N 6 за 2023 год
УДК 517.972.5+624.04+624.07 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.11.19
А.В. ЕРМАКОВА, к.т.н., доцент ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (НИУ)»; e-mail: annaolga11@gmail.com
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МДКЭ КАК НОВОГО ЧИСЛЕННОГО МЕТОДА ДЛЯ РАСЧЕТА N-НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ...11
В статье дана оценка метода дополнительных конечных элементов (МДКЭ) с точки зрения теории численных методов. МДКЭ является вариантом метода конечных элементов (МКЭ). Этот вариант расширяет возможности МКЭ при расчете N-нелинейных систем, работающих в условиях постепенного роста прилагаемой нагрузки и числа проявляемых физически нелинейных свойств. Математическое моделирование этого процесса осуществляется введением дополнительных конечных элементов (ДКЭ), входящих в дополнительные расчетные схемы (ДРС). Это обеспечивает последовательное преобразование основной разрешающей системы уравнений на каждом этапе расчета. Последний этап связан с наступлением предельного состояния рассматриваемой системы, когда ее расчетная схема превращается в идеальную модель разрушения (ИМР).
Ключевые слова: метод дополнительных конечных элементов, метод конечных элементов, дополнительный конечный элемент, дополнительная расчетная схема, идеальная модель разрушения, предельное состояние.
Нелинейные расчеты
Nonlinear calculations
УДК 69.04 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.2.10
П.В. ЕРЕМЕЕВ1,2, Г.Н. ШМЕЛЕВ2, к.т.н. 1АО «Спецремпроект»; e-mail: pavil-66@inbox.ru, 2Казанский государственный архитектурно-строительный университет; e-mail: gn.shmelev@mail.ru
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПЕРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ УПРУГОСТИ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ЗНАКОПЕРЕМЕННОГО УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ...2
При расчетах металлических конструкций, как правило, принимаются допущения, позволяющие рассмотреть сложную нелинейную работу конструкции в линейной постановке, а именно – отсутствие начальных напряжений, отсутствие кинематических и изотропных изменений поверхности текучести материала при пластических деформациях, тождественность поведения материала при нагружении и разгружении и т.д. Данный подход заложен в нормативных документах и обусловлен следующими доводами: самоуравновешенные напряжения влияют на деформативность сечения, но не могут повлиять на кинематическую границу его прочности в предположении идеально упругопластического поведения материала; конструкция работает на однократное нагружение; начальные напряжения в одних зонах замедляют развитие пластических деформаций, а в других – ускоряют и т.д. Указанные допущения представляются оправданными в классических задачах прочности конструкций, в которых допускается развитие пластических деформаций. Однако в некоторых задачах эти допущения могут привести к искаженному или ошибочному результату. В рамках статьи описано дополнение метода переменных параметров упругости в формулировке нелинейной деформационной модели, позволяющее снять вышеперечисленные допущения. Алгоритм реализован на языке Python и проверен на двух верификационных задачах, также рассмотрен процесс нагружения двутаврового сечения с учетом остаточных напряжений. Результаты численного расчета показали близкие значения с аналитическими решениями и качественно соответствуют общеизвестным представлениям о цикловой работе конструкций.
Ключевые слова: метод переменных параметров упругости, нелинейная деформационная модель, алгоритм «сечение», остаточные напряжения.
