Vznik a vývoj trhlin během tvrdnutí železobetonových konstrukcí simulace a validace

Vznik a vývoj trhlin během tvrdnutí železobetonových konstrukcí – simulace a validace

Petr Havlásek, Vít Šmilauer – ČVUT v Praze, Fakulta stavební Petr Jedlinský – Eurovia

Workshop CESTI 2016, Brno, 7.12.2016

Motivace • Beton je nejvíce vyráběným materiálem ~3.5 t/osobu/rok • Odlišné receptury dle regionálních podmínek • Tvrdnutí je ovlivněno časově závislými okrajovými podmínkami – teplota a mechanika • Trhliny snižují životnost (snadnější penetrace Cl, CO2, H2O, …) • Málo nástrojů pro virtuální simulace pro tvrdnutí betonu – Termo-mechanický model

Blok 5 x 5 x 4.5 m Nedostatečná vodorovná výztuž v bloku Vznik trhlin přes celý blok

[V. Červenka, J. Červenka, Z. Bittnar: Závěrečná zpráva projektu CERHYD/TIP, FR-TI1/612, 2012]

Vznik a vývoj trhlin během tvrdnutí železobetonových konstrukcí | P. Havlásek

2

Motivace - simulace 1/8 bloku


3

Motivace - simulace 1/8 bloku


4

Termo-mechanický sdružený model


5

Termální model • Rovnice vedení tepla

T T  Qh   c t • Qh získán ze čtyřparametrického afinního modelu hydratace, model upraven z Cervera et al., 1999 E  1 1  Qh (t )  Q pot A 25 exp  a     R  273.15  25 T    B2   DoH  A 25 ( DoH )  B1   DoH   DoH   DoH  exp     DoH    DoH  

• Nelineární řešič, T and Qh sdruženy [W. da Silva, V. Šmilauer, P. Štemberk: Upscaling semi-adiabatic measurements for simulating temperature evolution of mass concrete structures. Materials and Structures. 2015, vol. 48, no. 4, p. 188-197.] Vznik a vývoj trhlin během tvrdnutí železobetonových konstrukcí | P. Havlásek

6

Mechanický model • Smrštění a dotvarování  eff  EDV (      sh ,aut   T ) • E,   '' určeny z funkce dotvarování J(t,t’) z B3 modelu – Výpočet začíná již několik hodin po začátku tvrdnutí – Pouze základní dotvarování, není vysýchání – Prametry q1-q4 určeny ze složení betonu – Přeformulovaná teorie mikropředpětí pro cyklickou teplotu

Strain [10-6]

2000

henv = 98% T(23,60)oC

1500 1000

experimental data original MPS improved

500 0 0

50 100 Age of concrete t [day]

150


[H.M. Fahmi, M. Polivka, and B. Bresler. Effects of sustained and cyclic elevated temperature on creep of concrete. Cement and Concrete Research, 2:591– 606, 1972] [M. Jirásek and P. Havlásek: Microprestress-solidification theory of concrete creep: Reformulation and improvement. Cement and Concrete Research, 60:51–62, 2014] 7

Mechanický model • Autogenní smrštění – fib/B4 models

 sh , • Isotropní model poškození, exponenciální změkčení, ModelCode 2010   (1   ) eff



C20/25



f cm (t )  f cm ,28 exp  s 1  1/ te    G f ,28  73( f cm ,28 ) 0.18 G f (t )  G f ,28  f tm (t ) / f tm (28)

Šířka trhliny w  Lch  ( I ,tot   I ,T   I , sh ) Vznik a vývoj trhlin během tvrdnutí železobetonových konstrukcí | P. Havlásek

8

Termální validace – most přes Opárenské údolí • • • •

Stavba 2008-2010, rozpětí 135 m, C45/55 Hledání vhodné pozice chladících trubek Teplota <70oC, bez chlazení ~90oC -průřez oblouku, výška ~2,2 m

[V. Šmilauer, J. L. Vítek, B. Patzák, Z. Bittnar: Optimalizace chlazení oblouku Opárenského mostu. BETON-technologie, konstrukce, sanace. 2011] Vznik a vývoj trhlin během tvrdnutí železobetonových konstrukcí | P. Havlásek

9

Thermo-mechanická validace – ConCrack2 • • • •

RG8 benchmark z ceos.fr, 2011 Železobetonový trám 0,5 x 0,8 x 5,1 m C50/60, tepelná izolace odstraněna v 46 h Nutná úprava vstupních parametrů; CEM I 52.5 omezeno 400340 kg/m3 and součinitel přestupu tepla 0,17 1,8 W/m2/K


10

Thermo-mechanická validace – ConCrack2 • Měřen vodorovný posun C-D na ose trámu, vzdálenost 2,5 m

Beam

1224 solid brick elements 3374 reinforcement truss elements

D C

Point C

Point C


11

Termo-mechanická validace – Oslo • • • •

Pilotní test pro tunel Bjørvika, Oslo Beton SV40: CEM I 52.5 404 kg/m3 + 20 kg/m3 silica Kalibrace hydratačního modelu na malé krychli 0,247 m Validace na stěně 1 x 2 x 15 m

Foto G. Ji, NTNU


12

Termo-mechanická validace – Oslo • Horizontální deformace měřena uprostřed rozpětí, 1,5 m deskou Maximální napětí výztuže 25 MPa


13

Termo-mechanická simulace – omega nosník • Vnitřní trám 0,42 x 0,82 x 13,75 m • Varianta C30/37, CEM I 52,5 420 kg/m3 • Smrštění vlivem ochlazení, dotvarování a autogenního smrštění


14

Závěr • Implementace v otevřeném kódu OOFEM – www.oofem.org • Termo-mechanický model zahrnuje vliv – Okrajových a počátečních podmínek – Kinetiku cementu – Složení betonu • Termo-mechanický model byl použit pro desítky konstrukcí v ČR a ve světě s cílem – Omezení maximálních teplot – Optimalizace složení betonu – Omezení výskytu trhlin – Prodloužení trvanlivosti • Široké uplatnění pro masivní železobetonové konstrukce Poděkování Tento příspěvek vznikl díky podpoře centra kompetence CESTI – TAČR TE01020168. Vznik a vývoj trhlin během tvrdnutí železobetonových konstrukcí | P. Havlásek

15

Vznik a vývoj trhlin během tvrdnutí železobetonových konstrukcí simulace a validace

Recommend Documents