N 6 за 2015год
Расчёты на прочность
А.Ю. ЕРШОВА, к.т.н., доц., М.И. МАРТИРОСОВ, к.т.н., доц. (Московский авиационный институт)
Расчёты на прочность
А.Ю. ЕРШОВА, к.т.н., доц., М.И. МАРТИРОСОВ, к.т.н., доц. (Московский авиационный институт)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ КОМПОЗИТОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ, СЖАТИЕ И ИЗГИБ...2
Представлено экспериментальное изучение механических свойств одного из видов зернистых полимерных композиционных материалов на полиэфирной основе – литьевого искусственного камня. Данный композит широко применяется в различных отраслях промышленности и строительства, в машиностроении, при реализации некоторых перспективных нанотехнологий. В настоящее время данный материал используется в авиации и космонавтике, как легкий и нерадиоактивный отделочный материал. По результатам машинных испытаний с использованием современного измерительного оборудования и тензометрических методов измерения деформаций впервые определены упругие характеристики исследуемого материала при растяжении и сжатии. С использованием методов податливости и К-тарировки получены экспериментальные значения характеристик вязкости разрушения исследуемого материала. Проведено сопоставление механических характеристик, полученных при различных видах испытаний, сопоставление результатов испытаний исследуемого литьевого искусственного камня с подобными характеристиками натурального камня.
Ключевые слова: экспериментальные исследования, упругие характеристики материала, полимерные композиционные материалы, зернистые композиты, литьевой искусственный камень.
UDC 539.3. Yershova A.U., Martirosov M.I. Determination of the mechanical properties of particulate-reinforced composites the results of tensile tests, compression and bending.
The article presents an experimental study of the mechanical properties of one type of granular polymer composites polyester-based molding artificial stone. This compound is widely used in various industries and construction, in engineering, in the implementation of some promising nanotechnologies. Currently this material is used in aviation and aerospace, as nonradioactive and light finishing material. According to the results of engine tests using modern instrumentation and strain measurement methods of deformations for the first time the elastic characteristics of the material in tension and compression. Using the methods of compliance and calibration of the experimental values of characteristics of fracture toughness of the material tested. A comparison of the mechanical characteristics obtained for different types of tests, comparison of test results of the investigated molding artificial stone with similar characteristics of natural stone.
Key words: experimental studies, elastic properties, polymeric composites, granular composites, injection artificial stone.
The article presents an experimental study of the mechanical properties of one type of granular polymer composites polyester-based molding artificial stone. This compound is widely used in various industries and construction, in engineering, in the implementation of some promising nanotechnologies. Currently this material is used in aviation and aerospace, as nonradioactive and light finishing material. According to the results of engine tests using modern instrumentation and strain measurement methods of deformations for the first time the elastic characteristics of the material in tension and compression. Using the methods of compliance and calibration of the experimental values of characteristics of fracture toughness of the material tested. A comparison of the mechanical characteristics obtained for different types of tests, comparison of test results of the investigated molding artificial stone with similar characteristics of natural stone.
Key words: experimental studies, elastic properties, polymeric composites, granular composites, injection artificial stone.
В.В. КАТЮШИН, к.т.н. (Научно-исследовательская и проектно-строительная фирма УНИКОН, г. Кемерово)
О КОЭФФИЦИЕНТАХ ПРОДОЛЬНОГО ИЗГИБА ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ И ВНЕЦЕНТРЕННОМ СЖАТИИ В ОБЛАСТИ МАЛЫХ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТОВ (ПО СНИП II-23-81* И СП 16.13330.2011)…7
Рассмотрены вопросы расчета на устойчивость стальных стержней при центральном и внецентренном сжатии с разными формами сечений по СП 16.13330.2011 и СНиП II-23-81*. Выявлено, что в области малых эксцентриситетов коэффициенты внецентренного сжатия существенно, до 30 %, превышают коэффициенты центрального сжатия и увеличиваются с ростом гибкости (увеличение от 3—4 % до 25—30 %). Этот факт свидетельствует о том, что, согласно действующим нормам, несущая способность центрально сжатых стержней фиктивно «повышается» при приложении к ним небольших моментов, что противоречит физическому смыслу. Рассмотрение стержней с различной формой сечения показало, что в области малых эксцентриситетов влияние формы сечений в ряде случаев различно для центрально- и внецентренно сжатых элементов, что также противоречит физическому смыслу. Данное положение приводит к опасным ситуациям в виде мнимого «повышения» несущей способности сжатых стержней при приложении к ним моментов или изменения формы сечения. Сделаны предложения по корректировке норм.
