Расчет температурных полей и напряжений при возведении стенки резервуара для хранения сжиженного природного газа

Цель. Целью исследования является разработка методики расчета термонапряженного состояния в железобетонной стенке резервуара при непрерывном бетонировании в скользящей опалубке с учетом теплофизических и механических характеристик, а также кинетики тепловыделения и набора прочности бетона.
Метод. Исследование выполнено в двумерной осесимметричной постановке методом конечных элементов. Учтены конвективный теплообмен с окружающей средой, внутреннее тепловыделение по эмпирической кривой, температурные деформации, усадка, а также изменение модуля упругости и прочности бетона во времени. Расчет реализован в среде MATLAB с последо- вательной активацией элементов по мере бетонирования.
Результат. Для двух сезонов (июль и сентябрь) получены распределения температур и напряжений. Максимальный перепад температуры по толщине стенки составил 18–19°С. Установлено, что в приопорной зоне жесткого сопряжения стенки с фундаментом окружные напряжения при расчете в упругой постановке достигают 5 МПа при прочности бетона на растяжение 3,2 МПа, а напряжения по оси z – 15,4 МПа, что приводит к высокому риску образования вертикальных и горизонтальных трещин. Снижение тепловыделения бетона на 40% уменьшает напряжения лишь на 22–40%, не устраняя риск.
Вывод. Основная причина трещинообразования связана с жестким соединением стенки с фундаментом. Для снижения риска рекомендовано уменьшение темпа бетонирования на начальном этапе до 1 м/сут. В остальных сечениях стенки вероятность трещин незначительна.

1. Ковшар С.Н., Рябчиков П.В., Гущин С.В. Оценка термонапряженного состояния бетонного массива //Наука и техника. 2021. №. 3. С. 207-215. DOI: 10.21122/2227-1031-2021-20-3-207-215

2. Несветаев Г.В., Чепурненко, А.С., Корянова, Ю.И., Сухин, Д.П. Оценка некоторых методик для расчета температурных напряжений при бетонировании массивных железобетонных фундаментных плит //Инженерный вестник Дона. 2022. №. 7 (91). URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n7y2022/7817

3. Roetzer J., Baumann T. Outer Concrete Containments of LNG-Tanks–Design against Thermal Shock// Tailor Made Concrete Structures. Taylor & Francis Group, London, 2008. Pp. 877-882. URL: http://abece.com.br/web/restrito/restrito/pdf/ch131.pdf

4. Иванов Э.Н., Семенов К.В., Титов Н.С. Тепловыделение бетона в расчётах термонапряжённого состояния массивных бетонных и железобетонных конструкций // Неделя науки ИСИ: сборник материалов Всероссийской конференции. СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2023. С. 406-408. URL: https://ice.spbstu.ru/userfiles/files/pdf_21_22/ISI-CHast-2--v-polnom-sbore.pdf

5. Болгов А.Н., Невский А.В., Иванов С.И., Сокуров А.З. Численное моделирование температурных напряжений в бетоне массивных конструкций в период твердения //Промышленное и гражданское строительство. 2022. №. 4. С. 6-13. DOI: 10.33622/0869-7019.2022.04.06-13

6. Несветаев Г.В., Корянова, Ю.И., Чепурненко А.С., Сухин Д.П. О влиянии некоторых технологических факторов на качество бетона монолитных железобетонных конструкций //Инженерный вестник Дона. 2021. №. 11 (83). URL: https://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n11y2021/7256

7. Семенов К.В., Павлова И.В. Термонапряженное состояние массивной фундаментной конструкции ветроэнергетической установки // Неделя науки ИСИ: сборник материалов Всероссийской конференции. СПб.: Политех-пресс, 2023. С. 402-405. https://ice.spbstu.ru/userfiles/files/pdf_21_22/ISI-CHast-2--v-polnom-sbore.pdf

8. Bui A.K., Nguyen T.C., Nguyen T.T. B. Using Advanced" Birth and Death" APDL Code to Analyze the Thermal Transient Problem of Mass Concrete during Construction Phases //Engineering, Technology & Applied Science Research. 2024. Т. 14. №. 3. С. 14660-14665. DOI: 10.48084/etasr.7522

