background image

PRZEGLĄD  BUDOWLANY 

9/2006

16

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

 P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

Streszczenie

W  artykule  przedstawiono  autor-

ski model numeryczny i związany 

z nim pakiet programów do symu-

lacji temperatur twardnienia, skur-

czu oraz stanu naprężenia i wytę-

żenia w betonowych konstrukcjach 

masywnych.  Możliwości  wykorzy-

stania  opracowanego  modelu 

do  analiz  masywnych  konstruk-

cji  betonowych  zaprezentowano 

na przykładzie bloku o wymiarach 

4 x 4 x 4 m. Przedstawiono wybra-

ne  wyniki  obliczeń  temperatur 

twardnienia oraz wytężenia bloku.

1.  Wprowadzenie

Zasadniczym  obciążeniem  beto-

nowych  konstrukcji  masywnych 

w  okresie  ich  wznoszenia  są 

zmiany  temperatury  i  skurczu 

twardniejącego  betonu,  określa-

ne jako oddziaływania pośrednie. 

Zmiany temperatury w masywach 

betonowych są związane z egzo-

termicznym  charakterem  proce-

su  hydratacji  cementu.  Wskutek 

wydzielanego  w  tym  procesie 

ciepła,  następuje  wzrost  tempe-

ratury betonu. Chłodzenie warstw 

powierzchniowych  konstrukcji 

oraz  stosunkowo  niska  wartość 

współczynnika  przewodnictwa 

cieplnego  powodują  zróżnicowa-

nie temperatur pomiędzy warstwa-

mi powierzchniowymi a wnętrzem 

konstrukcji.  Powstające  nielinio-

we i niestacjonarne pola tempera-

tur generują w konstrukcji naprę-

żenia własne (związane z więzami 

wewnętrznymi  konstrukcji,  które 

wynikają z nierównomiernego roz-

grzania) i naprężenia wymuszone 

(związane  z  ograniczeniem  swo-

body  odkształceń  konstrukcji). 

Naprężenia  te,  często  o  znacz-

nych wartościach mogą być przy-

czyną  powstawania  zarysowań 

warstw  przypowierzchniowych 

konstrukcji  w  fazie  wzrostu  tem-

peratur twardnienia oraz – znacz-

nie rzadziej – zarysowań we wnę-

trzu konstrukcji w fazie studzenia. 

Powstające w tym samym czasie 

odkształcenia  skurczowe  dodat-

kowo  zwiększają  ryzyko  zaryso-

wania.

Naprężenia  wywołane  niestacjo-

narnymi polami temperatury i wil-

gotności  w  elementach  betono-

wych i żelbetowych są jakościowo 

rozpoznane,  jednak  ich  ilościo-

we  określenie  przysparza  sporo 

trudności.  Wiąże  się  to  z  silną 

nieliniowością  oraz  ze  złożonym 

charakterem zagadnienia. Należy 

pamiętać,  że  wspomniane  pola 

termiczno-wilgotnościowe  gene-

rują powstanie naprężeń w mate-

riale o nie w pełni ukształtowanej 

strukturze, który doznaje szybkich 

zmian własności mechanicznych. 

Dodatkowo,  zadanie  komplikuje 

się  dla  elementów  pracujących 

w przestrzennym stanie napręże-

nia,  gdy  stosowany  jest  bardziej 

złożony  model  materiałowy  niż 

model liniowo-sprężysty.

Do niedawna, przy ograniczonym 

dostępie  do  komputerów  poszu-

kiwano przede wszystkim uprosz-

czonych  rozwiązań  analitycz-

nych  tego  zagadnienia.  Ostatnie 

lata,  związane  z  dynamicznym 

rozwojem  metod  numerycznych 

oraz  powszechnym  dostępem 

do  dobrej  klasy  komputerów  PC 

stwarzają  nowe  możliwości  roz-

wiązań.

2. Opis modelu numerycznego

Masywy  betonowe  są  szczegól-

nym rodzajem konstrukcji – w fazie 

ich wznoszenia źródłem obciążeń 

jest  materiał,  z  którego  wykona-

na jest konstrukcja. Ocena ryzyka 

powstania  rys  nie  sprowadza  się 

więc  tylko  do  określenia  stanu 

naprężenia  i  wytężenia,  koniecz-

ne  jest  też  ustalenie  obciążeń. 

