Построение модели расчета массивных железобетонных конструкций на ранних этапах возведения

Массивные железобетонные конструкции на стадии возведения испытывают сложное напряженно-деформированное состояние вследствие неравномерного термического расширения, вызванного тепловыделением при экзотермической реакции бетона. Целью статьи является исследование основных факторов, которые следует учитывать при построении моделей расчета массивных железобетонных конструкций на стадии возведения. Обобщены основные факторы, определяющие температурное и напряженно-деформированное состояние бетона. Даны рекомендации по составлению расчетных моделей, использованию необходимого программного обеспечения, а также по отдельным параметрам, устанавливаемым в данных программных комплексах, показана допустимость разделения связанной температурно-прочностной задачи на две подзадачи – температурную и прочностную. Значимость полученных результатов состоит в возможности составления аналогичных расчетных моделей с произвольными размерами, формой и граничными условиями.
Ключевые слова: тепловыделение бетона, массивные железобетонные конструкции, ползучесть бетона, усадка бетона, термодинамика бетона, релаксация напряжений в бетоне.

Е.А. РЕДИКУЛЬЦЕВ^1,2, инженер;
З.В. БЕЛЯЕВА¹, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Уральский федеральный университет (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19)
² ООО «Эффективное проектирование» (620012, г. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 29)

1. Smolana A., Klemczak B., Azenha M., Schlicke D. Early age cracking risk in a massive concrete foundation slab: Comparison of analytical and numerical prediction models with on-site measurements // Construction and Building Materials. 2021. No. 301. 124135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124135
2. Struchkova A.Y., Barabanshchikov Yu.G., Semenov K.V., Shaibakova Al.A. Heat dissipation of cement and calculation of crack resistance of concrete massifs // Magazine of Civil Engineering. 2018. No. 2 (78), pp. 128–135. DOI: https://doi.org/10.18720/MCE.78.10
3. Гинзбург С.М., Корсакова Л.В., Павленко П.В. Температурный режим и термонапряженное состояние плотин из укатанного бетона в период их возведения // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е. Веденеева. 2007. Т. 249. С. 17–24.
4. Семенов К.В., Стручкова А.Я. Термическая трещиностойкость массивных железобетонных конструкций в строительный период // AlfaBuild. 2017. № 2 (2). С. 31–33.
5. Redikultsev E.A., Belyaeva Z.V. Design of reinforced concrete structures in the early stages of construction taking into account heat dissipation of concrete. 7th International Symposium Actual Problems of Computational Simulation in Civil Engineering. Novosibirsk. 2018. P. 012026. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/456/1/012026
6. Соловьянчик А.Р., Пуляев С.М., Пуляев И.С. Исследование тепловыделения цементов, используемых при строительстве мостового перехода через Керченский пролив // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2018. Т. 15. № 2 (60). С. 283–293.
7. Klausen A., Gederaas O., Bjøntegaard Ø., Sellevold E. Comparison of tensile and compressive creep of fly ash concretes in the hardening phase // Cement and Concrete Research. 2017. No. 95, pp. 188–194. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.02.018
8. Leon G., Chen H.-L. Thermal analysis of mass concrete containing ground granulated blast furnace slag // Civil Engineering. 2021. No. 2, pp. 254–271. DOI: https://doi.org/10.3390/civileng2010014
9. Баранник Н.В., Котов С.В., Потапова Е.С., Малахин С.С. Определение тепловыделения бетона при его твердении в изотермических условиях // Вестник НИЦ «Строительство». 2022. № 33 (2). С. 44–62. DOI: https://doi.org/10.37538/2224-9494-2022-2(33)-44-62
10. Анискин Н.А., Нгуен Чонг Чык, Брянский И.А., Дам Хыу Хынг. Определение температурного поля и термонапряженного состояния укладываемого бетонного массива методом конечных элементов // Вестник МГСУ. 2018 Т. 13 Вып. 11 С. 1407–1418. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.11.1407-1418
11. Kuriakose B., Rao B., Dodagouda G. Early-age temperature distribution in a massive concrete foundation // Procedia Technology. 2016. No. 25, pp. 107–114. DOI: https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.08.087
12. Болгов А.Н., Невский А.В., Иванов С.И., Сокуров А.З. Численное моделирование температурных напряжений в бетоне массивных конструкций в период твердения // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 4. С. 6–13. DOI: https://doi.org/10.33622/0869-7019.2022.04.06-13
13. Sargam Y., Faytarouni M., Wang K. [et al.] Predicting thermal performance of a mass concrete foundation – A field monitoring case study // Case Studies in Construction Materials. 2019. Vol. 11. P. e00289. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2019.e00289
14. Шифрин С.А. Теплофизические основы формирования потребительских свойств конструктивных элементов транспортных сооружений из монолитного и сборно-монолитного железобетона: Дис. … д-ра техн. наук. М., 2007. 487 с.
15. Анискин Н.А., Шайтанов А.М. Натурный эксперимент по тепловыделению бетона и использование его результатов для верификации программного комплекса ANSYS // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 6. С. 727–737. DOI: https://doi.org/10.22227/1997-0935.2022.6.727-737
16. Carey A., Howard I., Shannon J. Variable temperature insulated block curing on laboratory scale specimens to simulate thermal profiles of modestly sized ultra-high performance concrete placements. Cement and Concrete Composites. 2022. No. 133, 104707. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2022.104707
17. Van Lam T., Nguen C.C., Bulgakov B.I., Anh P.N. Composition calculation and cracking estimation of concrete at early ages // Magazine of Civil Engineering. 2018. No. 6 (82), pp. 136–148. DOI: https://doi.org/10.18720/MCE.82.13
18. Dawood A. Tensile and compressive creep of early age concrete: testing and modelling. Doctoral Thesis. Trondheim, Norway. 2003. https://www.researchgate.net/publication/267715486_Tensile_and_Compressive_Creep_of_Early_Age_Concrete_Testing_and_Modelling (Date of access 19.10.22)
19. Hilaire A., Benboudjema F., Darquennes A., Berthaud Y., Nahas G. Modeling basic creep in concrete at early-age under compressive and tensile loading // Nuclear Engineering and Design. 2014. Vol. 269, pp. 222–230. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2013.08.034
20. Li L., Dabarera A., Dao V. Basic tensile creep of concrete with and without superabsorbent polymers at early ages // Construction and Building Materials. 2022. No. 320. 126180. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.126180
21. Korotchenko I.A., Ivanov E.N., Manovitsky S.S. Deformation of concrete creep in the thermal stress state calculation of massive concrete and reinforced concrete structures // Magazine of Civil Engineering. 2017. No. 1 (69), pp. 56–63. DOI: https://doi.org/10.18720/MCE.69.5
22. Jirásek M. Properties of Creep compliance functions and their relation to retardation spectra. 10th International Conference on Mechanics and Physics of Creep, Shrinkage, and Durability of Concrete and Concrete Structures. Prague. 2015, pp. 1269–1278. DOI: https://doi.org/10.1061/9780784479346.151
23. Bazant Z.P., Hubler M., Jirásek M. Improved estimation of long-term relaxation function from compliance function of aging concrete // Journal of engineering mechanics – ASCE. 2013. No. 139, pp. 146–152. DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000339
24. Улицкий И.И. Теория и расчет железобетонных стержневых конструкций с учетом длительных процессов. Киев: Будiвельник, 1967. 346 с.
25. Gustaf Westman. Concrete creep and thermal stresses. New creep models and their effects on stress development. Sweden, 1999.