автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Урахування нелiнiйних деформацiй повзучости бетону в розрахунках iнженерних споруд енергетичних об'ектiв в умовах плоского напруженого стану

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ ПОЛТАВСЬКИЙ ІНЖЕНЕРНО-БУДІВЕЛЬНИЙ ІНСТИТУТ

РгБ ОД

На правах рукопису

КУКУШ АНАТОЛІЙ ЛЕОНТІЙОВИЧ

УДК 539.376+621.039.584+624.012.46

УРАХУВАННЯ НЕЛІНІЙНИХ ДЕФОРМАЦІЙ ПОВЗУЧОСТІ БЕТОНУ В РОЗРАХУНКАХ ІНЖЕНЕРНИХ СПОРУД ЕНЕРГЕТИЧНИХ ОБ'ЄКТІВ В УМОВАХ ПЛОСКОГО НАПРУЖЕНОГО СТАНУ

Спеціальність: 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі і споруди.

Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Полтава -1994

Дисертацією є рукопис

Робота виконана е Донбаському інженер но-будівельному інституті

Науковий керіЕник - доктор технічних наук, процесор

• Кирилсв О.П. '

Офіційні опоненти - доктор технічних наук .

Провідна організація - Донецький Промбуд НДІпроект

годин на засіданні спеці .. . . „

кандидатських дисертацій К.068.46.01 у Полтавському інженерно-будівельному інституті за адресов: ЗІ460І,м.Полтава, Першотразневий проспект, 24. ■

' 3 дисертацією можна ознайомитися е бібліотеці Полтав-

ського інженерно-будівельного інституту.

Відгуки на автореферат просимо надсилати на ім’я вченого секретаря в двох примірниках, ствердханйх печаткою.

Автореферат розіслані "<&$" Ї'КЛ/ 1994 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

професор Яременко О.Ф.

кандидат технічних наук доцент Митрофанов В.П.

9

Захист відбудеться

к.т.н., доцент

ЗАШЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТІВ

Актуальність роботи. В теперішній час пред'являються все білько короткі вилоги до надійності та безпеки крупних екергі-тичних об'єктів (судин високого тиску, захистних оболонок АЕС, гідротехнічних споруд та ін.) як на стадії будівництва, так і на стадіі експлуатації. Питання енергс- та ресурсозберігання, а такоя розробка достатньо обгрунтованих методів розрахунку залізобетонних конструкцій атомних електростанцій на навантаження, які виникають при аваріях, завада знаходились в центрі уваги інкенерів-проеістувальників. Неодмінна умова надійної та безпечної роботи AEG - забеспечення герметичності реакторного відділення, що частіше сполучається з перевитрачанням матеріалів та грошових коптів.

Одним з шляхів підвищення економічності споруд без 3131-яення надійності при1 експлуатації с врахування резервів Sx деформування при проектуванні конструкцій. Так як більшість онергітіїчішх об'єктів розраховані на тривалу експлуатацію, врахування реологічних процесів, пов’язаних з повзучосте бетону, має важливе практичне значення. т

. Їсну-счі мор.'аінвпі документи по розрахунку інженерних споруд енергетичних об’єктів в більЕІсті випадків не БраХОВі«ГЬ впливу тривалого деформування. бетону в складному напруженому стані. В цьому зв’язку для отримання даних про тривкі'’ ,і та деформативиі характеристики бетону в умовах кеодновіского навантаження, а такол побудови теоретичних залежностей, які відповідей* гп дозволяють зобразити більа реальну картину напру» аеногб стану розряховуемих споруд, кастійно» необхідністю є подальшо проведення та розвиток експериментально-теоретичних досліджень. .

.Метоп гисертвційно? роботи с експериментально-теоретичне обгрунтування та подальшій розвиток фізичних рівнянь зв’пску деформацій повзучссті бетону на тривало дшвяс постій-,их та її'.шгжх напруг, які дозволянь на оснозі врахування реологічних властивостей бетсну оцінити напружоно-дофориозаний стан залізобетонних конструкцій в умова." складного нелінійного д?-фор*увпння при пласкому напдогожяф стані.

Автор захищає: '

, - методам та результата експериментальних досліджень

тривалого деформування бетону в умовах двовісного стиснення при постійних та змінних в часі високих рівнях стискуючих напруг;

' - пропозиції по диференційному врахунку впливу-виру напруженого стану та послідовність його реалізації на уточнення процесу деформування бетону при постійних та змінних в часі діючих напруг в умовах плаского напруженого стану;

- результати теоретичних досліджень по оцінці вимову реологічної поведінки бетону в розрахунках напрунено-дефорлова-ного стану залізобетонної захисної оболонки ЛЕС на стадіях зведення, експлуатації та аварії.

Наукову новизну роботи складає:

1. Експериментальні дані:

' - про вплив високих рівней завантаження на тривалу де-формативність бетону при плоскому напруженому стані;

- про вплів силової анізотропії на деформації повзучості при двовісному стисненні;

- по дослідженню тривалого деформування бетону при змі-кюючихся в часі складних режимах навантаження в умовах плаского напруженого стану.

2. Обгрунтування та розробка аналітичних виражень залежності тривалих деформацій бетону від напруг при постійних в часі стиснених навантаженнях. .

