1994 г.

Ученый секретарь Совета. /

к. т. н. , доиент И. С. Дерябин

- 3 -

Аббревиатуры I) сокращения: '

квд - корпус високого давления: ТДЦ - тяжелый армоиемент; Я;1 -¿ернкй реактор; АТ - аккумулятор тепла: АК - автоклав; (Я)РТН - (кон-7ексная) р-зсчегно-теоретическая модель: ПНЖВ - предварительно-ланря-гниыИ железобетон: ЖРК - хелезоеетонвые конструкции, ППП - л ¡.кет пги-аашшх программ; нлс - напряженно-ли ормированное состоят«; ТО -сис-гма охлаждении; а. е.-натуральная величина. Тэн-теплоэнергонагреватель.

ОБЕАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В последние годи энергетика стран;: лказа-ась на дороге кризиса. Темпы ее развития замедлились по крайней мере трое. Резко уменьшился резерв энергоношаостей: З-ч* . вместо 13>- по ормативаи и не менее ¡¡зх. необходимый для условии' ринка. ' Отказ от [Спользоеэния АЗС будет означать снижение возможностей обеспечения ¡лектто энергией только европейской части страны до '»5;: необходимого 'ровня, иежяу тан в 1990 г. в акергетические системы ведущих стран выти включены 9 новый ядерных-блоков обсей электрической ксшостьи порядка 9 тыс. ИВт, а в ССА министерством энергетики предусмотрено уведк-<екие до £00 млн. долларов ежегодны:; ассигнований на разработку новых реакторов. События на Чернобыльской АЭС, осназенной реакторами канального типа (РБЯЮ. ■ обуславливают повышенные требования к надежности ядерных реакторов и самих станпйй в тон числе и в строительно-конструктивном аспекте, я. в частности, одним из перспективных направлении можно считать перекод на реакторы "корпусного типа из железобетона..

В связи с ростом . единичных мсаностеи знерго?локов на атомных и тепловых•станпиях и увеличении амплитуды-суточного колебания электрической , нагрузки остро встает проблема поиска.способов аккумулирования энергии при снижении нагрузки к системе и выдачи ее период пика потребления. В настоящее время разработано и внедряется во многих страна* тепловое аккумулирование с использованием баков-аккумкляторов (АТЬ работающих под давлением и повышенной температурой.

С появлением в '1989 г. в Введии ячеистого бетона в строительств стали развиваться"автоклавные технологии. Основное производство автоклавных материалов сосредоточено в рукач* нескольких известны!! заруб?.*-кнх фирм (Сипорекс. к-онг. Хебель и др. ), активно 'вёяушик лппепзионлго деятельность. Такие технологии предполагает использование состоя высокого (до 0,3 - ь г КПа) давления я повышенной (до гоо°С) теннера-_ туры. Имеются- однако, и наши отечественные Разработки, выполненные, в частности. проФ. П, И. Боженоеым. и его сотрудниками э СПОГЛСУ. ини показано. что при давлении о АК порядка й, 5 МПа прочность ветонол й 1.5-5 раза выше, гем при традиционной автоклавной"технологии. при угон резко

- <4 - . •

увеличивается гамма используемых сырьевых материалов.

Можно привести и другие области использован.»? квд, среди которых отметим емкости для нетрадиционных способор пожаротушения. ' сосуды для испытания' глубоководных спускаемы.: айпаратов, технологии нефтяной. газовой и др. отраслей. ■ - -

Таким образом, современной развитие энергетических, строительных 'и некоторых специальных технология требует создания надежных крупнога-' баритных КВД. работающих в условиях температурных,-' радиационных и других воздействий. По мнению ведущих специалистов преимущество здесь за корпусами из железобетона, отсу.тстеие отечественного опита строительства • и эксплуатации таких КЕД не лшает данную проблему перспективности. тем более, учитывая зарубежный "опыт и некоторые опытно-теоретические и технологические разработки в нашей стране' (а. М, Архипов. П. И. Боженов, п. Н. Васильев, а; В. Вовкукевский. В.Е.Дубровский, А.П.Кириллов. А.Ф. Нирен-ков, В. Б. Николаев. С- Н. Панарин, Р.И.Румянцев, И. Б. Соколов, .о. П. Стариков. К. И. Тараторин, а. В. Кольцов. а. а. Храпков. Г, Н. Шоршнев и др. ) имеются реальные предпосылки расширения поиска путей реализации и выбора наиболее яриеняивого; для наоей стрсйшшустрш Направления одновременно с сокрааением времени от исследований'и раэ-раст^к конструктивно-технологических и строительно-организационных кониьпинй до реального внедрения в практику. ; . ' цель диссертации - обоснование принципов создания и исследования КВД из ТАЛ для энергетических, строительных и специальных технологий и их реализация применительно к ЯР, AT и AK. : .

Обшая постановка задачи - экспериментальные и теоретические исследования с учетом единства,, системности и комплексности взаимное вязанных об'ектов КВД разных иерархических уровней (материал, элемент, конструкция) и на их основе научное обоснование возможности и Конструктивной целесообразности создания КВД из TAU для ЯР. AT и АК.

Исследуются следуюаие об'екта: " ' .

- дисперсно-аркировйнный железобетон с высоким содержанием--арма- -туры . (тяхелшт з.рмоцемент) с учетом трешнообразования: ■

- анкерный стержень при действии поперечной нагрузки с учетом -пластических свойств бетона,' . 1

- бетон в условиях трехосного сжатия;

- толстостенные цилиндрические и сферические элементы из TAU в ус ловиях осе- и полярчосимметрнчных тепловых и радиационных воздействия.' >-

{■ элементы металлической облицовки с системой гибких анкеров при силовых й тепловых воздействиях;

- торцовые элемента (пиша) при силовых и тепловых воздействиях: -. - изгибаеные элементы из ТАИ при тепловых и силовых воздействиях! :

- б|'ус из TAU в гсл0т1иях теплового удярл!

- КВД яр из тлп ци^.'.ндричеекой Формы при внутреннем давлении и тепловом еоздейств/и!

- КВД ЯР из ТАИ сферической формы при внутреннем давлении и тепловой воздействии;

- at из таи цилиндрической формы с коническим» элементами при внутреннем давлении и тепловой воздействии; ' '

- as из тли с открывакашмкся крышками по г.ринчипу байонетнсго затвора при внутренней давлении и тепловой воздействий.

Автор

- конструктивны?, решения КВД и результаты эксперимеитальиы* исследований на крулномасятабкнх Физических неделях ЯР. AT. и АХ и их элементов ¡толстостенные кольца иэ ТАМ. Фрагменты системы "облицовка -анкера", образны материалов);

- теоретические предпосылки и модель деформирования ТАЛ с учетом треазгаообрагоьания!

- основные зариснмости для TAU как раэномодульного материала и теорему единственности решения в рамках данного подхода;

- расчетные модели элементов цилиндрическом и сФегическои формы иэ ТАИ применительно к аналитическим методам решения, а также алгоритмы и программы их реализации для персональных компьютеров;

- метод расчета параметров тгеииностойкости толстостенных цилиндрических конструкций, основанный на блочной модели, в том числе алч неоднородного ортотропиого материала, . в рамках аналитического и численного реаекия; . ' - '

- метод;».'/ расчета системы "облановка-аккера" и рекомендации по расчету тораозкх элементов; "

-. результата численных гкег.еркнектов КВД -и их элементов, выполненных НКЭ' и ККР. при силовых к темгературнмх воздействиях;

- расчетао-теоретическу» модель к ЕЛ с учетом конструктивной и Физической нелинейности, применительно.к численным методам, а также алгоритм и программу расчета нкр на силовые и температурные воздействия.

Е результате выполненной работы получен ряд результатов, имевших научную непизну, • '

В области экспериментальных исследований: ,

- получены опытны- данные о. НДС к.трешиностойкости кгулнонасяггаб-ной Физической иодели ./в 1/3 натуральной величины) КВД иэ ТЛИ, исешей центральную с открывавшейся кршкой и периферические проходки в вегк-нем дниие, внутреннюю ..стальну*? тонкую облииояку с компенсаторами и системой гибких анкеров, внутреннею тепдоизолязи» с.системой теплоот-вода, при кратковременных." длительнкк и нзяоиикловыз! нагрузка* (лапл?*. ние ino' ei, р. ЙПа и температура Ю0° о при различных ик сочетания?, включая "аварийные" ситуации!

- получены опытные данные о НДС к трешиностойкости Фиэическо комбинированной модели лт и ак при внутреннем давлении до 11.5 МПа температуре до гоор С; •

- получены опытные данные о НДС и трекшностойкости толстостенног кольцевого элемента ив Тлй в условиях тепловых (до 400°с) воздействия и Фрагментов, системы "облицовка-анкера", в тон числе в критической 'закритической стадиях. .

В области теории и расчета;

- разработана- теоретическая модель Деформирования ТАЦ на стадия от микготретитнообразсванкя до магистральных трешин. адекватно отража тая данные процессы в экспериментах:

- разработаны теоретические модели конструктивных элементов и ТЛП (цилиндрические, сферические, балочные)'и построены'аналитически методы их расчета с.учетом тепловых и радиационных воздействий;

- разработан вариант блочной модели ' расчета параметров треши ностойкости цилиндрических конструкций из тац в условиях тепловых воз действий:

- разработана теоретическая модель деформирования системы "обли иоак.а-анкера" с учетом пластических свойств материалов:

- в результате теоретических и опытных исследований и численных экспериментов с применением ККЭ и ИКР построена адекватная расчетно-

' теоретическая модель КВД из ТАИ и даны рекомендации по ее реализации, применительно к ЯР. АТ и аи.

Практическая значимость:

- обссиована'вогмолность и конструктивная целесообразность созда ния квд из новой разновидности железобетона - тяжелого армоиемента дл эксплуатации в условиях тепловых воздействий применительно к энергети ческим, строительным и специальным технологиям;.

усовершенствованы и разработаны новые конструктивные решени КВЛ я.р, АТ и АК; .

- разработаны аналитические и численные методы расчета КВД и ег . элементов, алгоритмы И программы расчета, которые могут быть не

посредственно использованы при проектировании натурных об'ектов как н стадиях эскизного 11 технического проектов, так и на стадии рабочег проектирования. . ''

Разработки автора по КВД АК и ЯР защищены патентами Российско Федерации: патент К ¿000835 (железобетонный автоклав) и решение Коми тета<Рф по" патентам и товарный знакам о выдаче патента на' спс>со$ арми рования сферических ррзеРвгаррв (ЯР) от 09. ог. 94.

Полученные результаты внедряются ВНИПИЭТ при разработке опытны: горазисп-прототипов ква ЯР, АТ и АК из ТАЯ. Вместе с тем исследования внпслиеннне и диссертации, создают реальные предпосылки длг дальнейше

^о совершенствования конструктивко-технологическйх решений и прЬекги-^ования высоконапорннх сосудов для нефтяной, газовой, химической промышленности и специальных технологий, а также разработки вариантов' усиления металлических и железобетонных сосудов при их ремонте и реконструкции.

Некоторые результаты имеют и методологическое значение для даль-» нейшего совершенствования теории конструкционных армированниых материалов, разработки на их основе новых трешиностсйких армированных бето-: нов. в том числе жаростойких и специальных, а также теории и методов аналитического и численного расчетов элементов и КВД в целом с учетон конструктивной и Физической нелинейности.

Результаты работы внедрены в учебный процесс СПбГАСУ, что нашло отражение в программе специального курса по железобетонным конструкциям для студентов специальности ЛГС.

Работа выполнялась в соответствии с координационным планом важнейших НИР и ОКР по теме "Создание железобетонных корпусов высокого давления для энергетических -установок" и программой "Строительство"

Апробация работы и публикации. • Основные положения диссертации опубликованы в гт работах и докладывались: '

- на заседаниях!! Комитета железобетонных конструкций НТО Стройин-дустрии (Ленинград. 1977, 1989 гг.);

- на Международных симпозиумах по а^моиементу (Москва. 1983г. . Манчестер. Англия. 1994 г.);

- на Всесоюзной конференции."Прогнозирование прочности и- деформаций бетона и железобетона на основе методов механики разрутяения" (Се- ' вастополь. 1984- г. ); •

-.на Всесоюзном координационном совещании "Трешиностойкость железобетонных- конструкций" (Брест. 1984 г. I;

- на Всесоюзных научно-технических совещаниях "Предельные состояния бетонных и железобетонных конструкций энергетических сооружений" шредсо-86, Нарва. 1986 г.предсо-93.с-петербург. 1993 г.);

• - на VIII Ленинградской конференции по бетону и железобетону (Ленинград. 1988 г, ): •

- на заседаниях комиссии по аркоцементным конструкциям Национального Комитета СССР Международной Ассоциации по пространственный конструкциям (Ленинград, 1988. 1990 гг. >;

- на научно-технических конференциях СПбГАСУ (ЛИСИ) в период с • 1977 по 1993 гг.

Материалы настоящей работы обсуждались также на заседаниях научно-технических советов а/я А-7755 в 19Й5-1986ГГ. И ВНИПИЭТ В 1977-1993 ГГ.

Работа выполнена при научных консультациях члена-корреспондента Петровской Академии наук,- д. т. и. . проф. г. н. ¡Еортнева, которому автор

- 6 -

выражает глубокую признательность. ■

Автор благодарен Заслуженному изобретателю России, к. т. н. . зав. отделом С. Н. Панарину (ЛенЗНИИЭП) за разработку технологии возведения КВД из ТАИ и инженерам Р.М.Зорину и Е. С. филоненко за помощь при проведении экспериментов на крупномасштабных неделях, а также к. т. н. . доц. О. И.Старикову и .руководителю группы Р.Н.Румянцеву (ВНШШЭТ) за активнук поношь в работе и участие в-создании рабочего проекта модели КВД ЯР.

Об'ен работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка "литературы из 309 наименований, приложений и включает 382 стр. машинописного текста,' 194 рис., 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Первая глава посвящена характеристике современного состояния в об _ласти исследования,.проектирования и строительства железобетонных КЫ для энергетических и строительных технологий и специального назначена На основании изучения зарубежный ' и' отечественных литературны> источников анализируются достоинства и недостатки известных конструктивных решений цилиндрических и сферических яр из железобетона, в toi-числе созданных и исследованных во Франции, Англии, Германии, а также отечественных разработок, выполненных в институте Гидропроект под руководством А.П.Кириллова. Показано, что применение бетона в сочетаню с напрягаемой арматурой позволяет создавать более надежные КВД, чем Hi ' металлические аналоги, за счет, прежде всего, абсолютного исключенш опасности хрупкого разрушения. .