П.В. ЕРЕМЕЕВ1,2, Г.Н. ШМЕЛЕВ2, к.т.н. 1АО «Спецремпроект»; e-mail: pavil-66@inbox.ru, 2Казанский государственный архитектурно-строительный университет; e-mail: gn.shmelev@mail.ru
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПЕРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ УПРУГОСТИ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ЗНАКОПЕРЕМЕННОГО УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ...2
При расчетах металлических конструкций, как правило, принимаются допущения, позволяющие рассмотреть сложную нелинейную работу конструкции в линейной постановке, а именно – отсутствие начальных напряжений, отсутствие кинематических и изотропных изменений поверхности текучести материала при пластических деформациях, тождественность поведения материала при нагружении и разгружении и т.д. Данный подход заложен в нормативных документах и обусловлен следующими доводами: самоуравновешенные напряжения влияют на деформативность сечения, но не могут повлиять на кинематическую границу его прочности в предположении идеально упругопластического поведения материала; конструкция работает на однократное нагружение; начальные напряжения в одних зонах замедляют развитие пластических деформаций, а в других – ускоряют и т.д. Указанные допущения представляются оправданными в классических задачах прочности конструкций, в которых допускается развитие пластических деформаций. Однако в некоторых задачах эти допущения могут привести к искаженному или ошибочному результату. В рамках статьи описано дополнение метода переменных параметров упругости в формулировке нелинейной деформационной модели, позволяющее снять вышеперечисленные допущения. Алгоритм реализован на языке Python и проверен на двух верификационных задачах, также рассмотрен процесс нагружения двутаврового сечения с учетом остаточных напряжений. Результаты численного расчета показали близкие значения с аналитическими решениями и качественно соответствуют общеизвестным представлениям о цикловой работе конструкций.
Ключевые слова: метод переменных параметров упругости, нелинейная деформационная модель, алгоритм «сечение», остаточные напряжения.
UDC 69.04 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.2.10. APPLICATION OF THE METHOD OF VARIABLE ELASTICITY PARAMETERS FOR SOLVING PROBLEMS OF ALTERNATING ELASTIC-PLASTIC LOADING OF METAL ROD STRUCTURES TAKING INTO ACCOUNT RESIDUAL STRESSES. P.V.Eremeev1,2, G.N.Shmelev2, 1JSC “Spetsremproekt”; e-mail: pavil-66@inbox.ru; 2Kazan State University of Architecture and Engineering; e-mail: gn.shmelev@mail.ru
Abstract. When calculating metal structures, as a rule, assumptions are made that allow us to consider the complex nonlinear operation of the structure in a linear formulation, namely, the absence of initial stresses, the absence of kinematic and isotropic changes in the flow surface of the material during plastic deformations, the identity of the behavior of the material during loading and unloading, etc. This approach is laid down in regulatory documents and is due to the following arguments: self-balanced stresses affect the deformability of the section, but cannot affect the kinematic boundary of its strength under the assumption of an ideally elasticplastic behavior of the material; the design works for a single load; initial stresses in some zones slow down the development of plastic deformations, and in others accelerate, etc. These assumptions seem to be justified in the classical problems of structural strength, in which the development of plastic deformations is allowed. However, in some tasks, these assumptions can lead to a distorted or erroneous result. The article describes the addition of the method of variable elasticity parameters in the formulation of a nonlinear deformation model, which makes it possible to remove the above assumptions. The algorithm is implemented in Python and tested on two verification tasks, and the process of loading the I-beam section taking into account residual stresses is also considered. The results of numerical calculation showed similar values with analytical solutions and qualitatively correspond to well-known ideas about the cyclic operation of structures.
Key words: Method of variable elasticity parameters, nonlinear deformation model, “cross section” algorithm, residual stresses.
Abstract. When calculating metal structures, as a rule, assumptions are made that allow us to consider the complex nonlinear operation of the structure in a linear formulation, namely, the absence of initial stresses, the absence of kinematic and isotropic changes in the flow surface of the material during plastic deformations, the identity of the behavior of the material during loading and unloading, etc. This approach is laid down in regulatory documents and is due to the following arguments: self-balanced stresses affect the deformability of the section, but cannot affect the kinematic boundary of its strength under the assumption of an ideally elasticplastic behavior of the material; the design works for a single load; initial stresses in some zones slow down the development of plastic deformations, and in others accelerate, etc. These assumptions seem to be justified in the classical problems of structural strength, in which the development of plastic deformations is allowed. However, in some tasks, these assumptions can lead to a distorted or erroneous result. The article describes the addition of the method of variable elasticity parameters in the formulation of a nonlinear deformation model, which makes it possible to remove the above assumptions. The algorithm is implemented in Python and tested on two verification tasks, and the process of loading the I-beam section taking into account residual stresses is also considered. The results of numerical calculation showed similar values with analytical solutions and qualitatively correspond to well-known ideas about the cyclic operation of structures.
