автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Влияние порового давления воды, вытесняемой льдом, на долговечность бетонных тонкостенных напорных элементов гидротехнических сооружений

Московский ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративный институт

На правах рукописи

КУЛИКОВ Вячеслав Петрович

УДК 627.828.3:624.0425:593.217

ВЛИЯНИЕ ПОРОВОГО ДАВЛЕНИЯ ВОДЫ, ВЫТЕСНЯЕМОЙ ЛЬДОМ, НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ БЕТОННЫХ ТОНКОСТЕННЫХ НАПОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность 05.23.07 — Гидротехническое и гидромелиоративное строительство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 19 92

Работа выполнена в Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени архитектурно-строительном институте им. В. П. Чкалова и в Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени институте инженеров водного транспорта.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В. Г. Орехов;

кандидат технических наук, с. н. с. В. А. Зимнюков.

Ведущая организация — Производственное объединение «Водные пути Волжского бассейна».

Защита диссертации состоится в час. на заседании

специализированного совета К 120.16.01 в Московском ордена Трудового Красного Знамени гидромелиоративном институте по адресу. 127550, Москва, ул. Прянишникова, 19,

ауд 201 У/ 1492 Г

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «

а » & ипг 4-4 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 120.16.01, канд. техн. наук,

доцент С. Е. Кузьмин

Тип. Ниж. ИИВТа, 1992 г. Объем 1 п. л., зак. 124, тир. 100

) СЕДАЯ Х.АРА1 ЛЧР: : СГППСА РдБОТИ

••«! .

,. 3 Актуальность те.',и. В данной рабсто обдш назвшшем "Тонкостенные напорные элементы" (ТНЭ) объединены бетошшо (железобетонные) конструктивные элементы гидротехнических сооружений , в которых: бетон подвержен насыщению водой под напором и . воздействию законопеременной температуры воздуха, изменения температуры и влажности бетона протекают в одномерных (только по толщине конструктивного элемента) условиях.

• В гидротехнической практике цршэисаиа ИГЭ монет быть продиктовано многими обстоятельствами, в том числе возможностью полного использовали прочностных свойств бетона и снижения стоимости строительства. Высокие требования к морозостойкости сдоряивавт применение этих элементов в районах сурового климата нашей страны. В этой связи расширению климатических границ применения ТНЭ цри цадеянои обеспечения их долговечности представляется важной народнохозяйственной задачей.

. Усилия ученых по обеспечению'долговечности бетонных гидротехнических сооружений направлены нарепоние различных задач, связанных мезду собой одной общей цельа - выявить и, по возможности, устранить разрушающие факторы. В достижении такой цели актуальное значение преобратают исследования .ерпчия и механизма разрушения бетона морозом.

Цель и задачи исследований. Целыэ диссертационной работы является разработка методов расчетного и экспериментального прогноза долговечности ТНЭ, подверженных действию порового давления вода, вытесняемой льдом.

Для досгаяения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи : •

- оценить роль порового давления вода, вытесняемой льдом, в механизме разрушения бетона морозом;

- разработать методики расчетного и экспериментального опреде- . ленля величины порового давления вода, вытесняемой льдом;

- разработать методики определения напрятанного состояния ТКЭ от воздействия порового давлонля влаги;

- разработать методики расчетгюго я экспериментального прогноза долговечности ТИЗ, л'одвераешшх действия порового давления воды, вытесняемой льдом.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

- систематизированы факторы хило- к влагодероноса, влиявдив на

величину поро!-:;Г-о давления влаги в промерзающем батоне ТЮ;

- экспериментально лодтвераден эффект внтэснсния вода льдом из дор промерзающего бетона;

- определена величина норового давления вода, втесняемой льдом;

- определено напряженное состояние плют г.апорлого перекрытия конгрфорсной плотины, свободно опертой на плечи контрфорсов, вызванного действием порового давления вода, вытесняемой льдом;

- предложен способ испытания пиротехнического бетона на моро-

т зостойкость в условиях приближенных г: натурным условиям работы бетона в ТШ; -разработаны методы расчетного и экспериментального прогноза долговечности ТПЭ, подвепкошшх доИсшню норового давления воды, вытеснломай льдом.

