Строительство: наука и образование 4/2018

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ. ТЕХНОЛОГИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ И ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗДАНИЙ

1
Расчет надежности висячих свай по критерию несущей способности грунта основания фундамента

Уткин Владимир Сергеевич — доктор технических наук, профессор кафедры промышленного и гражданского строительства, заслуженный работник высшей школы РФ, Вологодский государственный университет (ВоГУ), 160000, г. Вологда, ул. Ленина, д. 15, utkinvogtu@mail.ru.

Введение. Висячие сваи при действии центральной сжимающей силы по СП 24.13330.2011 рассчитывают по первой группе предельных состояний — по несущей способности (по критериям прочности материала сваи и по критерию несущей способности грунта основания) и по второй группе предельных состояний — по осадке сваи.

Материалы и методы. Рассматривается метод расчета надежности висячей сваи по несущей способности грунта основания. Надежность фигурирует как количественная мера безопасности эксплуатации одиночной сваи. В качестве критерия работоспособности сваи принята несущая способность грунта основания. Расчет надежности сваи построен на основе статистической информации, получаемой при испытаниях пробных свай с измерением сил трения на поверхности сваи в слоях грунта и напряжения грунта под нижним концом сваи известными методами, использованными ранее для формирования таблиц значений f и R в СП 24.13330.2011. Измерения каждого случайного параметра проводятся не менее трех раз.

Результаты. На этой статистической информации построена теория расчета надежности пробной сваи в соответствии с требованиями ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований». Надежность в результате расчета представляется в интервальном виде. Математическая модель предельного состояния сваи по несущей способности грунта основания заимствована из СП. Установлена связь (формула) между длиной сваи и значением ее надежности как меры безопасности ее работы в грунте основания. Задаваясь длиной сваи или суммой слоев грунта основания, каждый из которых не более 2 м, по механическим свойствам грунта и нагрузкой на сваю, расчетом (методом подбора) находят значение надежности, соответствующей нормативному значению. Алгоритм расчета надежности рассмотрен на приведенных в работе примерах.

Выводы. Расчет надежности свай построен на фактической информации о работе сваи в грунте основания по действующим нормативным документам РФ, поэтому предложенный метод расчета надежности висячей сваи может найти применение в практике расчетов надежности свай. Также он может быть использован при расчетах других несущих элементов, в нормативной литературе и в учебной работе строительных вузов.

висячая свая, несущая способность грунта, безопасность, надежность эксплуатации, возможность отказа, длина сваи, нормативное значение надежности, алгоритм расчета надежности

DOI: 10.22227/2305-5502.2018.4.1

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Скачать
 
2
Cейсмостойкость причальной стенки по результатам численного моделирования

Есиновский Виктор Аронович — кандидат технических наук, главный инженер, Экспертный центр по безопасности гидротехнических сооружений «Гидротехэкспертиза», 105183, г. Москва, Окружной пр., д. 15, корп. 2, оф. 617, esinovskiy@gtexpert.ru;

Саинов Михаил Петрович — кандидат технических наук, доцент кафедры гидравлики и гидротехнического строительства, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, mp_sainov@mail.ru;

Зайцев Борис Андреевич — студент, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, zaytsev_uefa@mail.ru;

Филиппов Сергей Андреевич — студент, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ss060997@gmail.com.

Введение. Новые строительные нормы предусматривают существенное увеличение величин сейсмических нагрузок, которые должны воспринимать гидротехнические сооружения. В связи с этим даже в районах с низкой сейсмической активностью может возникать проблема обеспечения сейсмостойкости гидротехнических сооружений. Особенно остро это проявляется у причальных сооружений. Как правило, они не столь массивны, чтобы выдержать сейсмические нагрузки. Вопрос о сейсмостойкости причальных сооружений недостаточно изучен. Рассматриваются результаты численного моделирования сейсмостойкости причально-разделительной стенки при 7-балльном землетрясении. Исследовалось сооружение высотой около 24 м, расположенное на нескальном основании.

