Опыт эксплуатации бетонных покрытий при интенсивном движении тяжелых автомобилей показал, что, несмотря на высокую прочность самих бетонных плит, под ними должны быть прочные основания. В процессе укладки бетона на грунт в нем в результате нажимов упруго прогибающихся при проезде автомобилей плит накапливаются остаточные деформации. Вначале под плитами образуются полости, плиты теряют контакт с грунтом, а затем в них появляются трещины. Увеличение прочности основания повышает стоимость дорожной одежды. В настоящей работе выполнен статический расчет прямоугольной плиты на двухслойном упругом основании в традиционной постановке. В качестве основания принимались однородные грунты с верхним и нижним слоями в виде полупространства. Рассмотрен вариант нагружения плиты симметричной относительно двух осей внешней нагрузкой от колеса расчетного автомобиля. Вычисления выполнены методом Б. Н. Жемочкина с использованием пакета символьной математики. При этом плита разбивалась на 72 прямоугольных участка, в центре каждого участка устанавливалась вертикальная связь, через которую осуществлялся контакт плиты с упругим основанием. Полученная статически неопределимая система рассчитывалась смешанным методом строительной механики, где за неизвестные принимались усилия в вертикальных связях, а также линейное и два угловых перемещения введенного защемления по оси симметрии плиты. В результате расчета получены поверхности вертикальных перемещений плиты, реактивные напряжения на контакте плиты с упругим основанием. Предлагаемый подход может быть использован для поиска решений по оптимальной (достаточной) прочности основания для расчетного автомобиля, а также для расчетов шарнирно соединенных сборных железобетонных дорожных плит.
Наука и техника
2018. — Выпуск 2
Содержание:
Недостатки дорожных асфальтобетонных покрытий хорошо известны специалистам-дорожникам. Они главным образом обусловлены низким модулем упругости асфальтобетона, а также быстрым старением основного компонента асфальтобетона - битума. Как следствие этого явления - сравнительно низкая долговечность покрытия, необходимость его частого ремонта. В известной степени цементобетонные покрытия существенно превосходят по данному показателю асфальтобетонные, в чем убеждает опыт эксплуатации дорог Германии, США и других стран. Правильно подобранный состав бетона, общее соблюдение технологии укладки бетонной смеси, всеобъемлющий контроль качества производства работ, достаточная квалификация инженерно-технического персонала обеспечивают длительную бездефектную работу дорожного цементобетонного покрытия. Однако нарушения при производстве работ или в процессе эксплуатации, особенно в жестких условиях замораживания-оттаивания, насыщения-высушивания, при воздействии солей-антиобледенителей приводят к появлению дефектов покрытия, снижению его долговечности. Есть два направления расчетной долговечности покрытия. Во-первых, это первичная защита - создание бетона с минимально возможным на данных компонентах смеси водоцементным отношением, что обеспечивает получение бетона с минимальной пористостью и соответственно с максимальной долговечностью. Во-вторых, вторичная защита, обеспечивающая повышение сопротивляемости уже готового бетона покрытия внешним агрессивным воздействиям. В этом случае на фоне иных способов достаточно перспективной выглядит пропитка поверхности бетонного покрытия гидрофобизирующим и структуроукрепляющим веществом. Состав такого пропитывающего вещества должен содержать несколько компонентов, в первую очередь гидрофобизатор, препятствующий проникновению жидкости в тело бетона, и тонкодисперсный кремнезем (в частности, золь кремнезема), обеспечивающий снижение пористости поверхностных слоев бетона за счет взаимодействия со свободным гидроксидом кальция. Проблеме оптимизации пропиточного состав и посвящена данная работа.
Ключевые слова
Для обеспечения устойчивости откосов земляных плотин при воздействии волн применяют различные типы креплений, среди которых чаще всего используют каменную наброску и сборные или монолитные железобетонные плиты. Долговечность и надежность креплений во многом зависят от того, насколько правильно рассчитаны и соответственно выполнены параметры креплений: диаметр материала каменной наброски и толщина железобетонных плит. Значения параметров креплений, рассчитанные по существующим формулам, значительно различаются. Некоторые из этих формул не пригодны для малых водохранилищ Беларуси и дают реальные результаты только для крупных водохранилищ, где высота волн достигает 2 м и более. С целью определения диаметра камня наброски и толщины плит для крепления откосов плотин в зоне активного волнового воздействия предложена новая методика расчета, пригодная для водохранилищ различных размеров, в том числе и малых водохранилищ Беларуси. Методика разработана на основе теории предельного равновесия сдвигающих и удерживающих сил на откосе. При расчете диаметра материала каменной наброски учтены сдвигающие силы: взвешивающее волновое давление, зависящее от высоты волны; влекущая сила потока, образующегося на откосе при откате волны; сдвигающий компонент силы тяжести материала крепления, зависящий от заданного коэффициента заложения откоса. Удерживающие силы определены с учетом основных физико-механических свойств материала наброски: плотности частиц во взвешенном водой состоянии, пористости, внутреннего трения и удерживающего компонента силы тяжести материала крепления. При разработке методики расчета толщины железобетонных плит влекущая сила потока не учитывалась, так как формируемый на поверхности плит поток практически не оказывает влияния на их устойчивость. В нижней зоне откоса, где гидродинамическое давление создается придонной скоростью, устраивают облегченное крепление, обычно в виде наброски из щебня, гравия или мелкого камня. В результате преобразования критерия устойчивости откоса в этой зоне получены зависимости для определения крупности материала наброски. Предложенные формулы для расчета параметров креплений откосов земляных плотин могут быть рекомендованы к применению в проектных организациях.
