Introduction. Analytical solutions for problems of structural mechanics are not only an alternative approach to solving problems of strength, reliability and dynamics of structures, but also the possibility for simple performance evaluations and optimization of structures. Frequency analysis of planar trusses, most often used in construction and engineering, is an important part of the study of structures. Objectives - development of a three-parameter induction algorithm for deriving the analytical dependence of the natural oscillation frequencies of the truss on the number of panels. Materials and methods. A flat, statically definable truss with one additional external link and double braces has been considered. The inertia properties of the truss are modeled by point masses located in the nodes of the lower straight truss belt. Each mass is assumed to have only one vertical degree of freedom. The stiffness of all truss rods is assumed to be the same. The task is to obtain analytical dependences of the oscillation frequencies of the proposed truss model on the number of panels. The derivation of the desired formulas is performed by the method of induction in three stages - according to the numbers of rows and columns of the compliance matrix, calculated using the Maxwell - Mohr formula and the number of panels. To find common members of the obtained sequences of coefficients, an apparatus was used to compile and solve the recurrent equations of the Maple computer mathematics system. The task of determining frequencies has been reduced to the eigenvalue problem of a bisymmetric matrix. Results. For the elements of the compliance matrix, general formulas have been found, according to which the frequency equations are compiled and solved. It is shown that in the frequency spectra of trusses with different numbers of panels there is always one common frequency (middle frequency) located in the middle of the spectrum. An expression is found for the maximum value of the average oscillation frequency as a function of the height of the truss. Conclusions. The proposed truss scheme, despite its external static indeterminacy and the lattice, which does not allow for the calculation of forces by such methods as the method of cutting nodes and the cross section method, allows analytical solutions for the natural frequencies of loads in the nodes. The obtained formulas have a rather simple form, and some general properties, such as frequency coincidences for different numbers of panels and the presence of an analytically calculated maximum of the average frequency function of the truss height, make this solution convenient for practical structural evaluations.
Вестник МГСУ
2019. — Выпуск 3
Содержание:
Введение. Представлены результаты исследования по установлению влияния способа введения, вида и концентрации пластифицирующих добавок на параметры структуры и свойства гипсового камня, полученного с применением строительного гипса, обработанного в аппаратах вихревого слоя. Материалы и методы. Применяли строительный гипс марки Г-5 БII. Физико-механические свойства гипсового камня определяли по стандартным методикам, удельную поверхность устанавливали методом воздухопроницаемости, рентгенограммы снимались на дифрактометре D2 Phaser. Результаты. Получены данные 11 составов гипсового вяжущего, обработанного в аппарате вихревого слоя и произведено сравнение с контрольным составом на удельную поверхность вяжущего, минералогический состав и физико-механические характеристики гипсового камня. Выводы. Выявлено, что обработка гипсового вяжущего в аппарате вихревого слоя приводит к повышению удельной поверхности до двух раз. Модификация гипса суперпластификатором MF значительно повышает предел прочности на сжатие (на 323 %) и на изгиб (на 218 %) гипсового камня, по сравнению с исходным составом. При этом совместная активация гипса с суперпластификаторами приводит к резкому снижению прочности и значительному замедлению гидратации. Наибольший прирост прочности гипсового камня наблюдается при модификации активированного гипса. Так, в зависимости от вида суперпластификатора, прочность на сжатие увеличивается на 100-302 %, на изгиб - на 86-218 %. Также существенно снижается общая пористость гипсового камня (до 23 %) и коэффициент размягчения (до 51 %).
Ключевые слова
Введение. Рассмотрена актуальная проблема совершенствования методов экспериментальных исследований свойств фибробетонов, получаемых с применением различных видов фибры. В результате анализа технической литературы установлены недостатки существующих методов испытаний одной из важнейших характеристик фибробетона - трещиностойкости. Цель данного исследования - развитие методов определения характеристик трещиностойкости фибробетона. Материалы и методы. В качестве основы при разработке нового метода и устройства использован ГОСТ 29167, положения которого направлены на получение наиболее информативных данных о материале путем построения диаграмм зависимости прогибов испытываемых образцов от прилагаемых нагрузок и определения с их помощью силовых и энергетических характеристик трещиностойкости. Испытывались образцы-балки мелкозернистого фибробетона, изготовленного с применением стальной проволочной фибры круглого сечения и волнового профиля. Построены диаграммы зависимостей прогибов образцов от прилагаемых нагрузок в процессе их испытаний на растяжение при изгибе. Произведены расчеты силовых и энергетических характеристик трещиностойкости. Результаты. Разработаны и апробированы устройство и методика испытаний трещиностойкости фибробетона. Проведен сравнительный анализ результатов испытаний сталефибробетонных образцов. Выводы. Предлагаемые устройство и методика позволяют быстро и с минимальными трудозатратами на подготовку и испытания исследовать влияние параметров фибрового армирования на характеристики трещиностойкости фибробетона. Повышение достоверности получаемых данных способствует формированию новых направлений исследований и скорейшему внедрению фибробетонов в строительное производство. В результате анализа полученных данных установлено, что предлагаемые устройство и методика могут быть рекомендованы для проведения исследований влияния параметров фибрового армирования на свойства получаемых фибробетонов и накопления статистических данных для разработки и совершенствования нормативно-технических документов.