Практическая ценность работ» замотается в том, что разработанные метогг расчетного и экспериментального' прогноза долговечности, а таг;кз способ лабораторного испытания гидротехнического бетона ла морозостойкость могут быть использованы при проектировании, строительстве и- эксплуатации гидротехнических сооружений.

Реализация работы .■ Выполнен расчетный прогноз долговечности (морозостойкости) тедло- я гидроизоляционной плиты с бетонным несущим каикисом в здании Вялейской ГЭС-Ш. Результаты использовшш институтом Ленгидроцроект в качестве проектной проработки. Ояидаемый экономический эффект от применения таких плит составляет 75 тыс.рублей.

Выполнен расчетный прогноз долговечности (морозостойкости) бетонных конструктивных элементов причальной стешет Уфимского речного -порта. Результат использован институтов Торьковгиярореч-транс при назначении требований к качеству- (водонепроницаемости) бетона. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составил 35 ть'с.рублей.

■ В составе научно-исследовательских работ кафедры гидротехнических сооружений ГИСИ шл. В.П.Чкалова исследования автора представлялись в экспозиции "Сооружение гидротехнических объектов в зоне вечной мерзлоты" на ВДНХ СССР. Автор утвержден участником ВДНХ СССР 1984 года.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях ШСИ им. В.П.Чкалова в 1974 + 1985 гг. и в ШВТ в 1990 г.;

4

на ВсэсоазноЯ молоделаюй копференцпл "Строительство ГЭС в горних условиях" в г.Телави - 1979 г.; на Всесоюзных совещаниях по гидротехническому строительству в районах Крайнего Севера в г.Братске - 1978 г., в г.Красноярске - 1981, 1986 гг.; на гидротехнической секции научно-технического совета Минвуза СССР з г.Лешшградэ - 1984 г., на Всесоюзной конференции по итогам работы ВУЗов СССР в области гидротехники з XI пятилетке, г.Куйбышев - 1985 г. В полном объеме диссертация рассматривалась на заседания совместного лабораторного Совета ЛБЕБС я ЛТБ ВНИ11Г им. Б.Е.Веденеева в 1983 г.

Публикации. Но теме диссертации опубликовано 5 печатных 'работ,.из них одно авторское свидетельство на изобретоняо.

Объем работа 221 страниц, включая 136 страниц машинописного текста , 48 рисунков, 28 таблиц и пргло.г.ешш на 9 стра-шцах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ,

Во введении обоснована актуальность те;.м и ее научная новизна, дзлокена цель и практическая значимость работы, дана информация об ее апробации и реализации.

В первой главе рассматривается соотоянио вопроса по теме исследовании.

Отмечается, что в гидротехнике сложились основные дредстав-ления о причинах и механизме разрушения бетона.норовым давлением вода, вытесняемой льдом..

В формирование этих представлений существенный вклад внесли работы Т.С.Иауэрса, Р.й.Бршшнга, Г.П.Вербецкого, Ц.Г.Ганзбурга, Г.Г.Еремэева, В.Н.Казанского, М.М.Капкяна, О.В.Куяцевича, Б.М.Ма-зура, ВМосквина, A.M.Подвального, А.Я,Савицкого, Б.Г.Скрам-таева, И.Б.Соколова, В.В.Стальникова, В.БТСудакова, Ю.В.Чеховского, С.В.Шссгодврова, А.Г.Шлааяа и других ученых.

