N 6 за 2021год
Расчеты на прочность
Strength calculations
Strength calculations
УДК 624.13 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.2.6
С.В. БОСАКОВ, д.т.н., проф. Белорусский национальный технический университет, РУП «Институт БелНИИС», г.Минск, Республика Беларусь; e-mail: Sevibo@yahoo.com
С.В. БОСАКОВ, д.т.н., проф. Белорусский национальный технический университет, РУП «Институт БелНИИС», г.Минск, Республика Беларусь; e-mail: Sevibo@yahoo.com
СОВМЕСТНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ВАРИАЦИОННО-РАЗНОСТНОГО МЕТОДА И СПОСОБА Б.Н. ЖЕМОЧКИНА ПРИ РЕШЕНИИ КОНТАКТНЫХ ЗАДАЧ ДЛЯ УПРУГИХ ОСНОВАНИЙ СЛОЖНОГО ОЧЕРТАНИЯ...2
Предлагаемый автором подход для расчета конструкций на упругом основании сложного очертания основывается на комбинированном и поэтапном применении вариационно-разностного метода и способа Б.Н. Жемочкина. Вариационно-разностный метод используется для определения перемещений поверхности контакта конструкции с упругим основанием. Способ Б.Н. Жемочкина – для нахождения распределения контактных напряжений между конструкцией и основанием. Этим устраняется необходимость построения безразмерной функции для определения перемещений поверхности упругого основания от действия единичной силы, равномерно распределенной по участку Б.Н. Жемочкина, что в случае упругого основания сложного очертания иногда представляет непростую и зачастую нерешенную задачу. В предлагаемой работе успешно применены нерегулярная разностная прямоугольная сетка и треугольные ячейки. Приводится пример расчета жесткой фундаментной плиты на дне котлована на действие статически приложенной сосредоточенной силы, вызывающей ее поступательное перемещение. Графически выполнено сопоставление полученной эпюры контактных напряжений с точным решением распределения контактных напряжений для штампа на упругой полуплоскости и упругом слое.
Ключевые слова: контактная задача, вариационно-разностный метод, способ Б.Н. Жемочкина.
Предлагаемый автором подход для расчета конструкций на упругом основании сложного очертания основывается на комбинированном и поэтапном применении вариационно-разностного метода и способа Б.Н. Жемочкина. Вариационно-разностный метод используется для определения перемещений поверхности контакта конструкции с упругим основанием. Способ Б.Н. Жемочкина – для нахождения распределения контактных напряжений между конструкцией и основанием. Этим устраняется необходимость построения безразмерной функции для определения перемещений поверхности упругого основания от действия единичной силы, равномерно распределенной по участку Б.Н. Жемочкина, что в случае упругого основания сложного очертания иногда представляет непростую и зачастую нерешенную задачу. В предлагаемой работе успешно применены нерегулярная разностная прямоугольная сетка и треугольные ячейки. Приводится пример расчета жесткой фундаментной плиты на дне котлована на действие статически приложенной сосредоточенной силы, вызывающей ее поступательное перемещение. Графически выполнено сопоставление полученной эпюры контактных напряжений с точным решением распределения контактных напряжений для штампа на упругой полуплоскости и упругом слое.
Ключевые слова: контактная задача, вариационно-разностный метод, способ Б.Н. Жемочкина.
UDC 624.13 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.2.6. COMBINED APPLICATION OF THE VARIATIONAL-DIFFERENCE METHOD AND THE METHOD OF B.N. ZHEMOCHKIN IN SOLVING CONTACT PROBLEMS FOR ELASTIC FOUNDATIONS OF COMPLEX SHAPE. S.V. Bosakov, Belarusian National Technical University, Minsk, Belarus; e-mail: Sevibo@yahoo.com
Abstract. The approach proposed by the author for calculating structures on an elastic foundation of a complex shape is based on the combined application of the variational-difference method and the method of B.N. Zhemochkin. The variational-difference method is used to determine the displacements of the contact surface of a structure with an elastic foundation. Method B.N. Zhemochkin – to find the distribution of contact stresses between the structure and the base. This eliminates the need to construct a dimensionless function to determine the displacements of the surface of the elastic foundation from the action of a unit force uniformly distributed over the section B.N. Zhemochkin, which in the case of an elastic foundation of a complex shape is sometimes a difficult and unsolved problem. In the presented work, an irregular finite difference rectangular mesh and triangular cells are also successfully applied. An example of calculating a rigid foundation slab at the bottom of a pit for the action of a statically applied concentrated force causing its translational movement is given. The obtained diagram of contact stresses is graphically compared with the exact solution of the distribution of contact stresses for a stamp on an elastic half-plane.
Key words: contact problem, variational-difference method, B.N. Zhemochkina.
Abstract. The approach proposed by the author for calculating structures on an elastic foundation of a complex shape is based on the combined application of the variational-difference method and the method of B.N. Zhemochkin. The variational-difference method is used to determine the displacements of the contact surface of a structure with an elastic foundation. Method B.N. Zhemochkin – to find the distribution of contact stresses between the structure and the base. This eliminates the need to construct a dimensionless function to determine the displacements of the surface of the elastic foundation from the action of a unit force uniformly distributed over the section B.N. Zhemochkin, which in the case of an elastic foundation of a complex shape is sometimes a difficult and unsolved problem. In the presented work, an irregular finite difference rectangular mesh and triangular cells are also successfully applied. An example of calculating a rigid foundation slab at the bottom of a pit for the action of a statically applied concentrated force causing its translational movement is given. The obtained diagram of contact stresses is graphically compared with the exact solution of the distribution of contact stresses for a stamp on an elastic half-plane.
Key words: contact problem, variational-difference method, B.N. Zhemochkina.
