ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Определение температурного поля и термонапряженного состояния укладываемого бетонного массива методом конечных элементов

  • Анискин Николай Алексеевич - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Нгуен Чонг Чык - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Брянский Илья Артемьевич - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Дам Хыу Хынг - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2018.11.1407-1418
Страницы: 1407-1418
Введение. Энергетические и гидротехнические бетонные сооружения, мостовые конструкции, фундаменты зданий возводятся бетонными блоками. Бетонирование таких массивных сооружений сопровождается явлением экзотермического разогрева конструкции, вызванного процессом гидратации цемента. Выделяемое в таких массивных блоках тепло при естественных условиях весьма медленно отводится из конструкции. Достаточно часто между центральной частью массива и его поверхностью возникает значительный температурный перепад. В случае достижения критической величины температурного перепада возникают температурные трещины, нарушающие монолитность конструкции. Для предварительной оценки возможности трещинообразования и выработки мер по его исключению необходимо решение температурной задачи и задачи по определению термонапряженного состояния. Эта проблема достаточно давно находится в центре внимания специалистов и ей посвящено много исследований. Разработано и используется большое количество методов решения этих задач. Однако ввиду большой трудоемкости решаемой задачи, вызванной множеством действующих факторов и условий, сложностью конструкций и повышением требований по безопасности сооружений, задача по определению температурного режима и термонапряженного состояния возводимого бетонного массива и сегодня является весьма актуальной. В данной работе представлены некоторые результаты исследований в этом направлении, выполненные на основе метода конечных элементов. Материалы и методы. Исследование выполнено на основе метода конечных элементов с использованием программного комплекса Ansys. Рассматривается возводимый бетонный блок, для которого последовательно решается нестационарная температурная задача и определяются возникающие температурные напряжения. Изучены варианты укладки блока при разных внешних температурных воздействиях. Результаты. Для рассмотренного бетонного массива получено распределение температуры и температурных напряжений в течение времени с момента его укладки до набора достаточной прочности конструкции (примерно 30 суток). Исходя из критериев, дается оценка возможного возникновения температурных трещин. Выводы. На основе численного решения задач по определению температурного режима и термонапряженного состояния бетонного блока с использованием программного комплекса Ansys получена подробная картина пространственного нестационарного состояния конструктивного элемента - бетонного блока, как составляющей части массивного сооружения.
  • массивный бетонный блок;
  • температура;
  • экзотермический разогрев;
  • температурный градиент;
  • термонапряженное состояние;
  • трещинообразование;
Литература
  1. Ahmad S., Iqbal S., Bukhari I.A. Controlling temperatures in mass concrete // 34th Conference on our world in concrete & structures 16-18 August 2009. 2009. 9 p.
  2. Barbara K., Maciej B., Maciej P., Aneta Z. Analysis of cracking risk in early age mass concrete with different aggregate types // Procedia Engineering. 2017. Vol. 193. Pp. 234-241. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.06.209
  3. Bingqi L., Zhenhong W., Yunhui J., Zhenyang Z. Temperature control and crack prevention during construction in steep slope dams and stilling basins in high-altitude areas // Advances in Mechanical Engineering. 2018. Vol. 10. Issue 1. P. 168781401775248. DOI: 10.1177/1687814017752480
  4. Анискин Н.А., Нгуен Хоанг. Прогноз трещинообразования бетонных массивных плотин при возведении в суровых климатических условиях // Вестник МГСУ. 2014. № 8. С. 165-178. DOI: 10.22227/1997-0935.2014.8.165-178
  5. Mi Hwa Lee, Young Seok Chae, Bae Su Khil, Hyun Do Yun. Influence of casting temperature on the heat of hydration in mass concrete foundation with ternary cements // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 525. Pp. 478-481. DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.525.478
  6. Aniskin N., Nguen Chong Chyk. Temperature regime of massive concrete dams in the zone of contact with the base // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365. P. 042083. DOI: 10.1088/1757-899X/365/4/042083
  7. Ляпичев Ю.П. Проектирование и строительство современных высоких плотин. М. : РУДН, 2004. 247 с.