Суть слонЕВашхся представлений сводится к следующему. Замерзание воды в порах «Затона соярсхвсэдается увэличешгем ее объема примерно на 10 %..Ъ результате, на границе'фронта промерзания возникает объем "налипшей" воды, которая не мояэт поместиться в порах бетона и отымается льдом в. зону талого, менее насыщенного водой бетона. Процесс отяатия сопровождается появлением яоро-вого давления, которое действует на стедкл пор бетона, вызывает з лоследхгбм рлстягизащяо кадрягешгя я, как следствие, образсва-

ние шкротрещши Многократное за-йзрааогйалие ¿1 оттаивание бетона ведет к росту шкротрадан, падении прочности батона и, в пределе, к разрушит конструкции.

Слсгишшасл представления с;"0с0йс!г..--л:али решению проблег.ъ' обеспечения долгсззчности бронник гид^гехиических сооружений цугом обеспечен;;«; качества (морозостойкости) бетона без существенного увеличения его стси-тастп, яуге.\: совершенствования методов испытания барона на мсрсзостсйлсстъ я совзрсонствовашш конструкции батс-пшх оооругзшгй. Ро::уллГ£г</ огях исследований шлрок'о исяользу.-.-.-ся в глдрог ояшчз;::".! яр-шжке, однако счя -яать,' что ирсслска долговечности ре~<л:а, а настоящее враки,нот осиованкй. Ояг>. развиваемся ¡г остаемся актуальней, то;: пак :

- слоаивашвся ^ставленая с причинах и г;а::ал;;с.г.;о разрушения батона поров:...и д-хвлешкм клаги неходдгея в ';тадпп гипотез и требуют доказадсльств:

- для доказагьиегьа эти" .г;;потез долота Са'и решены два основных вопроса: ..лг,си воличичи давлен;;?. возникает в порах про-морзащого бе.г.ла ? а ;;а;;оп величина давление внеиваат'разрушение бетон;. ? .

Решешга ьт:..4: вопросов аходизг в задача данной работы.

Втопая глаг' /¡освящена теоретичест! доследованиям норового давления, вода, г^тосняаыой льдом. прозедек;а исследований разработана ксд&дь структура батона, составлена система дифференциальных. ураш:переноса тзпла и влага, рассмотрены численный я аналитический метода селения этой системы, по численным к адалитичесшвл зависимостям определена велнч;;на норового давлофдй вода, вытесаяедгай льдом. .

■ Б' качества модели бетона (рас.1) рассматриваетсл система состоящая из скелета а пор, хаотически пронизывающих скелет во всех направлениях. Скелет модели представляет собой твердое то-Ло слоеной структуры, включающее в себл скелет бетона (частицы крупного и мелкого заполнителей, спаянные иезду собой цементным камнем (А.Ф.Полак, 1960)), связную влаху я заполненные воздухом я влагой поры, не участвующие в механизма переноса воды фильтрацией. К такшд порам отнесены замкнутые и условно замкнутые поры, а такке проходные пори, диаметром менее 10~" с;.!. Предполагается, что в таких порах отсутствует дапяенле воздуха к влаги.

Отсутствие в порах модели' влаги ъ газообразном и связном состоя;-:;^: дает считать, "то воздух обладает сзспст-

6

* V I*

Й M Г*»

, <3,0-C> tl

'."л:, c.'çr.

т г cj • s

« О

=>[ О >С . a t> >* a ta S С

^ ¿ 3 J? 3,

ö

§-

ts §

fe

- -*.-, •'-te -

• ч

*

ч> с»

s

§5 I

S й-1

е.^ > I :l J. I I I. 1:1.-1;

гаигаип -

ШИк

а

•г'S

1|

сг

4 О Sttj g

5

«a

s

fb "и «IIS

ä ■ I15 5 g

Jü 'a S^S* § fc s 6 Б tï

§ g Ä s

'■ '¿-'ej '

I § ^ 1 '

-..5 >

ваш ядеального газа, что солевой обмен мадду сяелекш модели и свободной поровой влагой отсутствует и, ■ следовательно, свойства свободной платя блязкя ж свойствам химически чистой вода:

