В статье проанализировано влияние на усталостную долговечность асфальтобетонов добавок группы термоэластопласты и комплексных модификаторов на основе термопластов. Установлены закономерности поведения материалов во времени, для которых получены близкие значения физико-механических свойств при применении различных типов вяжущих и модификаторов. На основании статистических и лабораторных исследований получены теоретические параметры усталостной долговечности для материалов покрытия дорожной одежды. При проведении анализа обратились к статистическим показателям обычных и модифицированных асфальтобетонов, которые получили в процессе испытаний асфальтобетонных смесей типов С и А за период с 2010 по 2016 г. На основании статистического анализа сопоставлен индекс сопротивления пластическим деформациям Ипл с количеством упругих связей n y и предельной структурной прочностью R c. Для реализации задач второго исследования выполнены 12 расчетов (№ 1-12). Вычислены расчетные характеристики асфальтобетона, необходимые для определения параметров надежности. Объектом исследования выбран нижний слой двух- или трехслойного покрытия как наиболее подверженный воздействию циклических растягивающих напряжений от транспортной нагрузки. Необходимое для вычислений значение растягивающих напряжений при расчетной температуре 0 С принято на основании проведенных расчетов методом конечных элементов, где выявлено распределение напряжений по толщине конструкции 20 см от нагрузки А 2. По полученным результатам сделаны соответствующие выводы.
Наука и техника
2018. — Выпуск 6
Содержание:
В статье приводятся решения двух контактных задач для кольцевого штампа на упругом полупространстве под действием осесимметрично приложенной силы и момента. Подобные задачи обычно возникают при расчетах жестких фундаментов с подошвой кольцевой формы у дымовых труб, градирен, водонапорных башен и других высотных сооружений на ветровую нагрузку и нагрузку от собственного веса. Обе задачи формулируются в виде тройных интегральных уравнений, которые способом подстановки сводятся к одному интегральному уравнению. В случае осесимметричной задачи ядро интегрального уравнения зависит от произведения трех функций Бесселя. Используя формулу для представления двух функций Бесселя в виде двойного ряда по произведениям гипергеометрической функции на функцию Бесселя, задача сводится к функциональному уравнению, связывающему перемещения штампа с неизвестными коэффициентами распределения контактных напряжений. Полученное функциональное уравнение сводится к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений, которая решается способом усечения. При действии момента на кольцевой штамп распределение контактных напряжений ищется в виде ряда по произведениям присоединенных функций Лежандра с весом, соответствующим особенности в контактных напряжениях у краев штампа. При использовании спектрального соотношения Г.Я. Попова для кольцевой пластинки задача опять сводится к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений, которая также решается способом усечения. Приводятся два примера расчетов для кольцевого штампа на упругом полупространстве на действие осесимметрично приложенной силы и момента. Выполнено сопоставление результатов расчетов по предлагаемому подходу с результатами для круглого и кольцевого штампов с решениями других авторов.
Ключевые слова
Опыт эксплуатации сборных бетонных покрытий при интенсивном движении тяжелых автомобилей показал, что, несмотря на высокую прочность самих бетонных плит, под них необходимы прочные основания. При непосредственной укладке бетона на грунт в нем в результате нажимов упруго прогибающихся при проходах автомобилей плит накапливаются остаточные деформации, что приводит к образованию под плитой пустот, а в самой плите - трещин. Для увеличения жесткости плиты (уменьшения ее осадок при проезде транспорта) автором предложено устраивать плиты с двумя продольными ребрами, а сами плиты укладывать на рыхлый, перемешанный с цементом грунт. Ребра следует размещать на полосах наката, т. е. симметрично относительно продольной оси плиты, на расстоянии друг от друга, равном расстоянию между колесами расчетного автомобиля на одной оси. С целью определения зависимости жесткости плиты от формы и размеров поперечного сечения продольных ребер выполнены расчеты с использованием метода конечных элементов на ПК «Лира». Конечно-элементная модель плиты включала 19152 узла и 18943 конечных элемента. Упругое основание моделировалось упругими вертикальными связями, находившимися в каждом нижнем узле. Плита загружалась нагрузкой, эквивалентной нагрузке от колеса расчетного автомобиля в четырех точках: колесо посредине плиты; колесо на углу плиты; два колеса одновременно на линии, перпендикулярной продольной оси плиты и находящейся в начале (или конце) плиты; два колеса одновременно на линии, перпендикулярной продольной оси плиты и проходящей через ее центр. Вначале при одинаковой площади поперечного сечения продольного ребра исследовались следующие его формы: треугольная, овальная (полукруг) и прямоугольная. Наиболее оптимальной формой, с точки зрения увеличения жесткости плиты, оказалась треугольная. Перепады высот у такой плиты при воздействии нагрузки наименьшие. Так, по сравнению с типовой плитой (без продольных ребер) наличие продольных ребер треугольного поперечного сечения увеличивает жесткость плиты в среднем на 50 % в зависимости от места положения расчетного колеса на плите (39-64 %). После определения оптимальной формы поперечного сечения продольного ребра найдена зависимость жесткости плиты от высоты продольных треугольных ребер. При постоянных объеме плиты и размере основания ребра 32 см (примерная ширина колеса расчетного автомобиля) изменялись высота ребра и толщина плиты. В результате проведенных расчетов получена зависимость жесткости плиты от высоты продольного ребра. Для данного объема и размеров плиты определено, что оптимальной высотой ребра является 25 см.
