Расчет железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВО «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»

Инженерно-технический институт

Кафедра «Промышленное и гражданское строительство»

ОТЧЕТ

по производственной практике

Дневник производственной практики

С 19 июня по 27 августа я работал в Приемной комиссии ИТИ СВФУ, в котором занимал должность заместителя ответственного секретаря ПК ИТИ. С 28 августа приступил к основной работе на кафедре «Прикладная механика» ИТИ.

Во время прохождения практики в ПК ИТИ принимал участие в мероприятиях управленческого характера, проводимых центральной приемной комиссией (совещаниях, собраниях, составлениях отчетов приемной комиссии). Прием документов в будние дни начинался с 9:00 до 17:00, в субботу и воскресение с 10:30 до 17:00. Средний рабочий день на практике был 12 часов (с 9:00 до 21:00). В самых нагруженных днях работали до 1:30 ночи. Начиная с 1 августа работали до 5 часов дня. Параллельно (или после работы) занимался решением задач научно-исследовательской работы, в частности, сбором материалов, анализом практических проблем методов расчета на температурные и влажностные воздействия, изучением повреждений от температурных напряжений.

Календарный график прохождения практики в приемной комиссии предоставлен в виде календаря на рисунках 1-3.

Рис. 1 Календарный график июня

Рис Календарный график июля

Рис. Календарный график августа

Календарные сроки выполнения научно-исследовательской работы за время прохождения практики предоставлены на рисунках 4-7.

Календарный график НИР за июнь

Календарный график НИР за июль

Календарный график НИР за август

Календарный график НИР за сентябрь

Содержание

Введение

. Методы моделирования работы ЖБК в стадии разрушения с помощью Ansys. Сравнение

. Оценка температурно-влажностных деформаций в железобетонных фундаментных конструкциях жилого здания в п. Батагай

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Во время прохождения практики поставили цель частичного освоения следующих компетенций, которые по перечню планируемых результатов при проведении производственной практики должны освоиться за прохождения 2 и 3 семестров:

ОПК-2. Готовность руководить коллективом в сфере своей профессиональной деятельности, толерантно воспринимая социальные, этнические, конфессиональные и культурные различия;

ОПК-3. Способность использовать на практике навыки и умения в организации научно-исследовательских и научно-производственных работ, в управлении коллективом, влиять на формирование целей команды, воздействовать на ее социально-психологический климат в нужном для достижения целей направлении, оценивать качество результатов деятельности, способностью к активной социальной мобильности.

ОПК-12. Способность оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы.

ПК-16. Способность организовать работы по осуществлению авторского надзора при производстве, монтаже, наладке, сдачи в эксплуатацию продукции и объектов производства.

1. Методы моделирования работы ЖБК в стадии разрушения с помощью Ansys. Сравнение

При проектировании ЖБК часто возникает необходимость исследования напряженно-деформированного состояния за линейную стадию работы конструкции, то есть с учетом трещинообразования бетона, и пластической деформации арматуры.

Для описания процесса разрушения хрупких материалов используются модели Уильяма-Варнке и Базанта. Конечный элемент, характеризующий модель Уильяма-Варнке, называется Solid65, а модель Базанта - microplane.

Пластическое поведение стальной арматуры описывается моделями пластичности, например моделью билинейной кинематической упрочнении.

В конечно-элементных расчетах, на ряду с прямым объемным моделированием стержней арматуры, можно выделить следующие модели арматуры в бетоне: дискретная (discrete), встроенная (embedded), распределенная (smeared). В первой из них узлы стержневых элементов для арматуры совпадают с узлами объемной конечно-элементной сетки для бетона. Во второй - узлы сеток арматуры и бетона не совпадают, но связаны уравнениями совместности. В распределенной модели предполагается, что арматура равномерно распределена по элементам конечно-элементной сетки для бетона.

Для выбора модели, описывающая нелинейную стадию работы ЖБК, для диссертационной работы мною были смоделированы модели Базанта и Уильяма-Варнке, а также провел сравнение дискретной и распределенной арматуры.

