Введение. Несмотря на растущий интерес к применению стеклопластиковой арматуры (СПА) в различных бетонных конструкциях, ее использование в сжатой зоне бетона исследовано недостаточно. Применение СПА в сжатых бетонных элементах ограничено сочетанием низкого значения ее модуля упругости и малых предельных деформаций бетона при сжатии. Ряд исследователей предлагают для решения этой проблемы увеличивать предельные деформации бетона за счет поперечного армирования. Однако, в отличие от стальной арматуры, упругие свойства композитной арматуры зависят от направления напряжений, что обусловлено существенным отличием модулей упругости стекловолокна и связующего. Следовательно, напряженно-деформированное состояние (НДС) сжатых бетонных элементов с продольной СПА и часто расположенной поперечной арматурой будет отличаться от НДС аналогичных железобетонных элементов. Материалы и методы. Для оценки влияния анизотропии упругих свойств СПА на ее работу при сжатии в условиях сдерживания поперечных деформаций бетона были проведены физический эксперимент и численное моделирование в ПК ЛИРА-САПР. Физическая нелинейность материалов в модели не учитывалась. Результаты. Выполнена оценка влияния анизотропии упругих свойств СПА на прочность сжатых бетонных элементов при продольном армировании. Эксперимент показал, что расположение продольной СПА в сжатой зоне бетона в отсутствии поперечного армирования привело к снижению средней прочности испытанных образцов на 9,2 %, а характер разрушения образцов с СПА отличался от характера разрушения контрольных образцов. В результате численного моделирования выявлено, что причиной снижения прочности служит анизотропия упругих свойств СПА, которая оказывает влияние на НДС бетона при сжатии. Выводы. Анализ результатов эксперимента и численного моделирования показал, что причиной снижения прочности является низкий модуль упругости СПА при сжатии в поперечном направлении по сравнению с аналогичной характеристикой бетона. Степень снижения прочности также будет зависеть от соотношения модуля упругости бетона и модуля упругости СПА при сжатии в продольном направлении.
Вестник МГСУ
2019. — Выпуск 6
Содержание:
Введение. Обоснована актуальность проблемы, связанной с получением эффективных шлакощелочных вяжущих для применения в технологии струйной цементации грунтов (СЦГ). Замена обычного портландцемента на шлакощелочное вяжущее в геотехнических работах в подземном строительстве позволяет решить вопрос утилизации отходов (шлаков) и повысить экономическую эффективность использования технологии струйной цементации. Ввиду особенностей технологий цементации и возможности применения цементационных смесей с различными техническими показателями для разных типов грунтов возможно широко использовать номенклатуру шлакощелочных композиций для получения грунтоцементных конструкций. Материалы и методы. Изучены различные виды шлака в составе композиционного вяжущего. В качестве базового портландцемента принят портландцемент ПЦ 500 Д0. Критерием стали стандартные требования к цементационным смесям смесительных и насосных установок по устройству грунтоцементных массивов. Исследования процессов гидратации и структурообразования при твердении шлакощелочного вяжущего и грунтобетонов на их основе выполнялись с применением комплекса физико-химических методов. Оценка строительно-технических свойств композиционного шлакощелочного вяжущего осуществлялась согласно стандартным методам исследования по ГОСТ 10181-2014 и ГОСТ 5802-86. Результаты. Приведены результаты анализа влияния вида и количества шлака на физико-механические свойства вяжущего, используемого при СЦГ. Показано улучшение физико-механических, технологических и эксплуатационных характеристик шлакощелочного вяжущего. Выявлены общие закономерности влияния шлака на свойства цементационной смеси. Выводы. Теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность применения шлака как активного компонента в составе композиционного вяжущего для струйной цементации при геотехническом строительстве. Установлена общая применимость получаемой бетонной смеси на шлакощелочном вяжущем для использования в цементационных методах повышения технических показателей бетонной смеси и бетонов. Предложена классификация расширяющихся цементов, обладающих разной степенью расширения при гидратации, для решения различных строительных задач.