Ключевые слова: продольная устойчивость центрально и внецентренно сжатых стержней, коэффициенты продольной устойчивости, нормы проектирования стальных конструкций.
UDC 624.0722. Katyushin V.V. On the coefficients of buckling at the central and eccentric compression at low eccentricities (SNIP II-23-81* and SP 16.13330.2011).
Calculation questions on stability of cores are considered at the central and non-central compression with various forms of sections on norms (SNiP-II-23-81 and SP 16.13330.2011). It is revealed that coefficients of non-central compression in the field of small эксцентриситетов significantly exceed coefficients of the central compression that leads to dangerous situations in the form of «increase» of bearing ability of the squeezed cores at the annex of the moments to them. Offers on correction of norms are made.
Key words: longitudinal stability of central and eccentrically compressed bars, the coefficients of longitudinal stability, structural steel design codes.
Calculation questions on stability of cores are considered at the central and non-central compression with various forms of sections on norms (SNiP-II-23-81 and SP 16.13330.2011). It is revealed that coefficients of non-central compression in the field of small эксцентриситетов significantly exceed coefficients of the central compression that leads to dangerous situations in the form of «increase» of bearing ability of the squeezed cores at the annex of the moments to them. Offers on correction of norms are made.
Key words: longitudinal stability of central and eccentrically compressed bars, the coefficients of longitudinal stability, structural steel design codes.
А.П. ЛОКТИОНОВ, д.т.н., проф. (Юго-Западный государственный университет, г. Курск)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНУТРЕННИХ СИЛОВЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИЗГИБЕ ТРУБЧАТОГО ЭЛЕМЕНТА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНЫМ МЕТОДОМ..10
Получено решение задачи экспериментально-расчетного определения внутренних силовых факторов при поперечном изгибе трубчатого элемента с учетом различных теорий поперечного изгиба и применения навесного измерителя. Для инженерного расчета получены формулы зависимости показания измерительного прибора от силовых факторов.
Ключевые слова: силовой элемент, поперечный изгиб, теория упругости, перемещение, измеритель.
UDC 69.04. Loktionov A.P. The definition of the internal power factors at sideways bending of the tubular element with the use of experimental and calculation method.
The solution of the problem of experimental and calculated determination of the internal power factors at sideways bending of the tubular element, taking into account the various theories of lateral bending and the application of attachment of the measurer. For engineering calculation formulas were obtained depending indications measuring device from of the internal power factors.
Key words: supporting element, sideways bending, elasticity theory, relocation, measurer.
The solution of the problem of experimental and calculated determination of the internal power factors at sideways bending of the tubular element, taking into account the various theories of lateral bending and the application of attachment of the measurer. For engineering calculation formulas were obtained depending indications measuring device from of the internal power factors.
Key words: supporting element, sideways bending, elasticity theory, relocation, measurer.
А.И.ПРИТЫКИН, д.т.н., А.С.ЛАВРОВА, инж. (Калининградский государственный технический университет, Балтийский федеральный университет им.Иммануила Канта, г. Калининград)
ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ И ЗАРУБЕЖНЫЙ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ПРОГИБОВ ПЕРФОРИРОВАННЫХ БАЛОК…17
Наиболее распространенными в строительной практике являются балки с шестиугольными и круглыми вырезами, поэтому в данной работе проведен сравнительный анализ результатов расчета деформаций двутавровых перфорированных балок именно с такими вырезами. Вычисления производились по формуле, предложенной А.И. Притыкиным, основанной на теории составных стержней, и по методике с использованием схемы безраскосной фермы Виренделя, широко распространенной на Западе. В качестве критерия достоверности приняты результаты расчета балок методом конечных элементов. На основании полученных результатов сделан вывод о приемлемости теории составных стержней для вычисления прогибов балок не только для классической перфорации с высотой шестиугольных вырезов равной 0,667Н и шириной перемычки равной стороне выреза, но и при любой относительной ширине перемычек в диапазоне 0,3≤c/а≤1. При этом погрешность расчета не превышает 4 %. Расчетная схема Виренделя дает большую погрешность и практически неприменима для оценки прогибов перфорированных балок с узкими перемычками.
Ключевые слова: прогиб, перфорированная двутавровая балка, шестиугольные вырезы, круглые вырезы, теория составных стержней, расчетная схема Виренделя, МКЭ.