Результаты расчета модели Базанта при распределенной нагрузке 100 кПа приведены на рисунках 1-3. Модель бетона microplane считается разрушенным при условии:

Рис. 1 Эквивалентные напряжения по фон Мизесу и напряжения в арматуре (модель Базанта)

Рис 2 Критерий разрушения по модели Базанта и эквивалентные относительные деформации по фон Мизесу (модель Базанта)

Рис 3 Максимальные эквивалентные напряжения и абсолютные деформации по времени (модель Базанта)

Результаты расчета и сравнения моделей Уильяма-Варнке с дискретной (левая верхняя часть) и распределенной(нижняя правая часть) арматурой при нагрузке 150 кПа приведены на рисунках 4-6.

Рис 4 Эквивалентные относительные деформации по фон Мизесу и абсолютные деформации (модель Уильяма-Варнке)

Рис 5 Эквивалентные напряжения по фон Мизесу и их график изменения максимальных значений по времени: зеленая - модель с дискретной арматурой, красная - с распределенной (модель Уильяма-Варнке)

Рис 6 Обозначения трещин (кружочки на левом рисунке) и элементов (модель Уильяма-Варнке)

Эквивалентное напряжение (также называемое напряжением фон Мизеса). По теории энергии формообразования пластичный материал начинает повреждаться в местах, где напряжение по Мизесу становится равным предельному напряжению.

Эквивалентное напряжение связано с главными напряжениями уравнением:

Эквивалентная относительная деформация или относительная деформация по фон Мизесу ε_е (von Mises or equivalent strain) определяется по формуле:

где ν' = эффективное отношение Пуассона (effectivePoisson'sratio).

Результаты расчета показывают, что модель с распределенным армированием показывает большие разрушения, чем модель с дискретной арматурой: относительные деформации на 40%, деформации на 35%, максимальные напряжения на 18%. Так как расчет с распределенной арматурой менее трудоемкий, для моделирования здания на температурно-влажностные воздействия в дальнейшем используем данную модель.

По данным обследований в здании возникли косые трещины на крайних сваях и нормальные на цокольном перекрытии в местах устройства ниш и выступов в плане (рис. 7).Обследование было проведено организацией ООО «Нэлэгэр». Ведомость дефектов была приведена в приложении 1.

Рис 7 Схема повреждений и дефектов

железобетонный конструкция температурный деформация

Была поставлена задача смоделировать и выполнить расчет цокольного перекрытия и фундаментов на температурно-влажностные воздействия и сравнить результаты расчетов с материалами обследования.

Расчет железобетонных конструкций на температурные и влажностные воздействия в соответствии с СП 52-105-2009 произвели по 1 расчетной стадии работы железобетонной конструкции - «первое» замораживание до расчетной зимней температуры бетона конструкции.

В статически неопределимых конструкциях жесткость элементов является одним из основных свойств, влияющих на напряжения, вызванные температурными деформациями.

Выполненные расчеты подтвердили, что в рассматриваемой статически неопределимой конструкции, усилия, рассчитанные в линейной стадии работы железобетона, не совсем совпадают с фактической картиной трещинообразования (рис. 8).

Поэтому учет физической нелинейности железобетона при расчете конструкций, работающих с трещинами, является необходимым.

Рис 8 Эквивалентные напряжения (напряжения фон Мизеса) при расчете в линейной стадии работы железобетона.

Для описания процесса разрушения бетона использовали модель Уильяма-Варнке, конечный элемент которого в AnsysMechanical называется Solid65. КЭ Solid65 используется для трехмерного моделирования хрупких твердых тел с арматурными стержнями, в котором твердое тело способно к растрескиванию, дроблению, пластической деформации и ползучести, а арматура к пластической деформации и ползучести.

В этот элемент можно включить до трёх независимых армирующих материалов, предполагается, что они «распределены» (smeared) по всему элементу и работают только на растяжение и сжатие.

При расчете на температурные воздействия приняли следующие параметры математической модели Уильяма-Варнке, которые остаются постоянными при изменении температуры:

коэффициент передачи сдвиговых усилий при открытой трещине0,3;

коэффициент передачи сдвиговых усилий при закрытой трещине 0,7;

коэффициент понижения жесткости при образовании трещины в результате растяжения 0,6.