Key words: Method of variable elasticity parameters, nonlinear deformation model, “cross section” algorithm, residual stresses.
УДК 517.972.5+624.04+624.07 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.11.19
А.В. ЕРМАКОВА, к.т.н., доцент ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (НИУ)»; e-mail: annaolga11@gmail.com
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МДКЭ КАК НОВОГО ЧИСЛЕННОГО МЕТОДА ДЛЯ РАСЧЕТА N-НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ...11
В статье дана оценка метода дополнительных конечных элементов (МДКЭ) с точки зрения теории численных методов. МДКЭ является вариантом метода конечных элементов (МКЭ). Этот вариант расширяет возможности МКЭ при расчете N-нелинейных систем, работающих в условиях постепенного роста прилагаемой нагрузки и числа проявляемых физически нелинейных свойств. Математическое моделирование этого процесса осуществляется введением дополнительных конечных элементов (ДКЭ), входящих в дополнительные расчетные схемы (ДРС). Это обеспечивает последовательное преобразование основной разрешающей системы уравнений на каждом этапе расчета. Последний этап связан с наступлением предельного состояния рассматриваемой системы, когда ее расчетная схема превращается в идеальную модель разрушения (ИМР).
Ключевые слова: метод дополнительных конечных элементов, метод конечных элементов, дополнительный конечный элемент, дополнительная расчетная схема, идеальная модель разрушения, предельное состояние.
UDC 517.972.5+624.04+624.07 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.11.19. THEORETICAL ESTIMATION OF AFEM AS NEW NUMERICAL METHOD FOR ANALYSIS OF N-NONLINEAR SYSTEMS AT LIMIT STATES. A.V. Ermakova, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “South Ural State University (national research university)”; e-mail: annaolga11@gmail.com.
The paper presents the theoretical estimation of Additional Finite Element Method (AFEM) from the point of view of the Numerical Method Theory. AFEM is the variant of Finite Element Method (FEM). This variant extends FEM abilities for analysis of N-nonlinear systems under the growth of applied load and the number of physical nonlinear properties. Mathematical modeling process realizes by introduction of additional finite elements (AFE-s) into additional design diagrams (ADD-s). This helps the gradual transformation of main set of equations at every step of analysis. The last step is the limit state moment of considered system, when their design diagram transmits into ideal failure model (IFM).
Key words: additional finite element method, finite element method, additional finite element, additional design diagram, ideal failure model, limit state.
The paper presents the theoretical estimation of Additional Finite Element Method (AFEM) from the point of view of the Numerical Method Theory. AFEM is the variant of Finite Element Method (FEM). This variant extends FEM abilities for analysis of N-nonlinear systems under the growth of applied load and the number of physical nonlinear properties. Mathematical modeling process realizes by introduction of additional finite elements (AFE-s) into additional design diagrams (ADD-s). This helps the gradual transformation of main set of equations at every step of analysis. The last step is the limit state moment of considered system, when their design diagram transmits into ideal failure model (IFM).
Key words: additional finite element method, finite element method, additional finite element, additional design diagram, ideal failure model, limit state.
Расчеты на прочность
Strength calculations
УДК 69.04 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.20.32
В.П. АГАПОВ1, д.т.н., проф., А.С. МАРКОВИЧ1,2, к.т.н., доцент 1Инженерная академия РУДН, 2НИУ МГСУ; e-mail: markovich-as@rudn.ru
ШЕСТИПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ КРИТЕРИЙ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ БЕТОНА...20
На основании проведенных авторами экспериментов разработан шестипараметрический критерий прочности для бетонов, позволяющий учитывать объемное напряженное состояние в расчетах массивных бетонных и железобетонных конструкций на прочность. Разработанный критерий прочности адаптирован к пространственному восьмиузловому конечному элементу (тип solid) и реализован в вычислительном комплексе ПРИНС. Для верификации разработанного критерия в работе приводится сравнение как с экспериментальными данными, так и с результатами расчетов, отвечающими другим, широко применяемым для бетонов, критериям прочности. Сравнение результатов показало достоверную оценку прочности бетона в режиме как низких, так и высоких средних напряжений.