3. Врахунок впливу широкого спектру рівней стискуючих напруг при пласкому напруженному стані на деформативність бетону в ортогональних напрямах.

4. Пропозиції по врахунку розподільного по напрямах змі-

неккя лінійних та нелінійних деформацій повзучості бетону при двовісному стисненні. • • .

5. Загальні аналітичні залежності деформацій повзучості бетону, отримані на основі використання модифікованого принципу накладення впливу при складних режимах навантаження в умовах плаского напруженого стану. ■

Практичне значення експериментальних та теоретичних результатів досліджень роботи складається: в уточненні та розвитку представлень про фізичну сутність нелінійного деформування бетону; в отриманні теоретичних залежностей для плаского напругпено-дефорловакного стану, дозволяючих більш точно оцінити резерви додор.'уваннп споруд в порівнянні з існуючими в теперішній час розрахунковими вираженнями; в реалізації отриманих експериментально-теоретичних залежностей для оцінки напруженного стану просторової залізобетонної конструкції типу оболонки АЕС для ряду важливіших етапів ії будів-ницгва, експлуатації та аварійних режимів.

Апробація роботи. Осноені результати робота були докладені та обміркували на ДУ-ХУП науково-технічних конференціях Донбаського ІБІ 1983-1993 p.p. , на Республіканській конференції "Удосконалення залізобетонних конструкцій, працюючих на складні види деформацій, та їх впровадження в будівельну практику" М.Полтава, 1969 р.

Публікації. Основні результати досліджень опубліковані з 7 статтях. ' *

Об’єм роботи. Дісертація складається з введення, п'яти глав, загальних висновків, списка літературі з 158 найменування та додатку. Вона представлена на 156 сторінках, які утримують 44 малюнка та 8 таблиць.

3«!ІСТ РОБОТИ '

Стан питання. Важливим експериментально-теоретичним пропозиціям по врахунку деформаці{5 повзучості в підрахунках різних та залізобетонних конструкцій присвячено багато робіт: С.В.Александровського, Ю.Арутюняка, А.Я.Бара!ЕИКова, В.М.Бондаренко, З.Д.Базанта, Я.Аягі, A.A. Гвоздева, А.Б.Гол'Л'ева,

Д.Діамантіціса, !'.Ю.Керченського, Е.А.Ногана, Дк. Іллстона,

І.Дя.&ардана, Я.Д. Дившиця, Ю.М.Малаикіна, А.А.Мелькиковсї,

В. І.Петрова, І.Є.Прокоповича, В.М.Ткачукз, 1.І.Улкцького, Д.Дї.Хакнаита, А. Ф. Яременко, б.А.Яценко, А.В.Ясина та іьиїх.

В методичному відношенні роботи перерахованих авторів мали істотну різницю. Іспитам підлягали зразки різко? *о¿лад

та розмірів. Дослідження відрізнялися класами та складам! бетонів, тривалістю іспитів, засобами передавання навантажень к& зразки, віком бетону до момента завантаження рівнями діючих в ортогональних пласкостях навантажень та їх співвідносити, а також тешературио-вогкісншги умовами іспитів.

'В подавляючій більшості експеркменаальїїих досліджень тривалих деформацій бетону при складному напруженому стані рівних стискуючих напруг зразків на перевищували традиціііно-лінійної галузі деформування (¿ху= <о*у/ — 0,5) . Прак-

тично відсутні дослідження повзучісті бетону при зміненнях в часі ортогональних напруг, як з величини,так і зі знаку, що не дозволяв оцінити наїібільш важливі експериментально-теоретичні закономірності його тривалого деформування.

В результаті узагальнення значної кількості експериментальних досліджень цілком встановлено, що повзучість бетону при двовісному стисненні мены повзучісті при одновісному стисненні та істотно залежить від рівней напруг, які додаються та їх спібвіднссин.

Ка підставі проведеного аналізу більшості існуючих в теперішній час експериментально-теоретичних робіт, присвячених вивчанню тривалого деформування бетону в умовах складного напруженого стану, кожна виділити два основних напряма аналітичного представления деформацій повзучісті. Багато авторів для спису так званих питомих деформацій повзучісті бетону при двох- та трьохвіснсму навантаженні використовують питомі відносні деформації, які стримані при одновісному стисненні . Хоч по щш внракешікл ыояна з тим, або іншш ступенем точності отримати деякі дані про дефорлування бетону, при постійних в часі напружених, представлено • більш коректним для неодно-вісного напруженого стану використовувати фізичні рівняну, які пов'язують в часі відносні деформації ПОЕЗучІСТІ по любому непряму з відповідаючими величинами тензору напруг. Очевидно, в ці аналітичні залежності і повинні входити гштсмкі відносні деформації повзучісті, які залегать в свою чергу від напруг. _ .

’{столика проведення експериментальнії:-: досліджень. Для отримання експериментальних даних було проведено три основних та три дополізагих мотодочних серії іспитів. -В якісті зразків викоркстовуввліся бетонні прісаи з розмірами 70x70x280 т та 100x100x400 ш. По результатам мєтсдкчжх серій буда від-работані засоби кріллєшя вимірювальних приборів, уточнено впгав чергості додазаемих псвздовяних та поперечних напруг, давалася оцінка силової анізотропії, яка з’являлася при завантаженні. Завантаження зразків природного затвердения проводилися у віці Ю, 26, 118 та 152 діб. Класи бетону варівва-лксь в межах B2CfB30.