Прочностные, упругопластические и деформативные свойства бетона приняты по СП 52-105 для 3 группы конструкций, в предположении, что конструкция фундамента защищена от воздействия атмосферных осадков. Принятые характеристики меняются в зависимости от температуры и приведены в таблице 1:

Таблица 1.

Рис 9 Изменения прочностных и упругих характеристик от температуры

Рис 10 Изменения КТД и диаграммы зависимости напряжение-относительные деформация

По СП 20.13330.2016 расчетные изменения температуры воздуха равна

.

По СП 52-105 расчетное изменение температуры для первого этапа работы фундамента:  для второго этапа:

Сваю рассмотрели как стойку, защемленную в грунте на глубине от поверхности земли: в первом этапе работы фундамента: Н₁ = 0,827 м; во втором этапе: Н₂ = 1,966 м, по СП 52-105.

Рис 11 Эквивалентные относительные деформации

Рис 12 Зоны образования трещин

Распределение максимальных усилий при расчете в нелинейной постановке показало, в целом, на качественное совпадение с картиной трешинообразования в цокольном перекрытии и на сваях. Что показывает на правомочность примененной расчетной модели работы железобетонного цокольного перекрытия и эффективность применения программы Ansys для анализа термонапряженного состояния железобетонных конструкций.

Выявлено негативное влияние внутренних углов в планах цокольных перекрытий в участках ниш и выступов, которые являются концентраторами напряжений, и способствуют трещинообразованию в конструкциях. В проектных решениях в районах с низкими температурами желательно избегать подобных внутренних углов.

Выполненная работа показала на необходимость разработки рекомендаций, а лучше норм по расчету железобетонных фундаментных конструкций с учетом температурно-влажностных воздействий.

Заключение

Во время прохождения практики мною были проделаны слудющие работы: - анализированы методы расчетов ЖБК в Ansysв нелинейной постановке, т. е. с учетом трещинообразования и дробления бетона, пластической деформации арматуры (модели Уильяма-Варнке и Базанта);

проведен разбор недостатков СП 52-105;

смоделировано влияние температурно-влажностных воздействий на жилое здание в п. Батагай Верхоянского района в нелинейной постановке с учетом изменения механических и упругопластических свойств бетона;

написана статья о результатах расчета влияния температурно-влажностных воздействий на жилое здание в п. Батагай.

Частично освоены следующие компетенции, которые по перечню планируемых результатов при проведении производственной практики должны быть освоены за 2 семестра: ОПК-2. Готовность руководить коллективом в сфере своей профессиональной деятельности, толерантно воспринимая социальные, этнические, конфессиональные и культурные различия; ОПК-3. Способность использовать на практике навыки и умения в организации научно-исследовательских и научно-производственных работ, в управлении коллективом, влиять на формирование целей команды, воздействовать на ее социально-психологический климат в нужном для достижения целей направлении, оценивать качество результатов деятельности, способностью к активной социальной мобильности.

ОПК-12. Способность оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы.

ПК-16. Способность организовать работы по осуществлению авторского надзора при производстве, монтаже, наладке, сдачи в эксплуатацию продукции и объектов производства.

Список использованной литературы

1.       СП 52-105-2009 «Железобетонные конструкции в холодном климате и на вечномерзлых грунтах»

.        СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции»

.        Рекомендации по расчету свайных фундаментов на ВМГ с учетом температуры и влажности

.        СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты»

.        СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты»

.        СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»

.        СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений»

.        СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений»

.        ГОСТ 25100-2011 «Грунты. Классификация»

.        СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»

12.     ANSYS Help Viewer

.        Программа производственной практики Б2. П.1 Практика по получению профессиональных умений и опыта профессиональной деятельности (производственная практика)

.        СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»

.        СНиП II-6-74 «Нагрузки и воздействия»

.        СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»

.        СП 131.13330.2012 «Строительная климаталогия»

.        Муха В.И. Основы расчета, конструирования и возведения сооружений в Якутской АССР. В 3-х частях./ В.И. Муха, Ю.Н.Абакумов,E.H. Малков. -Якутск: Якутское книжное издательство, 1976.

Приложение

Ведомость дефектов жилого здания в п. Батагай