N 6 за 2018год
Расчёты на прочность
А.С. ДЕХТЯРЬ, д.т.н., проф. Национальная академия изобразительных искусств и архитектуры, г. Киев, Украина
К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФЕРМ НАИМЕНЬШЕГО ВЕСА...2
В задаче об отыскании оптимальных проектов плоских статически определимых ферм предложено оценивать их несущую способность кинематическим методом теории предельного равновесия. Рассмотрены конкурентные формы исчерпания их несущей способности при действии вертикальной нагрузки, приложенной в узлах верхнего пояса. Полученные проекты ферм минимального веса сравниваются с известными решениями и с традициями принятой проектной практики.
Ключевые слова: ферма, несущая способность, оптимальное проектирование.
К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФЕРМ НАИМЕНЬШЕГО ВЕСА...2
В задаче об отыскании оптимальных проектов плоских статически определимых ферм предложено оценивать их несущую способность кинематическим методом теории предельного равновесия. Рассмотрены конкурентные формы исчерпания их несущей способности при действии вертикальной нагрузки, приложенной в узлах верхнего пояса. Полученные проекты ферм минимального веса сравниваются с известными решениями и с традициями принятой проектной практики.
Ключевые слова: ферма, несущая способность, оптимальное проектирование.
UDC 624.04:539.376. The minimum weight design of trusses. Dekhtyar’ A.S., National Academy of Fine Arts and Architecture, Kiev, Ukraine
In a task for optimum projects search of flat statically definable trusses the approach is offered to estimate their load carrying capacity by the kinematical method of the limit load theory . The competition forms of exhausting of their limit loads under action of the vertical loading attached in the nods of upper belt are considered. The got projects of minimum weight trusses are compaed by the formerly known decisions. and with traditions of the accepted project practice.
Key words: truss, load, carrying capacity, optimal design.
In a task for optimum projects search of flat statically definable trusses the approach is offered to estimate their load carrying capacity by the kinematical method of the limit load theory . The competition forms of exhausting of their limit loads under action of the vertical loading attached in the nods of upper belt are considered. The got projects of minimum weight trusses are compaed by the formerly known decisions. and with traditions of the accepted project practice.
Key words: truss, load, carrying capacity, optimal design.
Е.М. ЗВЕРЯЕВ, д.т.н., проф. Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, г. Москва
МЕТОД ВЫЧИСЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В УГЛОВЫХ ТОЧКАХ ДЛИННОЙ УПРУГОЙ ПОЛОСЫ...7
Классический полуобратный метод Сен-Венана в современном понимании может трактоваться как метод простых итераций. Интегрирование системы уравнений производится путем последовательного интегрирования уравнений первого порядка с малым параметром. Выполнение граничных условий на длинных краях дает отдельные уравнения для медленно и быстроменяющихся компонент решения. Медленные описывают классическое решение, быстрые — концентрацию напряжений в угловых точках длинной полосы, позволяя выполнить все условия на концах и устранить разрывы классических решений по Фридрихсу.
Ключевые слова: метод Сен-Венана, принцип сжатых отображений, концентрация напряжений, сингулярно возмущенное уравнение.
МЕТОД ВЫЧИСЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В УГЛОВЫХ ТОЧКАХ ДЛИННОЙ УПРУГОЙ ПОЛОСЫ...7
Классический полуобратный метод Сен-Венана в современном понимании может трактоваться как метод простых итераций. Интегрирование системы уравнений производится путем последовательного интегрирования уравнений первого порядка с малым параметром. Выполнение граничных условий на длинных краях дает отдельные уравнения для медленно и быстроменяющихся компонент решения. Медленные описывают классическое решение, быстрые — концентрацию напряжений в угловых точках длинной полосы, позволяя выполнить все условия на концах и устранить разрывы классических решений по Фридрихсу.
Ключевые слова: метод Сен-Венана, принцип сжатых отображений, концентрация напряжений, сингулярно возмущенное уравнение.
UDC 539.3. Method of calculation of stress concentration in angular points of long elastic strip. Zveryaev E.M., Institute of Applied Mathematics M.V.Keldysh, Moscow.
The classical semi-inverse method of Saint-Venant in the modern sense can be interpreted as a method of simple iterations. The integration of the system of equations is performed by successively integrating the first order equations with a small parameter. Verification of boundary conditions on long edges gives separate equations for slowly and rapidly changing components of the solution. The slow ones describe the classical solution, the fast ones give the stresses concentration at the corner points of the strip, allowing fulfilling all the conditions at the ends and eliminating the discontinuities of the classical solutions according to Friedrichs.
Key words: Saint-Venant method, mappings contractions principle, stress concentration, singularly perturbed equation.
The classical semi-inverse method of Saint-Venant in the modern sense can be interpreted as a method of simple iterations. The integration of the system of equations is performed by successively integrating the first order equations with a small parameter. Verification of boundary conditions on long edges gives separate equations for slowly and rapidly changing components of the solution. The slow ones describe the classical solution, the fast ones give the stresses concentration at the corner points of the strip, allowing fulfilling all the conditions at the ends and eliminating the discontinuities of the classical solutions according to Friedrichs.
Key words: Saint-Venant method, mappings contractions principle, stress concentration, singularly perturbed equation.
В.А. КОМАРОВ, к.т.н., доц. Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
ПРОЧНОСТЬ НАКЛОННЫХ СЕЧЕНИЙ В ПОДРЕЗКАХ КОРОТКИХ КОНСОЛЕЙ БАЛОК...14
Приведены результаты экспериментально-теоретических исследований сопротивления наклонных сечений в подрезках железобетонных балок. Рассмотрены особенности напряженно-деформированного состояния опорной зоны, образованной подрезкой. Выявлен характер образования и схема разрушения наклонных сечений, проходящих по высоте подрезки. Дана качественная и количественная оценка прочности наклонных сечений в подрезках коротких консолей балок при действии поперечных сил. Предложены расчетные схемы (модели), наиболее близко отвечающие реальному физическому характеру работы наклонных сечений в рассматриваемых предельных состояниях. Даны рекомендации расчета наклонных сечений, проходящих по высоте подрезки коротких консолей железобетонных балок на основе методик СП 63.13330.2012 и Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения к ранее действующему СНиП 2.03.01-84*.