Приводятся конструктивные решения AT. ' разработанные в Германии, Австрии, а также некоторые проектные разработки, выполненные в наше1 стране ЭНИН им. Кржижановского, внииг им. Веденеева, нис Гидропроект; им. Жука' ( а. н. Архипов. а. и. Караваев. п. Кирилллов. В. п. налявин. А. п. Пак. й. Б, Соколов, а. а. храпков и др. i из обычногр и ПНЖБ.

Дано описание металлического автоклава под давление о. з-ьг НП; производства концерна " FERRW (Польша), применяемого в настоящее время отечественной стройиндустрией. а также разработки первых отечественных АК- (В. В. Михайлов, А. Ц- Попов. И- Т. Кудрящов к др. 1. расчитанны: также' на давление 0.8 una из монолитного (ямного типа) железобетона i сборного ПНЖВ из прямоугольны? рам (проект ниижб, цнииск и Минмон-тажепеастрон СССР),

Несмотря на изрестные ^р^ниуше'ста железобетонных квд перед не тадли^ескинн. они в нашей стране не нашли применения, что обусловлено, qqhh^o ярс)чих рричин. определенными сложностями технологии их возведе кия. связанными, в частности, с предварительным напряжением, отсутствием отечественного производства мошных (свыше ЮООт) домкратов и пр.

. В начале то-х годов в спбглсу (лиси) совместно с Дензнииэп по за панию внипиэт и других организавий были начата исследования и разра

тки оригинальной конструкции и технологии возведения ХВД ЯР из - не -пряженного железобетона. По предложению Г. Я. Шоршнева в качестве ночного конструкционного материала принят дисперсно-армированный лкозернистый бетон (В30-В50) с высоким (до гох) содержанием арматуры ¡p-t, В-1) малых (3-5 мн> диаметров, получивший название тяжелый, армо->мент (TAU). Испытания TAU на плоских образцах и кольцевых Фрагментах » 5наружили высокую жесткость, трешиностойкость и повышенный предел уп-|ггой работы. Нол руководством Г. Н. Шоргонева была разработана приниипи- ' пьная конструкция КВД ЯР из ТАЦ, представлявшая собой толстостенный илиндр иэ ТАИ с коническими сужениями с внутренней тонкой стальной ерметизируюгаеи облицовкой и двумя торповыми железобетонными элемента-и в виде толстых конических плит, опирающихся свободно на силовую асть наподобие пробок, исследования Г. н. Шоршнева на фрагментах в виде олстостенных колец из ТАЦ и конических бетонных плит в обойме, а так-;е двух Физических моделей КВД ЯР, изготовленных в i/зо и 1/-10 нату->альной величины, на силовые и температурные воздействия (в тон числе 1ри участии автора) показали высокую надежность конструкций и принии-шальну» возможность создания КВД ЯР на основе механизированной техно-югии, разработанной С. Н. Панаринда и его сотрудниками (ЛенЗНИИЭП).

Полученные Результаты создали реальные предпосылки для продолже-шя в рамках настоящей диссертации работ по данному научному направлению. относительное сходство нагрузок и воздействия и конструктивно-технологических особенностей обусловили возможность обоснования общих принципов создания и исследования КВД из TAU для энергетических и • строительных технологий, в тон числе, проведение экспериментально-теоретических исследований и конструкторских разработок применительно.к ЯР. AT и АК. На рис. 1 показана крупномасштабная Физическая модель ХВД ■ ЯР в i/З натуральной величины, отличия ее от двух предыдущих моделей (в 1/30 и t/10 н.в. ) заключаются во введении дополнительных элементов, характерных для натурного образца, как-то: теплоизоляционного слоя из бетона, расположенного за облицовкой, системы гибких стержневых анкеров, крепящих ее к массиву из TAU и днишам (торцовым элементам), тру8-чатой системы водяного теплоотвода, специальных компенсаторов в угловых зонах для снижения концентрации напряжений в облицовке, а также создании высокой степени перфорации верхнего торца, обусловленной необходимостью устройства прохоаок над активной зоной, в том числе большой центральной и малых боковых (12 шт. 1 и больших периферических (12, шт.), соответствующих парогенераторам.

Приводятся авторские разработки AK. AT. а также ЯР сферической Формы, защищенные патентами РФ.

Все сооружения созданы на основе общих принципов: силовой слой стенок выполнен из TAU, а торцовые элементы в виде толстых конических

Бетонные, j^abamu . Арматурные раВати

ÖfiQAyStCG со СйПОнКОМИ

______Х.ТЖ

««лгрл-ятг ТПЗТГ £ГР -а Т/^ tTöTims»nttirtfÄ -оотгоготши

I ,

плит, ( в том числе с проходками и открывающимися крышками), опиравшихся по боковой поверхности на силовой слои; герметичность создается тонкой стальной облицовкой, закрепленной системой гибких анкеров в. приоблиновочном слое, имеются, однако, и отличительные особенности. Так Геометрия н Форма торцовых частей AT (рис. S) отличается от таковых в яр; из-за отсутствия необходимости Устройства большого количества. проходок торцовый элемент ("пробку") удается уменьшить, увеличив при этом угол наклона ее образующей с .20 до 30 . автоклав же требует уст-' ройства регулярно открывавшейся по эксплуатационным соображениям крышки. В предлагаемом варианте такая крышка реализована по принципу байо-нетного затвора, закрепленного в коническом сужении силовой части из ТАИ (рис. 3). .

Глава завершается предварительной сравнительной оиенко'й предлагаемых вариантов КВД с известными решениями из металла и ПНЖВ. а также перечнем задач и об'ектной схемой дальнейших исследований.

Глава П..Теоретические основы сопротивления материалов и элемеи-—-,

* тов силовым и- тепловым воздействиям ,

Глава посвящена построению теоретических моделей поведения материалов под нагрузками и тепловыми воздействиями,' составляющих отдельные конструктивные элементы КВД. здесь же разрабатывается основной принцип построения аналитического аппарата расчета конструктивных элементов из ТАЦ, Настоящий раздел закладывает Методологическую основу исследования отдельных объектов КВД в их взаимосвязи и взаимозависимости.

g. 1. Основные расчетные зависимости для ТАИ как сплошного ортотро- , пного материала (без трвшин). Высокая степень насыщения бетонной нат- ■ тйы армирующими волокнами, качественное отличие свойств TAU .от составляющих его материалов .и традиционного железобетона, ' в том числе по жесткостным и трешиностойким параметрам, позволяют с известной степенью допущения рассматривать его как композит. Анализ фундаментальных исследований В. Фойгта, А. Рейса. Р. хилла. а также практических предложений Д. с. Аболиньша, В. В. Васильева, А. к. Налмеистера. ю. м. тарнопольского и др. позволил воспользоваться рекомендациями по определению интегральных характеристик-жесткости Таи как армированного композита для стадии работы без трещин, приводятся замкнутые выражения для вычисления модулей и коэффициентов поперечных деформаций для матривы (бетона) и арни-' рованного композита (TAU) в основных (глобальных) осях, й том числе при произвольной ориеитаиии арматуры по отношению к нин. а также с. учетом возможного ее искривления (имешего место в арматуре, устанавливаемой без натяга). .

г. 2. Теоретическая модель деформирования TAÍ1 с трешинани. Вопросам трешностойкости армированных бетонов и поведений железобетона с трешинани посвяшены исследования и. н. Ахвердова, В. И. Балаваазе. В. И. Верест-

- хз - '

нева. П. И. Васильева, ю. В. Зайцева, А. В. Караваева, Н. И. Карпенко, в. Л. Клев-пова, Р. С. Красиовского. л. К. Лукаи, К. А. Нальиова, А. В. Носарева. В. Р. Орехова, А. П. Пака, Е. Н. Пересыпкина. Э. Г. Портера, Л. П. Трапезникова, Б. Ф. Турукалова, Г. К. Хайдукова. Г. Н. Шоршнева. а также G. Bat son, В. Broma. J. Goto, D. Roraual-di и др. Отмечаются достоинства методов расчета ЖБК, основанных на использовании механики разрушения и так называемых блочных моделей, » разработанных П. И. Васильевым и его сотрудниками Е. Н. Пересыпкиным, В. В. Беловым, В. И. Беловым, Г. С. Захарьевым, А. С. Высоковым и др. В дисперсно- ' -армированных бетонах (фибробетоне. армоцементе) процесс Формирования - -магистральных трешин протекает более устойчиво, чем в обычном железо- - " бетоне, и включает несколько стадий, В связи с этим меняется и жесткость элемента, отмечается необходимость построения такой модели - де--Формировавния. которая бы позволяла "следить" за изменением интегральной жесткости от начала работы, когда трешин нет. до полного исчерпания несушей способности, -включая стадию с магистральным трешииообразо-ванием. В данном подразделе сделана попытка построения расчетного аппарата. базируюшегося только на таких исходных параметрах, которые могли бы быть определены с помоиью известных экспериментальных методов (модули, пределы прочности, критические коэффициенты интенсивности напряжений и т.п. Ь и позволяющего исследовать поведение TAU от^ мик-ротр'ешииообразования до стадии с магистральными трещинами. 2. 2.1. На основе анализа работ по трешиностойкости армированных бетонов, а также исследований в области механики разруиения и теории трешин. в тон числе некоторых качественных результатов решений М. Isída-для периодически армированной пластины с начальными микротреиинами, полученными с помощью рядов Лорана, вновь отмечается влияние арматуры на свойства окружавшего бетона. Количественная опенка поведения ТАЦ с микротрешина-' ми выполнена с использованием оригинальной расчетной схемы, построенной на основе модификации моделей J, Romualdi и G."Batson применительно к Фи-бробетону и В. Э. Партона я Е. fí, Морозова применительно к пластине с трещиной и подкр,?пляюешми рёбрами, В процессе решения, которое сводится к определению коэффициента интенсивности напряжений KiB окрестности мик-ротрешины под действием внешних растягивающих усилий и касательного усилия на контакте с арматурой, использованы соответсвенно задачи Ир-. вина и фламана. В результате получено замкнутое выражение для определения Кх, показывающее.' что в дисперсно-армированных бетонах ( в том числе и в ТАЛ) с уменьшением расстояния между стержнями значительно • возрастает благоприятное воздействие арматуры "на трешиностойкость. Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с опытными данными Г. Н. Шоршнева и В. И. Берестнева и адекватно отражают процессы, наблюдаемые в опытах других авторов (В. Broms. S. Shy, A. Abel . J. Rornualdi и G. Batson). 2. г. 2. для центрально растянутая элементов из TAU с магистральными тре-

• -14' шинами предложена оригинальная и достаточно простая расчетная схема по типу блочной модели. Элемент в виде пластины из ТАЦ разделен трещинами на блоки одинакового размера и соединен арматурными стержнями, изменение напряжении в бетоне на контакте Ъ арматурой'по длине блока принимается по синусоиде. После определения напряжений сцепления бетона с арматурой на их контакте, исходя из равновесия элементарного отрезка 'арматуры, решается плоская задача теории упругости в Форме Фаилона-Бе-язеакого, позволяющая определить компоненты ндс блока и его длину, т. е шаг трешин. Для определения ширины раскрытия трешины на всем ее протяжении приводится занкнутое выражение, полученное суммированием разности перемещений арматуры и бетона по длине самого блока, и выводится Формула для определения интегральной жесткости элемента из TAU через аналитически полученный коэффициент^. учитывающий работу бетона между трешинами. Количественная опенка параметров трешиностойкости и жесткости на стадии Формирования трешин выполнена на основе решения, получен ного А. р. Трофимовым, с использованием модели составного стержня, одной ветвью которого является бетон, а кругой арматура. Результаты расчетов по методике автора и опытов В. И. Жукова и Г. н. Шоршневым для ТАЛ с J*-»5, 3-13,4Z-при осевом и двухосной растяжении, обнаружили удовлетворительное согласие как по тагу и ширине раскрытия трешин, так и по интегральным Модулям на всем протяжении роста усилий. • ' 2- Для случая, когда ориентация трешин не совпадает с нормалью * арматуре, что может, вообще говоря, иметь место в отдельных зонах силового слоя (конусные и цилиндрические участки стенок вблизи длит) проведены теоретические исследования, направленные на построение основных Физических уравнений, связывавших деформации с усилиями, зависимостей напряжений и деформаций б арматуре и бетоне, шага и ширинь раскрытия трешин произвольной ориентации. Здесь получила дальнейшее развитие теория Деформирования железобетона с трещинами, развитая! работах Н. Й. Карпенко и его сотрудников (Т. А. Калана, С. ф. Кловани-ча. Г. А. Смоляги и др. i. • Отмечаются несомненные мстг-'нствй данной теории, а также обосновывается необходимость корректировки ее примени. тельйо к ТАЦ в связи с его характерными особенностями (высокий проаен: - , и дисперсность армирования. малый йаг трешин и т. д. г , а также в связ( с известном сложность» учета зависимости поперечного скеиения арматур! в сечений с Трещиной и поперечного усилия, которая назначается либ< эмпирически, либ" йа основе упрошенных схеи,' не Учитывающих, в частности. пластические деформации бетона, в настоящей работе эта зависимость устанавливается аналитически, подтверждая, в определенно) смысле, идее Н. и. Карпенко о возможности установления связи кежду Т # < . теоретически. . как для некоторых микробалок, заделанных в бетонно! основание". Использование закбна изменения напряжений в батоне на еп

- 15 - ' •

энтакте с арматурой по скнгсоиде (как и п п. 2. 2.1) позволило получить политическое выражение для осевого пег с и era с-пи я арматуры я сечении с репиной, а для нахождения поперечной ne-юриаиии арматуры yj решена' споногательная задача о пж-дренни в бетой арматурного отрезка на частке активного сиеплеиия ' ls ) non З'-пстрирн поперечной нагрузки Т, ак жесткого штампа на и<? упругой несвязном основании. Критерий' ластичности бетона под стеганем принят в вид»

F - R + К-С, 1

ь " > гге (¡I

-ксэФФиниент бокоп-лго яапленпя. npw«uwt«m согласно опытными данным 4, величин л напряжен!!:'! бокового ебг-п'п«, Вначале на основании ре-ения плоской задачи теории власпршгсти устанавливается связь между еремешениеи стержня лкзнетреи 4 и давлении под ним р в виде

< П.5 1 п (2)

Р . 42, 45' | 0.65-- JA .

атем с использованием (2) позуеко вкрчжснр.з лля полнрй энергии де-ормирования систем1.! "стегжень--бетон", мпш'.м"запия которого дает иско-у» зависимость и ииде ясяуни»«сго вярау.йккч

7 «-'з.б-к • i ■{ d°-s —3~.(>/""}'!'s - з<- ) :

" s 2 * . 1 ' „(3) .

