Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


Температурные напряжения и деформации

Виды температурных воздействий, вызывающих температурные напряжения и деформации. Экзотермический разогрев. При гидратации цемента выделяется количество тепла 380... 550 кДж/кг, что может привести к подъему температуры бетонного блока 25...50. Тепловыделение особенно интенсивно в первые 5...10 сут; при остывании в блоке возможна значительная неравномерность температур.


Температура воды водохранилища зависит от его глубины, скорости ветра, облачности, влажности воздуха. В глубоких (>100 м) водохранилищах при поверхностных водосбросах изменения температуры происходят в «деятельном» слое 40 м (см. рис. 3.15, а); при работающих донных водосбросах, вследствие перемешивания слоев воды температура выравнивается. При 40 м амплитуда сезонных колебаний примерно одинакова по высоте, а температура может быть по высоте постоянной.

Сезонные колебания температуры проникают вглубь сооружения до 10... 12 м, месячные — до 3 м, суточные— до 0,5; при этом с глубиной уменьшаются амплитуды t0, а максимумы (минимумы) температур запаздывают по сравнению с температурами наружной среды (сдвиг по фазе).

Температура основания. Параметры температурно-активной зоны и тепловые потоки, идущие от сооружения к основанию и в обратном направлении, оказывают влияние на колебания температуры плотин; важен также учет темепературного режима фильтрационной воды в основании плотин (в эксплуатационный и строительный период) и у тыловой грани подпорных стен. Температура фильтрующейся через песчаные насыпи воды изменяется на 8...11°, в основании плотин на плотных глинах — примерно на 6°, в скальных основаниях — на 3...5° [123].

Мероприятия по регулированию температурного режима бетона. Трубное охлаждение, подогрев полостей массивно-контрфорсных и облегченных гравитационных плотин также могут приводить к появлению температурных напряжений.

Солнечная радиация. Она может вызвать увеличение амплитуды колебаний температуры поверхности на 4...5°, а также приводить к неравномерному нагреву.

Для определения температурных напряжений предварительно рассчитывают температурные поля.

Основы температурных расчетов. Распределение температуры в теле плотины при нестационарном процессе (когда температура изменяется во времени) можно найти из решения дифференциального уравнения теплопроводности; при наличии внутреннего источника тепла (экзотермии) :



Для решения уравнения теплопроводности используют аналитические и численные методы (конечных разностей, конечных элементов и др. с применением ЭВМ).

Причины возникновения температурных деформаций и напряжений. При нагревании и охлаждении конструкций гидротехнических сооружений в них возникают температурные деформации. При равномерном нагреве (охлаждении) свободно лежащего тела в нем появляются свободные деформации, а напряжения не возникают (рис. 3.16, а). Температурные напряжения происходят при внешнем жестком или упругом защемлении (рис. 3.16, б, в), (чем жестче защемление, тем выше температурные напряжения: при охлаждении— растягивающие, при нагревании— сжимающие); при внутреннем (температурном) защемлении, которое возникает при неравномерном распределении температур в сечении (рис. 3.16,г) и приводит к неравномерной деформации волокон; при одновременном внешнем защемлении и неравномерном распределении температуры. Для оценки термонапряженного состояния используют математический аппарат теории термоупругости или термопластичности [9].

Температурные напряжения строительного периода. Они имеют свою специфику в зоне контакта бетонного массива с основанием и на удалении от него.

В зоне контакта (рис. 3.17,а) основную роль играет защемление, зависящее от жесткости основания. При разогреве от экзотермии блок стремится удлиниться, но вследствие защемления в нем возникают сжимающие напряжения (см. рис. 3.16,6), так как при этом бетон в центре блока имеет более высокую температуру, чем по краям, сжимающие напряжения в центре блока возрастают. Модуль упругости бетона в период разогрева невелик, поэтому невелики и сжимающие напряжения. Последующее охлаждение бетона происходит при значительно возросшем модуле упругости; при охлаждении блок стремится уменьшить свои размеры, но защемление по контакту этому препятствует; в блоке возникают большие (так как велик модуль упругости в этот момент) растягивающие напряжения (см. рис. 3.16, б, в) и может появиться вертикальная трещина.


На удалении от контакта (более 0,5) блок можно рассматривать как свободную стенку, где температурные напряжения зависят в основном от неравномерности распределения температур.

Термонапряженное состояние блока зависит от скорости укладки следующего блока по высоте. При остывании блока в нем возникают растягивающие напряжения (см. рис. 3.17, а). Температурные напряжения строительного периода приводят к появлению трещин с раскрытием до 2...9 мм и высотой до 12...20 м (рис. 3.17, б, в); трещины значительного раскрытия могут снизить несущую способность плотины (см. рис. 3.9, в).


Температурные напряжения, возникающие в период эксплуатации. Эти напряжения зависят в основном от колебаний температуры наружной среды. Сезонные колебания температуры приводят к: раскрытию строительных швов и трещинам на низовой грани (при понижении температуры), что изменяет рабочее сечение сооружения (рис. 3.18, а); перемещениям сооружения в сторону верхнего и нижнего бьефов; с учетом гидростатического давления это приводит к появлению растягивающих напряжений в основании (зона А); раскрытию швов и трещин на верховой грани, что увеличивает фильтрацию через сооружение; нагреву лицевой грани, при этом возможен «навал» подпорных стенок на грунт и значительное увеличение пассивного давления (рис. 3.18,6); появлению трещин при охлаждении диафрагм трубчатых регуляторов (рис. 3.18, в).

Напряжения в свободной плите можно определить приближенно при известном распределении температуры (см. рис. 3.15, б):


Мероприятия по борьбе с температурными напряжениями. Их подразделяют на:

технологические — применение низ- котермичных цементов, уменьшение расхода цемента, охлаждение инертных, воды затворения, добавка молотого льда, применение камнебетона и шатров, полив водой и трубное охлаждение в виде змеевиков в бетоне (трубы диаметром 25 мм через 1,5...3 м), по которым в течение 2...6 мес циркулирует вода с температурой 2...20°С; разность температур между центром блока и его поверхностью не должна превышать при этом 20...25°С, а между новым бетоном и скалой—16...20°С; следует замыкать (омоноличивать) статически неопределимые и массивные конструкции при температурах бетона, близких к минимальным эксплуатационным;

конструктивные — рациональная разрезка строительными и конструктивными швами, применение теплоизоляции и теплогидролизации, армирование в местах возможного появления трещин (арматура вместо единичных глубоких трещин приводит к появлению большего количества мелких трещин; армирование часто нецелесообразно).


Проверку трещиностойкости проводят по формуле:


Гидротехнические сооружения/Н.П. Розанов, Я.В. Бочкарев, В.С. Лапшенков и др.; Под ред. Н.П. Розанова. — М.: Агропромиздат, 1985. — 432 с.

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????