текучее» лада щш изменен« температуры л дчвляяия (Б.П.Ввйнберг, 1940) позволяет рассматривать совадьниэ льда лае доведение лядкостя щш условия, «то цроняцаамость скелета

мпдп^и дм дда - щцат | ЯуЛЮ,

Ряогмятриаамая модель, омраияя вое важные свойства бетона как материала, позволяет ясялючт ю рассмотрения факторы, во оказнвякщие существенного влияния на температурный в влаж-ностанй ражям ТВЭ. Согласно слсдпгввпася представлений о причинах я механизма разруишия бетона норовим дьзлшяам воды, вытесняемой льдом, в качестве основных, определяющих факторов рассмотрены : передача текла коадукцией, передача тепла я влаги фильтрующейся водой» фазовые перехода перовой влаги, язмене-няе физико-мехаяяческях хгфактеристяк модели я ее составляющих оря изменения температуры, давления я ялакюсти (табл.1). В формулах <1 )»(Х0)я далее : бт.рш , 1Ша - предел прочности бетона яарастякение (сиатав); Р , Ша - норовое давление, избыточное над езибеферяш; Рг * Ша - соровое давление оо абсолютной величине; £' . |Ща - модуль линейной деформации, Е , Ша - модуль объемной деформация; U - весовая влажность; R - относительная весовая льдистое»; , К - температура; к9 , м/час - коэффициент фильтрации; a - пористость бетона; Пг , - отношение объема воздуха в порах к объему бетона; А , В?/(и •£) - коэффициент теплопроводности} С , кДж/(яг»К)

- удельная теплоемкость; , т/ií3 - плотность; d , 1/храд -коэффициент объемного температурного расширения, Индексы 5 , д, г, б, н, сух, т - относят соответствуодие вагшчаны к воде, льду* воздуху (газу), бетону, начальнсцу состоянии), сухоцу бетону, талону состояние. Величинами 77' , л/ , Г ■ ~ обозначены значадия л , пг % Г цря произвольной температуре в произвольном давлении. С учетом этих факторов рассмотрен баланс тепла и влаги яа. граница фронта промерзания я получены:

- уравнение конвективной теплопроводности о учетом выделения (поглощения) тепла изменения агрегатного состояния поровой влага;

'r'llt-AhiL) V № + пп

Таблица I

Зависимость фязико-мехашчеекйх характеристик модели и ев составляющих от времена, температуры, давления и влажности

Материал Характеристика Расчетная формула ф-лы

I 2 3 4

Предел прочности при растяжении 1сжатии) б»'р!С1 = бпщ.р(С)(2Ъ}-, (I)

Модуль линейной деформация и-а-Ьг Эбо (2)

3 Коэффициент фильтрации (3)

8 о о >4 Весовая влажность и* Г_, /е'~г' >1п'-пП хш+ьчт

1 Я • Коэффициент теплопровод- 0.96* 273) (5)

ности . = 9*'(1*4069 1/) (6)

Объемная тепхоеккость - Г,С, (7)

. Вода Пдотнооть - - ■- ^ Л • Сл ■ _ (8)

Г Плотно с ть Л <>»—---- . О)

Воздух Отношение объема воздуха в порах к объему пор „, п ( Рг * $ 1 Рг Э* (10)

&

- уравнение Нб^стш10швтейсяг$*ы4^-и«.*ш1 сжимаемой жидкости ±> деформируемой пористой ореде с учетом изменения объема поро-вой'влаги при''её фазовых'превращениях: -

Л дН _ д (к дНх^' дЭ 'г'дв , " V* . дп' & — —/+ — *■ Ц. -гг * / / ,. -С, -г- (12)

' "■'. Решение уравнений ТШ ~ и(12) додано удовлетворять усло-■ вию 'совместности ¿ ояределянцеэд евязь ызжду температурой фазовых переходов перовой влаги- (температурой •бетона)-и норовым: • ■давлением: -г—------------•-/——--•-».. ........ ——

Г$___д_Н_ ; (13)

