CC BY
31
выше упругости льда. Отсутствие пластичности льда в подобных условиях объяснимо наличием всестороннего сжатия из-за обратного давления скелета бетона.
Выводы. Динамика изменения температурных полей в бетонах массивных сооружений при циклических знакопеременных воздействиях позволяет считать гипотезу сегрегационного кристаллизационного давления наиболее вероятным процессом морозной деструкции. Характер наблюдаемых дефектов и повреждений (поверхностное шелушение, отслоение, раковины) подтверждают эти предположения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Иванов Н.С. Тепло- и массоперенос в замерзающих горных породах. М. : Наука, 1963. 240 с.
2. Пинус Б.И., Курилов В.И. Повышение надежности железобетонных конструкций в условиях агрессивности среды эксплуатации. Иркутск, 1977. 158 с.
3. Попкович Г.Е. и др. Исследование внутренних напряжений в бетоне при замораживании // Бетон и железобетон, 1970. № 1. С. 13-14.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Пинус Борис Израилевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительные конструкции», Иркутский государственный технический университет, тел.: (3952) 40-54-67; e-mail:[email protected].
Кудрявцев Евгений Игоревич, главный инженер, ООО «Предприятие «Иркут-Инвест», г. Иркутск
Pinus B.I., Doctor of Technical Sciences, professor, Head of "Civil Engineering Constructions", Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-54-67, e-mail:[email protected]
Kudryavtsev E.I., Head Engineer of the Limited Liability Company of "Enterprise "Irkut Invest", Irkutsk
УДК 624. 012. 45
ОБ ОДНОМ ПОДХОДЕ К ОЦЕНКЕ АГРЕССИВНОСТИ ТЕМПЕРАТУРНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПО ОТНОШЕНИЮ
К БЕТОНУ
Б.И. Пинус, Ж.Н. Пинус
Предложена модель и инженерно-приемлемое решение обобщения низкотемпературного воздействия климата на кинетику физического износа бетона и железобетонных конструкций. Реализация предложения позволит осуществлять целевое проектирование конструкций на заданный срок эксплуатации в суровых условиях.
Ключевые слова: бетон, климатические температуры, деструкция.
ON AN APPROACH TO THE ASSESSMENT OF CORROSIVENESS CAUSED BY TEMPERATURE AND CLIMATIC CONDITIONS IN REGARD OF CONCRETE
A model and a technically acceptable solution has been submitted to generalize low temperature climate effects on the kinetics of physical wearing out in regard of concrete and reinforced concrete constructions. Purposeful designing of constructions with a calculated service life under severe conditions will be feasible as a result of this idea realization.
Key words: concrete, climate temperatures, desrtuction.
Постановка вопроса. Физические закономерности поведения бетона (железобетона) при низких отрицательных температурах дискуссионны и неоднозначны, что, в принципе, исключает возможность априорной аналитической оценки ресурса его морозоустойчивости. Сказывается влияние многочисленных, трудно учитываемых на стадии принятия проектных решений, как факторов внешнего воздействия (минимальная температура замораживания, величина перепадов в области отрицательных значений, знакопеременных переходов, частости замораживания и оттаивания), так и внутреннего отклика бетона, зависящего от структуры, степени водонасыщения, возраста, напряженного состояния и др.
Однако не вызывает сомнений, что исчерпание ресурса морозостойкости бетона -это длительный временной усталостный случайный процесс, основной характеристикой продолжительности которого является время (наработка до отказа). Критерии отказа для рассматриваемого процесса в первом приближении могут быть приняты по аналогии со стандартными испытаниями на морозостойкость, то есть соответствовать предельно допустимому изменению начальной прочности или остаточных деформаций. При таком подходе характеристика (марка) бетона по морозостойкости тождественна «допустимой наработке», оцениваемой эквивалентными (по последствиям для материала или конструкции) циклами фактических климатических воздействий.