Проверка (3) • выполнена г «спольэое.'тч^п опытных данных В. и. КолЬ-ера и показала качественное л ¡«лячесттемлЬ» согласие результатов, атем из решения гряйяяжй ссвиесткости пп. н-шип aí-мптуры в треиине аходятся вертикальные (ярг-дсдмжеГ и ряд'.пльпвд перемеиения.- ширина аскрнтия трешины и сдвиг es- берегов, а тд;'м приводятся Формулы для ересчета- интегральных жестко«?)» тли как' 'ortciгс-пного тела для соот-этстпухсего итерационного тага.

2. 3. Некоторые и р е я л о хеки : \ о_р чеемотгвп т ТАИ. как разнонодульного

атерчала (без учета работа еетспа на растя.»л'?и?). По мере роста растя-

ивзшего усилия происходит выкпрчеиве еогона из• гчбота и уже практи-

ески все усилие передгется ты и."1? et, = 1!. сжин.».»-«!? же усилия, если

•аковые присутствует/. 'рос!1РИПИИ-зк>тся ев órneme с бетоном. То есть

Ali ведет себя как разяоиелгль;««1 материал, у которого жесткость при

жатии равна стмагнок жесткости зрнзтурм и сетоип., а при растяжении -

олько арматуры. На основании iianosram газгкНодульнсП теории упру-

ости (РТУ). развитей ir 60- то гейм с. А. Амелг«»*яиом и л. А. Качатрянои,

¥

одучены основные Физические соотяоэеипя »дч TAU с-ш разномодульного атериала. . Показано, что <йш«чески<?' с.оопкычит для тли могут сгаест-енно отличаться от классического закона Рука наличием дополнительных ленов, являвиикся иелинеййкаи 1ункщтмн иалрях-Ктого состояния, Полу-енные соотношения отличаются от эиалогачнкзе 8 íIV, где области растя-;ения и сжатия креястзвлявтся сонтинуупйьной тедои. о то время как в

- AJT в области растяжения рас с м«ТРиваютс я стержневые элеканти. и, в •■•чяаи с а тин. нарушается • определённая симметрия эскошшк уравнений, ;мрактериаа для рту. Замечено таг.>се, что в области второго рода, когда ■ компоненты напряжений по ортогональным направлениям иидог разные знаки, об'емкая деформация сушестиенно отличается от нуля, что ранее было . показано Н. И. Карпенко в рамках теории деформирования ¿глезооетона с Трещинами. Единственность -решения задач для так как разномодульного

• материала доказывается -¡а осноизнии теорем« А. А. хачатряна для классической РТУ. Применительно к области 2-гс рода ТАИ также доказано, что удельная потенциальная энергия'деформаций является ьылукяой функцией, что следует из положительно определенных главный миноров матрицы,

■ составленной • из коэффициентов квадратичном Формы для обобщенного плоского НДС, и. таким образом, можно сформулировать, согласно иссле-

• доваииям Р. хилла. достаточные условия единственности решения.

Спедуцяне два параграф ' косвяюены приложениям разномодульного . , повкодд,.реализованного в двух задачах.

а. 4. к расчету имидаеиюс зпене'кго» из ТаЦ б условиях ',тепловых воздействий. На основании техтг-к-скои теории изгиба и разномодульного подхода получено дифференциальное уравнение изгиба балки из TAU в условиях тепловда воздействии л ля случая,' когда свойства материалов зависят от температуры, ' с выселением части момента, вызванного не. 'посредственно veплотом вейдсистокем. Интегрирование осуществлено методом начальны}! параметров с использованием разложения упругой линии в ряд Как-Лорена. Приводятся результаты тестовых расчетов для свободно опертой балки под действием двух сосредоточенных сил и опытные 'значения, подученные автором на- образце из Тли сечением воычо мм пролетом 3600 нм "(бетон В 50. арматура Бр-1 дианетром 5 мм в количестве И х). и результаты расчета жестко зашеилйннои с обеих концов балки при равно мерно распределенной нагрузке и температурном перепаде по высоте 30 С.

г, 5. Продольные колебания бруса из тли при тепловой j^xapg^ Первая задача о'тепловом ударе решена, по-видимому, . В. И, Даш овской в 1954 г. а применительно к строительным конструкциям теоретические исследования выполнены в начале 70-к годов А- П. Синииыяым. Рассматривается система с одной степенью свободы. Считается, что брус из ТАЦ прогревается по толщине одновременно и настолько быстро, что это вызывает его колебания. Брус вначале сжимается, затем напряжения в нем падают до нуля, появляются растягивающие усилил (из-за сил инернии), 'которые, в свою очередь такхе4 достигнув некоторого максимума. • уменьшаются, переходя в сжимающие. и т. д. Kaxnwn nr-ouecc - сжатие и растяжение - рассматривается отдельно посредством соответствующего дифференциального'уравнения, приче в первой случае жесткость принимается с учетом бетона и арматуры, а во втором - только лунатуш. т. е. рассматриваются две задачи, гешение ко-

rct'UK сводится >', определения иосюяниыч интегрирования с питон состве-гствуглик тчалът* условий, которь-« ярпяг/гся как бы границами "стыковки" ив?9 гармонически« ш'ОЦгсссв - с.^ти'и растяжения, приводится. пример расчета яа тепловой удар бруса я? 7ли с ¡пенней ikim, длиной б м, нагретого со скорость»» eooVvc. иг< которого яияно. что учет треиин в гастян/той зоне ие только колнчрс'п.юнно изцрцяет значения напряжений» в растянутой арнатур? и дкиямичееку» coctwwwc перемещений (увеличивая их в 1.5 и !. 3 гчэа). но п и íamirin'oni! от характера воздействия-мояот crisecTRí'Ki'o MtT!"iTb пиванику колеЗзт^льного процесса. Вместе с тем подуч?Ш!1.*и Fe?yíi'.T-iT сяипетельствует об отсутствии принципиальной опасности поя'-злепнр гначительпия колевзш'Л «т теплового удара в конструкии- ■

ЯХ kb л яр, at и л.к. ' .

г. ft- К p.-icieTy оСлкуоркд и гнкеги'?и скстркц. Облияовка является взжяейжин кокстт-ктмвчим- гяецеиюн кьл и нхопцт в систему внутренней герметимаип. ••Дя.т е& эгжреялетга использу>дся анкера. Приводятся некоторые их типы, среди которых предпочтение отдается гибким стержневым анкерам, в. этом случае снизитотся со^стеекпо утилиз в анкерах и местные напряжения в оелиасвк?. fia ос.чойшпш аичяизл oüktumx и теоретических исследопак»!« элементов с ©5,im»ow:on без пик* р.<.-в (А. П. взрзака. /I. в. Андреем. в. е. яьяченко. r. прокопенко, н. л. ллфл орп, а. Н. Еремичева). же-леэооетгжных эяеиентоз с листовмч аг-тФовзниен (Р. В, Боронкова, Ф. Е. Клименко, 3. К. Ь'о'м.ноад и' ар. >, г. топ 'иг; г? применительно к корпусный конструкциям (д. п. хнрдодсп*. ю, нчколровя. с. в. стихина, а также R. Bishop,' R. DorIíт. KichtT." С. Tan, у. Albrülit. A. Young». J. Merer. . • C. Femado. j. Doy) o, a, Obcrpichlér и л p. ) откечггтся некоторые особен- • нос.ти работа обяииовкк. еозпоэшие раэпсеилкссти ?е отслоения от массива и . потери гстоачигости .и пркншш настроения ее расчетной'схемы. • Здесь 'приходится учптнеэть взаимосвязь и взакнозарлгпность работы об-яиаошш, анкетой и бэтояд ¡¡рпоолиисвочного с.-;: о я друг с другом к с силовым слоем КПД: ггтякентмое нзс по рн.у ггр-щик гонах КЭД в .сочетании возможны, наличием "слабых* панелей шачдлмше вяппивавия. í-иэаческая неоднородность, отклонения от гаяакн&п ят> г; г о с-рту геометрической -юр-мм1 вызывают в anwas спркгашне усилия, отнятие бетона. а также,' в свою очередь, создают дополнительны* локааып«' напряжения в оллииовке. Наличие такой взаимосвязи. ' строго 'говоря. трг:'5у»т рассматривать овли-' попку и анкера в опгел'миткоя синеле . как конетгмсп'.тю »»линейную систему. Приводится счосисеаяж? и перечень ochowiwk задзч применитесь- • но к эксвегикзитальпо-тесретпчегксиу «ссделов-ишь системы "овлииов-ка-аикега". ■

Далее д теоретической аспекте иссдетлтя пи-мнзиии анкерного стерт.пя облииовки яги аеяствиа поперечной wttviKn: г.гевление энкрз к облицовке производится угловыми кольиерими зяамв, в сйчзн с чем такое

- 7 8 -

сопряжение считается жестким с.возможностью появления там кониево момента, Под действием поперечного усилия анкер изгибается, испытав при этой отпор бетонного основания, в кото^н возможно появлен: пластических деформаций, из-за чк.^о 'связь а-и (и - поперечная деформ. ция анкера под смой 3! для анкера становится существенно нелинейно; а сама зависимость искомой. Анкер, тзким образом, рассматривается к, .балка на неупругом несвязном основании (бетоне), работающем в услови: плоской деформации, формирующееся иод нии НДС характеризуется тр, косным сжатием и развитием пластической зоны. В связи с этим на оси, вании критерия (1> и представления, аналогичного (2), после накожден] постоянных интегрирования в функции прогибов анкера как упругой бал: с учетом соответствуюашк граничная условий определяется полная знерп деформирования системы "анкер-бетой", минимизация которого дает нел] иейиу» зависимость _ 2,

Б - ——-----( х , с ^ - V ^ ( - -I V ' и ; J

^i6—R • ( 10,S3-(u;d)rJ'S - 16-и J

(4:

,..'■"•• - » - . - ""

• л а i " , , ,

з s ■ i 1 1 J (5:

Ь ,11

представляет собой но своей Физической сути характеристику анкера н< • бетонном основании, но в отличии от линейной характеристики балок на упругом Винклерозс-|,,'ж основании' здесь л ф const и зависит от НД( , системы "анке»-бггс-и". Вопрос о нахождении собственно срезываших yci лии в анкерам, который должны уточняться согласно (Ч-) и 15), рассма-ривается в п. 3, 0.

г. 7. Работа торцовых алингитов КВД. Приводятся результаты ноде-и ных, Физических и численных экспериментов (Г. П. Хесина, О. П. Кикайличе! ко, В. Н. Савостьянова. А. П. кириллоез, Т. А. Валана, п. Г. Павлова, В. J. Karl soi H. A. Sozeri, V. Hansson. A.weben, показывание, что в КВД при внутренне давлении и температуре предварительное напряжение ие исключает возмог ности появления трешин в угловых зонах. Как уже отмечалось, в исслед5 емом в диссертации варианте КВД ЯР из TAU днише реше,-"> в виде толстс конической плиты, свободно опертой по боковой поверхности на кош ческое сужение стенок из TAU. Такое решение позволяет в принципе с пс ношью конструктивный мёр (устройство шпонок по контакту) обеспечит неподвижное,ь или, наоборот, возможность скольжения "пробки". В перве случае днише работает преинушественно, на изгйб, однако, облает всестороннего сжатия достаточно нелика, а во втором - преимуществе« на сжатие, Анализ опытных исследований J.vasta, проведенных на нодел? смотровых иллюминаторов глубоководных спускаемых аппаратов методе "заморДживания" напряжении, Н. И. Ь'раиловского (НИИЖБ, )■ - на толстых вд линдрических плитах, предварительно обжатых в радиальном направлен»» при 'действии Нагрузке на участке верхней поверхности, г. h Шоршнева

. М. Бурцева - на бетонных и гипсовых моделях-конических плит в стале-элезобетояной обойме, позволил установить некоторые особенности рабо-ы толсты;; плит, опертых по конической поверхности, и. в частности, орнирования в них значительной зоны трехосного сжатия в верхней асти, с ойразовакием силового купола, близкого к сферическому, являю-емуся ответственным за восприятие нагрузок в предельной стадии, ff вязи с этим особое значение приобретает выбор критерия прочности бе-она для этого случая его работы. Анализируются исследования в области :ритериеэ прочности бетонов Т. А. Валана. О. Я. Берга, Г. А. Гениева, Ю. В. Зай-:ева, Н. Я, Карпенко, В. И. Киссюка. А. И. Кричевского, В. И. Круглова, Е. С. !ейтеса, /!. К. Лукшй, Ю. Н. Малашкина. И. Н. Соколова, А. В. Яшина и др. Так. i. К. Лухшой на основании опытов предложено условие прочности геометри-[еской интерпританией которого служит двуполостной гиперболоид зраше-1ия, который для всестороннего неравномерного сжатия после корректных 'прошений рекомендуется в виде, аналогичном (1). Подобные предложения >тмечены в работах, выполненных под руководством И, Б.,Соколова, реко-чендованы для включения в СНиП г. Об. Об-85"Пло'тины бетонные и железобетонные", а также закреплены в СНиП 2.06.08-6Т"Бетонные и железобетон-ше конструкции гидротехнических сооружений".

Таким образом получило дополнительное обоснование принятое в>дис-гертадии в качестве критерия прочности бетона выражение Ш.

Глава II завершается выводами по- проведенным исследованиям, из которых следует, з частности, что полученные в данной разделе теоретические модели, адекватно-отражающие поведение материалов и элементов, • позволяют перейти к исследованию работа отдельных фрагментов и конструкций КВД из TAU в гделом.

Глава III. Исследования-НДС и треютностойкости конструктивных элементов КВД из ТАЦ на Фрагментах (аналитические решения)

В приамбуле обосновывается целесообразность.' а зачастую и необходимость исследования работа основных конструктивных элементов на начальны;; этапах разработки КВД на фрагментах, так как; отличаясь относительной простотой и доступностью, они позволяют углубить представления о работе отдельных элементов в условиях нормальной эксплуатации, аварийном режиме к даже в закритической области. Кроме того такой под-, ход позволяет разрабатывать так называемые инженерные методы, которые могут быть реализованы на. компьютерах малой мощности, в том числе бытовых и способствуют инженеру контролировать процесс расчета уже на ' завершающем этапе проектирования с использованием мошных ЭВН. Отмечаются заслуги з области исследования элементов к конструкций АЭС отечественных ученых П. й. Васильева, И. И. Гольденблата,' В. Н. Горячева, В. В, Дубровского, Г. й. ЖоЛдака. А. П. Кириллойа. В. В. Кореневского, А. И. Иедовя-коэа, н. п. Мельникова, А. Ф. иирейкоаэ,. В- Б. Николаева, Ю. В. Николаева, а К

Николаенко, Б. К. Нергамениика. А. И. Соловьева. В. А. Сорокина. Б. И. Тарато рина. А. В. Холыюва. С. т. иершнева, Г. Н. Шоршнева и ср. .

