Розрахунок стін теплових споруд з урахуванням повзучості кладки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури

УДК 624.04+539.376:692.2

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Розрахунок стін теплових споруд з урахуванням повзучості кладки

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Мозговий Андрій Олексійович

Харків 2000

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи і ступінь дослідженості тематики дисертації.

Проблема подовження терміну експлуатації теплових споруд є актуальною задачею, вирішення якої для України має важливе значення. В особливо складних умовах працюють коксові батареї, основними конструктивними елементами яких є обігрівальні простінки. Специфіка їх роботи полягає в сприйнятті силових і температурних впливів, змінних у часі. Вогнетривка кладка простінка виповнюється з динасових елементів на в'яжучему мертелі.

Встановлення більш жорстких режимів експлуатації коксових батарей, погіршення якості сировини сприяє скороченню терміну експлуатації обігрівальних простінків.

Одним з чинників руйнування простінків є надмірний розвиток деформацій повзучості вогнетривкої кладки.

Існуючі методики прогнозування ресурсу конструкцій обігрівальних простінків не враховують властивостей вогнетривкої кладки, що впливає на надійність оцінки ресурсу часу до руйнування. Тому вдосконалення методів оцінки напружено-деформованого стану (НДС) з урахуванням високотемпературної повзучості вогнетривкої кладки є важливим та актуальним і дозволить більш достовірно прогнозувати ресурс часу до руйнування конструкцій обігрівальних простінків та розробляти методи спрямованого формування їх НДС.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконана за тематикою науково-дослідної роботи кафедри «Будівельна механіка» Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури «Розробка методики розрахунку просторових конструкцій з урахуванням нелінійних властивостей матеріалу на базі універсального обчислювального комплексу», № д.р. 019.3U029848.

Мета і задачі роботи.

Метою роботи є створення методики розрахунку стін теплових споруд з урахуванням властивостей кладки і визначення ресурсу часу конструкцій, розробка на її основі засобів підвищення їх експлуатаційної надійності.

Для досягнення поставленої мети необхідне розв'язання таких задач:

1. Дослідження впливу нестаціонарної температурної дії на НДС обігрівального простінка з урахуванням нелінійності деформування динасу.

2. Визначення параметрів режиму навантаження конструкції обігрівального простінка, оцінка напруженого стану і розподілу температури в конструкції.

3. Визначення параметрів пластичного плину динасового мертелю.

4. Розробка методики прогнозування високотемпературної повзучості вогнетривкої кладки обігрівальних простінків.

5. Розробка технічних рішень, забезпечуючих подовження терміну експлуатації обігрівальних простінків коксових батарей.

6. Впровадження результатів роботи.

Об'єктом дослідження є стіни теплових споруд із вогнетривких матеріалів, які підпадають під вплив високих температур і силових навантажень, змінних у часі.

Предметом дослідження є напружено-деформований стан стін теплових споруд з урахуванням властивостей кладки, закономірності тривалої роботи стін в умовах нестаціонарного температурно-силового навантаження.

Основні методологічні положення роботи.

Визначення НДС конструкції обігрівального простінка від силових і температурних впливів виконано чисельно з використанням методу скінчених елементів (МСЕ).

Для визначення високотемпературної повзучості динасового мертелю в інтервалі температур 1100?1300?С використана пружнов'язкопластична модель з внутрішнім параметром у вигляді рівноважного напруження, теоретично обґрунтована можливість використання пружнов'язкопластичної моделі для дослідження високотемпературної повзучості динасового мертелю.

Наукова новизна одержаних результатів:

- досліджено вплив нестаціонарної температурної дії на НДС обігрівального простінка з урахуванням фізично нелінійних властивостей динасу;

- визначені параметри пластичного плину динасового мертелю МДК-1; запропоновані аналітичні залежності для узагальнених - і -діаграм повзучості динасового мертелю в інтервалі температур 1100?1300?С, які встановлюють залежність між деформацією повзучості мертелю та режимом температурно-силового навантаження;

- розроблено методику прогнозування високотемпературної повзучості вогнетривкої кладки, побудовану на використанні узагальнених діаграм повзучості динасу й динасового мертелю;

Практична цінність роботи.