Ключевые слова: критерии прочности для бетона, критерий Друкера – Прагера, критерий Виллама – Варнке, метод конечных элементов, вычислительный комплекс ПРИНС, строительные конструкции, массивные железобетонные сооружения, физическая нелинейность, механика деформируемых тел.
В.П. АГАПОВ1, д.т.н., проф., А.С. МАРКОВИЧ1,2, к.т.н., доцент 1Инженерная академия РУДН, 2НИУ МГСУ; e-mail: markovich-as@rudn.ru
ШЕСТИПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ КРИТЕРИЙ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ БЕТОНА...20
На основании проведенных авторами экспериментов разработан шестипараметрический критерий прочности для бетонов, позволяющий учитывать объемное напряженное состояние в расчетах массивных бетонных и железобетонных конструкций на прочность. Разработанный критерий прочности адаптирован к пространственному восьмиузловому конечному элементу (тип solid) и реализован в вычислительном комплексе ПРИНС. Для верификации разработанного критерия в работе приводится сравнение как с экспериментальными данными, так и с результатами расчетов, отвечающими другим, широко применяемым для бетонов, критериям прочности. Сравнение результатов показало достоверную оценку прочности бетона в режиме как низких, так и высоких средних напряжений.
Ключевые слова: критерии прочности для бетона, критерий Друкера – Прагера, критерий Виллама – Варнке, метод конечных элементов, вычислительный комплекс ПРИНС, строительные конструкции, массивные железобетонные сооружения, физическая нелинейность, механика деформируемых тел.
UDC 69.04 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.20.32. SIX-PARAMETER FAILURE CRITERION FOR CONCRETE. V.P. Agapov1, A.S. Markovich1,2, 1Academy of Engineering of RUDN University, 2National Research Moscow State University of Civil Engineering; e-mail: markovich-as@rudn.ru
Abstract. Based on the experiments conducted by the authors, a six-parameter failure criterion for concrete has been developed, which makes it possible to take into account the volumetric stress state in strength calculations of massive concrete and reinforced concrete structures. The developed strength criterion is adapted to a spatial eight-node finite element (solid type) and implemented in the PRINS software. To verify the developed criterion, the work provides a comparison with both experimental data and calculation results that meet other strength criteria widely used for concrete. A comparison of the results showed a reliable assessment of the strength of concrete in the mode of both low and high average stresses.
Key words: failure criterion for concrete, Drucker & Prager criterion, Willam & Warnke criterion, finite element method, PRINS software, building structures, massive reinforced concrete structures, physical nonlinearity, mechanics of deformable bodies.
Abstract. Based on the experiments conducted by the authors, a six-parameter failure criterion for concrete has been developed, which makes it possible to take into account the volumetric stress state in strength calculations of massive concrete and reinforced concrete structures. The developed strength criterion is adapted to a spatial eight-node finite element (solid type) and implemented in the PRINS software. To verify the developed criterion, the work provides a comparison with both experimental data and calculation results that meet other strength criteria widely used for concrete. A comparison of the results showed a reliable assessment of the strength of concrete in the mode of both low and high average stresses.
Key words: failure criterion for concrete, Drucker & Prager criterion, Willam & Warnke criterion, finite element method, PRINS software, building structures, massive reinforced concrete structures, physical nonlinearity, mechanics of deformable bodies.
