N 6 за 2024 год
The article was prepared as part of the implementation of the state assignment in the field of science for the implementation of scientific projects implemented by teams of scientific laboratories of educational institutions of higher education subordinate to the Ministry of Education and Science of the Russian Federation under the project “New materials and technologies for the construction of buildings, structures and their elements using robotic additive systems” (No. FEWN-2023-0004).
Keywords: Ansys, numerical experiment, additive manufacturing in construction, 3D construction printing.
УДК: 624.042.7 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.5.28.41
Д.М. ЖЕМЧУГОВ-ГИТМАН, Г.В. СОРОКИНА, к.т.н., А.М. УЗДИН, д.т.н., проф., Петербургский государственный университет путей сообщения императора Александра I; e-mail: oofy@yandex.ru
УЧЕТ ДЕМПФИРОВАНИЯ В РАМКАХ СБАЛАНСИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РАСЧЕТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЛИНЕЙНО-СПЕКТРАЛЬНОЙ МЕТОДИКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ СООРУЖЕНИЙ...28
Рассмотрено назначение коэффициента для учета демпфирования при использовании линейно-спектральной методики оценки сейсмостойкости сооружений. Отмечается, что для корректного введения соответствующего коэффициента необходимо соблюдение сбалансированности всех коэффициентов. С этой целью авторы скорректировали всю систему коэффициентов. Прежде всего, пиковое ускорение принято зависимым от преобладающего периода воздействия. Соответствующая зависимость принята на основе обработки записей около 200 сильных землетрясений. При этом коэффициент динамичности (огибающая спектров ускорений) оказывается зависимым только от модального затухания в системе. Далее объекты массового строительства – малоэтажные здания – на плотных нескальных основаниях принимаются за эталон. Это позволяет ввести коэффициент, учитывающий демпфирование, если оно отличается от эталонного. В результате для эталонных зданий произведение пикового ускорения на коэффициент динамичности сохраняется таким же, как в строительных нормах. Отмечается, что принятая зависимость пиковых ускорений от периода обеспечивает соответствие псевдоспектров скоростей и смещений натурным данным.
Ключевые слова: сейсмическое воздействие, сейсмостойкость, линейно-спектральный метод расчета сейсмостойкости, демпфирование.
Расчеты на прочность
Strength calculations
УДК 514.74:539.3’4:624.04’074.4:72 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.2.18
С.Н. КРИВОШАПКО, д.т.н. , Российский университет дружбы народов; e-mail: sn_krivoshapko@mail.ru
ОБОЛОЧКИ, ОБОЛОЧЕЧНЫЕ СТРУКТУРЫ И КРИВОЛИНЕЙНЫЕ СООРУЖЕНИЯ В ФОРМЕ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 2-го ПОРЯДКА...2
Ни одна из действительных поверхностей 2-го порядка не осталась незамеченной геометрами, архитекторами и инженерами. В представленной обзорной статье собраны интересные сведения и результаты исследований, опубликованные за последние двадцать лет, посвященные расчету на прочность, устойчивость и колебания тонких и толстых, одно- и многослойных оболочек из различных конструктивных материалов. Представлены иллюстрации сооружений и изделий последних лет. Доказано, что, хотя действительные поверхности 2-го порядка составляют отдельный класс, их все можно распределить по другим классам поверхностей. Приводимые материалы показывают, что у исследователей интерес к рассматриваемым поверхностям, оболочечным структурам, оболочкам и криволинейным сооружениям, очерченным по поверхностям 2-го порядка, не затухает. В статье используются сведения, содержащиеся в 67 использованных источниках.
Ключевые слова: аналитическая геометрия, алгебраическая поверхность 2-го порядка, тонкостенная оболочка, трехосный эллипсоид, эллиптический параболоид, однополостный гиперболоид, двуполостный гиперболоид, гиперболический параболоид.
С.Н. КРИВОШАПКО, д.т.н. , Российский университет дружбы народов; e-mail: sn_krivoshapko@mail.ru
ОБОЛОЧКИ, ОБОЛОЧЕЧНЫЕ СТРУКТУРЫ И КРИВОЛИНЕЙНЫЕ СООРУЖЕНИЯ В ФОРМЕ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 2-го ПОРЯДКА...2
Ни одна из действительных поверхностей 2-го порядка не осталась незамеченной геометрами, архитекторами и инженерами. В представленной обзорной статье собраны интересные сведения и результаты исследований, опубликованные за последние двадцать лет, посвященные расчету на прочность, устойчивость и колебания тонких и толстых, одно- и многослойных оболочек из различных конструктивных материалов. Представлены иллюстрации сооружений и изделий последних лет. Доказано, что, хотя действительные поверхности 2-го порядка составляют отдельный класс, их все можно распределить по другим классам поверхностей. Приводимые материалы показывают, что у исследователей интерес к рассматриваемым поверхностям, оболочечным структурам, оболочкам и криволинейным сооружениям, очерченным по поверхностям 2-го порядка, не затухает. В статье используются сведения, содержащиеся в 67 использованных источниках.
Ключевые слова: аналитическая геометрия, алгебраическая поверхность 2-го порядка, тонкостенная оболочка, трехосный эллипсоид, эллиптический параболоид, однополостный гиперболоид, двуполостный гиперболоид, гиперболический параболоид.
