Стресс анализ конкретных структур, подвергнутых щелочно-Совокупный реакций
В отдельном документе, авторы представленных учредительных модель для щелочных совокупного реакции (AAR) в бетоне. Такие меры бумаги первого анализирует, как этот комплекс, и в сочетании модель может быть использована в долгосрочной перспективе (до исчерпания реакции) прогнозов AAR пострадавших бетона. Затем, через ряд параметрических исследований, чувствительность анализы, а затем основные вопросы моделирования решения. Наконец, влияние AAR о структурных поведение двух плотин и железобетонных конструкций представлена.
Ключевые слова: щелочно-совокупного реакции, плотин, стресс.
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Многие старые структуры конкретных, как известно, страдают от щелочных совокупности реакций (AAR). Это внутренние причины реакции гелеобразования внутри агрегата и матрицы и приводит к набуханию бетона. Это опухоль в свою очередь, может вызвать вторичные напряжения сжатия (если структура ограничена, так как большинство из них), локализованных трещин карту, и, в конечном счете структурных трещин. Кроме того, конкретные прочность и модуль упругости может значительно уменьшиться. Один или сочетание этих эффектов может привести к серьезной проблемой для массивные бетонные (например, плотин), а также железобетонных конструкций. Действительно, как показали Хатч Эйкерс корпорации (2006), многочисленных плотин во всем мире, как известно, страдают от этой реакции, для которых Есть не известны эффективные средства правовой защиты. Уплотнение впуска только замедлить опухоль (хотя и незначительно), и резки плотины, чтобы уменьшить напряжение нарост затрагиваться лишь симптомы проблемы, а не его причины. Действительно, это является серьезной проблемой, и в идеале структурного анализа должны быть в состоянии предсказать, максимального расширения и сопровождающих их деформирования и разрушения ..
Многочисленные плотины во всем мире, как известно, страдают от AAR (Hatch акров Корпорация 2006). Tennessee Valley Authority (TVA) имеет три основных проектов, которые испытывают AAR, в том числе Fontana Dam и Пауэрхаус, Хивасси Дэм и мощь, и Чикамога Lock, плотины, и Пауэрхаус (Вагнер и Ньюэлл 1995). Все эти плотины более 60 лет, и возникли проблемы в одном или нескольких местах в связи с AAR, не о какой-либо замедление конкретные опухоль. Некоторые из трещин 0,5 дюйма (12 мм) в ширину и 1980. Другие доклады заболеваемости AAR по плотинам, сообщили Мерто (1995) по башне плотины водозабора; Гилкс и Кертис (2003), Мактаквак плотины в Канаде; Синклер и Варк (2003), консервный плотины; Jabarooti и Golabtoonchi (2003), иранский плотины; СИГБ (2001), плотины Pian Telessio в Италии, португальский национальный комитет по большим плотинам (2003), Pracana плотины и Малла и Виланд (1999), арочная плотина тяжести в Швейцарии .
Влияние AAR на железобетонных балок (или цилиндров) была исследована многими исследователями (Джонс и Кларк 1996; Ахмед и др.. 1998; Монетт и др.. 2002; вентилятора и Хансон 1998 Магомет, и др.. 2003; "Мултон" и др. . 2005). То, что кажется выйти из всех этих исследований является то, что всегда есть сигмоидальных расширения. Таким образом, реакция начинается с низкого уровня, ускоряет, а затем медленно приближается к асимптотическому значению. Во всех случаях, укрепление тормозит расширение вдоль ее оси, и таким образом существенно предварительного напряжения конструкции. Это приведет к возможной восходящей изгиб и повышенной прочности на сдвиг. Трещины будут, как правило, присоединяются к продольной арматуры и поперечной арматуры (если имеется). Наконец, разрушающая нагрузка не кажется, пострадавших от AAR.
САУМА и Перотти (2006) недавно разработали всеобъемлющую учредительных модель AAR в бетон. Это сочетание химио-термомеханической формулировка была значительной степени основан на обширных экспериментальных исследований, проведенных в лаборатории "Центрально-де-Ponts др. Chauss (2005). Хотя модель была тщательно протестирована на учредительном уровне для простых геометрий, не детальный структурный анализ не поступало. Более полный и подробный обзор литературы можно найти в САУМА и Перотти (2005).
Что касается структурного анализа AAR пострадавших структур, необходимо различать между государством и искусства государственной практики. Что касается бывших, Есть много претендентов, большинство из них довольно сложных моделей, разработанных и используемых в контексте научных исследований (Huang и Pietruszczak 1999; Ульм и др.. 2000; Ли и Coussy 2002; Гомес и др.. 2004; Бангерт и др.. 2004). Все эти модели кинетики модели для объяснения зависимости времени реакции, и большинство из них основывается на тесной связи между химической, термической, hygral и механических компонентов.
С другой стороны, и насколько известно авторам, состоянии практики (Насс 2005), как представляется, на основе раннего (на самом деле, одним из первых) AAR модели, предложенной в Чарлвуд и др. (1992) и др. Томпсон. (1994). Компьютерные программы, основанные на этих ранних моделей, широко использовались для крупных исследований плотины. Эта ранняя модель приходилось по сокращению расширения AAR при сжимающих напряжений, а не кинетики компонента.
