Дослідження впливу кліматичних температурних перепадів на гофровану конструкцію водопропускної труби транспортної споруди
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.168260Ключові слова:
металева гофрована оболонка, розподіл температури, температурне поле, термонапружений стан оболонкиАнотація
Наведено результати експериментальних досліджень розподілу температури на поверхні металевого гофрованого листа.
Запропоновано математичні моделі для розрахунку теплопровідності та термонапруженого стану фрагмента металевої гофрованої оболонки транспортної споруди, бокові поверхні якої нагріті до різних температур. Приймається, що температура залежить від двох просторових змінних. В якості можливого критерію для вибору потрібної функції розподілу температури спорудою прийнято мінімізацію функціоналу, визначеного на множині допустимих функцій, у вигляді інтегралу по області тіла від виразу, що задає виробництво ентропії.
При дослідженні температурного поля використовується диференціальне рівняння теплопровідності, а напружено-деформованого стану – рівняння теорії термопружності. Для розв’язування диференціального рівняння теплопровідності використано метод скінченних різниць, а для розв’язку рівнянь теорії термопружності – метод скінченних елементів.
Встановлено, що температура розподіляється нерівномірно металевим гофрованим листом. Існує температурний перепад між нижньою та верхньою поверхнями гофрованого металевого листа. Різниця температур між нижньою та верхньою поверхнями листа становить +7,1 °С при максимальних додатних температурах навколишнього середовища та –5,5 °С при мінімальних від’ємних температурах навколишнього середовища.
Встановлено, що величина напружень, яка виникає в металевих гофрованих листах від температурних перепадів навколишнього середовища, становить до 25 % від допустимих напружень. Тому при проектуванні металевих гофрованих конструкцій необхідно проводити розрахунок на дію температурних кліматичних впливів.
Отримані дані термонапруженого стану металевих гофрованих конструкцій є важливими для проектних організацій. Оскільки із врахуванням дії температурного поля на напружений стан конструкції в цілому на стадії проектування можна підібрати матеріали з метою зменшення температурних напружень, які мають прямий вплив на розвиток корозійного пошкодження металу труби
Посилання
- Kovalchuk, V. (2014). Study of temperature field and stress state of metal convoluted pipes. Resursoekonomni materialy, konstruktsiyi, budivli ta sporudy, 29, 186–192.
- Machelski, Cz. (2008). Modelowanie mostowych konstrukcji gruntowo-powlokowych. Dolnoslaskie Wydawnictwo Edukacyjne, 208.
- Machelski, Cz. (2010). Kinematic method for determining influence function of internal forces in the steel shell of soil-steel bridge. Studia Geotechnica et Mechanica, XXXII (3), 27–40.
- Pettersson, L., Leander, J., Hansing, L. (2002). Fatigue design of soil steel composite bridges. Archives of institute of civil engineering, 12, 237–242.
- Luchko, Y. Y., Kovalchuk, V. V. (2012). Vymiriuvannia napruzheno-deformovanoho stanu konstruktsiy mostiv pry zminnykh temperaturakh i navantazhenniakh. Lviv: Kameniar, 235.
- Mangerig, I. (1986). Klimatische Temperaturbeanspruchung von Stahl- und Stahlverbundbrucken. Inst. für Konstruktiven Ingenieurbau, Ruhr-Univ., 143.
- Luchko, J., Hnativ, Y., Kovalchuk, V. (2013). Method of calculation of temperature field and deflected mode of Bridge structures in software environment NX Nastran. Theoretical Fuundations of Civil Engineering, 21, 107–114.
- Dilger, W. H., Ghali, A., Chan, M., Cheung, M. S., Maes, M. A. (1983). Temperature Stresses in Composite Box Girder Bridges. Journal of Structural Engineering, 109 (6), 1460–1478. doi: https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9445(1983)109:6(1460)
- Belyaev, V. S., Sandgarten, M. L. (2009). Metodicheskie osnovy prakticheskih raschetov metallicheskih gofrirovannyh konstruktsiy. Stroymetall, 1, 17–19.
- Priestley, M. J. N., Buckle, I. G. (1978). Ambient Thermal Response of Concrete Bridges. Bridge Seminar. Vol. 2.
- DBN V.2.3-14: 2006. Sporudi transportu. Mosti ta trubi. Pravila proektuvannya (2006). Kyiv, 359.
- AASHTO Guide specifications: Thermal effects in concrete bridge superstructures (1989). Washington, DC: American Association of State Highway and Transportation Officials.
- Rekomendatsii po raschetu temperaturnyh i usadochnyh vozdeystviy na proletnye stroeniya mostov (1988). Odobreny Glavtransproektom. Moscow, 17.
- EN_1991-1-5-2009. Еvrokod 1 vozdeystviya na konstruktsii Chast' 1-5. Obschie vozdeystviya. Temperaturnye vozdeystviya (2009). Ministerstvo arhitektury i stroitel'stva Respubliki Belarus'. Minsk, 38.
- Metodicheskie rekomendatsii po primeneniyu metallicheskih trub bol'shogo diametra v usloviyah naledeobrazovaniya i mnogoletnemerzlyh gruntov (dlya opytno-eksperimental'nogo stroitel'stva) (2003). Moscow, 65.
