Том 14, № 1 (2024)
Строительные конструкции. Основания и фундаменты. Технология и организация строительства. Проектирование зданий и сооружений. Инженерные изыскания и обследование зданий
Комплексный подход к оценке надежности пространственных металлических конструкций
Аннотация
Введение. Приведены некоторые результаты реализации разрабатываемого комплексного подхода к оценке надежности проектных решений зданий и сооружений повышенного уровня ответственности (большепролетные стержневые и листовые металлические конструкции, вертикальные цилиндрические резервуары больших объемов) с несущими металлическими конструкциями.Материалы и методы. Начальным этапом разрабатываемого подхода оценки надежности зданий и сооружений повышенной ответственности является формирование уточненных конечно-элементных расчетных схем, основанных на детализации узловых соединений, и геометрических схем проектируемых конструкций, что позволяет выявить особенности напряженно-деформированного состояния (НДС) и выполнить уточненную оценку устойчивости элементов конструкций. Для реализации следующего этапа оценки склонности проектируемой системы к лавинообразному обрушению разработан и приведен специальный алгоритм расчета НДС конструкции, реализованный в геометрически и конструктивно нелинейной постановке. На заключительном этапе в случае необходимости выполняется с использованием метода Нелдера – Мида оптимизация полученного конструктивного решения по заданным показателям вероятности отказа для ключевых и второстепенных элементов.Результаты. Предложенный подход позволяет с приемлемой практической точностью определять показатели надежности многократно статически неопределимых систем. Это особенно актуально для уникальных конструкций повы-шенной ответственности. Уточнен механизм потери устойчивости сжатых стержней структурных конструкций системы МАРХИ, предложена методика корректировки определения коэффициента µ с учетом полученных результатов; получены данные изменения аэродинамического коэффициента цилиндрических резервуаров больших объемов V = 10 000–30 000 м3. Это дало возможность определить особенности рассматриваемых конструкций.Выводы. Предложен комплексный алгоритм, позволяющий на основе детализации расчетных схем и оценки склонности проектируемых конструкций высокого уровня ответственности к лавинообразному разрушению выполнить уточненную оценку их уровня проектной надежности. На базе алгоритма предложена процедура оптимизации исходного проектного решения, базирующаяся на использовании метода Нелдера – Мида и реализованная на данный момент для минимизации целевой функции в виде массы основных конструктивных элементов (стержней и узлов-коннекторов).
Строительство: наука и образование. 2024;14(1):6-23
6-23
Исследование наводнения в нижнем течении рек Сайгон – Донгнай
Аннотация
Введение. Район в нижнем течении рек Сайгон – Донгнай в целом, и г. Хошимин в частности, является крупным, быстро развивающимся экономическим центром Вьетнама. Он сталкивается со многими насущными проблемами, из которых нерешенными остаются нехватка жилья и наводнения. Приводятся результаты исследования наводнения в нижнем течении рек Сайгон – Донгнай.Материалы и методы. Область исследования — район нижнего течения рек Сайгон – Донгнай, где расположен г. Хошимин. Этот район граничит с дельтой Меконга на западе и Восточным морем на юго-востоке. На речной сток в районе исследования непосредственное влияние оказывает работа двух водохранилищ Зау Тиенг и Чи Ан, расположенных выше по течению. Используются модели MIKE 11, MIKE 21 и MIKE FLOOD для оценки площади и глубины затопления с противопаводковыми сооружениями и без них, что дает ориентир для каждого здания и зоны затопления.Результаты. Результаты расчетов показали, что ввод в эксплуатацию противопаводковых сооружений будет способствовать защите от наводнения центральных районов города, уменьшится площадь затопления, при этом затопление внешних территорий при работе гидротехнических сооружений возрастает.Выводы. Расчетное обоснование глубины для каждой зоны затопления и установка контрольных строительных отметок, необходимых для территориального планирования, могут стать научно обоснованным вкладом в работу городских органов планирования и управления строительством Хошимина при разработке мероприятий по минимизации ущерба от наводнения в ближайшем будущем. Отмечая, что противопаводковые сооружения не обеспечат гарантированную защиту территории Хошимина и прилегающих провинций от наводнений и затоплений, предложенные новые контрольные строительные отметки являются существенным научным вкладом в проекты территориального планирования при создании в нижнем течении речной системы Сайгон – Донгнай крупнейшего ультрасовременного центра Азиатско-Тихоокеанского региона.
