Том 21, № 4 (2025)

Описана методика нелинейного статического расчета комбинированных плитно-балочных конструкций с использованием конечных элементов, построенных с применением трехмерной теории упругости и пластичности. При этом используются многослойные элементы плит и оболочек, а также многослойные объемные балочные элементы (суперэлементы), позволяющие рассчитывать конструкции, выполненные из неоднородных материалов, в том числе и железобетонные. В большинстве применяемых в настоящее время программных комплексах конечные элементы балок строятся либо на основе классической теории сопротивления материалов, либо на основе трехмерной теории упругости. При использовании трехмерной теории вводятся ограничения по форме и размерам поперечных сечений, а все характеристики приводятся к точкам, лежащим в торцевых сечениях балок на их осях. Оба этих подхода затрудняют одновременный учет физической и геометрической нелинейности, поэтому разработка альтернативных методик нелинейного статического расчета конструкций является актуальной задачей. Для устранения этого недостатка в данной работе предложен суперэлемент для моделирования железобетонных колонн и балок в составе комбинированных плитно-балочных расчетных схем. На сегодняшний день аналоги предлагаемого суперэлемента для расчета железобетонных конструкциях отсутствуют в известных коммерческих конечно-элементных продуктах. Приведенная методика адаптирована к вычислительному комплексу ПРИНС, разрабатываемому авторами для использования в инженерно-технических и научных целях. Для демонстрации возможностей этого комплекса приведен тестовый пример расчета несущей способности двухэтажной рамы. Вычислительный комплекс ПРИНС может быть эффективно использован инженерами проектных и научных организаций для решения инженерных задач, связанных с расчетом железобетонных конструкций.

Ввиду широкого применения в инженерной практике конструкций из композитных материалов актуальной задачей является исследование их напряженно-деформированного состояния при действии различных нагрузок. Рассматривалась свободно опертая по четырем сторонам ортотропная прямоугольная пластинка. Исследовалось напряженно-деформированное состояние пластинки под действием нормально приложенной нагрузки. Для получения разрешающего дифференциального уравнения использовалось операционное исчисление, связанное с преобразованием Лапласа. Получены в общем виде аналитические выражения, которые позволяют определять напряженно-деформированное состояние в ортотропной пластинке при разных геометрических параметрах пластинки, при разных упругих характеристиках материала пластинки и при разных размерах площадки нагружения. Используя выведенные общие аналитические выражения, можно получить различные частные решения: при действии нагрузки, нормально приложенной по всей поверхности пластинки, при действии локальных и сосредоточенных нагрузок. В качестве тестовой задачи представлены результаты расчетов ортотропной пластинки из углепластика при действии нагрузки, равномерно распределенной по всей поверхности пластинки.

Исследованы стадии напряженно-деформированного состояния железобетонных рамных конструкций каркасов зданий в зоне возможного локального разрушения при потере несущей способности одного из вертикальных элементов (колонны, пилона). Приведены исходные предпосылки о механизмах распространения вторичных разрушений в железобетонных многоэтажных каркасах зданий в зависимости от сценария начального локального разрушения. На основе этого сформулированы силовые и деформационные критерии стадий напряженно-деформированного состояния железобетонных рамных конструкций каркасов зданий в зоне возможного локального разрушения. С использованием положений энергетического баланса построены упрощенные зависимости для оценки предельной статической нагрузки для арочной и цепной стадий напряженно-деформированного состояния конструкций перекрытий. Приведены результаты сопоставления расчетных значений силовых и деформационных критериев с экспериментальными данными. Продемонстрирована приемлемая для инженерных расчетов точность предложенных в работе зависимостей.

Оценка несущей способности и прогнозирование остаточной прочности существующих конструкций является одной из самых сложных задач. Такое прогнозирование обычно выполняется на основе экспериментальных разрушающих испытаний образцов. Предложена методология прогнозирования остаточной прочности деревянных конструкций, основанная на результатах экспериментальных исследований по определению кратковременного сопротивления чистой древесины. В качестве объектов исследования были выбраны деревянные стропильные системы жилых домов 1950-х и начала 1960-х гг. постройки в г. Владимире. Для построения предсказательной модели остаточного ресурса конструкции были применены методы интерполяции и экстраполяции. Приведены подробные расчеты, наглядно показывающие возможность применения этих методов. Определено, что метод авторегрессии (метод Берга) показывает хорошие предсказательные результаты, коррелирующийся с экспериментальными данными других исследований и теоретическими предпосылками. Прогнозирование остаточного ресурса конструкции является ключевым фактором в обеспечении надежности и безопасности зданий, а также уменьшении эксплуатационных расходов в будущем.

Разработка слоистых конструкций - перспективное направление в области строительства. Использование данного типа конструкций имеет потенциал для значительного повышения прочностных характеристик, устойчивости к внешним силовым воздействиям, а также улучшения тепло- и звукоизоляционных свойств зданий и сооружений. Цель работы - исследование разнообразия и преимуществ применения многослойных строительных элементов в качестве альтернативы традиционным конструкциям, а также анализ особенностей их функционирования. На основании полученных результатов исследования можно сделать вывод, что многослойные конструкции обладают улучшенными тепло- и звукоизоляционными характеристиками, что способствует созданию более комфортной среды для эксплуатации. Кроме того, эти конструкции могут значительно снизить вес зданий, что приводит к потенциальной экономии на фундаменте и других конструктивных компонентах.