УДК 539.3/.6 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.33.40
В.Н. СИМБИРКИН1,2, к.т.н., Е.В. ПОЗНЯК3, д.т.н., А.Ю. ВИКТОРОВ3, Е.Ю. ОСИПОВ1 1ООО«ЕВРОСОФТ», 2ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО«НИЦ«Строительство», 3НИУ «МЭИ»; e-mail: PozniakYV@mpei.ru
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ И ОГНЕСОХРАННОСТЬ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ СТАРКОН...33
Представлен программный модуль RCDiagra, входящий в состав отечественного программного комплекса СТАРКОН. Программный модуль предназначен для расчета напряженно-деформированного состояния сечений железобетонных балок и колонн, включая проверочный расчет на огнестойкость и огнесохранность. Расчет сечений проводится по нелинейной деформационной теории с возможностью учета изменения расчетных свойств бетона и арматуры вследствие нестационарного теплового воздействия. Для определения коэффициентов условий работы, коэффициентов изменения модулей упругости бетона и арматуры, предельных относительных деформаций выполняется теплотехнический расчет в соответствии с СП 468.1325800.2019 [2] и МДС 21-2.2000. В ходе теплотехнического расчета решается задача определения температурного поля в сечении при нестационарном тепловом воздействии в зависимости от граничных условий и теплофизических параметров материала. Предполагается, что коэффициенты теплопроводности и удельной теплоемкости бетона зависят от текущей температуры в точках сечения.
Ключевые слова: огнестойкость, огнесохранность, железобетонные конструкции, нелинейная деформационная теория, поле температур, поле напряжений.
В.Н. СИМБИРКИН1,2, к.т.н., Е.В. ПОЗНЯК3, д.т.н., А.Ю. ВИКТОРОВ3, Е.Ю. ОСИПОВ1 1ООО«ЕВРОСОФТ», 2ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО«НИЦ«Строительство», 3НИУ «МЭИ»; e-mail: PozniakYV@mpei.ru
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ И ОГНЕСОХРАННОСТЬ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ СТАРКОН...33
Представлен программный модуль RCDiagra, входящий в состав отечественного программного комплекса СТАРКОН. Программный модуль предназначен для расчета напряженно-деформированного состояния сечений железобетонных балок и колонн, включая проверочный расчет на огнестойкость и огнесохранность. Расчет сечений проводится по нелинейной деформационной теории с возможностью учета изменения расчетных свойств бетона и арматуры вследствие нестационарного теплового воздействия. Для определения коэффициентов условий работы, коэффициентов изменения модулей упругости бетона и арматуры, предельных относительных деформаций выполняется теплотехнический расчет в соответствии с СП 468.1325800.2019 [2] и МДС 21-2.2000. В ходе теплотехнического расчета решается задача определения температурного поля в сечении при нестационарном тепловом воздействии в зависимости от граничных условий и теплофизических параметров материала. Предполагается, что коэффициенты теплопроводности и удельной теплоемкости бетона зависят от текущей температуры в точках сечения.
Ключевые слова: огнестойкость, огнесохранность, железобетонные конструкции, нелинейная деформационная теория, поле температур, поле напряжений.
UDC 539.3/.6 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.33.40. FIRE RESISTANCE AND FIRE SAFETY ANALYSES OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURAL ELEMENTS WITH STARKON SOFTWARE. V.N.Simbirkin1,2, E.V.Poznyak3, A.Yu.Viktorov3, E.Yu.Osipov1, 1LLC “EUROSOFT”, 2Research. Institute of Building Constructions (TSNIISK) named after V.A.Koucherenko JSC Research Center of Construction, 3National Research University “MPEI”; e-mail: PozniakYV@mpei.ru
Abstract. RCDiagra software as a part of the domestic STARKON software is presented. The software is designed to perform fire resistance and fire safety analysis of reinforced concrete beams and columns. The strength analysis is based on the nonlinear deformation theory and enables to take into account non-stationary thermal effects changing the concrete and reinforcement properties. To determine the ultimate strength, elastic modulus for concrete and reinforcement, ultimate relative deformations, a thermal analysis is performed in accordance with SP 468.1325800.2019 and MDS 21-2.2000. The thermal engineering analysis solve the problem of determining the temperature field in the beam cross-section under non-stationary thermal action, depending on the boundary conditions and thermophysical parameters of the material. It is assumed that the coefficients of thermal conductivity and specific heat capacity of concrete depend on the current temperature at the crosssection points.