Ключевые слова
Современные геотехнические технологии изготовления свай позволяют решать многие инженерные задачи в строительстве со значительным экономическим эффектом и сокращением сроков ведения работ. Однако теоретическое обоснование данных технологий значительно отстает от их практического использования. Фактор стесненной дилатансии является основным резервом несущей способности свай в несвязных грунтах. Его понимание открывает путь к совершенствованию геотехнических технологий изготовления свай, обеспечивающих активное воздействие на грунт основания и его предельное напряженное состояние, которое определяется соотношением сопротивления грунта сдвигу и нормальных напряжений, либо главных напряжений на площадке сдвига в момент разрушения. Определение общих нормальных напряжений в плоскости сдвига в зависимости от плотности несвязного грунта, его гранулометрического состава и условий стесненной дилатансии позволяет найти предельное сопротивление грунта сдвигу, а следовательно, и его прочность. На основании предложенной упругопластической модели дилатирующего грунта при сдвиге, реализованной согласно принятой методике в специально разработанном дилатометрическом сдвиговом приборе, получены экспериментальные данные о дополнительных дилатантных нормальных напряжениях и прочностных параметрах грунта в зависимости от его плотности, гранулометрического состава и условий стесненной дилатансии. Использование искусственных нейронных сетей при математической обработке экспериментальных данных позволило разработать аналитический метод определения предельного сопротивления несвязного грунта сдвигу в условиях стесненной дилатансии и произвести калибровку расчетных параметров принятой грунтовой модели. Доказано, что прочность грунта является функцией условий разрушения, которые определены трением и дилатансией, при этом традиционная теория прочности Кулона - Мора для несвязных грунтов справедлива как для условий свободного дилатирования, так и при стесненном сдвиге, но с учетом дополнительных нормальных дилатантных напряжений.
Ключевые слова
На основании обследования сооружений берегозащиты более чем по 100 водохранилищам страны выполнена оценка современного состояния различных видов креплений с выявлением причин их разрушений и масштабов деформаций. В статье приведены результаты натурных наблюдений за берегозащитными сооружениями откосного типа, применяемыми на водохранилищах Беларуси. Наиболее распространенные крепления берегов и откосов - крепления в виде железобетонных монолитных либо сборных плит. Определено, что деформации креплений откосов представлены раскрытием межплиточных строительных, температурных и осадочных швов (зарегистрирована ширина раскрытия до 0,35 м), которые развиваются под комплексным воздействием ветрового волнения, колебания уровней и других факторов. В последующем деформации обнажившихся швов ведут к разрушению крепления. Деформация откосов в ряде случаев достигает значительных величин: линейная переработка (разрушение) откосов до 24,20 м, объем размывов до 4,25 м3/м пог. Физическое моделирование деформаций откосов, выполненное в гидротехнической лаборатории Белорусского национального технического университета на моделях грунтовых подпорных сооружений, защищенных железобетонным креплением с различной шириной раскрытия швов, позволило установить динамику и масштабы развития деформаций откоса при воздействии волнового и уровенного режимов, имеющих различные параметры. Данные натурных обследований креплений дали возможность выполнить оценку состояния покрытий откосов при разных сроках эксплуатации подпорных сооружений. В статье приведены причины и факторы, влияющие на устойчивость креплений. Результаты натурных и лабораторных исследований устойчивости креплений позволили установить влияние на развитие деформаций различных причин, к которым относятся: наличие в принятых расчетных проектных схемах и зависимостях определения параметров креплений объективных неточностей и