- Kovalchyk, Y. I. (2016). Recommendations of design and construction technology of monolithic post-tensioned concrete bridge spans. SWorld.
- Dmytrychenko, M. F., Dmytriev, M. M., Derkachov, O. B. (2012). Teplova diahnostyka (osnovy teoriyi ta praktyky zastosuvannia). Kyiv: NTU, 168.
- Ovchinnikov, I. G., Scherbakov, A. G., Bochkarev, A. V., Naumova, G. A. (2006). Prikladnaya mekhanika dorozhnyh odezhd na mostovyh sooruzheniyah. Volgograd: VolgGASU, 310.
- Bogomolov, V., Abramchuk, F., Raznitzyn, I. et. al. (2014). On the steady-state temperature field of multilayer road pavement. Vestnik HNADU, 67, 94–97.
- Feng, T., Feng, S. (2012). A Numerical Model for Predicting Road Surface Temperature in the Highway. Procedia Engineering, 37, 137–142. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.04.216
- Design Criteria Skyway Structures (2001). San Francisco-Oakland Bay Bridge East Span Seismic Safety Project, 91.
- Stankevych, V. Z., Butrak, I. O., Kovalchuk, V. V. (2018). Cracks Interaction in the Elastic Composite under Action of the Harmonic Loading Field. 2018 XXIIIrd International Seminar/Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory (DIPED). doi: https://doi.org/10.1109/diped.2018.8543323
- De Backer, H., Outtier, A., Van Bogaert, Ph. (2009). Numerical and experimental assessment of thermal stresses in steel box girders. Civil Engineering Department, Universiteit Gent, Gent, Belgium NSCC, 65–72.
- Balmes, E., Corus, M., Siegert, D. (2006). Modeling thermal effects on bridge dynamic responses. Ecole Centrale Paris.
- Burdet, O. L. (2010). Thermal Effects in the Long-Term Monitoring of Bridges. IABSE Symposium Report, 97 (19), 62–68. doi: https://doi.org/10.2749/222137810796025465
- Sysyn, M. P., Kovalchuk, V. V., Jiang, D. (2019). Performance study of the inertial monitoring method for railway turnouts. International Journal of Rail Transportation, 7 (2), 103–116. doi: https://doi.org/10.1080/23248378.2018.1514282
- Teplovizor testo 875. Rukovodstvo po ekspluatatsii. Available at: https://www.geo-st.ru/upload/iblock/f46/f46af0056a0c67d9b73d5dd617627d85.pdf
- Pirometr NT-822. Rukovodstvo po ekspluatatsii (2012).
- Bek, Dzh., Blakuell, B., Sent-Kler, ml. (1989). Nekorrektnye obratnye zadachi teploprovodnosti. Moscow: Mir, 312.
- Burak, Ya., Chaplia, Ye., Gera, B. (1996). Thermodynamic models and investigation methods of heterophase multicomponent systems. XXXV Sympozjon "Modelowanie w mechanice". Gliwice: Politechnika Slaska, 29–34.
- D'yarmati, K. (1974). Neravnovesnaya termodinamika. Moscow: Mir, 304.
- Rudakov, K. M. (2009). Vstup u UGS Femap 9.3 (dlia Windows). Heometrychne ta skinchenno-elementna modeliuvannia konstruktsiy. Kyiv: NTUU «KPI», 282.
- Podstrigach, Ya. S., Shvets, R. N. (1978). Termouprugost' tonkih obolochek. Kyiv: Naukova dumka, 343.
- Kovalchuk, V. V. (2014). Osnovni zasady rozrakhunku metalevykh hofrovanykh konstruktsiy metodom skinchennykh elementiv pry vzaiemodiyi z hrutovoiu zasypkoiu. Visnyk ODABA, 56, 94–102.
- Kovalchuk, V. (2015). Finite-element calculation of stress-strain state of corrugated metal structures in the interaction with soil backfill programmed in NX NASTRAN. Visnyk Lvivskoho natsionalnoho ahrarnoho universytetu. Seriya: Arkhitektura i silskohospodarske budivnytstvo, 16, 19–25.
- Kovalchuk, V., Luchko, J., Bondarenko, I., Markul, R., Parneta, B. (2016). Research and analysis of the stressed-strained state of metal corrugated structures of railroad tracks. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (7 (84)), 4–9. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.84236
- Kovalchuk, V., Markul, R., Bal, O., Мilyanych, A., Pentsak, A., Parneta, B., Gajda, A. (2017). The study of strength of corrugated metal structures of railroad tracks. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (7 (86)), 18–25. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96549
- Kovalchuk, V., Markul, R., Pentsak, A., Parneta, B., Gayda, O., Braichenko, S. (2017). Study of the stress-strain state in defective railway reinforced-concrete pipes restored with corrugated metal structures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (89)), 37–44. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109611
- Kovalchuk, V., Kovalchuk, Y., Sysyn, M., Stankevych, V., Petrenko, O. (2018). Estimation of carrying capacity of metallic corrugated structures of the type Multiplate MP 150 during interaction with backfill soil. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (1 (91)), 18–26. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.123002
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Bohdan Gera, Vitalii Kovalchuk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
