Инъецирование каналов в мостовых железобетонных пролётных строениях с напрягаемой арматурой при отрицательных температурах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.11, кандидат технических наук Дмитриев, Петр Романович

• Дмитриев, Петр Романович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дмитриев, Петр Романович

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований

1.1 Состояние вопроса.

1.2. Обзор отечественного и зарубежного опыта технологии инъецирования каналов в мостовых преднапряженных железобетонных конструкциях.

1.3 Особенности технологии инъецирования при переходных температурах в диапазоне от -5°С до +5°С.

1.4 Цель и задачи исследований.

Глава 2. Исследование влияния отрицательных температур среды на процесс твердения инъекционного раствора в каналах

2.1 Исследование физико-механических свойств инъекционных растворов для мостовых преднапряженных железобетонных конструкций.

2.2 Экспериментальное исследование предельной прочности инъекционных растворов перед замораживанием.

2.3 Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследование процесса твердения инъекционного раствора в обогреваемых каналах

3.1 Экспериментальное исследование температурных полей на физической модели.

3.2 Исследование температурных полей на расчетной модели.

3.3 Выводы по главе 3.

Глава 4. Разработка температурных режимов обогрева каналообразователей при инъецировании мостовых преднапряженных железобетонных конструкций в условиях переходных и отрицательных температур

4.1 Исследование распределения температуры в мостовых предварительно напряженных балках при температурах окружающей среды в диапазоне от -5°С до +5°С, при дополнительном обогреве каналообразователей.

4.2 Выбор рациональных температурных режимов твердения инъекционных растворов.

4.3 Выводы по главе 4.

Глава 5. Технология инъецирования мостовых преднапряженных железобетонных конструкций в условиях переходных температур

5.1 Технология теплового обогрева каналов при производстве работ по инъецированию каналов в условиях переходных температур в диапазоне от

-5°С до +5°С.

5.2. Технико-экономическая эффективность применения технологии теплового обогрева каналов при производстве работ по инъецированию каналов в условиях переходных температур в диапазоне от -5°С до +5°С.ЮЗ

5.3 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Инъецирование каналов в мостовых железобетонных пролётных строениях с напрягаемой арматурой при отрицательных температурах»

Актуальность темы. Федеральной программой "Развитие транспортной системы России (2010 - 2015 годы)", основанной на показателях Национального проекта «Автомобильные дороги России», предусматривается строительство общегосударственной сети автомобильных дорог, включающей мостовые сооружения, протяжением не менее 1,5 млн. км за исторически короткий промежуток времени - 15-20 лет. Поэтому важной и актуальной проблемой является решение задач по обеспечению эффективности строительства в зимний период, сокращению трудозатрат и продолжительности строительных процессов, экономии топливно-энергетических ресурсов, обеспечению безопасности и надежности железобетонных пролетных строений на основе применения новых видов строительных материалов, передовых технологий, а также совершенствования уже существующих. Производственный цикл при строительстве монолитных преднапряженных пролетных строений автодорожных мостов требует сокращения времени производства работ за счет исключения периодов простоя из-за невозможности в некоторых случаях выполнения инъецирования каналов.

Целью данной диссертационной работы является сокращение сроков строительства и энергозатрат при возведении мостовых преднапряженных железобетонных пролетных строений на этапе инъецирования каналов с напрягаемой арматурой за счет расширения диапазона времени производства работ в период отрицательных температур (до -5°С) путём оптимизации температурных режимов твердения инъекционных растворов в каналах.

Объект исследования - режимы твердения инъекционных растворов в каналах мостовых преднапряженных железобетонных пролетных строений в период переходных температур диапазоне от +5°С до -5°С.

Предмет исследования - рациональные режимы термообработки инъекционных растворов в мостовых преднапряженных железобетонных конструкциях в условиях производства при переходных температурах в 4 диапазоне от +5°С до -5°С с использованием критерия прочности инъекционного раствора перед замораживанием.