Розроблена методика розрахунку конструкцій стін теплових споруд з урахуванням властивостей вогнетривкої кладки, алгоритм оцінки напружено-деформованого стану від нестаціонарної темпера-турної дії дозволяють раціонально проектувати конструкції стін нових теплових споруд та вдосконалювати режими експлуатації існуючих.

Особистий внесок здобувача.

Усі результати дисертаційної роботи отримані особисто автором:

- досліджено вплив нестаціонарної температурної дії на НДС обігрівального простінка в районі крайніх опалювальних каналів з урахуванням фізичної нелінійності динасу;

- виявлено чинники утворення вертикальних тріщин в головочній частині обігрівальних простінків;

- обґрунтовано можливість використання пружнов'язкопластичної моделі для дослідження високотемпературної повзучості динасового мертелю;

- визначено параметри пластичного плину динасового мертелю МДК-1;

- запропоновано залежності для опису узагальненої діаграми повзучості динасового мертелю в інтервалі температур 1100?1300?С;

- розроблено модель тривалого деформування вогнетривкої кладки, яка побудована на використанні узагальнених діаграм повзучості динасу й динасового мертелю;

- розроблено засіб прогнозування високотемпературної повзучості кладки обігрівальних простінків при змінних напруженнях і постійних температурах, при змінних напруженнях і температурах, побудований на використанні ефективної температури, яка є функцією напруження й температури в часі;

- встановлено вагомий внесок деформацій повзучості динасового мертелю в деформацію повзучості вогнетривкої кладки;

- розроблено методику розрахунку часу до руйнування конструкцій теплових споруд з урахуванням властивостей кладки та реальних режимів навантаження;

- запропоновано засіб цілеспрямованого формування напруженого стану стін теплових споруд їх попереднім напруженням.

Впровадження результатів роботи. Методику оцінки терміну часу до руйнування конструкцій обігрівальних простінків коксових батарей з урахуванням властивостей кладки впроваджено в Державному інституті по проектуванню підприємств коксохімічної промисловості.

Апробація роботи. Головні положення роботи доповідались та обговорювались на 52,53,54,55 науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури 1997-2000 рр.

Публікації. Основні положення дисертації опубліковано в 7 наукових статтях.

Обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 4 розділів, висновку, списку літератури, додатку і налічує 168 стор., в тому числі 127 стор. машинописного тексту, 10 таблиць (7 стор.), 42 рисунка (20 стор.), додатка (2 стор.). Список літератури складається із 142 джерел (в тому числі 126 робіт вітчизняних і 16 робіт зарубіжних авторів, 12 стор.).

Зміст роботи

розрахунок стіна теплова споруда

В першому розділі розглянуто конструкції теплових споруд, робота яких полягає у сприйнятті нестаціонарних силових та температурних впливів. До одного з найбільш поширених типів зазначених споруд належить коксова батарея. Основним конструктивним елементом батареї є обігрівальний простінок, вогнетривка кладка якого виповнюється з динасових елементів на в'яжучему мертелі. Виконано аналіз робіт, присвячених експериментальним дослідженням фізико-механічних властивостей вогнетривких матеріалів, які використовуються для мурування обігрівальних простінків коксових батарей. Відомості щодо властивостей динасу приведені в роботах Кайнарського І.С., Френкеля А.С., Вішневського І.І. Високотемпературна повзучість динасу при нестаціонарних температурних і силових впливах дослід-жена в роботах Вішневського І.І., Ромаська В.С., Ярового Ю.М. Для опису процесу повзучості динасу використана пружнов'язкопластична модель, яка застосовувалась раніше для опису повзучості широкого класу вогнетривів.

Розглянуто сучасні методики визначення НДС вогнетривких конструкцій, однак вони недостатньо точно враховують властивості вогнетривкої кладки.

Властивості динасового мертелю та вогнетривкої кладки практично не досліджені. Відомі одиничні експерименти, присвячені дослідженню високотемпературної повзучості динасового мертелю й динасових зразків з мертельним швом.

Дослідженню повзучості конструкцій, розробці методів розрахунку, оцінці перерозподілу напружень від повзучості, усадки бетону та впливу температурних факторів присвячені роботи Александровського С.В., Барашикова О.Я., Бондаренко В.М., Гвоздєва А.А., Голишева О.Б., Гольденблата І.І., Маіляна Л.Р., Работнова Ю.М., Фоміна С.Л., Чихладзе Є.Д., Щербакова Є.М.