Ключевые слова
Введение. Отечественный минеральный наполнитель природного происхождения волластонит, также известный как метилсиликат кальция, используется для получения износостойких эпоксидных антифрикционных композиций. Благодаря анизодиаметричной форме его частиц происходит микроармирование композиций, повышается их адгезионная прочность и износостойкость, улучшаются антифрикционные свойства, особенно в случае органомодификации четвертичными аммонийными солями. В связи с этим, большой интерес для исследователей, занимающихся разработкой материалов с низким коэффициентом трения, представляет изучение влияния химического строения поверхностно-активных веществ (ПАВ) класса четвертичных аммонийных солей (ЧАС) на свойства эпоксидных композиций. Материалы и методы. Эпоксидная диановая смола ЭД-20 отверждалась аминоалкилфенолом АФ-2. Содержание отвердителя определялось эквимольным соотношением эпоксидных и аминных групп. В качестве наполнителя применялся волластонит марки МИВОЛ 10-97 с соотношением длины зерен к диаметру 15:1. Активацию поверхности волластонита проводили с помощью ПАВ класса ЧАС отечественного производства. Износостойкость образцов устанавливали с помощью вертикального оптиметра ИЗВ-1. Коэффициент трения определяли на автоматизированной машине трения Tribometer, CSM Instruments. Aдгезионную прочность клеевого соединения определяли по ГОСТ 28840-90. В качестве склеиваемых поверхностей использовали две полосы листового алюминия в соответствии с ГОСТ 14759-69. Результаты. Уменьшение износа эпоксидных покрытий в случае их наполнения микроармирующим волластонитом обусловливается увеличением степени сшивки композиций. Длина алкильного радикала четвертичных аммонийных солей, используемых для обработки поверхности волластонита, влияет на расстояние между узлами эпоксидной сетки. С ростом длины цепи ЧАС износ эпоксидных материалов уменьшается. Введение в состав эпоксидных композиционных материалов волластонита, содержащего оксиды металлов, повышает износостойкость, адгезионную прочность и снижает коэффициент трения покрытий. Выводы. Отвержденные АФ-2 эпоксидные композиции, наполненные волластонитом марки Миволл 10-97, имеют повышенную износостойкость, адгезионную прочность и более низкий коэффициент трения. Больший эффект улучшения этих свойств наблюдается в случае применения волластонита, поверхностно-модифицированного ПАВ класса ЧАС. Волластонит представляет практический интерес в качестве микроармирующего наполнителя с упрочняющим действием для повышения износостойкости и адгезии к металлам эпоксидных материалов и снижения коэффициента их трения.
Ключевые слова
Введение. Широкое внедрение мелкозернистых бетонов (МЗБ) в практику монолитного домостроения ограничивается их низкой трещиностойкостью в связи со значительной усадкой. С целью снижения вредного влияния усадки на структуру и свойства МЗБ предлагается применить для их изготовления композиционные вяжущие, включая расширяющиеся цементы на сульфоалюминатной основе. Использование МЗБ с улучшенными физико-техническими свойствами повышает технологичность возведения сооружений, снижает трудоемкость бетонирования, позволяет возводить конструкции сложных архитектурных форм. Материалы и методы. С целью исследования процессов структурообразования и свойств МЗБ изготавливались бетонные смеси на основе кварцевого песка средней зернистости, дисперсной золы уноса и расширяющейся добавки. Активность золы уноса повышалась за счет механохимической активации, дисперсность частиц контролировалась с помощью метода лазерной гранулометрии. Композиционное вяжущее приготавливалось путем тщательной гомогенизации базового портландцемента СЕМ 42,5 и минеральных наполнителей различного вида, включая расширяющуюся добавку на основе сульфоалюмината кальция. Для каждого состава моделировались условия твердения определенной степени влажности с последующим определением технических характеристик бетона. Результаты. Приведены результаты исследования влияния различных минеральных добавок, отличающихся минеральным составом, дисперсностью и степенью гидравлической активности на величину и кинетику усадки, параметры поровой структуры и прочность МЗБ, установлено влияние величины расширения на характеристики поровой структуры МЗБ и его прочностные показатели. Определено влияние условий твердения на МЗБ различного состава, зафиксирована значительная степень влияния поддержания оптимальных влажностных условий при гидратации на технические свойства МЗБ. Выводы. Установлено, что введение в состав базового портландцемента до 10 % расширяющегося компонента на сульфоалюминатной основе позволяет получать МЗБ с повышенной трещиностойкостью, непроницаемостью и долговечностью.