Материалы и методы. Сейсмостойкость причального сооружения оценивалась путем расчета его напряженно-деформированного состояния при действии сейсмических сил. Расчеты проводились методом конечных элементов. Сейсмические нагрузки на сооружение определялись двумя способами — по линейно-спектральной теории и по динамической теории. Для расчета сейсмических нагрузок определялись 30 низших частот и форм собственных колебаний сооружения совместно с массивом его основания. При расчете по динамической теории сейсмическое воздействие задавалось в виде акселерограммы, принятой для аналогичных условий. Направление сейсмического воздействия принималось горизонтальным.

Результаты. По динамической теории сейсмические нагрузки оказались ниже, чем по линейно-спектральной теории. Однако качественно результаты расчета напряженно-деформированного состояния причального сооружения оказались близки. Было выявлено, что сейсмические силы на причальную стенку будут достигать около четверти от веса сооружения. Под действием таких сил стенка причала потеряет свою устойчивость.

Выводы. Для обеспечения сейсмостойкости рекомендуется объединить причальную стенку и фундаментную плиту в единую монолитную конструкцию, а также усилить нижнюю часть конструкции и облегчить верхнюю.

сейсмические нагрузки, причальная стенка, устойчивость, динамическая теория, численное моделирование

DOI: 10.22227/2305-5502.2018.4.2

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Скачать

СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА И РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ

3
Аналитическое решение задачи о частоте колебания груза в произвольном узле балочной фермы в системе Maple

Кирсанов Михаил Николаевич — доктор физико-математических наук, профессор кафедры робототехники, мехатроники, динамики и прочности машин, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» (НИУ «МЭИ»), 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, c216@ya.ru;

Тиньков Дмитрий Владимирович — аспирант кафедры робототехники, мехатроники, динамики и прочности машин, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» (НИУ «МЭИ»), 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, dvtinkov@yandex.ru.

Введение. Исследуются колебания массивного груза на плоской статически определимой симметричной ферме регулярного типа с параллельными поясами. Масса фермы не учитывается. Рассматриваются свободные вертикальные колебания. Жесткость стержней фермы принята одинаковой, деформации упругие. Решетка фермы двойная с нисходящими раскосами и стойками. Новым в постановке и решении задачи является аналитическая форма решения, позволяющая на практике легко оценивать частотные характеристики сооружения в зависимости от произвольного числа панелей фермы и места расположения груза.

Материалы и методы. Используются операторы и методы системы компьютерной математики Maple. Для определения усилий в стержнях применяется метод вырезания узлов. Общие члены последовательностей коэффициентов решения для различных чисел панелей получаются из решения линейных однородных рекуррентных уравнений различного порядка, полученных специальными операторами системы Maple. Зависимость от двух произвольных натуральных параметров выявляется в два этапа. Сначала находятся решения для фиксированных положений груза, затем эти решения обобщаются в одну конечную формулу для частоты.

Результаты. По серии отдельных решений задачи о колебании груза методом двойной индукции удалось найти общие члены всех последовательностей. Решение имеет полиномиальную по обоим натуральным параметрам форму. Графики, построенные для частных случаев, показали адекватность подхода. Отмечен скачкообразный немонотонный характер изменения частоты в зависимости от числа панелей фермы и некоторые другие особенности решения.

Выводы. Показано, что метод индукции, ранее применимый в основном к задачам статики с одним параметром (числом панелей фермы), вполне работоспособен и в задачах колебаний с двумя натуральными параметрами. Следует отметить возникающие значительные трудозатраты и существенный рост времени символьных преобразований в таких задачах.

ферма, колебания, двойная индукция, Maple, частота колебаний, точное решение, место груза, число панелей фермы

DOI: 10.22227/2305-5502.2018.4.3

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Скачать
ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗДАНИЙ. ПРОБЛЕМЫ ЖКК. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ. БЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. ЭКОЛОГИЯ
4
Верификация конечно-элементных моделей резинометаллических опор в расчетных программных комплексах

Мкртычев Олег Вартанович — доктор технических наук, профессор кафедры сопротивления материалов, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, mkrtychev@yandex.ru;

Бунов Артем Анатольевич — кандидат технических наук, инженер научно-исследовательской лаборатории «Надежность и сейсмостойкость сооружений», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, a_bunov@mail.ru.