Вопросу обеспечения условий адекватности процедур трансформации ожидаемых (статистически обоснованных!) климатических воздействий в эквивалентные стандартным циклы посвящена настоящая работа.
Разработка математической модели температурно-климатических воздействий
В наиболее обобщенном виде температурно-климатические воздействия могут быть отнесены к циклическим, аналитически описываемым зависимостям типа
где д - характеристика периода повторения значения функции.
Подобные зависимости могут быть представлены в виде тригонометрических рядов (ряды Фурье) или аппроксимированы с помощью функций Хэвисайда
B.I. Pinus, J.N. Pinus
(1)
где фо - характеризует амплитудное значение параметра (например, температуры), а z{t) его изменчивость по какому-либо периодическому закону. В частности,
+ ...sin(t - к - Т)- u(t - к - T)+ sin(t - 2к)• u(t - 2к) +..., (3)
где Т - полупериод циклического воздействия, а и - разрывная функция, определенная следующим образом:
, ч Го при г < 0 , ч Го при г < п ( ^ч Го при г < Т
и(/) = 11 г > о; "(г-п)=1 , ; "(г-Т) = 11 г > Т .
[1 при г > о [1 при г > п [1 при г > Т
Это позволяет выразить циклические (сезонные) колебания отрицательных температур в виде:
р(г) = фо ^пТ(г - го)-"(г - го)+ «пТ(г - г1)'"(г - г1) + ••• + ^пТ(г - )-"(г - )
= Ро ^ (г - гг У "(г - гг ) , (4)
1 =о Т
где т - проектная продолжительность лет.
Подобная аппроксимация громоздка, практически трудно реализуема и при этом недостаточна, так как не учитывает влияние на исследуемый процесс величины температурного минимума и амплитуды суточных температурных перепадов; не увязана со стандартными методами контроля долговечности бетона при низкотемпературных воздействиях.
Поэтому для получения инженерно-обозримых решений, учитывающих, с одной стороны, специфику физических процессов в бетоне при замораживании и оттаивании, а с другой, - существующие методы контроля, необходимо введение ряда предпосылок и рас-четно-экспериментальных процедур.
Принимаем, что основным контролируемым показателем ресурса долговечности бетона в суровых условиях является его класс по морозостойкости, который как и ранее [2] оценивается в циклах (ЦЗО), но имеет гарантированную обеспеченность не ниже 95 %. Отметим, что возможное в дальнейшем уточнение критерия или методов оценки ресурса морозостойкости не снижает общности подхода, а потребует лишь коррекции числовых и функциональных операторов.
Специфику реальных температурно-влажностных условий, не адекватных (по деструктивным последствиям) контрольным, предлагается учесть путем их приведения к эквивалентным стандартным. Последнее осуществляется с использованием «весовых» функций (коэффициентов), показывающих во сколько раз ожидаемое фактическое значение Т^ воздействий больше (меньше) стандартного цикла.
I 1 Тт1п 1 Атах I
Кэкв = п\\Рт(г)| р(Т>(Тутл +1рА(г) {р(л^(л,Т[,
где рТ(г) и рА(г) - характеризует плотность среднегодового распределения дней соответственно со знакопеременными циклами и перепадами суточных температур в диапазоне отрицательных значений.
Численные значения вероятностных параметров распределения температур и их суточных перепадов устанавливаются по данным многолетних наблюдений с использовани-
ем общепринятых методов статистической обработки. Что касается «весовых» функций, зависящих от уровня водонасыщения бетона, структуры и других факторов, то для их получения необходимы целенаправленные испытания. Однако в первом приближении весовую функцию к(Т) для наиболее жестких условий эксплуатации (замораживание в условиях циклического водонасыщения) можно оценивать следующим образом:
к(Т) = аТ2 + ЬТ + с.