УДК 624.012.45 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.7.12
О.И. ЕФИМОВ1 доц., к.т.н., Ф.С. ЗАМАЛИЕВ1 доц., к.т.н., Н.Н. ЛАСЬКОВ2 д.т.н., проф., АЛЬ-ХАСНАВИ Яссер Сами Гариб2, инж. 1Казанский государственный архитектурно-строительный университет, 2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; e-mail: kgasu@kgasu.ru
О.И. ЕФИМОВ1 доц., к.т.н., Ф.С. ЗАМАЛИЕВ1 доц., к.т.н., Н.Н. ЛАСЬКОВ2 д.т.н., проф., АЛЬ-ХАСНАВИ Яссер Сами Гариб2, инж. 1Казанский государственный архитектурно-строительный университет, 2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; e-mail: kgasu@kgasu.ru
К ОЦЕНКЕ ПРОЧНОСТИ ИЗГИБАЕМЫХ СТАЛЕБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА, АРМИРОВАННЫХ ХОЛОДНОГНУТЫМ ПРОФИЛЕМ...7
Приведены расчетная модель и методика оценки прочности изгибаемых сталебетонных элементов из ячеистого бетона, основанные на предельной относительной деформации сжатия. Численными исследованиями сталебетонных балок по методу предельных усилий, применяемых в СП 2666.1325800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные», показаны большие расхождения с результатами натурных экспериментов. Предложены формулы для отыскания границы сжатой зоны и оценки несущей способности изгибаемого элемента. Показана удовлетворительная сходимость предлагаемой методики.
Ключевые слова: сталебетонный изгибаемый элемент, ячеистый бетон, жесткая арматура, расчетная модель, граница сжатой зоны, изгибающий момент.
Приведены расчетная модель и методика оценки прочности изгибаемых сталебетонных элементов из ячеистого бетона, основанные на предельной относительной деформации сжатия. Численными исследованиями сталебетонных балок по методу предельных усилий, применяемых в СП 2666.1325800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные», показаны большие расхождения с результатами натурных экспериментов. Предложены формулы для отыскания границы сжатой зоны и оценки несущей способности изгибаемого элемента. Показана удовлетворительная сходимость предлагаемой методики.
Ключевые слова: сталебетонный изгибаемый элемент, ячеистый бетон, жесткая арматура, расчетная модель, граница сжатой зоны, изгибающий момент.
UDC 624.012.45 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.7.12. TO THE ESTIMATION OF THE STRENGTH OF BENDED STEEL CONCRETE ELEMENTS FROM AREA CONCRETE REINFORCED WITH A COLD BENT PROFILE. O.I. Efimov1, F.S. Zamaliev1, N.N. Laskov2, AL-Hasnawi Yasser Sami Ghareb2, 1Kazan State University of Architecture and Civil Engineering, 2Penza state University of architecture and construction; e-mail: kgasu@kgasu.ru
Abstract. A computational model and a method for assessing the strength of bending steel-concrete elements made of aerated concrete, based on the ultimate relative compressive deformation, are presented. Numerical studies of steel-concrete beams by the method of limiting efforts used in SP 2666.1325800.2016 “Steel-reinforced concrete structures” show large discrepancies with the results of field experiments. Formulas are proposed for finding the boundary of the compressed zone and assessing the bearing capacity of a bent element. Satisfactory convergence of the proposed method is shown.
Key words: steel-concrete bending element, cellular concrete, rigid reinforcement, design model, compressed zone boundary, bending moment.
Abstract. A computational model and a method for assessing the strength of bending steel-concrete elements made of aerated concrete, based on the ultimate relative compressive deformation, are presented. Numerical studies of steel-concrete beams by the method of limiting efforts used in SP 2666.1325800.2016 “Steel-reinforced concrete structures” show large discrepancies with the results of field experiments. Formulas are proposed for finding the boundary of the compressed zone and assessing the bearing capacity of a bent element. Satisfactory convergence of the proposed method is shown.
Key words: steel-concrete bending element, cellular concrete, rigid reinforcement, design model, compressed zone boundary, bending moment.
УДК 69.04 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.13.18
Н.С. НОВОЖИЛОВА к.т.н., доцент Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; e-mail: nsn01@list.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КИРПИЧНОЙ КЛАДКИ, УСИЛЕННОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ОБОЙМОЙ ИЗ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ...13
Н.С. НОВОЖИЛОВА к.т.н., доцент Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; e-mail: nsn01@list.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КИРПИЧНОЙ КЛАДКИ, УСИЛЕННОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ОБОЙМОЙ ИЗ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ...13
Анализировалось в программном комплексе ANSYS Workbench напряженно-деформированное состояние более 30 видов моделей кирпичных столбов из различных марок кирпича и раствора, усиленных железобетонными обоймами из легкого бетона различной плотности. Бетоны обойм рассматривались классов В10-В20. Напряжения в кладке и в бетоне обоймы изменяются в зависимости от плотности применяемого легкого бетона. С повышением плотности бетона обоймы при одинаковой прочности кладки и классе бетона наблюдается снижение напряжений в кладке и повышение напряжений в бетоне обоймы. По результатам исследования при усилении обоймами из легкого бетона плотностью 1400 кг/м3 выявлено неполное использование прочности бетона обойм при полном использовании прочностных характеристик кладки. При усилении обоймами из бетонов плотностью 1800-2000 кг/м3 использование прочностных характеристик кладки и обоймы зависит от применяемого класса бетона на сжатие.
Ключевые слова: кирпичная кладка, усиление железобетонной обоймой, легкий бетон, напряженное состояние.
Ключевые слова: кирпичная кладка, усиление железобетонной обоймой, легкий бетон, напряженное состояние.
UDC 69.04 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.13.18. RESEARCH OF THE STRESS STATE OF BRICK MASONRY REINFORCED WITH A REINFORCED CONCRETE COLLAR FROM LIGHTWEIGHT CONCRETE. N.S. Novozhilova, Saint-Petersburg state university of architecture and civil engineering.