Введение. При проектировании зданий и сооружений с системой сейсмоизоляции в виде резинометаллических опор (РМО) со свинцовым сердечником необходимо выполнять соответствующие расчетные обоснования эффективности и целесообразности ее применения. Эти требования приводят к необходимости моделирования опор в общей конечно-элементной модели для учета их совместной работы с сооружением. При этом у расчетчика существует множество разных вариантов моделирования РМО, которые связаны с реализованной моделью их работы. Для доказательства достаточности и достоверности полученных результатов расчета, необходимы критерии выбора применяемой модели работы РМО.

Материалы и методы. Для получения достоверных выводов сравним диаграммы работы и периоды собственных колебаний РМО при различных вариантах их численного моделирования в программных комплексах с результатами заводских испытаний.

Результаты. Исследования показали, что предельные значения горизонтальной силы и сдвига для всех рассматриваемых случаев совпадают, однако периоды собственных колебаний и диаграммы работы опоры отличаются. Данные различия можно объяснить использованием в ПК Ansys/LS-Dyna более достоверной модели работы опоры, что видно при сравнении диаграмм их работ.

Выводы. Анализ работы сооружения с РМО работающими по идеализированной линейной модели возможен только для сооружений нормального уровня ответственности. Для сооружений повышенного уровня ответственности необходимо использовать идеализированные нелинейные модели.

сейсмоизоляция, резинометаллическая опора, сейсмическое воздействие, линейно-спектральный метод, прямой динамический метод, идеализированная линейная модель, идеализированная нелинейная модель, диаграмма, натурный эксперимент, конечно-элементная модель

DOI: 10.22227/2305-5502.2018.4.4

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Скачать

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЗДАНИЙ. ПРОБЛЕМЫ ЖКК. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ. БЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. ЭКОЛОГИЯ

5
Выбор рациональной схемы движения газов в бытовой печи

Шевяков Владимир Викторович — кандидат технических наук, независимый исследователь, shevvladimir@gmail.com, orcid.org/0000-0001-5946-2742.

Введение. Представлен подход к правильному выбору системы движения газов в печи, дозированной подачи воздуха в печь, выбору размеров газоходов печи, длины их каналов и их количества. Согласование печи с печной трубой позволяет получить наиболее рациональную конструкцию печи.

Явление, которое возникает в любом нагретом вертикальном канале по отношению к температуре наружного воздуха, называют «тяга» для печной трубы и «самотяга» для участков печи. Тяга или самотяга (разряжение или напор) выражается в единицах давления в Па. В зависимости от того, какой конец канала связан с атмосферой, этот канал может создавать или разряжение, или напор.

Суммируя величины самотяги на всех участках печи, можно получить суммарное значение самотяги для всей печи. Все канальные печи по схеме движения горячих газов делят на две характерные группы: прямоточки и противоточки. Такое различие в движении горячих газов сильно влияет на суммарную величину самотяги печи.

Поскольку на процесс горения дров влияет общая тяга печной системы, т.е. тяга трубы и самотяга самой печи, то исследование различных схем движения газов в печи, позволило предложить наиболее рациональную схему движения газов в печи, на которую получен патент на полезную модель, что позволяет получить более равномерный процесс горения дров в бытовой печи и в итоге повышает КПД печи.

Целью исследования является анализ различных схем движения горячих газов в печи и выбор наиболее рациональной схемы.

Материалы и методы. Проведен подробный анализ и исследование влияния различных схем движения газов в бытовой печи на характеристики печи.

Результаты. Результаты исследования и анализа использованы для выработки рекомендаций по выбору наиболее рациональной схемы движения газов в печи и выбору ее конструктивных параметров.

Выводы. Результаты работы можно рекомендовать при разработке бытовых печей.

бытовые печи, канальные и колпаковые, прямоточки и противоточки, тяга и самотяга в печной системе

DOI: 10.22227/2305-5502.2018.4.5

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Скачать