К наименее изученным либо не исследованным вовсе отнесены вопрос] опенки 'термонапряженного .состояния и треаиностойкости высою дисперсно-армированных конструкций, а также расчета системы "облииов ка-анкера" и ¡торцовых элементоЭ типа "пробок".

В кандидатской диссертации (1.977 г, ) автор, используя аппарат те ории упругости, полУЧ!'Я решения задач о НДС и трешиностойкости полот цилиндра из TAU при неравномерном по тслиине стенки нагреве. В данно! разделе продолжены исследования НДС и . трешиностойкости тслстостенни: цилиндров из TAU в условиях двухмерного температурного потока, многослойных (с наличием облицовки» теплоизоляции и силового корпуса), i том числе с учётон анизотропии свойств материалов, сферических многослойных конструкций с TAU В условиях полярно-симметричного нагрева, Они базируются на следующем принципе, Область сжатия описывается с по. мощью известных (как в п. 3. 1) или оригинальных (п. 3,г-3.4) решений методами теории упругости. :Область растяжения, представляющая собой совокупность стержневых.элементов. Где бетон не Учитывается в работе н; растяжение', но может работать в другом направлении на сжатие, соединяя. таким образом, растянутые арматурные слои в обший блок, рассматривается отдельно, .также с использованием аппарата упругого расчёта.

. ' Решение "замнкается',после "стыковки" обеих областей посредством шраз-нивания усилий и перемещений на-их контакте.

Далее в этом разделе паны предложения по учёту радиации в расчктг толстостенных, в той числе многослойных конструкций с так.

Приводятся решения задач по определении ширины и шага вертикальных И' горизонтальных трешин в цилиндрических конструкциях в условий! тепловых воздействий на основе оригинальной бло.чной модели с учетоь анизотропии материала.

глава завершается разработкой расчетов системы "рблииовка-анкера* на основании результатов, полученных е главе II. . (г., е, т> и торцовогс элемента на стадии предельного равновесия с учетом обоснованного в п. Е. в'критерия прочности,

3. 1. Толстостенный пилиндр из taü в условиях двухмерного температурного поля. Исследованиями Г. Бекмана я Г. Гилли, Б. К, Пергаменшика v Г. А. лавдонской и др. показано, что, температура в КВД может меняться йе только по толшине гтенки> но й вдоль неё.

чРассматривается Полый пилиндр из TAU в представлении линейной упругости и изотропности при осёсимнетричном тепловой воздействии с произвольным изменением Температуры по толиине (т. е. по координате г) i линейным по высоте стенки (по Z) на некотором удалении от сечений Z=C и Z=t. за которыми температура считается уже переменной только по г. v

- '¿Г -

сомчоненты НДС считаются известными (решение такой задачи выполнено ¡втором в кандидатской диссертации, а в более сложной постановке с петом анизотропии, кногослоиности и неоднородности приводится в еле- ■ 1Уюоен подразделе), Цилиндр делится на.две области: область 1-го рода, :де все компоненты <бу , бе .6* )ч< О !при внутреннем нагреве .область зсестороннего сжатия, как правило, находится внутри), и область г-го» рода, где ür < 0. а тангенциальные и вертикальные напряжения > о, Область 1-го рода (а*г<;г„; а- внутренний радиус, г, - радиус нейтраль-' кого слоя) описывается реисоием В. И. Розенблюма 11957г.), которое сводится к интегрированию 2-х Дифференциальных уравнений равновесия в частных производных второго порядка в перемещениях с пемошью разделения переменных и выделения уравнения для одномерной .задачи. Постоянные интегрирования выражаются в функции неизвестного пока.г«. Для области второго рода, где бетон не учитывается в работе на растяжение, получены уравнения равновесия ß тангенциальном и вертикальном направлениях, которые составлены с учетом равенства перенепеиий и усилий на контакте с областью 1-го рода и .позволяют определить-границу между обеими областями. Получены замкнутые выражения для нормальный и касательных напряжений в приведенном материале, арматурный слоях, .а также переке-шенин и относительных деформаций. Приводятся примеры расчета, обнару-', живица заметнее влияние градиента температур по 2 на едпигаюоие напряжения. в том числе в анкерном слое, что необходимо учитывать, в частности, при проектировании системы "облиаовка-анкера".'

3.2. НДС многослойного полого* Цилиндра в условиях тепловых йоз- • действий с учетом зависимости свойств материала от температуры, ий- ' лиидр состоит из нескольких слоев, соединенных друг с■другом, вплотную к моделирующих работу, соответсвенйо. облкповхн из стали, теплоизоляции из'бетона, силовой части из Таи. йатериальг каждого слоя характеризуются упругой работой, но свойства их сушестйенко зависят от температуры (т.е. материалы неоднородны), причем облиповка и бетой теплоизоляции считаются изотропными, а ТАЦ - ортотропиым. В растянутых зонах бетон в работе не учитывается, каждый слой работает в условия» соответствующего температурного поля и описывается соответствующими., уравнениями равновесия и совместности деформаций, прич&н для облицовке они ' сооаятся к одиояу дифференциальному, уравнению второго порядка в пере-мевенияя,; а для теплоизоляции й сжатой зоны силового слоя из tau - к системам 2-х дифференциальных уравнений первого Порядка в напряжения* • с переменными коэффициентами. ссдеРжаиими значения модулей деформаций бетона теплоизоляции и ТАИ (Е^Е^Е*) под знаком дифференциала как Функций от радиуса. Так. для сжатой зоны силового сдоя из так уравнение совместности ле-Формашт получено в виде • ■. : . .

(л

г-в:

. 22 - .'. , 131 ■ '

- + ^ = : -а

. . • • г

<Ог*); rfij, ^J X напряжения, коэффициенты поперечных деФорнац температурного расширения TAÍI и температурная функция. Граничные усл •вия для каждого слоя записываются с. учётом равенства радиальных напр , 'женил и перемещений на их контакте, для облицовки используется извес ное решение Двгамеля. а для теплоизоляции и таи получено оригинальн решение в рядах, сходимость которых доказывается по признакам лейбни Решения, полученные таким образом, представляется в функции неизвес ного пока Радиуса нейтрального слоя гс , который находится пос, рассмотрения растянутой зоны. Последняя состоит из отдельных армату. ' ныя слоев, соединенных, однако, в радиальном направлении бетонок и а: натурой вертикального направления и рассматривается под воздействи соответствующего температурного поля и давления, оказываемого на н со стороны сжатой области, при этом здесь удовлетворяется и равенст; радиальных перемещений обеих стыкуемых областей. Полученное для это] случая уравнение равновесий растянутой в кольцевом направлении 30i цилиндра как бы замыкает общую систему разрешавших уравнений по onpi делению НДС в кольцевом направлении, которые, однако, содержат ней: , вестные компоненты вертикальных напряжений, для нахождения koTopi рассматривается раановесие горизонтального (радиального) сечения ш пиядра. Таким образок выводятся уравнения относительно радиусов нейт! льного слоя 'и быражения для определения других искомых параметров Нд< . Численная реализация данного решения возможна с использован» любой малой ЭВМ, включая бытовые компьютеры. Приводятся серии расч( тов, выполненных применительно к двум* конструкциям: модели яр в ь н. в. при кагреве йо юо°с и толстостенного цилиндра в í/ ю н. в. КВД i TAU при нагреве до гоови 400°с. Цилиндрический образец имел внутренш диаметр iiöo, наружный Í680, высоту еоомм, внутреннюю стальную обл> повку толщиной Змм и TAU на основе бетона мзоо и арматура вр-i j¿ 5 > с содержанием в кольцевой направлении .их, в вертикальном 6/. Kohctpj каяя была изготовлена. оСнашена тено- и тензометрическимй приборами i испытана автором при внутреннем нагреве до "WO с. опытные данные удое летворительно согласуются с расчетом. Показано, что удержание трея чг нов рядов ДабТ весьма точный результат дня случая с нагревом Но №о"с ; а ври нагреве до ¿00° С достаточно удерживать лишь tío одному члену.

связке Этим приводится и упрошенный алРоРйтн Расчета многослойнык не - однородно анизотропны*. вйяиндров ем обнчюяс Микрокалькуляторов.

3. 3. ToacTücTfei^e сферические оболочки из ТАИ 8 условиях полярнс симнетричного тенпературноГо поля, в главе I на основании анализа -за

рубежных исследований отмечается, что КВД сферической Формы могут оказаться более предпочтительными, чем цилиндрические. поскольку в них Нормируется более однородное НДС. В связи с этим автором на основании ■ концепции создания КВД из TAU разработано оригинальное решение сферического резервуара, , зашишенное патентом РФ. Приводится конструктивное решение такого КВД и описывается способ его армирования. Корпус состо-* ит из облицовки, теплоизоляции, силового слоя из тац и торцовых элементов типа пробок, Армирование в меридиональном направлении осуществляется двумя типами сеток в виде плоских разверток, а в кольцевом -яавивкой арматуры по спирали, которая крепится к меридиональной специальными Фиксаторами. Такой способ позволяет охватить всю поверхность :Феры так, что в каждой расчетном сечении будет практически одинаковое ■соличество арматуры. Расчетная схёна многослойной сферической оболочки в условиях полярйосимметричного температурного поля аналогична многослойному цилиндру при расчете в кольцевом направлении. Материалы об-¡шиовки и теплоизоляции также считаются изотропно-неоднородными, а си-повой . слой - трансверсально-неоднородным. Каждый слой описывается в сферических координатам соответствующими уравнениями равновесия и совместности деформаций. Решение получено в рядах, по аналогии с рарчйтон цилиндра с учетом равенства перемещений и напряжений в местах "стцков-. ки" соседних слоев, сходимость также доказывается на основании признаков Лейбница. . » .. . .

3. ц, об учете радиационных воздействий в расчете корпусов яр. железобетонные ЯР выполняет одновременно и Функции биологической зашить*.t В работах А,Н. Комаровского..В. Б. Дубровского, э. Аблевича и др. показана эффективность использования в этом случае 'тяжелых бетонов на основе иортланднементов. исследованиями В. Б. Дубровского, Г. И. Жолдака, В. В. (Соренебского. А. Ф. йиренкова, А. в. хольпова и других установлена специфика распределения температур потолшине стенки.яр с учетом радиаиии, а в работая А. Н. Ксмаровского, В.Б.Дубровского. -Р. А. Хечумова, А, В. Дубровского и др. - зависиности ослабления Флюенса нейтронов при прохож-кении через слой материала, радиационных деформаций и модулей деФорма-иий в Функции флюенса и показаны принципы подхода к расчету конструкций на радиационные воздействия. Анализ этих исследований обусловил возможность построения расчета на радиацию и совместное ее действие с температурой на основе разработанного автором методом расчета анизотропно-неоднородных многослойных толстостенных конструкций , с TAU яа тепловые воздействия. Фактором, вызывающим напряжения, является параметр типа (а (г)-т(г)«- сф[г)котором сф< гУ- радиационныедеФориапии, заданные или определяемые,'в частности, по справочным данным в зависим *ости от Флюенса и длины релаксации нейтронов, толщины слоя материала, энергетического спектра и пр. при этом модули пеФорнаний материалов та-

- 24 - •

кже определяются с учётом тепловых и радиационных воздействий. Приводятся выражения для напряжений, вызванных тепловым п радиационным воздействиями в многослойном цилиндре, подученные в рядах. аналогичных, описанным выше (п. 3. Э). Численная реализация задачи о комплексном воздейс-* , '

твии температуры и радиации может быть выполнена с помощью того же алгоритма и программы, что и в случае с расчетом только на температуру с поправками, оговоренными выше. •

3.5. Расчёт ширины раскрытия вертикальных и горизонтальный треиин " в цилиндрических ' конструкциях в условиях тепловых воздействий. Отсутствие в нормативной и научной литературе конкретных рекомендаций по расчету ширины раскрытия трешин в цилиндрических конструкциях из дисперсно-армированного железобетона с высоким содержанием арматуры в условиях тепловых воздействий обусловили необходимость разработки такой практической методики. Она базируется на оригинальной расчетной схеме, представляющей собой разновидность блочной модели. Процесс тре-.шинообразования считается завершенный после образования вертикальных (т.е. вдоль оси цилиндра) й горизонтальных магистральных трешин, которые доходят до нейтральных.осей (соответственно ГоИ г£). шаг трешин и« 15с! стабилизировался и не меняется с ростом нагрузки. НДС 6 сечениях с V трещинами считается известный (например, по данным п. 3.2), Приведенный материал сжатой зоны считается ортотропным, а свойства бетона и арма-• туры - зависящими от температуры. -

3. 5. 1. Толстостенный пилиидр в условиях неравномерного нагрева представляет собой систему упругих ортотропно,-неоднородных блоков, разделенных горизонтальными тресинами и соединенных сжатой зоной и вертикальными арматурными стержнями; изменение нормальных напряжений в бетоне (6/(2)) на уровне .1-го растянутого слоя (ГЫ арматуры на участке между трещинами принимается по синусоиде, что позволяет получить-распределение напряжений сцепления, а осесимметричну» задачу о НДС блока свести к решению уравнения совместности деформаций, записанному в напряжениях, причем последние можно выразить через одну компоненту (2), интегрирование которого дает замкнутое выражение относительно длины блока, т. е. 1сп. Иирина раскрытия трешины. .как и в п,г. 3, суть сумма разностей деформаций арматурч и бетона по длине блока, в результате, с использованием • полученнбго выражения для напряжений спепления, выведена Формула для •- гирины раскрытия горизонтальных третий на всем ее протяжении от Го до 6 (наружный рад? с) в виде ■■ ' ' V

' а .1* " )Л,<Г ,.в (г >}.Т(Г >1 ■■•".

г й.'е, к, 8'г„'р.-е. у. ' " > " а(7>

гд« ^„.„гнапр'яжение в *1-он слое" арматуры в сечении с трещиной;

- коэффициенты, учитывающие' изменение модуля упругости арматуры и бетона от температуры (СНиП г. 03. 04-в«И',^г- модуль упр/гости бе-

•онной матриш! (вычисляется по рекомендациям п. 2.1).

Данная методика, как и в п. 2. з, позволяет оценивать работу бетона , »астянутои зоны между трешинами с лоидшко коэффициента , также лолу-¡енного аналитически.

