Введение к работе
Актуальность темы. В промышленном производстве, городском хозяйстве широкое применение находят резервуары для хранения воды, технических жидкостей, продуктов нефтепереработки. Подобные им емкостные сооружения применяются в системах канализации и водоснабжения. Традиционно резервуары выполняются из стали или железобетона. В 70-х годах прошлого века было предложено емкости для хранения агрессивных сред: электролитов, воды, вина и т.д., изготавливать из полимербетонов. На ряде метизных заводов в гальванических цехах были изготовлены и до сих пор эксплуатируются емкости из фурановых полимербетонов. Известны случаи изготовления и эксплуатации электролизеров (емкостей) для производства хлора и щелочей из эпоксидных и полиэфирных полимербетонов. Полимербетоны находят применение в слоистых конструкциях, выполняя функции защитных покрытий. Полимербетонные резервуары, эксплуатируемые в агрессивных средах, постепенно разрушаются и со временем могут представлять угрозу для жизни и нормального функционирования производства. Поэтому необходимо создать методику прогнозирования и оценки долговечности ресурса резервуаров из полимербетона.
Для резервуаров из стали, железобетона разработаны различные методы расчета. Однако до сих пор нет методов расчета, учитывающих реальную работу материала резервуара в условиях воздействия агрессивных сред. Известно, что под действием агрессивных сред свойства полимербетона изменяются, причем это изменение происходит неравномерно по объему изделия, элемента конструкции или сооружения. Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что на поверхности изделия в зоне непосредственного контакта материала с агрессивной средой изменение предела прочности, модуля упругости происходит более интенсивно, чем в глубине объема изделия. Но до сих пор все расчетные методы при анализе действия агрессивных сред на работу конструкции в качестве основных расчетных характеристик прочности, модуля упругости применяют данные, полученные путем испытания полимербетонных образцов (призм, кубов, цилиндров), экспонированных в агрессивных средах. Полученные таким образом интегральные оценки прочности, модуля упругости не отражают действительной работы изделия при контакте с агрессивной средой. В последние годы для исследования процессов изменения свойств материала под действием агрессивных сред все более широко применяются склерометрические методы микромеханических разрушений. Они дают возможность достаточно точно определить механические характеристики материала и их изменения, как во времени, так и по объему изделия.
Учет реальной работы материала дает возможность по новому подойти к построению расчетной модели плиты, резервуара, находящихся в условиях совместного действия механических нагрузок и агрессивных сред, сделать оценку долговечности резервуара более точной и повысить безопасность эксплуатации подобных изделий, сооружений.
Поэтому разработка методов расчета резервуаров с учетом реальной работы материала изделия является проблемой актуальной.
Цель диссертационной работы состоит в разработке методов расчета полимербетонных плит, призматических резервуаров, находящихся в условиях совестного действия механических нагрузок и жидких агрессивных сред, с учетом реальной работы материала и определением расчетных характеристик (предел прочности, модули деформаций, диаграммы деформирования) методом микроразрушений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать инкрементальный метод расчета полимербетонных плит, позволяющий учитывать физическую нелинейность и действительную работу материала в объеме изделия при воздействии жидкой агрессивной среды;
- разработать модель расчета призматического резервуара, которая позволила бы учитывать действительную работу полимербетона при совместном действии нагрузок и жидких агрессивных сред;
- разработать методику идентификации параметров диаграмм деформирования, основанную на склерометрическом методе микроразрушений;
- определить основные параметры, определяющие кинетику процесса взаимодействия полимербетона с жидкой агрессивной средой.
Научная новизна работы состоит в создании математической модели расчета призматической оболочки выполненной из материала, свойства которого физически нелинейны и меняются под воздействием агрессивной среды. Разработан алгоритм численной реализации модели.
На защиту выносятся:
- Инкрементальный метод расчета полимербетонных плит, позволяющий учитывать физическую нелинейность и действительную работу материала в объеме изделия при воздействии жидкой агрессивной среды;
- Модель расчета призматического резервуара, которая позволяет учитывать действительную работу полимербетона при совместном действии нагрузок и жидких агрессивных сред;
- Методика идентификации параметров диаграмм деформирования, основанная на склерометрическом методе микроразрушений;
- Обоснование основных параметров, определяющих кинетику процесса взаимодействия полимербетона с жидкой агрессивной средой.
Практическая ценность:
Разработка методов расчета полимербетонных плит, призматических резервуаров, находящихся в условиях совестного действия механических нагрузок и жидких агрессивных сред, с учетом реальной работы материала и определением расчетных характеристик (предел прочности, модули деформаций, диаграммы деформирования) методом микроразрушений позволяет по новому подойти к построению расчетной модели плиты, резервуара, находящихся в условиях совместного действия механических нагрузок и агрессивных сред, сделать оценку долговечности резервуара более точной и повысить безопасность эксплуатации подобных изделий, сооружений.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 10 публикациях, в том числе 1 работе в журнале по Перечню ВАК РФ.
Достоверность результатов работы обеспечивается корректной идентификацией и верификацией построенных моделей, сопоставлением результатов численного моделирования с экспериментальными данными; а также с результатами ряда теоретических исследований, полученных другими авторами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры строительных конструкций МГУ им. Н.П.Огарева (2002-2008 гг.), на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава СГТУ (2002-2008 гг.), на конференциях "Актуальные вопросы строительства" (Саранск, 2002-2008 гг.), "Проблемы прочности элементов конструкций под действием рабочих нагрузок" (Саратов, 2007 г.), научном семинаре архитектурно-строительного института ОрелГТУ (Орел, май 2009 г.).
Объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения в виде основных выводов по результатам диссертационной работы, списка использованной литературы. Общий объем составляет 183 страницы, содержит 130 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 106 наименований.
