научная статья по теме МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПРОГНОЗНАЯ МОДЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОСЛОЙНО ВОЗВОДИМОГО БЕТОННОГО МАССИВА Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПРОГНОЗНАЯ МОДЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОСЛОЙНО ВОЗВОДИМОГО БЕТОННОГО МАССИВА»

Гидротехническое строительство

Анискин Н.А., доктор технических наук, профессор Нгуен Хоанг, аспирант (Московский государственный строительный университет)

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПРОГНОЗНАЯ МОДЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОСЛОЙНО ВОЗВОДИМОГО БЕТОННОГО МАССИВА

В статье предлагается математическая модель температурного режима послойно возводимого бетонного массива, зависящего от достаточно большого количества действующих факторов. Использование такой модели позволит определять желаемые составы бетонной смеси (количество цемента и его тепловыделение) и технологию укладки бетона массивных плотин.

Ключевые слова: массивный бетон, перепад температуры, трещинообразование, регулирование температурного режима.

MATHEMATICAL FORECAST MODEL OF TEMPERATURE REGIME FOR THE LAYER ROLLER- COMPACTED CONCRETE MASSIVE

In this paper we attempt to create a mathematical forecast model temperature of the layer roller- compacted concrete, that depends on the main effective factors, which are vary widely. The use of such a model will allow to make rational decisions on the consist of concrete (cement consumption and heat generation) and the technological scheme of building concrete massively dams.

Keywords: massive concrete, difference temperature, cracks formation, adjustment of the thermal regime.

Массивные бетонные плотины широко используются в современном гидротехническом строительстве. Основным действующим в строительный период фактором, определяющим их температурный режим, является экзотермия цемента. На формирование температурного режима в период возведения влияет состав бетонной смеси (расход цемента и его тепловыделение) и множество технологических факторов (схема бетонирования, температура укладываемого бетона, толщина укладываемых бетонных слоев, интенсивность бетонирования, использование искусственного охлаждения бетонного массива и т. д). Неправильный выбор параметров укладки бетона может вызвать большие температурные перепады, что может привести к трещинообразованию.

В данной работе автором предпринята попытка создания математической прогнозной модели температурного режима послойно укладываемого бетонного массива в зависимости от основных действующих факторов. Использование такой модели позволит принимать рациональные решения по составу бетонов (расходу цемента и его тепловыделению) и технологической схеме возведения бетонных плотин (интенсивность возведения плотины по высоте, толщина укладываемого слоя бетона). Попытки создания аналогичных математических моделей предпринимались ранее, однако, они рассматривали конкретные объекты и условия возведения и ограниченное количество влияющих на процесс факторов [1,2].

Для анализа влияния факторов и создания имитационной модели использовалась методика факторного анализа [3]. Были рассмотрены две наиболее используемые в современном плотиностроении схемы разрезки массивного сооружения на блоки бетонирования: схема разрезки длинными однослойными блоками (с использованием технологии «укатанного» бетона); схема столбчатой разрезки (с использованием вибрированного бетона).

Выбранные факторы и пределы их изменения для выбранных вариантов представлены в таблице 1. В качестве отклика рассматривалась максимальная температура, возникающая в возводимом массиве tmax. Расчеты проведены для двух случаев температурного воздействия среды. В первом случае температура воздуха принята постоянной и равной 20оС (что примерно соответствует бетонированию в летний период большей части территории России). Во втором случае температура воздуха принята постоянной и равной 5оС (что соответствует зимней укладке бетона под защитой тепляков в суровых климатических районах России).

Укладка бетонного массива длинными однослойными блоками.

После исключения малозначимых членов получены следующие зависимости максимальной температуры:

- при температуре наружного воздуха 5 оС (зимнее бетонирование):

t max =27.29+2.95X}+1.33X2+5.41X3+2.64X4+2.30X5+1.71X}X4 +O.45X4X5 (7)

- при температуре наружного воздуха 20 оС (летнее бетонирование):

tmax = 34.7 + 2.58X1 + 0.43 Х2 + 5.22 Х3 + 1.98 X4+1.35 Х5 +1.55 XX - O.56X4 Х5 --0.23ХХХ4-О.2ЗХ1ХД5+О.52ХД4Х5+О.21Х2Х4Х5+О.З7Х7Х2Х4Х5 (8)

Таблица 1.

Факторы и интервалы их изменений.__

Факторы Укатанный бетон Вибрированный бетон

Хх (Ц)- расход цемента (кг/м ) -1 50 200

+1 170 350

Х2 (Лслоя)- толщина укладываемого слоя (м) -1 0.3 1.0

+1 1.0 3.0

Х3(1уклад) - величина температурного укладываемого бетона (°С) -1 10 10

+1 22 22

Х4 (Этах)- максимальное тепловыделение цемента (КДж/кг) -1 120 350

+1 350 500

Х5 (Увет0н)- интенсивность бетонирования (м/сут) -1 0.1 0.1

+1 0.6 0.6

Укладка бетонного массива по схеме столбчатой разрезки. Исследования проведены для трех вариантов ширины блока (рис. 1,б): Ьбл= 10 м, Ьбл= 15 м и Ьбл= 20 м. Получены следующие зависимости максимальной температуры (приводятся результаты для варианта Ьбл= 10 м):

при температуре наружного воздуха 5 °С

tшах = 53.70 + 10.15X1 + 1.99 Х2 + 5.26 Хз + 7.41 Х4 +3.20 Х5 -0.77 Х}Х2 + 1.38 Х} Х4 +0.55ХХ

+0.2Х2Х3 + 0.85Х2Х4- 0.83Х1 Х2 Х4 - 0.83Х1 Х3 Х5; (9)

при температуре наружного воздуха 20 С

t шах = 57.79 + 9.81Х1 + 1.41 Х2 + 5.18 Хз + 6.66 Х4 +3.34 Х5 -0.97 Х1Х2 + 1.58 Х1 Х-

0.72Х1Х2 Х4 - 0.72Х1Х3Х5; (10)

На основе полученных зависимостей были построены номограммы, позволяющие оперативно давать оценку температурному режиму возводимого массива. На рис 1 представлена номограмма для случая летнего бетонирования.

Выводы: На основе методики факторного анализа с использованием численного решения задачи о температурном режиме получена математическая прогнозная модель температурного режима послойно возводимого бетонного массива. Данную модель можно использовать для предварительных инженерных оценок максимального разогрева возводимого бетонного массива.

Толщина слоя

0,3

Температура

бетонной смеси 22 10

170

Ц (кг/м3)

50

Интенсив-

0,6

0,1

Максимальная темпе-

48,0 патмпа в 24,2

350

////// //////

Q

(кДж/кг)

////// _

/////¿>'

120

Рис.1. Номограмма для определения максимальной температуры в центре массива (1воздух= 20 оС, расход цемента 50-170 кг/м3, Эмах 120-350 кДж/кг, интенсивность бетонирование 0,1м/сут - 0,6м/су).

ЛИТЕРАТУРА

1. Гинзбург С.М. , Рукавишникова Т.Н. , Шейнкер Н.Я. Имитационные модели для оценки температурного режима бетонной плотины на примере Бурейской ГЭС. - Известия ВНИИГ 2002, т. 241, с. 173-178.

2. Анискин Н.А., Нгуен Данг Жанг. Прогноз температурного режима бетонных гравитационных плотин из укатанного бетона. «Гидротехническое строительство», 2007, № 12, М., Энергопрогресс, с. 8-14.

3. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. С. 70-92.

1

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»