Этот документ будет: 1) краткий обзор соответствующей литературы и обобщение основных компонентов модели, 2) описание методологии, принятой для анализа и системы идентификации важных параметров AAR, 3) представлены результаты обширных параметрические исследования, которые дают оценку относительной важности различных параметров, а также 4) представляет три тематических исследований исследовали с моделью.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Несмотря на обширную литературу по AAR, очень мало публикаций адрес анализ существующих структур, пострадавших от AAR. Эта работа представляет собой строгую методологию для расследования массовых и железобетонных конструкций, пострадавших от AAR, а затем применяет его к конкретному анализу три существующих структур. Таким образом, работа мостов разрыв между фундаментальные научные исследования и разработки и инженерной практике.
Учредительный модели
Теоретические основы модели, используемые в этом документе, была отдельно представлена на САУМА и Перотти (2006). Это будет краткий обзор. Расширение AAR считается один объемный, скорость которого определяется по следующей функции
...
...
...
...
где ... является заключительным объемного расширения, как определяется по результатам лабораторных испытаний при температуре Выражение 0 = Гт = 1, функция, которая уменьшает расширение в присутствии больших растягивающих напряжений (макротрещин поглощающих гель). Если упругая модель используется, то Р 'является прочность на растяжение и СИ является основной (растяжение) главное напряжение; Н влажности. С другой стороны, если размытым модели трещины будет принят, то CODmax максимальное перемещение раскрытия трещины в текущей точке Гаусса и туалет максимальное перемещение раскрытия трещины в растянутой кривой размягчения (Wittmann и др.. 1988).
Кроме того, 0 = Gc = 1 является функцией, что составляет сокращение AAR объемного расширения при относительно высоких сжимающих напряжений (микротрещин при сжатии и расширении гель сокращения в связи с многообразием осевой состояние напряжения сжатия), и с и м "являются гидростатическое давление и прочность на сжатие бетона, соответственно. 0 = G (H) = 1 является функцией влажности, менее 1, если
влажность ниже 80% (как правило, влажность внутри массивной бетонной конструкции, такие как плотины находится в пределах от 90 до 100%, хотя старые, возможно, влажность воздуха в диапазоне от 80 до 85%). 1
...
...
где I Наконец, UL и UC энергии активации для задержки и характерных времен.
После объемной AAR деформация определяется, он распадается на тензорных деформации в соответствии с тремя весовыми факторы, связанные с главных напряжений (САУМА и Перотти 2006) и, как следствие, расширение является анизотропным.
Наконец, авторы учитывать возможное снижение прочности на разрыв и модуль Юнга (которые могут присутствовать по расширению AAR), используя следующие выражения временной деградации
E (T,
м (T,
где Е0 и f't, 0, соответственно, начальное значение модуля Юнга и прочность на разрыв; является кинетическое уравнение определенные ранее.
АНАЛИЗ ПРОЦЕДУРЫ
В то время там не может быть средством для AAR в большинстве случаев, инженеры должны иметь численной модели, которые могут предсказать долгосрочные структурные ответ структуры предвидеть возможные структурные недостатки (например, трещины), а также правильно спланировать восстановительные работы.
Как заманчиво, как это может быть, AAR не может быть просто моделируется как простое эквивалентные тепловые расширения некоторые ограничения на основе соответствующего напряжения. AAR является термодинамически-индуцированной реакции (и, следовательно, зависит от температуры), которая тесно связана с поля напряжений (которые могут сдерживать расширение), и наличие трещин (которые поглощают гель). С помощью модели, ранее представленной САУМА и Перотти (2006), в данном разделе подробно анализ процедуры расследования AAR.
Термический анализ
Из-за температуры зависимость, переходных термического анализа структуры должны сначала быть выполнены, чтобы получить временную карту внутренней температуры. Для плотины, нет необходимости в модели рок базы такого анализа. Для этого требуется целый ряд параметров, в том числе: 1) изменения температуры воздуха (в том числе температуры цементации). В отчетном анализа, упрощенная модель Малла и Виланд (1999) была использована, 2) пространственные (по глубине) и временные (по крайней мере 12 или 24 шагом в год) изменения температуры воды должны быть известны. Модель Zhu Bofang (1985) для изменения температуры глубина была принята, 3) изменение высоты в бассейн типичный год необходимо знать, как оно влияет на напряженное состояние и 4) конкретные термические свойства должны быть определены. Для этого анализа и последующего стресса один, единица анализа (АТП), или приращение времени, определяется.
Анализ напряжений
После переходного термический анализ, анализ напряжений может быть выполнена, и эффективного E используется для учета долгосрочных ползучести (Eff = Ei / (1 карат), где КТ конкретных ползучести коэффициент Ei является начальным модулем. Следует отметить, однако, что сетка конечных элементов для расчета напряжений плотины, пострадавших от AAR должна отличаться от той, которая используется для термического анализа и включает в себя соединения, взаимодействия между плотиной и скальном основании, и скальном основании. Эти компоненты не являются необходимыми термического анализа, но очень важно захватить реальное поведение плотины, пострадавших от AAR (и таким образом захватить реальных смещений гребня, на котором идентификации параметров основывается, как описано в следующем пункте). Более того, AAR расширение может привести к: 1) открытие вертикальные швы вниз и закрытие вертикальные швы вверх по течению арочная плотина, 2) возможное перемещение различных контрфорсы тяжести дамбы вдоль соединения и 3) скольжение плотины подвергаются сжатию напряженного состояния на основе совместных ..
