KN Krynica 2012 Presentation on "Stress analysis of RC wall subjected to early-age...

Analiza naprężeń w ścianie żelbetowej poddanejwczesnym wpływom termiczno–skurczowym

dr hab. inż. Barbara Klemczak, prof. Pol. Śl.mgr inż. Agnieszka Knoppik-Wróbel

Politechnika Śląska, GliwiceWydział Budownictwa, Katedra Inżynierii Budowlanej

Rzeszów–Krynica, 16-21 września 2012

Wprowadzenie Strategia modelowania Analiza naprężeń w ścianach żelbetowych Wnioski

Wpływy termiczno–wilgotnościowe

BETONwoda + cement + kruszywo

HYDRATACJA CEMENTUproces egzotermiczny - wydzielanie ciepła, wiązanie wody

TRANSPORT CIEPŁA I WILGOCIgradienty temperatur i wilgotności

NAPRĘŻENIAgeneracja naprężeń termiczno-skurczowych w elemencie


Więzy w betonowych elementach masywnych

WIĘZY WEWNĘTRZNEpowstające w wynikugradientów temperaturi wilgotności wewnątrz

elementu

NAPRĘŻENIA WŁASNE

WIĘZY ZEWNĘTRZNEogrzniczenie swobody

odkształceń przez wcześniejwykonane warstwy

stwardniałego betonu

NAPRĘŻENIA WYMUSZONE


Klasyfikacja naprężeń oraz ocena podatności

NAPRĘŻENIA

termiczne skurczowe

własne wymuszone własne wymuszone


Obraz zarysowania ścian żelbetowych

h

hh

l

21

crcr lcr

wk,maxwk,max

Rysunek 1: Typowy obraz zarysowania ściany żelbetowej poddanej wczesnym wpływomtermiczno–skurczowym [Flaga, 2009].


Model numeryczny

1 model fenomenologicznypełne sprzężenie pól termicznych i wilgotnościowychrozdzielenie pól termiczno–wilgotnościowych i mechanicznych

2 stan naprężenia wyznaczany przy założeniu, że odkształcenia mającharakter dystorsyjny

3 lepkosprężysty–lepkoplastyczny model materiałowy twardniejącegobetonu

pre-procesor i post-procesorprzygotowanie danych i prezentacjawyników: adaptacja ParaView

procesorTEMWILdo wyznacznia póltermiczno–wilgotnościowychMAFEM_YOUNGdo analizy naprężeń


Podstawowe założenia

beton klasy C25/30, stal klasy RB400 (zbrojenie φ 16 20x20cm)cement typu CEM I 42,5R, 375 kg/m3,temperatura zewnętrzna, temperatura początkowa mieszanki Tp = Tz = 20◦C,deskowanie w postaci sklejki 1,8 cm, usunięte po 28 dniach,ochrona górnej powierzchni poprzez folię PE.

20.0 m0.7

m

4.0

m

4.0 m

0.7 m

ZY

X

Rysunek 2: Geometria i siatka elementów skończonych ściany L_20,d_0.7.


Analizowane przypadki

Analiza charakteru i udziału:

naprężeń termicznych i skurczowych,naprężeń własnych i wymuszonych

w całkowitych naprężeniach termiczno–skurczowych w ścianach.

m = SV γR = γR

(LH ,

Ac ·EcAF ·EF

)

5m 10m 15m 20m40cm 70cm 40cm 70cm 40cm 70cm 40cm 70cm

L/H 1,25 2,50 3,75 5,00Ac/AF 0,57 1,00 0,57 1,00 0,57 1,00 0,57 1,00m [1/m] 5,90 3,76 5,70 3,56 5,63 3,49 5,60 3,46

Tabela 1: Charakterystyki geometryczne analizowanych ścian


Pola termiczno–wilgotnościowe

35

40

45

ura, °C

Rozwój temperatury; X=0, Y=0, Z=HF+0,5Hc

L_5,d_0.4 L_5,d_0.7

L_10,d_0.4 L_10,d_0.7

L_15,d_0.4 L_15,d_0.7

L 20 d 0 4 L 20 d 0 7

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

temperatu

czas, dni

L_20,d_0.4 L_20,d_0.7

16

17

18

0, m

3/m

3

Utrata wilgoci; X=0, Y=0,5Bc, Z=HF+0,5Hc

L_5,d_0.4 L_5,d_0.7

L_10,d_0.4 L_10,d_0.7

L_15,d_0.4 L_15,d_0.7

L 20 d 0 4 L 20 d 0 7

12

13

14

15

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

wilgtność x10

czas, dni

L_20,d_0.4 L_20,d_0.7

Rysunek 3: Charakterystyka pól termiczno-wilgotnościowych w ścianach.