UDC 624.072.014.2. Pritykin A.I., Lavrova A.S. Native and foreign approaches to prediction of the perforated beams deflections.
In structural practice the castellated beams and beams with circular openings are being extensively used in structural applications. That is why in the work it was performed the compared analysis of results of calculation of the perforated beams deflections with such openings. Calculations were performed on A.I. Pritykin formula based on the theory of composite bars and with the method based on scheme of Vierendeel truss without a diagonal braces widespread in abroad. As the criteria of truth it was taken results of calculation of perforated beams with the finite element method. On base of obtained results it was concluded the theory of composite bars is quite applicable to prediction of deflections of the perforated beams not only for classic perforation with height of openings 0.667 H, when width of web-post is equal to side of opening but for any relative width of web-posts in rate . Error of calculation in this case does not exceed 4 %. Сalculation according to Vierendeel scheme lead to bigger errors and such formula is not suitable for prediction of the perforated beams deflections with narrow web-posts.
Key words: deflection, perforated I-beam, hexagonal and circular openings, theory of composite bars, scheme of Vierendeel, FEM.
In structural practice the castellated beams and beams with circular openings are being extensively used in structural applications. That is why in the work it was performed the compared analysis of results of calculation of the perforated beams deflections with such openings. Calculations were performed on A.I. Pritykin formula based on the theory of composite bars and with the method based on scheme of Vierendeel truss without a diagonal braces widespread in abroad. As the criteria of truth it was taken results of calculation of perforated beams with the finite element method. On base of obtained results it was concluded the theory of composite bars is quite applicable to prediction of deflections of the perforated beams not only for classic perforation with height of openings 0.667 H, when width of web-post is equal to side of opening but for any relative width of web-posts in rate . Error of calculation in this case does not exceed 4 %. Сalculation according to Vierendeel scheme lead to bigger errors and such formula is not suitable for prediction of the perforated beams deflections with narrow web-posts.
Key words: deflection, perforated I-beam, hexagonal and circular openings, theory of composite bars, scheme of Vierendeel, FEM.
А.В.ПОДЗОРОВ,инж., В.В.ЗВЕРЕВ,д.т.н.,проф., Н.Ю.ТЕЗИКОВ, к.т.н.,доц., К.Е.ЖИДКОВ, к.т.н.,доц., И.В.КАРМАНОВ, инж. (Липецкий государственный технический университет)
РЕДУЦИРОВАНИЕ ПЛОЩАДИ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ТОНКОСТЕННОГО СТАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ СЖАТИИ…24
Легкие стальные тонкостенные конструкции нашли свою нишу на отечественном рынке металлоконструкций. Их несомненным достоинством является их малый вес, однако, в России неприняты нормы их проектирования, а действующий СП 16.13330.2011 не учитывает необходимость редуцирования (уменьшения) их поперечного сечения. В данной работе приведены результаты численных исследований методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния Побразного стального тонкостенного профиля. Представлено его редуцирование по нормам проектирования Европейского союза EN 1993-1-5 и американским нормам AISIS100-2007. Представлены теоретические основы методики редуцирования, основанной на учете изменения несущей способности профиля. Полученные результаты сопоставлены между собой, и сделан вывод о редуцировании поперечного сечения. Для рассматриваемого профиля определена эффективная (расчетная) площадь поперечного сечения, учитывающая возможность потери местной устойчивости.
Ключевые слова: редуцирование, метод конечных элементов, эффективная площадь, численное исследование, местная потеря устойчивости, деформирование, нелинейный анализ, несущая способность, эффективная ширина, начальное несовершенство.
UDC 624.014. Podzorov A.V., Zverev V.V., Tezikov N.Y., Zhidkov K.E., Karmanov I.V. Reducing the cross sectional area of thinwalled steel sections under central compression.
Light steel thin-walled structures have found their niche in the domestic market of steel structures. Their undoubted advantage is their low weight, however, Russia has not accepted the norms of designing and operating the joint venture 16.13330.2011 not take into account the need for reduction (reduction) of their cross-section. This paper presents the results of numerical studies of the finite element method of stress-strain state of the U-shaped steel thin-walled profile. Presented by reducing its design standards of the European Union EN 1993-1-5 and American standards AISI S100-2007. The theoretical bases of the methods of reduction, based on the accounting change the bearing capacity of the profile. The results are compared with each other, and concluded that reducing the cross1section. For the reporting profile to determine the effective (calculated) cross-sectional area, taking into account the possibility of loss of local stability.