Ключевые слова
Введение. Композиционные материалы на основе эпоксидной смолы находят широкое применение в качестве адгезивов, покрытий и конструкционных материалов, свойства которых можно направленно регулировать введением в связующее различных добавок, в том числе дисперсных наполнителей. Дисперсные наполнители, положительно влияя на комплекс свойств эпоксидных материалов, могут приводить к росту водопоглощения. Цель работы - изучение влияния полярных и неполярных дисперсных наполнителей на структуру и водопоглощение эпоксидных материалов. Материалы и методы. При получении композиционных материалов использовали эпоксидную смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), пластификатор дибутилфталат (ГОСТ 8728-88), отвердитель полиэтиленполиамин (ТУ 2413-357-00203447-99), дисперсные наполнители - маршаллит (ГОСТ 9077-82) и графит (ГОСТ 17022-81). Структуру образцов исследовали методом ИК-спектроскопии. Водопоглощение определяли в кипящей воде гравиметрическим методом по стандартной методике (ГОСТ 4650-2014 (ISO 62:2008)) и оценивали гравиметрическим методом по изменению массы образцов в течение 120 суток. Результаты. Установлено оптимальное содержание наполнителей маршаллита и графита в эпоксидных материалах; при массовом соотношении наполнитель/связующее = 15/85 водопоглощение материалов минимальное. Методом ИК-спектроскопии показано, что введение в эпоксидное связующее полярного наполнителя маршаллита способствует упорядочению структуры материала за счет образования водородных связей между реакционноспособными группами наполнителя и смолы; частицы неполярного наполнителя графита, локализуясь в аморфных областях, приводят к ослаблению системы водородных связей. Взаимодействие образцов, содержащих маршаллит, с водой осуществляется в режиме набухания, равновесная степень набухания ~ 1 %. Механизм взаимодействия образцов, содержащих графит, с водой включает чередующиеся стадии растворение - набухание, более выраженные по сравнению с контрольными образцами. Выводы. Водопоглощение эпоксидных материалов, наполненных дисперсными наполнителями, определяется микроструктурой отвержденной смолы. Введение в состав эпоксидного связующего полярного наполнителя маршаллита влечет упорядочение структуры материала, что обусловливает снижение водопоглощения. Введение в состав эпоксидного связующего неполярного наполнителя графита вызывает разупорядочение структуры материала, что вызывает рост водопоглощения. Более низкое значение водопоглощения эпоксидного материала с графитом связано с частичным растворением образца. Использование неполярных наполнителей нецелесообразно для эпоксидных материалов, контактирующих с водой.
Ключевые слова
Введение. Для предотвращения образования трещин и последующего разрушения кладочных конструкций на стадии возведения их армируют сетками. Важным параметром для эффективной работы такой конструкции служит совместность работы армирующего материала и основного тела конструкции. Исследуется адгезия (величина силы сцепления) элементов стеклопластиковых и стальных сеток с мелкозернистым бетоном, являющимся связующим отдельных элементов кладки - кирпичей. Материалы и методы. Для определения величины силы сцепления стержней с бетоном проведены испытания армированных балок на четырехточечный изгиб. Испытуемые образцы балок состоят из двух половинок, соединенных между собой стержнем в нижней (растянутой) и распертых шарниром в верхней (сжатой) зоне. В качестве арматуры балок выступают отдельные элементы стальных и стеклопластиковых сеток с принудительно ограниченной зоной анкеровки в бетоне. Отслеживание проскальзывания стержней в бетоне осуществляется с помощью индикатора микрометра часового типа, неподвижно закрепленного на испытуемых образцах. Результаты. По итогам испытания определены усилия проскальзывания стержней и вычислены напряжения сцепления элементов стальных и стеклопластиковых сеток с бетоном, построены диаграммы зависимости напряжения сцепления от проскальзывания стержней. Проведен сравнительный анализ величин адгезии стеклопластиковых и стальных стержней с бетоном при различных значениях проскальзывания, и выявлен характер зависимости величины сцепления стержней от проскальзывания. Выводы. Стеклопластиковые сетки имеют ряд недостатков по сравнению со стальными сетками, однако большое количество положительных характеристик стеклопластиковых сеток, в том числе и большая адгезия с бетоном, делают их конкурентоспособными, а во многих случаях и более предпочтительными к использованию в конструкциях, чем стальные сетки.