Naprężenia termiczne i skurczowe dla T ,W (z) = const.

Tσ

wł.γR σTT

2.3

3.3

L_5,d_0.7

L_10,d_0.7

L_15,d_0.7

L_20,d_0.7

L_5,d_0.4

L_10,d_0.4

‐0.7

0.3

1.3

‐2.0 ‐1.0 0.0 1.0 2.0

wysokość, m

naprężenie, MPa

L_15,d_0.4

L_20,d_0.4

Rysunek 4: Naprężenia termiczne σT (z).

WγR σWσ

wł.W

2.3

3.3

L_5,d_0.7

L_10,d_0.7

L_15,d_0.7

L_20,d_0.7

L_5,d_0.4

L_10,d_0.4

‐0.7

0.3

1.3

‐2.0 ‐1.0 0.0 1.0 2.0

wysokość, m

naprężenie, MPa

L_15,d_0.4

L_20,d_0.4

Rysunek 5: Naprężenia skurczowe σW (z).


Rzeczywiste naprężenia termiczne i skurczowe

TγR σT

σT,max

σ

wł.T

2.3

3.3

L_5,d_0.7

L_10,d_0.7

L_15,d_0.7

L_20,d_0.7

L_5,d_0.4

L_10,d_0.4

‐0.7

0.3

1.3

‐2.0 ‐1.0 0.0 1.0 2.0

wysokość, m

naprężenie, MPa

L_15,d_0.4

L_20,d_0.4

Rysunek 6: Naprężenia termiczne σT (z).

WγR σW

σW,max

σ

wł.W

2.3

3.3

L_5,d_0.7

L_10,d_0.7

L_15,d_0.7

L_20,d_0.7

L_5,d_0.4

L_10,d_0.4

‐0.7

0.3

1.3

‐2.0 ‐1.0 0.0 1.0 2.0

wysokość, m

naprężenie, MPa

L_15,d_0.4

L_20,d_0.4

Rysunek 7: Naprężenia skurczowe σW (z).


Całkowite naprężenia termiczno–skurczowe

Tσ

wł.γR σT+WT+W

σT+W,max

W2.3

3.3

L_5,d_0.7

L_10,d_0.7

L_15,d_0.7

L_20,d_0.7

L_5,d_0.4

L_10,d_0.4

‐0.7

0.3

1.3

‐2.0 ‐1.0 0.0 1.0 2.0

wysokość, m

naprężenie, MPa

L_15,d_0.4

L_20,d_0.4

Rysunek 8: Naprężenia termiczno–skurczowe σT+W (z) dla rzeczywistego rozkładu T (z) iW (z).


Naprężenia własne

2.3

3.3ść, m

faza I, wne

faza I, pow

faza II, wne

f II

‐0.7

0.3

1.3

‐2.0 ‐1.0 0.0 1.0 2.0

wysokoś

naprężenie, MPa

faza II, pow

(a)naprężenia własne σwl .T+W (z)

2.3

3.3

ść, m

‐0.7

0.3

1.3

‐2.0 ‐1.0 0.0 1.0 2.0

wysokoś

naprężenie, MPa

faza I, wne

faza I, pow

faza II, wne

faza II, pow

(b)naprężenia całkowite σT+W (z)

Rysunek 9: Udział naprężeń własnych w ścianie L_20,d_0.7.


Wnioski

1 naprężenia termiczne mają dominujący charakter;2 naprężenia termiczno–skurczowe w ścianie żelbetowej powstają

głównie na skutek naprężeń wymuszonych spowodowanychograniczoną swobodą odkształceń ściany; udział naprężeń własnychwzrasta wraz ze wzrostem grubości ściany;

3 największe wartości naprężeń termiczno–skurczowych występują napewnej wysokości ponad tym stykiem ściany z fundamentem;przyczyną tego zjawiska jest istnienie w ścianie naprężeń własnych;

4 gdy ściana jest utrzymana w deskowaniu przez cały okres chłodzenia,największe naprężenia występują w wnętrzu ściany, tam też mogąwystąpić pierwsze rysy;

5 powyższe wnioski są zgodne z obserwacjami zarysowań wrzeczywistych ścianach.

Dziękuję za uwagę

Date post:	24-May-2015
Category:	Education
Upload:	silesian-university-of-technology
View:	59 times
Download:	2 times

KN Krynica 2012 Presentation on "Stress analysis of RC wall subjected to early-age...

Education