Key words: reducing, finite element method, the effective area, numerical study, local buckling, deformation, nonlinear analysis, bearing capacity, the effective width, initial imperfection.
Light steel thin-walled structures have found their niche in the domestic market of steel structures. Their undoubted advantage is their low weight, however, Russia has not accepted the norms of designing and operating the joint venture 16.13330.2011 not take into account the need for reduction (reduction) of their cross-section. This paper presents the results of numerical studies of the finite element method of stress-strain state of the U-shaped steel thin-walled profile. Presented by reducing its design standards of the European Union EN 1993-1-5 and American standards AISI S100-2007. The theoretical bases of the methods of reduction, based on the accounting change the bearing capacity of the profile. The results are compared with each other, and concluded that reducing the cross1section. For the reporting profile to determine the effective (calculated) cross-sectional area, taking into account the possibility of loss of local stability.
Key words: reducing, finite element method, the effective area, numerical study, local buckling, deformation, nonlinear analysis, bearing capacity, the effective width, initial imperfection.
М.П.СОН1,к.т.н.,доц., Д.В.КОНИН2,к.т.н.(1Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2 ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко - АО«НИЦ«Строительство»), г. Москва)
ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ БАЛОК С КОЛОННАМИ В СТАЛЬНЫХ КАРКАСАХ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ…29
Рассмотрены основные достоинства и недостатки фланцевых соединений балок с колоннами, описана их работа, показаны различия к подходам расчета и проектирования отечественных и мировых норм. Российский прокат имеет большую номенклатуру по высоте и ширине сечения, что значительно усложняет стыковку элементов. Также стенки отечественных двутавров, как правило, имеют минимальную толщину. Для обоснования возможности введения в РФ практики применения фланцевых соединений в узлах сопряжения «балка – колонна», следует провести всесторонние исследования, включающие: испытания моделей узлов, численные эксперименты для различных конфигураций узлов, анализ отечественного и зарубежного опыта применения фланцев. Использование резервов несущей способности конструкций с учетом развития пластических деформаций (аналогично Европейским нормам) существенно снижает металлоемкость узлов и упрощает конструирование. В то же время пластические деформации не учитываются в российской практике расчетов и проектирования фланцевых узлов.
Ключевые слова: фланец, узел, колонна, балка, соединение, металлокаркас.
UDC 624.04; 624.014. Son M.P. , Konin D.V. Flange connections of beams to columns in steel frames in residential and public buildings.
Today, in developed countries, the proportion of steel frames for buildings of residential or public use comparable or higher than the share of construction in reinforced concrete. In practice, the construction of frames in the joints of mating bearing elements are widely used flange connection. The article describes the main advantages and disadvantages of flange connections of beams to columns, described their work, shows the differences to the approaches of analysis and design of domestic and international norms. The Russian metal rolling has a large range of height and width of the cross section, which greatly complicates the joining of elements. Also the walls of the domestic I-beams typically have a minimum thickness. To substantiate the possibility of the introduction in Russia of the practice of application of flange connections in the interface nodes of the «beam-column», should conduct a comprehensive study, including: testing models of nodes, numerical experiments for different configurations of nodes, the analysis of domestic and foreign experience in the use of flanges. The use of the reserves of carrying capacity in the admission of development of plastic deformations (similar to European standards) significantly reduces the metal content of the nodes and simplifies its design. At the same time, the presence of plastic deformations is contrary to the existing practice for design and calculation of flanged hubs.
Key words: flange, node, column, beam, joint, metal frame.
Today, in developed countries, the proportion of steel frames for buildings of residential or public use comparable or higher than the share of construction in reinforced concrete. In practice, the construction of frames in the joints of mating bearing elements are widely used flange connection. The article describes the main advantages and disadvantages of flange connections of beams to columns, described their work, shows the differences to the approaches of analysis and design of domestic and international norms. The Russian metal rolling has a large range of height and width of the cross section, which greatly complicates the joining of elements. Also the walls of the domestic I-beams typically have a minimum thickness. To substantiate the possibility of the introduction in Russia of the practice of application of flange connections in the interface nodes of the «beam-column», should conduct a comprehensive study, including: testing models of nodes, numerical experiments for different configurations of nodes, the analysis of domestic and foreign experience in the use of flanges. The use of the reserves of carrying capacity in the admission of development of plastic deformations (similar to European standards) significantly reduces the metal content of the nodes and simplifies its design. At the same time, the presence of plastic deformations is contrary to the existing practice for design and calculation of flanged hubs.
