Развитие теории ползучести бетона и совершенствование методов расчета железобетонных конструкций

В диссертации впервые разработан метод расчета длительной трещиностойкости предварительно напряженного водовода с учетом ползучести бетона.

Рис.5.

Расчетная схема водовода представлена на (рис 5).

Расчеты показали, что вследствие ползучести бетона и перераспределения напряжений, напряжения в арматуре и герметичной облицовке, расположенной в теле бетонного кольца, еще до заполнения водовода водой существенно увеличиваются и достигают предела текучести облицовки. Наличие большого количества сварных швов в герметичной облицовке приведет к разгерметизации водовода при заполнении его водой и утрате водоводом функциональной способности. В результате полученных данных в диссертации разработаны предложения по армированию водоводов ГАЭС и технологии их строительства.

По заданию заказчика при строительстве предварительно напряженного железобетонного корпуса реактора ВК-500 (рис.6.) была разработана методика расчета перераспределения напряжений в бетоне, арматуре и герметичной облицовке во времени с учетом ползучести бетона.

Рис .6.

Основные уравнения теории расчета для сложного напряженного состояния приведены в третьей главе. Решение задачи на базе принятых автором допущений выполнены с помощью соответствующей программы для ЭВМ, разработанной в МГСУ док. физ. мат. наук. профессором Проценко А.М..

Расчеты показали, что игнорирование необратимых деформации ползучести бетона при длительной, многократно повторяющейся силовой и температурной нагрузке, приводит к существенному различию напряжений, полученных между теоретическими и экспериментальными эпюрами напряжений

Шестая глава диссертации: (Некоторые перспективы для железобетонных сооружений) посвящена описанию некоторых разработок автора, защищенных патентами и авторскими свидетельствами на изобретение, в расчетах которых использована двухкомпонентная теория ползучести бетона.

Особое место в этой главе занимает описание новых перспективных железобетонных конструкций, применение которых будет распространено в мировой энергетике ХХ1 века. На примере наплавной технологии строительства АЭС с заменяемыми блок - модулями реакторных отделений (БМРО) демонстрируется инновационная концепция развития ядерной энергетики.

В диссертации разработана и защищена патентами концепция строительства различных типов АЭС, размещенных как на шельфе морей, так и в прибрежных зонах. Инновационная концепция предусматривает строительство всего комплекса прибрежной АЭС на территории заказчика, за исключением блок - модуля реакторного отделения (БМРО рис.7.), который строится на заводе поставщика и передается заказчику только в лизинг (аренду) без права его выкупа.

Рис.7

На рис 7 цифрой 1 обозначен - БМРО.

Расчеты показывают, что предложенная концепция, конструктивные и компоновочные решения позволяют:

- значительно сократить стоимость прибрежных АЭС (до 1,5 раза);

-продлить срок эксплуатации АЭС, заменяя в них БМРО;

- уменьшить трудности, связанные с правовыми вопросами перемещения радиоактивных материалов через границы государств, т.к. БМРО является собственностью завода - изготовителя (государства поставщика);

- решить проблему качества и надежности самого ответственного элемента АЭС - БМРО, изготовленного в заводских условиях по поточной технологии (на заводе - изготовителе проводятся все необходимые испытания, в том числе на герметичность защитной оболочки, а также испытание и лицензирование всех необходимых технологических устройств и элементов БМРО).

- заменять БМРО АЭС, что позволит улучшать качество и безопасность блок-модулей, вносить новые инновационные технические решения и в таком новом виде поставлять заказчику;

- способствовать решению проблемы нераспространения ядерной технологии и на ее основе ядерного оружия.

В диссертации описаны патенты автора по конструкциям наплавной приливной электростанции и конструкции наплавной железобетонной буровой платформы для арктических шельфов. Приведены результаты испытаний уникального опытного предварительно напряженного железобетонного корпуса реактора ВК-500 и защитной оболочки для

Нововоронежской АЭС с реактором ВВЭР-1000.

