Диссертация (1141606), страница 13
Текст из файла (страница 13)
166,4 м ищитовой стены НБОписание трещин в перекрытии на отм. 166,4 м и в щитовой стене НБ представлено вглаве 2; соответствующие схемы трещинообразования изображены на рисунке 2.2.1-2.2.3.На основе анализа представленного выше характера расположения трещин были сделанывыводы о характере действующих нагрузок:а) в пределах осей 6 – 10 действует изгибающий момент, убывающий в направлении клевой грани здания ГАЭС (от оси 8 к оси 10). Участок стены в осях 9 – 10, в пределах котороговсего 2 трещины, можно считать слабо нагруженным. При этом, судя по слабому наклону верхатрещин влево и вправо, ось 8 (для отметки 157,7 м) является некоторой условной границейповорота вертикальных сечений влево и вправо (левая консоль 8-11 - влево и правая консоль 1-8– вправо при общем наклоне здания вправо).Можно предположить, что наибольшее значение изгибающего момента отмечается по оси8.
Данное предположение подтверждается характером трещин, направленных вдоль потока в103железобетонном перекрытии на отм. 166,4 м (при этом на данной отметке центр густоты сетитрещин смещен к оси 7);б) на участке в осях 6 - 7 слабый наклон вершин трещин вправо аналогичен участку 7-8при том же характере действия нагрузок;в) на участке в осях 5 – 6 наклон трещин вправо довольно ощутимый, что свидетельствуето действии поперечной силы с правой стороны совместно с изгибающим моментом;г) на участке в осях 4 – 5, аналогично предыдущему участку в осях 5 – 6, ощущаетсясовместное действие поперечной силы с правой стороны и изгибающего момента. При этом, судяпо изменению наклона трещин, возрастает влияние поперечной силы из-за уменьшениявеличины изгибающего момента;д) на участке в осях 3 – 4, аналогично предыдущему участку в осях 4 – 5 продолжаетсясовместное действие изгибающего момента и поперечной силы (при еще большем преобладаниивлияния поперечной силы над изгибающим моментом).
В области, расположенной у оси 3отмечаются первые горизонтальные трещины, что свидетельствует об изменении характерадействия усилий. Таким образом, участок вокруг оси 3 является переходным участком;е) на участке в осях 2 – 3 отмечается полный переход от изгиба с поперечной силой квертикальному растяжению у оси 2. Ярко выражено влияние опирания верхнего участка правоготорца здания ГАЭС на подпорную стенку ПС-3 (правый край зависает на ПС-3). Неподвижныйза счет упора в ПС-3, правый участок здания ГАЭС подвержен действию собственного веса,направленного вертикально вниз.
Под действием вертикальной силы появляется значительноевертикальное растяжение, вызывающее образование горизонтальных трещин значительногораскрытия 0,3 – 0,5 мм.Таким образом, отмечается пространственный характер работы железобетоннойконструкции здания ГАЭС-2 при сложном характере опирания на неоднородное основание иподпорную стенку ПС-3. При этом можно выделить четыре характерных участка:1) от левой грани здания ГАЭС до оси 8 (ближе к оси 7 – на отм.
166,4 м) – зона действияизгибающего момента и поперечной силы вниз слева (при сниженном отпоре основания);2) от оси 8 до оси 6 (или до оси 5) – зона действия изгибающего момента и поперечнойсилы вниз справа (при полном опирании на основание);3) от оси 6 (или от оси 5) до оси 3 – зона действия изгибающего момента и поперечнойсилы вниз справа (при уменьшении отпора основания);4) от оси 3 до правого торца здания ГАЭС – зона действия силы вниз при упоре в ПС-3(при незначительном отпоре основания или отсутствии отпора основания).104На основе выполненного анализа состояния несущих конструкций здания былиопределены характерные фрагменты несущих конструкций для последующих расчетныхисследований.Характер выявленного трещинообразования характерных фрагментов, включенного вконечно-элементные модели несущих железобетонных конструкций, выборочно представлен нарисунке 4.2.1-4.2.3.105Рисунок 4.2.1.