Ключевые слова
Введение. Проектирование и строительство высоких гидроэнергетических сооружений тесно связано с натурными наблюдениями и исследованиями их состояния и работы,, являющимися наиболее надежным и эффективным средством проверки достоверности расчетных методов и принятых проектных решений. По результатам проведенных натурных наблюдений и исследований в период строительства и эксплуатации на плотинах, для контроля их состояния с помощью измерительных систем (ИС), лабораторных испытаний и расчетных методов, могут быть разработаны единые методы оснащения сооружений приборами по единому принципу. В настоящее время накоплен достаточно большой опыт разработки и применения методов натурных исследований. Созданы приборы нового типа для измерения перемещений, напряжений в бетоне, фильтрационных расходов, пьезометрических уровней. Установлены автоматизированные системы контроля за поведением гидротехнических сооружений в период строительства, наполнения водохранилища и эксплуатации. Применяются современные спутниковые системы «Глонасс» и GPS. Материалы и методы. Исследования проведены на арочной плотине Ингурской ГЭС с помощью 2177 ИС, из которых 46 - прямые и обратные отвесы. Тело плотины имеет три створа прямых отвесов и по одному - в скальных примыканиях берегов. Перемещения относительно отвесов измерялись оптическим координатомером. Для обработки данных измерений применялись статистические методы анализа. Результаты. Отработана методика рационального размещения прямых отвесов в бетонных плотинах с применением статистических методов анализа и математической модели Барлоу - Хантера - Прошана, исходя из современного опыта проведения натурных наблюдений и исследований. Вид закона распределения горизонтальных перемещений плотины установлен путем анализа гистограмм измеренных показателей статического состояния сооружения. Уточнено необходимое количество отвесов для ключевой консоли Ингурской арочной плотины. На практике данная методика использовалась при проектировании высоких бетонных плотин. Выводы. Многолетний опыт исследований и эксплуатации арочной плотины Ингурской ГЭС позволил оценить соответствие установленных ИС требованиям специального контроля и выделить необходимое их количество для наблюдений за прочностью и устойчивостью сооружения. Предложенные методы анализа данных натурных исследований, основанные на теории вероятностей, статистике и надежности были использованы при проектировании плотины Худони ГЭС.
Ключевые слова
Introduction. Understanding of crystal growth mechanism enables to develop efficient tools to control scaling and improve the process of treatment using membranes and increasing the amount of filtrate output. This investigation is aimed at studying an antiscalant behaviour in reverse osmosis (RO) process when treating ground water. Experimental dependences of calcium carbonate scaling efficiency on antiscalant dosage were found. Rates of adsorption on crystal surface of scaling deposit and on membrane surfaces were compared. Dependences of rates of inhibitor adsorption on crystal surface versus scaling rates were determined. Inhibitor adsorption on RO membrane surfaces was studied. New approaches to studying crystal growth mechanism in the presence of polymeric inhibitors are presented. Materials and methods. In the course of experiments conducted with using inhibitor dissolved in distilled water, inhibitor sorption on membrane surface was observed in the absence of calcium ions. As to experiments with dosing the inhibitor in tap water, the inhibitor sorption on the membrane did not occur: the inhibitor was adsorbed on the surface of the scaling crystals. Results. Experimental relationships are obtained that show dependencies of calcium carbonate deposit growth rates versus RO facility filtrate output values in the presence of different antiscalants with their dose values of 3, 5 and 7 mg/l. The article shows that antiscalant dose value does not provide substantial influence on antiscalant efficiency when natural water with low hardness is treated in the RO facility. This permits substantial reduction of operational costs. It was also proved that inhibitor is not adsorbed on membrane surface during natural water treatment that also confirms efficiency of low antiscalant dosing. Conclusions. Low hardness values of natural water (3-5 mill equivalents per liter) demonstrate that antiscalant efficiencies do not depend on its dose. Rate of inhibitor adsorption on crystal surface during calcium carbonate deposition also increases with scaling rate increase. Rates of antiscalant consumption increase with antiscalant dose values. In natural water the dissolved antiscalant molecules are bonded with calcium ions therefore antiscalant does not react with membranes and is not adsorbed on membrane surface.