допущений; отсутствие полноты учета условий волнообразования и уровенного режима водохранилищ; в исходных данных и материалах изысканий не всегда достоверно представлена информация о грунтовых условиях строительства объекта берегозащиты; технологические отклонения при строительстве сооружений и их креплений. Установлено, что одной из характеристик, определяющих динамическую устойчивость берегов и откосов сооружений в условиях водохранилищ Беларуси, наряду с вышеприведенными причинами, является состав размываемого грунта, характеризуемый, в частности, коэффициентом неоднородности несвязного грунта . Выявленный в процессе исследования устойчивости креплений эффект самоотмостки, образующейся при разрушении берега, сложенного несвязными грунтами с повышенной неоднородностью, позволил предложить способ крепления откосов и берегов. На основе данных натурных исследований и лабораторных экспериментов получены эмпирические зависимости для расчета профиля динамического равновесия с самоотмосткой двух типов. Предложен расчет комбинированного крепления откосов, состоящий из каменной отсыпки и синтетических фильтрующих материалов повышенной прочности.
Ключевые слова
Создание и развитие научно-технологических парков в Китайской Народной Республике используется как средство активизации районов, нуждающихся в социально-экономическом развитии, например таких, как территории вдоль Нового шелкового пути в провинциях Шаньси и Ганьсу. Разработаны пять типов базовых планировочных моделей, рекомендуемых для создания научно-технологических парков разного функционального профиля. Модель А - научно-технологические парки с компактной планировкой (площадь территории менее 2 кв. км), размещаемые в периферийных зонах больших городов, встроенные в инфраструктуру города, практически не имеющие резервов для территориального развития. Модель рекомендуется для образовательно-научных парков, парков высоких технологий. Модель Б - научно-технологические парки средней величины (площадь территории 2-10 кв. км), размещаемые в ближайших пригородах больших городов (до 10 км), частично использующие городскую инфраструктуру, имеющие возможность территориального развития. Модель рекомендуется для парков производственно-логистических, высоких технологий, легкой промышленности, точного машиностроения. Модель В - научно-технологические парки средней величины (площадь территории 10-20 кв. км), размещаемые в пригородных зонах больших городов (до 30 км), территориально и инфраструктурно взаимосвязанные с международными аэропортами. Модель рекомендуется для парков высоких технологий, точного машиностроения, биохимии, производящих продукцию, которую экономически целесообразно перевозить на самолетах (смартфоны, оптико-волоконная техника и иные высокотехничные устройства, косметика, лекарства и др.). Модель Г - научно-технологические парки средней величины (площадь территории 10-20 кв. км), размещаемые в пригородных зонах больших городов (до 30 км) вдоль транспортно-коммуникационных коридоров национального и регионального значения, имеющие собственную инфраструктуру и возможность территориального развития. Модель рекомендуется для парков строительной индустрии, транспортного машиностроения, био- и агротехнологий. Модель Д - научно-технологические парки большой величины (площадь территории более 20 кв. км), размещаемые на межселенных территориях, вдоль транспортно-коммуникационных коридоров международного и национального значения, имеющие собственную инфраструктуру и возможность территориального развития. Модель рекомендуется для парков химической промышленности, тяжелого, транспортного машиностроения. Выявлены характерные типы функционально-планировочных зон, формируемых на территории научно-технологических парков, и даны рекомендации по их соотношению. Анализ планировки существующих и проектируемых научно-технологических парков позволил разработать характерные схемы их планировочной организации: полосовую, компактную, рассредоточенную.
