| 16. |
Аннотация |
Деградация, изнашивание и разрушение морских бетонных сооружений, функционирующих в северных широтах, в том числе, в условиях Арктики, в настоящее время становится важной проблемой, актуальность которой усиливается интенсификацией темпов освоения мелководного Арктического шельфа и, соответственно, строительством бетонных портовых сооружений и бетонных оснований буровых платформ. Значительную часть времени года северные моря покрыты мощным ледовым покровом толщиной до 1-2 метров, который находится в постоянном движении вследствие температурных колебаний и дрейфа ледовых плит и оказывает переменное нагружающее воздействие (сжатие/растяжение и сдвиг) на поверхность бетонных элементов сооружений. Постоянное механическое нагружение ледовым покровом, дополнительно усиливаемое «распирающим» механическим действием водной прослойки и внутрипоровой водой, определяет интенсивное механическое изнашивание бетонных сооружений и тем самым существенно снижает срок их службы. Важный (и в ряде случаев доминирующий) вклад механического фактора в разрушение поверхностных слоев качественно отличает условия работы морских бетонных сооружений в Арктических широтах от условий работы соответствующих сооружений в умеренном и тропическом климате. Для макроскопического описания динамики процессов деградации и изнашивания поверхностных слоев бетонов в водной среде Арктических широт в ведущих мировых научных школах активно развиваются вероятностно-статистические модели. Однако широкое практическое применение этих моделей сдерживается отсутствием ясного понимания микромасштабных механизмов разрушения бетонов под действием механического нагружения ледовым покровом и механического вклада жидкой фазы в микроразрушение. Для выявления данных механических факторов и оценки связанных с ними параметров статистических моделей изнашивания бетонов крайне актуальным является развитие микромасштабных связанных моделей, учитывающих как особенности микроструктуры бетонов, так и перераспределение жидкой фазы и особенности взаимодействия «флюид-твердая фаза». В качестве численного метода, реализующего данные связанные модели, наиболее перспективным представляется использование метода дискретных элементов, позволяющего явным образом моделировать сложные процессы разрушения, включая коллапс пор, отделение и перемешивание фрагментов. Целями настоящего проекта являются: 1. Развитие дискретных микромасштабных моделей и теоретический анализ закономерностей формирования несплошностей и прогрессирующего разрушения поверхностных слоев высокопрочных бетонов в условиях контактного взаимодействия с морскими льдами в присутствии прослойки соленой воды на поверхности контакта. 2. Обобщение результатов микромасштабного теоретического изучения для последующего использования с целью определения величин механических параметров макроскопических вероятностно-статистических моделей деградации и изнашивания поверхностных слоев бетонов в крупных водоемах, покрытых ледовым покровом. В рамках выполнения проекта будут решаться следующие задачи, необходимые для достижения поставленных целей. 1. Развитие и верификация гибридной численной модели, основанной на совмещении метода дискретных элементов и метода сеток, для описания упруго-пластического механического отклика и разрушения высокопрочных бетонов на микро- и мезомасштабном уровнях с учетом особенностей геометрии агрегатов и проницаемости цементного раствора. В рамках гибридной реализации метода дискретных элементов проницаемый твердый каркас моделируется ансамблем дискретных элементов с использованием многочастичной формулировки соотношений для вычисления сил межэлементного взаимодействия. Влияние содержащихся в объеме элемента несплошностей более низких масштабов на его механические свойства и напряженно-деформированное состояние учитывается неявно. Полости, размер которых превышает размер дискретного элемента, моделируются на сеточном слое, который используется для расчета распределения концентраций и давлений флюида в полостях и вычисления их объемов. 2. Анализ влияния жидкой фазы на механические свойства проницаемых поверхностных слоев высокопрочных бетонов на основе численного изучения отклика мезомасштабных водонасыщенных образцов на одноосное сжатие. 3. Теоретическое изучение закономерностей формирования несплошностей и прогрессирующего разрушения поверхностных слоев высокопрочных бетонов в условиях контактного взаимодействия с морскими льдами в присутствии прослойки соленой воды на основе рассмотрения тангенциального контакта уединенных микрошероховатостей и микроуглублений на поверхности бетона с нагружающей ледовой пластиной. 4. Параметрическое исследование влияния скорости тангенциального нагружения, величины нормального контактного давления, величины пористости и проницаемости бетона, содержания воды и воздуха в порах, а также прочности интерфейса «бетон-лед» на распределение напряжений и прочность поверхностного слоя пористого флюидонасыщенного бетона. |