Что касается временных и пространственных изменений температуры, следует иметь в виду, что анализ требует напряжения разница температур в отношении стресса температуры (в частности, температура окружающего воздуха во время затирки ) -
Загрузка определение для расследования AAR может быть довольно сложным, и к ошибкам (если он не полностью автоматизирован) (рис. 2). Изъятие недавно завершила первый плотины моделируется через несколько шагом (примерно пять), чтобы совместные изменения в нелинейном анализе, где нелинейность суставов моделируется специальный элемент интерфейса (Сервенка и др.. 1998). После этой начальной фазы, а также с учетом данных плотины завершения для выполнения надежного анализа и прогнозирования будущего, анализ данных входного файла завершена в следующем. Для каждого из п лет (обычно 50), и для каждого из ежегодных АТУС м (как правило, 24 год, и каждый раз прирост составляет примерно 2 недели), применять правильное поднятие бассейн (вверх и вниз), поднятие давления и внутренней узловых температур. Это может привести к трехмерного анализа данных 500 MB входного файла.
Анализ и подготовка данных для этого исследования были выполнены с помощью специально изменение конечного кода элемента (Мерлин 2006) и конечных элементов Препроцессор (Kumo 2006).
Система идентификации
Особенно сложной проблемой при анализе взрослыми структур, пострадавших от AAR является определение кинетики параметров ( Трудность связана с тем, что один противостоит (почти по определению) со взрослыми структур, для которых практически невозможно проводить лабораторные эксперименты и извлекать кривой расширения. Таким образом, структурный анализ должен быть проведен в первоначальный набор предположений, результаты по сравнению с плотины зарегистрировано перемещений, а затем ввести параметры обновления. Этот труд и вычислительно интенсивные процедуры подвержен многочисленные ошибки и неэффективно. Таким образом, AAR проблемы являются первыми кандидатами для системы идентификации.
Математически задача может быть просто формулируется следующим образом. Области зарегистрировано (как правило, герб) смещения обозначается U (T), кинетических (и, возможно, других) параметров х, а оператор конечного элемента / (.), А также результаты расчетов по U (T, X). Таким образом, / (х) = и '(т, х) Авторы стремятся свести к минимуму цель
...
...
...
...
Рядом минимум, то ..., то Н (х) = 2JTJ. Использование Левенберга-Marquardt метод (Деннис и Шнабель, 1983), 1 х от х 1 = х - [ (х)] больше, чем Наконец, авторы использовали развитие метода Левенберга-Marquardt: метод целевого региона. Авторы пытались свести к минимуму цель
...
Доверия области определяется следующим образом
...
и задача оптимизации становится кокетка Условия для обновления региона дается
...
Обновление отправной точкой является тот же иллюстрируется метод Левенберга-Marquadt.
Наконец, в этом методе верхние и нижние границы для параметров также может быть определена как
кокетка (
С практической точки зрения, следующие три соображения должны быть учтены в процессе оптимизации:
Отправной точкой для идентификации параметров могут быть определены по результатам лабораторных испытаний (из которых первые оценки ..., TL ( Кроме того, кривой перемещения гребня плотины
...
(Там, где ... и ... много времени и температурных необратимые перемещения и окончательного перемещения в результате AAR, соответственно), можно сделать разумное предположение по тем временам, но не для ....
Искомые параметры должны быть нормированы так, что все начальные значения имеют тот же порядок величины: а) первоначальный вариант должен быть достаточно большим, чтобы подготовить изменения результатов расчета (большой нормированные значения может привести к немедленной остановки программы идентификации ) и б) окончательное изменение параметров должны быть достаточно малы, чтобы позволить малым окончательная корректировка выявленных параметров без больших колебаний вокруг окончательного решения (в случае нормированного параметра слишком мала, это может привести к большой заключительный колебаний).
Весовая функция может быть использована для присвоить значение последнего поля данных, которые, как правило, основные абсолютные значения и таким образом лучше представить необратимым последствиям в AAR расширения в связи с влиянием нормальной нагрузки. Следует отметить, что эта система идентификации не требует термического анализа, а с практической точки зрения, влечет за собой простую модификацию трех переменных в исходном файле расчет напряжений.
ДВА DIMENSONAL параметрическое исследование
Учитывая относительную сложность процедуры анализа, и прежде чем приступать к трехмерной анализа было признано целесообразным выполнить предварительный двумерного параметрического анализа для решения следующих вопросов: 1) Каким AAR влиять на состояние стресса в плотине подвергнуты обычной гравитации (G), гидростатического (H) и температуры (T) нагрузок? 2) Следует ли сезонные колебания в бассейн высоты и температуры во время долгосрочный анализ плотины подвергаются AAR быть объяснено? 3) Сколько шагом в год, необходимые для получения достоверных результатов? 4) Важно, чтобы модель плотины / фундамент сустава в AAR анализа? 5) Насколько важно для моделирования кинетики сигмовидной? 6) Какое значение имеет влияние модуля деградации конкретных Юнга? 7) Важно, чтобы модель внутреннего и внешнего бетона плотины, которые имеют разное содержание цемента и, таким образом, содержание щелочей? и 8) Чем отличается модель авторов из одного состояния практике? Как средством для этого предварительного следствия, два-мерной модели трехмерного проанализированы арочная плотина тяжести (рис.
