Том 19, № 9 (2024)
Проектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооружения
Сопротивление сжатых с малым эксцентриситетом элементов c учетом фактической высоты сжатой зоны бетона
Аннотация
Введение. Несущая способность при расчете по методу предельных усилий нормальных сечений внецентренно сжатых железобетонных конструкций при малых эксцентриситетах, согласно действующим нормативным документам, определяется с учетом линейной аппроксимации нелинейной зависимости напряжений в растянутой арматуре от высоты сжатой зоны. Данный подход является в значительной степени упрощенным и приводит в некоторых случаях к необоснованному завышению несущей способности элементов. Цель исследования — аналитическим путем получить наиболее универсальную и точную зависимость для определения высоты сжатой зоны бетона, напряжений в растянутой арматуре и, как следствие, уточнить величину предельной несущей способности нормального сечения внецентренно сжатых элементов при разрушении по бетону сжатой зоны. Задачи исследования: аналитическое получение зависимости для высоты сжатой зоны бетона в сечении в предельном состоянии; сравнение получаемой несущей способности с учетом полученной зависимости с наиболее простой зависимостью, принятой в нормативных документах, а также с результатами расчетов по нелинейной деформационной модели; установление степени необоснованного завышения несущей способности внецентренно сжатых железобетонных конструкций с малыми эксцентриситетами в действующих нормативных документах.Материалы и методы. Приняты основные методики, применяемые в современной теории прочности бетона и железобетона.Результаты. Аналитическое выражение для высоты сжатой зоны получено на основании упрощенной трехлинейной диаграммы деформирования бетона при сжатии. Обоснованное уточнение высоты сжатой зоны позволяет достичь максимальной сходимости с результатами расчетов по нелинейной деформационной модели без применения итерационных подходов в решении задачи.Выводы. Предлагаемые аналитические зависимости дают возможность определить фактическое напряженно-деформированное состояние в нормальных сечениях внецентренно сжатых железобетонных элементов при действии малых эксцентриситетов приложения продольного сжимающего усилия в предельном состоянии.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1435-1443
1435-1443
Метод коэффициентов надежности с регулируемыми значениями для проектирования стальных конструкций
Аннотация
Введение. В качестве базового метода проверки предельных состояний применяется метод коэффициентов надежности с фиксированными значениями коэффициентов (закрепленными/декларируемыми в нормативных документах). Однако есть более общая постановка полувероятностного метода, в рамках которого можно более точно учесть специфику конструкции (например, информацию об изменчивости фактических размеров, свойств материалов и т.д.) и специфику местонахождения (например, сведения о климатических нагрузках). Данный метод получил название метод модифицированных (регулируемых) частных коэффициентов.Материалы и методы. Исследование направлено на развитие метода коэффициентов надежности с регулируемыми значениями для проектирования стальных конструкций и научное обоснование параметров этого метода. Методологическая формулировка метода базируется на определении расчетных значений базисных переменных на основе функции распределения исходя из заданного квантиля. При этом квантиль распределения вычисляется посредством коэффициентов чувствительности базисных переменных метода надежности первого порядка и целевого значения индекса надежности.Результаты. В общей формулировке описан метод коэффициентов надежности с регулируемыми значениями для проектирования стальных конструкций, который позволяет в явном виде учесть целевой уровень надежности и изменчивость базисных переменных. Выполнено научное обоснование коэффициентов чувствительности базисных переменных на основе метода надежности первого порядка и представлены указания по назначению вероятностных моделей случайных величин.Выводы. Анализ обобщенной функции предельного состояния стального элемента вероятностным методом показал, что коэффициент чувствительности существенно меняется с изменением параметра нагружения (характеризующего долю переменных нагрузок в общей нагрузке), при этом незначительно меняется в зависимости от вида переменной нагрузки. Коэффициенты чувствительности могут быть приняты на основании графиков или упрощенных зависимостей, представленных в исследовании. Консервативно значения коэффициента чувствительности для несущей способности стального элемента можно принять равными 0,6, для постоянного воздействия –0,4 и для переменного воздействия –0,9.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1444-1453
1444-1453
Сопротивляемость прогрессирующему разрушению монолитных каркасов зданий при локальных повреждениях узлов от продавливания
Аннотация