Методы исследований:

В диссертационной работе применены методы исследования физико-механических свойств инъекционных растворов, методы математического моделирования при решении теплофизических задач, с использованием современных вычислительных комплексов (программные комплексы «АК8У8» и «Е1си1:»), а также методы математической статистики для анализа результатов исследований.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- научно обоснована и реализована концепция тепловой обработки инъекционных растворов в закрытых каналах электрическими нагревательными проводами с использованием критерия обеспечения требуемой прочности раствора перед замораживанием;

- на основе исследования кинетики роста прочности инъекционных растворов установлена минимальная прочность перед их замораживанием в диапазоне значений водоцементного отношения (В/Ц) от 0,36 до 0,4;

- на физической и расчетной модели экспериментально-теоретически исследовано распределение температур в конструкции в области обогреваемого канала. Обоснована адекватность расчетной и физической модели. На физической модели обоснована надежность применения обогрева каналов с использованием линейных токопроводящих нагревательных проводов; исследовано распределение температур в мостовых преднапряженных железобетонных балках плитно-ребристого и коробчатого сечений при обогреве каналов. Определено взаимное влияние на параметры системы электрообогрева тепловых потоков от обогреваемых каналов в массиве балок;

- определены рациональные режимы обогрева инъекционных растворов и разработана технология теплового обогрева каналообразователей при производстве работ по инъецированию каналов в условиях переходных температур в диапазоне от -5°С до +5°С для пролетных строений плитно-ребристого и коробчатого сечения.

Практическая значимость и реализация результатов исследования

Полученные результаты проведенных исследований позволяют сократить сроки строительства, энергозатраты при возведении монолитных железобетонных пролетных строений с напрягаемой арматурой при проведении работ по инъецированию каналов в условиях переходных температур в диапазоне от -5°С до +5°С.

Научная новизна:

- на основе исследований полученных зависимостей кинетики роста прочности инъекционных растворов, твердевших при различных температурах, обоснованы минимально допустимые значения прочности таких растворов перед их замораживанием до температуры -5°С;

- на основе физических и теоретических исследований температурных полей при различных температурных условиях конструкции и режимах температурного обогрева каналов получены рациональные по продолжительности и энергоемкости режимы обогрева инъекционных растворов в каналах преднапряженных железобетонных мостовых конструкций в условиях переходных температур до -5°С.

Результаты исследований использованы в «Технологическом регламенте по инъецированию каналов поперечного преднапряжения в зимнее время железобетонной балки жесткости со стороны о. Русский моста через пролив Босфор Восточный» филиала ОАО ЦНИИС «НИЦ «Мосты», Москва, 2012 г.

Достоверность полученных результатов основывается на использовании фундаментальных положений законов твердения цементных вяжущих, теории тепломассообмена, применения стандартных испытаний физико-механических свойств инъекционных растворов, а также адекватности результатов теоретических и экспериментальных исследований, полученных на модели части железобетонной балки.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Дмитриев П.Р. Этапы развития инъецирования предварительно-напряженных конструкций. Научные труды ОАО ЦНИИС - выпуск № 253, М., 2009, с. 42-47.

2. Шестериков В.И., Бейвель A.C., Дмитриев П.Р. «Проблемы инъецирования каналов железобетонных мостовых конструкций при пониженных температурах производства работ», Транспортное строительство, №4, М., 2012, с. 25-27.

3. Шестериков В.И., Бейвель A.C., Дмитриев П.Р. «Рациональные режимы обогрева каналов в монолитных железобетонных балках с напрягаемой арматурой в условиях переходных температур», сборник «Дороги и мосты» ФГУП «РОСДОРНИИ», № 27/1, 2012.

Заключение диссертации по теме «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей», Дмитриев, Петр Романович

Основные результаты и выводы.

Выполненные экспериментально-теоретические исследования, включающие в себя определение минимального уровня прочности инъекционных растворов перед их замораживанием, разработку режимов обогрева каналообразователей, а также определение эффективных параметров термообработки каналов в плитно-ребристых и коробчатых пролетных строениях позволили получить ряд новых научно-практических результатов.