Суттєвий внесок у розвиток уявлень про міцність та деформативність кам'яної кладки внесли Оніщик Л.І., Поляков С.В., Морозов М.В., Семенцов С.О., Давидов М.Ф., Калашников Є.К., Камейко В.Л., Вахненко П.Ф., Донченко О.М., Андеррег Ф., Броккер О., Коннор К., Парсон Л..

Однак існуючі емпіричні залежності, які моделюють поведінку кам'яних кладок як при короткочасних, так і при довготривалих навантаженнях, добре відображають особливості роботи кладок на розчинах середньої міцності. Для кладок з тонкими швами, високоміцним камінням та розчином погрішності при використанні стандартних залежностей можуть бути суттєвими.

Запропоновані у вказаних дослідженнях методи опису повзучості конструкцій адаптувати стосовно до несучих елементів із вогнетривких матеріалів, які експлуатуються в умовах високих температур, дуже складно, що й визначає необхідність проведення подальших досліджень і розробок.

На основі проведеного аналізу стану питання визначені задачі дослідження.

Другий розділ присвячено побудуванню алгоритму визначення НДС обігрівального простінку від силової дії з урахувнням властивостей кладки.

В процесі експлуатації обігрівальний простінок сприймає стаціонарні силові дії: анкерне обтяження, вага перекриття, власна вага кладки. До нестаціонарних силових дій слід віднести нескомпенсований тиск ”розпирання”, гальмування й вагу вуглезавантажувального вагона.

Для оцінки роботи конструкцій теплових споруд застосовано метод розрахунку за граничним станом, у відповідності з чим обігрівальні простінки повинні відповідати умовам забезпечення несучої здатності та придатності до нормальної експлуатації.

Вогнетривка кладка обігрівального простінка характеризується нелінійною залежністю ?. Для визначення НДС конструкцій теплових споруд використано метод пружних рішень у формі змінних параметрів пружності. Нелінійне розподілення температур по товщині плити приводить до нелінійного розподілення вздовж висоти перерізу деформаційних характеристик. Зазначене враховується введенням єдиного для перерізу приведеного модуля деформацій.

Вогнетривка кладка обігрівального простінка моделюється вертикальними та горизонтальними шарами, які мають властивості динасу й динасового мертелю. Шари динасу й мертелю входять до моделей простінка пропорційно їх ваговим часткам.

Виконано побудування скінчено-елементних моделей обігрівального простінка з урахуванням властивостей кладки; обраний тип і розмір скінчених елементів; згідно з принципом Рунге-Кута досліджено залежність точності рішення від розміру скінченого елемента.

Для визначення НДС обігрівального простінка від зусиль анкеражу використана розрахункова модель, яка представлена плоскою неоднорідною пластиною змінної товщини.

Простінок має вертикальну вісь симетрії, розрахунок виконано для половини простінка. Частка моделі простінка шириною 1,4м являє масив кладки плити перекриття, частка шириною 0,99м моделює масив кладки вище рівня обігріву, подвоєна товщина гріючої стінки складає 0,21м.

Для динасу модуль пружності складає Д=13,1?103 МПа, для динасового мертелю М=3?103 МПа. Коефіцієнт Пуассона динасу та мертелю =0,2.

Зусилля анкеражу NA та QA діють на торцевій вертикальній поверхні простінка.

Дискретизація моделі простінка виконана плоскими прямокутними скінченими елементами. Розрахункова схема складається з 3819 елементів і 3944 вузлів.

Найбільші значення напружень і переміщень спостерігаються на торцевій вертикальній поверхні простінка. При віддаленні від країв простінка напруження й переміщення згасають. Нормальні напруження на вертикальних площинах вздовж вертикальної осі симетрії складають 30? від напружень на краю простінка.

Встановлено, що зусиль анкеражу недостатньо для компенсації розтягуючих напружень, виникаючих внаслідок нестаціонарної температурної дії.

Для визначення НДС обігрівального простінка від нескомпенсованого тиску ”розпирання” використана модель кладки обігрівального простінка, яка складається із шарів динасу та динасового мертелю.