Схема расположения трещин и размещения ПСАС на щитовой стене зданияГАЭС-2 в пределах отметок 157,7 – 164,9 (оси 6-10)106Рисунок 4.2.2. Схема расположения трещин и размещения ПСАС на щитовой стене зданияГАЭС107Рисунок 4.2.3. Схема расположения трещин и размещения одноосных щелемеров наперекрытии ГАЭС с отм. 157,67 м1084.3 Методика проведения расчетов напряженно-деформированного состояниянесущих конструкций здания ГАЭС-2, в том числе при их усиленииРасчетные исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) здания ГАЭС2 [33] выполнялись для оценки фактического состояния и несущей способности конструкций ипрогноза его изменения в период выполнения мероприятий по стабилизации и восстановлениюздания ГАЭС-2.При проведении расчетов учитывались результаты выполненных визуальных иинструментальных обследований, а также мероприятия, предусмотренные при выполненииработ по стабилизации и восстановлению здания ГАЭС-2.Расчетные исследования НДС несущих железобетонных конструкций здания ГАЭС-2проводились в рамках программно-математического комплекса «ANSYS».
Расчет напряженнодеформированного состояния здания ГАЭС-2 и определение усилий в конструктивныхэлементах от нагрузок осуществлялись методом конечных элементов на основе математическихчисленных моделей здания ГАЭС-2.При этом на первой стадии разработана трехмерная математическая модель, в рамкахкоторой воспроизводились особенности пространственной конструкции здания ГАЭС-2;особенности инженерно-геологического строения основания сооружения; снижение свойствоснования в период непроектной осадки; свойства материалов заполнения пустот в основании(на стадии стабилизации положения здания ГАЭС-2); особенности нагрузок в периоднепроектной осадки; в период стабилизации положения; в период выравнивания; и др.
Видыпространственной КЭ модели представлены на рисунках 4.3.1 и 4.3.2.На следующей стадии расчетных исследований выполнялась разработка более подробныхконечно-элементныхмоделейхарактерныхвключающих основные несущие конструкции.фрагментов,выделенныхвсооружении,109Рисунок 4.3.1 – Конечно-элементная модель станционного узла Загорской ГАЭС-2110Рисунок 4.3.2 – Конечно-элементная модель здания ГАЭС-2111Врамкахконечно-элементныхмоделейвоспроизводилосьтрещинообразование,выявленное в процессе проведенных обследований, а также фактическое стержневоеармирование.В рамках конечно-элементных моделей характерных фрагментов здания ГАЭС-2(нагруженных по контуру усилиями, полученными из решения общей задачи) воспроизводилосьтрещинообразование, выявленное при обследованиях; фактическое армирование; нарушениесцепления арматуры с бетоном в зонах трещин и пр.
При моделировании усиленияжелезобетонных несущих конструкций в выделенных фрагментах воспроизводились элементыусиления конструкций.В том числе применялся специальный методический подход к моделированиютрещинообразования и усиления в железобетонных конструкциях здания ГАЭС-2 (рисунки4.3.3-4.3.5.)Рисунок 4.3.3 – Моделирование нарушения сцепления арматуры с бетоном в зоневертикальной трещины1121 – вертикальная арматура;2 – горизонтальная трещина;3 – участки нарушенного сцепления.Рисунок 4.3.4 – Моделирование нарушения сцепления арматуры с бетоном в зонегоризонтальной трещиныРисунок 4.3.5 – Моделирование нарушения сцепления арматуры с бетоном в зоненаклонной трещины113Граничные условия по контуру выделенных фрагментов определялись из решения общейзадачи напряженно-деформированного состояния на основе трехмерной модели здания ГАЭС-2.Учитывая, что задача на основе трехмерной конечно-элементной модели здания ГАЭС-2решалась в упругой постановке, что соответствует инженерному подходу к решению такого типазадач,потребоваласькорректировкаграничныхусловийсучетомвыявленноготрещинообразования и включения в работу арматурных стержней.