1. Научно обоснована и практически реализована концепция тепловой обработки инъекционных растворов в закрытых каналах нагревательными проводами с использованием критерия обеспечения требуемой прочности раствора перед замораживанием.

2. На основе исследования кинетики роста прочности инъекционных растворов с В/Ц=0,36^0,4 установлена минимальная прочность таких растворов перед их замораживанием, которая составляет не менее 21% R28(30% R7)

3. Проведены экспериментальные и теоретические исследования распределения температур в бетоне в области обогреваемого канала на физической и расчетной модели, которые позволили обосновать адекватность расчетной модели, разработанной с использованием программных комплексов «ANSYS» и «Elcut». Исследована надежность способа обогрева с использованием нагревательных проводов.

4. Исследовано распределение температурных полей при обогреве каналов в мостовых монолитных железобетонных балках плитно-ребристого и коробчатого сечения. Определено взаимное влияние тепловых потоков в массиве балок на параметры системы электрообогрева.

5. Определены оптимальные режимы обогрева инъекционных растворов в монолитных железобетонных балках с различными типами поперечного сечения при различных значениях отрицательных температур окружающей среды.

6. Разработана технология теплового обогрева каналообразователей при производстве работ по инъецированию каналов в условиях переходных температур в диапазоне от -5°С до +5°С для пролетных строений плитно-ребристого и коробчатого сечения.

7. Применение исследуемой технологии обогрева каналов позволяет значительно сократить затраты на трудовые ресурсы, машины и механизмы, энергозатраты, а также сроки производства работ по инъецированию каналов, что в итоге приводит к ускорению сроков строительства сооружения в целом.

Результаты исследований использованы в «Технологическом регламенте по инъецированию каналов поперечного преднапряжения в зимнее время железобетонной балки жесткости со стороны о. Русский моста через пролив Босфор Восточный» филиала ОАО ЦНИИС «НИЦ «Мосты».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дмитриев, Петр Романович, 2012 год

1. Басов К. А. Графический интерфейс комплекса ANS YS. -М,:ДМК Пресс, 2006.-248 с

2. Бейвель А. С. Проблемы нормирования свойств растворов для инъецирования каналов с напрягаемой арматурой пролетных строений монолитных мостов, Труды ЦНИИС. Вып.№ 208, 2002.

3. Бейвель А. С., Бегун И. А. Приборы контроля свойств инъекционных растворови нормирование их характеристик, Труды ЦНИИС. Вып.№ 208, 2002.

4. Бейвель А. С., Гладков В. С., Подвальный А. М. Морозостойкость инъекционных растворов в каналах с напрягаемой арматурой, Труды ЦНИИС. Вып.№ 208, 2002.

5. Белов В. П. Серегин И. Н., Вейцман С. Г. Технология инъецирования арматурных каналов мостовых конструкций, «Бетон и железобетон» №4, М., 1990г.

6. Беляев Н.М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности: в 2-х частях. М.: Высшая школа, 1982. 327 е., 304 с.

7. Васильев А. П. Матков Н. Г. «Зимнее инъецирование предварительно напряженных конерукций с электропрогревом пучковой арматуры», Бетон и железобетон №11, М., 1963г.

8. Венюа М., Цементы и бетоны в строительстве, М., 1980.

9. Временная инструкция по технологии изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций с мощными арматурными пучками. Минтрансстрой СССР,1956.

10. Временные указания по сооружению пролетных строений мостов из напряженно-армированного бетона. Автотрансиздат, 1956.

11. Гвоздев A.A. Некоторые вопросы практики предварительно напряженного железобетона. Бетон и железобетон №1, 1956.

12. Гийон. И. Предварительно напряженный железобетон, Госстройиздат,1959 ( перевод).

13. Головнев С.Г. Оптимизация методов зимненго бетонирования. JL: Стройиздат, 1983.

14. Головнев С.Г. Параметры технологии и качество зимнего бетонирования. «Известия вузов. Строительство», № 5-6, 1995.