При расчетном обосновании этих сооружений автором использовалась нелинейная двухкомпонентная теория ползучести бетона.

Общие выводы

Проведенный автором комплекс теоретических, экспериментальных и расчетных (численными методами) исследований позволил решить научную проблему развития теории железобетона, связанную с учетом влияния ползучести бетона при проектировании железобетонных конструкций. Результаты работы имеют важное значение, т.к. на базе новых современных достижений строительной науки совершенствуются методы расчетного обоснования проектов. В результате разработаны научно обоснованные технические решения по армированию ответственных железобетонных энергетических и других сооружений, повышающие их безопасность и функциональную пригодность.

На основании результатов проведенных исследований автором сформулированы общие выводы.

1. Бетон обладает свойством необратимости при длительном приложении нагрузки, причем доля необратимости даже в бетоне старого возраста и невысоком уровне напряжений достигает значительной величины. Экспериментально доказано, что существуют необратимые деформации бетона двух типов: не связанные со старением (необратимые деформации первого рода) и связанные с процессом старения (необратимые деформации второго рода). Необратимые деформации ползучести бетона, не связанные со старением (первого рода), нелинейно зависят от вызвавших их напряжений или относительного уровня нагрузки.

2.На основании анализа приведенных в диссертации экспериментальных исследований автором сформулированы основные рабочие гипотезы общей нелинейной (двухкомпонентной) теории ползучести бетона, на основе которых разработаны основные нелинейные уравнения теории.

3 Предложены функции, характеризующие компоненты деформаций ползучести, а также вариант уравнений для сложного напряженного состояния. Показано, что из нелинейных уравнений двухкомпонентной теории ползучести бетона, как частные случаи, получаются уравнения других феноменологических теорий ползучести.

4.Для практического использования двухкомпонентной теории ползучести бетона автором получены решения нелинейных интегральных уравнений состояния, которые сводятся к уравнениям двух типов. При решении этих уравнений использовался метод малого параметра в сочетании с операционным методом. Доказана сходимость полученных решений.

5 Впервые доказана теорема, согласно которой скорость изменения необратимой деформации определяется только действующим напряжением. Напряжения большего (ранее действовавшего) уровня не оказывают влияния на скорость необратимой деформации ползучести бетона.

6. Доказан фундаментальный принцип Гвоздева - Галустова , который (по аналогии с принципом Вольтера, решающего задачи в рамках линейной теории ползучести) позволяет решать задачи в рамках общей нелинейной теории ползучести бетона.

7.Получены новые экспериментальные данные о характере деформирования бетона во времени и характере перераспределения напряжений между арматурой и бетоном во времени.

8. Разработан (и экспериментально обоснован) метод прогнозирования перераспределения напряжений между бетоном, арматурой и герметичной облицовкой. На примере железобетонных энергетических сооружений даны оценки их трещиностойкости и функциональной пригодности.

9.Для широкого применения нелинейной двухкомпонентной теории ползучести бетона в инженерной практике в диссертации разработаны методы решений конкретных железобетонных конструкций, использующихся в промышленном, гражданском (жилищном) и энергетическом строительстве. Приведены примеры построения функций напряжений и длительности действия нагрузки для различных законов изменения нагрузки.

10. Обоснование точности полученных решений осуществлялось путем сопоставления результатов расчетов с данными опытных и натурных наблюдений по целому ряду конструкций и эксплуатируемых сооружений.

11.Разработан метод прогнозирования изменения (вследствие ползучести бетона) напряженного состояния в цилиндрической предварительно напряженной железобетонной защитной оболочке АЭС. На базе разработанных в диссертации методов расчета появилась возможность прогнозировать длительную трещиностойкость защитной оболочки и определять максимально возможный процент армирования железобетона, не приводящий к нарушению трещиностойкости оболочки.

12.На основании нового метода расчета автором предложены усовершенствованные схемы армирования и рекомендована технология строительства напорных водоводов ГАЭС.

13. Показаны области применения других феноменологических теорий ползучести бетона и режимы изменения внешних нагрузок, где их применение не приводит к существенным погрешностям при расчете конкретных сооружений.

