автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Влияние климатических факторов и поверхностного ухода на температурный режим и технологию возведения гидротехнических сооружений в условиях жаркого климата

НОВОСИБИРСКИЙ ОРЛЕНА ТРУЛОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ИИ. В. В. КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи

УЛК 627. 8.: 69(213. 52)

ХЕРБЕК ИАЗЕН

ВЛИЯНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И ПОВЕРХНОСТНОГО УХОДА НА ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ И ТЕХНОЛОГИЮ ВОЗВЕЛЕННЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИИ В УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО КЛИМАТА

05.23. 07 - гидротехническое и мелиоративное строитепьств"-

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание цченои степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1993

Равота выполнена в Новосибирском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте им. Б. В. КуйБшева.

Нацчныя руководитель - доктор технических наук,профессор, действительный член Жилишно-комму-нальной академии, член ACI. Скоми-тета 305 по Бетонированию в жарку» погоду Американского института Бетона) Зувков В. И.

Официальные оппонента: Доктор технических наук, профессор Распопин Г. А.

Кандидат технических наук, доцент

Головачев И. Н.

Ведушая организация - Новосибирский институт

"СиБоргэнергострой".

Зашита состоится "/З" апреля 1993 г. в 15 часов на заседании специализированного совета К 064. 04.02 по присуждении ученой степени кандидата технических наук в Новосибирском ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте им. В. В. Куйбышева по адресу:

63000В, Новосибирск, ул. Ленинградская. 113, аудитория H 306.

"С диссертацией можно ознакомиться в Бислиотеке института.

Автореферат разослан "Q" марта 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук ШгмлМь^Ц Т. Л. Рохлеиова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность рэботы.

Условия строительства гидроэнергетических н других про-ышленных обърктов из монолитного Бетона и гелезоветона в Сини относятся в основном к жаркому резко континентальному кли-ату. В связи с этим возникают пговлемы подобныо том. что кме-и место при возведши Бетонных гидросооружений в Сродней зии и Закавказье СТоктогульская. Кировская. Курпсаиская. Тап-имнрская. Андижанская. Чиркеиская, Ингурская и др.плотины).

П Сирии отсутствует нормативная ваза по технологии возво-рния массивных гидротехнических сооружении.в частности с при-енением секционной разрезки и укладки Бетона однослойными локами малой высота с большими плановыми размерами.

Лля Сирии большой практический интерес представляет пурно азвивашаяся в последнее время в Средней Азии голиотермоовра-отка сворного железобетона. являвшаяся актуально» в условиях юзрасташей ограниченности невоспроизводимых топливно-знерге-ических ресурсов, усложнения и удорожания их добычи.

Целью диссертационной равота являлось пповшоние исследо-1ании по технологии Бетонирования массивных гидросооружений б |словиях жаркого климата.изучение влияния солнечной радиации п фугих климатических акторов на температурный режим плокоп . ¡етонирования. изучение влияния температуры на сроки схватыва-1ия цемента и тепловыделения Бетона.разработка рекомендации по "ехнологии Бетонирования массивных Бетонных сооружений в гар-:ом климате Сирии.

Методика исследовании. В диссертации в основном приыенл-шсь аналитические, полуакалитические и численные методы кс-гледовании. основанные на методах решения нестационарной теп-юпроподности. применении персональных ЗВН и их программного )Боспечения для овраБотки и графической выдачи информации.

Научная новизна равоты состоит в том, что:

- дано математическое описание суточного хода суммарной соп-шчнои ралиации в виде универсальной зависимости от суммарной :реднесуточной интенсивности солнечной радиации и времени сц-гок;

- установлен],I зависимости сроков начала и конца схватывания

цемента от температуры выдерживания;

- установлены зависимости тепловыделения эт температуры и времени выдерживания для наиболее широко применяемых в условия) сухого жаркого климата составов Бетона на портландцементе I илакопортландиементе;

- с использованием программного обеспечения современных персо нальных компьютеров выполнено овоБшение комплексных натцрны исследований температурного режима блоков Бетонирования н строительстве контрфорсной плотины в Средней Азии и установле ны эмпирические зависимости для определения температуры по верхности блоков в зависимости от климатических и технологи ческих факторов;