В дисертації описані три основні робочі серії експериментів, які охвачують найбільш широкий спектр класів бетону та відносних рІЕней стискуючих напруг. Для експериментального вивчання впливу високих рівней напруг на деформації в першій серії був прийнят бетон класу БІ5. У другій та третій серіях склад бетону підбирався з умов отримання бетону класу В35, який часто використовується у відповідальних інженерних спорудах енергітлчного будівництва. Дані по складах доелідувальиїх бетонів доведені у таблиці. ‘

Склад довідувальнпх бетонів

Номер се-! Склад бетону за вагса ! , , , І Раоход пе-

рії ! . * 1 */с ! м«?*;тУзУ

_________ і_________________________________!_____________ х кг/м_ _______

Г " І : 1,5*, : 3~3 0~52 ~ ~ ЗЄВ ~

_2_1_3__ _ _ І і. і,22_:_За0___________________0А42_____________426_______

Примітка: для виготовлення бетонної суміші використано портландцемент марки 500, песок кварцевий, щебінь грякиткий фракція 5-Ю ва 10-20 *аі.

Зразки перпїх двох серій іспитів були не ізольовані від висихання, а зразки третьої серії пароіоольовані бід оточуіг-тої середа. Ізоляція здійснювалася за допомого» двох мрів парадину, технічного вазеліну та'двох шарів поліетиленової плійки відразу після распадубки та контрольного заміру перетину зрааху.

На протязі всього часу іспитів за результатами згоненля проб зруйносоіпіх зразків означувалася вагова відносна вогкість бего-ну. .

Для виключення погрішностей заміру, пов’язаних з впливом на показання приборів незначних коливань температури оточуючого середовища, скористовувались незавантажені зразки-близнюки, які були температурними еталонами компенсаторами . Усі замірі деформацій здійснювалися за допомогою важільних тензометрів з ціно» ділення 0,001 мм та індикаторів годинникового типу, ціна ділення яких складала 0,001 та 0,002 мм.

При виборі величин стиснених напруг на зразки G* та . а та кок їх співвідносин / G"x основна увага приділялася дослідженням як ізольованого, так і неізольованого бетону в нелінійної галузі деформування.

Дня отримання достатньо об'єктивної кількісної та якісної картини залежності відносних деформацій повзучісті бетоьу при двохвісном;, стиснені ЯК При постійних, так і прі змінних напругах був використан широкий спектр напруг. В повздовжньому напрямі він змінювався від 0,2 до 0,81 прізменої тривкості, а у поперечному напрямі досягав 0,67 призменої .тривкості у момент завантаження. Співвідносиш напруг, діючих у взаємно ортогональних плоскостях, змінювалися від <£>у/ G* *0 ДО • Єц / <=>х *=1,9. ■

Основна увага дослідження була спрямована на вивчання реологічної поведінки старіючого бетону, завантаженого у ранніх віках 5,6 діб. В деяких серіях вивчалися тривали деформації бетону, для чого завантаження груп зразків проводилося в більш пізні терміни, щільно до 152 діб.

Дослідження проводилися як гірі постійних, так І при змінних в часі стискуючих напруг. В зв'язку з цим в кожної серії одночасно з основними робочими призмами були завантажені й рекишіі зразки з пропорціональними та непропорціональними зміненими в часі напруг, та Gy .

Як правило, в кожної іспитової серії використовувалося не менш 3 рівней стискуючих вертикальних напруг. В першій серії для одновісно завантажених зразків таких рівней було чотири. Кожному співвідношенню напруг Є* та <Оу відповідало по два зразки-близнпка.

Вертикальне осіве навантаження відтворювалось за допомогою вааільних та важільно-пружинних' установ. В поперечному

и&прямі напруги відтворювались за допомого» гідравлічно? геи-бранног системи, яка ріпнет.'ірио передав?ла навантаження на доследований зразок. З метою підтримання постійного тиска в мембранному пристосовані на протязі всього часу іспитів в систему з’єднаних шлангів підключався балон-акумулятор сленістг 2. вітри, в який передчасно накачувалося попітря та масло під тисненням.

Дня оцінки фізико-механічних властивостей на всьому інтервалі досліджень одночасно з тісг ж бетонної суміщі було виготовлено і в відповідних віках випробувана велика кількість контрольних зразків-близнюків призм тп кубів. Діалогічно робочим лрізмам контрольні зразки третьої серії відразу після распалубки до моменту іспиту були ребельно ізольовані від висихання. За результатами цих іспитів означувалися кубіхова та пріеменна тривкості, їло доль бетону та нозфіціонтп поперечних деформацій бетонів для різних моментів часу у ході тривалих експериментів. ' ,

Дослідження повзучості бетону при постійних напругах.

