Зоалкфл Даниаль Аммарович, аспирант кафедры «Строительная механика и теория сооружений»
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Danial A. Zoalkfl, PhD Student of the Structural Mechanics and Theory of Structures Department
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Тюрина Василина Сергеевна, старший преподаватель кафедры «Строительная механика и теория сооружений», кандидат технических наук
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Vasilina S. Turina, Cand.Sci. (Engineering), Senior Lecturer of the Structural Mechanics and Theory of Structures Department
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Чепурненко Антон Сергеевич, профессор кафедры «Строительная механика и теория сооружений», доктор технических наук, доцент
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Anton S. Chepurnenko, Dr.Sci. (Engineering), Associate Professor, Professor of the Structural Mechanics and Theory of Structures Department
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Введение. Толстостенные цилиндрические оболочки широко используются в гидротехнических сооружениях, защитных конструкциях реакторов АЭС, пусковых установках ракетных комплексов. В массивных монолитных конструкциях вследствие внутреннего тепловыделения бетона высок риск раннего трещинообразования. Для разработки мероприятий по его предотвращению могут быть применены методы компьютерного моделирования. Ранее моделирование температурных напряжений в процессе возведения выполнялось для массивных фундаментных плит и стен, однако толстостенные цилиндрические оболочки не рассматривались. Целью работы выступает разработка методики расчета температурных напряжений при возведении монолитных толстостенных цилиндрических оболочек.
Материалы и методы. Расчет напряжений выполняется в одномерной осесимметричной постановке. Учитывается зависимость механических характеристик бетона от степени его зрелости. Задача расчета напряженно-деформированного состояния (далее — НДС) сводится к дифференциальному уравнению второго порядка относительно радиального напряжения, которое решается численно методом конечных разностей. Расчету НДС предшествует расчет температурного поля, которое считается не зависящим от напряженного состояния. Численное решение реализовано авторами в среде MATLAB.
Результаты исследования. Первым этапом для апробации разработанной методики выполнено сравнение с расчетом в программном комплексе ANSYS при постоянном во времени модуле упругости бетона, которое подтвердило ее достоверность. Также приведены результаты расчета с учетом зависимости модуля упругости бетона от степени его зрелости. При этом, по сравнению с расчетом при постоянных во времени механических характеристиках бетона, картина напряженно-деформированного состояния кардинально меняется.
Обсуждение и заключение. Расчет с постоянным во времени модулем упругости бетона в стандартных программных комплексах по сравнению с авторской методикой приводит к завышенным значениям окружных напряжений, а также не позволяет вычислить остаточные напряжения. В случае постоянного во времени модуля упругости бетона температурные напряжения являются полностью обратимыми.
Introduction. The thick-walled cylindrical shells are widely used in the hydraulic structures, protective structures of nuclear power plant reactors and missile system launchers. Due to the internal heat emission of concrete in massive monolithic structures, there is a high risk of early-age cracking. Computer modeling methods can be used to develop the preventive measures against it. Previously, modeling of temperature stresses within a construction process was carried out for the massive foundation slabs and walls, whereas the thick-walled cylindrical shells were not studied. The aim of the present work is to develop a methodology for calculating the temperature stresses during construction of the monolithic thick-walled cylindrical shells.
Materials and Methods. Stress calculations were made in a one-dimensional axisymmetric formulation. The dependence of the mechanical properties of concrete on the degree of its maturity was taken into account. The stress-strain state (hereinafter — SSS) calculation problem was reduced to a second-order differential equation relative to the radial stress, which was solved numerically by a finite difference method. The SSS calculation was preceded by the temperature field calculation, which was deemed independent from the stress state. The authors carried out the numerical solution in the MATLAB environment.
Results. At the first stage of testing, the developed methodology was compared with calculations made in the ANSYS software package under a time-constant modulus of elasticity of concrete that confirmed its reliability. Also, the calculation results, which took into account the dependence of the modulus of elasticity of concrete on degree of its maturity were presented. Moreover, compared to calculations under the time-constant mechanical properties of concrete, in the stress-strain state, the picture became radically different.
Discussion and Conclusion. Calculations under a time-constant modulus of elasticity of concrete by means of the standard software packages, as opposed to the author’s methodology, leads to the overestimated circumferential stress values, and hinders calculation of the residual stresses. In the case of a time-constant modulus of elasticity of concrete, the temperature stresses are completely reversible.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.