Введение. При проектировании зданий и сооружений необходимо обеспечивать механическую безопасность на протяжении всего жизненного цикла объекта. Во время эксплуатации зданий возникают ситуации, при которых монолитные несущие конструкции приобретают дефекты в зоне узла сопряжения колонн и плит (УСКП) в безбалочных перекрытиях. Это прежде всего трещины, обусловленные изгибом плит и продавливанием плит колоннами. Проблема учета работы конструкций с учетом таких данных локальных повреждений при аварийных ситуациях недостаточно изучена. В ряде случаев потеря несущей способности узлов носит хрупкий характер, что не допускается нормативными документами, так как может привести к прогрессирующему, в том числе лавинообразному, разрушению соседних элементов.Материалы и методы. Определяется несущая способность элементов и степень устойчивости к прогрессирующему разрушению 9-этажного монолитного безбалочного каркаса при различных сценариях начальных локальных повреждений. Вводится три уровня таких повреждений, при этом осуществляется моделирование узлов соединения плит и колонн объемными конечными элементами. Верификация расчетной модели выполняется экспериментально путем натурных испытаний УСКП на продавливание при центральном приложении нагрузки. С целью расчетов используется программный комплекс Simulia Abaqus. Для моделирования деформаций бетона применяется модель СDP, деформаций арматуры — билинейные диаграммы с упрочнением.Результаты. Получены экспериментальные данные о деформациях узла соединения плиты и колонны при нагружении продольной силой и реализации режима продавливания. С учетом выделенных уровней повреждений и экспериментальных сведений проведены расчеты монолитного каркаса с различными сценариями повреждений в исследуемых узлах. Установлен характер перераспределения усилий для каркасов с разными уровнями таких повреждений и степень их опасности при реализации прогрессирующего разрушения.Выводы. Определено, что повреждения в узлах соединения колонн и безбалочных перекрытий могут приводить к перераспределению усилий и изменению характера работы плиты перекрытия. Эти изменения в аварийных ситуациях при конструктивных решениях узлов, предусматривающих двухсторонние и трехсторонние расчетные контуры в терминах СП 63.13330 при расчетах на продавливание, могут инициировать прогрессирующее разрушение. Для таких узлов требуется дополнительное расчетное обоснование.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1454-1468
1454-1468
Деформационный подход к расчету сопротивления сжатию сталежелезобетонных элементов
Аннотация
Введение. Сжатые сталежелезобетонные конструкции в связи с требованиями уменьшенных размеров поперечных сечений для вертикальных несущих конструкций при высокой прочности и жесткости конструкций, а также их огнестойкости во всем мире находят широкое применение при строительстве высотных зданий, зрелищных сооружений и др. Методы их расчета постоянно совершенствуются. Деформационный подход к расчету позволяет получать параметры их напряженно-деформированного состояния (НДС) на любой стадии деформирования под нагрузкой, учитывать физическую нелинейность работы материалов, стадийность нагружения.Материалы и методы. Выборка сжатых сталежелезобетонных элементов для теоретического исследования составлена по данным, опубликованным в открытых источниках. Создана модель поперечного сечения с учетом совместной работы бетона, жесткой и гибкой арматуры, диаграмм их деформирования с точки зрения физической нелинейности. Предложен критерий разрушения поперечного сечения сталежелезобетонного элемента без ограничения предельных деформаций материалов при сжатии.Результаты. Сформулированы предпосылки использования деформационного подхода к расчету сталежелезобетонных элементов. Рассмотрены две стадии их работы: при действии вынужденных деформаций усадки при твердении бетона и последующем нагружении. На примерах принятой выборки сжатых сталежелезобетонных элементов показаны преимущества деформационного подхода при их расчете.Выводы. Деформационный подход к расчету дает возможность получать параметры НДС сжатых сталежелезобетонных элементов произвольной формы поперечного сечения с различным распределением армирования по поперечному сечению, учитывать нелинейность деформирования материалов, усадку бетона. Предложенный критерий разрушения сжатых сталежелезобетонных элементов позволяет в полной мере учесть перераспределение усилий между бетоном, жесткой и гибкой арматурой.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1469-1483
1469-1483
Экспериментальные исследования влияния деформаций в узловых соединениях на напряженно-деформированное состояние в натурной опоре из МИК-С
Аннотация