Abstract. Analyzed in the ANSYS Workbench software package, the stress-deformed state of more than 30 types of models of brick columns from various brands of bricks and a solution, reinforced by reinforced concrete clips from lightweight concrete of various densities. Concretes were considered for both classes in 10-B20. The voltage in the masonry and in the concrete of the climate change depending on the density of the used light concrete. With an increase in the density of the coherent concrete, with the same storage strength and concrete class, there is a decrease in stresses in the masonry and raising stresses in the concrete of the climate. According to the results of the study, with a strengthening of lung concrete, 1,400 kg/m3 density was detected incomplete use of concrete strength for a fee with the full use of the strength characteristics of the masonry. When strengthening concrete closings with a density of 1800-2000 kg/m3 , the use of the strength characteristics of the masonry and the cable depends on the applied concrete class on compression.
Key words: brickwork; strengthening reinforced concrete rope, lightweight concrete, stressful state.
Нелинейные расчеты
Nonlinear calculations
Key words: brickwork; strengthening reinforced concrete rope, lightweight concrete, stressful state.
Нелинейные расчеты
Nonlinear calculations
УДК 519.633 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.18.32
С.В. БАКУШЕВ, д.т.н., проф. Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; e-mail: bakuchsv@mail.ru
С.В. БАКУШЕВ, д.т.н., проф. Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; e-mail: bakuchsv@mail.ru
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ В ПЕРЕМЕЩЕНИЯХ ТРЕХМЕРНОЙ ТЕОРИИ ФИЗИЧЕСКИ НЕЛИНЕЙНОЙ УПРУГОСТИ ДЛЯ РАЗРЫВНЫХ ЗАМЫКАЮЩИХ УРАВНЕНИЙ В ДЕКАРТОВОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ...18
Рассматривается построение дифференциальных уравнений равновесия в перемещениях трехмерной теории физически нелинейной упругости в прямоугольной декартовой системе координат при билинейной аппроксимации графиков объемного и сдвигового деформирования. Физические зависимости записаны для четырех возможных законов деформирования сплошной среды в соответствии с билинейными графиками объемного и сдвигового деформирования. Законы деформирования определяются секущими модулями билинейных графиков диаграмм объемного и сдвигового деформирования. Cформулирован алгоритм определения напряженно-деформированного состояния нелинейно-упругих тел в трехмерной постановке, замыкающие уравнения для которых аппроксимируются билинейными функциями. Алгоритм основан на определении возможного положения поверхностей излома объемного и сдвигового деформирования. При этом выявлены шесть вариантов, характеризующихся взаимным расположением поверхностей излома объемных и сдвиговых деформаций, в каждом из которых возможны не более четырех случаев, различающихся соотношениями первого инварианта тензора деформаций и интенсивности деформаций сдвига по отношению к их значениям, определяющим точки излома графиков диаграмм объемного и сдвигового деформирования. Построенные трехмерные дифференциальные уравнения равновесия в перемещениях и алгоритм определения напряженно-деформированного состояния трехмерных тел могут найти практическое приложение при расчете конструкций с использованием трехмерных уравнений равновесия физически нелинейной теории упругости в перемещениях, замыкающие уравнения физических соотношений для которых аппроксимированы билинейными функциями.
Ключевые слова: трехмерная теория упругости, физическая нелинейность, дифференциальные уравнения равновесия в перемещениях, билинейная аппроксимация замыкающих уравнений, алгоритм.
Рассматривается построение дифференциальных уравнений равновесия в перемещениях трехмерной теории физически нелинейной упругости в прямоугольной декартовой системе координат при билинейной аппроксимации графиков объемного и сдвигового деформирования. Физические зависимости записаны для четырех возможных законов деформирования сплошной среды в соответствии с билинейными графиками объемного и сдвигового деформирования. Законы деформирования определяются секущими модулями билинейных графиков диаграмм объемного и сдвигового деформирования. Cформулирован алгоритм определения напряженно-деформированного состояния нелинейно-упругих тел в трехмерной постановке, замыкающие уравнения для которых аппроксимируются билинейными функциями. Алгоритм основан на определении возможного положения поверхностей излома объемного и сдвигового деформирования. При этом выявлены шесть вариантов, характеризующихся взаимным расположением поверхностей излома объемных и сдвиговых деформаций, в каждом из которых возможны не более четырех случаев, различающихся соотношениями первого инварианта тензора деформаций и интенсивности деформаций сдвига по отношению к их значениям, определяющим точки излома графиков диаграмм объемного и сдвигового деформирования. Построенные трехмерные дифференциальные уравнения равновесия в перемещениях и алгоритм определения напряженно-деформированного состояния трехмерных тел могут найти практическое приложение при расчете конструкций с использованием трехмерных уравнений равновесия физически нелинейной теории упругости в перемещениях, замыкающие уравнения физических соотношений для которых аппроксимированы билинейными функциями.
Ключевые слова: трехмерная теория упругости, физическая нелинейность, дифференциальные уравнения равновесия в перемещениях, билинейная аппроксимация замыкающих уравнений, алгоритм.
UDC 519.633 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.18.32. DIFFERENTIAL EQUATIONS OF EQUILIBRIUM IN DISPLACEMENT OF THREEDIMENSIONAL THEORY OF PHYSICALLY NONLINEAR ELASTICITY FOR DISCONTINUOUS CLOSING EQUATIONS IN CARTESIAN COORDINATES SYSTEM. S.V. Bakushev. The Penza state university of architecture and construction; e-mail: bakuchsv@mail.ru
Abstract. We consider the construction of differential equations of equilibrium in displacements of three-dimensional theory of physically nonlinear elasticity in rectangular Cartesian coordinate system at bilinear approximation of volumetric and shear deformation graphs. Physical dependences are written for four possible rules of deformation of continuous medium in accordance with bilinear graphs of volumetric and shear deformation. The deformation rules are determined by secant modules of bilinear graphs of volumetric and shear deformation diagrams. An algorithm has been formulated for determining the stressstrain state of nonlinear elastic bodies in three-dimensional formulation, the closing equations for which are approximated by bilinear functions. The algorithm is based on determining of the possible position of fracture surfaces of volumetric and shear deformation. Therefore six variants have been identified, characterized by geometric relationship of fracture surfaces of volumetric and shear deformations, in each of them no more than four cases are possible, differing in ratios of the first invariant of the strain tensor and the intensity of shear deformations with respect to their values, which determine break points of volumetric and shear deformation diagrams. The constructed three-dimensional differential equations of equilibrium in displacements and an algorithm for determining the stress-strain state of three-dimensional bodies can be applied in calculating structures using three-dimensional equilibrium equations of the physically nonlinear theory of elasticity in displacements, the closing equations of physical relations for which are approximated by bilinear functions.