Из-за сложного взаимодействия между температура, напряжение и расширение внутреннего ядра плотины (будучи кулера, поскольку он не прямой контакт с внешней жидкости и, следовательно, с уменьшением расширения) сдерживает расширение внешнего слоя, который производит растягивающие напряжения во внутренней части. Это может привести к скрытой (кроме галереи) внутренних структурных трещин. Потенциал для внутреннего растрескивания может быть представлена через распределение напряжений между плотиной и скалой. Как показано на рис. 4, есть посредник зоны как высокие растягивающие напряжения вдоль основания и старше перемещения вдоль центрального ядра. В результате этого, в последующих анализах, совместные элементы помещались между рок и бетона.
Предложенная модель (САУМА и Перотти 2006) был по сравнению с моделью состоянии практики. Обе модели были откалиброваны дают одинаковые перемещения гребня после 50 лет (как сделано на практике для калибровки анализ), однако предполагается, бывший сигмовидной кривой расширения, а второй линейный характер. Сравнивая два максимума внутреннего напряжения (рис. 5), то ясно, что состояние дел thepractice модели сильно недооценивать масштабы растягивающие напряжения (по сравнению с моделью авторов). Это может быть связано с отсутствием AAR деформации перераспределения (способность преобразовывать объемной деформации AAR в основных штаммов AAR вдоль главных напряжений) в этой модели, а также отсутствие тепловой чувствительности модели.
И, наконец, в связи с другими первоначальными целями этого предварительного исследования параметрических, было установлено (из-за ограниченности места, не все результаты были развернутая), что: 1) AAR причин выпуклые к перемещению и напряженности в центре города. Это важно, поскольку это может привести к внутренней незаметные трещины и может объяснить наблюдаемые трещины внутри галереи проанализированы плотины, как описано в следующих пунктах; 2) временного изменения температуры должны быть смоделированы; 3) гидростатического / поднятия нагрузки Важно только, чтобы оценки недостаточности; влияние на AAR-индуцированной ответ является минимальным (ее активации не меняет поля напряжений достаточной степени, чтобы повлиять на расширение). Гидростатическое / вес / тепловой минимальные напряжения около 3 МПа (435,11 фунтов на квадратный дюйм), а AAR результатов в общей минимальное напряжение около 14 МПа (2030,53 фунтов на квадратный дюйм). Для плотин выше 50 м (164 футов), однако они должны быть включены во все анализы, 4) необходимо использовать 12 или 24 шагом в год корректно обрабатывать эффекты изменения температуры, 5) основы интерфейса дамбы и плотины швы должны быть смоделирована; 6) состоянии практике модель, при калибровке уступить же перемещения, а САУМА и Перотти (2006), дает подчеркивает, что ниже (и, следовательно, потенциально unconservative); 7), как правило, не важно модуль деградации модели Юнга (деградации мало влияет на долгосрочный гребень перемещения).
В любом случае, это очень сложно правильно оценить окончательный значение модуля Юнга (в этом параметрические исследования, деградации, равной 30% было предположить на основе пессимистического экспериментальных данных для существующих плотин [Здоровье акров 2006; Кавальканти и др.. 2000]); и 8), нет необходимости в модели внутренних и внешних конкретных отдельно ..
Арк тяжести плотины анализ
После двумерного параметрического анализа, трехмерного анализа не проводилось. Первоначальный сетка на рис. 6. В результате первых двух-мерного параметрического исследования, ключевые параметры анализа были определены, и это окончательный анализ охватывает три части: 1) термический анализ сетки без швов и скальном основании, 2) параметрическое исследование идентификации прудить в 1997, и 3) окончательное интеллектуального анализа с использованием AAR параметры TL ( Несмотря на грубые сетки и АТП на 1 месяц, расчетные карты внутренней температуры практически идентичны полученным из двумерного анализа с более тонкой сетки и с 1 АТП равна 2 недель.
Идентификация параметров и результатов анализа
Первостепенное значение для долгосрочного надежного прогнозирования плотины ответ является способность модели также моделировать прошлого ответа. В плотины, всегда есть запись гребень необратимые перемещения во времени; именно этой кривой, что модели должны быть в состоянии воспроизвести, а также возможно. Таким образом, с использованием подхода, описанные выше, драйвер был написан, чтобы определить три основных параметров ..., TL ( Водитель: 1) начало первоначальный анализ методом конечных элементов, 2) открыть выходной файл и распакуйте гистограммы гребень перемещения, 3) сравнить численное гистограммы с полем в записи. Если результаты почти одинаковые (установленной сходимости достигается), прекращение выполнения и 4) надлежащим изменить ввода ключевых параметров и запуска анализ методом конечных элементов. Эта процедура лучше всего иллюстрирует рис. 7, где левый драйвер программного кода; правом верхнем конечных элементов анализа выполнения программы; нижнем правом сравнения расчетных и записанные гребень перемещения (слева вверху) и изменение TL ( .