Jak  wspomniano  w  poprzednim 

rozdziale,  zasadniczymi  obciąże-

niami  konstrukcji  masywnych  są 

obciążenia  termiczno-skurczowe. 

Wartość  i  rozkład  tych  obciążeń 

w czasie twardnienia betonu zale-

żą  od  wymiarów  elementu  oraz 

licznych  czynników  technologicz-

no-materiałowych [1], dlatego mu- 

szą być one ustalane indywidual-

nie  dla  każdej  analizowanej  kon-

strukcji. 

Kompleksowa analiza masywnych 

konstrukcji  betonowych  powinna 

obejmować  wyznaczenie  tempe-

ratur  twardnienia,  odkształceń 

skurczowych oraz stanu napręże-

nia i wytężenia. Poniżej przedsta-

wiono  krótki  opis  modelu  nume-

rycznego oraz pakietu programów 

do  numerycznej  symulacji  opisy-

wanych  zjawisk.  Szczegółowy 

opis modelu jest dostępny w pra-

Wykorzystanie metod komputerowych

w przewidywaniu ryzyka zarysowania

konstrukcji masywnych

Dr inż. Barbara Klemczak, Politechnika Śląska

background image

PRZEGLĄD  BUDOWLANY 

9/2006

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

17

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

 P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

cach  [2,  3,  4].  Analiza  konstruk-

cji  masywnej  prowadzona  jest 

w następujących krokach:

1. Blok danych wejściowych

Generacja  modelu  numeryczne-

go,  utworzenie  tablicy  parame-

trów  materiałowych  do  obliczeń 

pól  temperatury,  pól  wilgotności 

oraz stanu naprężenia – program 

MAFEM3D

2. Wyznaczenie pól termicznych

Obliczenie  rozkładu  temperatur 

w całym okresie twardnienia beto-

nu  programem  POLTEM,  określe-

nie odkształceń termicznych

3. Wyznaczenie pól wilgotności

Obliczenie  rozkładu  wilgotności 

w całym okresie twardnienia beto-

nu  programem  POLWIL,  określe-

nie odkształceń skurczowych

4.  Wyznaczenie  stanu  napręże-

nia i wytężenia

Odczytanie  odkształceń  termicz-

nych  i  skurczowych  w  poszcze-

gólnych krokach czasowych, obli-

czenie stanu naprężenia i wytęże-

nia  w  całym  okresie  twardnienia 

betonu  zmodyfikowanym  progra-

mem MAFEM

5. Prezentacja wyników obliczeń 

– program MAFEM3D

Program  do  generacji  modelu 

numerycznego  określa  współ-

rzędne  węzłów  analizowanego 

elementu  w  globalnym  układzie 

współrzędnych  oraz  tworzy  tabli-

cę  parametrów  materiałowych 

do  obliczeń  pól  temperatury,  pól 

wilgotności  oraz  stanu  napręże-

nia.  Weryfikacją  programu  jest 

graficzna prezentacja węzłów siat-

ki elementu. 

Przy  wyznaczaniu  pól  termiczno-

-wilgotnościowych  przyjęto  zało-

żenie  upraszczające  o  rozprzęże-

niu  równań  przewodnictwa  ciepl-

nego i dyfuzji wilgoci. Uzależnienie 

tych pól wynika jedynie z przyjęcia 

w równaniu dyfuzji wilgoci funkcji 

gęstości ciepła hydratacji cementu 

jako funkcji temperatury. W pierw-

szej  kolejności  wyznaczane  są 

pola temperatur, a następnie pola 

wilgotności.  Do  rozwiązania  rów-

nania  przewodnictwa  cieplnego 

i równania dyfuzji wilgoci wykorzy-

stano  metodę  elementów  skoń-

czonych.  Układ  równań  algebra-

icznych  określających  temperatu-

rę i wilgotność w poszczególnych 

węzłach  elementu  (przestrzenne-

go  lub  płaskiego)  sformułowa-

no  stosując  zasadę  residualną 

Galerkina. Do rozwiązania nielinio-

wego zadania MES wykorzystano 

algorytm  przyrostowo-iteracyjny. 