Ключевые слова: подрезка, короткая консоль балки, продольная и сосредоточенная поперечная арматура, трещины, наклонные сечения, схемы разрушения, расчетные модели.
ПРОЧНОСТЬ НАКЛОННЫХ СЕЧЕНИЙ В ПОДРЕЗКАХ КОРОТКИХ КОНСОЛЕЙ БАЛОК...14
Приведены результаты экспериментально-теоретических исследований сопротивления наклонных сечений в подрезках железобетонных балок. Рассмотрены особенности напряженно-деформированного состояния опорной зоны, образованной подрезкой. Выявлен характер образования и схема разрушения наклонных сечений, проходящих по высоте подрезки. Дана качественная и количественная оценка прочности наклонных сечений в подрезках коротких консолей балок при действии поперечных сил. Предложены расчетные схемы (модели), наиболее близко отвечающие реальному физическому характеру работы наклонных сечений в рассматриваемых предельных состояниях. Даны рекомендации расчета наклонных сечений, проходящих по высоте подрезки коротких консолей железобетонных балок на основе методик СП 63.13330.2012 и Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения к ранее действующему СНиП 2.03.01-84*.
Ключевые слова: подрезка, короткая консоль балки, продольная и сосредоточенная поперечная арматура, трещины, наклонные сечения, схемы разрушения, расчетные модели.
UDC 624.072.21. The strength of the inclined sections of the cut short consoles beams. Comarov V.A., Penza State University of Architecture and Construction
The results of experimental and theoretical studies of the resistance of inclined sections in the undercuts of reinforced concrete beams are presented. The features of the stress-strain state of the support zone formed by trimming are considered. The character of formation and the scheme of destruction of inclined sections passing along the height of trimming is revealed. The qualitative and quantitative assessment of the strength of inclined sections in the undercuts of short beam consoles under the action of transverse forces is given. The calculation schemes (models) are proposed that most closely correspond to the real physical nature of the work of inclined sections in the considered limit States. Recommendations of calculation of the inclined sections passing on height of trimming of short consoles of reinforced concrete beams on the basis of techniques of SP 63.13330.2012 and the Manual on design of concrete and reinforced concrete designs from heavy and light concrete without preliminary tension to earlier operating SNiP 2.03.01-84*are given.
Key words: cutting short the console beams, longitudinal and transverse concentrated rebar, cracks, inclined section, the scheme of destruction, the estimated models.
The results of experimental and theoretical studies of the resistance of inclined sections in the undercuts of reinforced concrete beams are presented. The features of the stress-strain state of the support zone formed by trimming are considered. The character of formation and the scheme of destruction of inclined sections passing along the height of trimming is revealed. The qualitative and quantitative assessment of the strength of inclined sections in the undercuts of short beam consoles under the action of transverse forces is given. The calculation schemes (models) are proposed that most closely correspond to the real physical nature of the work of inclined sections in the considered limit States. Recommendations of calculation of the inclined sections passing on height of trimming of short consoles of reinforced concrete beams on the basis of techniques of SP 63.13330.2012 and the Manual on design of concrete and reinforced concrete designs from heavy and light concrete without preliminary tension to earlier operating SNiP 2.03.01-84*are given.
Key words: cutting short the console beams, longitudinal and transverse concentrated rebar, cracks, inclined section, the scheme of destruction, the estimated models.
А.А. МИНАСЯН, инж. ЦНИИСК им.В.А. Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»), г. Москва
НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ КОРРОЗИОННО-ПОВРЕЖДЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ...19
Многочисленные исследования показали, что при воздействии окружающей среды на конструкции из бетона и железобетона увеличивается их деформативность, снижается несущая способность и т.д. В натурных климатических условиях происходит деструктивное разрушение и образование трещин, а при влиянии напряженного состояния этот процесс ускоряется, вызывая снижение прочности бетона и коррозию арматуры. Снижение прочностных характеристик бетона и уменьшение сечения арматуры, приводит к снижению несущей способности железобетонных конструкций. Представлены результаты исследований несущей способности коррозионно-поврежденных железобетонных плит перекрытия, подвергшихся замораживанию-оттаиванию в течение времени (годы). Приводятся экспериментальные данные по натурным испытаниям железобетонных плит с фактическими прочностными характеристиками бетона и частично прокорродированной арматурой. Получены графики зависимости: снижение прочности бетона и рабочего сечения арматурных стержней в зависимости от времени (годы) в климатических условиях г. Москвы. Прочностные характеристики бетона в зонах сжатия и растяжения после статистической обработки на вероятностной основе обеспеченностью 0,95 аппроксимированы экспоненциальной зависимостью. На основании испытании серии плит разной схемы, определены показатели функции повреждения бетона для данного момента времени.
Ключевые слова: несущая способность, критерии относительного снижения прочности бетона, критерии бетона, зависящий от напряженного состояния, коррозионное повреждение, зависимости момент – прогиб, прочность коррозийно-поврежденного бетона.
НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ КОРРОЗИОННО-ПОВРЕЖДЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ...19
Многочисленные исследования показали, что при воздействии окружающей среды на конструкции из бетона и железобетона увеличивается их деформативность, снижается несущая способность и т.д. В натурных климатических условиях происходит деструктивное разрушение и образование трещин, а при влиянии напряженного состояния этот процесс ускоряется, вызывая снижение прочности бетона и коррозию арматуры. Снижение прочностных характеристик бетона и уменьшение сечения арматуры, приводит к снижению несущей способности железобетонных конструкций. Представлены результаты исследований несущей способности коррозионно-поврежденных железобетонных плит перекрытия, подвергшихся замораживанию-оттаиванию в течение времени (годы). Приводятся экспериментальные данные по натурным испытаниям железобетонных плит с фактическими прочностными характеристиками бетона и частично прокорродированной арматурой. Получены графики зависимости: снижение прочности бетона и рабочего сечения арматурных стержней в зависимости от времени (годы) в климатических условиях г. Москвы. Прочностные характеристики бетона в зонах сжатия и растяжения после статистической обработки на вероятностной основе обеспеченностью 0,95 аппроксимированы экспоненциальной зависимостью. На основании испытании серии плит разной схемы, определены показатели функции повреждения бетона для данного момента времени.
Ключевые слова: несущая способность, критерии относительного снижения прочности бетона, критерии бетона, зависящий от напряженного состояния, коррозионное повреждение, зависимости момент – прогиб, прочность коррозийно-поврежденного бетона.
UDC 624.072.225. Carrying capacity of corrosive damaged reinforced concrete plates by results of natural tests. Minasyan A.A., Research Centre «Construction» — the Central Scientific Research Institute of Building Constructions named after V.A. Kucherenko, Moscow.
In recent years, in many regions of Russia, as well as in Moscow, there was a need to complete the construction or reconstruction of buildings and structures, the construction of which was stopped 10—15 years ago, and many objects were not conserved. When determining the performance of such buildings and structures, it is necessary to accurately assess the residual life of the structural elements. In the absence of conservation of reinforced concrete slabs are most exposed to atmospheric influences, affecting the strength and deformation characteristics of concrete and the bearing capacity of slab structures. To accurately assess the residual life of the bearing capacity of the floors in the conditions of long-term cyclic freezing-thawing, it was necessary to perform a series of tests of corrosion-damaged concrete slabs.
Key words: bearing capacity, corrosion damage, dependences of moment-deflection, strength and deformation modulus of corrosion-damaged concrete.
In recent years, in many regions of Russia, as well as in Moscow, there was a need to complete the construction or reconstruction of buildings and structures, the construction of which was stopped 10—15 years ago, and many objects were not conserved. When determining the performance of such buildings and structures, it is necessary to accurately assess the residual life of the structural elements. In the absence of conservation of reinforced concrete slabs are most exposed to atmospheric influences, affecting the strength and deformation characteristics of concrete and the bearing capacity of slab structures. To accurately assess the residual life of the bearing capacity of the floors in the conditions of long-term cyclic freezing-thawing, it was necessary to perform a series of tests of corrosion-damaged concrete slabs.
Key words: bearing capacity, corrosion damage, dependences of moment-deflection, strength and deformation modulus of corrosion-damaged concrete.
Расчеты на устойчивость
Д.В. КОНИН, к.т.н., А.Р. ОЛУРОМБИ, инж. ЦНИИСК им.В.А. Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»), г. Москва
О РАСЧЕТЕ МЕСТНОЙ И ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ СТАЛЬНЫХ ТРУБ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ ВНЕЦЕНТРЕННОМ СЖАТИИ В УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЙ ПОСТАНОВКЕ...25
В современном стальном строительстве все чаще применяются профили замкнутого поперечного сечения, в частности трубы круглого сечения [1]. В пример можно привести ряд уникальных сооружений: стадион Спартак в Москве, универсальный-футбольный стадион в Казани, терминал А аэропорта Внуково, конструкции покрытия Крылатского конькобежного центра. Труба как элемент конструкции хорошо работает на осевые нагрузки, ее преимущественно применяют в качестве сжатого или сжато-изгибаемого элемента. Расчет с учетом осевой сжимающей силы, как правило приводит нас к расчету устойчивости стержня. Однако во многих случаях потеря местной устойчивости стенки трубы происходит раньше (а порой значительно раньше) потери общей устойчивости стержня. Действующие нормы по стальным конструкциям [СП 16.13330.2017] не регламентируют вопрос местной устойчивости замкнутых профилей. По результатам проведенного исследования нагрузка при которой происходит потеря местной устойчивости трубы может быть на 15–20% ниже нагрузки, полученной при расчете на общую устойчивость. Статья посвящена определению критических сил, соответствующих потере местной и общей устойчивости.
Ключевые слова: местная устойчивость, общая устойчивость, труба круглого сечения, внецентренное сжатие, аналитический расчет.
О РАСЧЕТЕ МЕСТНОЙ И ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ СТАЛЬНЫХ ТРУБ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ ВНЕЦЕНТРЕННОМ СЖАТИИ В УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЙ ПОСТАНОВКЕ...25
В современном стальном строительстве все чаще применяются профили замкнутого поперечного сечения, в частности трубы круглого сечения [1]. В пример можно привести ряд уникальных сооружений: стадион Спартак в Москве, универсальный-футбольный стадион в Казани, терминал А аэропорта Внуково, конструкции покрытия Крылатского конькобежного центра. Труба как элемент конструкции хорошо работает на осевые нагрузки, ее преимущественно применяют в качестве сжатого или сжато-изгибаемого элемента. Расчет с учетом осевой сжимающей силы, как правило приводит нас к расчету устойчивости стержня. Однако во многих случаях потеря местной устойчивости стенки трубы происходит раньше (а порой значительно раньше) потери общей устойчивости стержня. Действующие нормы по стальным конструкциям [СП 16.13330.2017] не регламентируют вопрос местной устойчивости замкнутых профилей. По результатам проведенного исследования нагрузка при которой происходит потеря местной устойчивости трубы может быть на 15–20% ниже нагрузки, полученной при расчете на общую устойчивость. Статья посвящена определению критических сил, соответствующих потере местной и общей устойчивости.
Ключевые слова: местная устойчивость, общая устойчивость, труба круглого сечения, внецентренное сжатие, аналитический расчет.