Ключевые слова
Введение. На основе накопленного опыта в области автоматизации зданий и технических возможностей IoT формируется новый подход к управлению инженерными подсистемами, обеспечивающий заданные параметры качества на протяжении всего периода эксплуатации. В рамках этого подхода исследуются компенсационные и предиктивные алгоритмы, обеспечивающие контроль параметров климата в здании, на основе контроллеров IoT. Цель - повышение эффективности управления инженерными подсистемами технического обеспечения интеллектуальных зданий на основе системы управления (СУ) с компенсацией возмущающих воздействий и предсказание их изменений на базе контроллера IoT и аналитического сервера. Материалы и методы. С целью повышения качества управления используются различные алгоритмы, основанные на анализе собираемых с контроллеров данных. Накопленная информация об объекте за весь период эксплуатации может использоваться для построения модели здания, которая применяется для реализации предиктивного управления, позволяющего заранее прогнозировать параметры, действующие на объект, и компенсировать их заранее в условиях инертности. Постоянная адаптация модели СУ к реальности дает возможность непрерывно оптимизировать настройки алгоритма регулирования, обеспечивая эффективную работу локальных контуров регулирования. Результаты. Предложена структура СУ подсистемами интеллектуального здания с предсказанием и компенсацией возмущающих воздействий на базе контроллера IoT. Алгоритм компенсации обновляется в зависимости от динамики свойств объекта, качества регулирования и наличия данных, наиболее подходящих для идентификации. Выводы. Возможности СУ на базе контроллера IoT и выработки компенсационно-предиктивного управляющего сигнала с размещением алгоритма управления на сервере в «облаке» продемонстрированы на модели управления температурой в помещении. Рассмотрены имитационные модели процесса изменения температуры помещения: без СУ; модель с ПИ-регулятором с компенсацией возмущающих воздействий; модель с компенсацией возмущающих воздействий для СУ на базе контроллера IoT. Структурная и параметрическая идентификация моделей осуществлена методом активного эксперимента.
Ключевые слова
Введение. Цель настоящего исследования - показать, какие изменения, вносимые в математическую модель системы централизованного теплоснабжения, способны значительно повысить сходимость результатов моделирования с фактическими данными. Для ее достижения поставлены задачи оценки объема работы персонала теплоснабжающих организаций с абонентами, а также анализа способов повышения эксплуатационного КПД насосного оборудования, дающих экономию электроэнергии или повышение производительности при том же ее потреблении. Материалы и методы. Проводится техническая приемка вновь вводимых и реконструируемых объектов, корректируются тепловые нагрузки, производятся отключения и повторные подключения потребителей-должников. Изучение данных, предоставленных местной теплоснабжающей организацией, показывает, что выполняемые производителями уплотнения насосов из чугуна и стали подвержены в эксплуатации ускоренному износу. Результаты. Предложено три варианта: изготовление уплотнений из бронзы или нержавеющей стали, предотвращение неоправданного увеличения зазоров в уплотнениях, а также применение лабиринтовых конструкций уплотнений насосов. Это позволит повысить КПД насосного оборудования на 5-7 %, что дает экономию электроэнергии на каждом насосе около 200 тыс. кВт∙ч или повышение производительности при том же потреблении электроэнергии. Поскольку насосная станция - часть системы централизованного теплоснабжения, а необработанная внутренняя поверхность насосов, устанавливаемых на насосных станциях тепловых сетей, имеет значительную шероховатость, шлифовка этих поверхностей может улучшить их гидравлическую характеристику. В рамках предлагаемого метода вся система теплоснабжения рассматривается не в ситуации, когда фактическая нагрузка равна сумме всех расчетных нагрузок, и насосное оборудование имеет заводские характеристики, а с учетом фактических нагрузок и характеристик. Выводы. Математическая модель теплогидравлического режима системы централизованного теплоснабжения, учитывающая приведенные выше аспекты деятельности, позволила бы моделировать совместную работу систем отопления и горячего водоснабжения в переменных режимах с более высокой точностью.