Строительство: наука и образование. 2024;14(1):24-44
24-44
Особенности проявления гидравлического разрыва в грунтовых плотинах
Аннотация
Введение. В настоящее время в условиях изменения климата феномен необычных дождей и наводнений вызывает широкомасштабные наводнения и приводит к большим потерям людей и имущества. Наиболее уязвимыми сооружениями являются плотины и водохранилища. Прорыв плотины может привести к катастрофе, угрожающей жизни людей и социально-экономической деятельности. Существует много причин разрушения плотины, из которых гидравлический разрыв (ГР) считается одной из наиболее вероятных, поскольку он вызывает сосредоточенную фильтрацию, приводящую к риску разрушения плотины. Гидравлический разрыв — это процесс, при котором трещины образуются в грунте или камне, а затем распространяются под давлением воды. Гидравлический разрыв привлекает внимание ученых. Цель исследования — синтез мнений ученых на сегодняшний день о явлении гидроразрыва и методах его предотвращения в земляных плотинах.Материалы и методы. Проанализированы литературные источники, в которых рассматривается ГР.Результаты. Гидравлический разрыв тесно связан с явлениями неравномерной осадки грунтов плотины и строительных конструкций. В грунтовых плотинах неравномерная осадка часто возникает в зонах между насыпным грунтом плотины и бортовыми массивами створа плотины; насыпным грунтом и бетонными конструкциями, такими как водопропускные трубы и водосбросы, фундаментные элементы конструкций; водонепроницаемым ядром плотины и примыкающими к нему зонами грунта. На основе анализа причин возникновения ГР некоторые исследователи предложили меры по снижению риска его возникновения.Выводы. Гидравлический разрыв — образование трещин и полостей в грунтовом массиве, которые способствуют формированию путей сосредоточенной фильтрации. Появление ГР увеличивает вероятность нестабильности фильтрации в плотине, что влияет на безопасность плотины и может привести к серьезному повреждению. Внедрение методов предотвращения ГР важно для обеспечения безопасных условий работы плотины.
Строительство: наука и образование. 2024;14(1):45-60
45-60
Размер площадки трения фрикционного болтового соединения
Аннотация
Введение. В нормативной методике расчета соединений стальных элементов на высокопрочных болтах основное влияние на несущую способность соединения оказывает усилие натяжения болта и коэффициент трения, при этом ширина соединяемых пластин не учитывается, нормами регламентируется шаг расстановки болтов. Поставлена задача определения влияния ширины стальных пластин на несущую способность соединения пакета. Для этого изготовлено несколько стыковых соединений пластин с двусторонними накладками из горячекатаной стали марки Ст3сп5 по ГОСТ 19903–2015. Одна из стыкуемых пластин изготовлена различной ширины и крепится одним болтом так, чтобы в этом сечении произошло исчерпание несущей способности. После чего соединение растягивается и доводится до предельного состояния на разрывной машине.Материалы и методы. Выполнено шесть комплектов фрикционного соединения с двусторонней накладкой на высокопрочных болтах с различной шириной исследуемой стыкуемой пластины — 50; 60; 70; 80; 90; 100 мм. Пластины соединены высокопрочным болтокомплектом класса прочности 10.9 размера М14. Поверхность пластин обработана пескоструйной обработкой. Для выявления усилия сдвига пакета использовалась разрывная машина Instron 1000HDX.Результаты. Определена несущая способность соединений с различной шириной стыкуемых пластин, выполнено сравнение полученных результатов с расчетными теоретическими значениями несущей способности, установлены форма и размер площадки трения. Три образца были доведены до разрушения, выявлено, что разрушение происходит в результате исчерпания прочности пластин на растяжение, а также выкола пластины в результате смятия соединяемых элементов.Выводы. Установлено, что размер зоны трения составляет 2,1–2,3 диаметра отверстия, несущая способность соединения не зависит от ширины элементов.