Ключевые слова
Введение. Рассмотрены напорные ламинарные течения капельной жидкости с коаксиальными слоями, вращающимися во встречных направлениях, - контрвихревые течения. Турбулентные контрвихревые течения характеризуются интенсивным перемешиванием среды, что может использоваться для эффективного сжигания топлива в теплоэнергетике и в ракетных двигателях или для получения высокодисперсных смесей во многих других высокотехнологичных отраслях современной промышленности. Цель теоретического исследования - изучение закономерностей динамики контрвихревых течений. Материалы и методы. В основу теоретической модели ламинарного контрвихревого течения положены классические дифференциальные уравнения Навье - Стокса и неразрывности. Результаты. Принимая радиальные скорости пренебрежимо малыми и используя озееновское приближение, система уравнений Навье - Стокса сводится к двум линейным дифференциальным уравнениям параболического типа. Решение последних получено в виде рядов и произведений рядов Фурье - Бесселя. Приведены аналитические формулы для расчета радиально-продольных распределений нормированных азимутальных, аксиальных и радиальных скоростей в исследуемом течении. Графически представлены: скорости в виде радиальных профилей, линии тока и вязкие вихревые поля. Рассмотрены двухслойное и четырехслойное контрвихревые течения. Выполнен анализ теоретических результатов. Выводы. На оси в начале активной зоны характерно формирование возвратного течения со значительными отрицательными скоростями. Это приводит к образованию рециркуляционной области, массообмен между ней и обтекающим ее потоком отсутствует. В активной зоне генерируются каскады концентрических вихрей столь высокой интенсивности, подобной которой нет в потоках иной природы. Расчетные формулы включают экспоненту exp(-λ2x/Re), умноженную на число Рейнольдса в степени b = 0 или b = -1, поэтому увеличение числа Рейнольдса при b = 0 приводит к пропорциональному «сносу» профиля произвольной характеристики контрвихревого течения вниз по течению; а при b = -1 «снос» профиля сопровождается пропорциональным снижением его масштаба.
Ключевые слова
Введение. Рассмотрены результаты исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) железобетонного экрана с учетом наличия арматуры. На некоторых сверхвысоких каменно-набросных плотинах с железобетонным экраном происходило образование поперечных (горизонтальных) трещин в противофильтрационном элементе. Предполагается, что причина трещинообразования в экране - высокие по величине растягивающие напряжения. В связи с этим высказываются мнения о необходимости усиления армирования экрана. Однако в реальных плотинах, в соответствии с опытом, арматура, как правило, устраивается в один ряд с процентом армирования 0,35…0,5 %. Актуальным вопросом исследований каменно-набросных плотин с железобетонным экраном является оценка влияния усиленного армирования железобетонного экрана на повышение их надежности. Материалы и методы. Исследование осуществлялось для различных вариантов деформативных свойств каменной наброски тела плотины на примере каменно-набросной плотины высотой 100 м. Железобетонный экран был принят широким (толщиной 1 м). Армирование принималось двухрядным, процент армирования - 1,5 %. Использовался метод конечных элементов. Арматура моделировалась с помощью стержневых конечных элементов. Результаты. Для выявления роли арматуры расчеты НДС проводились для двух случаев. В одном из них принималось, что арматура отсутствует, а в другом - учитывалось наличие в экране стальной арматуры. Анализировались величины напряжений, возникающих в бетоне и стальной арматуре. Рассматривались напряжения, действующие в направлении вдоль верхового откоса. Выводы. Выявлено, что за счет армирования железобетонного экрана стержневой стальной арматуры невозможно обеспечить снижение растягивающих напряжений в бетоне экрана до допустимого уровня. Существенную роль в формировании НДС экрана арматура может играть только в момент образования в бетоне экрана поперечных трещин, однако такой случай является недопустимым.