UDC 624.075. About global and local buckling calculation of steel pipes with annular section, taking into account the plastic work of the material. Konin D.V., Olurombi A.R., esearch Centre «Construction» — the Central Scientific Research Institute of Building Constructions named after V.A. Kucherenko, Moscow.
In modern steel construction, profiles of a closed cross section, in particular pipes of circular cross section, are increasingly used.A number of unique structures can be cited as an example: Spartak Stadium in Moscow, a universal football stadium in Kazan, Terminal A of Vnukovo Airport, roof structures of the Krylatsky Speed Skating Center.The pipe, as a structural element, works well for axial loads, it is mainly used as a compressed or compressed-bending element. Accounting for compression leads us to global buckling calculation. However, in some cases the local buckling occurs earlier than global buckling.The current standards do not regulate the issue of local buckling of tubes.According to the results of the study, the critical load of global buckling can be 15—20% less than local critical load.This article about analytical calculation of critical forces for global and local buckling.
Key words: local buckling, globalbuckling, steel pipes with annular section, eccentric compression, analytical calculation.
Key words: local buckling, globalbuckling, steel pipes with annular section, eccentric compression, analytical calculation.
Динамические расчёты
О.В. ЕМЕЛЬЯНОВ, к.т.н., доц., Д.А. ИВАНОВА, инж., В.Б. ГАВРИЛОВ, к.т.н., Магнитогорский государственный технический университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПЯТНА КОНТАКТА НА ПОВЕРХНОСТИ ГОЛОВКИ КРАНОВОГО РЕЛЬСА В МЕСТЕ КОНТАКТА С КОЛЕСОМ МОСТОВОГО КРАНА...30
Решается задача определения размеров пятна контакта, максимальных нормальных и приведенных напряжений на поверхности головки кранового рельса в месте контакта колеса мостового крана с крановым рельсом. Сопоставлены результаты расчетов, выполненных по известным зависимостям, с результатами численного моделирования. Установлены зависимости, связывающие размеры пятна контакта на поверхности головки кранового рельса, максимальные нормальные σkmax и приведенные (по Мизесу) напряжения в центре пятна с величиной вертикального давления колеса мостового крана грузоподъемностью 50т. Расчетом показано, что одной из причин преждевременного, по сравнению с прогнозом при проектировании, износа крановых рельсов в процессе эксплуатации является превышение фактических приведенных напряжений предела текучести стали в месте контакта кранового рельса с колесом мостового крана.
Ключевые слова: колесо, рельс, вертикальная нагрузка, пятно контакта, контактные напряжения, коэффициент запаса прочности.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПЯТНА КОНТАКТА НА ПОВЕРХНОСТИ ГОЛОВКИ КРАНОВОГО РЕЛЬСА В МЕСТЕ КОНТАКТА С КОЛЕСОМ МОСТОВОГО КРАНА...30
Решается задача определения размеров пятна контакта, максимальных нормальных и приведенных напряжений на поверхности головки кранового рельса в месте контакта колеса мостового крана с крановым рельсом. Сопоставлены результаты расчетов, выполненных по известным зависимостям, с результатами численного моделирования. Установлены зависимости, связывающие размеры пятна контакта на поверхности головки кранового рельса, максимальные нормальные σkmax и приведенные (по Мизесу) напряжения в центре пятна с величиной вертикального давления колеса мостового крана грузоподъемностью 50т. Расчетом показано, что одной из причин преждевременного, по сравнению с прогнозом при проектировании, износа крановых рельсов в процессе эксплуатации является превышение фактических приведенных напряжений предела текучести стали в месте контакта кранового рельса с колесом мостового крана.
Ключевые слова: колесо, рельс, вертикальная нагрузка, пятно контакта, контактные напряжения, коэффициент запаса прочности.
UDC 624.014.2. Determining of the contact point size on the overhead crane rail surface of contact wheel and crane rail. Emel’yanov O.V., Ivanova D.А., Gavrilov V.B., Magnitogorsky State Technical University named after G.I. Nosov, Magnitogorsk.
This paper presents the solution of contact patch size in maximal normal stress on the overhead of travelling crane rail surface of wheel contact patch and crane rail.The results of estimates are compared to the results of digital modeling carried out according to know dependences.There were defined (found out) of contact patch size) the subjections on the over head travelling crane head surface and maximal normal stress σkmax and equivalent (von-Mises) stress in the center of contact patch with the value of the vertical pressure of overhead travelling crane wheel with the loading capacity of 50 tons. The estimates show that one of the reasons of premature overhead travelling crane wear in operating process is exceeding the actual equivalent (von-Mises) stress steel flow limit in crane rail contact with travelling crane wheel position in comparison to prognostics in design.
Key words: wheel, rail, vertical loading, contact patch, contact stress, reserve factor.
This paper presents the solution of contact patch size in maximal normal stress on the overhead of travelling crane rail surface of wheel contact patch and crane rail.The results of estimates are compared to the results of digital modeling carried out according to know dependences.There were defined (found out) of contact patch size) the subjections on the over head travelling crane head surface and maximal normal stress σkmax and equivalent (von-Mises) stress in the center of contact patch with the value of the vertical pressure of overhead travelling crane wheel with the loading capacity of 50 tons. The estimates show that one of the reasons of premature overhead travelling crane wear in operating process is exceeding the actual equivalent (von-Mises) stress steel flow limit in crane rail contact with travelling crane wheel position in comparison to prognostics in design.
Key words: wheel, rail, vertical loading, contact patch, contact stress, reserve factor.