14. Разработанная автором общая нелинейная теория ползучести отражает современные знания относительно основных свойств бетона, является развитием наследственной теории старения, а также идей П.И Васильева, А.А. Гвоздева.

Двухкомпонентная теория ползучести бетона позволяет не только более правильно рассчитывать ответственные железобетонные конструкции, но и объяснять многие явления, обнаруженные ранее (экспериментально), но не объясняемые существующими теориями ползучести бетона.

Двухкомпонентная теория ползучести бетона является общей теорией, т.к. из нее, как частный случай, получаются уравнения теории старения, теории упругой наследственности и наследственной теории старения.

15. Результаты работы реализованы автором на практике, при обосновании проектных решений и мероприятий по конструированию конкретных сооружений, а также непосредственно при строительстве ряда энергетических сооружений.

Список работ по теме диссертации

Монография

1. Галустов К.З. Нелинейная теория ползучести бетона и расчет железобетонных конструкций. Москва Издательство ФМ., 2006г. -16 п.л.

Публикации в журналах.

1.Гвоздев А.А., Галустов К.З., Яшин А.В. Об уточнении теории линейной ползучести бетона. Инж. Ж. « Механика твердого тела», АН СССР, 6, 1967, .

2. Гвоздев А.А., Галустов К.З., Яшин А.В. О некоторых отступлениях от принципа наложения в теории ползучести бетона. Ж. «Бетон и железобетон», 1967, № 8

3. Галустов К.З. , Гвоздев А.А., К вопросу о нелинейной теории ползучести бетона при одноосном сжатии, Изв. АН. СССР, «Механика твердого тела», 1972, №1

4. Галустов К.З. Решение релаксационной задачи двухкомпонентной теории ползучести бетона. Ж.«Строительная механика и расчет сооружений», 1975, № 5.

5.Галустов К.З. Расчет толстостенных железобетонных корпусов, с учетом ползучести бетона. Ж «Энергетическое строительство», 1983, № 1.

6. Галустов К.З , Коневский В.П., Малявин В.П., Любачко Ю.С. Результаты экспериментального исследования опытного корпуса высокого давления из предварительно - напряженного железобетона. Ж.« Бетон и железобетон», 1983, № 11

7. Галустов К.З. Решение задачи о перераспределении напряжений между арматурой и бетоном во времени. Ж « Строительная механика и расчет сооружений», 1985, № 6.

8 . Галустов К.З., Перфилов О.Л., Павлов А.Б.. Железобетонная опора для ветроэнергетической установки большой мощности. Ж.« Бетон и железобетон», 1986, № 2.

9. Галустов К.З. , Салов В.М., Николаев В.Б, Спиркин В.Я. Экспериментальные исследование работы металлической облицовки герметичных боксов при высоких температурах и избыточном давлении. Ж. «Энергетическое строительство» ,№10,1983г.

10.Галустов К.З. Трещиностойкость предварительно - напряженых железобетонных водоводов большого диаметра. Ж « Бетон и железобетон» 2007г №2.

11. Галустов К.З. Современные тенденции использования железобетона в атомной энергетике. «ACADEMIA РААСН архитектура и строительство», №1, 2007г.

12.Галустов К.З. Карпенко Н.И. К юбилею А.А.Гвоздева. Ж « Бетон и железобетон», 2007г., № 2.

13. Галустов К.З. Учет ползучести бетона при расчете железобетонных конструкций современных АЭС. Ж. « Бетон и железобетон», 2007г., №3.

14. Галустов К.З. Ползучесть бетона и феноменологические теории, при расчете железобетонных сооружений. Вестник Отделения строительных наук РА АиСН выпуск № 11

15.Галустов К.З. К вопросу об упруго-мгновенных деформациях в теории ползучести бетона. Ж « Бетон и железобетон», 2008г, № 5.