15. Головнев С.Г.Технология зимнего бетонирования. Оптимизация параметров и выбор методов / С.Г.Головнев. -Челябинск:изд. ЮУрГУ, 1989. 156 с.

16. Давыдов С.С. Третий Международный конгресс по предварительно напряженному железобетону. Бетон и железобетон № 11,1958

17. Давыдов С.С. Васильев А.П. Шишкин Р.Г. Международный конгресс по предварительно напряженному железобетону. Бетон и железобетон №12, 1958.

18. Евграфов Г.К. Троицкий Г.В. Предварительно напряженный железобетон в строительстве малых и средних мостов и труд под железную дорогу. IV сессия АСиА СССР, 1958.

19. Заседателев И.Б.,Петров-Денисов В.Г. Тепло- и массоперенос в бетоне специальных промышленных сооружений. М.: Стройиздат, 1973. 168 с.

20. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сухомел A.C. Теплопередача. 3-е изд. М.:Энергия , 1975.486 с.

21. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир. 1975. - 538 с.

22. Козлов В.П. Двумерные осесимметричные нестационарные задачи теплопроводности. Минск: Наука и техника, 1986.392с.

23. Коновалов В.И., Пахомов А.Н., Гатапова Н.Ц., Колиух А.Н. Методы решения задач тепломассопереноса. Теплопроводность и диффузия в неподвижной среде. Тамбов, ТГТУ, 2005, 59 с.

24. Конюхов A.B. Основы анализа конструкций в ANSYS. Учебное пособие, Казань:КазГУ, 2001. 102 с.

25. Кошкин В.К., Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Нестационарный теплообмен. М.Машиностроение, 1973.328 с.

26. Красовский Б.М. Инженерно-физические основы методов зимнего бетонирования. М.: ГАСИС, 2004. 475 С.

27. Краснощекое Е.А., Сухомел A.C. Задачник по теплопередаче. 4-е изд. М.:Энергия, 1980.288 с.

28. Крылов Б.А., Арбеньев A.C. Остывание бетона на морозе. «Бетон и железобетон» № 5, 1993, с 22-24.

29. Куликов Г.М., Нахман А.Д. Метод Фурье в уравнениях математической физики. М. Машиностроение, 2000.156 с.

30. Лунев Ю.В. Зимнее бетонирование строительных конструкций. ТД, ООО «Академпроект», 2009.

31. Лунев Ю.В. Технология зимнего бетонирования фундаментных плит и стыков сборных строительных конструкций. Дисс. кт.н. Новосибирск, 2012.

32. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.:Энергия, 1967.600 с.

33. Лыков A.B. Тепломассообмен. Справочник. М., «Энергия», 1972, 560 с.

34. Матков Н. Г. «Экспериментальное исследование технологии заполнения каналов инъекционным раствором и его влияние на прочность предварительно напряженных железобетонных конструкций», дисс., к.т.н., Москва, 1960.

35. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. М.: Госстройиздат, 1974.700 с.

36. Михайлов В.В. Скарамтаев Б.Г. Развитие предварительно напряженного железобетона в США и других зарубежных странах (по материалам Всемирной конференции в Сан-Франциско). Бетон и железобетон №4, 1958.

37. Молодин В.В. Технология зимнего бетонирования строительных конструкций с управлением термообработкой бетона путем моделирования температурных режимов, дисс. д.т.н., Новосибирск, НГАСУ, 2012.

38. Молодин В.В., Лунев Ю.В. Бетонирование монолитных строительных конструкций в зимних условиях. Монография. Новосибирск: НГАСУ, 2006. 200с.

39. Мостоиспытательная станция ЦП. МПС. Отчет об обследовании железобетонных предварительно напряженных пролетных строений на мостах 1051 и 1052 км линии Калининград-Мамоново № 770, 1957

40. Научно-технический отчет НИЦ «Мосты» ЦНИИС по теме ИС-96-3-523-03 « Контроль работ по инъецированию каналов пролетных строений путепроводов на МКАДе», М., 1996.