И.И. ИВАНЧЕНКО, д.т.н., проф. (РУТ МИИТ, г. Москва)
МЕТОД РАСЧЕТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СКОРОСТНЫХ СОСТАВОВ И ДВУХПУТНЫХ БАЛОЧНЫХ МОСТОВ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ Часть 2. ДЕЙСТВИЕ НА МОСТ ПОДВИЖНЫХ И СЕЙСМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК, МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ БЕЗОПАСНОСТИ В СИСТЕМЕ «МОСТ – СОСТАВ» (к формированию норм для ВСМ)...34
Предложен численный метод для исследования совместных колебаний скоростных составов и двухпутных пролетных строений мостов, моделируемых тонкостенными стержнями с открытыми или замкнутыми (с ответвлениями) профилями, при боковых сейсмических воздействиях на мост, задаваемых акселерограммами. Для решения задачи используются шаговая процедура для решения задач динамики и метод узловых ускорений, предложенные ранее автором, для учета действия на пролетные строения мостов подвижной инерционной нагрузки. Пролетное строение рассматривается как суперэлемент при аппроксимации смещений линейными и тригонометрическими функциями, учитывается горизонтальная и вертикальная динамики подвижного состава. Каждый вагон моделируется механической системой с 25 степенями свободы, путь на пролетном строении и вне моста заменяется упруго-вязкими линейными и нелинейными элементами. Предлагаемая методика, учитывает, как горизонтальные и вертикальные неровности при размещении рельсового пути, так и поперечное смещение колесной пары относительно инертного рельса с учетом сил псевдоскольжения при вилянии колесных пар. Рассматриваются вопросы применение устройств безопасности в системе «мост – состав» при боковых сейсмических воздействиях.
МЕТОД РАСЧЕТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СКОРОСТНЫХ СОСТАВОВ И ДВУХПУТНЫХ БАЛОЧНЫХ МОСТОВ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ Часть 2. ДЕЙСТВИЕ НА МОСТ ПОДВИЖНЫХ И СЕЙСМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК, МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ БЕЗОПАСНОСТИ В СИСТЕМЕ «МОСТ – СОСТАВ» (к формированию норм для ВСМ)...34
Предложен численный метод для исследования совместных колебаний скоростных составов и двухпутных пролетных строений мостов, моделируемых тонкостенными стержнями с открытыми или замкнутыми (с ответвлениями) профилями, при боковых сейсмических воздействиях на мост, задаваемых акселерограммами. Для решения задачи используются шаговая процедура для решения задач динамики и метод узловых ускорений, предложенные ранее автором, для учета действия на пролетные строения мостов подвижной инерционной нагрузки. Пролетное строение рассматривается как суперэлемент при аппроксимации смещений линейными и тригонометрическими функциями, учитывается горизонтальная и вертикальная динамики подвижного состава. Каждый вагон моделируется механической системой с 25 степенями свободы, путь на пролетном строении и вне моста заменяется упруго-вязкими линейными и нелинейными элементами. Предлагаемая методика, учитывает, как горизонтальные и вертикальные неровности при размещении рельсового пути, так и поперечное смещение колесной пары относительно инертного рельса с учетом сил псевдоскольжения при вилянии колесных пар. Рассматриваются вопросы применение устройств безопасности в системе «мост – состав» при боковых сейсмических воздействиях.
Ключевые слова: колебания двухпутных мостов, боковые сейсмические воздействия, акселерограммамы, скоростные составы, тонкостенные стержни с открытым и замкнутыми профилями, шаговые процедуры, силы псевдоскольжения, модели элементов безопасности.
UDC 624.07.534.1. The calculation method of interaction of highspeed trains and doubletrack girder bridges under seismic loads. Part 2.Action on a bridge of mobile and seismic loads, modelling of safety elements in the system «bridgetrain» (for the standards of highspeed rails). Ivanchenko I.I., Russian University of Transport (MIIT), Moscow.
The article proposes a numerical method to study joint oscillations of high-speed trains and double-track span structures of bridges, modelled by thin-walled rods with open or closed (with branches) profiles under lateral seismic actions on a bridge given by accelerograms. The step procedure for solving the dynamic problems and the method of nodal accelerations, proposed earlier by the author, are used to take into account the action of mobile inertial load on the span structures of bridges. The superstructure is considered as a superelement in the approximation of displacements by linear and trigonometric functions taking into account the horizontal and vertical dynamics of rolling stock. Each railcar is modelled by a mechanical system with 25 degrees of freedom, the railway on the superstructure and outside the bridge is replaced by elastic-viscous linear and nonlinear elements. The proposed method takes into account both horizontal and vertical irregularities in the placement of a rail track and the transverse displacement of the wheel pair in regard to the inert rail, taking into account the pseudo-slip forces while wagging wheel pairs. The questions of application of safety devices in the system «bridge-train» at lateral seismic actions are considered.
Key words: vibrations of double-track bridges, lateral seismic effects, accelerograms, high-speed trains, thin-walled rods with open and closed profiles, step procedures, pseudo-slip forces, models of safety elements.
The article proposes a numerical method to study joint oscillations of high-speed trains and double-track span structures of bridges, modelled by thin-walled rods with open or closed (with branches) profiles under lateral seismic actions on a bridge given by accelerograms. The step procedure for solving the dynamic problems and the method of nodal accelerations, proposed earlier by the author, are used to take into account the action of mobile inertial load on the span structures of bridges. The superstructure is considered as a superelement in the approximation of displacements by linear and trigonometric functions taking into account the horizontal and vertical dynamics of rolling stock. Each railcar is modelled by a mechanical system with 25 degrees of freedom, the railway on the superstructure and outside the bridge is replaced by elastic-viscous linear and nonlinear elements. The proposed method takes into account both horizontal and vertical irregularities in the placement of a rail track and the transverse displacement of the wheel pair in regard to the inert rail, taking into account the pseudo-slip forces while wagging wheel pairs. The questions of application of safety devices in the system «bridge-train» at lateral seismic actions are considered.