Ключевые слова
Исходя из гипотезы «вечных дорог», решение проблемы прочности и долговечности дорожных бетонных покрытий в значительной мере определяется теоретическими предпосылками, положенными в основу технологии упрочнения микроструктуры их верхнего поверхностного слоя. Применение мелкозернистого бетона с использованием ультрадисперсных добавок частично помогает получить упрочненный верхний слой таких покрытий. Вместе с тем для разработки технологических параметров требуются дальнейший поиск и развитие теоретического анализа данной проблемы. Исследований по этому направлению крайне недостаточно, и затронутый вопрос продолжает оставаться актуальным. Известен метод применения коллоидного цементного клея и активированного торкрет-раствора для усиления сцепления нового и старого бетона в инженерных конструкциях. Однако исследования в области защиты поверхностного слоя дорожных бетонных покрытий от коррозионных разрушений отсутствуют. Это сдерживает широкое применение указанных приемов в инженерной практике эффективного содержания бетонных покрытий. В данном случае представляет интерес рассмотрение имеющихся теоретических положений о существе квантовой механики структурообразования в системах, состоящих из коллоидно-дисперсных частиц. Такой подход в дорожном бетоноведении является новым, он связан с возможностью регулирования процессов микромеханики структурообразования в минеральных системах при создании защитных поверхностных слоев в дорожных бетонных покрытиях. Этой проблеме и посвящена данная статья.
Ключевые слова
Разработан метод расчета трещиностойкости бетона в раннем возрасте при капиллярной усадке с использованием подходов механики разрушения, который опирается на концепцию накопления дефектов в структуре в виде пор, капилляров и трещин до их критической концентрации Сс. При этом рассматривается процесс на двух стадиях: на первой - процесс образования и развития дефектов и на второй - процесс, непосредственно сопровождающий разрушения (фрагментацию) при критической концентрации дефектов. В качестве теоретической основы метода приняты физические представления о механизме приращения объема пустотности трещин в модели бетона, представленной как двухуровневая структура: матрица затвердевшего цементного камня с включениями и пустоты различной формы (трещины) как результат внешних воздействий, изменяющих напряженно-деформированное состояние. Установлен основной расчетный критерий метода - обобщенный суммарный параметр трещиностойкости K image K 2 K 2 , вычисляемый на основании модельных схем развития, объединения, локализации системы c c c трещин, их классификации по видам и относительному количеству в объеме при начальной концентрации, возрастающей до критической, что обусловлено физическими процессами капиллярной усадки. Базируясь на рассмотренных закономерностях процесса разрушения бетона, предложено разделить все дефекты структуры, как исходные, так и развившиеся в результате силовых и несиловых воздействий, на пять основных типов. Содержание пор и трещин первых четырех типов зависит от пористости бетона, а типа V - и от объемного содержания зерен мелкого или крупного заполнителя. Каждому виду повреждений соответствует свой коэффициент интенсивности напряжений, степень влияния и величина которого на общую трещиностойкость материала зависят от количества данного вида пор и трещин в объеме бетона. Предложен новый научно обоснованный алгоритм расчета трещиностойкости при усадке бетона в раннем возрасте по обобщенному критерию, содержащий последовательность операций расчета как для целей подбора состава с учетом влияющих на капиллярное давление факторов и по характеристикам свойств компонентов бетона, его технологическим параметрам, так и для определения остаточного ресурса бетона по его составу и свойствам, а также по образцам, отобранным из конструкций в раннем возрасте.
Ключевые слова
При конструировании современных систем отопления, водо- и газоснабжения жилых зданий широко применяются медные трубопроводы, имеющие ряд преимуществ перед стальными и пластиковыми. Главной причиной ограниченности использования медных труб является их стоимость (практически в два раза большая, чем стальных, и в четыре раза, чем полипропиленовых). Современные нормы проектирования в Беларуси не содержат конкретных методов расчета медных трубопроводов. Поэтому был рассмотрен и проанализирован гидравлический расчет систем отопления на основании норм Российской Федерации. Недостатком приведенных в российских нормах теоретических выкладок является их отвлеченность от общих законов механики жидкости и газа. Ввиду этого рассмотрены теоретические основы гидравлического расчета трубопроводов, приведены выражения для определения потерь давления на трение и в местных сопротивлениях. Для определения линейных потерь рассмотрены основные режимы течения сред на основании опытов И. Никурадзе и представлены зависимости для определения коэффициента сопротивления трению в ламинарном, переходном и турбулентном режимах. Для расчета потерь давления приведены значения коэффициентов местного сопротивления для основных элементов трубопроводов, а также показано определение величины с учетом пропускной способности оборудования. Проведен анализ номограмм, представленных в российских нормах и исследованиях, выявлены недостатки и найдены пути их совершенствования. С учетом приведенных в статье зависимостей построены номограммы для расчета удельных потерь давления в системах отопления и внутреннего газоснабжения на основе природного газа и пропана. Для расчета внутридомового газоснабжения построены номограммы для нахождения эквивалентной длины единичного местного сопротивления.