I. 5. г. Цилиндр с вертикальными магистральными трешинами рассматривается :ак система упругих ортотропно-неоднородкых блоков, соединенных растя-1Утыми витками кольпевой арматуры и сжатой зоной приведенного материала. -1аиекенке напряжений в бетоне на уровне 1-го растянутого слоя арматуры шжду трешинамй также принимается по синусоиде. Рассматривается плос-сая деформация блока, в котором, однако, наличие касательных напряжений юкажает осесимметрнчность НДС, в связи с чем в уравнении равновесия жесто 2"г/ появляются параметры 2><> дБ&/Зб а в уравнении сов-

)естности добавляется член[-1/г ■ Ъ ь/дг/дб], содержаний тангенциальное 1еремешение v. интегрирование разрешающих уравнении с учетом граничных условий дает замкнутые выражения для определения шага трещин, а также■ хля напряжений сцепления и напряжений в арматуре по длине' блока. Форели для определения коэффициента У^ и ширины раскрытия треиины выво-1ятся аналогично тому, как это сделано в п. г. г и 3. 5. 1.

Приводятся сравнения результатов'расчйта цилиндрического образца (в 1/Ю н. в. яр) с опытными данными, полученными автором при испытании '. нагревом до ЧОО°С. Отмечается.их удовлетворительное согласие. Расчеты также подтверждают Факт увеличения трешиностойкости с уменьшением диаметра арматуры (при сохранении обшего коэффициента армирования!. Так, изменение диаметра с 5 до- 3 ни уменьшило в 1.66 раза раскрытие горизонтальных и в 1.59 - вертикальных треиин. наблюдается и влияние характера теплового воздействия на шаг трешин, кототын при увеличении " градиента температур при прочйк равны? условиях обнаруживает тенденцию ■ к уменылейию.

3. 6. Расчет системы "облицовка-анкера". Установление зависимости иежду поперечным усилием (среза) в анкере и его смейением в бетоне приоблкаоеочного слоя <ч-5> позволяет' на следующем этапе перейти к построению методики комплексного расчета облицовки и анкеров с учетон , специфических условия их работы. Принимаются две предпосылки: 1 - неравномерное деформирование стенки квд,' обусловленное, в частности, дэумгрным тепловым потоком и. (или) влиянием дниш. приводит к появлению срезывающих усилий в анкерах! г - наличие так. называвеных "слабых" па- •,: нелей или начальных выгибов приводит к неравномерному нагружению обли-повки и анкеров, появлению срезывающих усилий, способствует вьтучива- • кию панелей. -■'..'' . ■ . :"'".'•"'

Для определения НДС облицовки, толщиной 5, и анкеров, работавших в условиях градиента деформаций,, разработана теоретическая модель, которая описывается системой нелинейных уравнений равновесия анкеров с

- 26 - " учетом их поперечного смешения. Полученные уравнения справедливы для каждого участка системы "облииовка-анкера" и таким образом позволяют при заданных изначально или наиденных предварительным расчетом (например. по методике п. 3. 1-3. 4 или гл. Ч\ номинальных деформациях внутренней поверхности КВД определять с учетом зависимости S(u), полученной в п. г. 6. срезывашие усилия, изгибашие моменты и переметения анкеров. a Tatúe деформации и напряжения в облицовке.

Для расчета облйиовки и анкерных связей в условиях локального выпучивания панелей, модель система получила дальнейшее развитие. В данном случае она предусматривает наличие так называемой слабой панели, в частности, имеющей начальный выгиб, причём усилия-в ней не задаются, как это имело н>=сто в задаче, решенной с. Tan для полосы, закреплённой анкерными связями, а определяются в процессе решения, что позволяет •следить" за изменением НДС системы в процессе нагружения конструкций вплоть до наступления Предельного состояния (срез анкеров, превышение допустимого выгиба облицовки, появление напряжений, превышающих допустимые значения и т. п. ), Разрешающая система получена в виде двух групп уравнений равновесия в перемеаениях: ^ ГР + s Л-

Н^^^ó.,,)- ' 1 — ' ,

-с».....,,)- + v>4 х«,.1/п-- • 'T«...M,)];¿.-

■ ' ■ ■ ,в ■..,(> Ш - поперечные перемещения анкеров; £t(c,j),leM- средние деформации облицовки иежду анкерами, связанные с деФормированием КВД! Е. V - иодуЛь упругости и коэффициент Пуассона материала облицовки,- L, Л -шаг анкеров соответственно в тангенциальном и вертикальном направлениях; Ту- тёмпе-^ратура панели облипоВки между, анкерами! s (и )- усилия. воспринимаемые анкерами, согласно (4-5) ; индекс 1 означает "слабую" панель!. индексы г l-i.i. l«t- соседнюю с ней и последующие "устойчивые", панели, .¡выражения входящие в (В), представляют собой цепочку взаимосвязанных нелинейных . уравнений для определения НДС системы, имеющую, однако, одно пока неИз вестное звено Р, - усилие в "слабой" панели. Для его нахождения решается дополнительная задача о НДС изгибаемой панели в связи со снешени-ен ее кондов. За неизвестные принимаются момент продольная сила, перемещения срединной поверхности в продольном и поперечном направлениях изгибаемой панели как тонкой оболочки, у которой выгиб и, пролет сойзме, рины (т.е. сказывается эффект геометрической нелинейности), приводится вывод уравнений равновесия, изогнутой оси и поперечного деформирование панели, связывающих соответственно относительные деФормавии с напряжениями и продольные перемшения с поперечными, функция перенешений вы; пучнваекон панели задается синусоидой, отвечающей экспериментальным

данный и позволяющей в сочетании с принимаемыми граничными условиями построить решение задачи о НДС "слабой" панели и перейти к опенке НДС всей системы с учетом упругого деформирования облицовки и возможного появления пластических деформаций в бетоне приоблиновочного слоя.

0 условиях нормальной эксплуатации появление пластических деформаций в облицовке недопустимо, однако в аварийных ситуациях образование зон пластичности не исключается. Уточнение в связи с этим НДС ' системы' "облицовка-анкера" позволит не только локализовать эти зоны, но и прогнозировать поведение системы в так называемой закритической области, когда пластические деформации охватывают не только "слабую", но и "устойчивые" панеЛи. Решение задачи об упруго-пластическом выпучивании облицовки ' получено в рамках теории малых упруго-пластических деформаций методой дополнительных нагрузок с использованием критерия октаедрических касательных напряжений. В связи с этим э разрешающей, системе уравнений появились дополнительные члены, обусловленные разви-" тием, пластических деформаций и вычисляемые по полученным в работе формулам в зависимости от предела текучести и соотношения интенсивности напряжений и деформация. .

. ! Численная реализация выполнена на'ПК с. использованием ИКР в соче- i тайии с методом последовательных приближений. Приводятся результаты ,нногофакторного анализа влияния на НДС системы "облицовка-анкера" геометрических параметров к деФорматйвно-прочностных .свойств бетона при-облиповочного слоя. Показано, в частности, что уменьяенйе податливости-анхерных связей отрицательно сказывается на НДС облицовки из-за возрастания усилий сдвига и концентрации напряжений в ней в местах крепления анкеров. . ''

•экспериментальные исследования; выполненные совместно с Н. н. Повы-шевкй. проводились с призматическими Фрагментами размерами 25Ú * 240 к 1533 <2шт. ) й £50 х 320 х 1552 мм, оснашённымй тензометрическими приборами. в условиях внёаентренного сжатия ка 250'т прессе. Образцы кнели облицовку с двух сторон, закрепленную анкерами. Варьиройались прочность бетона, толщина облиаовкй, аигнетр анкеров. Испытания завершались с на- . ступлгнйем среза . анке&ов, прилегающий к "слабой" панели. Приводятся • сравнения опытных й теоретических параметров. Айалйэ полученных результатов свидетельствует об их, удовлетворительной согласии как в качественном, так и в количественной-отнояений. расчетная модель системы "об- ■■ л'/доЕка-анкера" адекватно реагирует на изменение ее исходных параметров й процессе Изменения нагрузок. Увеличение Начального вл^йба приводит к ' росту абсолютный, значений напряжений'и их граййейТоб. Уменьшение диаметра анкеров увеличивает интенсивность роста напряжений среза в них. Тот же зФФект наблюдается в картине изменения выгиба "слабой" панели. Вместе с тем увеличение диаметра я *есткости анкерного слоя уменьшает поаа-

'•-.•' - 28 - •■••-. тлнвость и способствует более неравномерному распределению усилий и

смешений и концентрации их в анкерах вблизи этой панели с последующим быстрым "затуханием" ра t-2 слевгааик анкерах. Ужесточение связи, таким образом, не всегда целесообразно. Негодика расчета позволяет устанавливать такую нагрузку при заданных параметрах системы, когда последняя перестает устойчиво деформироваться. т. е. теряет "устойчивость", а также определять ое рациональные соотношения.

• 3. 7. Расчет торцовый элементов по Фрагментом схем*. Ставится задача построений расчетной .модели И методики.предварительной оценки ■ прочности торцового'элемента с Учетом специфики работы бетона в условиях сложного НДС. Отмечаются Исследования Т. И. Барановой, П.Я.Васильева, А. С. Залесоза, с. И. Крылова, Р. /1. Маиляна, в. С. Соколова и др., где с использованием замены реальной конструкции некоторым аналогом, в частности, каркаксио-стерадевым, моделирующим работу соответствуйте« силовых потоков, разрабатываются расчеты плоский изгибаемых элементов, в том числе коротких, балок-стенок и др. Анализ опытных исследований моделей толстых плит, опертых по конической, поверхности (В, К, Бурцев. Г. Н. йоршнев). а также результатов численных экспериментов (А. П. Кириллов. П. Г.Павлов1, позволил установить формирование своеобразного силового купола, работашего в условиях взес-тсроинего сжатия. По киекио В. И. Бурцева формирующийся кулол кмеег толеияу, мвяую половине высоты всей плиты, а в качестве критерия прочности им'рекомендуется критерия Баландина, для случая, .имевшего место в ' -эксперинептак на наделяя толстых плит В. И. Бурцева и г. Н. Шорвнева,, когдэ нагрузка прикладывалась к плитам, в конусная обойма обладала жесткостью, значительно превоско-1 вашей жесткость к* материала, данный 'подход, кап вполне приемлемый результат и может быть, очевидно, йсяольэован для опенки верхней гтаниам /т.е. с меньшим запасом прочности».• Применительно же к виговг КВЛ, тол-пина купола, по-вивикомг,- . будет меняться в заяисймости <5т .геометрия "пробки" и характера es работы,: а Именно: обладает ли силовая часть конусного участка из'тац жесткость»,- ■ соизмеримой с жесткостью проски. или будет значительно отличаться, приложена ли нагрузка к цилиндрическим стенкам одновременно с нагрузкой на "пробку" или только на неё. Имеется ли пояаяжка дкиш.или оно не- смешается. В связи с этим в диссертации в расчетную схему торцового элемента вводится условный сферический купол с соответствующими наружным и внутренними Радиусами, соответственно для случай "с' неподвижным н сиеваеиын шивать- Купол, находится в состоянии предельного равновесия и является "ответственным" за несущую способность "яробкй" в-мелок.' В''верхних- верхних Углоиых зонах вкнта материя)! работает в пластическом состоянии близком к гидростатическому сжатию. ; а в нижней - возкояш образование- радиайьных-.и кольцевых трески, ориентированны* 'яо'.. траекториям : главных сжймаювих

- 29 - .

апряжении. далее строится аналитическое решение задачи теории пластичности о предельном внешнем давлетдт на сферическую оболочку означенных I аднусов с использованием критерия, аналогичного 11) (см. п. 2. 7)'. Реше-ие доводится до вгостой конечной Формулы относительно предельного падения. которая может быть использована при определении основных габа-итов и материалов на стадиях ?скизного и технического проектов и Для рсвегки прочности иа эл^гпзшеи этапе проектирования.

Таким образом, в гл.Ill проведены исследования работы КВЯ на Фраг-ентах и .разработаны.' адег'вэткко теоретические модели основных оиструктианых элементов -сиАоянх частей из ТАЛ, торцовых элементов и ерметизируюшёи системы! позволившие с использованием общепринятых редпосылок получить достаточно строгие, лишенные специальных змпири-еских зависимостей аналитические реагния о НДС. треигиностойкости и рочности. учитывать сиепиФику воздействий и поведения материалов, в, ом числе неоднородность, анизотропию, Физическую и геометрическую не-" инеиюст«! характер тгееиносбр.эзсплния. С помошыо полученных теорети-еских моделей и методик можно разрабатывать принципиальные техни-еские реаения конструкций на стадиях эскизного и технического проек-ов и применять их для построения-и тестовых проверок КРТН КВЯ в целом исленными методами.

■ Глава IV. Экспериментальные исследования КМ ЯР, AT и АК на Физических кгУЕйомасатаеннх моделях Необходимость проведения комплексных экспериментов на крупномасш-абнык моделях овУсловйеиа искяючителЫюг.'отвотственйсстью•данных соо-ужений. а также важностью получения Физически-достоверной информации работе'материалов, элементов и конструкций в их взаимосвязи и взаи- •;'. озависимости , и . сооружения в пелсм при различных режимах нагрузок и оздействий.. Наряду с этим эксперимент'рассматривался и в прикладном '.-.'• спекте - В плане разработки КРТН применительно к численным методам ипа RKP и ИХЭ. позволяющей производить' с поиошью ногош* ЭВН адекват-ие оценки НДС.. трешностойкости й прочности' КВй в целом и его элемен-ов. в связи с'этим в ri.4. t сформулированы .осиобные 'задачи опытных' сследовайий. ' . . ■ "

4.2. Обоснование габаритов и конструктивных.решений эксперимей-алььык Моделей.. В качестве базовой конструкции принимался одиополост-эй квд ЯР. расчитанный на давление не менее,?,о МПа и температуру яё ■'■ иже 60ес. При выборе^масштаба модели учитывался опыт исследрваний и кспериментов на малых tl/!co-l/3QI.'средних (1/20-1/10) и крупномасш-аеныя моделях иг пнжв. выполненных за рубежом (модели ЯР "Олдбери", нглия. ELF, Франция. BVP. ¡Явепия. "Форт-Сент-Врейн" и др.). а также ыполкекных в напей стране (ВК-500, НКС "Гияропроект"). Выбор масштаба кспеиментадьной модели квл из ТАИ в из натуральной величины

• . • ' - 30 - .