• <¿7) 0 ' д! ; , -------- В-уравншиях-(И);*(13);-~-т ~гы/часскорость фильтра-т

щи, Я , м.в.ст—поровое давление, -9о , К - температура фа-аовых переходов пбровой влаги. Значения коэффициентов ¿V . ¿V ,' Г" ^7* А'т^Г^^У^'Звлячяя"-^---; V* -- -приведены в. таблице 2. 1 </'■> ?В общем ввд^ реш^е'уравнений (II) + (13) выполнено ме-1 тодсйг'конбгчшх'разностбй сттспользованиекг-леявной-разноотной ] ; рхеми. . \ :■, |

' Правильность' численного ^¡^вврадена аналитйчесЬш ре-»

Ь шенйе«:~Аналити^зсков рернйе -вып^олнепо при-хледупцше-допуще-!

ррф ® бетб1т^ВЛалоЙ|и мрр|

| злой зонах ТНЭдадяй*ся-утейн'ой "функцией кбЪрдйнат,' фильтра-; "ТдиабЖТГ^^ , все ■йоры|бетон4

заполнены водой яолнбстьюЧ Иг'» 0), условия на поверхностях \

4 ТНЭ ••йсяяюяянв'-а' 'вегиенямоя 'др ч^ощвяд"^-—----------^

| .;у :• ? <До ^и'йвнвд ^-.адал^избоким зе^&шостям; >выпблнен]расче1

5 промерзания -длиты^напорного. перекрытия |контрфоршо&1ш'отшы...,Л ; Установлено, что величина пороюго давления воды, вытесняемой'; ! льдом, мо«вТ1^с?я^ьД,5.,к:-!9оке.в МПа| Сравнение результатов;

; что:; расхождения в положении границы фронта промерзания;не пре-

• вытают 6 %, макошальные-расхождения "¿'величине порового давления воды, вытесняемой льдом,-ни превышают 8 %. Следовательно:

- Ь.-Порово&-давление-воды . вытесняемой»льдом. в промерзаю-

• щем .бетоне ТНЭ может достигать значительные величин; ;

; ,2. Величину порового давления вода, вытесняемой льдом можно определить путем решения уравнений (II) - .(13) численным методом.

Третья глава посвящена"^¿спёрймЪ'нтальным йсследовшшям порового давления воды, вытесняемой льдом, в лаборатории.

/¿>

Таблица 2

Значения козффицяенгоз в формулах (II) и (12)

Коэффициент Значение коэффициента № Ф-лы

i ■2 J

Си г ' 1 fClCs , ß-ft] ПгНн ЩПГЫ, ( L * Es )' Й? (п'-пП ,

ti C9~J¿'(CiCi dy,i СуС% ■ гд/

V л: • -Л-/« fie;

Се № trí-Q'r)..... ..-•:•'.-. -А/ ......i'-'

р'«_ г jf Ci ■

L ■ ■ " • ' ■■■' " •'.....' * ~ Си ■■ ж ..'Г , ' Ч.«м

Ci ■ Л20

■ Сг- ■ , с{ с/ . • ....... .....•* ■ • -í с vr.'-r. (¿i)

0 (22)

. Г Ci -, ■СфчЖ-'Ь -jñl-fi) ■ ут -■-i'.x^vr..--r.r.r:

г v + <bSdt dxU ^ • v ,,

cs Алл •

. i. i ! ■ • ¡ 1 «o I! O1 M

сг. ^i-m-k-E,^: /..... ' M

■С, f. л - .

//

Исследования выполнены с помощь» специально созданной экспериментальной установки (рис.2), позволяющей моделировать условия работы ТНЭ. С помощью этой установки, по изменению уровня воды в^пьезометрической трубке, наблюдался эффект вытеснения воды .ль, ;эи из пор промерзающего бетона. Установлено,, что при замораживании образца объем воды в напорном резервуаре увеличивается,, ¡цри .оттаивании уменьшается.