Значения коэффициентов а, Ь, с определяются из следующих граничных условий:
и
(' ) =
0 приТ > -3°С
1 приТ = -18°С . (7) Кпри Т = -50°С
Они приняты с учетом того, что температура минус 3 °С представляет собой усредненное значение вероятного «переохлаждения» бетона до начала замерзания поровой влаги; минус 18 °С является температурой замораживания бетона при основном методе оценки морозостойкости, а минус 50 °С - при ускоренных стандартных испытаниях бетонов. Что касается коэффициента Кц, то он представляет собой соотношение показателей МРЗ базовых и ускоренных испытаний [1].
С учетом указанных граничных условий (7) значения весовых коэффициентов для марок бетона F 200..^ 400 могут быть представлены следующей зависимостью:
К(Т) = (з,9 Т2 -15,3 Т +10,8)10-
Для определения весовой функции К(А, Т), учитывающей деструктивные влияния перепадов температур в области отрицательных значений, были проведены специальные исследования бетонов проектной морозостойкости F 300. Сравнительная оценка агрессивности проводилась путем механических испытаний двух групп образцов, подвергнутых 40 циклам ЦЗО с оттаиванием и температурным перепадом минус 10 °С - минус 50 °С. Снижение прочности на сжатие бетона, подвергнутого ЦЗО, было в 5,5 раза больше, чем не размораживаемых аналогов. Поэтому, с учетом амплитуды суточных перепадов, весовая функция
К (ТттА) = 0,005АК (Ттт).
По предлагаемой методике была оценена относительная агрессивность к бетону марки F 200 климата ряда промышленных центров Восточной Сибири. Установлено, что среднегодовое число эквивалентных циклов в г. Иркутске составляет 33,6; Братске - 38,7, Тайшете - 37,3, то есть для обширного региона значение ЫЖв представляет собой сравнительно стабильную величину, что позволяет использовать его в качестве приемлемого критерия соответствующего районирования для принятия проектных строительных решений.
Выводы. Предложена модель и инженерно-приемлемое решение аналитической оценки деструктивного контроля морозостойкости бетона. Ее использование позволит осуществить на стадии проектирования обоснованный выбор класса бетона (железобетона) по морозостойкости, исходя из условия обеспечения требуемой долговечности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ 10060.0-95. Методы определения морозостойкости бетона. М. : Госстрой России, «ГУП ЦПП», 1995. 10 с.
2. СНиП 52-101-200. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М. : «ГУП НИИЖБ», 2003. 14 с.
3. Пинус Б. И. Обеспечение долговечности функционирования железобетонных конструкций при низкотемпературных воздействиях : дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук. М., 1985. 367 с.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Пинус Борис Израилевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительные конструкции», Иркутский государственный технический университет, тел. (3952) 40-54-67; e-mail:[email protected]
Пинус Жанетта Наумовна, преподаватель, Межрегиональный сибирский колледж строительства и предпринимательства, г. Иркутск, тел. (3952) 230579.
Pinus B.I., Doctor of Technical Sciences, professor, Head of "Civil Engineering Constructions" department at Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-54-67, e-mail:[email protected]
Pinus J.N., Teacher, Sibir Interregional College of Civil Engineering and Entrepreneur-ship, Irkutsk, tel.: (3952) 23-05-79
УДК 621.81.(075.8)
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ПРОЧНОСТИ ШАТУНА ДВС В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
СРЕДЕ МОДУЛЯ APM STRUCTURE 3D СИСТЕМЫ APM WINMACHINE
В.Б. Распопина, Е.А. Бодров, А.А. Ковалёв
Был выполнен численный эксперимент в автоматизированной среде программного комплекса APM WinMachine. Целью эксперимента являлось построение полей напряжения шатуна ДВС при максимальном силовом воздействии на него в пределах рабочего цикла; качественная оценка данных полей и сопоставление их характера с эпюрами напряжений, полученными с помощью традиционных методик, основанных на методах сопротивления материалов и деталей машин.
Ключевые слова: двигатели внутреннего сгорания, шатун, конечно-элементная модель шатуна, параметры напряжённого состояния, поля напряжений.
