Введение к работе
Актуальность избранной темы. В мировой практике активно применяются железобетонные резервуары для хранения сжиженного природного газа (СПГ). Данные резервуары получили распространение, начиная с 30-х гг. прошлого столетия, когда на основе экспериментов было проведено первое крупномасштабное сжижение природного газа по технологии низких температур, или суперохлаждение. Сжиженный природный газ хранился в мкостях при атмосферном давлении. Вследствие нефтяного кризиса в 1970-х гг. и резкого роста цен на энергоносители производство и продажа СПГ стали рентабельны, что дало большой толчок для развития СПГ-индустрии в целом и резервуаров для хранения СПГ, в частности. В последние десятилетия наблюдается активный рост объемов потребления СПГ в разных странах, что дает возможность решать проблемы газоснабжения удаленных и труднодоступных районов, прокладка трубопроводов в которые технически затруднена или экономически нецелесообразна. Проблема хранения СПГ имеет важное значение для развивающейся экономики Вьетнама.
Степень разработанности. Во Вьетнаме в настоящий момент нет комплексов по сжижению, хранению и отгрузке СПГ, но правительство страны активно обсуждает возможность строительства подобного комплекса рядом с одним из существующих нефтяных месторождений для сбора и сжижения сопутствующего нефтедобыче природного газа.
Неотъемлемой и самой затратной частью высокотехнологичных комплексов по сжижению, выдаче и приему СПГ являются крупногабаритные надземные изотермические резервуары (ИР), представляющие собой сложные инженерные сооружения для хранения больших объемов пожаровзрывоопасного продукта при низких температурах (-161 С). Строительство таких резервуаров требует огромных начальных инвестиций, которые могут достигать до 50% от общих капиталовложений.
В развитых странах строят разные по конструкции резервуары и применяют различные методы расчета, направленные прежде всего на обеспечение
надежности конструкции и только потом уже на оптимизацию затрат на строительство.
Учитывая большую потребность в современных конструктивных решениях и методах расчетов, которые оптимизировали бы затраты на строительство, разработка предложений по созданию новых конструкций, совершенствованию методов расчета и проектирования крупногабаритных изотермических резервуаров с применением высокотехнологичных из бетонов представляет актуальную задачу.
Цели и задачи: совершенствование методов расчета однослойных и слоистых из разномодульных бетонов стен резервуаров и разработка предложений по их проектированию с учетом специфики материалов Вьетнама.
Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи исследования:
- разработать новую рациональную конструкцию железобетонного резер
вуара со стенкой из разномодульного бетона;
определить значения корректирующих коэффициентов к нормативным и расчетным показателям прочностных и деформационных свойств бетонов классов В40 – В60, полученных из высокоподвижных бетонных смесей с использованием материалов Вьетнама;
сформулировать предложения по нормированию указанных показателей качества бетона для расчета железобетонных конструкций по первой и второй группам предельных состояний на основании уточненных количественных зависимостей предела прочности на растяжение, начального модуля упругости, параметров диаграммы «напряжения – деформации», параметров простой линейной ползучести от класса бетона;
установить влияние трехосного сжатия на параметры диаграммы деформирования бетона и разработать рекомендации по их учету при расчете железобетонных слоистых стенок резервуаров;
установить влияние класса бетона однослойных стенок резервуара на их геометрические параметры и армирование;
установить влияние классов бетонов слоистых стенок резервуара на их
геометрические параметры и армирование.
Научная новизна работы:
на уровне изобретения разработана конструкция железобетонной слоистой стенки резервуара с использованием разномодульных бетонов;
получены аналитические зависимости параметров деформирования бетона при кратковременном и длительном нагружении, пределов призменной прочности и прочности на осевое растяжение для бетонов классов В40 – В60, полученных из высокоподвижных бетонных смесей с использованием материалов Вьетнама;
предложены, подтвержденные результатами численные исследования, рекомендации по проектированию однослойных стенок железобетонных резервуаров из высокопрочных бетонов;
установлена закономерность изменения параметров диаграммы деформирования бетона от уровня нагружения при трехосном сжатии для среднего слоя бетона слоистой стенки;
получены новые данные о работе слоистой стенки из разномодульных бетонов железобетонных резервуаров и предложены рекомендации по проектированию слоистых стенок железобетонных резервуаров.
Теоретическая и практическая значимость работы:
разработаны предложения по рациональному проектированию слоистых стенок из разномодульных бетонов железобетонных резервуаров;
предложена методика учета влияния трехосного сжатия на параметры диаграммы деформирования бетона и рекомендации по расчету железобетонных слоистых стенок резервуаров из разномодульных бетонов с учетом особенностей их напряженно-деформированного состояния;
даны результаты численных экспериментов по оценке влияния класса высокопрочного бетона однослойных стенок на работу железобетонных резервуаров;
выявлены закономерности влияния класса бетона на геометрические параметры и армирование однослойных и слоистых стенок резервуаров;
- определены значения призменной прочности, предела прочности на осе
вое растяжение, начального модуля упругости, коэффициента упругости, пара
метров простой линейной ползучести, бетонов классов В40 – В60, полученных
из высокоподвижных бетонных смесей на материалах Вьетнама, сформулиро
ваны предложения по корректировке нормативных значений прочности и де-
формативности и предложены аналитические значения параметров диаграмм
деформирования, используемых при расчете железобетонных конструкций.
Методология и методы исследования: экспериментальные исследования с использованием стандартных и оригинальных методик, численные эксперименты на основе расчетных программ. Объект исследования – однослойные и слоистые стенки железобетонных резервуаров, бетоны классов В40 – В60 из высокоподвижных бетонных смесей на материалах Вьетнама.
Положения, выносимые на защиту:
результаты исследований прочностных и деформационных свойств бетонов классов В40 – В60, полученных из бетонных смесей П4 на материалах Вьетнама;
методика оценки изменения диаграммы деформирования бетона в условиях трехосного сжатия и учет этого явления при расчете железобетонных резервуаров;
предложения по установлению влияния класса бетона на работу однослойных и слоистых железобетонных стенок резервуара;
предложения по рациональному армированию и геометрическим параметрам однослойных и слоистых железобетонных стенок резервуаров.
Степень достоверности научных положений, выводов и практических рекомендаций обеспечена использованием стандартных методов оценки строительно-технических свойств бетона, применением поверенного оборудования, непротиворечивостью полученных результатов основным положениям расчета железобетонных конструкций, научной обоснованностью и статистической надежностью при обработке большого числа экспериментов.
Реализация результатов работы: результаты исследований рассмотрены, одобрены и используются в практике проектных институтов ООО «Севкав-6
нипиагропром», ООО «ПроектЮГСтрой» и др.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Ростовского государственного строительного университета «Строительство – 2010», «Строительство – 2011», «Строительство – 2015».
По теме диссертации опубликовано 8 работ, в т.ч. 4 статьи в изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 106 наименований и 2-х приложений. Работа изложена на 148 страницах, включая 106 рисунков и 16 таблиц.