Ключевые слова
Получено условие равновесия нетонкого винтового клиновидного двойника, находящегося вдали от поверхности кристалла. Рассмотрен случай недеформируемого твердого тела. Установлено, что при таких условиях винтовой двойник существовать не может. Результат находится в полном соответствии с общеизвестными результатами для дислокационных стенок из винтовых дислокаций. В методике вывода условия равновесия использовалось приближение непрерывного распределения двойникующих дислокаций на двойниковых границах. Форма двойниковых границ описывалась функциями, зависящими от плотности двойникующих дислокаций на двойниковых границах. Принималось равенство нулю сил, действующих на двойниковые границы со стороны дислокаций двойника. Для двойникующих дислокаций предполагалась одна степень свободы вдоль направления двойникования. В модели эффекты переползания дислокаций исключены. Расчет полей напряжений двойника велся в рамках теории упругости. При этом рассматривалась суперпозиция напряжений от каждой двойниковой границы. Решение уравнений искали в виде полинома. Детально рассмотрено линейное приближение такого решения. Полученное условие равновесия выполняется при двух равных нулю значениях - длины двойника и его ширины у устья. Результат имеет большое значение в области механики двойникующихся материалов, материалов с эффектом памяти формы, а также в разработке методик прогнозирования разрушения и функционирования двойникующихся материалов.
Ключевые слова
Экспериментальным методом проведено сравнение фотокаталитической активности трех систем, перспективных для технологий химической водоочистки, на основе комбинации диоксид титана/Fe(II, III) применительно к модельной реакции окисления органического красителя метилоранжа в водной среде. Изучены фотокаталитические системы на основе: гидрозоля диоксида титана, полученного гидролизом изобутилата титана; аналогичного гидрозоля с добавлением ионов Fe(III); водной суспензии порошка природного титансодержащего минерала ильменита (основной компонент FeTiO3). В результате исследования в системе с введением в исходную суспензию гидрозоля TiO2 небольшого количества ионов железа (с получением среды с концентрацией Fe3+ до 3,7 10-5 М) обнаруженоувеличение скорости деструкции метилоранжа более чем в два раза. В фотокаталитической системе на основе суспензии предварительно обработанного (сульфатированием и прокаливанием) порошка ильменита зарегистрирована достаточно высокая фотокаталитическая активность (степень разложения метилоранжа до 77 %), но при большей экспозиции, чем в случае систем на основе гидрозоля TiO2. Для фотокаталитических систем изученного типа рассмотрен возможный механизм увеличения их окислительной активности, требующий дополнительного физико- химического исследования.
Ключевые слова
Предложены новые эффективные динамические модели движения полимерной пленки, которые в отличие от известных учитывают процессы протекания деформации на агрегате по производству полимерно-пленочных материалов. Отмечено, что процесс деформации полимерной пленки в межсекционной зоне, определяемый ее натяжением, зависит от соотношения линейных скоростей секций и величин натяжений и деформаций в этих секциях. Анализ предложенных динамических моделей движения полимерной пленки показал, что снижение ее деформаций в каждой зоне агрегата может быть достигнуто как путем изменения соотношения скоростей на входе в зону и выходе из нее, так и введением компенсатора возмущающих воздействий, обусловленных деформациями пленки на входе в зону. Коррекция величины натяжения полимерной пленки в каждой зоне агрегата может быть осуществлена изменением соотношения скоростей на входе в зону и выходе из нее, а также изменением натяжения полимерной пленки на входе в зону и частичной компенсацией возмущений, обусловленных деформациями на входе в зону. Выявлены возможные каналы автоматического управления агрегатом по производству полимерно-пленочных материалов с целью улучшения качества продукции. На основе предложенных динамических моделей показано, что для эффективного управления процессом вытягивания необходимо применять системы автоматического измерения скоростей вращения секций агрегата по производству полимерно-пленочных материалов и натяжения пленки. Динамическая модель может быть эффективно использована при создании адаптивной системы управления многодвигательным электроприводом агрегата по производству полимерно-пленочных материалов с целью повышения прочности пленки и снижения ее удлинения.