Ключевые слова
На побережье Дальнего Востока России климат носит муссонный характер, который наиболее ярко выражен на юге, а к северо-востоку постепенно ослабевает. Сезонная смена океанического и континентального влияния отражается на характере климата: лето умеренно теплое и дождливое, зима холодная и малоснежная. С развитием Северного морского пути и наращиванием нефтедобычи на шельфе сегодня проблема определения долговечности инженерных гидротехнических и портовых сооружений является крайне актуальной. Согласно официальной статистике, больше половины портовых сооружений находятся в неудовлетворительном состоянии и нуждаются в ремонте или реконструкции, в свою очередь это требует значительных капиталовложений. Опыт эксплуатации показал, что средний срок службы большинства гидротехнических сооружений составляет 30-40 лет, тогда как нормативный срок службы должен составлять минимум 50-100 лет. Сегодня около 90 % железобетонных портовых сооружений имеют дефекты бетона и арматуры, которые снижают долговечность и несущую способность. В процессе эксплуатации эти сооружения, как правило, подвергаются комплексу тяжелых агрессивных воздействий, поэтому на стадии проектирования важно предусмотреть целый ряд факторов, которые могут повлиять на фактический срок службы их железобетонных элементов. Существующие методики проектирования не в полном объеме отражают реальные условия эксплуатации гидротехнических сооружений. Это особенно ярко проявляется в районах, где одновременное воздействие таких факторов, как низкие температуры воздуха и большое число ясных дней в зимнее время при сильной солнечной радиации, приводит к резкому изменению реальных условий эксплуатации по сравнению с расчетными. Бетоны многих сооружений и конструкций испытывают большее число агрессивных воздействий, чем это предусматривается нормами проектирования. Поэтому из вышесказанного следует, что проблема прогноза ресурса железобетонных элементов как на этапе проектирования, так и в процессе эксплуатации всегда была наименее изученной в теории сооружений и наиболее весомой в социально-экономическом плане. В статье рассматривается модель воздействия окружающей среды юга Дальнего Востока, связанная преимущественно с воздействием на гидротехнические железобетонные сооружения углекислого газа в окружающей среде и последующей коррозией бетона и арматуры.
Ключевые слова
Для Республики Беларусь с ограниченными важными природными ресурсами их сбережение является одним из стратегических направлений развития строительной отрасли. При этом наибольшая эффективность использования закономерностей ресурсосбережения может достигаться не путем экономии денежных средств за счет применения более дешевых материалов с худшими свойствами, а, наоборот, путем выбора более дорогих качественных строительных материалов и изделий, но, безусловно, в определённых условиях изменения цены. Так, анализ изменения цены бетона с ростом прочности на сжатие показал, что цена 1 м3 бетона возрастает гораздо медленнее увеличения прочности. Поэтому для работы на сжатие высокопрочные бетоны являются более выгодными по сравнению с низко- и среднепрочными. Для оценки ресурсоэффективности предложены новые сравнительные единицы прочностных и других физических свойств: удельные цена (при использовании) и стоимость (при производстве) позволяют сравнить различные материалы и изделия, что, например, необходимо при использовании трубобетонных конструкций в строительстве. Как показывают расчеты, в обычных условиях эксплуатации для трубобетонных конструкций следует применять высокопрочный бетон и трубы с минимальной толщиной стенок, выдерживающих боковое давление деформирующегося под нагрузкой сердечника. При этом для компенсации различия в деформационных характеристиках бетона и материала трубы необходимо использовать демпфирующие устройства, обеспечивающие предельно допустимые нагрузки бетонного сердечника и материала трубы.