Key words: three-dimensional theory of elasticity, physical nonlinearity, differential equations of equilibrium in displacements, bilinear approximation of closing equations, algorithm.
Abstract. We consider the construction of differential equations of equilibrium in displacements of three-dimensional theory of physically nonlinear elasticity in rectangular Cartesian coordinate system at bilinear approximation of volumetric and shear deformation graphs. Physical dependences are written for four possible rules of deformation of continuous medium in accordance with bilinear graphs of volumetric and shear deformation. The deformation rules are determined by secant modules of bilinear graphs of volumetric and shear deformation diagrams. An algorithm has been formulated for determining the stressstrain state of nonlinear elastic bodies in three-dimensional formulation, the closing equations for which are approximated by bilinear functions. The algorithm is based on determining of the possible position of fracture surfaces of volumetric and shear deformation. Therefore six variants have been identified, characterized by geometric relationship of fracture surfaces of volumetric and shear deformations, in each of them no more than four cases are possible, differing in ratios of the first invariant of the strain tensor and the intensity of shear deformations with respect to their values, which determine break points of volumetric and shear deformation diagrams. The constructed three-dimensional differential equations of equilibrium in displacements and an algorithm for determining the stress-strain state of three-dimensional bodies can be applied in calculating structures using three-dimensional equilibrium equations of the physically nonlinear theory of elasticity in displacements, the closing equations of physical relations for which are approximated by bilinear functions.
Key words: three-dimensional theory of elasticity, physical nonlinearity, differential equations of equilibrium in displacements, bilinear approximation of closing equations, algorithm.
В помощь проектировщику
To help the designer
УДК 624.072.2.014 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.33.41
А.С. МАРУТЯН, к.т.н., доц. Пятигорский институт Северо-Кавказского федерального университета; e-mail: al_marut@mail.ru
А.С. МАРУТЯН, к.т.н., доц. Пятигорский институт Северо-Кавказского федерального университета; e-mail: al_marut@mail.ru
ТРЕУГОЛЬНАЯ РАВНОКАТЕТНАЯ ПРОФИЛЬНАЯ ТРУБА (ГНУТОСВАРНОЙ ПРОФИЛЬ) И РАСЧЕТ ЕЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ФЕРМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ...33
Приведено новое техническое решение треугольной равнокатетной профильной трубы (гнутосварного профиля), оптимизированной по критерию равноустойчивости применительно к ферменным конструкциям. при помощи приближенной методики расчета тонкостенных сечений по их средним (срединным) линиям, неоднократно апробированной в вариантном и оптимальном проектировании несущих конструкций. Ее отличительный признак заключен в том, что двойные отбортовки после заварки продольного шва формируют снаружи прямой угол катетов профиля, а внутри – вертикальное ребро шириной, равной четырем толщинам трубы, и высотой, составляющей 0,2698 гипотенузы, расположенной горизонтально. Представлен сравнительный расчет конструктивных коэффициентов и коэффициентов использования поясных элементов из прямоугольных и равнокатетных труб на примере их реализации в одной и той же полуферме (отправочной марке). Выявлено уменьшение расхода конструкционного материала (стали) и снижение строительной высоты ферменной конструкции. Как следствие из представленного обновления поясных элементов ферменной конструкции обозначена перспективность не менее эффективного обновления и стержневых элементов ее решетки. Еще раз подтверждена приемлемая корректность приближенной методики расчета для ее применения на разных стадиях проектирования несущих конструкций.
Ключевые слова: расчет оптимальных параметров, равноустойчивые сечения, профильные трубы, гнутосварные профили, ферменные системы, решетчатые конструкции.
Приведено новое техническое решение треугольной равнокатетной профильной трубы (гнутосварного профиля), оптимизированной по критерию равноустойчивости применительно к ферменным конструкциям. при помощи приближенной методики расчета тонкостенных сечений по их средним (срединным) линиям, неоднократно апробированной в вариантном и оптимальном проектировании несущих конструкций. Ее отличительный признак заключен в том, что двойные отбортовки после заварки продольного шва формируют снаружи прямой угол катетов профиля, а внутри – вертикальное ребро шириной, равной четырем толщинам трубы, и высотой, составляющей 0,2698 гипотенузы, расположенной горизонтально. Представлен сравнительный расчет конструктивных коэффициентов и коэффициентов использования поясных элементов из прямоугольных и равнокатетных труб на примере их реализации в одной и той же полуферме (отправочной марке). Выявлено уменьшение расхода конструкционного материала (стали) и снижение строительной высоты ферменной конструкции. Как следствие из представленного обновления поясных элементов ферменной конструкции обозначена перспективность не менее эффективного обновления и стержневых элементов ее решетки. Еще раз подтверждена приемлемая корректность приближенной методики расчета для ее применения на разных стадиях проектирования несущих конструкций.
Ключевые слова: расчет оптимальных параметров, равноустойчивые сечения, профильные трубы, гнутосварные профили, ферменные системы, решетчатые конструкции.
UDC 624.072.2.014 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.33.41.TRIANGULAR EQUAL-ROLLED PROFILE PIPE (BENT-WELDED PROFILE) AND CALCULATION OF ITS OPTIMAL PARAMETERS FOR TRUSS STRUCTURE. A.S. Marutyan, Branch of the North Caucasus Federal University, Pyatigorsk.
