Введение. Несущая способность грунта в мерзлом состоянии значительно выше, чем при положительных температурах. Поэтому использование грунта в мерзлом состоянии в качестве основания здания в районах залегания многолетней мерзлоты вполне оправдано. Однако сохранение мерзлого состояния грунта на застроенной территории является сложной инженерной задачей, несмотря на низкие среднегодовые температуры воздуха (ниже - 4 °С). Материалы и методы. Исследования формирования температурного режима основания проводились численными методами по программе ТЕМР. Комплекс разработан в МИСИ - МГСУ (свидетельство о государственной регистрации № 2016618937) для решения нестационарных теплофизических задач энтальпийным методом c учетом фазовых переходов связанной влаги в спектре температур. Результаты. Для сохранения мерзлого состояния грунтов основания зданий применяются два подхода: естественное сезонное поверхностное и глубинное охлаждение с одной стороны и снижение теплового влияния здания на грунты основания, с другой стороны. В первом случае поверхность под зданием непосредственно охлаждается воздухом в зимнее время года при помощи холодного проветриваемого пространства под зданием, так называемого «вентилируемого подполья» (ВП). Глубинное охлаждение осуществляется при помощи сезонно-охлаждающих устройств (СОУ) путем теплообмена воздуха с грунтом через трубы, заполненные теплоносителем и работающие в течение зимнего периода. Снижение теплового влияния здания возможно за счет изменения среднегодовой температуры воздуха в ВП и посредством сезонного утепления стен подполья или поверхности грунтов основания. Выводы. Наиболее эффективным способом сохранения грунтовых оснований многоэтажных жилых зданий в мерзлом состоянии является метод тепловой изоляции поверхности грунтового основания в сочетании с глубинными жидкостными охлаждающими устройствами.
Вестник МГСУ
2021. — Выпуск 5
Содержание:
Введение. Национальными целями и стратегическими задачами Российской Федерации определено создание благоприятной, комфортной и безопасной среды жизнедеятельности города. В соответствии с поставленными государством целями и задачами в ближайшей перспективе необходимо обеспечить кардинальное повышение комфортности городской среды и индекса ее качества, сокращение количества городов с неблагоприятной средой жизнедеятельности. Ухудшающаяся во многих городах экологическая обстановка ставит задачу разработки новых принципов жизнедеятельности города, регламентирующих биосферную совместимость городов и развитие человеческого капитала. Материалы и методы. Теоретическую базу исследования составляет парадигма жизнедеятельности - биосферосовместимых городов и поселений, развивающих человека, и ее фундаментальные положения об оценке социального положения и прогресса в развитии человека и о внедрении социальных стандартов в общественные отношения. Практическим инструментарием решения поставленной задачи служат методы корреляционно-регрессионного анализа, которые использованы для выявления статистических зависимостей зависимых и независимых переменных взаимодействующих факторов по социальным и демографическим показателям в жилых районах (микрорайонах/кварталах) муниципальных образований. Результаты. Предложена новая система показателей оценки состояния среды жизнедеятельности, расширяющая традиционное представление о градостроительном проектировании и качестве жизни на урбанизированных территориях, базирующаяся на принципе удовлетворения рациональных потребностей человека функциями города. На основании полученных статистических данных обеспеченности городскими функциями 17 жилых микрорайонов 15 городов РФ произведен выбор вида регрессионной модели и дана численная оценка ее параметров. Результаты проведенного корреляционно-регрессионного анализа зависимых и независимых переменных являются обоснованием выбора наиболее значимых взаимодействующих факторов и построения на их базе статистических моделей, прогнозирующих наиболее благоприятные условия жизнедеятельности. Выводы. Выявленные статистические закономерности отражают уровень обслуживания населения жилых районов (микрорайонов/кварталов) и служат предметом дальнейшей научной дискуссии по обоснованию показателей комфортности и безопасности городской среды и обсуждения многофакторных процессов жизнедеятельности биосферосовместимого города.