Введение. Деформации в болтовых соединениях элементов при теоретических исследованиях учитывались путем введения модулей линейных деформаций элементов взамен модулей упругости. Необходимость учета деформативности сопряжений связана с тем, что жесткие узлы стержневых конструкций в действительности деформативны, а шарнирные способны воспринимать моменты. Податливость болтовых соединений приводит к увеличению общих деформаций структурных конструкций на 40 % и изменению усилий в элементах до 30 %. В некоторых случаях усилия в элементах меняют знак.Материалы и методы. Эксперимент проводился при содействии Мостоотряда № 81 на натурной конструкции вспомогательной опоры для полунавесной сборки пролетного строения моста, согласованной с ЦНИИС и Главмостостроем. Вертикальная нагрузка на опору создавалась весом монтируемого пролетного строения моста, горизонтальная — с помощью троса, прикрепленного к трактору-бульдозеру С-100. Контроль натяжения троса бульдозером выполняли динамометром. Измерения относительных деформаций осуществляли по маякам, засверленным в тело элементов, с помощью деформометра с базой 505 мм и ценой деления 0,01 мм. Смещения в болтовых соединениях элементов замеряли деформометром с базой 125 мм.Результаты. Экспериментальные значения усилий, полученные при наличии смещений в соединениях вспомогательной опоры, достаточно близки к результатам расчета по предложенному методу. Средние значения отношений экспериментальных усилий в элементах с учетом смещений в соединениях к значениям теоретических усилий без смещений (по шарнирной схеме) и к значениям теоретических усилий с учетом смещений в болтовых соединениях по предложенной методике соответственно равны 0,84 и 1,05. Среднее относительное изменение усилий, вызванное смещениями в соединениях элементов, составляет 48 % для раскосов и 18 % для стоек.Выводы. Показано, что экспериментальные значения усилий в элементах близки к их расчетным значениям, определенным по расчетным модулям линейной деформации. При этом величины усилий существенно отличаются от их значений, полученных расчетом без учета смещений в элементах.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1484-1493
1484-1493
Разработка методики расчета перекрестно-балочного фундамента на наклонном основании, осложненного карстово-провальными процессами
Аннотация
Введение. Разработана расчетная схема провально-карстовой воронки на закарстованных территориях с использованием результатов лабораторных экспериментальных исследований, позволяющая определить форму и размер карстового провала в зависимости от диметра (радиуса) карстовой полости, глубины ее залегания, угла наклона основания и угла внутреннего трения грунтов, слагающих склон.Материалы и методы. Приведена методика расчета нормальных контактных напряжений в наклонном грунтовом основании под подошвой перекрестно-балочного фундамента при образовании карстово-провальных воронок. Рассмотрены три основных случая расположения карстовой полости в массиве склона при наиболее неблагоприятном расположении карстовой полости относительно конструкций перекрестно-балочного фундамента.Результаты. Получена аналитическая зависимость, позволяющая определить теоретическое значение расчетного значения диаметра Lc полости в наклонном основании, а также установить основные расчетные зависимости для установления нормальных контактных напряжений, которые дают возможность оценить изменения параметров НДС работы перекрестно-балочного фундамента после обрушения свода полости и образования сложной формы воронки обрушения.Выводы. Разработанная методика удобна в применении для качественной оценки проектных решений при проектировании перекрестно-балочных фундаментов на наклонном основании на карстоопасных территориях. Полученные вариантные расчетные значения основных параметров НДС по предложенной методике позволят использовать рациональные конструктивные решения при проектировании.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1494-1504
1494-1504
Обзор мирового опыта по проведению натурных испытаний существующих железобетонных конструкций
Аннотация
Введение. Проанализирован отечественный и зарубежный опыт проведения натурных испытаний. Приведена ретроспектива развития стандартов на выполнение натурных испытаний в России и СССР. Осуществлен обзор мировых нормативных документов в части требований к проведению натурных испытаний конструкций, который показал недостаточную исследованность этого вопроса как в нашей стране, так и за рубежом. Полученный обзор может являться основанием для разработки национального стандарта РФ на проведение натурных испытаний.Материалы и методы. Выполнен аналитический обзор.Результаты. Показано состояние вопроса и применение стресс-тестов (натурных испытаний) в нашей стране, а также в Германии, США, Италии, Канаде, Австралии, Швейцарии и других странах. Представлены минимальные требования к целевой испытательной нагрузке при испытаниях, режиму нагружения и критериям приемки для экспериментальной оценки несущей способности существующих несущих конструкций, указанные в различных нормах. Проанализированы специализированные критерии приемки несущих конструкций, такие как коэффициент постоянства и отклонения от линейности, упоминаемые в отдельно взятых стандартах.Выводы. Отмечается сходство общих подходов и отсутствие унифицированных требований к выполнению подобного вида исследований и оценке их результатов. Рассматривается необходимость разработки национального стандарта РФ на проведение натурных испытаний возведенных железобетонных конструкций.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1505-1520
1505-1520
Строительное материаловедение
Звукопоглощающие свойства пористой стеклокерамики из цеолитсодержащих пород
Аннотация