Ключевые слова
Введение. Рассмотрены технологии по обеспечению безотказности канализационно-насосных станций (КНС), эксплуатируемых в условиях Крайнего Севера. Одной из важнейших проблем является замерзание воды в резервуарах КНС. Это связанно с неверным подбором теплоизоляции КНС на новых теплоэлектростанциях (ТЭС), а также с износом теплоизоляции КНС под воздействием агрессивных сред на старых ТЭС. В качестве решения этой задачи предложены два основных метода внутреннего обогрева: жидкостной и электрический. Оба метода были изучены на примере Якутской ГРЭС-2, где нарушение работы системы водоотведения может привести к остановке станции. Цель исследования - сравнительный анализ и выбор на основе технико-экономического обоснования наиболее надежного способа обогрева блоков КНС на примере Якутской ГРЭС-2, подверженных воздействию низких температур и, как следствие, замерзанию стоков в резервуарах. Материалы и методы. На основании натурных обследований и обработки их результатов методами математической статистики определены причины возникновения проблемы замерзания воды в блоках КНС на Якутской ГРЭС-2. Результаты. Проанализированы технологические характеристики установленных КНС, выполнены теплотехнические расчеты, рассчитаны экономические показатели и определены дальнейшие пути решения рассматриваемой проблемы. Установлено, что проектная теплоизоляция и система обогрева не соответствуют территориальным условиям, в которых установлено оборудование. Для приведения КНС в работоспособное состояние разработаны два решения внутреннего обогрева резервуаров и выполнен их сравнительный анализ. Выбран вариант обогрева с помощью греющего кабеля. Данная система успешно реализована и действует в штатном режиме. Выводы. Результаты работы могут быть использованы для ремонта теплоизоляции и установки системы обогрева промышленных КНС без использования земляных работ в условиях Крайнего Севера и на территории вечномерзлых грунтов.
Ключевые слова
Введение. При возведении жилых или общественных зданий различных пространственных конструктивных систем (монолитных, сборно-монолитных, сборных и т.п.) принято проектировать самонесущие наружные стены в пределах этажа. Разработка и применение в современном строительстве новых конструктивно-технологических решений многослойных стеновых панелей индустриального изготовления актуализирует вопрос совершенствования методов их расчета на различных стадиях работы и при различных видах и сочетаниях нагрузок и воздействий. Однако на практике возможно бесконечное разнообразие уровней нагружения и, значит, потребовалось бы такое же многообразие упомянутых подходов к проектированию. Очевидно, что для инженерных расчетов это неприемлемо, в связи с этим возникает необходимость обеспечения монолитной матричной связи слоев как технологически, так и конструктивно, что может обеспечить обобщенный подход к расчету многослойных ограждающих конструкций в соответствии с действующими нормами проектирования. Материалы и методы. Приводится описание конструктивных особенностей многослойной стеновой панели из конструкционного бетона со средним слоем из бетона низкой теплопроводности и монолитной связью слоев, влияющих на построение расчетной модели и методики расчета на стадиях транспортирования, монтажа и эксплуатации. Результаты. Проанализированы расчетные параметры таких конструкций, обеспечивающие их конкурентные преимущества по прочностным и эксплуатационным показателям по сравнению с традиционными ограждающими конструкциями массового применения. Выводы. Как показали исследования, при сочетаниях нагрузок силового и не силового характера, напряжения в рассматриваемой конструкции на всех стадиях работы не превышают допустимых значений, что подтверждает перспективы использования многослойных панелей с монолитной связью слоев при возведении каркасно-панельных зданий различного назначения.
Ключевые слова
Введение. Одноковшовые гидравлические экскаваторы становятся многофункциональными машинами широкого круга использования. Модернизация машины в целом и отдельных ее узлов актуальна с целью снижения материалоемкости и повышения устойчивости и производительности. Изучены результаты компьютерного моделирования рабочего оборудования экскаватора, выполненного с целью снижения массы оборудования. Эти данные могут быть использованы для совершенствования оборудования экскаваторов при работе с нестандартным рабочим оборудованием повышенной массы. Материалы и методы. В качестве прототипа взято рабочее оборудование экскаватора Hitachi ZX270. Компьютерное моделирование и расчет рабочего оборудования произведен с применением программы T-FLEX. Расчет проведен для разных режимов работы экскаватора и при различных ориентациях стрелы, рукояти и ковша относительно друг друга: копание всей шириной ковша и копание одним зубом, поворот груженого экскаватора на выгрузку. В рассмотренных расчетных схемах возникают наибольшие напряжения в элементах металлоконструкции. Расчеты выполнены без учета колебаний, возникающих в переходных режимах работы и при стопорении. Результаты. Определено напряженно-деформированное состояние псевдоферменного рабочего оборудования экскаватора с различными вариантами облегченного исполнения на основе компьютерного моделирования. Установлены зоны наибольших напряжений и деформаций, а также даны предложения по их снижению. Результаты исследований использованы для оптимизации конструкции стрелы и рукояти по критерию минимизации формируемых напряжений. Выводы. Полученные данные и сформулированные рекомендации являются основой дальнейшего детального моделирования псевдоферменных конструкций рабочего оборудования экскаваторов и других машин различного исполнения и назначения.