Модель обігрівального простінка являє прямокутну плиту довжиною 16м, висотою 7м і товщиною 0,99м. Граничні умови задані в переміщеннях. На верхній і нижній сторонах обмежені переміщення в напрямку осей X, Y, Z. На торцевих поверхнях обмежені переміщення із площини простінка. Нескомпенсований тиск ”розпирання” у вигляді рівномірно розподіленого навантаження діє нормально до серединної поверхні простінка.

Модель простінка складається з 3818 вузлів і 3690 прямокутних скінчених елементів.

Виконано оцінку НДС обігрівального простінка при роботі вуглезавантажувального вагона. Встановлено, що сумарні стискаючі напруження у нижньому перерізі простінка досягають величини 100 кПа від ваги вагону та гальмування.

Запропоновано розрахункову методику управління напруженим станом обігрівального простінка зусиллями анкеражу. Збільшення зусиль анкеражу до 200?220 кН дозволяє подовжити час роботи до появи тріщин в районі крайніх опалювальних каналів.

Третій розділ присвячено побудуванню методики розрахунку обігрівальної стіни від температурної дії.

В процесі експлуатації простінок піддається впливу нестаціонар-ного температурного поля, яке в тілі простінка розподілено нерівно-мірно і змінюється впродовж періоду коксування ( годин).

Перепад температур за висотою опалювального каналу не перевищує величини 100?120?С при висоті простінка 5?7м, в області масових вертикалів температурний перепад за довжиною (12?15м) складає 40?60?С. Визначення температур кладки простінка виконано за емпіричною формулою, що законструйована раніше на основі експери-ментальних вимірів температур.

Зона масових вертикалів (з 5-го по 28-й) характеризується стабільністю температур. На протязі періоду коксування температура не знижується менш 850?С, тому стан вогнетривкої кладки не відрізняється від ненапруженого в початковий момент часу.

Зона крайніх вертикалів (з 1-го по 4-й і з 29-го по 32-й) характеризується значним падінням температур від 1100?С до 450?С в районі першого опалювального каналу.

Для точок на поверхні простінка, в яких спостерігається найбільше падіння температур, побудовано криві їх змінення впродовж періоду коксування. Криві розділені на часові інтервали, у межах яких температура змінюється на величину . У вказані моменти часу визначені температурні поля у всієї моделі простінка. Для кожного скінченого елементу, у точці з координатами його центра ваги, визначена температура у початковий момент часу та температура у наступний момент часу . Різниця температур прийнята як величина температурного впливу на скінчений елемент.

Для кожного скінченого елементу вираховані значення температурного коефіцієнта лінійного розширення, модуля пружності і модуля зсуву при температурі , що визначається:

(1)

Опис механічних властивостей динасу побудований на основі експериментальних залежностей модуля пружності й модуля зсуву, температурного коефіцієнту лінійного розширення динасу від температури.

Шарнірно-нерухомі опори на торцевій поверхні простінка моделюють вплив анкерних колон і дверей. Жорстке защемлення імітує вплив частини простінка, яка не входить в розрахункову модель.

Для дискретизації моделі простінка використані просторові скінчені елементи у вигляді прямокутних паралелепіпедів. Загальна кількість вузлів розрахункової схеми 2516, загальна кількість елементів 1018.

Отримані результати свідчать про те, що в місцях руйнування вогнетривкої кладки нормальні розтягуючі напруження досягають величини, порівняної з межою міцності динасу на розтягання.

У четвертому розділі виконано оцінку роботи обігрівальної стіни з урахуванням деформацій повзучості кладки.

Для опису повзучості динасового мертелю використана пружнов'язкопластична модель з внутрішнім параметром у вигляді рівноважного напруження.

Випробування зразків динасового мертелю МДК-1 проведені при температурах 1100?С, 1200?С, 1300?С і 1400?С. При навантаженні 0.2 і 0.6 Н/мм2 випробовувались вихідні зразки та зразки, попередньо обпалені при температурах випробувань. Випробування тривали 50?100 годин.

За результатами експериментів для температур 1100?С, 1200?С і 1300?С побудовані -діаграми повзучості динасового мертелю, які встановлюють зв'язок між деформацією повзучості та параметром , який визначається:

, (2)

де -напруження; Па;

-час, г.