UDC 514.74:539.3’4:624.04’074.4:72 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.2.18. SHELLS, SHELL STRUCTURES, AND CURVILINEAR ERECTIONS IN THE FORM OF ALGEBRAICAL SURFACES OF THE SECOND ORDER. S.N. Krivoshapko, the Engineering Academy of the Peoples’ Friendship University of Russia; e-mail: sn_krivoshapko@mail.ru
Abstract. Geometricians, architects, and engineers used the real second order surfaces always. In a presented review paper, interesting information and results of research published at the last 20 years and devoted to strength, stability, and vibration of thin and thick, one-layered and many-layered shells, made of different constructive materials, were collected. Illustrations of erections and products of the last years are presented. The real surfaces of the second order form the separate class but all of them can be distributed between other classes of surfaces. It was proved in a paper. The presented materials show that interest of researchers for considered surfaces, shell structures, shells, and curvilinear erections outlined on the second order surfaces does not go out. In this paper, the information containing in 67 used references is exploited.
Keywords: analytical geometry, algebraical surface of the second order, thin-walled shell, triaxial ellipsoid, elliptic paraboloid, one-sheeted hyperboloid, two-sheeted hyperboloid, hyperbolic paraboloid.
Abstract. Geometricians, architects, and engineers used the real second order surfaces always. In a presented review paper, interesting information and results of research published at the last 20 years and devoted to strength, stability, and vibration of thin and thick, one-layered and many-layered shells, made of different constructive materials, were collected. Illustrations of erections and products of the last years are presented. The real surfaces of the second order form the separate class but all of them can be distributed between other classes of surfaces. It was proved in a paper. The presented materials show that interest of researchers for considered surfaces, shell structures, shells, and curvilinear erections outlined on the second order surfaces does not go out. In this paper, the information containing in 67 used references is exploited.
Keywords: analytical geometry, algebraical surface of the second order, thin-walled shell, triaxial ellipsoid, elliptic paraboloid, one-sheeted hyperboloid, two-sheeted hyperboloid, hyperbolic paraboloid.
УДК 69.07, 624.014.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.19.26
И.И. ВЕДЯКОВ, д.т.н., проф., Д.В. КОНИН, к.т.н., П.В. НАХВАЛЬНОВ, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство»; e-mail: konden@inbox.ru
ВЛИЯНИЕ ЗАЗОРОВ НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ...19
В статье рассмотрены типичные дефекты фланцевых соединений. Выполнено моделирование соединений с заданным дефектом и произведен расчет методом конечных элементов полноразмерного соединения и элементарных моделей фланцевых соединений. Была проанализирована работа болтовой группы и фланца с учетом дефектов. Определены особенности поведения болтов с контролируемым натяжением, работающих в составе соединений, характерных для рассмотренных конструктивных решений. Показан количественный характер распределения усилий и напряжений по болтам и телу фланцевых пластин соединения в зависимости от различных сочетаний жесткости (толщины) фланца и диаметра болта. По результатам исследования работы болтов был сделан вывод о том, что на рассмотренном диапазоне толщин, диаметров и дефектов влиянием последних на работу соединения можно пренебречь. В результате исследования работы тела фланца определено, что несущая способность соединения главным образом определяется прочностью болтовой группы и для обеспечения эксплуатационной пригодности необходимо применять фланцы с определенными параметрами.
Ключевые слова: сталь, фланцевое соединение, стальная конструкция, узел, фланец, болт, дефект монтажа, зазор.
И.И. ВЕДЯКОВ, д.т.н., проф., Д.В. КОНИН, к.т.н., П.В. НАХВАЛЬНОВ, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство»; e-mail: konden@inbox.ru
ВЛИЯНИЕ ЗАЗОРОВ НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ...19
В статье рассмотрены типичные дефекты фланцевых соединений. Выполнено моделирование соединений с заданным дефектом и произведен расчет методом конечных элементов полноразмерного соединения и элементарных моделей фланцевых соединений. Была проанализирована работа болтовой группы и фланца с учетом дефектов. Определены особенности поведения болтов с контролируемым натяжением, работающих в составе соединений, характерных для рассмотренных конструктивных решений. Показан количественный характер распределения усилий и напряжений по болтам и телу фланцевых пластин соединения в зависимости от различных сочетаний жесткости (толщины) фланца и диаметра болта. По результатам исследования работы болтов был сделан вывод о том, что на рассмотренном диапазоне толщин, диаметров и дефектов влиянием последних на работу соединения можно пренебречь. В результате исследования работы тела фланца определено, что несущая способность соединения главным образом определяется прочностью болтовой группы и для обеспечения эксплуатационной пригодности необходимо применять фланцы с определенными параметрами.
Ключевые слова: сталь, фланцевое соединение, стальная конструкция, узел, фланец, болт, дефект монтажа, зазор.
UDC 69.07, 624.014.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.19.26. THE EFFECT OF GAPS ON THE STRESS CONDITION OF END-PLATE CONNECTIONS. I.I. Vedyakov, D.V. Konin, P.V. Nakhvalnov, TSNIISK named after V.A. Koucherenko, JSC Research Center of Construction; e-mail: konden@inbox.ru
Abstract. The article discusses typical defects of end-plate connections. The modeling of joints with a given defect was performed, and the calculation of the finite element method of a full-size joint and elementary models end-plate connections was performed. The work of the bolt group and the end-plate was analyzed, taking into account defects. The features of the behavior of tension-controlled bolts operating as part of joints characteristic of the considered design solutions are determined. The quantitative nature of the distribution of forces and stresses across the bolts and the body of the end-plates of the joint is shown, depending on various combinations of the stiffness (thickness) of the end-plate and the diameter of the bolt. According to the results of the study of the operation of the bolts, it was concluded that there is no influence of the latter on the operation of the joint in the considered range of thicknesses, diameters and defects. As a result of the study of the end-plate body, it was determined that the bearing capacity of the joint is mainly determined by the strength of the bolt group. To ensure operational suitability, end-plates with certain parameters should be use.