Program  POLTEM  (pola  tempera-

tur)  i  POLWIL  (pola  wilgotności) 

został opracowany w kompilatorze 

FORTRAN  POWER  STATION  v.5

Weryfikację programu przeprowa-

dzono  poprzez  porównanie  wyni-

ków  obliczeń  z  wynikami  badań 

doświadczalnych [3] oraz dostęp-

nymi  w  literaturze  wynikami  obli-

czeń  i  pomiarów  pól  temperatury 

i wilgotności [2]. 

W celu określenia stanu napręże-

nia  i  odkształcenia  opracowano 

lepko-sprężysto-plastyczny model 

materiałowy betonu twardniejące-

go. Przyjęto, że beton jest ośrod-

kiem  ciągłym  o  właściwościach 

zależnych od czasu lub od czasu 

i temperatury, a określenie naprę-

żenie  odnosi  się  do  naprężeń 

typu  makro.  W  proponowanym 

modelu uwzględniono zmienność 

parametrów  mechanicznych  oraz 

odkształcenia  pełzania  twardnie-

jącego  betonu.  Wprowadzono 

również kinematyczne prawo osła-

bienia  oraz  anizotropię  odkształ-

ceniową.  Jako  powierzchnię  gra-

niczną  przyjęto  zmodyfikowaną 

3-parametrową powierzchnię Will-

ama-Warnke.  Do  prowadzenia 

analiz  numerycznych  z  wykorzy-

staniem  opracowanego  modelu 

przystosowano  program  MAFEM

którego  autorem  jest  prof.  dr  inż. 

S.  Majewski  [4].  Do  prezentacji 

wyników  obliczeń  wykorzystano 

program  MAFEM3D  autorstwa  

dr. inż. Wandzika.

Przedstawiony  pakiet  programów 

może  być  stosowany  do  prowa-

dzenia analiz elementów płaskich 

i  przestrzennych.  W  opracowa-

nych  programach  możliwa  jest 

pełna  swoboda  kształtowania 

danych  wejściowych  do  obliczeń 

a więc przyjmowania parametrów 

cieplno-wilgotnościowych  i  wła-

sności  mechanicznych  betonu. 

Programy  umożliwiają  również 

wprowadzenie współpracy podło-

ża gruntowego czy też obciążenia 

zmiennego. Analizy tego typu były 

wcześniej prezentowane [5, 6].

3. Przykład analizy konstrukcji 

masywnej

W  celu  prezentacji  możliwości 

wykorzystania opracowanego mo- 

delu  numerycznego  w  analizie 

konstrukcji masywnych wykonano 

obliczenia temperatur twardnienia 

oraz  stanu  naprężenia  w  masyw-

nym  bloku  betonowym  o  wymia-

rach 4 x 4 x 4m. Pola wilgotności, 

mające mniejsze znaczenie w ele-

mentach masywnych [7, 8] nie były 

w tym przypadku analizowane.

Założono, że blok został wykonany 

z betonu o następującym składzie: 

cement CEM II BS 32,5R w ilości 

350  kg/m

3

,  kruszywo  2–16  mm  

–  953  kg/m

3

,  piasek  812  kg/m

3

woda 175 l/m

3

. W pierwszej kolej-

ności,  wykorzystując  program 

POLTEM

 porównano rozkład i war-

tości temperatur w analizowanym 

bloku, w zależności od:

• 

zastosowanej izolacji termicznej 

oraz czasu usunięcia tej izolacji,

• 

warunków  prowadzenia  robót 

betonowych,  a  więc  temperatury 

początkowej mieszanki betonowej 

i temperatury otoczenia.

W obliczeniach temperatur tward-

nienia  betonu  przyjęto  średnie 

wartości współczynników termofi-

zycznych  [7]:  współczynnik  prze-

wodzenia ciepła λ=1,75 W/(m·K), 

ciepło  właściwe  c

b

=1,0  J/(kg·K). 

Ciepło uwodnienia cementu przy-

jęto równe Q

 =300 J/g, a funkcję 

gęstości ciepła hydratacji przyjęto 

zgodnie z pracą [8].