Key words: flange, node, column, beam, joint, metal frame.
Расчёты на устойчивость
Г.М. УЛИТИН, д.т.н., проф., С.Н. ЦАРЕНКО, к.т.н., доц. (Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина)
УСТОЙЧИВОСТЬ УПРУГОГО ВЕСОМОГО СТЕРЖНЯ ПЕРЕМЕННОЙ ИЗГИБНОЙ ЖЕСТКОСТИ, МОДЕЛИРУЮЩЕГО КОНСТРУКЦИИ БАШЕННОГО ТИПА…36
Исследована задача устойчивости стержня переменной изгибной жесткости, который моделирует конструкции решетчатых башен. В качестве математической модели используется дифференциальное уравнение продольного изгиба стержня, решение которого находится в аналитическом виде с использованием функций Бесселя и Ломмеля. В представленной модели учитывается одновременное действие сосредоточенных и распределенных продольных нагрузок. Полученное решение позволяет рассматривать схемы с произвольными граничными условиями закрепления. В качестве примера составлено уравнение для нахождения критических нагрузок в консольном стержне. Проведен анализ влияния геометрии конструкции на относительные величины критических нагрузок. Для предельных значений параметра относительного поперечного размера сделано сравнение с известными результатами исследований. Для инженерных расчетов предложены аппроксимирующие зависимости определения величин критического веса и критической силы при произвольном соотношении поперечных размеров оснований конструкции.
Ключевые слова: решетчатая башня, стержень переменной жесткости, весомый стержень, устойчивость.
UDC 539.3:624.04. Ulitin G.M., Tsarenko S.N. Stability of variable stiffness elastic rod, which simulates a lattice towers.
The problem of stability of lattice towers is investigated in the article on the basis of the mathematical model of the bending of the variable stiffness weighty rod. Equation was obtained for finding of elastic buckling in a cantilever column. The approximate equation proposed for define the critical weight and the critical force for different dimension ratios ends of rod.
Key words: lattice tower, variable stiffness rod, weighty rod, buckling.
The problem of stability of lattice towers is investigated in the article on the basis of the mathematical model of the bending of the variable stiffness weighty rod. Equation was obtained for finding of elastic buckling in a cantilever column. The approximate equation proposed for define the critical weight and the critical force for different dimension ratios ends of rod.
Key words: lattice tower, variable stiffness rod, weighty rod, buckling.
Динамические расчёты
Г.Г. БУЛЫЧЕВ, д.физ.мат.наук, проф. (МГТУ МИРЭА, г. Москва)
ДИНАМИКА ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И ГРУНТОВ…41
Численный метод пространственных характеристик используется для моделирования динамики пористых материалов и грунтов. Алгоритмы метода модернизируются таким образом, что позволяют рассматривать волновые процессы в полуограниченных телах при различных способах нагружения, как на границе тела, так и внутри пор. Поры могут быть пустыми, заполненными газом или заполненными и жидкостью и газом. Каркас предполагается состоящим из линейно упругого материала, для жидкости, содержащейся в порах, предполагаются вес и условия прилипания к стенкам пор. Весом газа, заполняющего поры пренебрегают. Рассматриваются волновые процессы в каркасе и их связь с наполнением пор. Показано, что в случае заполнения пор жидкостью возможны колебательные процессы, которые могут быть затухающими, стационарными и нарастающими. Объяснены причины таких колебаний. Приближенно рассчитана скорость второй продольной волны, возникающей из-за наличия жидкости в порах. Обсуждены возможности дальнейшего развития метода пространственных характеристик к задачам этого класса.
Ключевые слова: пористые материалы и грунты, линейно упругий материал, колебательные процессы, метод пространственных характеристик, динамические расчеты.
UDC 5.393. Bulychev G.G. Dynamics of cellular materials and soils.
In this article the numerical method of spatial characteristics developed by the author is used for modelling of dynamics of cellular materials and soils. Algorithms of a method are modernised in such a manner that allow to view wave processes in semirestricted areas at various manners of a loading, both on skew field boundary, and in pores. Pores can be empty, filled with gas or filled both a fluid and gas. The skeleton is supposed consisting of linearly elastic material, for a fluid containing in pores are guessed weight and adhesion requirements to walls of pores. Weight of the gas filling pores is neglected. Wave processes in a skeleton and their connection with filling of pores are considered. It is shown that in case of filling of pores with a fluid the vibrational processes are possible. They can be damped out, stationary and amplified. The reasons of such oscillations are explained. Velocity of the second longitudinal wave arising because of presence of a fluid in pores is approximately calculated. Possibilities of the further development of a method of spatial characteristics to problems of this class are considered.