Key words: vibrations of double-track bridges, lateral seismic effects, accelerograms, high-speed trains, thin-walled rods with open and closed profiles, step procedures, pseudo-slip forces, models of safety elements.
Численные методы
А.В. ЕРМАКОВА к.т.н., доц. Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск
ДВА СПОСОБА ПОСТРОЕНИЯ ИТЕРАЦИОННОГО ПРОЦЕССА МЕТОДА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ...45
Метод дополнительных конечных элементов (МДКЭ) разрабатывается как вариант метода конечных элементов (МКЭ) для расчета конструкций с несколькими физически нелинейными свойствами. При анализе работы таких конструкций основной операцией является решение системы линейных алгебраических уравнений итерационными методами. Для построения итерационного процесса МДКЭ предлагает использовать дополнительные расчетные схемы из дополнительных конечных элементов (ДКЭ) и идеальные модели разрушения. Математическая реализация этого процесса возможна двумя способами, которые и рассматриваются в данной статье.
Ключевые слова: метод дополнительных конечных элементов, метод конечных элементов, итерационный процесс, дополнительная расчетная схема, дополнительный конечный элемент, идеальная модель разрушения.
ДВА СПОСОБА ПОСТРОЕНИЯ ИТЕРАЦИОННОГО ПРОЦЕССА МЕТОДА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ...45
Метод дополнительных конечных элементов (МДКЭ) разрабатывается как вариант метода конечных элементов (МКЭ) для расчета конструкций с несколькими физически нелинейными свойствами. При анализе работы таких конструкций основной операцией является решение системы линейных алгебраических уравнений итерационными методами. Для построения итерационного процесса МДКЭ предлагает использовать дополнительные расчетные схемы из дополнительных конечных элементов (ДКЭ) и идеальные модели разрушения. Математическая реализация этого процесса возможна двумя способами, которые и рассматриваются в данной статье.
Ключевые слова: метод дополнительных конечных элементов, метод конечных элементов, итерационный процесс, дополнительная расчетная схема, дополнительный конечный элемент, идеальная модель разрушения.
UDC 624.04+624.07. Two ways for realization of iterative process at additional finite element method. Ermakova A.V., South-Ural State University.
Additional Finite Element Method (AFEM) is the variant of Finite Element Method (FEM) which intends for analysis of structures with several nonlinear properties. Solution of the algebraic system of linear equations by iterative methods is the main step for analysis of such structures. AFEM suggests the additional finite elements of additional design diagrams and ideal failure models for creation of iterative process. Two ways of mathematic realization of this process are possible. Both of them are considered in given paper.
Key words: additional finite element method, finite element method, iterative process, additional design diagram, additional finite element, ideal failure model.
Additional Finite Element Method (AFEM) is the variant of Finite Element Method (FEM) which intends for analysis of structures with several nonlinear properties. Solution of the algebraic system of linear equations by iterative methods is the main step for analysis of such structures. AFEM suggests the additional finite elements of additional design diagrams and ideal failure models for creation of iterative process. Two ways of mathematic realization of this process are possible. Both of them are considered in given paper.
Key words: additional finite element method, finite element method, iterative process, additional design diagram, additional finite element, ideal failure model.
О.О. КОНДРАТЕНКО, инж. Томский государственный архитектурно-строительный университет
ОБЩЕЕ СВОЙСТВО ОПТИМАЛЬНЫХ РЕБРИСТЫХ ТОНКИХ ПЛАСТИН ПРИ РАЗДЕЛЬНОМ И ОДНОВРЕМЕННОМ УПРАВЛЕНИИ ВЫСОТОЙ И ШИРИНОЙ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ РЕБЕР...53
Представлен анализ свойств оптимальных ребристых пластин постоянной толщины. Свойства сформулированы аналитически из уравнений метода множителей Лагранжа и численно в результате определения трех характеристик оптимальных пластин. Эти характеристики представляют собой производные от полной энергии системы по геометрическим размерам поперечного сечения ребер (высота и ширина прямоугольного поперечного сечения). Три характеристики соответствуют трем вариантам управления параметрами оптимизации: управление только шириной поперечных сечений ребер (1); управление только высотой поперечных сечений ребер (2); управление шириной и высотой поперечных сечений ребер (3). Численный анализ показал, что три варианта управления параметрами оптимизации имеют одну общую характеристику оптимальности, соответствующую третьему варианту. На основе этого вывода сформулировано общее свойство оптимальности ребристых пластин при любом порядке управления геометрическими параметрами поперечных сечений ребер.
Ключевые слова: пластина, ребро, частота собственных колебаний, оптимальность, метод Лагранжа.
ОБЩЕЕ СВОЙСТВО ОПТИМАЛЬНЫХ РЕБРИСТЫХ ТОНКИХ ПЛАСТИН ПРИ РАЗДЕЛЬНОМ И ОДНОВРЕМЕННОМ УПРАВЛЕНИИ ВЫСОТОЙ И ШИРИНОЙ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ РЕБЕР...53
Представлен анализ свойств оптимальных ребристых пластин постоянной толщины. Свойства сформулированы аналитически из уравнений метода множителей Лагранжа и численно в результате определения трех характеристик оптимальных пластин. Эти характеристики представляют собой производные от полной энергии системы по геометрическим размерам поперечного сечения ребер (высота и ширина прямоугольного поперечного сечения). Три характеристики соответствуют трем вариантам управления параметрами оптимизации: управление только шириной поперечных сечений ребер (1); управление только высотой поперечных сечений ребер (2); управление шириной и высотой поперечных сечений ребер (3). Численный анализ показал, что три варианта управления параметрами оптимизации имеют одну общую характеристику оптимальности, соответствующую третьему варианту. На основе этого вывода сформулировано общее свойство оптимальности ребристых пластин при любом порядке управления геометрическими параметрами поперечных сечений ребер.
Ключевые слова: пластина, ребро, частота собственных колебаний, оптимальность, метод Лагранжа.