Keywords: steel, end-plate connections, steel structure, node, end-plate, bolt, installation defect, gap.
Abstract. The article discusses typical defects of end-plate connections. The modeling of joints with a given defect was performed, and the calculation of the finite element method of a full-size joint and elementary models end-plate connections was performed. The work of the bolt group and the end-plate was analyzed, taking into account defects. The features of the behavior of tension-controlled bolts operating as part of joints characteristic of the considered design solutions are determined. The quantitative nature of the distribution of forces and stresses across the bolts and the body of the end-plates of the joint is shown, depending on various combinations of the stiffness (thickness) of the end-plate and the diameter of the bolt. According to the results of the study of the operation of the bolts, it was concluded that there is no influence of the latter on the operation of the joint in the considered range of thicknesses, diameters and defects. As a result of the study of the end-plate body, it was determined that the bearing capacity of the joint is mainly determined by the strength of the bolt group. To ensure operational suitability, end-plates with certain parameters should be use.
Keywords: steel, end-plate connections, steel structure, node, end-plate, bolt, installation defect, gap.
Численные расчеты
Nonlinear calculations
УДК 624.971:621.315.1-66 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.27.34
Н.А. СЕНЬКИН, к.т.н., А.С. ФИЛИМОНОВ, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; e-mail: senkin1952@yandex.ru
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ПАДЕНИИ ОПОРЫ...27
Задача обеспечения живучести конструкций воздушных линий электропередачи (ВЛ) с локализацией аварии представляется актуальной в связи с массовыми аварийными повреждениями ВЛ по разным причинам. Рассмотрены аварийные ситуации с падением опор ВЛ 110 кВ и воздействием на соседние промежуточные опоры посредством проводов и грозозащитных тросов. Полученная ранее математическая модель единой вантово-стержневой системы усовершенствована для решения поставленной задачи и позволяет выполнять расчет усилий в ее элементах при любых положениях падающей опоры с определением координат точек крепления проводов и тросов. Представлены зависимости изменения усилий тяжения в проводах и тросах при их обрыве, при их продергивании, а также при жестком закреплении в поддерживающих зажимах. Для всех рассматриваемых случаев определены усилия тяжения в проводах и грозозащитных тросах как воздействия на соседние. Представлены варианты обеспечения живучести ВЛ с локализацией аварии в одном пролете.
Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, единая система опор, проводов и тросов, падение опоры, аварийный режим работы.
Н.А. СЕНЬКИН, к.т.н., А.С. ФИЛИМОНОВ, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; e-mail: senkin1952@yandex.ru
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ПАДЕНИИ ОПОРЫ...27
Задача обеспечения живучести конструкций воздушных линий электропередачи (ВЛ) с локализацией аварии представляется актуальной в связи с массовыми аварийными повреждениями ВЛ по разным причинам. Рассмотрены аварийные ситуации с падением опор ВЛ 110 кВ и воздействием на соседние промежуточные опоры посредством проводов и грозозащитных тросов. Полученная ранее математическая модель единой вантово-стержневой системы усовершенствована для решения поставленной задачи и позволяет выполнять расчет усилий в ее элементах при любых положениях падающей опоры с определением координат точек крепления проводов и тросов. Представлены зависимости изменения усилий тяжения в проводах и тросах при их обрыве, при их продергивании, а также при жестком закреплении в поддерживающих зажимах. Для всех рассматриваемых случаев определены усилия тяжения в проводах и грозозащитных тросах как воздействия на соседние. Представлены варианты обеспечения живучести ВЛ с локализацией аварии в одном пролете.
Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, единая система опор, проводов и тросов, падение опоры, аварийный режим работы.
UDC 624.971:621.315.1-66 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.27.34. INTERACTION OF STRUCTURAL ELEMENTS IN THE OVERHEAD TRANSMISSION POWER LINE DUE TO THE FALLING TOWER. N.A. Senkin, A.S. Filimonov, St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering; e-mail: senkin1952@yandex.ru
Abstract. The task of ensuring the survivability of overhead power transmission line structures with accident localization seems relevant in connection with massive emergency damage to overhead lines for various reasons. Emergency situations with the fall of 110 kV overhead line poles and the impact on neighboring intermediate supports by means of wires and lightning protection cables are considered. The previously obtained mathematical model of a single cable-stayed rod system has been improved to solve the problem and allows the calculation of forces in its elements at any position of the falling support with the determination of the coordinates of the attachment points of wires and cables. The dependences of the change in the forces of gravity in wires and cables when they break, when they are pulled, as well as when they are rigidly fixed in supporting clamps are presented. For all the cases under consideration, the gravity forces in the wires and lightning protection cables were determined as effects on neighboring ones. Options for ensuring the survivability of overhead lines with the localization of an accident in one span are presented.
Keywords: overhead power lines, a unified system of supports, wires and cables, falling supports, emergency operation.
Abstract. The task of ensuring the survivability of overhead power transmission line structures with accident localization seems relevant in connection with massive emergency damage to overhead lines for various reasons. Emergency situations with the fall of 110 kV overhead line poles and the impact on neighboring intermediate supports by means of wires and lightning protection cables are considered. The previously obtained mathematical model of a single cable-stayed rod system has been improved to solve the problem and allows the calculation of forces in its elements at any position of the falling support with the determination of the coordinates of the attachment points of wires and cables. The dependences of the change in the forces of gravity in wires and cables when they break, when they are pulled, as well as when they are rigidly fixed in supporting clamps are presented. For all the cases under consideration, the gravity forces in the wires and lightning protection cables were determined as effects on neighboring ones. Options for ensuring the survivability of overhead lines with the localization of an accident in one span are presented.