Abstract. The article gives a new technical solution of triangular equal-rolled profile pipe (bent-welded profile) optimized according to the criterion of equal stability in relation to trusses. The solution is based on the approximate method for calculating thin-walled sections along their median lines, tested in the variant and optimal design of load-bearing structures. Its distinctive feature lies in the fact that the double flangings after welding the longitudinal seam form a right angle of the profile legs outside, and inside form a vertical rib with the width equal to four pipe thicknesses and the height of 0.2698 hypotenuse set horizontally. A comparative calculation of the design coefficients and coefficients of the use of belt elements from rectangular and equal-rolled pipes is presented with the example of their implementation in the same semi-truss. The article reveals the reduction in consumption of structural material (steel) and lower construction height of the truss structure. As a consequence of the presented renewal of the belt elements of the truss structure, the prospects of effective renewal of the core elements of its lattice are indicated. The acceptable correctness of the approximate calculation method for its application at different stages of the design of load-bearing structures has been confirmed.
Abstract. The article gives a new technical solution of triangular equal-rolled profile pipe (bent-welded profile) optimized according to the criterion of equal stability in relation to trusses. The solution is based on the approximate method for calculating thin-walled sections along their median lines, tested in the variant and optimal design of load-bearing structures. Its distinctive feature lies in the fact that the double flangings after welding the longitudinal seam form a right angle of the profile legs outside, and inside form a vertical rib with the width equal to four pipe thicknesses and the height of 0.2698 hypotenuse set horizontally. A comparative calculation of the design coefficients and coefficients of the use of belt elements from rectangular and equal-rolled pipes is presented with the example of their implementation in the same semi-truss. The article reveals the reduction in consumption of structural material (steel) and lower construction height of the truss structure. As a consequence of the presented renewal of the belt elements of the truss structure, the prospects of effective renewal of the core elements of its lattice are indicated. The acceptable correctness of the approximate calculation method for its application at different stages of the design of load-bearing structures has been confirmed.
Key words: calculation of optimal parameters, equidistant sections, profile pipes, bent-welded profiles, truss systems, lattice structures.
УДК 624.072.2.014 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.42.50
М.И. ФАРФЕЛЬ1,2, канд. техн. наук, С.В. ГУРОВ1 1ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»), 2НИУ МГСУ, г. Москва; e-mail: farfelmi@yandex.ru
М.И. ФАРФЕЛЬ1,2, канд. техн. наук, С.В. ГУРОВ1 1ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»), 2НИУ МГСУ, г. Москва; e-mail: farfelmi@yandex.ru
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕМБРАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ...42
В статье описаны преимущества мембранных покрытий по сравнению с покрытиями из традиционных стропильных конструкций. Приведены исторические факты о применении первых покрытий из мембран, разработанных великим русским инженером В.Г. Шуховым. Рассмотрены мероприятия, обеспечивающие безмоментную работу опорного контура мембранного покрытия на прямоугольном плане. Приведены примеры мембранных перекрытий с безмоментной работой на прямоугольном опорном контуре. В работе перечислены наиболее известные покрытия с применением тонколистовых мембран, как из малоуглеродистых и низколегированных сталей, так и из нержавеющих сталей, причем мембранные покрытия из нержавеющих сталей были сооружены 40 лет назад и в настоящее время продолжают безопасно эксплуатироваться. Указано, что мембранные покрытия сооружались в основном из традиционных «черных» сталей. Проанализированы преимущества использования нержавеющей стали в качестве пролетной конструкции. Описан механизм, позволяющий устранить основной недостаток стальных конструкций, способность к коррозии. Приведены механические характеристики нескольких типов нержавеющих сталей для применения в качестве мембранного покрытия.
Ключевые слова: мембрана, опорный контур, стабилизация, цепные усилия, нержавеющая сталь, мембранное покрытие, большепролетное покрытие, стальной каркас, безмоментная работа опорного контура.
В статье описаны преимущества мембранных покрытий по сравнению с покрытиями из традиционных стропильных конструкций. Приведены исторические факты о применении первых покрытий из мембран, разработанных великим русским инженером В.Г. Шуховым. Рассмотрены мероприятия, обеспечивающие безмоментную работу опорного контура мембранного покрытия на прямоугольном плане. Приведены примеры мембранных перекрытий с безмоментной работой на прямоугольном опорном контуре. В работе перечислены наиболее известные покрытия с применением тонколистовых мембран, как из малоуглеродистых и низколегированных сталей, так и из нержавеющих сталей, причем мембранные покрытия из нержавеющих сталей были сооружены 40 лет назад и в настоящее время продолжают безопасно эксплуатироваться. Указано, что мембранные покрытия сооружались в основном из традиционных «черных» сталей. Проанализированы преимущества использования нержавеющей стали в качестве пролетной конструкции. Описан механизм, позволяющий устранить основной недостаток стальных конструкций, способность к коррозии. Приведены механические характеристики нескольких типов нержавеющих сталей для применения в качестве мембранного покрытия.
Ключевые слова: мембрана, опорный контур, стабилизация, цепные усилия, нержавеющая сталь, мембранное покрытие, большепролетное покрытие, стальной каркас, безмоментная работа опорного контура.
UDC 624.072.2.014 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.42.50. IMPROVING THE EFFICIENCY OF MEMBRANE STRUCTURES WHEN USING STAINLESS STEELS. M.I. Farfel1,2, S.V. Gurov1, 1TSNIISK named after V.A. Kucherenko (JSC “SIC “Construction”), Moscow, 2NRU MGSU, Moscow.
Abstract. The article describes the advantages of membrane coatings in comparison with coatings from traditional rafter structures. The historical facts about the first membrane coatings developed by the great Russian engineer V.G. Shukhov are given. The measures ensuring the smooth operation of the membrane coating on a rectangular plan are considered. Examples of membrane overlaps with non-bending operation on a rectangular support contour are given. The paper lists the most well-known coatings using thin-sheet membranes, both from low-carbon and low-alloy steels, and from stainless steels, moreover, membrane coatings made of stainless steels were constructed 40 years ago and currently continue to be safely operated. It is indicated that the membrane coatings were constructed mainly from traditional “black” steels. The advantages of using stainless steel as a span structure are analyzed. The mechanism allowing to eliminate the main disadvantage of steel structures, the ability to corrosion, is described, the mechanical characteristics of several types of stainless steels for use as a membrane coating are given.