Ключевые слова
Введение. Дана всесторонняя оценка вариантов решения одной из актуальных отечественных экологических и экономических проблем обращения многотоннажных промышленных отходов: загрязнения окружающей среды в результате растущих объемов образования золошлаковых отходов (ЗШО), эксплуатации экологически опасных объектов - золошлакоотвалов, низкого уровня вовлечения обработанных ЗШО в качестве ценного вторичного ресурса в хозяйственный оборот. Материалы и методы. Проанализированы отечественные и зарубежные опубликованные материалы по проблемам обращения с ЗШО, методам и технологиям использования вторичных ресурсов из обработанных ЗШО для выпуска строительной и иной продукции, производства работ. В качестве метода исследования выбран системный анализ подходов, методов, путей решения поставленной в исследовании научной проблемы. Результаты. Сформированы приоритетные направления обращения с ЗШО как с полезным вторичным сырьем в целях максимально технически возможного, экологически допустимого и экономически целесообразного вовлечения таких отходов в хозяйственный оборот. Предложены научно-методические подходы к созданию организационно-правового, экономического механизма регулирования обращения с ЗШО. Сформулированы понятия: «золошлаковое сырье», «золошлаковые материалы», «обработка золошлаковых отходов». Рекомендован комплект необходимых для разработки документов по стандартизации и методических материалов в рассматриваемой сфере. Определены меры государственной поддержки, регулирования и экономического стимулирования деятельности по переработке ЗШО в сырье и материалы и их полезного использования в качестве востребованного товара для современных нужд отраслей и секторов экономики. Выводы. Научная новизна исследования заключается в предложенном авторами научном подходе к формированию основополагающих стратегических научно-методических принципов обращения с ЗШО как с ценным вторичным сырьем в рамках экономических правоотношений, практических решений по эффективному оптимальному разрешению поставленной актуальной эколого-экономической проблемы в масштабах Российской Федерации.
Ключевые слова
Введение. Разработанная на период до 2025 г. Стратегия пространственного развития Российской Федерации поставила новые цели перед инвестиционно-строительной сферой страны. Актуальность проблемы систематизации задач инвестиционно-строительной деятельности обусловлена необходимостью переноса центров регионального экономического развития сообразно требованиям глобального перспективного преимущества страны. Ранее принятые методы анализа состояния и потенциала ведения деятельности в различных регионах и секторах экономики, а также на различных этапах проектных и воспроизводственных циклов не позволяют решить проблему комплексного развития всей совокупности видов инвестиционно-строительной деятельности, лишая ее возможности реализации внутриотраслевых синергетических эффектов. Это требует разработки новых методов структурного анализа, научно-практическое значение которых связано с обоснованием направлений гармонизации инвестиционно-строительной деятельности в целях стратегически необходимого пространственного маневра. Материалы и методы. Анализируются труды ведущих научных школ в области развития строительства, методологические подходы к обоснованию аналитического инструментария, а также альтернативные научные идеи наращивания экономического потенциала строительства. На основе метода структуризации проблемного пространства развития строительства разрабатывается новый формат структурного внутриотраслевого анализа, обеспечивающего системную целостность строительства как основу практической реализации трендов развития современной России. Результаты. Проведенный анализ выявил ограничения в постановке задач комплексного развития инвестиционно-строительной деятельности, связанных с отсутствием научно обоснованных подходов к структурному анализу, а также необходимостью разработки критериев сравнительного анализа как по секторам национальной экономики, так и по видам деятельности, а также этапам проектных и воспроизводственных циклов. Выводы. Значение предложений по расширению задач и изменению формата структурного анализа инвестиционно-строительной деятельности обусловлено необходимостью выхода на интегральный эффект гармоничного отраслевого развития с использованием секторальных и видовых преимуществ строительства, а также научным обоснованием комплексных целей и задач развития системы отраслевого управления.