Keywords: overhead power lines, a unified system of supports, wires and cables, falling supports, emergency operation.
УДК 624.05 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.35.43
Н.А. КАРАНКЕВИЧ, А.В. ДМИТРИЕВ, к.т.н., И.О. РАЗОВ, к.т.н., доцент , Тюменский индустриальный университет; e-mail: dmitrievav@tyuiu.ru
ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ПК ANSYS ДЛЯ ФЕРМЫ, СОЗДАННОЙ ПРИ ПОМОЩИ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, НА РАЗРУШАЮЩУЮ НАГРУЗКУ...35
В статье исследуется возможность использования программного комплекса Ansys для моделирования перекрытий, выполненных в виде балок, изготовленных на 3D-принтере. Для оценки эффективности такой модели был проведен численный эксперимент, в ходе которого балочная конструкция подвергалась разрушающей нагрузке. Результаты моделирования сравнивались с результатами физического эксперимента для проверки точности модели. В качестве исходных данных для расчета использовались параметры, аналогичные эксперименту, проведенному Диего Велосо в Университете Сан-Паулу, где исследовалась ферменная балка. Модель строилась с использованием объемных и стержневых тел, нагрузки на узлы модели задавались в виде распределенных усилий по площади, что повторяло условия натурного эксперимента. По результатам расчета выяснилось, что разрушение балки начинается при нагрузке на узлы в 500 кг. В натурном эксперименте разрушение произошло при достижении нагрузки в 700 кг. Эти данные совпадают с результатами натурного эксперимента, что подтверждает точность выбранной методики моделирования. Таким образом, предложенный способ расчета может успешно применяться для проектирования несущих элементов зданий, возводимых методом послойной 3D-печати с использованием строительных принтеров.
Н.А. КАРАНКЕВИЧ, А.В. ДМИТРИЕВ, к.т.н., И.О. РАЗОВ, к.т.н., доцент , Тюменский индустриальный университет; e-mail: dmitrievav@tyuiu.ru
ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ПК ANSYS ДЛЯ ФЕРМЫ, СОЗДАННОЙ ПРИ ПОМОЩИ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, НА РАЗРУШАЮЩУЮ НАГРУЗКУ...35
В статье исследуется возможность использования программного комплекса Ansys для моделирования перекрытий, выполненных в виде балок, изготовленных на 3D-принтере. Для оценки эффективности такой модели был проведен численный эксперимент, в ходе которого балочная конструкция подвергалась разрушающей нагрузке. Результаты моделирования сравнивались с результатами физического эксперимента для проверки точности модели. В качестве исходных данных для расчета использовались параметры, аналогичные эксперименту, проведенному Диего Велосо в Университете Сан-Паулу, где исследовалась ферменная балка. Модель строилась с использованием объемных и стержневых тел, нагрузки на узлы модели задавались в виде распределенных усилий по площади, что повторяло условия натурного эксперимента. По результатам расчета выяснилось, что разрушение балки начинается при нагрузке на узлы в 500 кг. В натурном эксперименте разрушение произошло при достижении нагрузки в 700 кг. Эти данные совпадают с результатами натурного эксперимента, что подтверждает точность выбранной методики моделирования. Таким образом, предложенный способ расчета может успешно применяться для проектирования несущих элементов зданий, возводимых методом послойной 3D-печати с использованием строительных принтеров.
Статья подготовлена в рамках реализации государственного задания в сфере науки на выполнение научных проектов, реализуемых коллективами научных лабораторий образовательных организаций высшего образования, подведомственных Минобрнауки России по проекту «Новые материалы и технологии возведения зданий, сооружений и их элементов с применением роботизированных аддитивных систем» (№ FEWN-2023-0004).
Ключевые слова: Ansys, численный эксперимент, аддитивные технологии в строительстве, 3D строительная печать.
Ключевые слова: Ansys, численный эксперимент, аддитивные технологии в строительстве, 3D строительная печать.
UDC 624.05 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.35.43. COMPARISON OF THE ANALYTICAL APPROACH WITH THE FINITE ELEMENT METHOD FOR DETERMINING THE NATURAL OSCILLATION FREQUENCIES OF A CYLINDRICAL SHELL. N.A. Karankevich, А.V. Dmitriev, I.O. Razov, Tyumen Industrial University; e-mail: dmitrievav@tyuiu.ru
Abstract. The article explores the possibility of using the Ansys software package to model slabs designed as beams manufactured using a 3D printer. To evaluate the effectiveness of this model, a numerical experiment was conducted, during which the beam structure was subjected to a destructive load. The simulation results were compared with the results of a physical experiment to verify the accuracy of the model. The input data for the calculation were based on parameters similar to those of an experiment conducted by Diego Veloso at the University of São Paulo, where a truss beam was studied. The model was built using both solid and beam elements, with loads applied to the nodes of the model as distributed forces over the area, replicating the conditions of the full-scale experiment. The calculation results revealed that the failure of the beam begins when the load on the nodes reaches 500 kg. In a full-scale experiment, the destruction occurred when a load of 700 kg was reached.These data coincide with the results of the full-scale experiment, confirming the accuracy of the chosen modeling method. Thus, the proposed calculation method can be successfully applied to the design of load-bearing elements of buildings constructed using layer-by-layer 3D printing with construction printers.The article was prepared as part of the implementation of the state assignment in the field of science for the implementation of scientific projects implemented by teams of scientific laboratories of educational institutions of higher education subordinate to the Ministry of Education and Science of the Russian Federation under the project “New materials and technologies for the construction of buildings, structures and their elements using robotic additive systems” (No. FEWN-2023-0004).