(рис. 1). таким образом, рассматривался в контексте решения ряда важны?; вопросов, связанных с конструктивно-технологическими особенностями, применительно к натурным конструкциям. . Кроме того отсутствие мирового и отечественного опита Испытания физических моделей КВД из ненапряженного железобетона такого масштаба, которые в принципе могут рассматриваться как головные образиы и даже натурные сооружения некоторых про-тотипных об'ектов (например, атомных станииа.теплоснабжения), обусловило целесообразность возведения и испытания такой конструкции. При создании- этой Модели принимались во внимание основные положения механического моделирования, базирующиеся на геометрическом и * Физическом подобии.: В связи с .тем, что КВД яр являлся базовой конструкцией для других сооруженйй (АТ и АК), выполненная в таком масштабе модель позволяла применительно ко всем трём сооружениям охватить экспериментальными исследованиями практически все важнейшие аспекты поведения отдельных материалов, элементов и корпусов в целом (ТАЦ силового слоя, включая цилиндрическую и конические участки! систему "облиповка-анкера". включая влияние компенсатора в угловой зоне обеих днищ; торсовые элемента, в том числе с проходками; особенности контактного .взаимодействия "пробок" и силовой части из ТАЦ; влияние цикличности и длительности воздействий на НДС и трешиностойкость. пределы упругой работы и'т. д.), : Отличия конструктивны* решений торцовых участков АТ и АК друг от друга и от яр, связанные с изменением геометрии "пробки" (в АТ угол наклона его образуюаей : составляет порядка 306.; в АК торцовые участки оснатеки стальной горловиной, связанной с "пробками" металлическими р'адиально расположенными косынками, посредством которых нагрузка передается на ТАИ; в отдельных местах теплоизоляция может иметь-превалирующие габариты над ТАЦ), потребовали проведение специального /эксперимента на комбинированной модели АТ и АК. имевшей эсе основные элементы и материалы.

3. Конструкция крупномасштабной Физической модели КВД Яр в 1/3 •натуральной величины. Работы по возведению модели (рис. 1) выполнялись ■ по технологии, разработанной С. Н.Панариным и под его руководством. Приводится описание конструктивного решения и"основных этапов строительства. Силовой слой (ТАИ) выполнялся из плоских сеток с рабочей арматурой Вр-\ $ 5 'ми вертикального направления и кольцевой, навиваемо* специальным намоточным устройством с небольшим технологическим натягом. Принятое соотношение армирования н вертикальном (7, &у.) и кольцевом (¡5, 75Ик направлениях обеспечивало примерно равные условия рабо-п арматуры при номинальном соотношении усилий от внутреннего давленк* 1/2, Изготовление осу^ствлялось методом послойного формования механи-. зимваннын <посовой.;:,;".'Двя увеличения радиальной жесткости торцовы] участков , были выполнены..бандажи из. той же арматуры со сплошной навив

яч на всю высоту обеих дниш и. дополнительно, на крайних их участках.

Обший вес модели составил 31?, 3 т.

Ч. Программа и методика испытаний крупномасштабной Физической

аре ли' КВД ЯР в 1/3 н. в. В соответствии с задачами эксперимента были

1зработаны программа и методика испытании, отвечающая требованиям

гандарта на испытания опытно-промышленных образцов и изделий' (ГОСТ

23226-78), Программа предусматривала исследования при нормативных.

асчетних и испытательных нагрузках, а также' нагрузках, втрое пре-

осходяшш! эксплуатационные параметры. Предварительно за нормативное

эксплуатационное) давление принималось давление 5,0 мпа. расчетное

.5 ипа, испытательное'7. о КПа. температура среды, омывавшая внутрен-

0 о

юю поверхность - 60 С, при аварийном режиме - 55. С; скорость под'ема

енпературы - 1° с/час; обшее количество циклов "нагрузка-разгрузка" -оо. Аварийные ситуации предполагали быстрый сброс давления и отказ истемы охлаждения (ТО). В последствии испытания проводились с учетон ,, слученных ранее результатов и обнаруженных возможностей модели; нор-, [ативное давление принято 7,0НПа, испытательное до 9,0 МПа. а темпера-■ура до юо°С. ' опыта проводились в период с 1983 по 1992 гг. и заверялись в присутствии межведомственной'комиссии испытаниями давлением ю 20,0 Ша, Модель оснашалась системами: подачи и поддержания давле-шя. нагрева и регулирования температуры, теплоотвода, тензо- и термо-»етрии. Давление создавалось водой, пйдаваемой во внутреннюю полость" ¡ерез проходку в верхнем днише электронасосом. а температура- с по-юшыо ТЭНов (б ит), расположенных внутри модели /модностью 10 кВт). Система измерении состояла из.нескольких групп приборов и оборудования (тензодзтчикн, тензометры,, индикаторы,, компаратор л пр. ».Датчики " располагались' _в .17 сечениях по высоте и в шести по толщине стенки в явук -вертикальных плоскостях, на облицовке и на наружной поверхности обеспечиралось 4-х кратное дублирование, в остальных местах - двухкратное. Обаее количество тензопряборов после соответствующей отбраковки составило 900, термопар - 64-, ■ ',"'.' '"' "

.4. 3. Результаты испытания крупномасштабной Физической модели КВД ЯР. Испытания при нормативных и расчетных нагрузках обнаружили высокий предел упругой работы конструкции, остаточные деформации находились в пределах точности показаний приборов. .

Температурные испытания проводились при различных режимах работы : • ТО. Высокий процент армирования и отсутствие магистральных трещин обусловили высокую жесткость силового слоя и. как следствие, большое влияние температурного воздействия на НДС корпуса. Вместе с тем из , приведг ных в диссертации гг.-аиков видно заметное положительное влияние то на термонарояжбнное состояние.

Циклические и длительные терносиловые воздействия не привнесен

■ . - . - 32 - ■ ' ■ .

заметных изменений в HfíC. Так. например, разнииа значения относительных деформаций и абсолютных перемещения при однократном и многократном (150 циклов! нагруженин находилась в пределах 5'/.

• Отсутствие остаточных деформации в облицовке, несмотря на раэеитие относительных деформаций, превысивших нижнюю граничу пластичности (последняя была достигнута при давлении порядка ¡3,5 НПа), характери зует работу корпуса на Всей протяжении испытании, включая давление

. si.-5 НПа, как весьма упругую. Это подтверждается показаниями всех тензоиетгических приборов, в том числе при повторных эагружения.ч (обшее количество циклов превысило 5001. Иежду тем зависимости "наг' рузка-яефориания" обнаруживают кагактерную нелинейность, сохраняющуюся к при повторник загруженная. • что об' ясияется постепенный к достаточно плавным выключением бетона в тли из работа на растяжение. Показано, что бетонная матрица продолжает работать в ТАЦ даже при деформациях, достигающих lSOxiO отн. ед. Отмечается незавершенность ' процесса тешинообразоваиия В наружных слоях корпуса при напряжениях В арматуре свыше lßO НПа, причем наблюдаются преимущественно горизонтальные треииин. раскрытие которых не превысило 0.1мм. что свидетельствует о больших ' резервах по треинностойкести силового слоя. Приводятся графики деформирования «кия, свидетельствующие об изгиб-ном характере их работы с весьма развитыми участками трехосного сжатия и отсутствии "подвижек", вместе' с. тем анализ работа . глубинных .датчиков и индикаторов, .предназначенных для наблюдения за областью контакта днш и стенок, показал увеличение зазора в угловой зоне с ростом давления, т. е. "отлипание" стенок от дниш, имеющее.' однако', тенденцию к затуханию по направлению от угла к торцу, а максимальная величина образующегося зазора 'на порядс'к меньше размеров шпонок, пре-, »усмотренных на контакте для исключения "подвижки".' Далее демонстрируется преимуиество конструктивного решения области сопряжения дниа и стенок в связи с устройством специальных компенсаторен а угловой

• зоне облицовки, принятого в данной..ко до ли; Приводятся Графики относительных деформаций облицовки и арматуры в угловой зоне для случай, когда компенсатор не работает, и при включении его в работу (в опытах предусматривались обе сктуаиип). Показано, что устройство компенсатора обеспечило качественное Изменение в благоприятную сто-' гону НДС с&ишовхи в месте .•соъряхения' длит со стенками: область максимальных растягивающих напряжении сместилась непосредственно ..в, компенсатор, прочность которого обеспечивается в конструктивном и технологическом отношении гораздо проще. чем самой облииовки, а участок >е. гдриню'.с. ям к углу, колкость*/ разгрузился. Приводятся ors;te схемы деформирования .обдниовкн и распределение деформаций по толщине стенок силового - слоя по данным, глге-лнннх датчиков, отиеча-

тс я области силового слоя с максимальным напряжением арматуры. По-азания глубинны« датчиков иллюстрируют вероятность развития внут-eliíilix трвппш в силовом слое ПОД углом, отличным от прямого по othq-ению к глобальной оси z в пикинярическоа части вблизи дниша и по тиошемш и направлению продольной арматуры в конусных участках. с омошью специальной компенсации активных датчиков, разработанной ав-орон. удалось обнаружить эффект снижения силовнч деформаций в наг-етоп подели при росте давления по сравнению с холодными испытаниями.' ри тех хе нагрузках. Дается ов'ясн.тше этому такту, по-видимому, первые экспериментально обнаруженному в подобных конструкциях.

На последнем этапе били вновь проведены "холодные" испытания до авления го, о Hila, которые контролировались межведомственной ко-нссией (акт на испытание ирилага&тся >, подтвердившей наряду с жи-учестыл модели (резгериетиэащш или какого-лиео разрушения не наб- ,, юдалось, и конструкция сокраияяа свои эксплуатационный качества и ■ осле всех испытании) и овоснованность полученных результатов, в том ■ исле способность КЕД данной конструкции 'воспринимать нагрузки, трое превосходящие рабочие nai-аметрц.

Следук.шие подразделы гл. iv (п. ч. ъ-ч. в) • посвящены описанию конс-руккии. возведешь!, программы, методики и результатов испытаний ком-инированной модели AT и лк. Иодель состояла из элементов. соот» етствуших- торцовым частям А7 и АК (внутр. 4 о, sin, длина г. чи. вес ] .5т). 'Дается описание деталей. узлов и процесса изготовления. В касс тве теплоизоляции применялся керанглтобетон (R =27,9 ИПа. J=l,ö /н), а силовой слой из ТАИ бмл на. основе .мелкозернистого бетона (R = 6,1 fina) и арматуры fep-l ¡Й 5' им с шагом 12,5 ни в кольпевом и 25 ми продольном направлениях.' Рабочее'давление назначалось в пределах . 5"3. О'КЛа. расчетное 4,0 ИПа, температура внутренней среды до 195 Перечисляются задачи эксперимента, где в числе прочих выделяется ценка пропорциональности роста усилий в tau с ростом нагрузок. На ервом -этапе проводились "холодные" испнтання ступенями до норнатив-ого давления, затем осуществлялся разогрев внутренней полости до 20» с выдержкой влечение 3-х суток, после чего подавалось яополнитель-ое давление до расчетного значения с последующим его быстрым сбросом со.скорость» 0, й-о,5НПа/с.). Затем проводился новый цикл "холодных" спытании до 8 Ша и впоследствии до разгерметизации, модель оскала-' ась соответствующими системами обеспечения, испытаний. Предусматривались мероприятия, разработанные - автором, по исключению влияния, емпературы'на показания тензоприбор&в при опенке силовых деформаций.

В процессе кспитаний' на веек этапах также обнаружен высокий редел упругой работы конструкции. При этом отмечается появление' всплеска" вертикальных лефориапий вблизи, тор па AT и перегиба стенки

. . - 34 -

у ЛК. характерного и для модели яр без компенсаторов. Разгерметизация 'наступила при давлении 9.7 нПа: давление стало плавно падать, однако при его значении б, о КПа наступила стабилизация. Отмечается ■отсутствие признаков подвижки "пробок" обоих торцов, а также большая плотность контакта их со стенками и меныяая вероятность "отлипания". Приводятся также графики температурных полей, обии.: деформации и деформации, вызванных внутренним напряжением, .силован часть.деформация . характеризуется, как и в ХВД ЯР. примерно равными интегральными значениями. что -также свидетельствует о принципиально удачном соотношении коэффициентов армирования в кольцевом и продольном направлениях. •Испытания завершались на недели уже после обнаружения разгерметизации. После предварительного разогрева до ¡47°С давление удалось поднять до 12,0 КПа. Характер трешнообразования, отмеченный в данных опытах, в целом аналогичен таковому в образцах, элементах и моделях 'ЯР, испытанных ранее. Трешины на наружной поверхности отмечаются только в цилиндрической части, шаг их незначительный, а ширина раскрытия не превышает О, 1им.

Глава завершается выводами по результатам экспериментальных исследований на моделях ЯР. AT и АК., Отмечается, что проведенные испытания.,. в тон числе при нагрузках, в 3 и более раз превосходящих рабочие параметры, подтвердили эффективность принятых конструктивных решения КВД из TAU, а полученные данные о НДС. трешиностоикости и .особенностях работа отдельных элементов и конструкций в целом создают предпосылки для . построения КРТН Квд из TAU применительно к численным методам и анализа теоретических результатов.

Глава У. Комплексная расчетно-теоретическая модель и исследования НДС КВД из Таи численными'методами

В кратком обзоре (п. 5., i) отмечаются исследования G. Carmichael. Н. Cederberg, Н. С lough. D. Cornel. G, Greenbaum, J. Irvtn. M. 33ian'. K. H'ancri-" e-ff. J. Otter. J. Rashid. T. Tarandi. T. Wagsot. а также Т. А. Балана. А. В. Вов-• куиевского. H. А. ВУЛьФовича. Л, А. Гордона. Н. И,-Карпенко. А.П.Кириллова. А. И. Коэачевского, S, В, Фрадкина, А. А. Храпкова, Б. А. Шойхета и др.. посвященные разработкам численных 'методов расчета в осесимметричной и 'трехмерной постановках ■ с использованием ИКР и.НКЭ применительно к корпусный .конструкциям. Ряд программных комплексов, созданных за рубежом (ASKA. riASTRAH. SAP. STAR,г/н и др. ) и в нашей стране (ЛИРА, АП-ЖВК. DYPQN. СИПРАНАК. ФЕНИКС. КОНДОР; ОСЬ. БОЛИД, СУПЕР. ПРОЧНОСТЬ-75,КАСКАЛ СИСТЬ:НА.-4..СТАДИ0 >. отличаются хорошим математическим обеспечением. ?до(?с;.твоя. е реализации, сервисом, пиесте с тем использование их в расчетно-иссяг'койатеяьскои практике вногла требует их специальной алзпташш. .'-.-. а » рясе случаев и просто затруднено, в частности, ппте-иительяо- К. игмедуекыи сооружениям из-за специфики поведения

- 35 - "

'ериалов, отдельных конструктивных элементов, особенно в области ■' • контакта (например, дниш и стенок, где возможно "отлипание").'В 1зи с этим актуальными остаются проблемы разработки новых метопов ■.чета. КВД. учитывающих эти особенности.

5. 2. Анализ результатов выполненных исследовании применительно к :троению КРТМ КВД из ТДЦ. Проведенные на предыдущих этапах на базе ыштических методов теоретические и опытные исследования на Фраг-1так 'и Физических крупномасштабных моделях позволили перейти к . шизу результатов в плане построения кртм КВД из TAU применительно шсленным методам, проведению численных экспериментов и разработке шлексной методики расчета.