Із існуючих різновидів сучасної теорії повзучісті основні фізико-механічні властивості бетону найбільш повно рідобра-. каз теорія упруго-повзучого тіла. Однак ступінь відповідності ехспераіептолььих денах врахункових величинам деформацій повзучісті залежить від підбору аналітичних салениостей наслідко-вих функцій і, закрепа, функцій питомих відносних деформацій повзучісті С (Є , і , 7, ) .

В зв’язку з цим для означення реологічних характерістик бетону та аналітичного спису процесу деформування в усіх іспитових серіях одночасно з двовісно стисненим випробували одно-вісно завантажені зразки Рівні додаваешх вертикальних нап-рур в' відповідних двох та одновісно саваксагених призмах підбиралися однаковими. -

При теоретичній обробці отриманих експериментальних кривих питсмік відносних доіоріацій повзучісті в даній роботі були використані відомі вираження ■С.В.Александровсьхого та D.M. Бондаренко, які rapto описують процес неупругого деформувення важкого бетону.

с (є,*,*)-сль,т) +Сн(єЛі п, ^

де та С Л,'і) - лінійна та нелінійна складаючі

питомих деформацій повзучісті, при цьому лінійна складаюча С* (і. Еиділялася традиційним засобом. '

За допомогою використання виїііОЕкайааюго. апарату вдалося досягнути цілком припустимої еідповідності іспитових та »рахункових значень деформацій повзучісті бетону при осівому стисненні по описуваним експериментальним серіям на усіх інтервалах часу спостерігання.

На мал. І представлен один з графіків*відносних деформацій бетону при двовісному стисненні. Скорость загасання деформацій повзучісті двовісних зразків в часі значно більша, ніж т> одновісно стиснених. Чим вище рівень напруг €>•/ , в поперечпому напрямі прк близьких значеннях вертикальних напруг , тим бистріае затухають деформації, Наявність навіть невеликого поперечного рівня стискуючих напруг ¿у(Г) =0,2 приводить » значному ( більш 5(&.) снижению деформацій повзучісті в порівнянні а’ одновісним завантаження»!. Тому для молодого бетону більш . доцільно опєрувЕти не лбсолпїними величинами напруг, а рівня- . ми стиснуючих напруг в кожному з напрямів.

Величина зниження деформацій повзучісті при одновісіюілу стисненні в порівнянні з одновісним, залежить ЯК БІД рівней стискуючих напруг, так і від класу бзтсцу. Чим вище клас, тим ::.:іа зниження і цілком декоративність. Необхідно відмітити, що при збільшені рівня напруг ( Т) при однакових на-

пругах Єх спостерігався більш ранній, ніж у інших авторів, перехід поперечних деформацій &"оіз' в галузь ростягу. З цих же графіків видно, що незалежно від рівня діючих напруг <ох при двовісному стисненні ^відсутня пропорпіонагьнс залежність зменшення &х° 3’ (І , Т ) ПО мірі росту Є\, ;

Дчя теоретичного опксу деформацій повзучісті бетону, які натекли з моменту завантаження зразків при двовісному напруженому стані, за основу взяли вираженнц одного з варіантів сучасної нелінійної теорії упруго-псвзучого тіла.

Еідносні дзфоршціі повзучості озтлгання Стиснення

¿С -С^і,і)(^л-^Соу)+С„(Ь,1)[<°*[(&*)- ^ 6у/-^а)] (2)

<Л =ад ^ ■

При теоретичній обробці експериментальних даних для двовісного напруженого стану використання виражень нелінійної пов-п,:.,істі бетону при дуже хорошому підборі функцій то параметрів, які входять в рівнення для С (<о , і , X ) Гір І од?ю-пісному стиснаші, не дозволило добитися задовільної відповідності порівняних кривих деформування іспитових зразків.

Викорістання виражень (2) для теоретичного опису деформацій повзучісті в умовах плаского напруженого стану при високих рівнях стискуючих напруг прів оди ть до Погрішностей в напрямі <5 х від 305?. для ізольованого прочного бетону до 90«

для неізольованого бетону класу ВІ5, а в поперечному напрямі нев’язка в відсотковому відношенні ще більш. В ЗВ’ЯЗКУ З Ц!Ш було запропоновано, зберігаючи в цілому форму запису, отриману на основі нелінійної теорії повзучісті, для випадків двовісного напруженого стану ввести функції впливу напруженого стану, які враховують додаткові зніш деформацій повзучісті прм двовісному СТИСНЕННІ Б порівнянні з ОДКОВІСШШ, ЯКІ не вдалося отримати Пр! прямому використанні пршципу накладення впливів. Враховуючи одинообразішй підхід до опису відносних деформацій повзучісті зразків як при постійних, так і прн змінених режимах навантаження, в Т-бігляцугІ' роботі введені розподільні для двох ортогональних напрямів функції впливу напруженого стану відповідно для лінійної та нелінійної складаючих;

£(*>)

л“и.)= 3

£(Ь, І») = / * К (і,) Й (г) 2, (І).

де О. , ■& , б* , б* , п , т , р , К - параметри та функції, означені з умов кращої відповідності теоретичних значень іспитовим величинам; і

¿}*(ї) - відносні рівні напруг, додаваємих ь час

навантаження в де ох ора'огоіі.-'шдіх иняря'пх.