Практическая значимость равоты заключается в разриватк рекомендации по технологии Бетонирования гидротехнических сос ружений в условиях сухого жаркого климата, включающих методиь расчета сроков схватывания цемента, прогнозирования тепливши ления Бетона и его температурного режима в зависимости от ра: ыеров блоков Бетонирования, климатических и техно логическ] Факторов, определения интенсивности суммарной солнечной ради; ции в течении суток, возможности оценить эффективность прим няемых способов поверхностного ухода за Бетоном. Разравотанн рекомендации и методики расчетного обеспечения технологии б тонирования позволят повысить уровень технологических раздел проекта,качество Бетона и надежность Бетонных гидросооружени возводимых в жарком климате, послужат основой для разравот нормативных документов для условий Сирии.

Прогнозирование сроков схватывания жетона необходимо г решении Большинства практических задач, связанных с технолог ей Бетонирования гидротехнических сооружений в условиях сух( жаркого климата:

- начало влажностиого ухода за Бетоном (увлажнение, полив);

- перемещение по свежеуложенноиу Бетону людей, механизмов;

- снятие цементной пленки;

- прочность закрепления в Бетоне анкеров;

- демонтаж опалувки С боковой, поддерживающей конструкцию сн и др.);

- перестановка консольной опалуБки при непрерывной послой укладке Бетона;

- обоснование схем укладки Бетона (однослойная, ступетатая. послойная);

- разрезка на блоки Бетонирования с-учетом интенсивности подачи Бетона и схемы укладки;

- выполнение расчетов оборачиваемости опалуБки;

- назначения времени нагружония Бетона С конструкции) или осос-ноопние допустимой нагрузки.

Задачи исследовании:

1. Оповшить материалы натурных исследовании, выполненных 0. И. Зувкопмм в 1972 году на строительстве Лндижпнскоп контр-фпрснои плотины, используя при этом современные персоналышэ коютьятеры и математическое обеспечение к ним.проанализировать влияние на теилрратурный рехим блоков Бетонирования их размеров. климатических факторов. Установить по данным натурных на-Блэденни приБлихенные эмпирические зависимости для температур^ поверхности блоков Бетонирования.

?.. Изучить данные актиномотричрских нпблпдпния за суммарной солнечной радианирн для разных точек земюи поверхности и. в частности, районов с сухим харким климатом п Средней Азии и Сирии. Предложить математическое описание для суточного хода суммарном солнечной радиации.

3. Разрапотать математическуп модель тепловых процессов в Блоках Бетонирования, учитипагшуа влияние их размеров, солнечной радиации, температуры и влагзисти воздуха, скорости ветра, режимов поверхностного ухода С затенения, увлажнения или полива), теплофизических характеристик потока и цемента, ох-лахдония основания ("старый Бетон") перед началом Бетонирования. При этом предложить математическое описание изменения а течение суток температуры и влажности воздуха.

Л. Выполнить отладку математической модели, используя данные натурных комплексных исследовании 'на Андижанской плотине. уточнив при этом параметры, тррсуюшиа экспериментально!! корректировки.

3. Используя математичегкуп модель, исследовать влияний основных климатических и технологических факторов на температурный ре,*им блоков Бетонирования, сделать соответствующие оьопиения и пазравотать практические рекомендации по техноло-

гии возведения массивных гидротехнических сооружении в услов! ях сухого жаркого климата и в частности Гчрии.

6. Изучить и обобщить экспериментальные данные по срок; схватывания основных видов цементов, применяемых в условш жаркого сухого климата, установить аналитические зависимое начала и конца срока схватывания цемента от температуры выде] живания.

7. Обобщить имеющиеся в литературе данные по топловыдеш нию и разраьотать математическое описание тепловыделения Бет1 на для различных цементов при различных температурах тверд! ния. Провести оценку точности получаемой формулы, опираясь I экспериментальные данные по тепловыделению в жарком климат Проанализировать имевшиеся в литературе формулы и зависимост описывающие зтот процесс и получить необходимые выводы.

Апробация равоты. По материалам равоты диссертации слел ны доклады на научно-технических конференциях НИСИ им. В. В. Ку вышева (г. Новосибирск, 1990-93 гг.международной научно-те ническои конференции университета Тишрина СЛатакия, 1991 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статен тезисов докладов на научно-технических конференциях.