Величина парового давления определялась по объему воды, вытесняемой льдом я ¡матодом ксмпевсации. В первом случае использовались результаты описанного выше експёримента. Иакси-мальная величина лотового давления определена равной 0,38 МПа.

Методой ¡компенсации величина порового давления определялась непосредственно з шорах бетона прибором - компенсатором порового давлвция ХАЛ.Ничияорсвич, С.И.Минин, 1961). Максимальная величина порового давления определена равной 0,24 МПа. Условия проведения этого эксперимента использованы для расчета промерзания шиты численный методам. Сравнение результатов расчета с акодецямвнта «оказало, что хронологические графики изменения ташшращ» бетона, изменения положения гранит раздела талого л «арзлого бетона, изменения порового давления на подвижной драницв фронта промврзаяяя в сходственных точках в сходотвенш» моменты временя качественно в количественно согласуются.

Сшшясвшиш ^результатов расчета я ■ аксперимента подтверждает правильность постановки теоретических исследований в возможность (яшкшлования их результатов в дальнейших исследованиях влияния .-порового давления воды, вытесняемой льдом на долговечность 'ТНЭ,..

Четвертая глава посвяшена определение напряженного состояния ТНЭ .от дейотвия шерового давления-вода, вытесняемой льдом.

Раасивдриван ;жфовов давление вода, "вытесняемой льдом,как одам из' основных .¡разрушающих бетон факторов, необходимо отметить следующее.

1. Разрушена» бетона морозом проявляется в виде велувения бетона и образования трещин по наружным поверхностям ТНЭ, разрыхления структуры бетона во внутренних зонах ТНЭ, но без видимых внв1ШК<признаков (Л.И.Кудояров, 1980 в др.).

2. Существующие «втады расчета напряженного состояния ТНЭ от дейсгс -я .норового давления. (Р.РЛугаева, 1975; И.Б.Соколов я В.А.Ло„yt-Dsa, 197?; СНЯЛ 2.06.06 - 85) не объясняют причину шелупеная ж гр;згахл-2Ш1 структуры бетона.

УЗ

В связи о отмеченными выше обстоятельствами в диссертации рассматривается несколько иной, чем в СНиП 2„Об.06-85, подход к учету действия на бетон поровсп? давления влаги. Суть этой предпосылки сводится к .следующему .! ' •

- в ТНЭ воёгда моайо,выделить некоторый-'мшшй объем .(куб) . бетона, в котором величина порового даЫёния^"данный' момент времени [одинеукова пог;все$у объецу * . <г-\г :

- действие яа этот- о^ш.(адб); :бэтона поровото можно заменить^(П.Ф.ПаЙкбвич, ;19^)гдейотй]^ составляющие ^^хю^.одаш^вй' ш) ввдачдаё^^шфвдёвя 'о® -поверхностей куб&. . • •'•••>7; [':*' ^ ' ;

, Исходя из этой щ>едпоош1^и задачу до определению напряжений в ТНЭот действия пороводю давленая вод»; йытеоняемой льдом, можно свести к извеотному (П.И.Васильев, Ю.ЩКрнонов, 1969 и П.Ф.Папкович, 1939)решению задачи' термс^щ^гооги и получить необходимые дайдаочета ваадоаюотв.

Для свободаодефорынрувмой плиты вти зшисимоота имеют вид:-

(41)

где рп , МПа.м - площадь эпюрыпоровогодавления; 3 , МЦа.м8-статичасвий момент эш^н порового давленая относительно ценила тяжести поперечного оечения плиты} р ', Шь - ордината эпюры порового давления'в точке с координатоЙ I ; У - коэффициент Пуаосона; 6 м - толщина плиты} щ бл.р , бг,р г нормальные напряжения от воздействия порового давления в точке о коор-. дощаты". X, У, 2 ; бг,р, МПа г величина напряжения, определяемого ло завиошооти .".''.V. ^ . .