Ключевые слова
Введение. Методы вычислительной гидродинамики (CFD) широко применяются в архитектурно-строительной отрасли для изучения микроклимата города или моделирования ветрового режима застройки. Оценка локальных параметров воздушного потока в масштабе отдельного человека с помощью технологий виртуальной реальности (VR) может значительно повысить информативность моделирования микроклимата. Процесс моделирования и постобработки задач гидродинамического моделирования в классических CAE (computer-aided engineering) пакетах сложен для непрофессиональных исследователей и не обеспечивает гибкого механизма совместного взаимодействия специалистов в условиях удаленной работы. Решением этих проблем может стать создание внешнего универсального постпроцессора, поддерживающего современные технологии виртуальной реальности и сетевого взаимодействия. Материалы и методы. В качестве тестовых данных применена модель обтекания воздушным потоком группы зданий с последующим экспортом результатов во внешний визуализатор. Решение построено на базе среды Unity3D, в качестве источника данных использован пакет ANSYS Fluent. Результаты. Описана общая архитектура и детали реализации прототипа PLT-Sim, включающего базовые инструменты интерактивной визуализации векторных данных воздушного потока в режиме виртуальной реальности, а также систему импорта результатов из разных систем моделирования. Применение стереоскопического представления картины скоростей воздушного потока позволило реализовать новые механики взаимодействия с компьютерными моделями с точки зрения пешеходов. Выводы. Новые методы VR-визуализации экспериментов в реальном времени дают возможность точнее обосновывать результаты научной деятельности. Приведенное решение позволит прогнозировать и выявлять ошибки проектирования, а также облегчить удаленную совместную работу исследователей над научными задачами в условиях пандемии. Рассмотренное программно-техническое решение является одним из первых прототипов, реализующих подход к визуализации информации о микроклимате и ветровом комфорте в масштабе отдельного пешехода.
Ключевые слова
Introduction. The first (lowest) frequency of natural vibrations of a structure is one of its most important dynamic characteristics. Analytical solutions supplement numerical ones; they can be efficiently used to perform a rapid assessment of properties of structures, to analyze and optimize constructions and to test numerical results. A space cantilever truss consisting of three planar trusses with a rectangular grid is considered in the article. The objective is to find the analytical dependence between the frequency of natural vibrations of a structure and the number of panels. It is assumed that the truss mass is distributed among the joints. Only the vertical mass displacement is taken into account. Materials and methods. Forces, arising in cantilever rods, are calculated by the Maple software as symbolic expressions, and the method of joint isolation is used here. The stiffness matrix is identified using the Mohr integral. Rods are assumed to be elastic, they have identical stiffness. The lower value of the vibration frequency is determined using the Dunkerley method. The final calculation formula used to identify the value of the vibration frequency is derived using the method of induction applied to a series of analytical solutions developed for trusses with a consistently increasing number of panels. When common members of sequences are found, genfunc operators of the Maple system are used. The analytical solution is compared with the numerical solution in terms of the first frequency using the analysis of the system spectrum featuring many degrees of freedom. The eigenvalues of the characteristic matrix are identified using the Eigenvalues operator from the Linear Algebra package. Results. The comparison between the analytical values and the numerical solution shows that the Dunkerley method ensures the accuracy varying from 20 % for a small number of panels to 3 % if the number of panels exceeds ten. The size of the structure, the weight and stiffness of rods have little effect on the accuracy of the obtained values. Conclusions. The lowest value obtained using the Dunkerley method in the form of a fairly compact formula has good accuracy, its application to a space structure with an arbitrary number of panels has a polynomial form equal to the number of panels, and it can be used in practical calculations.