Ключевые слова
Поскольку город является сложной системой, он подчиняется принципам организации и управления системами. Системный анализ отличает управляющие системы (субъект) от систем, которые управляются (объект). Между этими системными образованиями существует связь, объединяющая их в общую систему. Такая связь является источником информации для выработки управляющего воздействия. Влияние на систему достигается благодаря наличию средств воздействия и имеющейся информации. Градостроительная наука представляет город в виде совокупности социально-экономической, территориально-производственной и демографо-экологической систем вида население - среда - деятельность. Среда понимается как техническая система с синонимичными понятиями: «градостроительная система», «антропогенная среда», «система расселения». Среда имеет две составляющие - территорию и дома. Законодательством Украины определено, что управление градостроительной деятельностью осуществляется путем разработки градостроительной документации и проведения градостроительного мониторинга. Результаты градостроительного мониторинга учитываются при разработке градостроительной документации (внесении изменений в нее) и программ социально-экономического развития. Таким образом, градостроительный мониторинг представляет собой систему управления градостроительной деятельностью Украины. Законодательство Республики Беларусь включает положения о регулировании градостроительной деятельности путем: градостроительного планирования и зонирования территорий; создания и ведения градостроительного кадастра; контроля над разработкой и реализацией градостроительных, архитектурных и строительных проектов; осуществления государственного строительного надзора. Сведения из градостроительного кадастра учитываются в градостроительной документации. В Республике Беларусь управление градостроительной системой возложено на градостроительный кадастр. Градостроительные системы Украины и Беларуси являются самоуправляемыми рефлексивными системами, организующими свое поведение с учетом не только прошлого опыта, но и возможного воздействия другой системы, с которой они взаимодействуют.
Ключевые слова
Разработан алгоритм оценки уровня инженерно-инфраструктурного обеспечения территории городов с использованием геоинформационных систем в рамках стейкхолдерно-интегрированного подхода. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: охарактеризован стейкхолдерно-интегрированный подход к оценке уровня инженерно-инфраструктурного обеспечения городов; систематизированы существующие подходы к оценке уровня инженерно-инфраструктурного обеспечения городов; разработан алгоритм определения данных пространственных моделей; построены пространственные модели для оценки уровня инженерно-инфраструктурного обеспечения с использованием геоинформационных систем. Предложен комплексный подход к моделированию пространственных факторов для оценки инженерно-инфраструктурного обеспечения города, который отличается от существующих разработкой и применением геоинформационного инструментария. Разработаны пространственные модели инженерно-инфраструктурного обеспечения территории города, включающие территориальные, экологические, энергетические, социально-экономические и другие характеристики, что позволило реализовать предложенный подход к моделированию пространственных факторов. Заслуживает внимания использование геоинформационных систем, что открывает возможность более детального рассмотрения моделей влияния пространственных факторов, позволяет повысить объективность решения поставленной проблемы.
Ключевые слова
В технологии бетона для решения различных задач широко применяют химические добавки, в том числе сульфатсодержащие добавки-электролиты - ускорители схватывания и твердения цемента. Механизм действия добавок-ускорителей схватывания и твердения цемента достаточно сложен и не может считаться надежно установленным. Влияние сульфатсодержащих добавок типа сульфата натрия сводится к ускорению гидратации силикатных фаз цемента за счет повышения ионной силы раствора. Кроме того, существенное влияние на твердение оказывают обменные реакции аниона добавки с фазой портландита (Са(ОН)2) и алюминатными фазами твердеющего цемента, что ведет к образованию легкорастворимых гидроксидов и труднорастворимых солей кальция. Влияние сульфатсодержащих добавок на свойства цементного теста и камня достаточно разнообразно и зависит от концентрации соли и вида катиона. Например, действие добавки сульфата алюминия осложняется тем, что в воде добавка подвергается гидролизу, который усиливается в щелочной среде цементного теста. Образование продуктов гидролиза и их реакция с алюминатными фазами и портландитом цемента приводят к существенному ускорению схватывания. Таким образом, несмотря на схожесть добавок по участию анионов в обменных реакциях, механизм влияния их на схватывание и твердение цемента существенно различается. В настоящей статье рассмотрены особенности механизма взаимодействия добавок сульфатов натрия и алюминия в цементных композициях с позиций термохимии. Приведены термохимические уравнения реакций сульфатсодержащих добавок с фазами гидратирующегося цементного клинкера. Рассчитаны тепловые эффекты химических реакций и определено влияние образующихся продуктов на процессы схватывания и твердения портландцемента.