Jako podstawę założono, że na po- 

wierzchniach zewnętrznych bloku 

ułożone  jest  deskowanie  drew-

niane  grubości  2,5  cm  przez 

cały  analizowany  okres,  to  jest 

background image

PRZEGLĄD  BUDOWLANY 

9/2006

18

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

 P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

20  dni  od  chwili  zabetonowania. 

W obliczeniach deskowanie zosta-

ło  uwzględnione  poprzez  reduk-

cję współczynnika odpływu ciepła 

z  powierzchni  betonu  z  pierwot-

nej  wartości  α

p

=10,7  W/(m

2

·K) 

do  wartości  α

pz

=4,57  W/(m

2

·K)  

[1,  8].  W  przypadku  dodatkowe-

go uwzględnienia izolacji termicz-

nej  (styropian  o  grubości  5  cm 

oraz  10  cm)  współczynnik  odpły-

wu  ciepła  z  powierzchni  betonu 

wynosił  odpowiednio    α

pz

=0,68 

W/(m

2

·K)  i  α

pz

=0,37  W/(m

2

·K). 

Założono, że temperatura począt-

kowa  T

p

  mieszanki  jest  równa 

temperaturze otoczenia T

z

 i wyno-

si  20°C.  Rozkład  temperatury 

we  wnętrzu  bloku  oraz  na  jego 

bocznej  powierzchni,  obliczony 

przy  powyższych  założeniach 

przedstawiono  na  rysunku  1. 

Korzystny  wpływ  zastosowania 

izolacji  termicznej  na  bocznych 

powierzchniach bloku, polegający 

na znacznym zmniejszeniu różnicy 

temperatur  wnętrze  –  powierzch-

nia  widoczny  jest  również  na  ry- 

sunku 2.

 

Rysunki 3 i 4 przedstawiają rozkła-

dy  temperatur  twardnienia  beto-

nu  przy  założeniu  rozdeskowania 

(lub  usunięcia  izolacji  termicz-

nej)  bloku  po  3,  5  lub  7  dniach 

od momentu zabetonowania.

Przy  analizie  warunków  prowa-

dzenia robót betonowych, wyzna-

czono  temperatury  twardnienia 

bloku 4 x 4 x 4 m dla temperatury 

otoczenia  wynoszącej  odpowied-

nio:  0,  5,  10,  15,  20,  25  i  30°C. 

Temperaturę  początkową  mie-

szanki  przyjmowano  równą  tem-

peraturze  otoczenia,  jak  również 

zakładano  obniżenie  temperatury 

początkowej  betonu  o  5°C  oraz 

10°C  w  stosunku  do  temperatury 

otoczenia. Dla niskich temperatur 

zewnętrznych (0°C, 5°C) zbadano 

również rozkład temperatur tward-

nienia  w  przypadku,  gdy  tempe-

ratura  początkowa  mieszanki  jest 

wyższa od temperatury zewnętrz-

nej. Prezentację wyników obliczeń 

ograniczono  do  przedstawienia 

Rys.  1.  Rozkład temperatur twardnienia betonu w bloku 4 x 4 x 4 m przy zasto-

sowaniu różnej izolacji termicznej

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Czas, dni

 ,

ar

ut

ar

ep

me

T

o

C

wnętrze – deskowanie

wnętrze – styropian 5 cm

wnętrze – styropian 10 cm

powierzchnia – deskowanie

powierzchnia – styropian 5 cm

powierzchnia – styropian 10 cm

Rys.  2.  Wpływ wartości współczynnika odpływu ciepła z powierzchni betonu 

na temperatury twardnienia betonu w bloku 4 x 4 x 4 m

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

współczynnik a

p

, W/m

2

K

 ,

ar

ut

ar

ep

me

T

o

C

maks. różnica temperatur wnętrze – powierzchnia
maks. temperatura wnętrza
maks. temperatura powierzchni