Рисунок 8 показывает, что расчетные перемещения гребня находится в пределах сезонных изменений численных окончательного предсказания. Таким образом, имея одобрил модели с измерениями, до 1997 года, один, окончательный анализ был проведен до 2020 года. Было установлено, что расширение должно остановить около 2010 (расширение данных после 1995 не были доступны для авторов).
Для трехмерной сетки (7552 узлов, 5196 элементов), общая процедура идентификации занимает примерно 190 часов на компьютере. Рисунок 9 показывает максимум внутреннего AARinduced главных напряжений. Максимальная основных поле напряжений внутри плотины можно объяснить обнаружили трещины на верхней галерее проанализированы плотины.
HOLLOW опорой DAM АНАЛИЗ
Второй пример взят из вклада авторов Восьмая СИГБ Уровень семинар по численному анализу плотинам, в котором участники должны были дать оценку безопасности Poglia плотины (САУМА и др.. 2005). Плотины (рис. 10) представляет собой полый тяжести плотины состоит из двух боковых плотин тяжести и четыре полых алмазов headbuttress центральных элементов.
Она характеризуется гребень длиной 137,1 м (450 футов), высота 50 м (164 футов), два 14 м (46 футов) в ширину водосбросов и совместные шагом 22 м (72 футов). Базы, максимальной, а также операционные бассейн возвышенности 628,1, 632 и 625 до 628 м (2060, 2073 и 2050 до 2060 м), соответственно. Ускоренное расширение лаборатории испытания проводились на ядрах (извлечения из Poglia дамба) как на 38 и 80 ° C (100 и 176 ° F). Из этих испытаний, было подсчитано, что остаточная расширения составляет примерно 0,95
В то время как не существует схема прокладки гребень перемещения во времени, понятно, что гребень вертикальное смещение, началась в 1970 году, достиг 8 мм (0,31 дюйма) в 1982, а затем достигли общей стоимостью 30 мм (1,18 дюйма) в 2000 году. Увеличение квазилинейных при незначительном увеличении темпов в последующие годы. Кроме того, необратимые перемещения около 0,1 и 0,2 мм / год (0,004 и 0,008 дюйма / год) был записан в поперечном направлении долины (вправо), а также вдоль ручья направлении соответственно. И, наконец, что может быть хуже всего, смещение вниз в правом углу был записан (из-за бокового расширения двух соседних блоков).
Переходный термического анализа
Как AAR модели авторов в значительной степени зависит от температуры предварительного переходных тепловых анализ результатов. В этом анализе, только плотины был рассмотрен. Половина из центральных элементов была смоделирована, и в силу симметрии, адиабатические граничные условия, применяемые на плоскости симметрии. Конвекция была проигнорирована, а записанные температуры применялись на тех лиц, на воздухе (снаружи и внутри), и на воду.
Проводимости К была установлена в 10,12 кДж / (м · ч ° C (715 кВт / в. ° F), а плотность массы в 2431 кг/м3 (150 lb/ft3). Переходный анализ был проведен на 5 лет, и потому, что результаты стабилизировались после 4 лет, результаты пятого года были рассмотрены представитель годового хода температуры. На рисунке 11 показана внутренняя температура внутри плотины.
Анализ напряжений
После термического анализа, анализа напряжений был проведен с использованием сетки, которая включала плотины, фундамент, и интерфейс соединения между камня и бетона. Свойства материала принятой в анализ те, которые предусмотрены Уровень семинар с одним исключением. Прочность и сплоченность плотины / фундамент интерфейса были увеличены до 1,5 и 1,0 МПа (217 и 145 фунтов на квадратный дюйм) (вместо указанных 0,15 и 0,10 МПа [21,8 и 14,5 фунтов на квадратный дюйм] уточняется), поскольку предварительный анализ показал, что эти ценности слишком мала, чтобы противостоять бассейн высоты. Первоначально выбранный AAR свойства и окончательным определяется путем минимизации приведены в таблице 1. Следует отметить, что только начальные предположения о максимальном объемном задержки деформации и характерное время было сделано, поскольку те были впоследствии будет определено с автоматизированной процедуры идентификации системы. После сходимости этого минимизации (погрешности между вычисленных и измеренных смещений гребня), дальнейшей доработки была проведена вручную в целях дальнейшего сокращения этой ошибки.
Тяжести груза (плотины только) был применен в первую прироста и перемещений (но не напряжения) впоследствии были обнулены (для устранения собственный вес смещений от результатов). Впоследствии, бассейн высота была увеличена с базы высоте 582,10 м (1909 футов) до максимальной отметки 628,09 м (2060 футов) в четыре шагом 11,5 М. (37,7 м) каждый. Следует отметить, что в бассейн высоте был поднят, она не только увеличение гидростатического давления, но и поднятие распределение давления под завала. Это распределение давления будет автоматически корректироваться треугольной один на один трапециевидные должны трещины плотины базы. С шестого прирост вперед, бассейн высота поддерживалась постоянной и AAR был активен (надбавки шесть и семь соответствуют зимой и летом в первый год). Анализ соответствующих 55 лет плотины операций было сделано, и в результате перемещения гребня по сравнению с ранее измеренных параметров.