Таким чином, для аналітичного опису деформацій повзучісті бетону прі двовісному стисненні, які натекли з моменту завантаження, з дослідженими в роботі парак стреми заванта-когля при постійних веотчинах, діючих напруг, замість виражень ’ (2) пропонуються слідуючі уточнені залежності:

де %(ё) та Р9(%) - НРЛІНІ/’НІ функції нппруг відповідно е напрямах X та у ;

•>) - коефіцієнт поперечної дєфорлації їіОЕЗучІС'ГІ при двовісному стисненні, рівний. ^¡.(¿.ї) = (?) ;

£' >£' */Г * Л” " Ф1'НКЧ^? РПЛІЕУ напруженого стану ліні5'-ног тп геліиіііког складаючих вірдоеі;:;:о п повздошсєнс«у та поперечному напрямах.

Фізичні рівняная зв'язуу зідноенкх формацій повзучості бетону (4) , які натекли з тлекту згвантажекня іспитовиг зразків, з відповідними ортегенальїз'ми кор.:аль!Ш!.'и напруг.-,уп з умовах двовісного стиснення з врахуванням функцій впліву напру* ясного стану (3) мають означені достоїнства.

По-пера, в зараженнях (4) структури) чітко прослідкову-еться пглпд кот-чоэ складаючої Сл(і , ?) та Сн(і,Т.) питомих відносних деформацій повзучісті бетону для відповідних напруг ( або прирощень напруг) в двох ортогональних напрямах.

По-друге, функції еплапу напруженого стану ( &у) ...

••• /"(’ '¿ч) » фігурірувтах з шразекнях (4) у мг- .

ляді соунс-уиачів для відповідних напруг, нотна розглядати ях своєрідні функції "силової" деформаційної анізотропії для складного иепруясного стану, їжі диференційно враховують деструктивні процеси в умовах двовісного стиснення.

Из-трзте, форіа запису пкайаках функцій взліву у внгладі (4) рдобна тому, ідо їх аргументами с відносні рівні відпепід-них стискувчнх напруг ¿х (Т) та Сї) в момент плаз: і-

■і акання, а не співвідносиш > цо в деяких випадках

приводить до неоднозначностей. Для випадків одновісного напруженого стану в напрямі X або У вказані функції стають рівними І, а;о ЕІдобрш;а^ фізику деформаційного процесу.

Як видно с графіка на мал. І отримано посередня відповідність' експериментальних та теоретичні:;: величин відносних деформацій повзучісті, підрахош-их кь основі вкракень (2) на всьому інтервалі часу нагляду і та широкого спектру співвідносив напруг <3* та Є* -

Дослідження гюе.чучісті бетону при змінних напругах.

Для розрахунків склагміх просторових систем типу г>елі?о-бетонних атсмних ретгторів Т£ гагисшх оболонок АЕС, конструкції гідротехнічних споруд та інших відповідальних об’єктів важливою проблемо» є врахунок тривалої поведінки бетону в умовах змінюющіхся в часі силових та змушених діянь. Загальновідомо, що викорястовуемість того або іншого варіанту теорії повзучіс-ті бетону найбільш обгрунтовано перевіряється прі описі реологічної поведінки бетону в умовах змінення напруг в часі, тобто при.режимних завантаженнях.

Дня кількісної та якісної оцінки фізичних залежностей деформацій повзучісті в умовах плаского напруненого стану прі середніх та високих рівнях стискуючих напруг в кожній серії експериментів проводилися іспити при простих та складних режимах завантаження.

Рівні додаваемих стискуючих напруг варіювалися від 0,1 до 0,7 лризмєної тривкості бетону в момент змінення напруг.

Цікл їх змінення в основному складав два тим:і. Для одного з режимів першої серії іспитів два етапи навантаження здійснювали пр! постійному співвідношенні напруг Су / та рів-

ному І, а в лослідуючому трансформували в складний (мал. 2) .

Для інгах дсслідуваїмх режимів напруг в двох ортогональних напрямах змінювались непропорционально.

При теоретичній обробці експериментальних даних була гикористенв нелінійна теорія упруго-повзучого тіла з врахуп-ком розглядених раніш функцій впливу напруженого стану ,

і і £Н ( Р1Е • вираження 3 ) . Використання принципу

Відносні деформації Напруги [Ша]

Рис.

С5л

в9

о

120x10' 100 80 60 40

20 0

5

•5

19

6,2 Ь.2

3,9 1 3,9 1

6

4 1

0.6 •

43

59

100

5 50 100

Бік бетона у добах до моменту спостереження

150

-

. . íf \ ч.

і/

' •

>

150

/еформаціі повзучості бстона при змінних напругах (1-а дослідна серія)

І- Z-Syitfk---------експеримент;------------теорія по

виразам (Ч,о)\ теорія по виразу (ч). ' *

2

накладення виливів у чистому вигляді проявилося в значному ' перевищенні (особливо пр;-; іисоких рівнях стискуючих напруг) ьс№чзл деформацій ловзучісті як на етапах довантаженая, так і на етапах розвантаження.