Строительство: наука и образование. 2024;14(1):61-72
61-72
Исследование физико-механических характеристик алюминиевых сплавов 1915Т, 1565ч и 6082-Т6 при низких температурах
Аннотация
Введение. Алюминиевые сплавы характеризуются отсутствием порога хладноломкости, обладают высокими параметрами прочности и пластичности при низких температурах. Однако нормами не предусмотрено проектирование алюминиевых конструкций, воспринимающих циклические силовые воздействия при пониженных температурах. В связи с этим возникает необходимость изучения свойств и механизмов деформации и разрушения алюминиевых сплавов для оценки возможности их применения в условиях Крайнего Севера, а также для внутренних оболочек изотермических резервуаров.Материалы и методы. Исследованы механические свойства конструкционных алюминиевых сплавов из серии отечественных 1915, 1565ч и зарубежных разработок 6082 (аналог АД35). Испытаны образцы на одноосное растяжение, ударную вязкость, усталостную прочность, определены характеристики статической трещиностойкости. Испытания проведены с использованием машин Instron 8802, Instron 1000HDX, LabTex, маятникового копра Instron 450MPX по соответствующим ГОСТам России.Результаты. Получены экспериментальные зависимости прочностных и упругих (предела прочности, условного предела текучести, модуля упругости), а также деформативных характеристик (относительного удлинения и сужения площади поперечного сечения образцов) исследованных сплавов от температуры испытаний. Показано изменение характера деформирования алюминиевых сплавов при понижении температуры. Приведены результаты сопротивления деформации и разрушению в условиях ударного изгиба и внецентренного растяжения в интервале температур от –104 до +20 °С. Оценена вязкость разрушения (трещиностойкость) по критериям механики разрушения при испытании стандартных образцов с усталостными трещинами. Представлены ограниченные пределы выносливости на базе 2 · 106, 107 циклов исследованных сплавов при положительных и отрицательных температурах.Выводы. Полученные результаты позволяют обоснованно осуществлять выбор материалов, назначать нагрузки при проектировании конструкций из алюминиевых сплавов и оценивать их срок службы.
Строительство: наука и образование. 2024;14(1):73-94
73-94
Изучение влияния расположения армирующих железобетонных элементов на восприятие основанием сейсмических нагрузок
Аннотация
Введение. Армирование грунтов широко применяется при строительстве зданий и сооружений в сложных геологических условиях, особенно с помощью вертикальных элементов. Расчеты армированных оснований на практике проводятся по различным методам, в том числе численному. Выполнено много исследований поведения грунта при армировании сваями и его влияния на осадку, однако взаимодействие грунтов и армирующих элементов не до конца изучено. Выбор расположения элементов и оценка влияния разжижения грунтов на эффективность армирования при сейсмических воздействиях остаются актуальными задачами.Материалы и методы. Исследуется влияние различных схем расположения армирующих свай на поведение грунтового массива и осадку фундамента при сейсмических нагрузках. С помощью программы PLAXIS 2D рассматриваются три варианта расположения свай, включая традиционные и альтернативные схемы. При расчете также применяются различные модели грунтов — UBC3D-PLM и HS Small для моделирования нижнего и верхнего слоя грунта в зависимости от его характеристик.Результаты. Полученные результаты показывают, что все три выбранные расчетные схемы получают существенный прирост осадок в процессе прохождения землетрясения. Различные способы расположения свай значительно влияют на деформации и осадки фундаментной плиты, а также на расположение точек разжижения грунтов при сейсмических нагрузках.Выводы. Изменяя параметры свайного армирования, есть возможность управлять размерами и местоположением зон разжижения, а при необходимости защитить некоторые зоны от реализации этого процесса. Представленные результаты могут способствовать разработке и развитию эффективных методов строительства в сейсмоопасных районах.