Поведение материалов и конструкции в целом предполагается трак-эать как нелинейно упругое. в связи, однако, со слабо нелинейных ?актерон деформирования ТАЛ и анализом всего спектра известных не- .,, 5ов решения нелинейных задач (переменных жесткостей, шагового наг-*ения, Ньютона-Рафсона и его модификаций, самокорректирующего) едпочтение отдается более простому в реализации методу последова-пьных приближений в сочетании с шаговым нагружением.

Возможность "отлипания" стенок от 'днюл предполагает необходи-гть моделирования здесь в обшем случае условий с односторонними язями. Отмечаются исследования И.. Геллера, И.И.Рабиновича, А. П. Си-иыка, посвяшенные учету в принципиальном плане односторонних свя- "' й в расчетах, а также а. Ö. Бовкушевского, В. П. сливкера, Б. А. Иойхе-. В. И. Кудайюва. В. П. Малявина и др.. реализовавших в последние годы кие подходы к расчёту Массивных строительных конструкция. В связи сложностью такой постановки; когда сооружение, даже в предположе-и линейно упругого поведения'его материалов, работает по принпипу нструктивно-нелинеяной системы, на первых этапах численных экспе-ментов признано целесообразным использование предложения В. Н. Бур-ва о введений в расчётную схему условная шариирно-подвижных связей контакте дниш и стенок, обеспечивающих пёрёдачу. вертикальных я ключадавшх передачу горизонтальных усилий. .

5. 3. Некоторые особенности НДС КВД. вытекаидие ИЗ результатов сленкых экспериментов! НКЭ„ В результате выполненного анализа в мках разработки кртн квд из ТАК была создана* необходимая баьа Для сведения численных экспериментов с использованием Известных nnti. • -первых, это позволяло проверить возможности их применения в гото- ' и виде или'при соответствипошей адаптации для Расчетов КВД из ТАИ в [■■, лом. а во-вторых, п случае их адекватной оиенки, выявить некоторые1 жные . особенности НДС, которые необходимы для разработки.КРТН и в же время практически недоступны в Физическом эксперименте, с этой ' лью были выполнены серии расчетов моделей КВД й натурных црототи-

• • - 3ü - : '"'■'.

пов KK3 в осесинметричной линейно-упругой постановке. В начале с по мошью ППП нкэ EDVPOH был выполнен расчет моделиивд ЯР в л/ю «ату ральной величины, затем проводились серии расчетов ППП НКЭ COSMOS/1 • крупномасштабной модели ЯР в 1/3 н. в., а также натурных корпусов А' и сферического ЯР, В промессе численного эксперимента варьировалис: свойства материалов стенок (TAU принимался ь качестве приведенное ортотропного материала, причем бетон учитывался полностью, частично, . либо только в радиальном направлении, тем самым моделировалось вык лючение его из работы на растяжение), условия их сопряжения с торцо выми элементами (от жёсткого до шарнирно-подвижного с введением ело: ; налой конечной' толщины с различными жесткостями по направлениям, расположенного в днише и непосредственно примыкающего к стенкам) геометрические параметры и Форма КВД (от строго цилиндрической д< сферической, включая вариант, характерный для AT, с цилиндрическим! и конусными стенками с несколькими изломами, а также устройство бан дажёй снаружи конусных участков силового слоя), условия работы угло вых зон облицовки, оснашенной компенсатором (когда в одних случая: вводился стальной уголок, закрывающий компенсатор и выключающий ег, из работы, а в других уголок не учитывался, и компенсатор "рабо тал"). Показаны принципиальные отличия в НДС для вариантов с жестки! и свободным сопряжением дниа,со сменками. В последнем случае отмеча ется более благоприятное НДС:. наблюдается сглаживание "пиков" р?ди . альных напряжений в угловых зонах дниша й выравнивание эпюры-верти кадьных напряжений в стенках, а траектории главных напряжений лучш< согласуются с направлением принятого армирования; увеличивается об ласть трехосного сжатия в днипге, и возрастает эффективность работ! силового слоя в конусных участках и бандажа. В целом обнаруживаете ^ более качественное согласие, опытных и расчетных данных для случая i давлением в варианте с шарнирным сопряжением. Показано, 'что если пр: " расчете только на температуру контакт дниш и стеиок может зачастэт • задаваться абсолютно плотным, то при совместном его действии с дав лением возрастает вероятность "отлипания". В связи с этин при обсуж дении КРТН указывается, что" принятие в расчетной схеме априори тог< или'иного контакта без возможности его изменения .в процессе измене ния нагрузок и воздействий может внести качественную погрешность i конечный результат/ Подтверждается Формирование более однородное НДС при силовом и тепловом воздействиях в конструкциях с;плавно ме няюшейся геометрией'стенок ив особенности в сферическом КВД со сво бодно опирающимися дниш,ами.(по типу запатентованного автором реше ния). При оиенке роли ' компенсаторов приводятся ■ эпюры опытных i расчетных деформаций и поля напряжений в угловых, зонах облийовки i самом компенсаторе. Демонстрируется качественная разгрузка этой об

1сти и снижение при этом срезываюшик усилий в анкерах облицовки. ■

Проведенный численный эксперимент показал принципиальную воэ->жность использования стандартных программ линейного статического гализа НКЭ для качественной опенки НДС КВД из ТАД в делом и отдель-ix элементов при их адаптации в соответствии с реализацией адекват->й РТН. Вместе с тем учет Физической и конструктивной нелиней-* >стей, в частности, обусловленных спецификой поведения ТАИ под наг-'зкой й тепловым воздействием, когда он работает по принципу нели-:йно-упругого материала, а также особенностей сопряжения торцовых чементов, когда могут Формироваться условия для односторонних свя-?й из-за "отлипания". ' должен способствовать улучшению количественно согласия теорий и эксперимента.

5. ч. разработка метода расчета с учетом конструктивной и Физи-;ской нелинейности, реализующего КРТМ КВД из TAU с использованием . энечно-разностных уравнений. В предварительных замечаниях к этому эдразделу показывается актуальность разработки новых методов.расче- . ' а, ориентированных именно на конкретные типы КВД. позволяющих уже в 5становочной части в необходимой мере использовать полученные фраг-энтно-аналитические и опытные результаты- а также теоретические могли поведения материалов, элементов и конструкций.

.Далее обосновывается возможность подхода к расчету в рамках сесимметричной задачи и дается описание КРТН КВД из ТАД, под кото- '" ой понимается такая расчетная схема, которая, во-первых, моделирует еальное сооружение, свободное от несущественных особенностей, не вляюшихся принципиальными в ,их влиянии на НДС, во-вторых, позволяет ассматривать об.'ект при вс.ей. совокупности действующих, нагрузок и оздействий с_ учетом специфики поведения материалов и отдельных онструктивных элементов, в том числе Меняющейся с их ростом, и. -третьих, поддается реализации с помошью соответствующего математи-еского аппарата, программного обеспечения и вычислительной техни- , и. Материал силового слоя представляется в виде приведенного-с ор-отропными свойствами,, причем анизотропия трактуется и'как конструк-ивная (за счет различного по осям армирования), и как структурная из-за процесса трешинообразования с ростом усилий), кроме того на-ернал признается неоднородным,, т. е. свойства "его суть Функция коор-инат. так как зависят от температуры, радиации. НДС. в связи с пе- ' еломами силового слоя в местах перехода, например, цилиндра в конус

отгиба меридиональной арматуры, свойства приведенного материала ' тносительно глобальных осей меняются. Таким образом силовой состоит ак бы из отдельных блоков, которые, однако, стыкуются так. что пе-емешения и усилия на их контакте равны, йнша. (ЯР, AT) или торцовый' лемент (АК) также представляются в виде отдельных блоков, имеющих

- - -:

специфическое сопряжение с силовым слоем. Особенность его в том, чт оно должно предполагать возможность абсолютно плотного контакта равенством перемещений и усилий граничных точек соседних блоков (или) "отлипание" стенок в зависимости от Формирующегося здесь НДС В связи с этим РТК и методика ее реализации должны предусматриват возможность установления этих особенностей в процессе счета, в да) ном случае с использованием итерационных процедур в сочетании с ш; говыи нагружениен. Приводятся графические схемы КРТН для ЯР,' его не дели в 1/3 н. В. i AT, AK и их комбинированной модели.

Затем Формулируется математическая постановка задачи об опред( 'лении осесимметричных деформаций нелинейно-упругого тела, образова! ного вращением некоторой, в принципе, произвольной области вокр: оси сИмнетрии Z, выполненного из материалов, обладающих изотропным! транстропными или в обшем случае ортотропкыии свойствами" и Физ! ческой неоднородностью, на основании известных уравнений равновес! ' в напряжениях, геометрических соотношений и обобщенного физическо! закона для ортотропного материала получены разрешающие уравнения перемещениях для случаев, когда глобальные оси совпадают с надравл ниями симметрии ортотропного тела, и.Для общего случая, когда на . равления упругой симметрии не совпадают с глобальными осями:

вги 8u fflA . ее а *> и гsa . ее ' а

> 1 гг . г . ГГ1 . I Гб

—-а + — 1 • 1 ■ - 1

эг

ей вг

■ et flr sg ' ас ' с

0z-

■г

er

есо

а z

dz

3z

8v iah

az

•• а u a w 8w f3G ' эс с -с .

+2---С +--С ■ —

dt в г г Ьх * дт I аг а г г

dZ I 8Г

ее А -А ■

Z . Г2 в!

82

а w.

drdz

а г | az

ее-

8z

1

—I +' er-' . .г

г К- °о) ис

. 9 w aw

-3 ----

Эг дТ

ее -öG G dz аг г

sw (sa ас с

•а

az

iz-

и 0U

— -С + —•

дх

0U 82

Sr

8С ■

х

аг

sa

г z

az во

г«

аг

ее

_г_

аг • G

8z 1 8z ' 8r г С + С 1 Ü (ЭА

+2- ——С + eraz,

+ — г

_в!

dz

drdz

[vM-

ае

8z

ас 1

_г

ar = о.

6z

оригинальность полученных уравнений в том, что при их выве жесткостные параметры типа ¿^¡с,-; 5г1(приводятся формулы для их опре ления) декларировались переменными, зависящими от температуры, рас апии. НДС и вводились как•функции пространственных координат. В I

г

- 39 - '

гльтате они, как и температурные составляющие (©¿), оказались под [аками дифференциалов. Такая постановка признается более корректной том числе и для итерационного расч'ета с линеаризацией решения на 1Ждом шаге. Граничные условия могут задаваться как в перемещениях; 1к и в напряжениях. Для оси г = 0 в случае с днишеи без отверстия, >гда имеет место неопределённость (деление на ноль), граничное :ловие получено с помошью правила лапиталя. Таким образом задача юдится к решению системы неоднородных дифференциальных уравнений ■го порядка в частных производных с заданными граничными условиями сраевая задача). Учитывая актуальными вопросы экономии оперативной 1мяти ЭВМ, " особенно' при решении таких нелинейных задач с большим 1ссив0н данных, автор при анализе методов решения остановился на СР, обладающим, в частности, удобством использования итерационных гтодов (простых итераиий, Зейделя, динамической релаксации), е. позволяющим Фактически отказаться от матричных операций, требую-{X, как известно, больших об'емов памяти ЭВМ. Опыт показывает, что использованием ИКР на современном ПК средней мощности можно решать ; менее сложные задачи, чен МКЭ. при этой мы имеем дело не->средственно с уравнениями равновесия' всего тела (или соответствую-;го блока), что облегчает в известной мере процесс контроля за пра-шьностью построения решения,• а учет Физической неоднородности уже постановочной части (т.е. на этапе получения собственно уравнений) »лает эту задачу вполне корректной, Отмечается значительный вклад'в 1звитие теории и расчета хек , МКР , который внесли исследования Н. Ставрова, Н. И. Карпенко, Г. П. Яковленко и др.. убеждающие в эффектности его использования- в задачах нелинейного статического и ди-амического, расчетов.' ' ' '

■ Далее выполняется анализ различный вариантов сеточной дискрети-шии применительно к КРТН КВД ЯР в 1/3 н. в. и выбирается рациональ-ая блочная схема, она.состоит из трех блоков: цилиндрического, разутого -на прямоугольники. Конического, разбитого на параллелограммы торцового (днишё). разбитого косоугольной (трапецеидальной) сет->й. Контурные точки в местах стыков соседних блоков имеют в начале агружения идентичные координаты, в дальнейшем этот принцип исполь-зван и для комбинированной модели АТ и АК. где. однако,' число бло-зв уже составило соответственно (9-и Ю). ,

; Уравнения равновесия для внутренних узлов каждого блока записи-1 аются в центральных разностях. Анализ показал, что введение законных точек (при записи условий на границе .в центральных разностях) э только увеличивает число неизвестных, но и ухудшает устойчивость ешения. поэтому граничные условия и условия "стыковки" соседних" поков записываются в односторонних связях. В связи с оркг-лн

• - 40 -

ностыо разбивки конусной и торцовой частей КВД схемой, ранее, по-в> димому. неиспольззлоиейся в расчетной практике применительно к подо( ным сооружениям Из ортотропныя материалов, получены выражения в ди< Ференпиальной Форме для перемешений в тон числе контурных . точек, . также выведены Формулы для записи искомых Функций в конечных ра: ностях. Они применимы как для регулярной, так. и нерегулярной схем! когда появляется необходимость в учашении или, наоборот, разряжен! сетки. Получена разрешавшая система уравнений в разностях,' включа» тих уравнения равновесия, граничных условий и условий "стыковю смежных областей. Решение Физически нелинейной задачи строится использованием процедуры последовательных приближений с учетом пер< ненных параметров жесткости в сочетании с шаговым нагружением. ростон нагрузки шаг рекомендуется уменьшать для улучшения сяодимос решения. Начальные жесткости задаются в соответствии с п. Е. 1 по bi ражениям для ТЛЦ без учета трещин. На каждом шаге выполняется ш ресчёт жесткостей в зависимости от НДС и характера трешинообразов; ния в том числе с использованием теоретической модели TAU с трещин; ни, разработанной в гл. П. отмечается, что для последующих итераш целесообразно вводить' модули не по данным с последнего шага, а двух предыдущих, назначая новые жесткости по правилу "зочотого сеч( кия". Б процессе итераций, кроме того, выясняется НДС на, контак' стыкуемых блоков. В случае появления в направлении контакта сжат! величина его сохраняется , в случае растяжения - обращается в нош тем самым обеспечивается возможность "отлипания".