16. Галустов К.З. Об особенностях учета упругих деформации в нелинейных теориях ползучести бетона. Вестник Отд. строительных наук РА АСН выпуск № 12 2008.

17.Галустов К.З. « Учет ползучести бетона при сложном напряженном состоянии» Ж. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, №3, 2008г.

18. Галустов К.З. « Влияние ползучести бетона на напряженно- деформированное состояние железобетонных сооружений».

Ж. Промышленное и гражданское строительство, № 6, 2008г.

19. Галустов к.З. « Некоторые вопросы теории ползучести бетона».

ACADEMIA РААСН архитектура и строительство», №4, 2008г.

20. Галустов К.З. «Расчет несущих элементов конструкций жилых и общественных зданий с учетом фактора времени» Ж. Жилищное строительство, № 5, 2008г.

21. Галустов к.З. « Некоторые представления о ползучести бетона». Ж. Строительные материалы, № 5, 2008

Публикации в трудах конференций и сборниках трудов.

1. Галустов К.З., Яшин А.В. Влияние разгрузки на деформации и теория ползучести бетона. Сб. Научных трудов ЦНИИС, 1967,№11.

2.Галустов К.З. Необратимые деформации ползучести бетона при невысоких напряжениях сжатия. Сб. трудов .конференции по проблеме ползучести и усадки бетона. Киев, Стройиздат, 1969.

3. Гвоздев А.А., Галустов К.З. , Яшин А.В. К вопросу об уточнении теории линейной ползучести бетона. Сб. тр. НИИЖБ Госстроя СССР Особенности деформаций бетона и железобетона. М., Строийздат, 1969.

· Жирным шрифтом выделены статьи, опубликованные автором за последние 5 лет в рецензируемых журналах рекомендованных ВАК.

4.Галустов К.З. К вопросу о деформациях ползучести бетона искусственных сооружений. Сб. тр. БелДорНИИ « Строительство и эксплуатация автодорог и мостов», Минск, изд-во « Наука и техника», 1971.

5.Галустов К.З. Работа изгибаемых элементов пролетных строений мостов под переменными нагрузками. Сб. трудов БелДорНИИ « Стр-во и эксп. автодорог и мостов», Минск, изд-во «Наука и техника», 1971.

6. Галустов К.З. Влияние характера изменения нагрузки на необратимые деформации бетона. Сб.тр. к Y11 Всесоюзной конференции .по бетону и ж.б. Минск, изд-во «Полымя»,1972.

7. Галустов К.З., КолесниковН.А. Влияние армирования на деформации центрально-сжатого бетона. Сб. тр. БелДорНИИ «Стро-во и эксп. автодорог и мостов», Минск, 1973.

8. Галустов К.З. Вайнер С.Б. Аналитическая форма записи необратимой деформации 1-го рода двухкомпонентной теории ползучести бетона для некоторых законов изменения нагрузки. Сб.тр. БелДорНИИ « Стр-во и эксп. автодорог и мостов», Минск, 1973

9. Галустов К.З. Влияние уровня разгрузки на деформации последействия бетона. Сб.тр. НИИЖБ « Длительные деформативные процессы в бетонных и железобетонных конструкциях» М.1966.

10. Галустов К.З. Влияние деформаций ползучести на характер перераспределения напряжений в центрально - сжатом железобетонном элементе. Сб. тр. БелДорНИИ «Стр-во и эксп. дорог и мостов». Минск, 1974.

11. Галустов К.З. Вайнер С.Б. Влияние частоты изменения длительной периодической нагрузки на характер проявления ползучести бетона. Сб.тр. БелДорНИИ «Стро-во и эксп. автодорог и мостов», Минск, 1974.

12.Галустов К.З., Вайнер С.В. Расчет центрально - сжатого железобетонного элемента при воздействии на него многократной ступенчато - изменяющейся нагрузки. Сб. тр. БелДорНИИ, Стр- во и эксп. автодорог и мостов. Минск, 1975.

13.Гвоздев А.А., Галустов К.З., Яшин А.В. Опыт уточнения теории ползучести бетона. Тр. Кординационного совещания по гидротехнике, вып, 54, «Динамика гидротехнических сооружений», Л., 1970.