; бхгр=7(^~Рс). ! (42) при совпадении направления фильтрации о направлением'координатной оси * я по зависимости. ............

бх,р = "МПа-,- (43)

если эти направления не совладают. В уравнен; гч: (41) + (43)-напряжения со знаком " + " - растягиваете, с; знаком " - " -- схтгыхщке. Эти напряжения можно склеивать с напряжениями от

друга:, деГ.'ств.'Чспго: на 1 -Э нагрузок л, таким образом, определять вл;шнле порового даияенпл на напряженное состояние ТНЭ.

• В работа зипелнен г.аочот напряженного состояния плиты напорного яа.т:с1ф:.'тил кон^^^роной плотшш. Результаты' расчета позволяй? сделать следущаа выводы:

1. Неровен давления води, вытесняемой льдом, оказывает существенное нлпягшэ па напрянениов состояние ТНЭ. Следствием воздействия поросого деления являются растязлшакщца напряке-1нм в напрлвлошгл двитаиш потока влаги.

2. Е;\;;;'нна напряжений от порового давления вода, вытесняемой льде:» сравни!.» о величиной напряжений 'от теллзратурннх до^ермацх; Сет'ч'а. Слсд^^атольяо, поровое давление влага мсксет бить цркчилей образован.:'* треста и пелуаения бетона.

В плтой л т.? о ггеггг -¡дстся ояисаляэ методов расчетного я э::сдор;г.:9нталь:1ого ярогл.;;?а долговечности ТНЭ, лодаеркешшх дайств.то порового давления водя, вытесняемой льдом.

Под долговечностью' п дглшом случае понимается промежуток времени от начала эксплуатации ТНЭ до момента, когда в бетсне ТНЭ начинается образованно трепни.

.Метод расчетного прогноза включает тепловые и фильтрационные расчеты, расчеты лоройого давления влаги, расчеты обдого ■ напряженного и-деформированного состояния (о учетом ползучести бетона) ТНЗ, а так г.е расчеты по определению траицшостошгости бетона к температурным и вдахнсстным воздействиям СНиП" 2.06.03-87). При выполнении расчетов контроль за состоянием бетона осуществляется о помедьэ показателя стойкости конструкции равного отнепешпэ предельной растяжимости, батона ¿пр(1) к величине ого полной деформации , то есть :

Г. 6пр(Р , А, )

*ею-Т7ТГ ■=

2сли Ас/77 >/1 , то это отношение будет указывать на благо- ■ подучную работу конструкции и на необходимость продолжения расчетов. Если кс-п {I, го в ТНЭ следует о.тддать образование тре-пщн, что, в свою очередь, будет указывать на необходимость прекращения расчетов по определению долговечности ТНЭ.

Для выполнения расчетного прогноза составлена программа на алгоритмическом языке ФОРТРАН применительно к ЭЁЛ серии ЕС.

Методика экспериментального прогноза разработана на основе законов теплового моделирования (П.А.Богословский, 1958) и способа лабораторных испытаний'гидротехнического бетона яа морозо-

стойкость (В.П.Кулаков, М.М.Гришин, 19иЗ). Методика включает определение масштабов моделирования, создание модели, проведение испытаний с визуальным контролем качества бетона до момента образования трещин и пересчет результатов иссльдовш'лй в натурные условия.

Выполнено сравнение результатов определения долговечности (морозостойкости) свободно деформируемой слиты напорного перекрытия контрфорсной плотины. Установлено, что ло результатам эксперимента и расчета долговечность.плита составляй соответственно 210 и 186 месяцев. Расхождению результатов эксперимента с результата™ расчета составляет II %.

Близость полученных результатов иодтвеол&ает возможность использования расчетного прогноза долговечности ТНЭ в практика гидротехнического строительства. Такак воз-гажность была использована для расчетного прогноза долговйч юсш тепло- и гидроизоляционной плиты с бетонным несущим каркасом в здании Вилюй-ской 1ЭС-Ш и причальной стенки Уфшллкого ручного порта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Поровое давление вода, вытесняемой льдом, является одним из основных факторов, влияющих на долговечность ТНЭ. Необходимость исследования этого фактора вытекает кз анализа сложившихся представлений о причинах и механизме разрушения бетона морозом.