Таким образом разработанная'КРТН КВД из TAU отличается от тр; диционно применяемых расчетных схем. задаваемых изначально и сохр; няемых свои принципиальные особенности в процессе всего счета, cbi еобразной автономностью, возможностью к изменению определенные пар; нетров в связи с изменением нагрузок и воздействий и НДС. . в резул: тате сравнения • , методов решения разрешающих систем (Г>

усса, динамической релаксации, простых итераций, Зейделя) больше удобство и лучшую сходиность обнаружил метод Зейделя. который и б! реализован в программе, получившей название АРБИТ ИКР.

• ' 5. 5. Результаты расчета опытных Физических моделей по програм! АРБИТ НКР. Приводится блок схема расчета, использованная в nporpaMi АРБИТ НКР, разработанной для ПК Типа IBM совместно с аспирант! А. Н. Зайдевым. Язык программирования TUR30 С. Программа позволяет pi иать осесимметричные задачи в линейной и Физически нелинейной пост, новках с реализацией при .необходимости, условий для односторонн: связей. Были выпол. ны серии расчетов в Физически нелинейной пост, н.вке крупномасштабной модели КВД ЯР и комбинированной модели AT . AK. сравнение опытных и.расчетных значении показывает хорошее к,

ственное и количественное согласие результатов в том числе при влении 21,5 НПа (рис. 4), совместном действии температуры 100° с и вления Ю НПа, а также в комбинированной модели при давлении 9.7 а. 'Характер полей напряжений и трешинообразования в модели ЯР, по-ченный расчетом <рис.5>, подтверждает Факт Формирования силового ода в днище и возможность отлипания последнего от стенок из ТАД.

В связи со сложностью расчета численными методами (МКР и ИКЭ) ловых' зон вблизи компенсатора, базирующиеся, как известно, на едпосыяках классического подхода, предполагающего гипотезу малых Формаций, которая, строго говоря, в окрестности разрезов "не рабо-ет", в диссертации сделана попытка (п. 5. б) разработки" предложений теоретической опенке напряженного состояния компенсатора и неко-рых практических рекомендации по его устройству. Из известных рений упругих задач о распределении в окрестности, разрезов напряже-й следует, что последние вблизи них становятся бесконечными. В йствительности при напряжениях выше определенного уровня реализу-ся пластическое течение, сопровождающееся ростом пластической зо-Поскольку полное решение такой задачи с учетом реальных свойств териалов не получено, автор для нахождения радиуса пластической ны в устье компенсатора обратился к приближенным методам теории ешин и механики разрушения. На основании известных задач об опре-лении коэффициента интенсивности напряжений для угловой трещины омпенсатора) и трешины в полосе под действием давления (соот-тственно, L. М. Кеег и др. и Н. F. BuecKr.er), получено выражение для ммарного Kj, а затем, с использованием, критерия Мизеса, выведено мкнутое выражение для определения максимального радиуса пласти-ской зоны в .зависимости от размеров компенсатора, величины давле-я • и предела текучести материала. Затем на основании анализа ре-льтатов решений задачи о трешиностойкости звездообразного контура . А. Ведерников и н. д. суздальский! рекомендуется принимать в качест-,рационального с точки зрения исключения образования' трешины в тье компенсатора угол между его плоскостями 60°. . В конце главы сформулированы выводы по данному разделу, заключение по диссертации содержит основные итоги всей работы, намечаются перспективы дальнейших исследований.

l.Ha основании анализа современного состояния в области энерге-ки и строительных технологий, а также реакторостроения. аккунуля-ростроения и ^втоклазостроения обоснована целесообразность даль-йших исследований по совершенствованию'и созданию новых конструк-вных решений квд из дисперсно-армированного железобетона с высокии держанием арматуры..

г.Разработана единая концепция создания сосудов из ТАЦ с уче-

Рлс. 4. Результаты расчёта физической модели ЯР в ■ 1/3 натуральной величины на давление 21,5 МПа и опмт- . ные значения:

■ /,1 расчёт; » ОЭ - опнт

единства, системности и комплексности взаимосвязанных об'ектое ; разных иерархических уровней, материал, элемент, конструкция.

3. Проведены исследования усовераспстаованнок конструкции ЯР ц работами оригинальные конструктивные решения ЯР, AT и ак, в тон ле зашнпенны<? патентами P<i>.

4. Яроведены теоретические и экспериментальные исследования hv 'иалов, элементов и Фрагментов конструктивных решении КВД из TAU н ¡работаны методики их расчета, которые могут быть использованы й |альных стадиях проектирования на этапах эскизного и технического »ектов, а также в сочетании с численными методами на стадии рабе-'о проектирования. Разработаны теоретические модели деформирования I на стадиях от начального микротрешккообразования до заключитед*..'-| с магистральными трегсинани. На базе аналитических методов давд )ения задач о НЛО и трешииостойкости и разработаны практический •одики расчета конструкции из TAU с учетом специфики его работы р ювиях тепловых и радиационных воздействий. Яроведены эксперт)?-!), ¡ьно-теоретические исследования герметизируюией облицовки с систо ■ t гибких анкеров и разработана методика расчета с учетом особен :тей поведения материалов под нагрузкой и воздействиями, ■аложения по оценке прочности торцового элемента КВД на стайки ¡дельного равновесия с учетом особенности работы бетона в условия* >хосного сжатия.

5. В период с 1963 " по .1992 гг. проведены экспериментальна

:ледования' Физической модели ЯР в 1/3 и. в, на внутреннее давлен^®

> 21.5 МПаь температурные (до ЮО°С) и комплексные нозлепстЕИ/ц,

?рвые получены обширные .экспериментальные данные о НДС и теплоад»

;тоянии опытного образца такого масштаба. .Проведены также испы^т-

I комбинированной модели аг и ак при давлении до и, 5 МПа к темпг«,--

о • ■; ■

гуре до 204 С. Подтверждена высокая надежность конструкций К№

' . . ■ • ' ' '

6. -Разработана новая КРТМ КВД Из,'ТАЦ"применительно к' чисЛенныМ) годам, учитывающая особенности .поведения метериалдв и отдельный, гментов в их взаимосвязи, С использованием («р получено решение :ачи осесимметрично деформируемого неоднородно-ортотропногз тела тоенительно к разработанной JCPTH и составл'е^а программа (АрБИТ. ?) для I1K типа ?БН. На основании численных экспериментов НКЗ и ИКр, гпытных исследований Физических моделей подтверждена адекватность Ot й эффективность конструктивных решений КВД из ТАД.

В настоящее.время выполнена значительная часть работы по созда о еш^ого вычислительного комплекса в вйде пакета прикладккк прог-1н шпп арбит). включавшего фрагментные аналитические и коцп-ксные численные методы расчетов КВД из TAU.

■ , ■ - 44 - '

Таким обраьом основные положения, изложенные в диссертации, дг ют. nö-вияимому, основание считать, что ослаествлено решение крупнс научной проблемы в области исследования, совершенствования и создг ния новых конструкций корпусов высокого давления для энергетичесщ и строительных технологий и специального назначения, имеющей важнс народнохозяйственное значение.

. Настоящая диссертация, однако, не исчерпывает всего круга вог росов, связанных . с возможностями использования железобетона п koj пусостроении, вместе с тем она создает реальные 'предпосылки для ^ решения. Яо мнение автора дальнейшие работы целесообразно направит на.продолжение исследований в плане оптимизации и собственно излеа ности корпусов, детальную проработку узлов и элементов (примените^! но к автоклаву такая работа в настоящее время выполняется аспиранте А.Н.Зайцевым при научных консультациях автора), совераенствовам . вычислительного комплекса и ППП в части создания необходимого сеi виса, обеспечивашего его использование в практических и научных ш лях, а также разработку соответствующей нормативной базы по расчет И проектированию таких сооружении.

По материалам диссертации опубликовано 27 работ: 1. Морозов В. И. Об уче.те анизотропии при расчете цилиндра из TAU щ неравномерном нагреве//Совераенствование методов расчета и иссг.едс вание новых типов железобетонных конструкций: Кежвуз. Те кат. .сб. ТР. /ЛИСИ, Л. ,1979. С, .57-61. -' •

г, Поршнев Г. н., Морозов в. и.-Результаты, исслеяоьания НДС толстостеюн го сосуда из ТАИ при внутреннем кагреве//Совершекствование ,метов< расчета и исследование новых типов железобетонных конструкции: Мез вуз. темат. сб. тр. /ЛИСИ. Л. > 1Q61. С. 39-35. '

I 3. Шоршнев Г. Н., Корозов в. Н. .Треаикостойко.с.ть ТАИ в толстостенном'л< лом цилиндре при внутреннем нагреве//Статнка и •'■ динамика . сложи; строительных 'коиструкиий-.уежвуз. теиат. сб. тр. /лиса, л. ■ 1931. с. вз-е< • 4. Порозов в. И.-.Филоненко, б.с. Некоторые вопрос« исследования .и разр; сотки КБД из ТАи//Н<1Учно-техкически:! прогресс в'области градостро) тельного осБоения Сибири, Дальнего Востока и Севера страны. /!. : Ctpi йиздат. 19S2. С. ег-84. ' ^ . ; ; ' . ' .

5. Корозов.Б. И. Продольные колебания бруса из TAU при 'тепловой уд; ре//Статика и динамика сложных строительных конструкций: Нежвуэ. Ti мат, Сб. ТР. /гаси, ,л 1984. с. 8.3-8$.* ': '_".'''. ••

6. Шорашев Г. К.., Морозов а и., Жуков в. .к.. 'физико-кеаанические свопст) TAU//Ве.тои и железо;," тон. :1.?<н'. n10. С. 7-9.'

?,.Морозов В. И. Термические напряжения в толстостенном цилиндре из ?, nvn сэухкерн'ои температурном поле/УСовегийнствованне методов расче-и асслеловаипс- новых .типов железобетонный конструкций:Нежвгз. т<

. - 45 - ' cfl. ТР. /лисп, А. , 1965. С. 10-1 Г.

>ршнев Г, Н. .Норозоз в. И, . Повьззез н. ii. 1'пруго-пластическое выпучи-ie стальной гернетизируюией облицовки КБД из ?АП//Теоретические и кзриментальные исследования/ленЗНИИЭП, л.. 19S5, с. 22--30. ¡ронев Г. Н., Порозов В. И. . Повыше з H.H. Особенности работы ьнутрен-облииовки в толстостенном сосуде из ТАЕ//Сопротивление железобеим элементов силовым воздействиям:Нежзуз. сб./?КСИ; Ростов-на-До-935.' С. 129-135. '

ошаев Н. Н. . Морозов В. И. К расчету анкеров внутренней облицовки в тостенком железобетонном аилиндре при двухмерной температурном //Совершенствование методов расчета и исследование Ноеых типов зобетокных конструкции: Нежвуз. темат, сб. тр. /ЛИСИ, л.. 1987, с. 13-15. орозов 3.И. Изгкб конструкций из ТАД в условиях тепловых воз-твип//Теоретичес!'ие и экспериментальные исследования строитель-конструкний/ЛейЗКИИЭП. Л. . 1987. С. 63-69.

оринез Г. К. .Корозов В. к.. Повьиев H.H. Экспериментально-теорети- • те исследования КВД из тац я его элементов, при .тепловых. воз-. гвияк//Материалы конференция и совещаний по гидротехни-3ЕДС0-36. Л. ¡Энергоатониздат, 1967. с.113-117.

>ринев Г. Я. , Морозов В. и.. Повышен H.H. .Бурцев E.H. Результаты ис-;вания толстостенных сосудов на Фрагнентах//Натериалы УП1 Ленивкой конференции по бетону и железобетону, л. : Стройиздат, 1968.' ■70.,

>розов в.' К., Повышен я. Н.. Бурцев Б. И. толстостенные железобетонные м при силовых и тепловых воздействиях//Строительные конструкции ift и сооружений: Иежвуз. сб,/ЛПй. Барнаул, 1969. С, 61-717. розов в. и., Михайловский А. С, , Бурцев В. М. НДС КВД из ТАИ с кони-.ии торцовыми элементами. Там же. с' 71-76.;

ркнез Г. Н., корозов в. Н. 'Термонакряжйиное состояние конструкций it,'/Совершенствование методов расчета и исследование новых типов Нежвез. темат. сб. тр./ЛНСй, Л.. 199ö. c. 5-13.'

розов В. К. Моделирование процесса развития трешин в. железобетоне оцементе методами механики, разрушения и теории трешин//Совер-вование методов расчета и исследование новых типов ЖБК:Нех-5мат, Сб, ТР. /ЛИСИ, Л. , 1991. С. 17-25.

=шнев Г. Н, , Морозов В. И. Результаты испытаний модели КВД ЯР из Совершенствование методов расчета и исследование новых типов ?жвуз. темат. сб, га/сПбГАСУ^С-Пб. v 1993. С, 5-17. ¡озон В. ¡5. -КВД для энергетических и строительных технологий. >. С. 17-28. ' '..'■.

юзов В. И. Расчет многослойного анизотропно-неоднородного пи- ' а условиях.осесиммотричного температурного поля. Там жя.С,28-

21. морозов в. и. , Трофимов а. в. моделирование процессов развития треил и их влияние на интегральную жесткость ТЛИ при растяжении. Тан же. ( 100-107.

£2, Иоршнев Г. Н. .Морозов 6. И. Сосуды высокого давления для эиергет! ческнх и строительных технологий//Изв. BV3. Строительство. 1993. С. 3-. ?.3. Иоршнев Г. Н. > морозов в.'И. ■ Панарин с. Н. КВД из железобетона д. энергетических и строительных технологий //. Ийформ. листок / Сер.Рб И, 31. С-ПбКНТИ, 1993. Зс. ■

24. Порозов В.'И. .Зайцев А. Н. Результаты испытаний комбинированной м дели AT И АК ИЗ ТАЦ/СПбГАСТ.23 С. Деп. В БНИННТПИ. 1991. N1 144

25. шортнев Г. Н. .Норозов в. И.'. Зайцев Л. Н. о расчете КВД из TAU КХР СПбГАСУ. гзс. Деп. ВНИИКТПИ. 1994.1111143.

гь. Порозов В. и.", зайцев А. К. Программа расчета КЕД из TAU // и Форм, листок / Сер. Рб7. 03. 03. С-П6ЦНТИ, 1994. Зс. гт.шоршнев т.н., морозов в. и. . Повыкев h.h. .зайцев а. н. ндс квд д энергетических и строительных технологий // Материалы конференции совещаний по гидротехнике. ПРЕДСО-93, СПб. ; Энергоатомиздат. 1994. 77-61 (в печ.. подп. к печ. 25 мая 1994 г. К .

H-Sb"__________

Рис.5.Схема троиин в модели ЯР/при давлении 21,5МПа

j^r - трещины в плоскости • <"-jg^ ~ область трещин вертикального направления

j I

i i ¡ ! H