14. Галустов К.З.,, Абаджян К.А., Павлов А.Б. Подводные АЭС: повышенная безопасность, экологическая чистота и эффективность. Доклад на конференции Американского Ядерного Общества г. Сан - Франциско США ноябрь 1991г. Сертификат Ядерного Общества.

15..Галустов К.З. и др. Атомная электорстанция нового поколения на

основе наплавной технологии. Тезисы доклада на 1-й Всесоюзной конференции Ядерного общества СССР. (Обнинск, июнь 1990г.) Ядерное общество СССР, М. 1990,

16.Галустов К.З., Санжаровский Р.С. Современный опыт теории ползучести бетона. Юбилейный сборник научных статей к 80-летию НИИЖБ им А.А. Гвоздева. Москва 2007г.

17. Галустов К.З. Карпенко Н.И. К 110-й годовщине со дня рождения Гвоздева А.А. Вестник отделения строительных наук. РА АСН № 11 2007г.

18. Галустов К.З. Современные тенденции использования железобетона в атомной энергетике. РААСН « ACADEMIA архитектура и строительство» №1. 2007г.

19. Galustov.K.Z. “ Underwater nucler power plans: improved safety environmental compatibility,and efficiency.” Аmerican Nuclear Society. АUTHOR RECOGNITION THIS CERTIFICATE Presenter at the ANS Meeting , San Francisco, CA. 1991

ПАТЕНТЫ И ИЗОБРЕТЕНИЯ.

1. Велихов Е.П., Галустов К.З., Усачев И.Н. и др. Способ возведения

крупноблочного сооружения в прибрежной зоне водоема и плавкомплекс для осуществления способа . Патент на изобретение № 2195531.

2.Галустов К.З., и др. Морская энергетическая установка и способ ее возведения. Патент на изобретение №1712534 приоритет 18 мая 1989г. (АЭС с подводным расположением РО).

размещенная на шельфе. Патент на изобретение № 1721179, 14 .09.1989.

4. Галустов К.З., Абаджян К.А. и др. Морское энергетическое сооружение. Патент на изобретение № 1752865. Приоритет 16.10. 1989г.

5.Галустов К.З., Абаджян К.А, Рылов И.И. Установка для транспортирования водным путем строительных конструкций. Патент на изобретение

№ 1740242, приоритет 30.03.1089г.

6.Абаджян К.А.,Галустов К.З.и др. Гидротехническое наплавное сооружение. ( Буровая платформа). Патент на изобретение № 1770523, 19 06. 1990г.

7. Бритвин С.О, Галустов К.З., Усачев И.Н.Историк Б.Л, Шполянский Ю.Б. Гидротурбинная установка Патент на изобретение № 2216644 27.12 2001г.

8. Галустов К.З. и др. Корпус высокого давления. Авт. свидетельство на изобретение №620572, приоритет 11.03.1977г.

9. Галустов К.З. и др. Железобетонный корпус высокого давления. Авторское свид. на изобретение №637521, приоритет 11 .05.1977г.

10. Галустов К.З. и др. Железобетонный корпус высокого давления.Авторское свидетельство. на изобретение №687220, 27.03.1978г.

11. Галустов К.З. Тепловая изоляция железобетонного корпуса атомного реактора. Авт. свид. на изобретение № 788869, 27.12.1978г

12. Галустов К.З. и др. Корпус высокого давления. Авторское свидетельство . на изобретение № 607835, 30 12.1976г.

13.Рылов И.И., Галустов К.З. , и др. Способ снятия атомной электростанции с эксплуатации. Авторское свид. на изобретение. № 9510035 , 12.05.1996.

14.Галустов К.З., Абаджян К.А, Усачев И.Н., Историк Б.Л. и др. Наплавной блок гидротехнической установки. Авторское свидетельство на изобретение № 4901041/15. 09,01. 1992г.

Размещено на Allbest.ru