На защиту выносятся:

- Результаты анализа натурных исследований на Андижан" плотине;

- Формула для расчета интенсивности суммарной солнечи радиации на разных географических широтах;

- Формула для определения интенсивности тепловыделе! цемента в Бетоне в зависимости от температуры и вида цементе

- Методика расчета температурного режима в условиях ж< кого климата с использованием графиков функции;

- Алгоритм и программа расчета для определения темпера1 ры Бетонного Блока;

- Формула для расчета технологических параметров Спла1 вые размеры Блока, овъем Бадьи, минимальная интенсивность I дачи Бетона и др.) в зависимости от срока начала схватывани;

Овъем и структура диссертации. Диссертация состоит введения. 5 глав, выводов основных результатов, двух прило: ний. списка литературы С140 наименований}. изложена на страницах. Содержит 225 страниц основного текста. 33 рисуш

г-,

23 таблицы.

Содержание работу

D первой главе пксуждается состояние вопроса, анализирц-атся спосог.и регулирования температурного режима Бетонного Блока, получившие широкое распространение в практике отечественного и зарубежного гидростроительства, излогаются методы решения уравнения нестационарной теплопроводности при регулировании температурного режима блоков Бетонирования.

Выбор способов регулирования зависит от климатических условии строительства, конструктивных особонностой сооружений, системы разрезки сооружении и укладки Бетона.

13 этой же главе приволен краткий обзор наиболее применяемых систем разрезки и условий их применения, даны цели и задачи диссертационной работы.

По второй г паве дан краткий анализ комплекса натурных исследовании на Андижанской плотине, получены соответствующие выводи, изучено влияние солнечной радиации на температуру поверхности Бетона.

В начале главы (2.1D дается краткое описание условии исследовании на Андижанской плотине, использованных прмворов для измерения температуры, влажности воздуха, скорости ветра, интенсивности радиации, поступавшей на горизонтальную поверхность, и интенсивности увлажнения поверхности водой.

Далее произведен анализ этих исследований и установлено. >пл зфгрект снижения температуры путем увлажнения поверхности и затенения одинаков, что приводит к необходимости исключить применения дорогостоящих шатров в условиях жаркого климата и ограничиться только увлажнением поверхности. Из этих исследований показано, что narpoü поверхности ветопа достигает 15-2В°С, что свидетельствует о важности учета влияния солнечной радиации С рис. 1).

В 2.2 изучено изменение в течение суток интенсивности суммарной солнечной радиации, изложены существующие в литературе изучения этого пр/цесса и отмечено, что в литературе от-су.ствуют какие-либо математические описания суточного хода суммарной солне«''Ой радиации.

Рис. * Влияние шатра и увлажнений поверхности

бетона

1. открытая без ухода

2. открытая увлажкенная

3. увлажненная под шатром

4. без ухода под ьлтром

о

Разравогана зависимость для описания интенсивности суммарной солнечной радиации в течении суток, она записывается в следующем виде

¿a

где

vM2'1 ■ (2Î

KtJ - интенсивность суммарной солнечной радиации, Вт/if;

Р - суммарная солнечная радиация за сутки.Dr-ч/з/;

1,„ - максимальная интенсивность суммарной солнечной радиации. LJr/м;

тт - время в течение суток.как интенсивность солнечной радиации максимальная, ч.

Для исполнения необходимых расчеюп тревуется получить данные о максимальной интенсивности солнечной радиации ^.времени ее наступления г„ и о суммарной солнечной радиации за сутки I'.

Следовательно, ьило получено выражение для определения относительной интенсивности суммарной солнечной радиации

"<?,„ /—:-с 2\ / л„

2.1

С 33

Из расчетов доказано, что относительная максимальная интенсивность суммарной солнечной радиации в июле для разных географических иирот постоянная и не зависит от широты

um=24 i™* 2. У const.

(4)

Это овстоятельство позволило нам ововшить натурные данные

!Ю ЛнДИЖаМСКОИ ПЛОТШШ' ДЛЯ применонич К УСЛОВИЯМ Cj'.f'üll И НЮ ПС месяце.

На рис. 2 приведем пример расчета интенсивности суммарно* солнечной радиации для Сирии 34° с. ш. , ¡i на ряс. 3 - графш максимальной относительной интенсивности суммарной солнечно! радиации для различных географических широт от 34° с. ш. до SU с. и. в июле месяце.