Строительство: наука и образование. 2024;14(1):95-107
95-107
Архитектура. Реконструкция. Реставрация. Творческие концепции архитектурной деятельности. Архитектурное проектирование. Градостроительство. Градорегулирование
Архитектурно-планировочные особенности зданий образовательных учреждений г. Екатеринодара
Аннотация
Введение. Рассмотрено развитие архитектурно-планировочных решений учебных учреждений г. Екатеринодара (ныне — Краснодар), построенных с конца XIX до начала ХХ в. Исследованы два объекта — Александровское реальное училище и Мариинский женский институт. Эволюция архитектурно-планировочной структуры данных зданий взаимосвязана с развитием представлений о функции — изменением установок педагогической науки и особенностями эксплуатации помещений в условиях учебного процесса. В каждом учреждении прослеживалось постоянное увеличение количества учащихся, но развитие объемной композиции шло разными путями. Училище достраивалось и дополнялось новыми корпусами, расположенными близ основного. Для Мариинского женского института регулярно возводились новые, более совершенные, адресно спроектированные здания.Материалы и методы. Использованы материалы Государственного архива Краснодарского края, научных статей и монографий, исторических фотодокументов, периодической печати. Применены натурное обследование современного состояния описываемых объектов с фотофиксацией; методы абстрагирования, типологический, исторический и сравнительный анализ, систематизация и классификация.Результаты. Исследование учебных учреждений г. Екатеринодара интегрировало изучение их функционально-типологических, архитектурно-планировочных, объемно-композиционных и декоративно-стилистических решений. Определены наличие, расположение и функциональные взаимосвязи групп основных и вспомогательных помещений, причины изменения структуры и функционального состава групп помещений учебных учреждений; изучены этапы и причины возникновения, эксплуатации, сноса или текущей формы использования объектов.Выводы. Систематизирована и объединена информация из разных источников об архитектурно-планировочных особенностях зданий крупных учебных учреждений г. Екатеринодара в их взаимосвязи с историей развития города. Отражены изменения планировочной структуры, этапы архитектурной модернизации и строительной истории каждого отдельного здания в связи с политической ситуацией, социальными факторами, появлением новых исследований в области гигиены и педагогики. Определены причины, требовавшие открытия вспомогательных классов и школ в г. Екатеринодаре.
Строительство: наука и образование. 2024;14(1):108-122
108-122
Строительные материалы и изделия. Технологии производства строительных материалов. Наноматериалы и нанотехнологии
Выбор термоаккумулирующего материала с целью разработки «умных чернил» для 3D-печати в строительстве
Аннотация
Введение. 3D-печать является перспективной технологией, позволяющей повысить эффективность строительства. На сегодняшний день одним из основных недостатков данной технологии остается малая функциональность печатаемых изделий, в частности, для теплоизоляции и кондиционирования напечатанных зданий используются традиционные методы, что снижает производительность технологии. В связи с этим применение термоаккумулирующих материалов (ТАМ) с функцией фазового перехода в строительной 3D-печати для обеспечения постоянной комфортной температуры в здании представляется перспективным. Исследован композиционный ТАМ на основе парафина для разработки «умных» строительных «чернил», которые обеспечат напечатанные здания, эксплуатируемые в умеренной климатической зоне, функцией пассивной терморегуляции.Материалы и методы. Использован метод дифференциальной сканирующей калориметрии для изучения тепловых эффектов фазовых переходов композиционных ТАМ, состоящих из парафина, парафинового масла и вазелина.Результаты. Зафиксировано снижение пиковых температур фазовых переходов ТАМ при плавлении — с 53,8 до 32 °C, при кристаллизации — с 47,6 до 32,6 °C. Для двухкомпонентного состава максимальное снижение энтальпии составило при плавлении со 102,4 до 27,0 Дж/г, при кристаллизации — с 47,7 до 8,5 Дж/г; для трехкомпонентного состава энтальпия при плавлении — 60,6 Дж/г, при кристаллизации — 20,6 Дж/г. Пиковая температура плавления для смесей с 60 и 40 % парафина — 39,4 и 39,9 °C, пиковая температура кристаллизации — 43,5 и 33,8 °C соответственно.Выводы. Проведенные исследования показали, что использование парафинового масла и вазелина позволяет сместить границы температур тепловых эффектов ТАМ на основе парафина в сторону меньших значений. Вместе с этим фиксируется снижение интенсивности соответствующих пиков на термограммах, что свидетельствует о снижении энтальпии процессов фазовых переходов. Получение трехкомпонентных ТАМ дает возможность сохранить более высокую энтальпию, обеспечив последовательное фазовое преобразование каждого из них.