Keywords: Ansys, numerical experiment, additive manufacturing in construction, 3D construction printing.
Сейсмические расчеты
Seismic calculations
Д.М. ЖЕМЧУГОВ-ГИТМАН, Г.В. СОРОКИНА, к.т.н., А.М. УЗДИН, д.т.н., проф., Петербургский государственный университет путей сообщения императора Александра I; e-mail: oofy@yandex.ru
УЧЕТ ДЕМПФИРОВАНИЯ В РАМКАХ СБАЛАНСИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РАСЧЕТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЛИНЕЙНО-СПЕКТРАЛЬНОЙ МЕТОДИКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ СООРУЖЕНИЙ...28
Рассмотрено назначение коэффициента для учета демпфирования при использовании линейно-спектральной методики оценки сейсмостойкости сооружений. Отмечается, что для корректного введения соответствующего коэффициента необходимо соблюдение сбалансированности всех коэффициентов. С этой целью авторы скорректировали всю систему коэффициентов. Прежде всего, пиковое ускорение принято зависимым от преобладающего периода воздействия. Соответствующая зависимость принята на основе обработки записей около 200 сильных землетрясений. При этом коэффициент динамичности (огибающая спектров ускорений) оказывается зависимым только от модального затухания в системе. Далее объекты массового строительства – малоэтажные здания – на плотных нескальных основаниях принимаются за эталон. Это позволяет ввести коэффициент, учитывающий демпфирование, если оно отличается от эталонного. В результате для эталонных зданий произведение пикового ускорения на коэффициент динамичности сохраняется таким же, как в строительных нормах. Отмечается, что принятая зависимость пиковых ускорений от периода обеспечивает соответствие псевдоспектров скоростей и смещений натурным данным.
Ключевые слова: сейсмическое воздействие, сейсмостойкость, линейно-спектральный метод расчета сейсмостойкости, демпфирование.
UDC: 624.042.7 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.5.28.41. TAKING DAMPING INTO ACCOUNT WITHIN THE FRAMEWORK OF A BALANCED SYSTEM OF DESIGN COEFFICIENTS OF THE RESPONSE SPECTRA METHOD FOR ASSESSING THE STRUCTURESEIMOIC RESISTANCE. D.M. Zhemchugov-Gitman, G.V. Sorokina, А.М. Uzdin, Emperor Alexander I St. Petersburg state transport university; e-mail: oofy@yandex.ru
Abstract. The damping scaling factor in using the linear-spectral method of assessing the structure seismic resistance is considered. It is noted, that for t correct introducing the corresponding factor, it is necessary to maintain a balance of all design coefficients, determining seismic loads. For this purpose, the authors corrected the entire system of coefficients. First of all, the peak ground acceleration was assumed to be dependent on the prevailing period of seismic action. The corresponding dependence was adopted on the basis of processing records of about 200 strong earthquakes. In this case, the dynamics coefficient (the envelope of the acceleration spectra) turns out to depend only on the system modal damping. Further, mass construction projects, i.e. middle-rise buildings on dense non-rocky soil bases are taken as the standard. This allows one to enter a coefficient that takes account of damping, if it differs from the reference standard one. As a result, for the mentioned standard buildings, the product of peak acceleration and dynamic coefficient remains the same as in building codes. It is noted, that the accepted dependence of peak accelerations on the prevailing accelerogram period ensures that the pseudo-spectra of velocities and displacements correspond to natural data.
Keywords: seismic impact, seismic resistance, linear spectral method for calculating seismic resistance, damping.
Abstract. The damping scaling factor in using the linear-spectral method of assessing the structure seismic resistance is considered. It is noted, that for t correct introducing the corresponding factor, it is necessary to maintain a balance of all design coefficients, determining seismic loads. For this purpose, the authors corrected the entire system of coefficients. First of all, the peak ground acceleration was assumed to be dependent on the prevailing period of seismic action. The corresponding dependence was adopted on the basis of processing records of about 200 strong earthquakes. In this case, the dynamics coefficient (the envelope of the acceleration spectra) turns out to depend only on the system modal damping. Further, mass construction projects, i.e. middle-rise buildings on dense non-rocky soil bases are taken as the standard. This allows one to enter a coefficient that takes account of damping, if it differs from the reference standard one. As a result, for the mentioned standard buildings, the product of peak acceleration and dynamic coefficient remains the same as in building codes. It is noted, that the accepted dependence of peak accelerations on the prevailing accelerogram period ensures that the pseudo-spectra of velocities and displacements correspond to natural data.
Keywords: seismic impact, seismic resistance, linear spectral method for calculating seismic resistance, damping.
Расчеты на устойчивость
Stability calculations
УДК 539.3 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.44.54
И.Е. МАЛЫГИНА, к.т.н., Г.А. МАНУЙЛОВ, к.т.н., доцент, РУТ (МИИТ); e-mail: malygina_i.e@mail.ru
ТОЧКИ РАВНОВЕСИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ..44
В настоящей статье рассматриваются различия между регулярными и сингулярными точками равновесных состояний упругих систем. Авторы приводят классификацию сингулярных точек на основании математических, механических и геометрических подходов. Раскрываются аспекты, касающиеся невырожденных (регулярных) критических точек, в которых первый дифференциал равен нулю, а второй (квадратичная форма) не вырождена. Обсуждаются условия устойчивости и неустойчивости изолированных равновесий, а также влияние первичных ненулевых членов разложения потенциальной энергии на устойчивость вырожденных равновесий. Рассматриваются условия бифуркационной потери устойчивости в контексте неполноты равновесия упругих систем. Анализируется, что необходимым условием для появления точек бифуркации является наличие энергетически ортогонального дополнения. Также рассматривается влияние начальных геометрических несовершенств на характер потери устойчивости.