Ключевые слова
Введение. Применение тонкостенных цилиндрических оболочек в качестве элементов высоконагруженных изделий строительной и машиностроительной отраслей требует совершенствования методов расчета предельных состояний при работе оболочки в упругопластической области. Материалы и методы. Изучена проблема устойчивости круговой тонкостенной цилиндрической оболочки из стали 45 в соответствии с ГОСТ 1050-2013, воспринимающей нагрузку от чистого сжатия и осевого кручения. При этом проанализирована экспериментальная и теоретическая часть задачи. По результатам работы на экспериментальном комплексе СН-ЭВМ рассмотрена опытная проверка достоверности различных вариантов теории пластичности, используемых в решении вопросов устойчивости оболочки за пределом упругости. Отмечается, что определение критерия потери устойчивости при комбинированном нагружении исходя из экспериментальных зависимостей в решенных ранее задачах отсутствует. Результаты приведенного эксперимента использованы для сравнения с результатами теоретического исследования. Расчеты на устойчивость оболочки при сложном докритическом процессе нагружения строятся на основе теории устойчивости А.А. Ильюшина, в которой функции пластичности приняты согласно аппроксимациям В.Г. Зубчанинова. Результаты. Решение выполнено в авторской программе для решения задачи бифуркации цилиндрической оболочки с учетом сложного характера деформирования в момент потери устойчивости при сложном докритическом нагружении для пропорциональных процессов и для траектории в виде дуг окружностей. Доказано, что предложенная методика расчета и используемые аппроксимации описывают реальное напряженно-деформируемое состояние в оболочках малой гибкости для рассмотренной траектории сложного деформирования и характеризуют устойчивое состояние материала за пределом упругости. Выводы. Выполненный теоретический расчет на прочность и деформативность цилиндрической оболочки и экспериментальные исследования по установлению достоверности полученных результатов показали их хорошее соответствие. Это позволит совершенствовать процесс проектирования элементов конструкций, выполняемых из материалов со сложными механическими свойствами.
Ключевые слова
Введение. Изучены подходы к моделированию случайных величин в задачах расчетов надежности элементов строительных конструкций при неполной (ограниченной) статистической информации. Задачи исследования - постановка проблемы вероятностного расчета надежности строительных конструкций при неполной статистической информации, развитие подходов к созданию моделей случайных величин в рамках этой проблемы, а также оценка текущего состояния вопроса и некоторых перспектив развития на ближайшие годы. Материалы и методы. Основная модель случайной величины - р-блок (probability box), представляющий собой область возможных функций распределений вероятностей случайной величины, сформированную двумя граничными функциями распределения вероятностей. Рассмотрены р-блоки, построенные на основе теории нечетких множеств, теории вероятностей, границ Колмогорова - Смирнова и др. Результаты. Использование рассмотренных подходов проиллюстрировано на числовых примерах построения р-блоков по одним и тем же статистическим данным. Р-блок на основе теории вероятностей позволяет достаточно точно смоделировать случайную величину, однако требуется наличие априорной информации о виде функции распределения. Р-блок на основе теории возможностей можно применять даже при наличии крайне малого числа статистических данных, но также необходимо аккуратно подходить к вопросу назначения уровня среза (риска). Р-блоки на основе неравенства П.Л. Чебышева и статистики Колмогорова - Смирнова дают возможность эффективно моделировать случайные величины вне зависимости от вида вероятностного распределения. Однако в ряде задач такие подходы могут дать слишком неинформативную оценку для принятия решений. Выводы. Выбор вероятностной модели случайной величины для дальнейшего расчета надежности элементов строительных конструкций будет зависеть от количества и типа полученной статистической информации о случайной величине. Для отдельных случаев, например статистической информации в виде подмножества интервалов, могут быть использованы специальные подходы, основанные на теории свидетельств Демпстера - Шефера. Перспективным и актуальным направлением развития вероятностных моделей случайных величин и методов анализа надежности строительных конструкций при неполной статистической информации представляются численные методы моделирования с использованием суррогатных моделей (кригинг, байесовские сети, интервальные предикторы и др.) и нейросетевых алгоритмов.
