Введение. В последние десятилетия значительное развитие получили численные методы расчета бетонных и железобетонных конструкций, учитывающие физически нелинейное поведение материала. Подобные методы, по сравнению с аналитическими, позволяют точнее описать работу материала и отразить основные особенности его напряженно-деформированного состояния. Это дает возможность выполнять более экономичные, а в ряде случаев, и более надежные конструктивные решения. Одну из ключевых ролей в численных методах занимает понятие предельной поверхности, которая выражается в виде условия (критерия прочности), разделяя области упругой и пластической работы материала. Критерий прочности для бетона должен соответствовать опытным данным, обеспечивать математически стабильное, уникальное решение, а также иметь набор параметров, легко определяемый на основании эмпирических зависимостей или результатов испытаний. История создания и совершенствования предельных поверхностей бетона насчитывает десятки отечественных и зарубежных работ, многие из которых не удовлетворяют этим требованиям. Цель исследования - сравнительный анализ наиболее распространенных в мировой практике критериев прочности бетона. Материалы и методы. В качестве основы использованы результаты анализа и систематического обобщения данных, полученных из отечественных и зарубежных источников. Результаты. Проведен детальный анализ наиболее распространенных отечественных и зарубежных критериев прочности бетона. Выводы. Согласно результатам проведенного анализа, выполнено сравнение предельных поверхностей бетона на предмет соответствия ряду требований.
Вестник МГСУ
2024. — Выпуск 6
Содержание:
Введение. Проведено исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) разрезных подкрановых балок (ПБ), выделены особенности нагружения от катков крана и влияния на НДС элементов ПБ в части образования усталостных трещин в верхней сжатой зоне стенки. Основная задача исследования - поиск особенностей работы конструкции ПБ кранов с тяжелым режимом работы, поиск методов модернизации конструктивных особенностей с целью недопущения/минимизации развития усталостных трещин. Материалы и методы. За основание для исследования взят многолетний опыт эксплуатации ПБ тяжелого и весьма тяжелого режимов работы кранов, данные заключений по результатам обследований строительных конструкций, заключений по промышленной безопасности опасных производственных объектов, научных публикаций. На базе конструктивных схем существующих и реально эксплуатируемых ПБ металлургического предприятия разработана расчетная модель исследуемой конструкции в вычислительном комплексе прочностного анализа конструкций методом конечных элементов. Результаты. Проанализировано НДС конструкций ПБ кранов с тяжелым и весьма тяжелым режимами работы, изучено влияние положения катка крана на состояние различных частей конструкции ПБ: стенки, поясов и ребер. Выведена закономерность в работе элементов конструкции при изменении частоты расположения поперечных ребер ПБ. Выдвинуты предположения по решению прочностной задачи образования недопустимых усталостных трещин в верхней сжатой зоне стенки ПБ. Выводы. По результатам численного анализа НДС модели конструкции ПБ приведены данные, свидетельствующие о малоизвестных ранее особенностях их работы. Приведена гипотеза по решению прочностной задачи образования недопустимых усталостных трещин в верхней сжатой зоне стенки ПБ.
Ключевые слова
Введение. За последнее десятилетие увеличилась доля бетонных конструкций, армированных композитной полимерной арматурой (АКП), что связано в том числе с развитием нормативно-технической базы в данном направлении. Присущие АКП особенности, во многом обусловленные свойствами ее компонентов, которые необходимо учитывать на всех этапах строительства и эксплуатации здания, приводят к некоторым изменениям в традиционных для железобетона подходах к проектированию конструкций и технологии их возведения. Материалы и методы. Выполнен обзор отечественного опыта применения арматуры композитной полимерной при строительстве монолитных бетонных фундаментов. Рассмотрен пример проектно-конструкторских решений фундаментной плиты, на основе анализа которого был осуществлен подбор армирования из АКП по результатам расчетов по первой и второй группам предельных состояний. Результаты. Обозначены особенности проектирования, которые следует учитывать при расчете фундаментных плит из бетона, армированного АКП. На конкретном примере монолитной бетонной фундаментной плиты показано влияние учета фактических механических характеристик АКП на результаты расчетов по прочности и трещиностойкости. Результаты расчетов, выполненные по различным редакциям нормативных документов, актуальным на период с 2014 по 2023 г., наглядно демонстрируют развитие нормативной базы в части учета свойств АКП в армированных бетонных конструкциях. Выводы. При рациональном подходе к процессам проектирования возможно разрабатывать проекты бетонных фундаментных плит на упругом основании с применением АКП, отвечающие требованиям нормативных документов по надежности. Имеется возможность полного исключения металлических элементов (арматуры, изделий, закладных деталей) в таких конструкциях.