Key words: porous materials and soils, linearly elastic material, oscillatory processes, the method of spatial characteristics, dynamic calculations.
In this article the numerical method of spatial characteristics developed by the author is used for modelling of dynamics of cellular materials and soils. Algorithms of a method are modernised in such a manner that allow to view wave processes in semirestricted areas at various manners of a loading, both on skew field boundary, and in pores. Pores can be empty, filled with gas or filled both a fluid and gas. The skeleton is supposed consisting of linearly elastic material, for a fluid containing in pores are guessed weight and adhesion requirements to walls of pores. Weight of the gas filling pores is neglected. Wave processes in a skeleton and their connection with filling of pores are considered. It is shown that in case of filling of pores with a fluid the vibrational processes are possible. They can be damped out, stationary and amplified. The reasons of such oscillations are explained. Velocity of the second longitudinal wave arising because of presence of a fluid in pores is approximately calculated. Possibilities of the further development of a method of spatial characteristics to problems of this class are considered.
Key words: porous materials and soils, linearly elastic material, oscillatory processes, the method of spatial characteristics, dynamic calculations.
А.Г. ТЯПИН, д.т.н. (ОАО «Атомэнергопроект», г. Москва)
ОБОБЩЕНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО АСИМПТОТИЧЕСКОГО МЕТОДА НА ЗАДАЧИ С ДИНАМИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ. Часть I: УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ЖЕСТКОГО ФУНДАМЕНТА….45
Наряду с сейсмическим воздействием в атомной энергетике рассматриваются и другие динамические воздействия на сооружения. Автор обобщает комбинированный асимптотический метод (КАМ), ранее разработанный для сейсмических воздействий, на случай динамических воздействий на верхнее строение. КАМ показал свою эффективность в расчете на сейсмические воздействия с учетом взаимодействия сооружений с основанием. Его главной идеей является конденсация динамических жесткостей и нагрузок к жесткой поверхности контакта фундамента с основанием. Уравнения движения решаются в частотном диапазоне, потом определяется движение контактной поверхности во времени. После этого можно либо рассчитывать отдельно сооружение на жестком фундаменте с заданным кинематическим воздействием (это т.н. «первая опция» КАМ), либо переходить к платформенной модели системы «сооружение-основание», подбирая воздействие на платформе специально так, чтобы жесткая контактная поверхность двигалась заданным образом (это т.н. «вторая опция» КАМ). В первой части публикации автор выводит уравнения движения жесткой контактной поверхности сооружения с основанием в частотном диапазоне для случаев материального и рэлеевского демпфирования в сооружении.
Ключевые слова: динамическое воздействие, взаимодействие сооружений с основанием, удар самолета.
UDC 539.3. Tyapin A.G. Extension of the combined asymptotic method for the problems with dynamic loads impacting the upper structure. Part I: Equations of motion for rigid basement.
Beside seismic loads some other dynamic loads impacting structures are considered in nuclear industry. The author is extending the combined asymptotic method (CAM) previously developed for seismic loads for dynamic loads impacting the upper structure. CAM has proved to be effective in seismic analyses considering soil1structure interaction (SSI). The key idea of CAM is a condensation of dynamic stiffness and loads to the rigid surface of soil-structure contact. Equations of motion are solved in the frequency domain; then time histories of base response are calculated. After that one either calculates structural response to the kinematical excitation set up at the rigid base (this is the socalled «first option of CAM»), or develops a platform model of the soil-structure system, tuning the platform kinematical excitation so as to provide given base response (this is the socalled «second option of CAM»). In the first part of the paper the author develops the equation of motion for rigid soil-structure contact surface for the cases of material structural damping and Rayleigh structural damping.
Key words: dynamic loads, soil-structure interaction, aircraft impact.