При всіх температурах діаграми мають лінійний характер, нахил прямих приблизно однаковий (). Середне значення кутів нахилу прямих 0,367.

Використовуючи значення деформації для перерізу 4?1012 Па2 ? г побудований графік Ареніуса в координатах і .

Для використано середнє значення 0,367 кутів нахилу прямих на -діаграмах і в обраних координатах отримана пряма лінія, рівняння якої:

, (3)

де -температура.

Значення енергії активації повзучості динасового мертелю МДК-1:

Дж/моль К (4)

де -універсальна газова стала.

Отриманий результат свідчить про відносно слабку температурну активацію повзучості динасового мертелю в порівнянні з динасом.

Введення узагальненої координати, незалежної від температури дозволило побудувати узагальнену -діаграму повзучості динасового мертелю.

, (5)

Постійність енергії активації повзучості і показника ступеня визначає адекватність пружнов'язкопластичної моделі, покладену в основу аналізу деформацій повзучості динасового мертелю. Побудована -діаграма в логарифмічних координатах зображена прямою.

Побудування -діаграми виконано в інтервалі температур 1100?1300?С. Точки, які відносяться до різних температур, гуртуються біля спільної прямої, рівняння якої:

, (6)

де -кут нахилу прямої на -діаграмі.

Рівняння (6) справедливо у всьому дослідженому діапазоні аргументу . Експериментально отримані величини деформації можуть відповідати значному часу , порівняно з реальним часом експлуатації вогнетривів у теплових спорудах ?104 г.

Деформація повзучості вогнетривкої кладки складається з деформацій повзучості динасу й динасового мертелю з урахуванням їх вагових часток:

, (7)

де ,-вагова частка динасу, мертелю;

,-деформація повзучості динасу, мертелю.

Узагальнені діаграми повзучості динасу та динасового мертелю дозволяють прогнозувати деформаційні властивості кладки обігрівальних простінків шляхом визначення межових значень деформацій повзучості:

, (8)

де -емпіричні коефіцієнти;

,-параметри пластичного плину динасу.

Деформація повзучості кладки, яка вирахована за допомогою формули (7), співпадає з деформаційними кривими, отриманими експериментально. Межовий стан кладки простінка настає при досягненні деформацією повзучості межової величини = 0,3 ?.

Встановлено, що внесок деформації повзучості динасового мертелю в деформацію повзучості вогнетривкої кладки складає від 20? до 35?40? в залежності від часу експлуатації.

Розвиток деформацій повзучості кладки в конструкції обігрівального простінка проходить нерівномірно, внаслідок цього відбувається перерозподіл напружень по поверхні. Ступінь зменшення напружень оцінена коефіцієнтом згасання напружень, який для динасу зменшується від 1 до 0,305 за час 30 годин, для динасового мертелю коефіцієнт зменшується від 1 до 0,07 за час 20 годин.

Результати розрахунків свідчать, що деформації повзучості вогнетривкої кладки досягають межової величини за 1.5?104?2?104 циклів навантаження обігрівального простінка.

Методику оцінки ресурсу часу стін теплових споруд з урахуванням повзучості кладки впроваджено в Державному інституті по проектуванню підприємств коксохімічної промисловості.

Висновки

1. Стосовно до конструкції обігрівального простінка розв'язана квазістатична задача термопружності. Оцінено вплив нестаціонарної температурної дії на НДС простінка. Розроблена модель простінка у вигляді багатозв'язної плити. Механічні властивості кладки представлені залежностями модуля пружності та модуля зсуву динасу від температури. Враховано нелінійне розширення динасу в залежності від температури.

Виявлені чинники утворення вертикальних тріщин в головочній частині обігрівальних простінків. Нормальні розтягуючі напруження, викликані нестаціонарною температурною дією, досягають величини межи міцності динасу при розтягуванні.

2. За результатами експериментальних досліджень високо-температурної повзучості динасового мертелю визначені параметри пластичного плину: величина енергії активації повзучості динасового мертелю МДК-1 = 172878 Дж/моль?К, 0,367. Запропановано аналітичні залежності для узагальнених - і -діаграм повзучості динасового мертелю в інтервалі температур 1100?1300?С, обгрунтовано застосування пружнов'язкопластичної моделі для опису високотемпературної повзучості мертелю.