UDC 624.045. A general property of optimal ribbed thin plates in the separate and simultaneous control of height and width of the cross section of the ribs. Kondratenko O.O., Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering.
The article presents an analysis of the properties of optimal ribbed plates of constant thickness. Properties are formulated analytically from the equations of the Lagrange multipliers method and the numerical result from the definition of three characteristics of the optimal plates. These characteristics are derived from the total energy of the system by the geometric dimensions of the cross-section of the ribs (height and width of the rectangular cross-section). Three characteristics correspond to three variants of control of optimization parameters: control only the width of the cross-sections of the edges; controls only the height of the edge cross sections; controls the width and height of the edge cross sections. Numerical analysis has shown that three variants of optimization parameters control have one General optimality characteristic corresponding to the third variant. On the basis of this The article presents an analysis of the properties of optimal ribbed plates of constant thickness. Properties are formulated analytically from the equations of the Lagrange multipliers method and the numerical result from the definition of three characteristics of the optimal plates. These characteristics are derived from the total energy of the system by the geometric dimensions of the cross-section of the ribs (height and width of the rectangular cross-section). Three characteristics correspond to three variants of control of optimization parameters: control only the width of the cross-sections of the edges; controls only the height of the edge cross sections; controls the width and height of the edge cross sections. Numerical analysis has shown that three variants of optimization parameters control have one General optimality characteristic corresponding to the third variant. On the basis of this conclusion, the General optimality property of ribbed plates is formulated for any order of control of the geometric parameters of the edge cross sections.
Key words: plate edge, the natural frequency, optimality, Lagrange’s method.
Key words: plate edge, the natural frequency, optimality, Lagrange’s method.
Нормирование
Е.Ю. ДАВЫДОВ, д.т.н., проф. Белорусского национального технического университета (БНТУ), г. Минск, Беларусь
АНАЛИЗ ЕВРОПЕЙСКИХ НОРМ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ...58
На основании имеющегося опыта применения европейских норм в Республике Беларусь сделан анализ основных положений этих документов по проектированию стальных конструкций. Анализ выполнен в сопоставлении с аналогичными расчетными положениями приведенными в нормативных документах действующих на территории России (РФ) и Беларуси (РБ). Результаты сделанного анализа могут быть использованы при оценке надежности и экономичности стальных конструкций, запроектированных по европейским нормам, а также при корректировке нормативных документов касающихся требований к материалам, используемым на территории России и Беларуси для изготовления несущих стальных конструкций и к расчетным положениям по их проектированию.
Ключевые слова: нагрузка, стальная конструкция, прочность, устойчивость, коэффициент.
АНАЛИЗ ЕВРОПЕЙСКИХ НОРМ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ...58
На основании имеющегося опыта применения европейских норм в Республике Беларусь сделан анализ основных положений этих документов по проектированию стальных конструкций. Анализ выполнен в сопоставлении с аналогичными расчетными положениями приведенными в нормативных документах действующих на территории России (РФ) и Беларуси (РБ). Результаты сделанного анализа могут быть использованы при оценке надежности и экономичности стальных конструкций, запроектированных по европейским нормам, а также при корректировке нормативных документов касающихся требований к материалам, используемым на территории России и Беларуси для изготовления несущих стальных конструкций и к расчетным положениям по их проектированию.
Ключевые слова: нагрузка, стальная конструкция, прочность, устойчивость, коэффициент.
UDC 624.072.33.04 (083.75). Analysis of the european standards for designing steel constructions. Davydov E.U., Belarusian National Technical University, Minsk, Belarus.
Based on the experience of applying European norms in the Republic of Belarus, an analysis of the main provisions of these documents on the design of steel structures was made. The analysis is carried out in comparison with the similar calculation provisions given in the regulatory documents in force in the territory of Russia and Belarus. The results of the analysis can be used in assessing the reliability and economy of steel structures designed according to European standards, as well as when adjusting regulatory documents concerning the requirements for materials used in the territory of Russia and Belarus for the manufacture of load-bearing steel structures and to the design provisions for their design.
Key words: loud, steel structure, strength, coefficient.
Based on the experience of applying European norms in the Republic of Belarus, an analysis of the main provisions of these documents on the design of steel structures was made. The analysis is carried out in comparison with the similar calculation provisions given in the regulatory documents in force in the territory of Russia and Belarus. The results of the analysis can be used in assessing the reliability and economy of steel structures designed according to European standards, as well as when adjusting regulatory documents concerning the requirements for materials used in the territory of Russia and Belarus for the manufacture of load-bearing steel structures and to the design provisions for their design.
Key words: loud, steel structure, strength, coefficient.
О.И. ПОНОМАРЕВ1, к.т.н., О.С. ЧИГРИНА1, инж., Р.В. ГЕРАЩЕНКО2, инж. 1ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко (АО«НИЦ«Строительство»), г.Москва 2Национальный Исследовательский Московский государственный строительный университет
О РАСЧЕТНЫХ (НОРМАТИВНЫХ) СРОКАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ...65
Проведен краткий анализ отечественной и зарубежной нормативно%технической документации, в соответствии с которыми определяется расчетный (нормативный) срок эксплуатации кирпичных, каменных и блочных конструкций зданий и сооружений. Отмечается, что в российских нормах и стандартах в отличие от зарубежных при расчете несущей способности каменных конструкций недостаточно учитываются условия работы конструкций. Не разработана также классификация условий эксплуатации для каменных конструкций. По результатам анализа в статье приведена особенная классификация условий эксплуатации для кладки стен зданий, возведенных в климатических условиях РФ, и рекомендован срок службы каменных конструкций.
Ключевые слова: кладка, каменные конструкции, расчетный (нормативный) срок эксплуатации, остаточный ресурс, условия эксплуатации.
