Материал: 2196

Установим зависимости, характеризующие влияние на продолжительность промерзания

tпр таких теплофизических и температурных

параметров, как:

C и – объемная теплоемкость и тепло-

проводность материала теплового диода; в Tз

и Tзв – температура замерзания материала

телового диода и среднезимняя температура воздуха, соответственно.

Иначе говоря, выявим следующие закономерности:

сти) замерзшей и незамерзшей воды материала теплового диода; ск – объемная мас-

са скелета грунта; – удельная теплота плавления льда; g – ускорение свободного падения.

Для этого воспользуемся трансцендентным уравнением [5]

довой амплитудой; а – температуропроводность теплового диода; tл – продолжитель-

ность летнего периода; h – высота теплового диода.

Решения tпр будем находить численными

методами, в частности, методом подбора. Для облегчения расчета воспользуемся

следующим приближенным соотношением [5]:

tл tпр tл 13,1 10 3 1,67 10 6 tл tпр (7)

Для проведения вычислительного эксперимента выберем следующие значения параметров. Неварьируемые значения параметров для всех экспериментов: м;

T0 1,206 град.

Для установления зависимостей (1), (2) и

(5) неварьируемыми значениями параметров

tл 2190 час, а вариация других параметров

будет производиться по следующему алгоритму:

(5 шагов);

g ск W Wн 6500 8500 ккалм3 ;

шаг 500 (5 шагов).

Значения теплофизических параметров материала теплового диода соответствует торфу при различных значениях плотности и влажности.

Вывод Качественный анализ исследуемых зависимостей показал возможность оптимизации величин и C (рисунок 2) и минимизации величины F (рисунок 4).

Библиографический список

1.Завьялов А. М. Аппарат математического моделирования процессов промерзанияпротаивания грунтов / А. М. Завьялов, Е. А. Бедрин, М. А. Завьялов // Омский научный вестник. – № 3 (93). – 2010. – С. 8-10.

2.Завьялов А. М. Моделирование температурного поля массива многолетнемерзлых грунтов / А. М. Завьялов, Е. А. Бедрин, М. А. Завьялов, В. Н. Лонский // Вестник СибАДИ. – № 3 (17). – Омск: Изд-во СибАДИ, 2010. – С. 49-52.

3.Завьялов А. М. Математическая модель деятельного слоя грунта, функционирующего как тепловой диод / А. М. Завьялов, М. А. Завьялов, Е. А. Бедрин // Омский научный вестник. – № 2 (100). – 2011. – С. 9-13.

4.Завьялов А. М. Влияние теплового диода на мощность подстилающих вечномерзлых грунтов / А. М. Завьялов, М. А. Завьялов, Е. А. Бедрин // Вестник СибАДИ. – № 1 (19). – Омск: Изд-во СибАДИ, 2011. – С. 25-28.

5.Фельдман, Г. М. Методы расчета температурного режима мерзлых грунтов / Г. М. Фельдман.

–М.: Наука, 1973. – 254 с.

REVEALING THE DEPENDENCES OF THERMAL DIODE FREEZING TIME FROM THERMOPHYSICAL PARAMETERS

OF ITS CONDITION

E. A. Bedrin, M. A. Zavyalov, A. M. Zavyalov

Qualitative characteristics of thermal diode freezing time dependences from thermophysical and temperature parameters of its condition such, as are established: heat conductivity, volume thermal capacity, intensity of transients. Both temperatures of thermal diode material freezing and average winter air are received.

Завьялов Александр Михайлович – д-р техн. наук, проф., академик РАЕН, проректор по научной работе Сибирской государственной автомо- бильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований – динамика рабочих процессов строительных и дорожных машин. Имеет 255 опубликованных работ, в том числе 3

монографии. E-mail: nis@sibadi.org

Завьялов Михаил Александрович – д-р техн. наук, профессор кафедры «Высшая математика» Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. Основное направление научных исследований – транспортное строительство. Имеет более 50 опубликованных работ.

E-mail: zavyalov_ma@sibadi.org.

Бедрин Евгений Андреевич – канд. техн. наук, доцент кафедры «Экономика и управление дорожным хозяйством» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований – разработка ресурсосберегающих технологий в дорожном строительстве. Имеет более 35 опубликованных работ. E-mail: Bedrin-ea@yandex.ru

Введение

В течение ряда лет в СибАДИ ведутся исследования по широкому кругу вопросов использования различных геосинтетических материалов в дорожных конструкциях [1-3]. При этом некоторые конструктивнотехнологические решения показали перспективные результаты, например – армирование геосетками (георешетками) ледовых переправ.

Основная часть

Для оценки эффективности применения геосинтетических материалов в качестве арматуры для льда был выполнен расчет на прочность ледовых образцов балок. На рисунках 1 и 2 представлены схема действия нагрузок на образец-балку и поперечное сечение балки – соответственно.

Площадь поперечного сечения образца (A) м2 определяется по формуле

где b – ширина поперечного сечения образца, м; h – высота поперечного сечения образца, м.

Площадь основного поперечного сечения

Здесь b2 – ширина поперечного сечения арматуры, м; 2 – высота поперечного сечения арматуры, м;

На рисунке 2 Y, Z – главные центральные оси площади А; Z1 – главная центральная ось площади А1; С – центр тяжести площади А1; E1 – модуль упругости льда; E2 – модуль упругости арматуры.

При действии нагрузки балка испытывает две стадии напряженно-деформированного состояния.

Рис. 1. Расчетная схема действия нагрузок: F

– сила, приложенная к образцу; l – расстояние между опорами.

Рис. 2. Поперечное сечение образца

Первая стадия развивается от момента нагружения до момента образования первой трещины, нормальной к его продольной оси. Первая трещина образуется в опасном сечении под нагрузкой при достижении растягивающими напряжениями значений, равных расчетному сопротивлению льда на растяжение ( 2 = Rизг). Рассмотрим данную стадию более подробно.

Определим положение нейтральной оси Z0 поперечного сечения армированного образца.

Статический момент сечения льда (S1) и арматуры (S2) относительно нейтральной оси равны соответственно

где y1 – расстояние от нейтральной оси Z0 до оси Z1, м.

где y2 – расстояние от нейтральной оси Z0 до центра тяжести поперечного сечения арматуры, м:

здесь a – расстояние от центра тяжести поперечного сечения арматуры до нижней грани поперечного сечения образца, м;

Момент инерции J2 сечения арматуры относительно нейтральной оси Z0:

Момент инерции J1 площади А1 относительно нейтральной оси Z0:

Модуль упругости и момент инерции приведенного сечения:

Eприв J E1Jприв .

Если учесть, что

dA dA dA 0,

Aсж Aраст

тогда статический момент армированного сечения относительно нейтральной оси должен быть равен нулю:

Напряжения в основной части поперечного сечения, состоящей из льда ( h2 y h1):

Здесь М – изгибающий момент в опасном сечении:

4