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Czas, dni

 ,

ar

ut

ar

ep

me

T

o

C

wnętrze – deskowanie – 5 dni

wnętrze – deskowanie – 7 dni

wnętrze – styropian 5 cm – 5 dni

wnętrze – styropian 5 cm – 7 dni

powierzchnia – deskowanie – 5 dni

powierzchnia – deskowanie – 7 dni

powierzchnia – styropian 5 cm – 5 dni

powierzchnia – styropian 5 cm – 7 dni

Rys.  3.  Rozkład temperatur twardnienia betonu w bloku 4 x 4 x 4 m w zależno-

ści od czasu rozdeskowania (lub usunięcia izolacji termicznej)

background image

PRZEGLĄD  BUDOWLANY 

9/2006

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

19

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

 P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

wartości  maksymalnych  różnic 

temperatury  wnętrze–powierzch-

nia (rys. 5). 

Przedstawiany  pakiet  programów 

umożliwia  również  analizę  zmian 

temperatury  w  dowolnym  prze-

kroju  konstrukcji.  Przykładowy, 

przekrojowy  rozkład  temperatur 

twardnienia w 6 dniu dojrzewania 

bloku  4  x  4  x  4  m  jest  widoczny 

na rysunku 6.

Wyznaczone  pola  termiczne 

w  konstrukcji  masywnej  są  pod-

stawą  do  określenia  generowa-

nego  w  wyniku  działania  tych 

pól  stanu  naprężenia  i  wytężenia 

oraz  ewentualnego  zarysowania. 

Do  obliczeń  przyjęto  następujące 

wartości  wytrzymałości  dla  beto-

nu  28-dniowego:  f

cm

=28  MPa, 

f

ctm

=2,21  MPa.  Moduł  sprężysto-

sci  betonu  28-dniowego  przyjęto 

równy 29 GPa. Funkcję opisującą 

rozwój  własności  mechanicznych 

przyjęto  zgodnie  z  zaleceniami 

CEB  FIP  MC  90  [9].  Wpływ  pod-

wyższonych temperatur twardnie-

nia na rozwój parametrów mecha-

nicznych  uwzględniono  poprzez 

wprowadzenie  ekwiwalentnego 

czasu  dojrzewania  do  funkcji 

określających  zmiany  własności 

mechanicznych  w  czasie  tward-

nienia.

Wyniki  uzyskane  w  trakcie  obli-

czeń  programem  MAFEM  pozwa-

lają  na  dokładną  analizę  stanu 

naprężenia  w  czasie  twardnienia 

betonu dla poszczególnych obsza-

rów  bloków.  Program  do  graficz-

nej  prezentacji  wyników  obliczeń 

MAFEM3D

  umożliwia  przegląda- 

nie  w  każdym  kroku  obliczenio-

wym  rozkładów  6  składowych 

stanu  naprężenia  w  poszczegól-

nych płaszczyznach bloku, rozkła-

dów  i  kierunków  naprężeń  głów-

nych  oraz    rozkładu  wytężenia. 

Można  również  tworzyć  wykresy 

przekrojowe oraz wykresy obrazu-

jące zmiany w czasie poszczegól-

nych naprężeń.

Analiza konstrukcji w proponowa-

nym modelu materiałowym odby-

wa  się  w  przestrzeni  naprężeń 

wyznaczonej  przez  trzy  zmienne: 

Rys.  4.  Wpływ czasu rozdeskowania bloku 4 x 4 x 4 m na maksymalną różnicę 

temperatur wnętrze–powierzchnia

24

24,5

25

25,5

26

26,5

27

27,5

28

2

3

4

5

6

7

8

Czas rozdeskowania (usunięcia izolacji), dni

 ,

ar

ut

ar

ep

me

T

o

C

maks. różnica temperatur wnętrze–powierzchnia (deskowanie)
maks. różnica temperatur wnętrze–powierzchnia (styropian 5 cm)
maks. różnica temperatur wnętrze–powierzchnia (styropian 10 cm)