Ключевые слова: сингулярная точка, точка бифуркации, предельная точка, траектория равновесия, устойчивость равновесия.
И.Е. МАЛЫГИНА, к.т.н., Г.А. МАНУЙЛОВ, к.т.н., доцент, РУТ (МИИТ); e-mail: malygina_i.e@mail.ru
ТОЧКИ РАВНОВЕСИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ..44
В настоящей статье рассматриваются различия между регулярными и сингулярными точками равновесных состояний упругих систем. Авторы приводят классификацию сингулярных точек на основании математических, механических и геометрических подходов. Раскрываются аспекты, касающиеся невырожденных (регулярных) критических точек, в которых первый дифференциал равен нулю, а второй (квадратичная форма) не вырождена. Обсуждаются условия устойчивости и неустойчивости изолированных равновесий, а также влияние первичных ненулевых членов разложения потенциальной энергии на устойчивость вырожденных равновесий. Рассматриваются условия бифуркационной потери устойчивости в контексте неполноты равновесия упругих систем. Анализируется, что необходимым условием для появления точек бифуркации является наличие энергетически ортогонального дополнения. Также рассматривается влияние начальных геометрических несовершенств на характер потери устойчивости.
Ключевые слова: сингулярная точка, точка бифуркации, предельная точка, траектория равновесия, устойчивость равновесия.
UDC 539.3 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.44.54. EQUILIBRIUM POINTS OF MECHANICAL SYSTEMS. I.E. Malygina, G.A. Manuilov, Russian university of transport (MIIT); e-mail: malygina_i.e@mail.ru
Abstract. This paper deals with the differences between regular and singular points of equilibrium states of elastic systems. The author provides a classification of singular points based on mathematical, mechanical and geometrical approaches. Aspects concerning nondegenerate (regular) critical points in which the first differential is zero and the second differential (quadratic form) is not degenerate are disclosed. The conditions of stability and instability of isolated equilibria are discussed, as well as the influence of the primary nonzero terms of the potential energy expansion on the stability of degenerate equilibria. The conditions for bifurcation loss of stability in the context of incomplete equilibrium of elastic systems are considered. It is analyzed that a necessary condition for the appearance of bifurcation points is the presence of an energetically orthogonal complement. The influence of initial geometrical imperfections on the character of stability loss is also considered.
Keywords: singular point, bifurcation point, limit point, equilibrium trajectory, equilibrium stability.
Abstract. This paper deals with the differences between regular and singular points of equilibrium states of elastic systems. The author provides a classification of singular points based on mathematical, mechanical and geometrical approaches. Aspects concerning nondegenerate (regular) critical points in which the first differential is zero and the second differential (quadratic form) is not degenerate are disclosed. The conditions of stability and instability of isolated equilibria are discussed, as well as the influence of the primary nonzero terms of the potential energy expansion on the stability of degenerate equilibria. The conditions for bifurcation loss of stability in the context of incomplete equilibrium of elastic systems are considered. It is analyzed that a necessary condition for the appearance of bifurcation points is the presence of an energetically orthogonal complement. The influence of initial geometrical imperfections on the character of stability loss is also considered.
Keywords: singular point, bifurcation point, limit point, equilibrium trajectory, equilibrium stability.
Сейсмические расчеты
Seismic calculations
УДК 699.841 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.55.63
З.К. АБАЕВ, к.т.н., доцент, Владикавказский научный центр Российской академии наук; e-mail: abaich@yandex.ru
НЕЛИНЕЙНЫЙ СЕЙСМИЧЕСКИЙ ОТКЛИК ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ...55
Представлена методика оценки сейсмостойкости 10-этажного железобетонного каркасного здания. Проведено сравнение между результатами нелинейного динамического анализа и упрощенного модального нелинейного статического анализа. Предложенная методика может быть использована для корректной оценки максимальных ожидаемых моментов во время контрольного землетрясения. Отмечено, что традиционные методы расчета сильно недооценивают сейсмические требования в сравнении с нелинейными, в особенности в средней части высоты здания.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-79-00087 (https://rscf.ru/project/24-79-00087/).
Ключевые слова: железобетонная рама, оценка сейсмостойкости, нелинейный динамический анализ, нелинейный статический анализ.
З.К. АБАЕВ, к.т.н., доцент, Владикавказский научный центр Российской академии наук; e-mail: abaich@yandex.ru
НЕЛИНЕЙНЫЙ СЕЙСМИЧЕСКИЙ ОТКЛИК ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ...55
Представлена методика оценки сейсмостойкости 10-этажного железобетонного каркасного здания. Проведено сравнение между результатами нелинейного динамического анализа и упрощенного модального нелинейного статического анализа. Предложенная методика может быть использована для корректной оценки максимальных ожидаемых моментов во время контрольного землетрясения. Отмечено, что традиционные методы расчета сильно недооценивают сейсмические требования в сравнении с нелинейными, в особенности в средней части высоты здания.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-79-00087 (https://rscf.ru/project/24-79-00087/).
Ключевые слова: железобетонная рама, оценка сейсмостойкости, нелинейный динамический анализ, нелинейный статический анализ.