В третьей главе рассматривается вопрос процесса теиповн деления цемента в Бетоне.

Как известно, эти проблеме поеппшепн раьотн многих авте ров за рубежом и в СНГ, разработаны и прел л ожени многие зши симосгн тепловыделения от температуры выдерживания. В СНГ ра: работки Запорожца И. Я. и его чирмула для тепловыделения пат широкое распространение, его -'зависимость применяли многие о ганизаиии и институты.

Однако расчеты по его зависимости дали расхождение с з спернменталыш: и данными, и связи с чем этот процесс нами i изучен.

Исходя из того обстоятельства,что тенпшшделтше и нар; глине прочности взаимосвязаны, впервые получена зависимо! для определения относительного удельного тепловыделения нна гично тому, что применяется для относительной прочности, можно записать в следующем виде

q, = JÍli-• ш = lWMl-exp(.~CN H)J

Чг в

где H - количество граяусочасов; H = С т

tT - среднеинтегральная температура Бетона с . в

выдерживания; t., - температура приведения;

CN - коэффициент интенсивности тепловыделения при пользовании гипотезы градусочасов.

Следовательно, интенсивность тепловыделения Снокност! точника теплоты в Бетоне; считается по формуле

<л,Ст) = u0exp[-CNClT-tt)r]

Параметры tz и CN onp> /.унялись метолом минимизации с ционала для различных видов цемента. В тавлиио 1 приведен

Рис. Z. Пнтенсигчость суммарной солнечной радисцшг-для районов Сирин 34° с.а. п ¡галэ

И

5-0

20

1.0

о.о

34

30

42

46 50

1'ис. Максимальная относительная интенсив-

ность суммарной солнечной радиации для различных географических широт

ученные значения и для портландцемента шрок 403, 5Вй, 01) и шлакопортландцеиента марок 400 и ЗИП.

Тавлина 1

Вил и марка цемента iLo Вт- Ц/кг t* CN

Портландцемент П00 11G.7 1.5 Ö. Ö2Q

I1IJ-580 105 1.7 а A3

ГШ-4 till ЯЗ. 3 1.1 а. 024

Шлакопортландцемонт 4(Jtl 03 -1.5 0. 0137

шпи-зоо В7. 3 -0.1 0.0122

В четвертой главе решена задача тошюратурного режима бпо-ов Бетонирования полунналитнчсскин методой для скстеии плзс-шза Сбяок БетоннронанпяЗ-по^уограниченпоо тело (основание, таг-'J'í яетонЗ. Решение получено при граничных условиях первого ода, где температура поверхности задается как функция тешя-атурц среды

tno."kc-tc Г 73

где ¡fc - коэффициент зависит от вика ухоаа за поверх-i'.ncrbvi Бетона, его величины изложены в тавпшю ?..

Тавпшш 2

пил ухода

под шатром бвз иагра

увлажнения вез ухода увлажнение без ухода

днем 3. 63 Я. 9 0.3 1. 45

ночьа 0. 9 1. 81 9. 9 1.10

средник за сутки а. 7 1 0. 9 1.4

Рекоиио записывается сяадуюа'нм овразом' t.Cx.TÍ-t^fAt-iCU^^ -t^-ADCr, ».?- F¿) С 03

где

~ относительная температура:

- осредненная по толщине основания температура; - температура укладки; д1 - подъем температуры за счет экзотермни; •ч. Г2г - температурные функции, зависящие

от Безразмерных критериев или чисел;

О, = -2^- - число Био. - число Фурье.

Р^-^.Ь* - число Предводителова.

,-ь2

\-Ct.-0

Р0«_——___ - число Померанцева.

На рис. 4 приведена номограмма этих функций, которые I ли построены с помощью графопостроителя.

Далее изложена методика расчета температурного реж блоков Бетонирования и приведены соответствующие примеры р чета.

О пятой главе раэраьотана математическая модель для р чета температуры в Блоке Бетонирования, для этой цели сост лен алгоритм и отлажена программа расчета с помошьв данных турных исследований на Андижанской плотине, эта программа I воляет определить изменение температуры о точение суток в висимости от системы ухода и климатических факторов на рис ¡¡риведон пример расчета температурного режима. В 5. 2 предл зависимость для определения начала сроков схватывания,

Установлена связь между минимальной интенсивностью по Бетона в: блок Бетонирования, его плановыми размерами и вг нем начала схватывания, которое является решающий в услс жаркого климата для определения максимального срока подач! тона. В зависимости от разных систем укладки при столвчато! секционной системы разрезки даются следующие зависимости - однослойная

В 1 Ь Ч.-п -к.