Строительство: наука и образование. 2024;14(1):123-134
123-134
Реологические свойства самоуплотняющихся легких бетонных смесей на полых микросферах
Аннотация
Введение. В современном строительстве активно применяются технологии самоуплотняющегося бетона, развивающиеся в направлении технологии легких самоуплотняющихся бетонов (ЛСУБ). Основное преимущество ЛСУБ — уменьшение веса бетонных и железобетонных конструкций при сохранении структурной целостности, несущей способности и высокой подвижности. Цель исследования — оценка реологии течения исследуемых смесей в зависимости от варьируемых факторов В/Ц и концентрации пластификатора Сд и соотношения заполнителя (фракционированного песка и кварцевой муки).Материалы и методы. Объектом исследования являются бетонные смеси на полых микросферах. Проектная средняя плотностью бетона 1400 кг/м3. Представлен следующий состав: портландцемент, керамические микросферы, комплексная кремнеземистая добавка, фракционный песок, кварцевая мука, гиперпластификатор и вода. Получены результаты исследования реологических характеристик ЛСУБ. Ключевыми реологическими параметрами приняты напряжение сдвига и вязкость.Результаты. Снижение В/Ц отношения увеличивает вязкость и напряжение сдвига бетонной смеси вне зависимости от Сд. Похожая зависимость наблюдается у составов с варьируемой Сд, увеличение которой снижает густоту смеси, уменьшая вязкость и напряжение сдвига. Отмечено предельное значение Сд, при преодолении которого реологические показатели смесей стремятся к нулю по мере увеличения объема добавки. Оценка реологии смесей по уравнению Оствальда – Вейля показывает наибольшую значимость В/Ц отношения на густоту и возможность изменения характера течения смесей с псевдопластического на дилатантный при варьировании исследуемых факторов. Замена доли фракционированного песка мукой со 100 до 0 % увеличивает густоту смеси почти в 3 раза.Выводы. Представлены результаты, определяющие возможность изменения реологического характера течения ЛСУБ на полых микросферах при варьировании исследуемых факторов. Выполнен сравнительный анализ полученных реологических кривых с использованием уравнения Оствальда – Вейля для тяжелых и легких бетонов с полыми микросферами смесей. Рассмотрена роль дисперсности заполнителя в управлении реологическими свойствами исследуемых ЛСУБ.
Строительство: наука и образование. 2024;14(1):135-148
135-148
Инженерные системы. Эксплуатация зданий. Проблемы ЖКК. Энергоэффективность и энергосбережение. Безопасность зданий и сооружений. Экология
Влияние освещенности на создание комфортных условий труда
Аннотация
Введение. В современном обществе широко используются различные типы осветительных приборов с разнообразной формой, цветом и яркостью. Однако не все они эффективно выполняют свои функции и могут негативно влиять на здоровье человека. Выявлены оптимальные параметры освещения с учетом безопасности и энергоэффективности. Ключевые аспекты включают анализ спектров ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных с использованием спектрометра, а также оценку их влияния на зрение и психическое здоровье сотрудников, работающих в офисном помещении, c помощью письменного опроса.Материалы и методы. Проведен анализ освещенности, светового потока и экономичности рабочих мест в офисных помещениях.Результаты. Анализ полученных данных позволил определить рациональность применения исследованных спектров различных типов ламп. Результаты исследования будут полезны как для специалистов и производителей в области светотехники, так и конечных потребителей.Выводы. Приведены рекомендации по использованию светодиодных ламп в качестве основного источника освещения в помещениях офисного типа. Эти лампы обеспечивают практически равномерный спектр, что создает оптимальные условия для зрения и снижает негативное воздействие на психическое здоровье. Освещение рабочего пространства предлагается дополнить индивидуальными источниками света в виде настольных ламп желтоватого оттенка на каждом рабочем месте сотрудника. Светодиодные лампы не только энергоэффективны, но и способствуют формированию комфортной и безопасной рабочей среды.
Строительство: наука и образование. 2024;14(1):149-158
149-158