Анализ режимов силовых и температурных воздействий на сооружения оболочечного типа в приложении к железобетонным градирням

В статье рассмотрены основные факторы влияния на напряженно-деформированное состояние железобетонных сооружений подверженных температурным воздействиям.

Ключевые слова: железобетон, температура, кратковременный нагрев.

В соответствии с СП 340.1325800.2017 [1] основными видами воздействий для расчета железобетонных градирен являются собственный вес конструкций, ветровое воздействие с учетом пульсации и температурное воздействие. Собственный вес относится к постоянным нагрузкам [2], а ветровое и температурное воздействие (климатическое и технологическое) к временным. Различают кратковременный и длительный нагрев [2, 3].

Усилия, возникающие при совместном действии вышеперечисленных нагрузок, вызывают сложное напряженно-деформированное состояние сооружения.

Для монолитных железобетонных сооружений оболочечного типа характерно плоское напряженное состояние, вызванное в значительной степени возникновением температурных моментов от температурного перепада. При воздействии положительных или отрицательных температур в бетоне сооружений возникает его неоднородность ввиду изменения его физико-механических свойств при изменении температуры. В дополнение к этому возникающая система трещин ведет к дополнительной анизотропии свойств железобетона [4].

Для анализа поведения бетона при определяющем температурном воздействии был проведен ряд исследований [4, 5], объектом которого являлась неравномерно нагретая по толщине железобетонная пластина.

Целью исследования [4] являлась апробация результатов численного анализа теории прочности. Модель бетона в численном исследовании принималась в виде модели нелинейного ортотропного материала. Объектом исследования являлась железобетонная пластина размерами 1х1х0,15 м, армированная симметричным армированием в двух плоскостях. Граничные условия эксперимента определялись из соображений, чтобы НДС оболочки соответствовало действительному. Нагрузка прикладывалась в виде одностороннего нагрева пластины до +90 и +150 С, а затем одностороннего охлаждения до минус 50 С с совместным действием продольной сжимающей силы, эквивалентной действию вышележащих конструкций сооружений. Предметом исследования и элементом сопоставления с расчетом численным методом являлись изгибающие моменты M _ty , M _tx , вызванные воздействием температурных градиентов.

По результатам исследований [4, 5] можно сделать следующие выводы:

1. Максимальные значения изгибающих моментов достигаются при первом кратковременном одностороннем нагреве, при этом моменты вдоль плоскости элемента, не загруженной продольной силой, имеют большую величину;
2. В следствие наличия деформаций усадки и ползучести бетона напряжения начинают интенсивно рефлексировать, достигая минимальных значений через 5–15 суток от начала нагрева;
3. Ввиду разности скоростей протекания усадки и ползучести в разно нагретых слоях бетона происходит некоторое увеличение температурных изгибающих моментов;
4. После длительного нагрева при уменьшении температуры возникают моменты противоположного знака;
5. Дополнительное развитие трещин по длине и ширине происходит в сечениях, в которых отсутствует дополнительная сжимающая сила, имитирующая собственных вес конструкций.
6. При увеличении продольной сжимающей силы N _x моменты M _ty уменьшаются, а M _tx наоборот, увеличиваются, вследствие проявления неоднородности пластических деформаций в бетоне и арматуре, которые развиваются более интенсивно в более нагруженных и более нагретых элементах; (рис. 1);
7. Напряжения в арматуре возрастают при повышении температуры и продольной сжимающей силы и могут достигать предела текучести.

Таким образом можно сделать выводы, что наиболее значительный вклад в напряженно-деформированное состояние железобетонных сооружений, эксплуатирующийся в условиях повышенных температур, вносит воздействие непосредственно температура. Самое больше увеличение напряжений в бетоне и арматуре конструкций вносит первый кратковременный нагрев. Далее при длительном нагреве происходит определенная релаксация напряжений вследствие развития деформаций ползучести и усадки.

Литература:

1. СП 340.1325800.2017. Конструкции железобетонные и бетонные градирен. — М.: Предисловие АО «НИЦ «Строительство» — Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона им. А. А. Гвоздева (НИИЖБ им. А. А. Гвоздева), 2020.

2. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07–85*. — М.: ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко — институт ОАО «НИЦ «Строительство», при участии РААСН и ГГО им. А. И. Воейкова, 2016.

3. СП 27.13330.2017. Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур. — М.: НИИЖБ им. Гвоздева — институт ОАО «НИЦ «Строительство», 2017.

4. Кричевский, А. П. Расчет железобетонных инженерных сооружений на температурные воздействия — М.: Стройиздат, 1984.

5. Корсун, В. И. Напряженно-деформированное состояние железобетонных конструкций в условиях температурных воздействий —Макеевка: ДонГАСА, 2003.