ГІриймая до увап: ьіЦссказаио, для опису деформацій пов-зучісті е умовах нагрупки, яка ступіпево змінюється, був ви-корістан розподільний врахукок лінііішх та ниііціг.іаіх складаючих деформацій для відпсг-ідоа грі£оіі'екь напруг. При цьому нелінійну складаючу питомих деформацій ловзучісті враховували тільки на етапах збільшення навантаження. У випадку зменшення напруг використовувавсь тільки лінійна складаюча дефорлацій,

о нелінійна не враховувалась. На перших етапах завантетення рекаїшкх зразків в якості теоретичних виражень внкорнстовува-хіісь *іг формула Я функції, що і пш лосуійагх напругах. На посгідувчах етапах для відповідних приро^еш» напруг д<=х ха дСу' знаходилась свої узагальнені функції напруг /> (&Я) та £ц (&<5) .

На кал. 2, 3 итрих-пунетиртиш лініївш показані деформації лоззучісхі, отримані в результаті теоретичної обробки експершен-вольних дашх режимних завантаяень, за допомогою виражень для першого етапу завантохення. Функції вплаву напруженого стану на усіх етапах зцінення навантаження приймалася однаковими. Як видно з цих графіків, таке використання теоретичного апарату приводить до означених погрішностей, особливо на етапах розвантаження та пов'язаних о ними деформаціями наслідку. Однак в порівнянні з існуючими в дійсний чйс фізичними вираженнями нелінійної теорії ловзучісті' (2) , спйсувад-іш дс-фориатггЕМІсть бетону в умовах плаского нгшруксного стану при високих рівнях постійних стискуючих напруг, рірншня (4) .. приводять цілком до кращої відповіднветі експериментальних та теоретичних значень. .

При їх сопоставяенні ножна відзначити, що іспитові деформації повзучісті бетону на етапах розвантаження в середньому на 40-50$ меньаі. Тому для етапів зменшення напруг уявляється необхідним внести деякі змінні аналогічні за фізичним смислом, функції упливу напруженого стану для лінійних складаючих деформацій повзучісті. .

Відносні деформації Напруги [ИПа] повзучості

Вік бетона у добах до моменту спостереження

Рис. 3. Деформації повзучості бетона при змінних напругах ' {2-а дослідна серіл). Позначення див. рис. 2.

Ы

де й. , £> , п ,т - параметрі, означені з умов кращої

відповідності теоретичних значень іспитовим величинам;

&£х та д£у - прирощення рівней напруг, означені за формулами:

До - приомена тривкість бетону на стиснення

у момент зміненая навантаження на і~"и етапї."

fix видно з графихй режимної повзучісті іспитових-зраз-ків ( мал. 2,3 ) , використання запропонованого теоретичного апарату пунктирні лінії , с врахункск модифікованого принципу накладення впливів для находження деформацій повзучісті в пласкому напруженому стані в умовах складних режимів завантаження дозволило добитися задовільної відповідності іспитових та теоретичних величин.

В яхісті прикладу реалізації запропонованих у даній роботі залежностей, розглянута оцінка напружено-деформованого стану захисної оболонки А£С для деяких видів навантажень та впливів, виникаючих в умовах її реальної роботи. Існуючи в дійсішй час нормативні документи по розрахунку таких об’єктів в більщісті випадків на враховують впливу реологічних властивостей бетону в складному напруженому стані, а виконуються в загс, лі на основі методів теорії упруги, що приводить до перерасходу матеріалів. .

В цьому зв'язку для практичного використання результатів проведених досліджень був розглянутий напружено-деформативний стан захисної оболонки Запорізької ABC на стадіях спорудження, утворення _ попепёлньоТ'; напруги в бетоні та арматурі, нормальної експлуатації, а також для одного з жорстких аварійних режимів. За допомого» розробленої програми розрахунку оболонки на ПЕШ в рамках операційної системи MS ДОС були виконані розрахунки для упругої стадії роботи спорудження (1-й варіант) та з т, рахунка; повзучісті бет сну в складному напруженойу стані

у вигляді залежностей (4) та (5) (2-й варіант ) .•

■ В результаті розрахунку для кожного з 50-ти розглядаемих ланок по висоті оболонки були отримані слідуючі, параметри їх напруженого стану: значення мерідіональних та кільцевих напруг в обидної стержневій арматурі, розташованій побаиз наруашої Сєіа г&Ґа) та'внутрішньої (є/а , &ра ) поверхи оболонки; величини мерідіональних та кільцевих ізгибающих моментів М&) і значення мерідіональних та кільцевих напруг в бетоні кожного з п’яти слоїв по товщині оболонки та напруги у напруженій арматурі ("<3\ра > <5&а ) » величини продольних

нормальних сил л4 ' та Мз . "

Для двох варіантів розрахунку представлені епюри мерідіональ ній та кільцевих згибаючих моментів; виникаючих в січеннях захисної оболонні для різних моментів часу до аварії. Відмічалося, що вае через три місяці після відтворення вищевказаних стискуючих напруг у віці £ “150 дібмерідіональні згибаючі моменти

у підвали ¡її оболонки, розраховані по другому варіанту, на 40,< менші та складають 2588 КЬ’м, а по упругсму розрахунку - 4059ИІМ. У кільцевому напрямі із-за невидиких рівней завантаження розбіжності були незначними. Для трьох відміток циліндричної частини оболонки ( Н=6,5 м; ЗІ),5 м; 50,4 м) та трьох моментів часу (і =36 С1; 450; 720 діб.) показані значення мерідіональних напруг по шарах бетону та в напруженій арматурі, підрахованих по вказаним вище варіантам розрахунків. Доведен детальний аналіз змікекь напруг в бетоні та арматурі з висоти та товщині оболонки, -який свідчить цілком про зменшення в них напруг в результаті врахунку реологічної поведінки бетону при двовісному стисненні із запропонованими вище функціями напруженого стацу.