О РАСЧЕТНЫХ (НОРМАТИВНЫХ) СРОКАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ...65
Проведен краткий анализ отечественной и зарубежной нормативно%технической документации, в соответствии с которыми определяется расчетный (нормативный) срок эксплуатации кирпичных, каменных и блочных конструкций зданий и сооружений. Отмечается, что в российских нормах и стандартах в отличие от зарубежных при расчете несущей способности каменных конструкций недостаточно учитываются условия работы конструкций. Не разработана также классификация условий эксплуатации для каменных конструкций. По результатам анализа в статье приведена особенная классификация условий эксплуатации для кладки стен зданий, возведенных в климатических условиях РФ, и рекомендован срок службы каменных конструкций.
Ключевые слова: кладка, каменные конструкции, расчетный (нормативный) срок эксплуатации, остаточный ресурс, условия эксплуатации.
UDC 693.27. The design (normative) service life of masonry structures. Ponomarev O.I., Chigrina O.S., Gerashchenko R.V., Research Centre «Construction» — the Central Scientific Research Institute of Building Constructions named after V.A. Kucherenko, Moscow; The National Research Moscow State University of Civil Engineering.
The article presents a brief analysis of domestic and foreign regulatory and technical documentation according to which the calculated (normative) service life of brick, stone and block structures of buildings and constructions is determined. It is noted that in the Russian standards while calculating bearing capacity of masonry structures the operation conditions of the structures are not properly taken into account. In the foreign standards the situation is different. There is also no classification of operating conditions for stone constructions. According to the results of the analysis, the article presents a special classification of operating conditions for masonry walls of buildings erected in the climatic conditions of the Russian Federation and the recommended service life of stone structures.
Key words: masonry, stone structures, design (normative) service life, residual life, operating conditions.
The article presents a brief analysis of domestic and foreign regulatory and technical documentation according to which the calculated (normative) service life of brick, stone and block structures of buildings and constructions is determined. It is noted that in the Russian standards while calculating bearing capacity of masonry structures the operation conditions of the structures are not properly taken into account. In the foreign standards the situation is different. There is also no classification of operating conditions for stone constructions. According to the results of the analysis, the article presents a special classification of operating conditions for masonry walls of buildings erected in the climatic conditions of the Russian Federation and the recommended service life of stone structures.
Key words: masonry, stone structures, design (normative) service life, residual life, operating conditions.
К.П. ПЯТИКРЕСТОВСКИЙ, д.т.н. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»), г. Москва
К ПОДГОТОВКЕ ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ КРИТЕРИЕВ ПРОЧНОСТИ КАМЕННОЙ КЛАДКИ ПРИ СЛОЖНЫХ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЯХ...72
Приводятся исходные предпосылки и основные принципы разработки критериев прочности каменной кладки с учетом продолжительности действия нагрузки во всех возможных диапазонах ее воздействия начиная с сотых долей секунды, кончая десятками и более суток. Исследуется сначала прочность конструктивного элемента изотропного материала, находящегося в условиях однородного сложного напряженного состояния. Рассматривается математическая модель работы материала, основные понятия и обозначения, с которыми не всегда знакомы работники проектных организаций или специалисты, не имеющие пока опыта расчетов элементов в сложных напряженных состояниях. В дальнейшем предполагается разработать предложения для включения в нормы проектирования каменных конструкций.
Ключевые слова: каменная кладка, критерии прочности для учета длительной прочности, математическая модель, основные понятия расчета и требования к экспериментальным исследованиям.
К ПОДГОТОВКЕ ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ КРИТЕРИЕВ ПРОЧНОСТИ КАМЕННОЙ КЛАДКИ ПРИ СЛОЖНЫХ НАПРЯЖЕННЫХ СОСТОЯНИЯХ...72
Приводятся исходные предпосылки и основные принципы разработки критериев прочности каменной кладки с учетом продолжительности действия нагрузки во всех возможных диапазонах ее воздействия начиная с сотых долей секунды, кончая десятками и более суток. Исследуется сначала прочность конструктивного элемента изотропного материала, находящегося в условиях однородного сложного напряженного состояния. Рассматривается математическая модель работы материала, основные понятия и обозначения, с которыми не всегда знакомы работники проектных организаций или специалисты, не имеющие пока опыта расчетов элементов в сложных напряженных состояниях. В дальнейшем предполагается разработать предложения для включения в нормы проектирования каменных конструкций.
Ключевые слова: каменная кладка, критерии прочности для учета длительной прочности, математическая модель, основные понятия расчета и требования к экспериментальным исследованиям.
UDC 539.3 624.04. Proposals for using the strength criteria for masonry under complex stress states. Pyatikrestovsky K.P., Research Centre «Construction» — the Central Scientific Research Institute of Building Constructions named after V.A. Kucherenko, Moscow.
The initial conditions and the basic principles of working out strength criteria for masonry taking into account action duration of loading at all possible diapasons are given. The diapasons are from of a second up to dozens days and more. The strength of a structural element of some isotropic material under homogeneous complex stress state is investigated first. The mathematical model of material work, the basic concepts and designations, which are not always familiar to employees of design organizations or professionals who do not have experience in the calculation of elements in complex stress states are given. In the future, it is planned to develop proposals for the design standards of stone structures.
Key words: masonry, strength criteria for long-term strength, mathematical model, basic concepts of calculation and requirements for experimental studies.
The initial conditions and the basic principles of working out strength criteria for masonry taking into account action duration of loading at all possible diapasons are given. The diapasons are from of a second up to dozens days and more. The strength of a structural element of some isotropic material under homogeneous complex stress state is investigated first. The mathematical model of material work, the basic concepts and designations, which are not always familiar to employees of design organizations or professionals who do not have experience in the calculation of elements in complex stress states are given. In the future, it is planned to develop proposals for the design standards of stone structures.
Key words: masonry, strength criteria for long-term strength, mathematical model, basic concepts of calculation and requirements for experimental studies.