Rys.  5.  Wpływ  temperatury  początkowej  mieszanki  betonowej  i  temperatury 

otoczenia na maksymalną różnicę temperatur wnętrze–powierzchnia 

T

z

=T

p

T

z

-T

p

=5

o

C

T

z

-T

p

=10

o

C

BLOK 4 x 4 x 4 m

T

z

 -T

p

= -5

o

C

T

z

-T

p

= -10

o

C

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Temperatura zewnętrzna, 

o

C

rut

ar

ep

met

 a

ci

nz

ór 

anl

a

my

sk

a

M

n

w

ę

,i

nh

czr

ei

wo

p i 

azr

t

o

C

Rys.  6.  Rozkład temperatury [°C]  w 6 dniu dojrzewania betonu w bloku 4 x 4 x 4 m 

(przekrój w osi symetrii bloku)

background image

PRZEGLĄD  BUDOWLANY 

9/2006

20

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

 P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

σ

m

  (naprężenie  średnie),  σ   (pier-

wiastek  z  drugiego  niezmienni-

ka  dewiatora  stanu  naprężenia),  
Θ

  (kąt  Lode’go).  Poziom  wytęże-

nia,  który  w  jednoosiowym  sta-

nie  naprężenia  można  zdefinio-

wać  jako  stosunek  naprężenia 

do  wytrzymałości,  jest  definiowa-

ny jako:

gdzie  σ  

lim

  jest  wartością  na  po- 

wierzchni granicznej (rys. 7). 

Przykładowe  wykresy  obrazują-

ce  zmiany  wytężenia  powierzchni 

analizowanego  bloku  w  zależno-

ści  od  zastosowanej  izolacji  ter-

micznej  oraz  czasu  usunięcia  tej 

izolacji  pokazano  na  rysunkach 

8  i  9.  Rysunek  10  przedstawia 

porównanie wytężenia powierzch-

ni  bloku  bez  zbrojenia  oraz 

ze  zbrojeniem  w  postaci  siatki 

powierzchniowej 

  8  mm  lub 

∅ 

16  mm  (stal  A-II,  rozstaw  prętów 

30 cm).

Przyjęty  w  modelu  materiało-

wym  rozmyty  obraz  zarysowa-

nia  nie  pozwala  na  ścisłą  lokali-

zację  rys  i  obserwację  procesu 

ich  propagacji.  Umożliwia  nato-

miast  wskazanie  obszarów  kon-

strukcji,  w  których  zarysowanie 

może wystąpić oraz czasu wystą-

pienia  zarysowania.  Przybliżony 

kierunek  rysy  można  określić 

na  podstawie  kierunku  naprężeń 

głównych,  przyjmując,  że  rysa 

powstaje  prostopadle  do  kierun-

ku  naprężeń  głównych  rozcią-

gających.  Przykładowy  rozkład 

naprężeń  głównych  rozciągają-

cych  oraz  ich  kierunki  przedsta-

wiono  na  rysunku  11,  a  wytęże-

nie powierzchni bloku na rysunku 

12.  Kolorem  czarnym  zaznaczono 

obszary  o  wytężeniu  równym  1, 

które oznacza zarysowane obszary.

4. Podsumowanie

Proces  wznoszenia  konstruk-

cji  masywnych  wiąże  się  z  ryzy-

kiem  powstawania  rys  w  okresie 

twardnienia  betonu.  Powodem 

powstawania  rys  i  spękań  tych 

konstrukcji  są  przede  wszystkim 

oddziaływania  pośrednie,  związa-

ne ze zmianami temperatury i wil-

gotności  twardniejącego  betonu. 

Przedstawiany  problem  nabiera 

szczególnego  znaczenia  wobec 

wzrastających  w  ostatnich  latach 

wymagań  dotyczących  trwało-

ści  i  jakości  konstrukcji,  a  także 

wymagań  inwestorów,  niejedno-

krotnie  narzucających  koniecz-

ność  betonowania  dużych  ele-

mentów  w  krótkim  terminie  i  przy 

niekorzystnych  warunkach  pogo-

dowych [10]. 