Введение. Звукопоглощающие системы широко применяются при строительстве, реконструкции, ремонте промышленных и гражданских объектов, а также в машиностроении. Наиболее доступными и массово применяемыми являются системы с использованием пористых материалов. Установлено влияние вида, размера, характера пор, а также фазового состава образцов пористой стеклокерамики, полученных из цеолитсодержащих пород, на ее звукопоглощающие свойства.Материалы и методы. Результаты экспериментальных исследований получены импедансным методом, а также методами рентгенофазового анализа, световой микроскопии, рентгеновской микротомографии и др.Результаты. Исследованы пористые стеклокерамические материалы маркой по средней плотности D250 и D300, классом по прочности на сжатие B3,5, с коэффициентом теплопроводности от 0,066 до 0,079 Вт/м∙°C и рекомендованной максимальной температурой применения до +850 °C. Общая пористость испытанных образцов стеклокерамических материалов составила от 87,7 до 90,1 %, количество открытых пор от 5 до 18,3 %. На значения звукопоглощающих свойств образцов пористой стеклокерамики основное влияние оказывает открытая пористость материала. С увеличением данного показателя с 4,5 до 18,3 % коэффициент звукопоглощения материала увеличился в зависимости от диапазона звуковых частот в 1,5–2 раза.Выводы. Пористая стеклокерамика, полученная из цеолитсодержащих пород, имеет хорошие физико-механические свойства и высокую температуру применения (не менее +850 °С), а при обеспечении высокого показателя открытой пористости может быть рекомендована для применения в качестве звукопоглощающих материалов в объектах строительного назначения и машиностроении.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1521-1529
1521-1529
Гидравлика. Геотехника. Гидротехническое строительство
Влияние коэффициента неравномерности расширения образца глинистого грунта на механические характеристики
Аннотация
Введение. Определение прочностных и деформационных характеристик грунтов, слагающих грунтовый массив, является ключевым в процессе расчета и проектирования сооружений всех типов. Высокая точность при выявлении механических характеристик играет огромную роль на каждом этапе разработки проекта. Установки трехосного сжатия служат одними из самых популярных и широко используемых приборов при проведении лабораторных исследований, поскольку данный вид испытаний позволяет наиболее точно воспроизвести напряженно-деформированное состояние (НДС) грунтового массива и определить его механические характеристики.Материалы и методы. Экспериментальные исследования выполнены на образцах глинистого грунта (супесь, суглинок, глина) в приборе трехосного сжатия в консолидированно-дренированном режиме с целью исследования влияния коэффициента неравномерности расширения образца грунта на его механические свойства.Результаты. Анализируя данные экспериментальных исследований, было получено, что коэффициент неравномерности расширения образца b оказывает значительное влияние на полученные значения механических характеристик глинистого грунта, а именно: значения угла внутреннего трения в среднем увеличились на 5 %; значения удельного сцепления в среднем увеличились на 4,4 %. Однако следует отметить, что, несмотря на увеличение прочностных характеристик испытанных образцов грунта, исключение из процесса обработки коэффициента b привело к снижению значений секущего модуля деформации при 50%-ной прочности Е50 в среднем на 4,5 %.Выводы. Полученные завышенные значения прочностных характеристик φ, с и заниженные значения деформационных характеристик Е50 не являются критичными, но для повышения точности расчетов, выполняемых на основе результатов, получаемых в итоге камеральной обработки протоколов лабораторных испытаний, требуется учитывать коэффициент неравномерности расширения b образца.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1530-1540
1530-1540
Инженерные системы в строительстве
Подготовка горячей воды в автономных системах теплоснабжения с несколькими точками водоразбора
Аннотация
Введение. Повышение энергетической эффективности оборудования HVAC вносит наибольший вклад в снижение техногенного воздействия на природную среду. Особенности использования газовых нагревателей для нескольких точек разбора горячей воды связаны с комфортом потребления горячего водоснабжения (ГВС). В это понятие включены два этапа: задержка времени начала подачи горячей воды с момента открытия крана и колебание температуры горячей воды при произвольном одновременном использовании нескольких точек водоразбора. Цель исследования — изучить режимы работы ГВС газовых нагревателей, определить влияние алгоритмов модуляции тепловой мощности и тепловой инерции теплообменников на изменение температуры ГВС при одновременном использовании двух точек водоразбора.Материалы и методы. Испытания проводились на научно-исследовательском стенде завода «АРДЕРИЯ». Объекты исследования — газовый проточный водонагреватель с модуляцией тепловой мощности Ariston FAST EVO ONT C 14,газовые настенные котлы Arderia D24 и Arderia D24 Atmo.Результаты. Определены коэффициенты тепловой инерции теплообменников исследуемых образцов, величина изменения температуры в основной точке водоразбора (душ) при периодическом подключении и отключении крана в кухне. Представлено сравнение алгоритмов модуляции тепловой мощности рассматриваемых образцов.Выводы. Работа автономных систем ГВС с несколькими точками водоразбора приводит к колебаниям температуры воды с диапазоном изменения до 10 °С. Время выравнивания температуры воды составляет до 1,5 мин. Решение вопроса обеспечения заданного комфортного уровня температуры воды достигается организацией расходов потребления ГВС и холодного водоснабжения в соответствии с уровнем приоритета потребления воды различными точками водоразбора, применением буферных тепловых емкостей или тепловых генераторов с большим диапазоном регулирования тепловой мощности и уменьшенной тепловой инерцией теплообменников.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1541-1549