41. Научно-технический отчет НИЦ «Мосты» ЦНИИС по теме ИС-2000-202-06 « Разработка инструкции по эксплуатации инъекционной установки и тарировка приборов по определению текучести инъекционных растворов, М., 2000

42. Научно-технический отчет НИЦ «Мосты» ЦНИИС по теме ИС-2000-205-06 « Разработка новых инъекционных растворов для применения при повышенных температурах с проверкой их воздействия на напрягаемую арматуру ( этапы №№ 1, 2, 3, 5), М., 2001

43. Научно-технический отчет НИЦ «Мосты» ЦНИИС по теме ИС-П-10-0042 «Этап 1. Исследование влияния добавок в инъекционные растворы на процесс коррозионного растрескивания напрягаемой арматуры, М., 2010

44. ОАО ЦНИИС. Проведение исследований и разработка обоснований корректировки нормативных требований по омоноличиванию высокопрочной арматуры, расположенной в закрытых каналах криволинейных в плане пролетных строений. Москва. 1998.

45. ОАО ЦНИИС. «Технологический регламент по инъецированию каналов поперечного преднапряжения в зимнее время железобетонной балки жесткости со стороны о. Русский моста через пролив Босфор Восточный», Москва. 2012.

46. Пехович А.И., Жидких В.М. Расчеты теплового режима твердых тел. «Энергия», JI, 1976. 351 с.

47. Полянин А.Н., Николаев П.И., Журов А.И., Казенин Д.А. Справочник по точным решениям уравнений тепло- и массопереноса. М.:Факториал, 1998. 368 с.

48. Полянин А.Н.,Зайцев В.Ф., Мищенко С.В. Методы решения нелинейных уравнений математической физики и механики. М.:Физматлит, 2005. 256 с.

49. Попов Ю.А., Андриевский С.Н. Лунев Ю.В., Молодин В.В., Суханов A.C., Титов М.М. Управляемые температурные режимы тепловой обработки монолитных строительных конструкций. «Изв. вузов. Строительство» № 4, 2010, с. 77-90.

50. Руководство по изготовлению железобетонных предварительно напряженных балок, собираемых из блоков. НИИ по строительству. 1958.

51. Руководство по прогреву бетона в монолитных конструкциях / под ред. Крылова Б.А., Амбарцумяна С.А., Звездова А.И./, М.: НИИЖБ, 2005. 276 с.

52. Серегин И.Н. Научно-технический отчет по теме « Наблюдения за работой мостов из предварительно напряженного бетона», СоюзДорнии, 1956.

53. Серегин И.Н. Ануфриев В.И. Иванов Ф.М. Технология одноступенчатого инъектирования каналов с напряженной арматурой. Автомобильные дороги №7, 1958.

54. Союздорнии, отдел искусственных сооружений. Научно-технический отчет по теме №12, раздел «Разработка способов инъектирования отверстий», 1957.

55. Строительные нормы и правила. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции: основные положения. М.: Стройиздат, 2004.

56. СНиП 3.06.04-91 «Мосты и трубы», М., 1992г.

57. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции. (Госстрой СССР) М.: Госстрой СССР, 1988.

58. Теория тепломассообмена /под ред. А.И.Леонтьева. М.:Высшая школа, 1979.

59. Троицкий Е.А. Исследование под воздействием пульсирующей нагрузки работ предварительно напряженных железобетонных конструкций с мощными арматурными пучками. Труды ВНИИ Железнодорожного строительства и проектирования. Выпуск №3, 1951

60. Уонг Ч. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. М.: Атомиздат, 1979.216 с.

61. Фишер Г. С., Куни Г. В., Хлебников К. А. Новая технология инъецирования каналов предварительно напряженных балок при пониженных температурах. « автомобильные лороги» №5, 1959.

62. Харрис Д. Морис П. Напряженно-армированный железобетон. Госстройиздат,1956. (перевод).

63. Холин H.A. Сборный железобетон в транспортном строительстве. IV сессия АСиА СССР, 1958.