Key words: membrane, support circuit, stabilization, chain forces, stainless steel, membrane coating, long span coating, steel frame, instantaneous operation of the support circuit.
Abstract. The article describes the advantages of membrane coatings in comparison with coatings from traditional rafter structures. The historical facts about the first membrane coatings developed by the great Russian engineer V.G. Shukhov are given. The measures ensuring the smooth operation of the membrane coating on a rectangular plan are considered. Examples of membrane overlaps with non-bending operation on a rectangular support contour are given. The paper lists the most well-known coatings using thin-sheet membranes, both from low-carbon and low-alloy steels, and from stainless steels, moreover, membrane coatings made of stainless steels were constructed 40 years ago and currently continue to be safely operated. It is indicated that the membrane coatings were constructed mainly from traditional “black” steels. The advantages of using stainless steel as a span structure are analyzed. The mechanism allowing to eliminate the main disadvantage of steel structures, the ability to corrosion, is described, the mechanical characteristics of several types of stainless steels for use as a membrane coating are given.
Key words: membrane, support circuit, stabilization, chain forces, stainless steel, membrane coating, long span coating, steel frame, instantaneous operation of the support circuit.
Экспериментальные исследования
Experimental studies
УДК: 69.07, 624.014.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.51.59
Д.В. КОНИН, к.т.н., П.В. НАХВАЛЬНОВ, инженер, научный сотруд. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство»; e-mail: konden@inbox.ru
Д.В. КОНИН, к.т.н., П.В. НАХВАЛЬНОВ, инженер, научный сотруд. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство»; e-mail: konden@inbox.ru
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОБОЛТОВЫХ СРЕЗНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ...51
Ввиду более строгих конструктивных требований для соединений конструкций из сталей с пределом текучести свыше 375 МПа, эффективность применения сталей высокой прочности существенно снижается. Описаны опытные модели соединений из сталей С390 и С440 (Ry до 500 МПа), испытанных на сжатие и растяжение с толщиной пакета до 120 мм и с болтами 10.9 диаметром до 30 мм. Представлены и проанализированы результаты испытаний. Установлено, что соединения обладают достаточной пластичностью для равномерной передачи нагрузок между болтами, что делает возможным использовать срезные соединения с болтами класса точности B без ограничений. На основании анализа данных выявлено, что при конструировании многоболтовых срезных соединений из рассмотренных сталей уменьшение межболтового расстояния не дает различия в результатах как по несущей способности, так и по деформативности соединений. Установлено значение коэффициента γb, который учитывает условия работы соединения при уменьшении расстояния от центра болта до края элемента при применении высокопрочных сталей.
Ввиду более строгих конструктивных требований для соединений конструкций из сталей с пределом текучести свыше 375 МПа, эффективность применения сталей высокой прочности существенно снижается. Описаны опытные модели соединений из сталей С390 и С440 (Ry до 500 МПа), испытанных на сжатие и растяжение с толщиной пакета до 120 мм и с болтами 10.9 диаметром до 30 мм. Представлены и проанализированы результаты испытаний. Установлено, что соединения обладают достаточной пластичностью для равномерной передачи нагрузок между болтами, что делает возможным использовать срезные соединения с болтами класса точности B без ограничений. На основании анализа данных выявлено, что при конструировании многоболтовых срезных соединений из рассмотренных сталей уменьшение межболтового расстояния не дает различия в результатах как по несущей способности, так и по деформативности соединений. Установлено значение коэффициента γb, который учитывает условия работы соединения при уменьшении расстояния от центра болта до края элемента при применении высокопрочных сталей.
Ключевые слова: болт, срез, растяжение, сжатие, сдвиг, перемещение, пластическая деформация, многоболтовое соединение, срезное соединение, высокопрочная сталь.
UDC: 69.07, 624.014.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.51.59. EXPERIMENTAL STUDY OF MULTI-BOLT SHEAR JOINTS MADE OF HIGH-STRENGTH STEELS. D.V. Konin, P.V. Nakhvalnov. TSNIISK named after V.A. Kucherenko (JSC “SIC “Construction”), Moscow; e-mail: konden@inbox.ru
Abstract. Due to more stricter Russian codes requirements for joints of steel structures with yield strength more than 375 MPa, the effectiveness of the use of high-strength steels is significantly reduced. Experimental models of joints made of S390 and S440 steels (fy up to 500 MPa) tested for compression and tension with a package thickness up to 120 mm and with 10.9 bolts with a diameter of up to 30 mm are described. The test results are presented and analyzed. It is established that the joints have sufficient plasticity for uniform transfer of loads between the bolts, which makes it possible to use shear joints with bolts of accuracy class B without restrictions. Based on data analysis, it was revealed that when designing multi-bolt shear joints, decrease of interbolt distance does not give a difference in the results both in bearing capacity and in deformability of the joints. The value of the coefficient γb has been established, which takes into account working conditions of joint when reducing distance from center of bolt to the edge of element when using high-strength steels.
Key words: bolt, shear, tension, compression, shear, displacement, plastic deformation, multi-bolt joint, shear joint, high-strength steel.
Abstract. Due to more stricter Russian codes requirements for joints of steel structures with yield strength more than 375 MPa, the effectiveness of the use of high-strength steels is significantly reduced. Experimental models of joints made of S390 and S440 steels (fy up to 500 MPa) tested for compression and tension with a package thickness up to 120 mm and with 10.9 bolts with a diameter of up to 30 mm are described. The test results are presented and analyzed. It is established that the joints have sufficient plasticity for uniform transfer of loads between the bolts, which makes it possible to use shear joints with bolts of accuracy class B without restrictions. Based on data analysis, it was revealed that when designing multi-bolt shear joints, decrease of interbolt distance does not give a difference in the results both in bearing capacity and in deformability of the joints. The value of the coefficient γb has been established, which takes into account working conditions of joint when reducing distance from center of bolt to the edge of element when using high-strength steels.
