Vznik a vývoj trhlin během tvrdnutí železobetonových konstrukcí simulace a validace

Transkript

1 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,

2 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] 2

3 Motivace - simulace 1/8 bloku 3

4 Motivace - simulace 1/8 bloku 4

5 Termo-mechanický sdružený model 5

6 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 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 ] 6

7 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 experimental data original MPS improved 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: , 1972] [M. Jirásek and P. Havlásek: Microprestress-solidification theory of concrete creep: Reformulation and improvement. Cement and Concrete Research, 60:51 62, 2014] 7

8 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 ) 8

9 Termální validace most přes Opárenské údolí Stavba , 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] 9

10 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 kg/m3 and součinitel přestupu tepla 0,17 1,8 W/m2/K 10

11 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

12 Termo-mechanická validace Oslo Pilotní test pro tunel Bjørvika, Oslo Beton SV40: CEM I kg/m 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

13 Termo-mechanická validace Oslo Horizontální deformace měřena uprostřed rozpětí, 1,5 m deskou Maximální napětí výztuže 25 MPa 13

14 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

15 Závěr Implementace v otevřeném kódu OOFEM 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 TE