Ключевые слова
Введение. Проводятся расчетные исследования аэродинамической интерференции Московского международного делового центра (ММДЦ) «Москва-Сити» при последовательном возведении зданий с учетом их хронологического порядка. До настоящего момента для данного комплекса исследования аэродинамической интерференции выполнялись только для проектируемых зданий с учетом окружающей актуальной и перспективной застройки без расчетных исследований их влияния на уже построенные здания. На основе численного моделирования показана важность учета аэродинамической интерференции и сделаны выводы о взаимовлиянии высотных зданий, а также выявлены наиболее опасные углы атаки ветра, способствующие возникновению максимальных значений средней и пульсационной составляющих ветрового воздействия. Материалы и методы. Расчетный анализ осуществляется на основе методов численного моделирования в программном комплексе ANSYS Fluent. Для расчетных исследований разработаны, верифицированы и валидированы квазидвухмерные аэродинамические модели комплекса зданий ММДЦ «Москва-Сити». Результаты. Приведены результаты для 256 расчетных случаев, включающих 13 расчетных вариантов с последовательным возведением зданий комплекса ММДЦ «Москва-Сити» и 19 расчетов отдельностоящих высоток. Каждый расчет выполнялся для 8 направлений атаки ветра. В качестве результатов приводятся средние и пульсационные суммарные аэродинамические силы и моменты в зависимости от хронологии возведения сооружений для каждого из зданий комплекса. Определены наиболее опасные направления ветра на основе построенных лепестковых диаграмм аэродинамических коэффициентов (средних и пульсационных) в зависимости от количества возведенных зданий комплекса ММДЦ «Москва-Сити». Выводы. На примере последовательного возведения комплекса ММДЦ «Москва-Сити» показана важность учета аэродинамической интерференции в условиях плотной и изменяющейся городской застройки как для новых, так и уже построенных зданий. Аэродинамическая интерференция приводит к эффектам ветрового экранирования и усилению ветра, что влияет на механическую безопасность зданий и сооружений.
Ключевые слова
Введение. В условиях развития стального строительства актуальным видится создание номенклатуры типовых унифицированных изделий, узлов и деталей стальных каркасов, что позволит проектировщикам при меньших трудовых затратах создавать проекты современных быстровозводимых зданий, а строителям - быстро и качественно воплощать их в жизнь. Рассматриваются узлы стыка колонн по высоте и сопряжения их с балками перекрытия. В приведенных конструктивных решениях усилия передаются непосредственным упором контактных поверхностей соединяемых элементов, что дает возможность избежать выполнения монтажных сварных швов и большого количества болтовых соединений. Как следствие, при использовании контактных соединений сокращаются сроки монтажа металлического каркаса и снижается стоимость строительства. Материалы и методы. При рассмотрении контактных задач не применим принцип Сен-Венана, важно исследовать непосредственные области контактных поверхностей элементов. Разработка узлов велась на примере типового каркаса пятиэтажного здания с размерами ячеек от 3 × 3 до 6 × 6 м с конструктивными элементами заданных сечений. Результаты. Представлены возможные контактные соединения элементов каркаса, позволяющие осуществлять монтаж только их установкой друг на друга и финишной регулировкой. Такие соединения за счет работы контактирующих поверхностей на смятие позволяют передавать не только продольные усилия, но и некоторую часть изгибающих моментов. Приведен численный расчет одного из предложенных узлов. Выводы. Предложенные варианты узлов стыка колонн и примыкания балки к колонне являются нетиповыми и ранее не используемыми в инженерной практике. Для широкого применения таких узлов в практике проектирования стальных каркасов многоэтажных зданий необходимо всесторонне исследовать их несущую способность и деформативность. Интерес представляет изучение влияния геометрических параметров соединительных элементов на жесткость узлов и на напряженно-деформированное состояние каркаса в целом. Настоящие исследования будут проводиться с использованием программно-вычислительных комплексов и эксперимента.