Key words: bolt, shear, tension, compression, shear, displacement, plastic deformation, multi-bolt joint, shear joint, high-strength steel.
УДК 691.421.666.72:691:620.1 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.60.65
В.И. ОБОЗОВ, д.т.н., проф., М.А. МУХИН, инж., А.С. ВЕТКОВ, инж. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»); e-mail: obozov@yandex.ru
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КЛЕЕВОГО РАСТВОРА В КЛАДКЕ ИЗ ГАЗОСИЛИКАТНЫХ БЛОКОВ...60
Исследован вопрос применения клеевого раствора в кладке фасадных стен из газосиликатных блоков в многоэтажных зданиях. Особенностью условий применения кладки из газосиликатных блоков на клеевом растворе в многоэтажных зданиях являются значительные горизонтальные воздействия от ветровых нагрузок с учетом пульсаций. В связи с этим к кладке фасадных стен из блоков предъявляются повышенные требования по прочности. Исследования проведены на примере монолитного железобетонного здания высотой 28 этажей с навесным вентилируемым фасадом. Горизонтальная нагрузка на заполнение наружных стен из блоков передается окнами через крепежные элементы, расположенные по периметру окна. Выполнены расчеты на ветровую нагрузку 6 различных участков заполнения наружных стен на 28-м этаже, где ветровая нагрузка имеет максимальное значение. На основании расчетов сформулированы требования к кладке из газосиликатных блоков на клеевом растворе. Для определения фактической прочности кладки проведены испытания образцов, взятых из выполненной кладки на объекте. По результатам испытания образцов сформулированы дополнительные требования к кладке, в том числе к контролю качества по выполнению кладки из газосиликатных блоков на объекте.
Ключевые слова: здание, кладка, газосиликатный блок, клеевой раствор, ветровая нагрузка, расчет, компьютерная модель, объемный конечный элемент, испытание образцов, прочность.
В.И. ОБОЗОВ, д.т.н., проф., М.А. МУХИН, инж., А.С. ВЕТКОВ, инж. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»); e-mail: obozov@yandex.ru
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КЛЕЕВОГО РАСТВОРА В КЛАДКЕ ИЗ ГАЗОСИЛИКАТНЫХ БЛОКОВ...60
Исследован вопрос применения клеевого раствора в кладке фасадных стен из газосиликатных блоков в многоэтажных зданиях. Особенностью условий применения кладки из газосиликатных блоков на клеевом растворе в многоэтажных зданиях являются значительные горизонтальные воздействия от ветровых нагрузок с учетом пульсаций. В связи с этим к кладке фасадных стен из блоков предъявляются повышенные требования по прочности. Исследования проведены на примере монолитного железобетонного здания высотой 28 этажей с навесным вентилируемым фасадом. Горизонтальная нагрузка на заполнение наружных стен из блоков передается окнами через крепежные элементы, расположенные по периметру окна. Выполнены расчеты на ветровую нагрузку 6 различных участков заполнения наружных стен на 28-м этаже, где ветровая нагрузка имеет максимальное значение. На основании расчетов сформулированы требования к кладке из газосиликатных блоков на клеевом растворе. Для определения фактической прочности кладки проведены испытания образцов, взятых из выполненной кладки на объекте. По результатам испытания образцов сформулированы дополнительные требования к кладке, в том числе к контролю качества по выполнению кладки из газосиликатных блоков на объекте.
Ключевые слова: здание, кладка, газосиликатный блок, клеевой раствор, ветровая нагрузка, расчет, компьютерная модель, объемный конечный элемент, испытание образцов, прочность.
UDC 691.421.666.72:691:620.1 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.60.65. EXPERIENCE OF APPLICATION OF ADHESIVE MORTAR IN MASONRY FROM GAS-SILICATE BLOCKS. V.I. Obozov, M.A. Mukhin, A.S. Vetkov, TSNIISK named after V.A. Kucherenko (JSC “SIC “Construction”), Moscow; e-mail: obozov@yandex.ru.
Abstarct. The question of the use of an adhesive solution in the laying of facade walls made of gas silicate blocks in multi-storey buildings has been investigated. A feature of the conditions for using masonry from gas silicate blocks on an adhesive solution in multi-storey buildings is significant horizontal effects from wind loads, taking into account pulsations. In this regard, increased requirements for strength are imposed on the masonry of facade walls made of blocks. The research was carried out on the example of a monolithic reinforced concrete building with a height of 28 floors with a hinged ventilated facade. The horizontal load on the filling of the outer walls from the blocks is transferred by the windows through the fasteners located along the perimeter of the window. Calculations were made for the wind load of 6 different filling areas of the outer walls on the 28th floor, where the wind load has a maximum value. Based on the calculations, the requirements for masonry made of gas silicate blocks on an adhesive solution are formulated. To determine the actual strength of the masonry, tests were carried out on samples taken from the completed masonry at the facility. Based on the results of testing the samples, additional requirements for the masonry were formulated, including quality control for the execution of masonry from gas silicate blocks at the facility.
Key words: building, masonry, gas silicate block, adhesive solution, wind load, calculation, computer model, volumetric finite element, testing of samples, strength.
Abstarct. The question of the use of an adhesive solution in the laying of facade walls made of gas silicate blocks in multi-storey buildings has been investigated. A feature of the conditions for using masonry from gas silicate blocks on an adhesive solution in multi-storey buildings is significant horizontal effects from wind loads, taking into account pulsations. In this regard, increased requirements for strength are imposed on the masonry of facade walls made of blocks. The research was carried out on the example of a monolithic reinforced concrete building with a height of 28 floors with a hinged ventilated facade. The horizontal load on the filling of the outer walls from the blocks is transferred by the windows through the fasteners located along the perimeter of the window. Calculations were made for the wind load of 6 different filling areas of the outer walls on the 28th floor, where the wind load has a maximum value. Based on the calculations, the requirements for masonry made of gas silicate blocks on an adhesive solution are formulated. To determine the actual strength of the masonry, tests were carried out on samples taken from the completed masonry at the facility. Based on the results of testing the samples, additional requirements for the masonry were formulated, including quality control for the execution of masonry from gas silicate blocks at the facility.