3. Запропоновано модель тривалого деформування вогнетривкої кладки, що заснована на використанні узагальнених -діаграм повзучості динасу й динасового мертелю. Деформація вогнетривкої кладки складається із деформацій повзучості динасу та мертелю пропорційно їх ваговим часткам.

Встановлено вагомий внесок деформації повзучості мертелю в деформацію повзучості вогнетривкої кладки в режимі циклічного навантаження: 20? за 103 циклів навантаження, 50? за 3?104 циклів.

4. Запропоновано засіб прогнозування високотемпературної повзучості вогнетривкої кладки обігрівальних простінків при змінних напруженнях і постійних температурах, при змінних напруженнях і температурах.

5. Запропоновано методику визначення ресурсу конструкцій обігрівальних простінків коксових батарей з урахуванням властивостей вогнетривкої кладки і реальних режимів навантаження.

6. Запропоновано спосіб цілеспрямованого формування напруженого стану обігрівального простінку зусиллями анкеражу. Збільшення зусиль анкеражу до 200?220 кН дозволяє подовжити час до появи тріщин в районі крайніх опалювальних каналів.

7. Методику оцінки терміну часу до руйнування конструкцій обігрівальних простінків з урахуванням властивостей кладки, алгоритм визначення напружено-деформованого стану простінка від нестаціонарної температурної дії та технічні рішення, спрямовані на подовження терміну експлуатації конструкцій обігрівальних простінків коксових батарей, впроваджено в Державному інституті по проектуванню підприємств коксохімічної промисловості.

Публікації

1. Яровой Ю.Н., Мозговой А.А., Лобов А.А. Оценка напряженно-деформированного состояния обогревательного простенка коксовой батареи при работе углезагрузочного вагона // Кокс и химия.-1996.-№10.-С.17-20.

2. Мозговой А.А., Яровой Ю.Н. Постановка задачи расчета напряженно-деформированного состояния огнеупорных конструкций с учетом ортотропных свойств кладки // Вестник ХГПУ, вып.7, ч.2. Харьков: ХГПУ, 1997.-С.18-19.

3. Яровой Ю.Н., Мозговой А.А., Шевченко В.А. Об определении предела прочности при сжатии огнеупорных материалов // Кокс и химия.-1998.-№7.-С.19-21.

4. Лобов А.А., Яровой Ю.Н., Мозговой А.А., Рубчевский В.Н., Шакун Г.В., Чернышов Ю.А. Совершенствование методики расчета обогревательного простенка от усилий анкерного обжатия // Кокс и химия.-1999.-№3.-С.14-18.

5. Яровий Ю.М., Мозговий А.О. Визначення актіваційних характеристик повзучості динасового мертелю для коксових батарей // Науковий вісник будівництва, вип.9. Харків: ХДТУБА, 2000.-С.113-116.

6. Мозговий А. О. Визначення напружено-деформованого стану обігрівального простінка від нестаціонарної температурної дії // Зб. наук. пр., вип. 42, ч. 1. Харків: ХарДАЗТ, 2000.-С.77-81.

7. Мозговой А. А. Моделирование высокотемпературной ползучести огнеупорной кладки конструкций тепловых сооружений // Коммунальное хозяйство городов: Научн.-техн. сб. Вып. 23.- К.: Техника, 2000.-С.143-145.

Анотація

Мозговий А.О. Розрахунок стін теплових споруд з урахуванням повзучості кладки.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01-будівельні конструкції, будівлі та споруди.-Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2000.

Дисертаційна робота присвячена розробці методики розрахунку стін теплових споруд з урахуванням властивостей вогнетривкої кладки та реальних режимів навантаження. Виконана оцінка напружено-деформованого стану обігрівального простінка від силових навантажень і нестаціонарної температурної дії. Запропоновані розрахункові моделі простінка, які враховують властивості вогнетривкої кладки.

Визначені параметри пластичного плину динасового мертелю, обґрунтовано існування узагальнених діаграм повзучості динасового мертелю в інтервалі температур 1100?1300?С.

Розроблена модель деформування вогнетривкої кладки в умовах високотемпературної повзучості. Встановлено вагомий внесок деформації повзучості вогнетривкого розчину в деформацію повзучості кладки.