Ключевые слова
Рассмотрена крупнопанельная конструктивная система многоэтажных зданий, индустриальная основа которой создает условия для интенсивного роста объемов домостроения. В качестве плит перекрытий рекомендуется применение многопустотных панелей, что позволяет увеличить расстояние между несущими стенами, улучшить планировочные решения, а также существенно повысить тепло- и звукозащитные свойства дисков перекрытий (покрытий). Для обеспечения совместной работы плит со стеновыми панелями устраиваются шпоночные стыки, имеющие наибольшее сопротивление действию срезывающих сил. Прототипом рассматриваемого соединения является узел опирания элементов перекрытий сборно-монолитной конструктивной системы «АРКОС» посредством бетонных шпонок. С целью увеличения несущей способности и повышения надежности работы стыков предусматривается армирование шпонок пространственными каркасами. Совершенствование узлов соединений возможно на основе учета полного количества влияющих на прочность факторов. В Полтавском национальном техническом университете имени Юрия Кондратюка разработана общая методика оценивания несущей способности шпоночных соединений, которая базируется на вариационном методе в теории пластичности бетона и отображает специфику напряженно-деформированного состояния зоны разрушения. Для экспериментальной проверки указанной методики выполнено исследование работы шпонок при их армировании посередине высоты и с разнесенной арматурой в два яруса. Наблюдаемая в опытах картина разрушения образцов подтверждает принятые при расчетах кинематические схемы, а сравнительный анализ экспериментальных и теоретических значений предельной нагрузки указывает на их близость. Двухуровневое армирование существенно улучшает пластические свойства бетона шпонок и исключает хрупкое разрушение. Предложенная конструкция узла соединения плит перекрытий со стеновыми панелями отличается соотношением размеров шпонок и формой арматурных каркасов в виде полых цилиндров, которые обеспечивают повышенную прочность и сейсмостойкость стыка.
Ключевые слова
Предложены и рассмотрены два конструктивных способа экономии тепловой энергии при производстве вертикальных стеклопакетов с различным газовым заполнением межстекольного пространства. Первый заключается в изготовлении их определенной толщины, которая находится исходя из особенностей конвективного теплообмена в замкнутом контуре. Величина коэффициента теплообмена зависит от свойств заполняющего объем камеры газа (коэффициентов теплопроводности, объемного расширения, кинематической вязкости и температуропроводности), разности температур на границах прослойки и ее толщины. Показано, что при увеличении толщины газового слоя коэффициент конвективного теплообмена сначала уменьшается до определенного значения, а затем, незначительно увеличившись, практически остается постоянным. В связи с этим были определены оптимальные толщины заполняемых прослоек для наиболее распространенных в производстве газов (осушенный воздух, аргон, криптон, ксенон), а также для углекислого газа. Производство стеклопакетов с большей толщиной газовой камеры практически не приведет к увеличению сопротивления теплопередаче, однако повысит расход газа. Второй способ экономии при производстве связан с использованием в качестве заполнителя межстекольного пространства диоксида углерода СО2, который имеет некоторые преимущества по сравнению с другими газами (малая стоимость из-за распространенности, нетоксичность, прозрачность для видимого света и поглощение тепловых лучей). Расчеты показали, что применение углекислого газа позволит увеличить сопротивление теплопередаче однокамерного стеклопакета на 0,05 м²К/Вт (при степени черноты внутреннего стекла 0,837) или на 0,16 м²К/Вт (при коэффициенте эмиссии 0,1) по сравнению со стеклопакетом, камера которого заполнена осушенным воздухом.
Ключевые слова
В статье представлены результаты предварительного исследования структурного анализа тазового пояса, сравниваются результаты анализа, проведенного до и после процедуры замены тазобедренного сустава, с учетом изменений механических свойств суставного хряща. Вводится базовая анатомия и биомеханика тазобедренного сустава. В каждом случае проводится механический анализ модели тазобедренного сустава. Приводятся окончательные результаты анализа. Численная модель испытуемых объектов сделана на основе компьютерной томографии и CAD-моделирования, модели костного мозга выполнены с использованием специализированного программного обеспечения Materialise Mimics. Модель, сделанная в программе, затем экспортировалась в файл обмена данными, чтобы получить редактируемые файлы CAD. Таким образом, полученные модели стали отправной точкой для внедрения численной модели персонализированной замены тазобедренного сустава. Численные модели кости и имплантата были выполнены в среде SolidWorks. Механический анализ проводился с использованием метода конечных элементов. Во время выполнения расчетов с использованием МКЭ-анализа также дискретируются другие физические величины - нагрузки, напряжения, ограничения, представленные в системе с использованием непрерывной функции. При выполнении процесса дискретизации программное обеспечение нацелено на максимальное сближение дискретной и континуальной моделей с использованием методов аппроксимации.