Key words: building, masonry, gas silicate block, adhesive solution, wind load, calculation, computer model, volumetric finite element, testing of samples, strength.
УДК 692.232.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.66.72
М.О. ПАВЛОВА, к.т.н., М.Н. ПАВЛЕНКО, инж., М.А. ЗАБЕГИН, инж., П.Е. МАХОНИНА, инж. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко( АО «НИЦ « Строительство»); e-mail: 1747302@mail.ru
М.О. ПАВЛОВА, к.т.н., М.Н. ПАВЛЕНКО, инж., М.А. ЗАБЕГИН, инж., П.Е. МАХОНИНА, инж. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко( АО «НИЦ « Строительство»); e-mail: 1747302@mail.ru
ОСОБЕННОСТИ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ КРУПНОФОРМАТНЫХ ПАНЕЛЕЙ ИЗ КЕРАМОГРАНИТА И МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КАРКАСА ФАСАДНЫХ КОНСТРУКЦИЙ...66
Проведены работы по исследованию фасадной конструкции с применением в качестве облицовочного материала крупноформатных керамогранитных плит с целью доработки и совершенствования узлов крепления. Новые технические решения устройства фасадных конструкций требуют комплексного подхода при подтверждении возможности их применения. Выполнено расчетно-теоретическое обоснование работы конструкции, проведены лабораторные испытания. По результатам проведенного комплекса работ внесены изменения в конструктивную схему фасадной конструкции, составлена технологическая карта и сформированы рекомендации по ведению строительно-монтажных работ модифицированной конструкции.
Ключевые слова: фасад здания, крупноформатная облицовка, керамогранитные плиты, ограждающие конструкции, фасадные конструкции, лабораторные испытания, эксплуатационная надежность, механическая безопасность.
Проведены работы по исследованию фасадной конструкции с применением в качестве облицовочного материала крупноформатных керамогранитных плит с целью доработки и совершенствования узлов крепления. Новые технические решения устройства фасадных конструкций требуют комплексного подхода при подтверждении возможности их применения. Выполнено расчетно-теоретическое обоснование работы конструкции, проведены лабораторные испытания. По результатам проведенного комплекса работ внесены изменения в конструктивную схему фасадной конструкции, составлена технологическая карта и сформированы рекомендации по ведению строительно-монтажных работ модифицированной конструкции.
Ключевые слова: фасад здания, крупноформатная облицовка, керамогранитные плиты, ограждающие конструкции, фасадные конструкции, лабораторные испытания, эксплуатационная надежность, механическая безопасность.
UDC 692.232.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2021.6.66.72. FEATURES OF JOINT WORK OF LARGE-FORMAT PANELS MADE OF PORCELAIN STONEWARE AND METAL FRAME OF FACADE STRUCTURES. M.O. Pavlova, M.N. Pavlenko, M.A. Zabegin, P.E. Makhonina. TSNIISK named after V.A. Kucherenko (JSC “SIC “Construction”), Moscow; e-mail: 1747302@mail.ru
Abstract. Сarried out work on the study of the facade structure using large-format granite slabs as a facing material in order to refine and improve the fastening units. New technical solutions for the construction of facade structures require an integrated approach when confirming the possibility of their application. The design and theoretical justification of the design was carried out, laboratory tests were carried out. Based on the results of the complex of works carried out, changes were made to the structural scheme of the facade structure, a technological map was compiled and recommendations were formed for conducting construction and installation works of the modified structure.
Key words: building facade, large-format cladding, porcelain stoneware panels, enclosing structures, facade structures, laboratory tests, operational reliability, mechanical safety.
Abstract. Сarried out work on the study of the facade structure using large-format granite slabs as a facing material in order to refine and improve the fastening units. New technical solutions for the construction of facade structures require an integrated approach when confirming the possibility of their application. The design and theoretical justification of the design was carried out, laboratory tests were carried out. Based on the results of the complex of works carried out, changes were made to the structural scheme of the facade structure, a technological map was compiled and recommendations were formed for conducting construction and installation works of the modified structure.
Key words: building facade, large-format cladding, porcelain stoneware panels, enclosing structures, facade structures, laboratory tests, operational reliability, mechanical safety.
Рецензии
Reviews
Сидоров В.Н. член-корреспондент РААСН доктор технических наук, профессор. РУТ (МИИТ)
Рецензия на монографию И.И. Иванченко «Динамика мостов (высокоскоростные подвижные, аэродинамические и сейсмические нагрузки)»...73
Рецензия на монографию И.И. Иванченко «Динамика мостов (высокоскоростные подвижные, аэродинамические и сейсмические нагрузки)»...73
Sidorov V.N. Corresponding member of the RAASN, Doctor of Technical Sciences, Professor. RUTH (MIIT)
Review of I.I. Ivanchenko’s monograph «Dynamics of bridges (high-speed mobile, aerodynamic and seismic loads)»...73
Review of I.I. Ivanchenko’s monograph «Dynamics of bridges (high-speed mobile, aerodynamic and seismic loads)»...73
Наши юбиляры
Our anniversaries
Еремееву Павлу Георгиевичу – 80 лет ............. 74
Pavel Georgievich Yeremeyev is 80 years old ..... 74
Pavel Georgievich Yeremeyev is 80 years old ..... 74
Райзеру Владимиру Давидовичу – 85 лет ...... 75
Raiser Vladimir Davidovich is 85 years old........... 75
Raiser Vladimir Davidovich is 85 years old........... 75