UDC 699.841 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.55.63. NONLINEAR SEISMIC RESPONSE OF REINFORCED CONCRETE FRAME BUILDINGS. Z.K. Abaev, Vladikavkaz Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences; e-mail: abaich@yandex.ru
Abstract. A methodology for seismic performance evaluation of a 10-story reinforced concrete frame building is presented. The comparison between the results of nonlinear dynamic analysis and simplified modal nonlinear static method is carried out. The proposed methodology can be used to correctly estimate the maximum expected moments during a maximum considered earthquake. It is noted that traditional methods of analysis strongly underestimate seismic demands in comparison with nonlinear methods, especially in the middle part of the height of structures.
The research was supported by the Russian Science Foundation Project No. 24-79-00087 (https://rscf.ru/en/project/24-79-00087/).
Keywords: reinforced concrete frame, seismic performance evaluation, nonlinear dynamic analysis, nonlinear static analysis.
Abstract. A methodology for seismic performance evaluation of a 10-story reinforced concrete frame building is presented. The comparison between the results of nonlinear dynamic analysis and simplified modal nonlinear static method is carried out. The proposed methodology can be used to correctly estimate the maximum expected moments during a maximum considered earthquake. It is noted that traditional methods of analysis strongly underestimate seismic demands in comparison with nonlinear methods, especially in the middle part of the height of structures.
The research was supported by the Russian Science Foundation Project No. 24-79-00087 (https://rscf.ru/en/project/24-79-00087/).
Keywords: reinforced concrete frame, seismic performance evaluation, nonlinear dynamic analysis, nonlinear static analysis.
В помощь проектировщику
To help the designer
УДК 624.072.2.014 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.64.70
М.И. ФАРФЕЛЬ1, 2, к.т.н., П.В. ШТРАУС3 , 1ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО «НИЦ «Строительство», 2НИУ МГСУ; e-mail: farfelmi@yandex.ru, 3Завод металлических конструкций «Элемент»
МЕМБРАННЫЙ ДАВИД И РАМНЫЙ ГОЛИАФ...64
Статья посвящена разъяснению преимуществ мембранных конструкций по сравнению с рамными, традиционно в большом количестве производимыми в настоящее время российскими заводами металлических конструкций. При массовом применении мембранных конструкций можно сократить расходы стоимости строительных конструкций, а также значительно сократить затраты на трудоемкость изготовления и монтажа, что позволит заметно уменьшить общую стоимость строительной конструкции здания или сооружения. Для продвижения массового применения мембранных конструкций в строительном производстве авторы приглашают заинтересованные организации к сотрудничеству и к борьбе с недобросовестной конкуренцией.
Ключевые слова: свободный (безопорный) пролет, проектная индивидуальность, массовая серия, стропильно-прогонная система, опорный контур, рамное покрытие, мембранное покрытие, большепролетное сооружение, архитектурная выразительность, атмосферостойкая и нержавеющая сталь, металлургическое лобби.
М.И. ФАРФЕЛЬ1, 2, к.т.н., П.В. ШТРАУС3 , 1ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО «НИЦ «Строительство», 2НИУ МГСУ; e-mail: farfelmi@yandex.ru, 3Завод металлических конструкций «Элемент»
МЕМБРАННЫЙ ДАВИД И РАМНЫЙ ГОЛИАФ...64
Статья посвящена разъяснению преимуществ мембранных конструкций по сравнению с рамными, традиционно в большом количестве производимыми в настоящее время российскими заводами металлических конструкций. При массовом применении мембранных конструкций можно сократить расходы стоимости строительных конструкций, а также значительно сократить затраты на трудоемкость изготовления и монтажа, что позволит заметно уменьшить общую стоимость строительной конструкции здания или сооружения. Для продвижения массового применения мембранных конструкций в строительном производстве авторы приглашают заинтересованные организации к сотрудничеству и к борьбе с недобросовестной конкуренцией.
Ключевые слова: свободный (безопорный) пролет, проектная индивидуальность, массовая серия, стропильно-прогонная система, опорный контур, рамное покрытие, мембранное покрытие, большепролетное сооружение, архитектурная выразительность, атмосферостойкая и нержавеющая сталь, металлургическое лобби.
UDC 624.072.2.014 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.6.64.70. MEMBRANE DAVID AND FRAME GOLIATH. M.I. Farfel1, 2, P.V. Strauss3, 1TSNIISK named after V.A. Koucherenko JSC Research Center of Construction, 2Moscow State University of Civil Engineering (National Research University), 3Element LLC; e-mail: farfelmi@yandex.ru
Abstract. The article is devoted to explaining the advantages of membrane structures in comparison with frame structures, which are traditionally produced in large quantities by Russian metal structures factories. With the mass application of membrane structures, it is possible to reduce the cost of building structures, as well as significantly reduce the cost of manufacturing and installation, which will significantly reduce the total cost of the building structure of a building or structure. To promote the mass application of membrane structures in construction production, the authors invite interested organizations to cooperate and to combat nfair competition.
Keywords: free (unsupported) span, design individuality, mass series, rafter-girder system, support contour, frame coating, membrane coating, large-span structure, architectural expressiveness, weather-resistant and stainless steel, metallurgical lobby.
Abstract. The article is devoted to explaining the advantages of membrane structures in comparison with frame structures, which are traditionally produced in large quantities by Russian metal structures factories. With the mass application of membrane structures, it is possible to reduce the cost of building structures, as well as significantly reduce the cost of manufacturing and installation, which will significantly reduce the total cost of the building structure of a building or structure. To promote the mass application of membrane structures in construction production, the authors invite interested organizations to cooperate and to combat nfair competition.
Keywords: free (unsupported) span, design individuality, mass series, rafter-girder system, support contour, frame coating, membrane coating, large-span structure, architectural expressiveness, weather-resistant and stainless steel, metallurgical lobby.