Ключевые слова
Введение. При залегании в основании слабых глинистых грунтов осадка здания может продолжаться в течение значительного времени. Важное значение при проектировании фундаментов на таких грунтах имеет прогноз осадок во времени. Поэтому подход к описанию процесса осадок фундаментов необходимо рассматривать как реологический. Рассмотрено решение задачи о взаимодействии сваи большой длины с окружающим многослойным и подстилающим грунтами с учетом реологических свойств окружающего массива грунта. Процесс ползучести изучался с учетом упрочнения. Материалы и методы. Задача исследовалась в линейной постановке. Решение изложено аналитическим методом. Для описания процесса ползучести использовался реологический параметр упрочнения. Результаты. Показаны выражение для нахождения приведенного модуля сдвига для многослойного массива грунта, зависимость для определения усилия на пяту сваи от времени с учетом реологического параметра упрочнения. Аналитические решения подкреплены графической частью. Приведены графики зависимости осадки сваи, усилия на пяту сваи, прорезающей чередующиеся слои, от времени при различных параметрах вязкости, при переменном параметре упрочнения. Выводы. Полученные решения могут быть использованы для предварительного определения перемещения сваи большой длины с окружающим многослойным и подстилающим грунтами. Скорость изменения напряжения под подошвой сваи зависит от вязкости грунта. Реологический коэффициент упрочнения существенно влияет на время стабилизации давления под пятой сваи, а также на время стабилизации осадки сваи. Зависимости, продемонстрированные в данном исследовании, позволяют спрогнозировать развитие осадки во времени.
Ключевые слова
Introduction. Simulation of the 2D dynamic motion of a high altitude wide span gantry crane with a rope hoisting mechanism is addressed. Such large gantry cranes with a height of more than 50 meters, have been unstudied very well so far. A small swing angle of the payload, it's fast hoisting, and the fast motion of the trolley are critical for these cranes and, hence, they need to be analyzed in detail. Materials and methods. The generalized formulation of the two-dimensional crane dynamics is efficiently performed and simulated in Mathcad. This is a single mass model that has a non-elastic cable. The formulation is derived using the Lagrange method, and differential equations are correctly solved using the Runge-Kutta method in Mathcad. In this model the crane is fixed, and all the subsystems are considered as rigid bodies without any deflection in terms of the trolley and the payload. Results. The results are verified using MSC ADAMS (Academic) that indicates satisfactory convergence. The considerable influence of the payload oscillation on the trolley motion is visible in both Mathcad and ADAMS models. The implemented Mathcad code can be useful for students and researchers. Conclusions. The maximum speed of the trolley is 1.716 m/s to prevent the payload swinging angle from exceeding 0.5 deg. The calculated velocity of the trolley is reasonable for such a large crane if limitations like wind effects and resonance are ignored.
Ключевые слова
Введение. Анализ российских нормативно-методических документов, а также научных статей показывает наличие пробелов в разработке и практической реализации гидравлических электронных моделей существующих систем водоснабжения. В руководстве пользователя программных продуктов, которые используются при построении моделей, приведены возможности модулей программного обеспечения без описания результатов их применения при реализации конкретных примеров. Постановление Правительства РФ от 05.09.2013 № 782, как документ, регламентирующий построение электронных моделей систем водоснабжения, лишь содержит в себе требования к программному обеспечению. Нормативный документ СП 31.13330.2012 включает требования к проведению гидравлических расчетов проектируемых систем водоснабжения. Все это говорит о том, что в российском нормативном поле отсутствует документ, регламентирующий основные требования к построению и детализации гидравлических электронных моделей систем водоснабжения. Это является важной проблемой для городского коммунального хозяйства в связи с тем, что гидравлическая электронная модель служит основой разработки мероприятий схемы, в строгом соответствии с которой проводится развитие городской централизованной системы водоснабжения. Материалы и методы. Приведен научный обзор состояния проблемы разработки и реализации гидравлических электронных моделей централизованных систем водоснабжения, предлагаются основные принципы и подходы к построению электронных моделей. Результаты. Представлено подробное описание методики разработки модели систем водоснабжения городов, а также требования, предъявляемые зарубежными стандартами. Выводы. Структурирована информация о построении и калибровке модели, необходимая для приведения к соответствию данных разрабатываемой модели и работы реальной системы водоснабжения.