Beside seismic loads some other dynamic loads impacting structures are considered in nuclear industry. The author is extending the combined asymptotic method (CAM) previously developed for seismic loads for dynamic loads impacting the upper structure. CAM has proved to be effective in seismic analyses considering soil1structure interaction (SSI). The key idea of CAM is a condensation of dynamic stiffness and loads to the rigid surface of soil-structure contact. Equations of motion are solved in the frequency domain; then time histories of base response are calculated. After that one either calculates structural response to the kinematical excitation set up at the rigid base (this is the socalled «first option of CAM»), or develops a platform model of the soil-structure system, tuning the platform kinematical excitation so as to provide given base response (this is the socalled «second option of CAM»). In the first part of the paper the author develops the equation of motion for rigid soil-structure contact surface for the cases of material structural damping and Rayleigh structural damping.
Key words: dynamic loads, soil-structure interaction, aircraft impact.
Численные методы
А.С. ГОРОДЕЦКИЙ, д.т.н., проф. (ООО «ЛИРА-САПР», г. Киев, Украина)
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СУПЕРЭЛЕМЕНТОВ ПРИ РЕШЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАДАЧ СТРОИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИКИ….51
Рассматривается общая схема решения задачи строительной механики на основе метода суперэлементнов. Представлены примеры демонстрирующие преимущества СЭ: моделирование здания из блоков; проблема с локализованной зоной нелинейности; моделирование матрицы жесткости стержня с учетом физической нелинейности; моделирование матрицы жесткости сваи с учетом взаимодействия с грунтовым массивом.
Ключевые слова: метод суперэлементов, проблема большеразмерной задачи, матрица жесткости, физическая нелинейность.
UDC 624.012.2.04:681.3. Gorodetsky A.S. Application of superelements for solving different problems of structural mechanics.
There is observed the general scheme of structural mechanics problem solution on the basis of superelement method. There are represented examples with consideration of MC 7 advantages: large1scale problem of the building made of blocks; problems with localized area of nonlinearity; modeling of bar stiffness matrix tacking into account of physical nonlinearity; modeling of pile stiffness matrix tacking into account interaction with subgrade.
Key words: superelement method, large-scale problem, stiffness matrix, physical nonlinearity.
There is observed the general scheme of structural mechanics problem solution on the basis of superelement method. There are represented examples with consideration of MC 7 advantages: large1scale problem of the building made of blocks; problems with localized area of nonlinearity; modeling of bar stiffness matrix tacking into account of physical nonlinearity; modeling of pile stiffness matrix tacking into account interaction with subgrade.
Key words: superelement method, large-scale problem, stiffness matrix, physical nonlinearity.
Основания и фундаменты
А.И. ДЬЯКОВ, инж. (Академия строительства и архитектуры Крымского федерального университета им.В.И. Вернадского, г. Симферополь)
УЧЕТ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМАЛЬНЫХ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПОД ПОДОШВОЙ ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИХ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ МАЛОЦИКЛОВЫХ НАГРУЗКАХ В РАСЧЕТЕ НА ПРОДАВЛИВАНИЕ….57
Рассмотрены вопросы трансформации эпюры нормальных контактных напряжений под подошвой отдельно стоящих фундаментов при малоцикловых нагружениях. Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований. Предложена методика определения нормальных контактных напряжений и расчета фундаментов на продавливание с учетом истории нагружений.
Ключевые слова: столбчатые фундаменты, малоцикличные нагрузки, продавливание, нормальные контактные напряжения.
UDC 624.151.5. Dyakov A.I. Accounting for the redistribution of normal contact stresses under the sole detached foundations in the low-cycle loads per punching.
The problem softrans formation diagrams of normal contact stresses under the sole pier foundation under cyclic loading. The results of experimental and theoretical studies. The method of determining the contact stresses in view of the loading history of the foundation and calculation of foundations punching.
Key words: pier foundation, cyclic loading, punching, normal contact stresses.
The problem softrans formation diagrams of normal contact stresses under the sole pier foundation under cyclic loading. The results of experimental and theoretical studies. The method of determining the contact stresses in view of the loading history of the foundation and calculation of foundations punching.
Key words: pier foundation, cyclic loading, punching, normal contact stresses.
Расчёты на надежность
В.С. УТКИН, д.т.н., проф., С.А. СОЛОВЬЕВ, инж., А.А. КАБЕРОВА, инж. (Вологодский государственный университет)
ЗНАЧЕНИЕ УРОВНЯ СРЕЗА (РИСКА) ПРИ РАСЧЕТЕ НАДЕЖНОСТИ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЗМОЖНОСТНЫМ МЕТОДОМ…63
В последние годы в Российской Федерации появились новые нормативные документы, содержащие требования к количественной оценке механической (конструкционной) безопасности. Одним из основных показателей механической безопасности несущих элементов конструкций является надежность. При оценке надежности возможностными методами приходится задаваться уровнем среза (риска), что вносит неопределенность в расчет надежности. В данной статье предлагается подход к определению значения уровня среза (риска) при оценке надежности однотипных несущих элементов строительных конструкций возможностными методами. На примерах показано существенное влияние уровня среза (риска) на результат расчета надежности. Приведены численные примеры на новый поход к определению уровня среза (риска) при оценке надежности однотипных несущих элементов строительных конструкций возможностным методом.