Результаты
Трехмерной конечно-элементной сетки было 6145 узлов и 24133 элементов. Трехмерного нелинейного анализа использовали метод касательной жесткости вместе с строке поиска и влечет за шагом 115. Критерии конвергенции были настроены на 0,01, 0,02, 0,05 и 0,02 для энергии, относительной остаточной (соотношение евклидовой норме текущей и начальной остаточной векторов нагрузки), абсолютная остаточная (соотношение бесконечности норма текущей и начальной остаточной нагрузки векторов), а также смещение ошибки, соответственно. Более 50 итераций, была запрещена. Каждый анализ занимает примерно 7 часов на 3,00 ГГц и 1,5 ГБ оперативной памяти.
На рисунке 12 показана вертикальных и горизонтальных смещений гребня. Следующие выводы могут быть сделаны: 1) окончательное гребень максимальное вертикальное смещение составляет около 30 мм (1,18 дюйма), 2) сезонные изменения перемещений nonnegligible по сравнению с общим AAR необратимым один, и 3) по кинематике перемещения еще не удовлетворительно захватили (рис. 12). Тем не менее, это может быть частично связано с нехваткой полевых наблюдений (и нет никаких признаков того, если они были приняты летом или зимой), а также тот факт, что боковые и значительные перемещения плотины / скользящая игнорируется, и 4) горизонтальные смещения значительно меньше, чем вертикальное смещение из-за боковой ограничений.
Общее деформированное вызывает недоумение (рис. 13). Похоже, что для данного численного предположений, большинство из которых были обусловлены Уровень организаторов семинара, плотина не удается путем скольжения. Резкое искривление деформации на вершине соответствует бассейн высот, что действительно 2 м (6,6 м) ниже гребня.
Рисунок 14 иллюстрирует различные линии контура для основной камень / бетон сустава. Интересно, что следует отметить, что трещины открытие смещения максимума в середине и минимум на верхнем и нижнем течении стороны. Это уже наблюдается в арочная плотина тяжести ранее проанализированы. Нормальные напряжения в основном нулю, а полное поднятие развивается на протяжении большей части сустава. Совместные перемещения скольжения имеет линейный характер и, в крайнем случае, равной 45 мм (1,77 дюйма) (принятие метод строке поиска, возможно, помешал общий скатываются к такой небольшой стоимости). Показан также сдвига распределения сустава. Общее расширение AAR в конце анализа Разница была вызвана сокращением факторов модели. Кроме того, это расширение, в среднем, составляет 40 ° C (104 ° F), которая чуть-чуть прохладнее, чем 42 ° C (108 ° F) определяется в ходе предыдущего исследования, в которых интерфейс не моделируется, а тепловая рост был равномерным (САУМА и Перотти 2004) ..
Второй был проведен анализ с боковых сторон плотины непринужденно в боковой (Z) направлении. Рисунок 15 показывает, что с боковых сторон плотины свободно расширяться, вертикальные перемещения уменьшена в соответствии с предпосылками модели. Наконец, рис, 16 это просто догадки о возможном режиме отказа механизмов этой плотины при полной трехмерной анализа должны быть предприняты. Острый угол между этими сегментами плотины составляет здесь пятки плотины Ахилла. Эта тревожная ордера аспект дальнейшего расследования.
ОСНОВНЫЕ железобетонных конструкций
Последний пример исследовали является следствием расширения AAR в массовых усиленную конструкцию бетона, который поддерживает высоковольтных опор (рис. 17). Перекрестные балки и колонки 1,5 х 1,5 м и 2,0 х 2,0 м (4,9 х 4,9 м и 6,56 х 6,56 м), соответственно, в поперечном сечении, а также пролет 13,7 м (45 футов). Балка в значительной степени усилить: 1) продольно 14 Необычный характер трещины наблюдаются и AAR расширения подозревается. Это было позже подтверждено путем проведения лабораторных испытаний и предварительный анализ методом конечных элементов было проведено с целью улучшить понимание структуры реагирования и предвидеть возможные будущие меры по восстановлению.
Один кадр структуры был смоделирован посредством трехмерной сетки и анализируется с помощью модели было описано ранее. В отличие от плотины, где было бы разумно предположить, что влажность воздуха была достаточно высокой, чтобы AAR реакции, это предположение может не быть действительными для этой структуры. В этом предварительный анализ, однако, эффект влажности изменения не уделялось должного внимания и оставил для будущих исследований. Кроме того, это предварительное исследование, попытка просто качественно объяснить трещины образований.
После 50-летнего моделирования (рис. 18), было отмечено, что зоны высоких растягивающих напряжений, действительно соответствуют расположению наблюдаемых трещин в этой области. Высокая прочность зоны, однако, кажется, должны быть изолированы, чтобы внешняя часть бетонной балки, таким образом, наблюдаемые трещины может быть только поверхностно. Кроме того, как и ожидалось, расширение AAR причин высокой прочностью на сжатие и растягивающие напряжения по отношению к первоначальной случае, когда только мертвые нагрузки считается, что может потребовать нового нелинейного анализа этой структуры. Наконец, распределение AAR деформации внутри балки в значительной степени зависит от наличия напряжения сжатия, диктуемых модели.