Виконана оцінка ресурсу часу до руйнування вогнетривкої кладки обігрівального простінка при циклічному навантаженні.

Ключові слова: стіна теплової споруди, властивості вогнетривкої кладки, високотемпературна повзучість, параметри пластичного плину, ресурс часу до руйнування.

Аннотация

Мозговой А.А. Расчет стен тепловых сооружений с учетом ползучести кладки.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01-строительные конструкции, здания и сооружения.- Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2000.

Диссертационная работа посвящена разработке методики расчета конструкций стен тепловых сооружений с учетом свойств огнеупорной кладки и реальных режимов нагружения. Выполнена оценка НДС обогревательного простенка от стационарных и нестационарных силовых нагрузок с учетом уточненных граничных условий. Используемые расчетные модели простенка учитывают свойства огнеупорной кладки. Кладка простенка моделируется чередующимися вертикальными и горизонтальными слоями динаса и динасового мертеля пропорционально весовым долям. Определены параметры циклического нагружения конструкции простенка, оценено напряженное состояние простенка в течение периода коксования.

Оценено влияние нестационарного температурного воздействия на НДС обогревательного простенка. Разработана модель простенка в виде многосвязной плиты, включающей в себя четыре отопительных канала. Период коксования разделен на временные интервалы. В пределах временного интервала температура в любой точке обогревательного простенка изменяется на величину ? 50?100?С. Для заданных временных интервалов получено решение квазистатической задачи термоупругости. Обоснованы причины образования вертикальных трещин в головочной части простенков: нормальные растягивающие напряжения на площадках, нормальных к продольной оси простенка, вызванные нестационарным температурным воздействием, достигают величины предела прочности динаса при растяжении.

Определены параметры пластического течения динасового мертеля: величина энергии активации ползучести =172878 Дж/моль?К, 0,367. Обосновано применение упруговязкопла-стической модели к описанию высокотемпературной ползучести мертеля. Доказано существование обобщенных диаграмм ползучести динасового мертеля в интервале температур 1100?1300?С.

Разработана модель деформирования огнеупорной кладки в условиях высокотемпературной ползучести, основанная на использовании обобщенных -диаграмм ползучести динаса и мертеля. Деформация ползучести огнеупорной кладки представлена суммой деформаций ползучести динаса и мертеля. Установлен существенный вклад деформации ползучести динасового мертеля в деформацию ползучести огнеупорной кладки: 20? за 103 циклов нагружения, 50? за 3?104 циклов.

Предложен способ прогнозирования высокотемпературной ползучести огнеупорной кладки конструкций тепловых сооружений при переменных напряжениях и постоянной температуре, при переменных напряжениях и температурах.

Предложена методика определения ресурса времени до разрушения конструкций тепловых сооружений с учетом свойств огнеупорной кладки.

Исследовано развитие во времени деформаций ползучести огнеупорной кладки. Установлено, что в огнеупорной кладке простенка деформации ползучести достигают предельной величины за 1.5?104 ? 2?104 циклов нагружения конструкции.

Ключевые слова: стена теплового сооружения, свойства огнеупорной кладки, высокотемпературная ползучесть, параметры пластического течения, ресурс времени до разрушения.

Annotation

Mozgovoy A.A. Calculation of walls of heating structures with taking into account plastic yield of brickwork.-Manuscript.

Thesis for C. Sc. (Tech.) degree by speciality 05.23.01 - building designs, building and structure.-Kharkov State technical University of Construction and Architecture, Kharkov, 2000.

The thesis is devoted to development account?s technique of designs walls of heating structures on given durability with taking into account properties refractory brickwork and real modes of loads. Valuation of a stress-strain states heating-walls from force loads and non-stationary temperature effect was executed. Settlement models heating-walls, taking into account of property refractory brickwork were developed.

Parameters of plastic yield dinas mortar were determined, existence of the generalized diagrams creep dinas mortar in a interval of temperatures 1100?1300°С was proven.

Model deformation brickwork in conditions high-temperature creep was developed. The essential contribution of deformation creep dinas mortar in deformation creep brick-work was established.

Valuation of cyclic durability refractory brickwork of heating-wall was executed.

Key words: wall of heating structures, property of refractory brickwork, high-temperature creep, parameters of plastic yield, durability.

Размещено на Allbest.ru