9. Zhang Y., Wang S., He S., Hao X. Analysis of factors influencing the temperature field variation in mass concrete during hydration heat release //Case Studies in Thermal Engineering. 2023. Т. 52. С. 103737. DOI: 10.1016/j.csite.2023.103737

10. Kim H.S., Han M.C., Kim J.Y., Han S.B. Hydration heat analysis of mass concrete considering low heat mixture and block placement //Journal of the Architectural Institute of Korea. 2008. Т. 24. №. 1. С. 63-70. URL: https://www.kci.go.kr/kciportal/ci/sereArticleSearch/ciSereArtiView.kci?sereArticleSearchBean.artiId=ART001224041

11. Nesvetaev G.V., Koryanova Y.I., Yazyev B.M. Autogenous shrinkage and early cracking of massive foundation slabs //Magazine of Civil Engineering. 2024. Т. 17. №. 6. С. 13005. DOI: 10.34910/MCE.130.5

12. Tyurina V., Chepurnenko A., Akopyan V. Prediction of thermal cracking during construction of massive monolithic structures //Applied Sciences. 2025. Т. 15. №. 3. С. 1499. DOI: 10.3390/app15031499

13. Агаханов Э.К., Курачев Р.М., Чепурненко А.С., Кулинич И.И. Нелинейная задача теплопроводности для радиационно-теплового экрана реактора АЭС //Инженерный вестник Дона. 2015. Т. 38. №. 4-1. URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2015/3421

14. Kuriakose B., Rao B.N., Dodagoudar G.R. Early-age temperature distribution in a massive concrete foundation //Procedia Technology. 2016. Т. 25. С. 107-114. DOI: 10.1016/j.protcy.2016.08.087

15. Chepurnenko A.S., Nesvetaev G.V., Koryanova Y.I., Yazyev B.M. Simplified model for determining the stress strain state in massive monolithic foundation slabs during construction //International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Т. 18. №. 3. С. 126-136. DOI: 10.22337/2587-9618-2022-18-3-126-136

16. Зоалкфл Д.А., Курачев Р.М., Чепурненко А.С. Определение температурных полей при возведении монолитных толстостенных цилиндрических оболочек // Вестник Евразийской науки. 2023. Т 15. № 2. URL: https://esj.today/PDF/80SAVN223.pdf

17. Сегерлинд, Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392 с.

18. Nesvetaev G.V., Koryanova Y.I., Shut V.V. Specific heat dissipation of concrete and the risk of early cracking of massive reinforced concrete foundation slabs //Construction Materials and Products. 2024. Т. 7. №. 3. DOI: 10.58224/2618-7183-2024-7-4-3

19. Несветаев Г.В., Корянова, Ю.И., Чепурненко, А.С., Сухин, Д.П. К вопросу моделирования температурных напряжений при бетонировании массивных железобетонных плит // Инженерный вестник Дона. 2022. №. 6 (90). URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n6y2022/7691

20. Несветаев Г.В., Корянова Ю.И. Прогноз кинетики прочности бетона при твердении в условиях, отличных от нормальных //Современные тенденции в строительстве, градостроительстве и планировке территорий. 2023. Т. 2. №. 4. С. 59-68. DOI: 10.23947/2949-1835-2023-2-4-59-68

21. Маилян Д.Р., Несветаев Г.В. Регулирование жесткости и прочности железобетонных балок варьированием модуля упругости бетона //Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20. №. 4. С. 86-93. DOI: 10.31675/1607-1859-2018-20-4-86-93

22. Зоалкфл Д.А., Тюрина В.С., Чепурненко А.С. Определение температурных напряжений при возведении монолитных толстостенных цилиндрических оболочек //Современные тенденции в строительстве, градостроительстве и планировке территорий. 2024. Т. 3. №. 2. С. 50-58. DOI: 10.23947/2949-1835-2024-3-2-50-58