Решение задачи термоползучести бетона методом конечных лементов

Abstract

RU: В последнее время методы расчета зданий и сооружений на прочность и жесткость стремительно развиваются в направлении все более полного учета действительных условий работы конструкции. Настоящая работа посвящена исследованию напряженно деформированного состояния бетонных и железобетонных конструкций при наличии вынужденных деформаций с учетом ползучести. Вынужденные деформации часто появляются в молодом возрасте бетона, а их последействие сохраняется длительный период времени. Основное содержание статьи заключается в рассмотрении теории расчета сооружений на основе представления о конструкциях как об идеальных упруго-пластических системах. Кроме того, приведены основные понятия о расчете упруго-вязких систем, обладающих свойствами изменять своё напряженное состояние во времени. В статье также рассмотрен процесс математического моделирования полных деформаций железобетонных конструкции при эксплуатации в условиях воздействия высоких температур, или с учетом влияния экзотермии при твердении массивных бетонных конструкций. Поскольку основные зависимости между геометрическими и физическими величинами в теории упругости и пластичности выводятся на элементах дифференциально малых размеров и зависимости между этими величинами распространяются с бесконечно малых элементов на всю рассматриваемую область, то в основе любых исследований напряженно-деформированного состояния конструкций лежит метод физической дискретизации рассматриваемого объекта. Поэтому в данной статье большое внимание уделено процессу реализации температурной функции ползучести в конечно-элементном методе расчета зданий и сооружений. Приведены результаты верификации рассмотренной функции ползучести путём сравнения аналитических решений с экспериментальными данными, полученными при различных значениях изменения температуры окружающей среды испытуемых образцов. Особое внимание уделено теории тепло- и влагопроводности бетона, интенсивность которых зависит от температуры, а также упруго-мгновенным свойствам тел, которые зависят от возраста бетона. Полученные результаты исследования позволяют более точно анализировать напряженно-деформированное состояния конструкций, которое вызвано изменением температуры и влажности бетона с учетом ползучести.

UK: За останній час методи розрахунку будівель та споруд на міцність і жорсткість стрімко розвиваються в напрямку все більш повного врахування дійсних умов роботи конструкції. Дана робота присвячена дослідженню напружено деформованого стану бетонних і залізобетонних конструкцій при наявності вимушених деформацій з урахуванням повзучості. Вимушені деформації часто з'являються в молодому віці бетону, а їх післядія зберігається тривалий період часу. Основний зміст статті полягає в розгляді теорії розрахунку споруд на основі уявлення про конструкції як про ідеальні пружно-пластичниі системи. Крім того, наведені основні поняття про розрахунок пружно-в'язких систем, що характеризуються властивостями змінювати свій напружений стан з часом. У статті також розглянуто процес математичного моделювання повних деформацій залізобетонних конструкцій при експлуатації в умовах впливу високих температур, або з урахуванням впливу екзотермії при твердінні масивних бетонних конструкцій. Оскільки основні залежності між геометричними та фізичними величинами в теорії пружності та пластичності виводяться на елементах з диференційно малими розмірами і залежності між цими величинами поширюються з нескінченно малих елементів на всю розглянуту область, то в основі будь-яких досліджень напружено-деформованого стану конструкцій лежить метод фізичної дискретизації розглянутого об'єкту. Тому в даній статті велику увагу приділено процесу реалізації температурної функції повзучості в скінченно-елементному методі розрахунку будівель і споруд. Наведено результати верифікації розглянутої функції повзучості шляхом порівняння аналітичних рішень з експериментальними даними, отриманими при різних значеннях зміни температури навколишнього середовища випробовуваних зразків. Особливу увагу приділено теорії тепло- та вологопровідності бетону, інтенсивність яких залежить від температури, а також пружно-миттєвим властивостям тіл, які залежать від віку бетону. Отримані результати дослідження дозволяють більш точно аналізувати напружено-деформований стану конструкцій, який викликано зміною температури і вологості бетону з урахуванням повзучості.

EN: Recently, the strength and stiffness analysis methods of buildings and structures have been rapidly developed in the direction of consideration the actual operating conditions of structures. The article is concerned with the studying of the stress-strain state of concrete and reinforced concrete structures taking into account constrained deformations and creep. Constrained deformations often appear at a young age of concrete, and their residual effect continue to exist for a long time. The main content of the article is based on the calculation theory what concerns structures as ideal systems with elastic and plastic characteristics. In addition, in the article the authors expound the basic calculation concepts of the elastic-plastic systems what provide property to change their stress state in time. The article also considers the mathematical modeling process of full deformations of reinforced concrete structures during operation under high-temperature conditions, or taking into account the effect of exothermy within hardening massive concrete structures. In this article much attention is paid to process of realizing the creep temperature function in the finite element method to calculate buildings and structures. The results of verification of the considered creep function are presented by comparing the analytical solutions with the experimental data obtained for different values of the ambient temperature of the test samples. Particular attention is paid to the theory of the thermal and moisture content of concrete, the intensity of which depends on temperature, as well as on the elastic-instantaneous properties of some objects that depend on the concrete age. The obtained results of the research make it possible to better analyze the stress-strain state of the structures, which is caused by temperature and humidity changes of concrete, taking into account creep.