Ключевые слова
Введение. Предлагается методика учета диссипации энергии для балки Тимошенко путем построения при численном решении задачи матрицы демпфирования на основе модифицированной функции Рэлея. В этой модификации скорость перемещений заменена скоростями линейных и угловых деформаций. Такой подход позволяет учесть рассеяние энергии за счет внутреннего трения в материале при изменении как его объема, так и формы. Представленная методика является перспективной в практических расчетах конструкций, когда сдвиговая жесткость оказывает существенное влияние на их напряженно-деформированное состояние. Материалы и методы. Рассмотрены несколько апробированных методов учета диссипации энергии, в том числе позволяющих учесть потерю энергии движущейся конструкции при трении о внешнюю среду (внешнее демпфирование) и диссипацию за счет трения в материале конструкции, деформируемой в движении (внутреннее демпфирование). Приводятся методики определения коэффициентов демпфирования для каждого из них. Для расчета стержневых систем используется метод конечных элементов. Матрицы демпфирования выводятся из условия стационарности полной энергии деформирования механической системы в движении, в том числе с учетом скоростей линейных и угловых деформаций. Результаты. Приведены матрицы демпфирования, пропорциональные скоростям деформаций, полученные на основе модифицированной диссипативной функции Рэлея. Предложена методика определения коэффициента демпфирования с учетом скоростей угловых деформаций. Выводы. Рассмотренные матрицы демпфирования описывают диссипацию энергии при колебаниях механических систем за счет внутреннего трения в материале. Матрица внутреннего демпфирования получена с учетом влияния скоростей линейных и угловых деформаций для моделирования динамического поведения коротких изгибаемых элементов конструкций, при описании деформирования которых применяется модель Тимошенко. Выполненная проверка размерностей дополнительно подтверждает корректность построения матрицы демпфирования. При этом размерность предложенного коэффициента демпфирования с учетом сдвига такая же, как у широко используемого коэффициента вязкости.
Ключевые слова
Введение. Исследование выполнено для установления возможных причин повреждения отделочных штукатурных покрытий на фасадах исторических каменных зданий, построенных в Санкт-Петербурге до 1917 г., в результате их переувлажнения и последующего морозного разрушения. Материалы и методы. Изучен механизм увлажнения оштукатуренной с двух сторон однородной стеновой конструкции вследствие переноса влаги из помещения в окружающую среду через толщу стены за счет разности парциальных давлений водяного пара изнутри и снаружи помещения в холодный период года. Построены графики распределения действительного и максимального парциальных давлений водяного пара по толщине стеновой конструкции в зависимости от типа штукатурного покрытия применительно для двух расчетных случаев - для условий наиболее холодного месяца и наиболее холодной пятидневки в Санкт-Петербурге. Результаты. Выявлено, что для условий наиболее холодного месяца в Санкт-Петербурге действительное парциальное давление водяного пара по толщине рассматриваемой стеновой конструкции не превышает максимальное, что свидетельствует об отсутствии условий для конденсации влаги в толще стенового ограждения. Однако по мере уменьшения паропроницаемости наружной штукатурки на границе соприкосновения каменного основания и штукатурного покрытия происходит сближение кривых распределения действительного и максимального парциальных давлений. Для условий наиболее холодной пятидневки действительное парциальное давление водяного пара уже на расстоянии 135 мм от внутренней поверхности превышает максимальное парциальное давление, что свидетельствует о высоком риске конденсации влаги, и этот риск тем выше, чем менее паропроницаемым оказывается штукатурное покрытие. Выводы. Доказано, что при установлении наиболее холодных температур наружного воздуха существует высокая вероятность конденсации водяного пара в толще рассматриваемой стеновой конструкции. Наиболее высокий риск замерзания конденсирующейся влаги будет наблюдаться на границе соприкосновения каменного основания с наружной штукатуркой. Замерзание влаги в трещинах и пустотах контактной зоны каменного основания и штукатурного покрытия может приводить к защемлению воды, возникновению значительных внутренних напряжений в отделочном слое и, как следствие, к его постепенному повреждению, вплоть до выпадения отдельных фрагментов штукатурки.