Таким образом, величинанагрузки, приложенной на контуре выделенных фрагментов, корректировалась с учетомизменения жесткости несущих конструкций, произошедшего вследствие трещинообразования ивключения в работу стержневой арматуры [33, 41, 44, 47].Принципиальная расчетная схема для выделенных фрагментов железобетонныхконструкций здания ГАЭС-2 представлена на рисунке 4.3.6.Выполнялась калибровка разработанных конечно-элементных моделей расчетныхфрагментов несущих конструкций с учетом фактических данных натурных наблюдений (в томчисле, по показаниям КИА, установленной в соответствии с проектом) за показателямисостояния здания ГАЭС-2 (в том числе напряжениям в арматуре), а также с учетом результатовопределения фактических напряжений в арматуре методом «разгрузки арматуры».На основе откалиброванных конечно-элементных моделей расчетных фрагментовжелезобетонныхнесущихконструкцийвыполнялосьопределениенапряженно-деформированного состояния [32, 34].Для стадии выравнивания положения здания ГАЭС-2 определялись напряжения варматуренесущихконструкций,наосновевеличиныкоторыхрекомендуемое усиление конструкций композиционными материалами.далееопределялось114Рисунок 4.3.6 – Принципиальная расчетная схема для выделенных фрагментов115На последующей стадии расчетных исследований (с учетом проектных решений поусилению железобетонных конструкций внешним армированием из композитных материалов) вконечно-элементные модели включались элементы усиления конструкций (ленты из углеродноговолокна), после чего расчеты НДС повторялись.
При этом определялись напряжения как всуществующей стержневой арматуре, так и в элементах усиления несущих конструкций, в томчисле, снижение напряжений в стержневой арматуре за счет работы элементов усиления.4.4 Результаты расчетных исследований напряженно-деформированного состояниянесущих конструкций здания ГАЭС-2, в том числе с учетом их усиления внешнимармированиемРасчетные исследования НДС конструкций здания ГАЭС-2 (в том числе, щитовой стеныНБ, стены ВБ, перекрытий на отм.
166,4 м; 157,7 м; 149,85 м; 142,6 м) производились методомконечных элементов [5, 45, 56] на основе пространственных конечно-элементных моделей зданияГАЭС-2 совместно с основанием. При проведении расчетов учитывались результатывыполненных визуальных и инструментальных обследований, а также мероприятия,предусмотренные при выполнении работ по стабилизации и восстановлению здания ГАЭС. Приэтом конечно-элементные модели характерных фрагментов нагружались по контуру усилиями,полученными из решения общей пространственной задачи.Результаты проведенных расчетов фактического состояния указанных выше основныхнесущих конструкций здания Загорской ГАЭС-2 показали согласование с даннымиинструментального исследования на основе применения метода «разгрузки арматуры».В качестве примера, в таблице 4.4.1 представлено сопоставление результатов расчетныхисследований напряженно-деформированного состояния несущих конструкций здания ГАЭС-2с данными инструментального исследования на основе применения метода «разгрузкиарматуры».Таблица 4.4.1.
Результаты сопоставления расчетных и натурных результатов определенияфактических напряжений (МПа) в арматуре несущих железобетонных конструкций зданияГАЭС-2КонструкцияРасчетныезначенияНатурные значения (методом«разгрузки арматуры» и попоказаниям ПСАС)166,40перекрытие в/о 7-8 (в районетрещины №11)250,0243,0166,40консоль стены НБ в/о 6-7 (врайоне трещины №38)187,5185,0Отметка,м116Отметка,мКонструкцияРасчетныезначенияНатурные значения (методом«разгрузки арматуры» и попоказаниям ПСАС)151,35щитовая стена в/о 7-8 (пом.№007.1)164,0157,3149,85перекрытие в/о 5-6 (в районетрещины №13)156,0182,0144,20щитовая стена в/о 6-7 (пом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