УДК 624.131 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.5.71.74
С.В. БОСАКОВ1, 2, д.т.н., проф., О.В. КОЗУНОВА3, к.т.н., доцент, 1Белорусский национальный технический университет, 2Белорусско-Российский университет, Республика Беларусь; e-mail: sevibo@yahoo.com, 3ИПК при Белорусском национальном техническом университе; e-mail: kozunova@gmail.com
ЛИНЕЙНЫЕ И УГЛОВЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЖЕСТКОЙ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФУНДАМЕНТНОЙ ПЛИТЫ НА УПРУГОМ СЛОЕ...71
В рассматриваемой работе предложен подход, позволяющий определять линейные и угловые перемещения жесткой прямоугольной плиты, лежащей без трения на упругом слое. Подход основан на способе ортогональных многочленов, в котором распределение контактных напряжений ищется в виде двойного ряда по полиномам Чебышева первого рода с весом, что позволяет выделить особенность в контактных напряжениях у граней плиты. Функция Грина для упругого слоя также раскладывается в четырехкратный ряд по этим полиномам с помощью четырех использований квадратурной формулы. Использование ортогональности принятых полиномов Чебышева с весом сводит рассматриваемую задачу к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений, которая решается способом усечения. Приведены два примера для жесткой квадратной плиты на упругом слое при нагружении сосредоточенными симметрично приложенной силой и моментом. Для сопоставления даны результаты М.И. Горбунова-Посадова в случае расположения плиты на упругом полупространстве.
Ключевые слова: прямоугольная плита, упругий слой, полиномы Чебышева, бесконечная система уравнений, способ усечения.
С.В. БОСАКОВ1, 2, д.т.н., проф., О.В. КОЗУНОВА3, к.т.н., доцент, 1Белорусский национальный технический университет, 2Белорусско-Российский университет, Республика Беларусь; e-mail: sevibo@yahoo.com, 3ИПК при Белорусском национальном техническом университе; e-mail: kozunova@gmail.com
ЛИНЕЙНЫЕ И УГЛОВЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЖЕСТКОЙ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФУНДАМЕНТНОЙ ПЛИТЫ НА УПРУГОМ СЛОЕ...71
В рассматриваемой работе предложен подход, позволяющий определять линейные и угловые перемещения жесткой прямоугольной плиты, лежащей без трения на упругом слое. Подход основан на способе ортогональных многочленов, в котором распределение контактных напряжений ищется в виде двойного ряда по полиномам Чебышева первого рода с весом, что позволяет выделить особенность в контактных напряжениях у граней плиты. Функция Грина для упругого слоя также раскладывается в четырехкратный ряд по этим полиномам с помощью четырех использований квадратурной формулы. Использование ортогональности принятых полиномов Чебышева с весом сводит рассматриваемую задачу к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений, которая решается способом усечения. Приведены два примера для жесткой квадратной плиты на упругом слое при нагружении сосредоточенными симметрично приложенной силой и моментом. Для сопоставления даны результаты М.И. Горбунова-Посадова в случае расположения плиты на упругом полупространстве.
Ключевые слова: прямоугольная плита, упругий слой, полиномы Чебышева, бесконечная система уравнений, способ усечения.
UDC 624.131 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.5.71.74. LINEAR AND ANGULAR DISPLACEMENTS OF A RIGID RECTANGULAR FOUNDATION SLAB ON AN ELASTIC LAYER. S.V. Bosakov1, 2, O.V. Kozunova3, 1Belarusian National Technical University, 2Belarusian-Russian University; e-mail: sevibo@yahoo.com, 3Belarusian National Technical University; e-mail: kozunova@gmail.com
Abstract. The present work proposes an approach to determining the linear and angular displacements of a rigid rectangular slab lying without friction on an elastic layer. The approach is based on the orthogonal polynomial method, in which the distribution of contact stresses is sought in the form of a double series of Chebyshev polynomials of the first kind with a weight, which allows one to identify a feature in the contact stresses at the slab faces. The Green’s function for the elastic layer is also expanded into a four-fold series in these polynomials using four uses of the quadrature formula. Using the orthogonality of the adopted Chebyshev polynomials with weight reduces the problem under consideration to an infinite system of linear algebraic equations, which is solved by the truncation method. Two examples are given for a rigid square plate on an elastic layer under loading by concentrated symmetrically applied force and moment. For comparison, the results of M.I. Gorbunov-Posadov are given in the case of the plate being located on an elastic half-space.
Keywords: rectangular plate, elastic layer, Chebyshev polynomials, infinite system of equations, truncation method.
Abstract. The present work proposes an approach to determining the linear and angular displacements of a rigid rectangular slab lying without friction on an elastic layer. The approach is based on the orthogonal polynomial method, in which the distribution of contact stresses is sought in the form of a double series of Chebyshev polynomials of the first kind with a weight, which allows one to identify a feature in the contact stresses at the slab faces. The Green’s function for the elastic layer is also expanded into a four-fold series in these polynomials using four uses of the quadrature formula. Using the orthogonality of the adopted Chebyshev polynomials with weight reduces the problem under consideration to an infinite system of linear algebraic equations, which is solved by the truncation method. Two examples are given for a rigid square plate on an elastic layer under loading by concentrated symmetrically applied force and moment. For comparison, the results of M.I. Gorbunov-Posadov are given in the case of the plate being located on an elastic half-space.
Keywords: rectangular plate, elastic layer, Chebyshev polynomials, infinite system of equations, truncation method.
Персоналии
Personalities
К 90-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Д.Н. СОБОЛЕВА...75
TO THE 90TH ANNIVERSARY OF THE BIRTH OF D.N. SOBOLEV...75