Ключевые слова
Введение. Описывается экспериментально-теоретическая работа по исследованию характеристик слоистого строительного материала - термобруса, состоящего из массива дерева и слоев теплоизоляции. Подобные материалы применяются для строительства легковозводимых деревянных домов частного сектора и малоэтажных. Особенности такого типа материалов в том, что одновременно с конструкционным материалом - древесиной - брус содержит слой или слои утеплителя, что позволяет сократить этап утепления дома при его возведении. Прочная древесина и абсолютно ничего не способная нести теплоизоляция вместе могут дать материал, характеристики которого в корне отличаются как от первого, так и от второго. Материалы и методы. Рассматривается влияние количества и толщины слоев теплоизоляции и древесины на прочностные и теплоизоляционные характеристики получаемого бруса. Зная закономерности изменения характеристик от количества слоев, становится возможным подобрать рациональную систему чередования слоев древесины и утеплителя. Проведены экспериментальные исследования балок с различным количеством и толщиной теплоизоляционных и силовых слоев; общая толщина и силовых, и теплоизоляционных слоев в каждой балке была одинаковой, но менялась последовательность их укладки. Результаты. Показаны результаты экспериментального исследования прочности термобруса при изгибе и расчетное исследование его теплоизоляционных характеристик. Экспериментально получены зависимости максимальных нагрузок для балок с различным количеством слоев древесины/утеплителя. Выводы. В результате проведенных экспериментов оказалось, что линейная теория изгиба не может точно описать поведение слоистого материала - выдерживаемая нагрузка росла с ростом количества слоев.
Ключевые слова
Введение. Одним из эффективных подходов к оценке влияния от тоннелепроходческих работ является комплексный подход к решению задач, включающий определение давления пригруза для обеспечения устойчивости забоя и оценку дополнительных перемещений дневной поверхности, возникающих в процессе строительства тоннелей. Данный подход обоснован тем, что фактические перемещения могут быть близки к прогнозируемым при условии подбора оптимального давления пригруза и отсутствия лобового перебора, который может привести к непредвиденным деформациям. Однако следует отметить, что методика расчета давления пригруза, представленная в современном стандарте, служит предварительным прогнозом и требует постоянной корректировки давления во время выполнения тоннелепроходческих работ. Материалы и методы. Адаптирована постановка задачи Мелана с горизонтальной нагрузкой, параллельной поверхности, для оценки изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтового массива перед забоем тоннелепроходческого механизированного комплекса (ТПМК) от приложения грунтопригруза. Постановка задачи соответствует этапу производства работ перед выемкой грунта для установки сборного железобетонного кольца обделки в проектное положение. Результаты. По сформированным аналитическим уравнениям в программной среде MathCAD составлены изополя вертикальных, горизонтальных напряжений и вертикальных деформаций. Проведено сопоставление полученных изополей с изополями, которые были построены в ПК Plaxis 2D с аналогичными параметрами для проверки достоверности результатов. Дополнительно получены изополя грунтового массива при действии на него давления пригруза с учетом напряжений от собственного веса грунта с целью создания более правдоподобного НДС массива, в котором прокладывается перегонный тоннель. Выводы. Анализ результатов исследования показал, что изополя количественно и качественно схожи между собой. Предложенный метод при соответствующей модификации можно адаптировать для корректировки давления пригруза в ходе строительства, что необходимо как для обеспечения устойчивости забоя в ходе строительства тоннеля, так и для минимизации влияния на поверхность грунта от пригруза.
Ключевые слова
Введение. Рассмотрен вопрос зависимости напряженности оперативного управления строительным производством от организации взаимодействия ключевых исполнителей производства, служб и руководства строительного предприятия. Материалы и методы. Представлен метод координирования решений текущих производственных, обеспечивающих и управленческих задач на основе единой структуры алгоритмов выполнения технологических процессов в проектных отметках сооружения, организации производственной деятельности на строительном участке и оперативного управления. Предложено определение напряженности оперативного управления как меры эффективности организации взаимодействия производства, служб и руководства предприятия. Результаты. Получен вид аналитической непрерывной, кусочно-линейной зависимости напряженности оперативного управления выполнением строительного технологического процесса от скоординированности значений параметров организации строительного производства (ОСП): его обеспеченности ресурсами, а также соблюдения требований строительного контроля в условиях меняющейся производственной ситуации. Получены формула напряженности оперативного управления выполнением монтажно-укладочного технологического процесса в конкретных проектных отметках сооружения в установленные сроки; параметры математической модели напряженности оперативного управления, а также цифровой интерфейс ее использования; граничные значения для переменных области определения допустимых значений параметров организации технологических процессов, обеспечивающих мероприятий, материального снабжения, а также относительная шкала для напряженности оперативного управления. Получены и проанализированы графики изменения напряженности оперативного управления в ходе выполнения техпроцесса в локальных проектных отметках сооружения. Выводы. Сделан вывод о формировании единой информационной среды ОСП в период строительно-монтажных работ и оперативного управления посредством совместимых алгоритмов, структур данных и интерфейсов автоматизированных рабочих мест на основе математической модели, координирующей по параметрам организации строительного производства и оперативного управления алгоритмы решения производственных задач и коммуникацию ключевых исполнителей.