Для аналізу роботи споруди в умовах аварійного впливу був прийият один з £ежимів"великої" аварії. Різке звищення тиснення у в.іці і =1080 діб до 0,4 МЛа та температури до Т*І5(Яс внаслідок розриву паропроводу приводить до виникнення значних розтягуючих зусиль як в меридіональному, так і в кільцевому напрямах, а також більших величин згибаючих моментів.

Як і припускалося, у початковий моиентаварійного впливу

і =1080 діб. не відмічалося істотної різниці в величинах отриманих зусиль для вказаних вище двох варіантів розрахунків.

Різниця в величинах моментів не перевищувала 5-ти %. Але вже чзрез 2 часи 24 хвил. після аварії виявлення швидконатікаючої повзучісті приводить до значного зниження величин мерідіональ-них та кільцевих згибаючих моментів на усій висоті оболонки. Різниця у величинах мерідіональких моментів в центральної частині оболонки леревищуе ЗС^і.. Відповідні їм значення для упру- » гого розрахунку складає 3745 кН.м, а для розрахунку з врахунком повзучісті бетону - 2517 кН.м. Для кільцевих моментів на висоті Н=30,5 м різниця у величинах моментів досягає ¿0Ц£ , а їх значення складають відповідно 2627 кН.м та 1366 кН.м.

Необхідно відмітити, що для отримання експериментальних значень параметрів напружено-деформованого стану елементів оболонки був розгляну!* режим продовженої аварії (лЬ '¡=2,1 діб) , який, можливо, може здійснюватися в результаті одночасної відмови в роботі декільких протиаварійних систем. Ка мал. 4 представлені значення згибаючих моментів на висоті оболонки для тих самих двох варіантів розрахунку. Не дивлячись на істотні розбіжності значень мерідіональних моментів в зоні крайвого афекту у підвалини оболонки ( —2390 кН.м - для 1-го ва-

ріанту розрахунку та Мл =-554,7 кіі.м - для 2-го варіанту ) , в середній зоні ціліндричног частини різниця у величинах склала коло 40?с. Для кільцевих згибаючих моментів отримані значення відповідно були слідуючі:у підвалини - 9131 кН.м та 5789 кН.м; в середній зоні оболонки - 1775 кН.м та <1№9 кН.м.

Як свідчить малюнок, внаслідок розвитку деформацій повзучісті при складному напруженому стані з перебігом часу уздовж меридиану відбувається перерозподіл зусиль И* та (їх вирівнювання) , що благопрекно г.п.шеае на роботу есісї споруди ■ цілком. Менш за все вплив повзучісті бетону відобразився на розподілі меридіональних та кільцевих розтягуючих зусиль в обо-: лонці які для двох варіантів розрахунку були близькими.

Для уточнення картини напруженого стану в тілі цілінд-ричної оболонки в роботі для вказаних вище трьох висотних відміток представлені епюри мерідіональних напруг в бетоні по товщині стіни, а такса: величини напруг в арматурі яканагрукуєть-ся. Зі створених епюр напруг видно, що для рооглядаемого короткого аварійного режиму, врахунок деформацій повзучісті запропо-

/ = Ш2.І суш.

о

Рис. 4. Кільцеві {а) та мерідіональні (б) моменти. • в захисній оболонці через 48 годин 24 хвил. після аварії [кН-м] :

________ пружний розрахунок;

-------- розрахунок з урахуванням повзучості

по виразам (4,5).

новаїшй вище по методиці знижує величини напруг у бетоні в порівнянні з упругим розрахунком в середньому на 50?:.

До елементів предкапругеної оболонки пред’являються вимога 2-ої категорії тріщинотривкості, у відповідності з якими припускається короткочасне розкриття тріщин з каруяної сторони оболонки ширіно» до 0,7 ш. Результати розрахунків показали, ідо для роздавленого аварійного режиму ширина розкриття кільцевих тріщин у віці і -1(180,1 діб досягла величини 0,11 ми, а меридіональних - відповідно 0,14 т, що цілком допустимо. Розрахунки тажо» підтвердили, що після ліквідації аварії скидання тиснення пару та температурного нагріву кільцеві та мерідіональні тріщини надійно закрігаються.

Цілком розрахунок на ПЕНІ по спеціально розробленій програмі показав ефективність використання запропонованих в даній роботі результатів експериментально-теоретичних дослідеень повзучісті бетону в умовах складного напруженого стану для оцінки зусиль та і:с.пруг в бетоні і арматурі захисної оболонки для різних стадій їх експлуатації. Запропонований врахунок повзучісті бетону при двовісному стисненні на стадії проектування подібних об'єктів дозволяє отримати більш точну картину на-пругено-деформованого стану іішенерної споруди, що в свою чергу благоприємно впливає на його надійність та економічність.