ВЫВОДЫ
AAR инженерного моделирования имеет первостепенное значение для инженеров, сталкиваются с деградировавших структуры. Самые важные вопросы, как долго будет продолжаться структуры расширить (при постоянном воздействии реактивной щелочных и агрегатов), и что будет сопутствующих структурных ответ. Это исследование представляет собой жесткую процедуру отбора, в значительной степени основан на модели из первых двух авторов (САУМА и Перотти 2006), что составляет тепловой нагрузки и колебания времени. Это, как правило, влечет за собой предварительный анализ переходных тепловых, которым должны следовать процедуре идентификации системы, если полевых измерений доступны. Жизнеспособность методики иллюстрируется на основе анализа трех различных структур. Для лучшего познания авторов, это является наиболее всеобъемлющей аналитической методологии расследования AARaffected структур до сих пор (на основе реализма исследуемых структур), и мы надеемся стимулировать дальнейшие исследования и применения в этом направлении.
Авторы
Развитие AAR модели и первого анализа стало возможным благодаря финансовой поддержке Швейцарского федерального управления водных ресурсов и геологии (DFEG). Последнее два анализа были поддержаны в Токио Электрик Пауэр ".
Ссылки
Ахмед, T.; Берли, E.; и Ригден, S., 1998, "Статические и усталостной прочности железобетонных балок, пострадавших от реакции щелочного Silica", ACI журнал Материалы, В. 95, № 4, июль- август, с. 376-388.
Бангерт, F.; Кул, D.; и Meschken, Г., 2004, "химико-механический гигро-моделирования и численного моделирования разрушения бетона причиненный Реакция щелочно-Silica," Международный журнал Численные методы и методы геомеханики, V 28., с. 689-714.
Кавальканти, AJ; Силвейра, AM; и Degaspare, JC, 2000, "AAR управлению Паулу-Афонсу IV ГРЭС-Бразилия", 11-я Международная конференция по щелочно-Совокупный реакции, Квебек, Канада, с. 1262-1272.
Сервенка, J.; Чандра, JM и САУМА В., 1998, "О смешанной разрушения режима цементных Bimaterial Interfaces; Часть II: Численное моделирование," Инженерная Механика деформируемого твердого тела, В. 60, № 1, с. 95-107 .
Чарлвуд, RG; Solymar, С. В. и Кертис, Д. Д., 1992, "Обзор щелочных Совокупный реакций в гидроэлектростанции и плотины," Труды Международной конференции щелочно-Совокупный реакций в гидроэлектростанций и плотин, Фредериктон, Нью-Брансуик Канада, с. 1-29.
Деннис, JE, и Шнабель, RB, 1983, "Численные методы безусловной оптимизации и нелинейные уравнения, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 394 с.
Вентилятор, С., Хансон, J., 1998, "Разложение по длине и Крекинг равнины и железобетонных призмы из-за реакции щелочного Silica", ACI журнал Материалы, В. 95, № 4, июль-август, с . 480-487.
Гилкс П., Куртис Д., 2003 "Преодоление действию AAR на воде подпор на Мактаквак GS," Труды 21-го Конгресса по большим плотинам, Монреаль, Квебек, Канада, с. 681-703.
Гомес, JP; Батисты, А. Л., и Оливейра, S., 2004, "Анализ бетонных плотин В набухания", 12-я Международная конференция по щелочно-Совокупный реакции в бетоне, с. 1148-1157.
Хатч акров корпорации, 2006, <a target="_blank" href="http://www.hatchacres.com/Company/Services/ServHydroAAR/indcnt.htm" rel="nofollow"> http://www.hatchacres .com / Компания / Услуги / ServHydroAAR / <indcnt.htm / A>.
Хуан М., Pietruszczak, S., 1999 ", щелочно-Silica реакции: Моделирование Thermo-механические эффекты," Журнал "Инженерная механика", ASCE, В. 125, № 4, с. 476-487.
СИГБ, 2001, "Численные методы гидроэнергетики", Труды семинара Шестой СИГБ Benchmark, Зальцбург, Австрия.
Jabarooti, MR, и Golabtoonchi И., 2003, "щелочно-Совокупный Реакционная в Юго-Восточном Иране", Труды 21-го Конгресса по большим плотинам, Монреаль, Квебек, Канада, с. 53-62.
Джонс, АЕК, и Кларк, Л., 1996, "Влияние ограничений на расширение ASR из железобетона," Журнал конкретных исследований, т. 48, № 174, с. 1-13.
Kumo, 2006, "О конечных элементов Препроцессор для Мерлин," Tokyo Electric Power Company внутренний доклад, <a target="_blank" href="http://ceae.colorado.edu/~saouma/kumo" rel="nofollow"> http://ceae.colorado.edu/ ~ САУМА / Kumo </ A>.