Ключевые слова
Введение. Введенные странами Запада ограничения доступа финансовой системы России к международным клиринговым системам заметно усложняют процессы развития секторов экономики, глубоко интегрированных в международные цепочки поставок. Среди них необходимо выделить строительную отрасль, выступающую в роли «локомотива» развития многих других видов экономической деятельности. Обзору формирующихся макроэкономических эффектов в контексте нивелирования рисков динамики роста строительной отрасли РФ в рамках перехода национальной платежной системы на блокчейн (DLT) в условиях решения вопроса об импортозамещении посвящено настоящее исследование. Предметом исследования являются особенности перспектив устойчивого развития экономики РФ в условиях коррекции импорта стройматериалов. Материалы и методы. Применены инструменты построения системы рекурсивных уравнений, оценивающих макроэкономические экстерналии в процессе имитационного моделирования использования блокчейна в системе обеспечения устойчивых расчетов с иностранными контрагентами, а также корреляционно-регрессионный анализ, формирующий основу для идентификации влияния строительной отрасли РФ на перспективы роста ВВП. Результаты. Выявлен краткосрочный потенциал возможного замедления прироста ВВП России (-0,45 % в год) в рамках локализации поставок импорта строительных материалов. Обосновано, что нивелирование рисков ограничения поставок стройматериалов может быть обеспечено на основе внедрения в систему трансграничных платежей РФ блокчейн-технологий, формирующих новую основу для движения денежных потоков. Выводы. Ценность полученных результатов исследования состоит в выявленных и эмпирически обоснованных рисках замедления развития строительной отрасли и национальной экономики РФ в целом в рамках возможной локализации поставок строительных материалов из-за рубежа в результате санкционного давления на финансовые рынки. Обосновано, что в качестве инструмента нивелирования рисков может выступить создание региональных в мировом масштабе блокчейн-платформ, обеспечивающих возможность устойчивости и независимости формирования транснациональных цепочек поставок от глобальных клиринговых сервисов.
Ключевые слова
Введение. Обоснована актуальность создания и совершенствования цифровых инструментов для комплексных научных исследований и опытно-конструкторских работ на основе информационной модели строительного объекта на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ). Исследование фокусируется на экологически безопасном (зеленом) строительстве в северных и арктических регионах (САР). Цель исследования - обоснование набора критериев «зеленого» строительства в САР Российской Федерации на основе логически взаимосвязанных моделей: проектной модели, натурной модели, математических моделей и цифровой модели-двойника. К основным критериям отнесены энергоэффективность и экологическая безопасность зданий. Материалы и методы. Объектами исследования являются два здания-близнеца, спроектированные и построенные по программе научных исследований в Республике Карелия и Мурманской области. Объекты одинаковы, но условия их функционирования различаются. Предложена методология комплексного научного исследования для каждой стадии ЖЦ объектов. Применены методы сравнительного анализа и метод экспертных оценок, а также методы, представленные в нормативно-технических документах системы технического регулирования РФ, относящиеся к технологическим аспектам строительства. Результаты. Определены четыре группы базовых критериев строительства для САР РФ: внешняя среда, внутренняя среда, материалы и технологии, энергоэффективность. Разработана информационная модель исследования (Research Information Model - RIM) как инструмент комплексного научного изучения в области технологий строительства в САР. Рассмотрена практическая реализация результатов исследования на двух указанных выше объектах, включая цифровой мониторинг состояния объектов в течение двух лет (2021-2023 гг.). Определены перспективы продолжения исследований. Выводы. Обоснована необходимость разработки и на примере двух построенных объектов подтверждена целесообразность использования разработанной информационной модели исследования. Опыт применения основных блоков модели и цифрового мониторинга состояния объектов в течение двух лет подтвердил целесообразность использования информационного моделирования и продолжения исследований для совершенствования технологий строительства в САР.