64. ЦНИПС, Лаборатория при Мостострое №1. Научно-технический отчёт по теме: «Усовершенствование заводского и полигонного изготовления сборных железобетонных мостовых конструкций», (инъекция каналов) № ИС-07-57, 1957.

65. Чернов А. Решение задач теплообмена в ANS YS Workbench. «САПР и графика» №2, 2006.

66. Чиркин B.C. Теплофизические свойства веществ. М., Физматгиз, 1959, с. 356.

67. Сегерлинд Л., Применение метода конечных элементов, М., Мир, 1979, с. 392.

68. Шифрин С.А. Практика применения греющего провода в технологии возведения транспортных сооружений //Технологии и качество возводимых конструкций из монолитного бетона. Научные труды ОАО ЦНИИС, Вып. 217, с 216-22

69. Эванс А., Коррозия металлов, М., 1978.

70. NSYS Online Manuals. Release 5.5. User Programmable Features. 1999.

71. ELCUT.Версия 5.9. Моделирование двумерных полей методом конечных элементов. Руководство пользователя. ООО «Тор», Санкт-Петербург, 2011г., 360 с.

72. Kreif F., "Principles of Heat Transfer", International Textbook Co., Scranton, Pennsylvania, 2nd Printing, 1959, Page 120Л

73. London Festival Bridge. Concrete and Constr. Eng. London, heft 7, 1951.

74. Wals К. Eigenhaften von sementauspensionen sum Auspressen/ Beton und Stahlbetonbau, Heft 9, 1954.

75. Wals K. Anforderungen an Einprssmortal fur spannbetonglieder und prufung der Eigenhaften/ Der Bau und die Bauindustrie. № 16, 1959.

76. Ettel O. Beitrag über das Auspressen von spanngliedern/. Bauplanung-Bautechnik, Heft 8, 1955.

77. Rohnish A. Die Einwirkung von Frost auf den Einpressmortel von spanngliedern. Belon-nnd Stahibetonbau, 1955.

78. Rohnish A. Versuche zur Feststellung der Frosteinwirkun auf den YEinpressmortel von spanngliedern . Belon-nnd Stahibetonbau, 1955.

79. Leonhardt F/ Uber das einpressen von Zementmörtel in spannkanale. Third Congress of federation international de la precontrainte, Berlin, 1958.

80. James P., Prevention of frost damage to resently placed grout in a concrete beam., Tronheim Symposium, 1961.

81. C. U. R. Onderzoek voor injectieproblemen bij voor njectieproblemen bij voorgespannen beton. Rapport 27, 1963.

82. DIN 4227. Действующий Немецкий стандарт на инъецирование каналов с напрягаемой арматурой,

83. Normsia 162/1 ч. 6.4. «Свойства инъекционных растворов, Нормы Швейцарии».

84. CRD-C-79 ( Flow-Cone Test). Нормы США.

85. Minh Н, Mutsuyoshi Н. Influence of grouting conditions on the deterioration of post-tensioned concrete bridges. Department of Civil and Environmental Engineering, Saitama University, Japan

86. Minh, H., Mutsuyoshi, H., and Niitani, K., (2007) "Influence of Grouting Condition on Crack and Load-Carrying Capacity of Post-Tensioned Concrete.

87. СНиП 23-01-99*. "Строительная климатология"

88. BCH 98-74. «Мосты и трубы» , Москва, 1975.

89. СНиП 3.03.01-87 « Несущие и ограждающие конструкции».

90. Wen Qing Wu, Shuai Chen, Xue Yuan Ma. Investigation on Duct Grouting Quality of PC Continuous Box Girders, 2011, Applied Mechanics and Materials, 94-96.

91. СТО 40619399-001-2010 «Бетоны мостовых конструкций», М., 2011.

92. ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», М., 1991.

93. ГОСТ 10181-2000 «Смеси бетонные. Методы испытаний», М., 2001.

94. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. «Краткий курс математической статистики для технических приложений», М., 1959.