  8. Tu A.D., Adrian M.L., Mang T., Michael J.B. Importance of insulation at the bottom of mass concrete placed on soil with high groundwater // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2013. Vol. 2342. Issue 1. Pp. 113-120. DOI: 10.3141/2342-14
  9. Yi Xu, Qing Xu, Shenghong Chen, Xinxin Li. Self-restraint thermal stress in early-age concrete samples and its evaluation // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 134. Pp. 104-115. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.12.066
  10. Hongyan Ding, Lei Zhang, Puyang Zhang, Qi Zhu. Thermal and stress analysis of early age concrete for spread footing // Transactions of Tianjin University. 2015. Vol. 21. Issue 6. Pp. 477-483. DOI: 10.1007/s12209-015-2563-0
  11. Abeka H., Agyeman S., Adom-Asamoah M. Thermal effect of mass concrete structures in the tropics: Experimental, modelling and parametric studies // Cogent Engineering. 2017. Vol. 4. Issue 1. DOI: 10.1080/23311916.2016.1278297
  12. Wondwosen A., Girum U. Numerical prediction model for temperature distributions in concrete at early ages // American Journal of Engineering and Applied Sciences. 2012. Vol. 5 (4). Pp. 282-290. DOI: 10.3844/ajeassp.2012.282.290
  13. Shi-fa XIA. Simulation analysis of temperature control on RCC arch dam of hydropower station // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 100. P. 012004. DOI: 10.1088/1755-1315/100/1/012004
  14. Kuzmanovic V., Savic L. Mladenovic N. Thermal-stress behaviour of RCC gravity dams // FME Transaction. 2015. Vol. 43. Issue 1. Pp. 30-34. DOI: 10.5937/fmet1501030k
  15. Khanzaei P., Abdulrazeg A.A., Samali B., Ghaedi K. Thermal and structural response of RCC dams during their service life // Journal of Thermal Stresses. 2015. Vol. 38. Issue 6. Pp. 591-609. DOI: 10.1080/01495739.2015.1015862
  16. Christopher P.B., Andrew J.E., Rudolf S., Paul Z. Thermal cracking of mass concrete bridge footings in coastal environments // Journal of Performance of Constructed Facilities. 2015. Vol. 29. Issue 6. P. 04014171. DOI: 10.1061/(asce)cf.1943-5509.0000664
  17. Kuzmanovic V., Savic L., Mladenovic N. Computation of thermal-stresses and contraction joint distance of RCC dams // Journal of Thermal Stresses. 2013. Vol. 36. Issue 2. Pp. 112-134. DOI: 10.1080/01495739.2013.764795
  18. Александровский С.В. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на изменения температуры и влажности с учетом ползучести. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Стройиздат, 1973. 417 с.
  19. Kuriakose B., Rao B.N., Dodagoudar G.R. Early-age temperature distribution in a massive concrete foundation // Procedia Technology. 2016. Vol. 25. Pp. 107-114. DOI: 10.1016/j.protcy.2016.08.087
  20. Mousavi M., Khiavi M.P., Ghorbani M.A. Thermal analysis of roller compacted concrete dams. Long-term behaviour and environmentally friendly rehabilitation technologies of dams. 2017, 864-872. DOI:10.3217/978-3-85125-564-5-117
  21. JIa Chao, Shao Anzhi, Li Yong and Ren Qingwen. Analyses of thermal stress field of high concrete dams during the process of construction // National Program on Key Basic Research. 2007. Pp. 112-117.
  22. СП 357.1325800.2017. Конструкции бетонные гидротехнических сооружений. Правила производства и приемки работ : утв. приказом № 1628/пр Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ от 17.12.2017.
СКАЧАТЬ (RUS)