• ВИСНОВКИ по Д1СЕРГАЦІУ .

• - Г*

1. Результати проведених сксперлиентальних досліджень в умовах плаского напруженого стану показали, що при двовісному стисненні, як для ізольованих, так і неізольованих бетонів

в молодому та зрілому віках при високих рівнях стискуючих напруг значний вплив на деформації повзучості в одномунапрямі робить наявність напруг в другому ортогональному напрямі.

2. Для дослідувакого широкого спектру рівней стискуючих

напруг відзначена нелінійна пялежність деформацій повзучості бетону від додавасмих величин стискуючих напруг. Деформації повзучості в напрямі кєиеої напруга Єу прі постійний величинах напруги <3* по мірі зрісту напруги "пере-

ходять" з галузі розтягнення в галузь стиснення.

3. Для всіх досліджених простих та непропорціональних •режимів навантгження існуючі., різновид» нелінійної теорії . повзучості бетону при пласкому напруженому стані незадовільно відображають особливості його деформування.

4. За підставою виявлених в іспитах фізичних закономір-

ностей деформування бетону введені функції впливу напруженого стану ¿/(¿у) , ¿"(¿„) , для лінійних та не-

лінійних складаючих деформацій повзучості, які дозволяють врахувати анізотропні властивості бетону при високих рівнях стискуючих напруг в умовах складного напруженого стану.

5. Врахування вказаних функцій дозволить структурно чітко

розподілити вклад лінійних та нелінійних складаючих питомих відносних деформацій повзучості в відносні деформації повзучісті бетону в деох ортогональних напрямах, а також диференційовано врахувати їх змінення при складних непропорціональних реглиах завантаження. На етапах зменшення напруг для лінійних складаючих деформацій повзучості запропоновані уточнені функції впливу напраного стану > дозволяють більш

точно описувати дофорілаїивиісіь бетсну при честкстях та повних розвантаженнях в умовах складного завантаження.

6. Ка прикладі залізобетонної захисної оболонки Аіі: показала можливість за допомогою ПЕВМ за спеціально розроблене» програйся оцінити напруяно-деформативний стан споруди на стадіях спорудження,попереднього обтиснення,нормальної експлуатації та одного о горстюіх аварійних режимів." Кількісна та якісно оцій»! •характеру змінення напруг в батоні та арматурі мері-діо^альних та кільцевих згибяючих моментів показала вадливість уточнення напружеио-деформоввного стану січень оболонки

з врахування:^ запропонованих у даній роботі вражень.

' V. Проведене у даній роботі порівняння двох варіантів розрахунку показало ефективність використання запропонованих аналітичних можливостей, які привели до істотного зменшення зусиль та напруг в бетоні, та арматурі в результаті їх релаксації, отзг.э можливість означенррр зменшення матеріальних та енергозатрат ка спорудження та експлуатацію таких споруд без знииецця жорстких вимог до їх надійності та безпеки.

Оеновиий.зм1ст дисертацН надрукован у роботах:

1. Кириллов А. П., Рагрип З.Я., Завялов З.Н., Кузьменко ¿O.B., Кукуш А.Л. Ползучесть тяжелого бетона в условиях двухосного скатил //Цеп. в З'-К'ИИС. .№ 9754. 1У8у.

2. Багрий Э.Я., Завялов З.Н., :<укуш А.Л. Учет ползучести бетона при двухосно™ с-ттии ¿ля расчета железобетонных

. конструкций инженерных сооружения //Совершенствование железобетонных конструкций, работающих на сложные'вши .деформаций, и их 'внедрение в строительную практику: Тез. докл.Республ.конф. - Полтава: 1989. - часть 1. С. 3-5.

3. Кириллов А.II., Багрий Э.Я.. Завалов З.Н., Кузьменко ¡0.В., Кукук А.Л. Особенности длительного режимного деформирования бетона при сложном напряженном состоянии применительно

к расчету защитных оболочек АЭС. //Деп. в ВНЖНГШ. ¡Ь .10247, 1989. . ' 0

4. Кириллов А.П.. Багрий Э.Я., Завялов В.Н.. фкуш А.Л. Ползучесть бетона при его сложном напряженном состоянии //. Энергётическоо строительство. - 1990. - 'Л 12. - С.62-63.

5. Кириллов А.П., Багрий Э.Я., Завялов В.Н., Кукуш А.Л.,

Кулаков С.В. Оценка напряженного состояния защитной оболочки АЭС на стадии возведения и нормальной эксплуатации // Энергетическое строительство. - 1991. - а 5. - С.53-54.

6. Кириллов А.П., Кукуш А.Л. ,■ Багрил Э.Яг, Завялов З.Н. Особенности нелинейного дефорлирования бетона при высоких уровнях напряжений сжатия в условиях сложного напряженного состояния //Бетон ц железобетон. - 1992- - № 3. -î>C.4-ô. ■

7. Багрий Э.Я., Завялов З.Н., fÿicya; А.Л., Злаков С.З. Анализ напряженного состояния защитной оболочки АЭС на стадиях. ' возняения и нормальной эксплуатации. //Леи. в УкрйНТЭ'4.

)( 420. 1993.