Larive, C., 1998, "Apports combin
Ли, К., Coussy О., 2002, "Бетон (ASR) деградации: из материала Моделирование структуры оценке," Журнал Бетон науки и техники, Т. 4, с. 35-46.
Малла С., Wieland, М., 1999, "Анализ Арк-Gravity плотину с горизонтальной Crack," Компьютеры и сооружений, № 72, с. 267-278.
Мерлин, 2006, "анализа методом конечных элементов программы," Tokyo Electric Power Company внутренний доклад, <a target="_blank" href="http://ceae.colorado.edu/~saouma/merlin" rel="nofollow"> HTTP : / / ceae.colorado.edu / ~ САУМА / кречета </ A>.
Мохаммед, ТУ; Хамада, H.; и Yamaji, T., 2003 ", щелочно-Silica Реакция индуцированных штаммов над бетонной поверхности и стальные прутки в бетоне", ACI материалы Journal, В. 100, № 2, январь - февраль, с. 133-142.
Монетт, LJ; Гарднер, штат Нью-Джерси, и Граттан-Белью, PE, 2002, "остаточной прочности железобетонных балок, пострадавших в результате щелочного Silica реакция-Рассмотрение ущерба Метод Индекс Рейтинг", ACI журнал Материалы, В. 99, № 1 , январь-февраль, с. 42-50.
"Мултон", S.; Seignol, JF и Toutlemonde, F., 2005, "Структурные Поведение бетонных балок, пострадавших от реакции щелочного Silica", ACI журнал Материалы, В. 102, № 2, март-апрель, стр. . 67-76.
Мерто, Б., 1995, "Белцвилл Дэм Прием Башня щелочно-Silica реакции, тематическое исследование," Заключительный доклад Срок проекта повышения Дорожное строительство I, Drexel University, Филадельфия, Па
Насс, Л., 2005, личное сообщение, Бюро мелиорации США. Португальский национальный комитет по большим плотинам, 2003, "Проблемы старения процесса и реабилитации Pracana Дэм", Труды 21-го Конгресса по большим плотинам, Монреаль, Квебек, Канада, с. 121-138.
САУМА В.Е., Perotti, LE, 2004, "Analisi dell'Elemento Centrale Делла ЧИП дель Poglia Con IL Programma MERLIN" Доклад, представленный Миланского политехнического института в CESI.
САУМА В.Е., Perotti, LE, 2005, "Современное состояние Обзор щелочных Совокупный реакций в железобетона и бетона Massive", технический отчет, представленный на Tokyo Electric Power служба компании.
САУМА В.Е., Perotti, LE, 2006, "Учредительный Модель для щелочных Совокупный реакций", ACI журнал Материалы, В. 103, № 3, май-июнь, с. 194-202.
САУМА, В. Е.; Perotti, L.; и Uchita Ю., 2005, "AAR Анализ Poglia плотину с Мерлин," Восьмая СИГБ Уровень семинар по численному анализу плотинам, Ухань, Китай.
Синклер, М., Варк Р., 2003 ", консервный Дэм ремонтные работы, Австралии большое постоянное Якоря землей", Труды 21-го Конгресса по большим плотинам, Монреаль, Квебек, Канада, с. 155-172.
Томпсон, GA; Чарлвуд, RG; Стил, Р. и Кертис, Д. Д., 1994, "Мактаквак Прием станции Создание и Спилуэй мерам", СИГБ 18 Конгресса в Дурбане, Южная Африка, с. 349-365.
Ulm, FJ; Coussy, O.; Kefei, L.; и Larive, C., 2000, "Thermo-химико-механики ASR расширения в бетонных конструкциях," Журнал "Инженерная механика", март, с. 233-242.
Вагнер, CD, и Ньюэлл, В. А., 1995, "Обзор истории AAR в три-Дэм в TVA", Труды Второй Международной конференции по AAR в гидроэлектростанции и плотины, штат Теннеси, октябрь, стр. 57. -66.
Wittmann, FH; Rokugo, K.; Bruhwiler, E.; Mihashi, H.; и Симонин, P., 1988, "Энергия разрушения и деформационные размягчения бетона определяется с помощью компактных образцов напряженности", материалов и конструкций, V 21., с. 21-32.
Zhu, B., 1985, "Прогнозирование Температура воды в водохранилищах," Китайский журнал гидротехники, № 2.
ACI член Виктора САУМА является профессор гражданского строительства в Университете Колорадо, Боулдер, Колорадо, директор Нис-NSF Быстрое тестирование гибридных Нис-лаборатории. Он является членом комитета ACI 446, Механика деформируемого твердого тела и совместной ACI-ASCE Комитет 447, анализа методом конечных элементов железобетонных конструкций. Его исследовательские интересы лежат в инженерной плотины, землетрясение техники, моделирование конкретных ухудшения, и механики разрушения.
Луиджи Перотти является кандидат кандидата в Калифорнийском технологическом институте. Окончил Отдел структурной инженерии политехнического института в Милане. Его исследовательские интересы включают щелочных совокупного реакций (AAR).
Такаши Shimpo является инженером научно-исследовательского центра в Токио Электрик Пауэр Ко, Йокогама, Япония. Его исследовательские интересы включают AAR из железобетона, острова тепла анализа и плотины техники.