Ocena ryzyka wystąpienia rys ter-

Rys.  7.  Graficzna ilustracja poziomu 

wytężenia

POŁUDNIKI ROZCIĄGANIA

ccc

f

POŁUDNIKI ŚCISKANIA

lim

ścieżka

napręż

enia

m

ttt

f

Rys.  8.  Wytężenie powierzchni bloku 4 x 4 x 4 m w zależności od zastosowanej 

izolacji termicznej

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Czas, dni

ty

W

żę

ei

ne

deskowanie
styropian 5 cm
styropian 10 cm

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Czas, dni

ty

W

żę

ei

ne

deskowanie – 3 dni

deskowanie – 7 dni

styropian – 3 dni

styropian – 7 dni

Rys.  9.  Wytężenie powierzchni bloku 4 x 4 x 4 m w  zależności od czasu rozde-

skowania (lub usunięcia izolacji termicznej)

background image

PRZEGLĄD  BUDOWLANY 

9/2006

KONSTRUKCJE–ELEMENTY–MATERIAŁY

21

A

R

T

Y

K

U

Ł

Y

 P

R

O

B

L

E

M

O

W

E

miczno-skurczowych  w  konstruk-

cjach  masywnych  jest  zadaniem 

trudnym.  Istotne  znaczenie  mają 

doświadczenia  zebrane  w  trak-

cie  realizacji  konstrukcji  masyw-

nych [1, 7, 8, 10], które pozwoliły 

na  wypracowanie  praktycznych 

środków  zaradczych  zmniej-

szających  ryzyko  zarysowania. 

Przedstawiony  w  artykule  model 

numeryczny  może  być  również 

pomocny. Umożliwia on komplek-

sową  analizę  konstrukcji  masyw-

nych, obejmującą wyznaczenie pól 

termiczno-wilgotnościowych  oraz 

naprężeń  i  wytężenia  konstrukcji 

z  uwzględnieniem  uwarunkowań 

technologiczno-materiałowych. 

BIBLIOGRAFIA

[1] Kiernożycki W., Betonowe konstrukcje 

masywne. Polski Cement, Kraków 2003

[2] Klemczak B., Lepko-sprężysto-

plastyczny model materiałowy 

do numerycznej symulacji zjawisk 

zachodzących we wczesnym okresie 

dojrzewania betonu. Praca doktorska, 

Gliwice 1999

[3] Klemczak B., Krause P., Badania 

i symulacje komputerowe procesu 

twardnienia betonu w niskich 

temperaturach. Inżynieria i Budownictwo, 

Nr 2, 2005, s. 65–68

[4] S. Majewski, Mechanika betonu 

konstrukcyjnego w ujęciu sprężysto-

plastycznym, Wydawnictwo Politechniki 

Śląskiej, Gliwice 2003

[5] Majewski S., Matuszkiewicz T., Wanecki 

P., Klemczak B., Analiza numeryczna 

naprężeń termicznych w betonowym 

przekroju skrzynkowym. XLII Konferencja 

Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Kraków-

Krynica, t.5, 1996, s. 117–124

[6] Majewski S., Klemczak B., Analiza 

numeryczna poziomu wytężenia żelbetowej 

ściany kondygnacji piwnicznej. Zeszyty 

Naukowe Politechniki Śląskiej. Seria:

Budownictwo z.81/95, s. 495–505.

[7] Witakowski P., Termodynamiczna teoria 

dojrzewania. Zastosowanie do konstrukcji 

masywnych z betonu. Politechnika 

Krakowska, Inżynieria Lądowa z. 70,  

Kraków 1998

[8] Andreasik M., Naprężenia termiczno-

skurczowe w masywach betonowych. Praca 

doktorska, Kraków 1982

[9] CEB-FIP, CEB-FIP Model Code 1990, 

Thomas Telford, 1991

[10] Ajdukiewicz A., Kliszczewicz 

A., Węglorz M., Wielkowymiarowe 

konstrukcje żelbetowe wznoszone w zimie 

– doświadczenia realizacyjne. 

XLVIII Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN 

PZITB Krynica 2002, t. 2, s. 281–288

Rys.  10.  Wytężenie powierzchni bloku 4 x 4 x 4 m, w zależności od zastosowa-

nego zbrojenia powierzchniowego

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Czas, dni

Wytężenie

Rys.  11.  Rozkład  i  kierunki  naprężeń  głównych  rozciągających  po  3  dniach 

od zabetonowania bloku 4 x 4 x 4 m (powierzchnia bloku)

Rys.  12.  Obszar zarysowanej powierzchni bloku 4 x 4 x 4 m (kolor czarny)