[RATINGS]
Автоматизация расчета прочности железобетонных изделий
Тезисы доклада на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ
В. В. Делибалтов
Московский госудаственный институт электроники и математики (МГИЭМ)
факультет Автоматика и вычислительная техника.
Научный консультант, к.т.н.
Трембицкий С.М.
Научно-технический центр «Энергосберегающие технологиии
экология и комплексная автоматизация».
Научный руководитель, к.т.н.
Беккер Ю.Л.
Научно-технический центр «Энергосберегающие технологиии
экология и комплексная автоматизация»
Свою прочность бетон набирает в течение всей жизни. Современная строительная наука считает, что железобетонное изделие набирает прочность близкую к максимальной спустя 28 суток после формовки. Динамика набора прочности не линейна: на начальной стадии бетон набирает прочность быстрее, а затем скорость набора падает. Существуют методики о том, как рассчитать прочность бетона на ранних этапах созревания при активной тепловой обработке, но практическое применение этой теории слишком трудоемко и приводит к многочисленным неточностям и ошибкам, в статье описывается алгоритм, позволяющий автоматизировать этот расчет и получить практические результаты от его применения.
Строительство зданий с применением бетона человечество начало еще в Древнем Египте (гробница Тебес датируется 1950 г. до н.э.). Железобетонные конструкции также известны человеку с очень давних времен, о чем свидетельствует тот факт, что часть Великой Китайской стены выполнена из железобетона.
С 30-х годов XX века начали всерьез задумываться об увеличении скорости набора прочности железобетонных конструкций. Повысить скорость твердения можно с помощью тепловой обработки. Тепловую обработку можно вести также различными способами: тепловой обработкой бетона в электромагнитном поле, тепловлажностной обработкой, конвективным нагревом.
Рассмотрим более подробно конвективный нагрев. Конвективный нагрев — следствие передачи тепла из внешней, «горячей», части пограничного слоя к поверхности тела. Развитие науки показало — скорость твердения бетона задается на начальных этапах прогрева. Спустя некоторое время, прогрев можно прекращать, что никак не влияет на скорость твердения, при этом значительно экономя энергию. Однако сложность ручного регулирования заключается в том, что невозможно быстро и точно определять время, когда можно прекращать теплоподачу. Поэтому сегодня на большинстве заводов идет непрерывная подача тепла, что приводит к нерациональному использованию энергетических ресурсов, то есть к дополнительным затратам.
Современное развитие компьютерной техники позволяет производить расчет прочности бетона в режиме реального времени. В основе данной методики лежат результаты исследования ученых 70–80-х гг. XX века. Прочность, набираемая бетоном за 28 суток принято считать за 100%. При производстве железобетонного изделия, оно считается готовым, когда наберет 70% прочности. Благодаря прогреву эти 70% достигаются в течение нескольких часов (обычно 7–8) пропарки изделия.
Тепловая обработка на железобетонных заводах ведется в специальных температурных камерах. Подача тепла в камеру также может идти несколькими способами (паровой нагрев, нагрев в электропечах и т.д.), однако, с точки зрения методики расчета прочности, нас это не интересует. Важно лишь то, что нагрев конвективный. В стенки камер монтируются измерительные приборы (термометры сопротивления), которые определяют температуру среды. Таким образом, у нас на входе имеется температура среды вокруг изделия. Далее по формуле рассчитывается температура бетона [1]:
tб = (tнач + tср*a*τ/σ^2)/(1+a*τ/σ^2)
где
tнач — начальная температура бетона;
tср – температура среды вокруг изделия;
a – коэффициент температуропроводности бетона, который рассчитывается по формуле:
a = µ / (c*γ)
где
µ — коэффициент удельной теплопроводности бетона;
с – удельная теплоемкость бетона;
γ – удельная масса бетона;
τ – время прогрева при данной температуре среды;
σ – толщина изделия.
Затем по специальным таблицам зависимости прочности бетона от его температуры и времени прогрева, рассчитываются прочности изделия (объем таблиц не позволяет привести их в данной работе). Эти таблицы являются сводкой множества экспериментов и данные, отображенные в них, статистические. Также они забиты в программу, которая учитывает колебания температуры, в течение пребывания изделия в камере,— выбирается средняя температура за установленные промежутки времени.
В результате проделанной работы появилась программа, рассчитывающая прочность железобетонных изделий. Для исключения брака, на железобетонных заводах изделия прогреваются сверх нормы, что приводит к нерациональному использованию энергетических ресурсов. Сложная, трудоемкая работа расчета прочности железобетонной конструкции, занимающая много времени у человека, выполняется программой. Это позволяет повысить точность расчета. Кроме того, программа следит за температурой в реальном времени, и как следствие расчет прочности также ведет в режиме реального времени. Нет необходимости передерживать изделия в камерах, что дает возможность значительно повысить эффективность деятельности предприятия. При достижении изделием прочности в 30–40% можно прекращать подачу теплоносителя, а при 70%, оно может быть извлечено из камеры, а на его место должна быть загружена новая форма. Использование программы позволяет не только снизить себестоимость панелей, но и уменьшить процент брака, т.е. извлечения из камеры изделий, не достигших необходимых 70% прочности. В данный момент программа внедрена в опытно-промышленную эксплуатацию на железобетонном заводе ОАО «Бетиар-22» ЗАО С-155 (г. Москва) в одном из цехов.
Использованная литература:
1. Научно-технический и производственный журнал «Бетон и железобетон» #2/05 — Трембицкий С.М., «Энергоэффективные режимы теплотехнологии бетона и методы их реализации». — издательство «Ладья».
Эта запись была опубликована 28.02.2007в 11:33 пп. В рубриках: Контроль температуры, Предложенные студентами, АСУ, Моделирование, МГИЭМ, Все статьи. Вы можете следить за ответами к этой записи через RSS 2.0. Вы можете оставить свой отзыв или трекбек со своего сайта.