Ключевые слова: надежность, уровень риска, теория возможностей, безопасность, несущий элемент.
UDC 69.04. Utkin V.S., Solovyov S.A. The value of the cutoff level (risk) in the calculation of reliability of bearing elements by possibilistic method.
In recent years in the Russian Federation were developed new regulations containing requirements for the quantification of mechanical (structural) safety. One of the main parameter of mechanical safety of bearing structural components is reliability. In reliability calculating by possibilistic methods have to set the cutoff (risk) level, which introduces an uncertainty in the reliability calculation. This article proposes an approach of determining the significance level cutoff (risk) in calculation of reliability of the same-type load-bearing elements of building construction by possibilistic methods. The results show a significant influence of the cutoff (risk) level on the result of the reliability calculation. Numerical examples for a new approach to the determination of the cutoff (risk) level when assessing the reliability of the same-type load-bearing elements of building construction by possibilistic method were shown.
Key words: reliability; cutoff (risk) level; theory of possibility; safety; load-bearing element.
In recent years in the Russian Federation were developed new regulations containing requirements for the quantification of mechanical (structural) safety. One of the main parameter of mechanical safety of bearing structural components is reliability. In reliability calculating by possibilistic methods have to set the cutoff (risk) level, which introduces an uncertainty in the reliability calculation. This article proposes an approach of determining the significance level cutoff (risk) in calculation of reliability of the same-type load-bearing elements of building construction by possibilistic methods. The results show a significant influence of the cutoff (risk) level on the result of the reliability calculation. Numerical examples for a new approach to the determination of the cutoff (risk) level when assessing the reliability of the same-type load-bearing elements of building construction by possibilistic method were shown.
Key words: reliability; cutoff (risk) level; theory of possibility; safety; load-bearing element.
Экспериментальные исследования
М.А. ЛИПЛЕНКО1, инж., Ю.С. КУНИН1, к.т.н., проф., М.В. ВОЛОДИН2, инж. (1НИУ-МГСУ, г.Москва, 2ООО «Линдаб Билдингс», г.Ярославль)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОФИЛИРОВАННОГО НАСТИЛА НОВОГО ТИПА…67
Рассмотрены результаты и методика экспериментальных исследований профилированного настила нового типа. Испытания проводились при однопролетной и двухпролетной схеме опирания образцов. Нагрузка на образцы создавалась тарированными грузами и гидравлическим домкратом. В ходе эксперимента измерялись прогибы и опорные реакции. Испытания проводились с целью определения несущей способности профиля при различных схемах нагружения и определения его жесткостных характеристик. Выполнено сравнение результатов, полученных из экспериментов с теоретическими результатами, рассчитанными по различным методикам зарубежных нормативных стандартов AISI и Eurocode.
Ключевые слова: профилированный настил, холодногнутый профиль, местная потеря устойчивости.
UDC 624.014. Liplenko M.A., Kunin Y.S., Volodin M.V. Experimental research of new type of profiled sheeting.
The paper presents a methodology and results of an experimental study of a new type of profiled sheeting. Single and double spans static schemes were studied. Loads were applied with calibrated dumbbells and a hydraulic jack. During the tests, deflections and support reactions were measured. The aim of the experimental study was to determine the load bearing capacity of the profile for different static schemes as well as the stiffness. The test results were compared with the calculations results done in accordance with AISI and Eurocode design specifications.
Key words: profiled sheeting, cold-formed profiles, local buckling.
The paper presents a methodology and results of an experimental study of a new type of profiled sheeting. Single and double spans static schemes were studied. Loads were applied with calibrated dumbbells and a hydraulic jack. During the tests, deflections and support reactions were measured. The aim of the experimental study was to determine the load bearing capacity of the profile for different static schemes as well as the stiffness. The test results were compared with the calculations results done in accordance with AISI and Eurocode design specifications.
Key words: profiled sheeting, cold-formed profiles, local buckling.