••Н^ч']

\

7

Л

10 1.0 0.1 0 01 01 ^_^ F0 Рис. 4.2 График дакции pj

F1

i.a

0.9 0.8 0.7 06 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

3

F2

m

F3

Рис. 4. График р2 р~22 1J

Рио.^Температурный режим- блока бетонирования (открытая сухая поверхность бетона)

Ь= 1.0 11= 10.0 1о=20.0 12= 25.0 исоо!= 8.0 к1= 4.9

1сс=24.00 1бс=/34. РС-1со= 7.00 1зо= 10. я26 Ыс=16.00 с1и1Б= 15. сет

- ступенчатая

■К^П

В-М1-(П„^1) 2 О

..... - ... с ~ < т

- послойная

СЮ)

В Ь |1 ^ 2о _ I. эп ' -I . ....

-у„ пц )с е : 1113

где В. 1, Ь, II - размори Блока Бетонирования; - овъем вальи; пи - количество циклов крана; ки - коэффициент использования крана по времени, п=т ' - количество ступеней; т"„ - срок схватывания при температуре 20°С; А'. В' - параметры, зависящие от вида цемента; I - температура укладки;

ттр - время транспортирования.

В приложении 1 приведены данные экспериментов по тепловыделении цемента в Бетоне.

В приложении 2 приволен текст программы расчета температуры Бетона в зависимости от всех климатических.конструктивных и технологических факторов.

Основные результаты рапотц

1. Получена универсальная зависимость для определении кг:-тенсивностн суммарной солнечной радиации в течение суток, установлено, что относительная максимальная интенсивность солнечной радиации в июле для разных географических иирот постоянная и не зависит от широты.

2. Предложена формула для определения относительного удельного тепловыделения цемента в виде экспоненциальной зависимости от градусочасов и получены значения входящих в нее параметров для разных марок портландцементав и шлакопортландце-ментов.

3. Разравогана инженерная нетодика расчета температурного режима, ботопп в Блоках Бетонирования, основанная на реиепи-

ях нестационарной теплопроводности лпя системы пластина-полу ограниченное тело, учитывающая влияние основных климатически: и технологических факторов в условиях жаркого климата Сувлаж пение, затенение, охлаждение основания и др.).

4. На основании анализа натурных исследований на Андижан скои плотине и выполненных по разработанной программе расчето разработаны рекомендации по эффективности применяемых способс поверхностного ухода С затенение, увлажнение, полив), показанс что в условиях жаркого климата применять дорогостоящие шат[ не целесообразно.

5. Получены формулы для определения технологических пар; метров для однослойной, ступенчатой и послойной схем сетонир! вания". учитывавшие влияние температуры бетона при укладке.

Основные положения диссертации опубликованы в следуют печатных работах:

1. Регулировка максимальной температуры бетона в масси ных сооружениях при экзотермии //Журнал им. Тишрина, Сб. 1 Латакия, 1991.

2. Влияние интенсивности солнечной радиации на температ ру поверхности блоков Бетонирования в условиях жаркого клт. та //Изв. вузов. Строительство. 1992. N11-12. С. 78-ВЗ.

3. Термотехнические расчеты при послойном Ботонирова! сооружении // Верховный Совет наук САР. 1992.

4 Проблемы вывора технологических параметров ветониро) ния в ' .ловиях жаркого климата // Тезисы докладов научно-т нической конференции НИСИ. - Новосибирск. 199Й. с. 72.

5. К вопросу обоснования технологии бетонировании масс ных сооружений в условиях Сирии // Тезисы докладов нрччно-т ническои конференции НИСИ. - Новосибирск. 1991. с.

В. Расчет температурного режима при бетонировании масс ных блоков в условиях Сирии // Тезисы докладов научно-тех ческой конференции НИСИ. - Новосибирск. 1992. с.

7. Heat - engineering Calculations Uhen Hydrotechni Structures are Concreted in Lifts // Тезисы докладов нау технической конференции Тишрина. -Латакия, 1991. с.