2. Поровое давление вода, вытесняемой льдом, маке-г быть определено теоретически на основе совместного ромэния задач тепло-и массопереноса, математическая формулировка которых отражает: характер внешних температурных и влакноотных воздействий на бетон ТНЭ; состав и структуру бетона, как среду для переноса тепла, фильтрации и фазовых переходов перовой влаги; влияние поро- • вого давления на температуру фазовых переходов поровой влаги.

3. Предложенной метод расчета яорового давления воды, вытесняемой льдом, позволяет осущзотвить прогноз количественных изменений величины этого давления по толщине ТНЭ во времени при меняющихся упругих характеристиках бетона, при меняющихся (в зависимости от изменения температуры, давления и влажности) структурных, теплофлзических и фильтрационных характеристиках бетона и его со^т^яякзцкх (льда, воды и воздуха).

4. Влияние порезого давления воды, вытесняемой льдом, на морозостойкость бзтг: ' подтвепздоно эксясримсч^-лльно. С помощью

/е

осздакаой лгборптоусг-сяозяи, позволяющей в лаборатории воспроизвести услоь;'я работы бетона в ТНЭ близкие к натурным, подтверждено наличке эффекта вытеснения води льдом из пор промерзающего бетона, определена величина порового давления воды, вытесняемой льдом на границе раздела талого и мерзлого бетона.

5. Продлоконный метод расчета напряженного состояния ТНЭ от воздействия норового давления влаги (воды и льда) позволяет: определить величину напряжений в каждой точка я по всем направлениям ТНЭ, объяснить причину шелушения" бетона на наружных поверхностях и разрыхления его структуры во внутренних зонах ТНЭ.

6. Долговечность ТНЭ, подверженных действию порового давления воды, вытесняемой льдом, может бить опредолена расчетным и экспериментальна'.: мотодагл.' Прогноз долговечности ТНЭ, выполненный этими методами, подтвердил влияние пороЕого давления воды, вытесняемой льдом, на долговечность ТНЭ. Использование этих.методов в гидротехнической практике позволяет назначить требования к качеству бетона и подобрать конструктивные мероприятия, обеспечивающие долговечность ТНЭ без существенного увеличения

та стоимости.

7. Результаты выполненных исследований открывают пути дальнейшего совершенствовшшя методов расчетного и экспериментального прогноза долговечности Т1Ю в следующих направлениях:

- изучение влияния фазовых переходов связной влаги и

- изучение влияния растворенных в воде солей на долговечность ТНЭ.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Куликов В.П. К расчету гидравлического давления в порах бетона напорных перекрытий контрфорсных и многоарочных плотин при их одностороннем промерзании //Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. - 1978. - ¡Ь 3. - С.101...106,

2. Куликов В.П. Напряженное состояние промерзающей плиты напорного перекрытия контрфорсной плотины //Строительство ГЭС в горных условиях: Материалы Всесоюзной конференции молодых специалистов. - Тбилиси. - 1979. - С.23.

3. Куликов В.П. О расчете порового давления воды в бетоне тонкостенных напорных элементов гидротехнических сооружений //Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. - Л.: Энергия, 1979. - С.161...164. . '

4. A.c. S 800875 СССР. Способ a^vpazopaux испытаний гидротехнического бетона на морозостойх азь /Туликов B.II.» М.М.Гришин // Открытия. Изобретения. Проалшегашэ образцы. -1983. - Я 4.

5. Куликов В.!., Масляева Е.Б. Влияние некоторых факторов па-величину давления влаги б порах промерзающего бетона // IX научная конференция молодых ученых и специалистов Волго-Вятского региона: Тезиса докладов. Часть П. - Горький, 1989. - С.161.

ГЖУГа.