1541-1549
Технология и организация строительства. Экономика и управление в строительстве
Оценка экономической эффективности применения искусственного интеллекта в строительстве: выбор оптимального метода
Аннотация
Введение. Проведен обзор существующих идей внедрения искусственного интеллекта (ИИ) в строительной отрасли. Выполнен анализ применимости технологий и оценена их экономическая эффективность, обоснована целесообразность применения вложений инвестиций в потенциальные проекты. Строительство — это фундаментальная сфера жизни человека, в которой использование нововведений информационных технологий, в особенности ИИ, должно быть сопряжено с взвешенным решением и тщательным тестированием. По этой причине требуется выбрать наиболее подходящий под эти задачи метод оценки целесообразности внедрения. Применив выбранный метод, можно раскрыть возможности нового проекта и соотнести его со всеми затратами и рисками.Материалы и методы. Проанализированы российские и зарубежные исследования, интернет-ресурсы и материалы конференций, в ходе которых найдены актуальные тенденции применения ИИ в строительстве. Комплексный метод позволил осветить технологии с точки зрения идейности, реальности воплощения, практического использования и экономической целесообразности. Применен метод балльной оценки проектов и составлен перечень технологий, выгодных к использованию и перспективных к разработке. Осуществлено многоуровневое изучение выбранных проектов согласно системному подходу моделирования.Результаты. Сделаны выводы о наиболее перспективном методе оценки экономической эффективности инновационных проектов на основе ИИ, применимых к строительной индустрии. Теоретическая модель направлена на рассмотрение проекта как процесса причинно-следственных связей, благодаря которому видна цепочка необходимых действий, а также их последовательность.Выводы. Данное исследование об эффективности внедрения ИИ в строительство и некоторых идейных замыслов выявило оптимальный и достаточно информационный метод оценки экономической эффективности проектов, степень актуальности и соответствия интересам и потребностям строительной сферы. Представлен перечень рекомендаций для процесса внедрения нового проекта с помощью ИИ. Предложен вектор дальнейших исследований в области практических расчетов эффективности и прогнозирования.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1550-1561
1550-1561
Методика оценки факторов, влияющих на эффективность реализации строительного проекта генподрядной организацией в направлении Fit-out
Аннотация
Введение. Спрос на услуги по организации внутреннего оформления помещений (Fit-out) в России в настоящий момент находится в стадии активного роста, поэтому исследования в данной области, направленные на повышение эффективности реализации проектов, являются актуальными. Несмотря на важность данного направления в нашей стране, в научном сообществе эта тема затронута лишь в области BIM-моделирования. Представлены этапы проведения исследования по выявлению зависимости выбора организационно-технологических решений генподрядной организацией на сроки реализации строительного проекта в области Fit-out.Материалы и методы. Изучены литературные источники, научные публикации, интернет-ресурсы. Выполнен анализ проектно-сметной, производственной, организационно-технологической, исполнительной, тендерной, финансово-отчетной и иной документации, с которой связаны исследуемые факторы, влияющие на эффективность реализации строительного проекта генподрядной организацией в направлении Fit-out.Результаты. Определена зависимость выявленных факторов и анализируемой документации. Установлен критерий результативности — срок реализации строительного проекта Fit-out. В качестве инструмента для оценки эффективности реализации строительного проекта принят комплексный показатель эффективности реализации строительного проекта Fit-out. Сформированная система станет основой для разработки методики определения эффективности реализации строительного проекта генподрядной организацией в направлении Fit-out.Выводы. Завершенные проекты требуется оценить на достижение поставленных целей и качества работы компании. Данные оценки могут служить обратной связью для будущих проектов и улучшения процессов. Кроме того, с помощью этих оценок можно в процессе строительства вносить корректировки в организационно-технологические и управленческие решения для достижения поставленных целей.
Вестник МГСУ. 2024;19(9):1562-1569
1562-1569