Keywords: fire resistance, fire safety, reinforced concrete structures, nonlinear deformation theory, temperature field, stress field.
Abstract. RCDiagra software as a part of the domestic STARKON software is presented. The software is designed to perform fire resistance and fire safety analysis of reinforced concrete beams and columns. The strength analysis is based on the nonlinear deformation theory and enables to take into account non-stationary thermal effects changing the concrete and reinforcement properties. To determine the ultimate strength, elastic modulus for concrete and reinforcement, ultimate relative deformations, a thermal analysis is performed in accordance with SP 468.1325800.2019 and MDS 21-2.2000. The thermal engineering analysis solve the problem of determining the temperature field in the beam cross-section under non-stationary thermal action, depending on the boundary conditions and thermophysical parameters of the material. It is assumed that the coefficients of thermal conductivity and specific heat capacity of concrete depend on the current temperature at the crosssection points.
Keywords: fire resistance, fire safety, reinforced concrete structures, nonlinear deformation theory, temperature field, stress field.
УДК 624.011.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2023.6.41.48
С.А. МАЛБИЕВ, к.т.н. ООО НПП «Инженер-Строй», г. Иваново; e-mail: nata.khomch@yandex.ru
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАСЧЕТА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ...41
Рассматривается влияние температурных воздействий на техническое состояние перекрестностержневых пространственных конструкций (ПСПК) из полимерных строительных материалов (ПСМ) на примере трубчатых элементов из поливинилхлорида (ПВХ). Из многочисленных научных исследований различных авторов известно, что пониженные и повышенные температуры существенно влияют на механическую безопасность конструкционных пластмасс: прочность при растяжениисжатии, изгибе, потерю устойчивости, кручение, что в конечном итоге снижает эксплуатационную надежность и долговечность ПСПК. В действующей нормативно-технической строительной документации по нагрузкам и воздействиям предусмотрены только климатические температурные воздействия. В документации по строительным конструкциям технологические температурные воздействия не учитывают фактор времени. Рассмотрено в нелинейной постановке и общее решение задачи нестационарного теплопереноса цилиндрического элемента для расчета двумерного поля температур отдельно для стержневого цилиндрического элемента и узлового соединения в системе «цилиндр – цилиндр». Приведены графические иллюстрации расчетов.
Ключевые слова: температурные воздействия; фактор времени; пространственные строительные конструкции зданий и сооружений; теплопроводность; стержни цилиндрической трубчатой формы; нестационарный теплоперенос; стержневые конструкции космической техники.
С.А. МАЛБИЕВ, к.т.н. ООО НПП «Инженер-Строй», г. Иваново; e-mail: nata.khomch@yandex.ru
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАСЧЕТА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ...41
Рассматривается влияние температурных воздействий на техническое состояние перекрестностержневых пространственных конструкций (ПСПК) из полимерных строительных материалов (ПСМ) на примере трубчатых элементов из поливинилхлорида (ПВХ). Из многочисленных научных исследований различных авторов известно, что пониженные и повышенные температуры существенно влияют на механическую безопасность конструкционных пластмасс: прочность при растяжениисжатии, изгибе, потерю устойчивости, кручение, что в конечном итоге снижает эксплуатационную надежность и долговечность ПСПК. В действующей нормативно-технической строительной документации по нагрузкам и воздействиям предусмотрены только климатические температурные воздействия. В документации по строительным конструкциям технологические температурные воздействия не учитывают фактор времени. Рассмотрено в нелинейной постановке и общее решение задачи нестационарного теплопереноса цилиндрического элемента для расчета двумерного поля температур отдельно для стержневого цилиндрического элемента и узлового соединения в системе «цилиндр – цилиндр». Приведены графические иллюстрации расчетов.
Ключевые слова: температурные воздействия; фактор времени; пространственные строительные конструкции зданий и сооружений; теплопроводность; стержни цилиндрической трубчатой формы; нестационарный теплоперенос; стержневые конструкции космической техники.
UDC 624.011.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2023.6.41.48. IMPROVING THE CALCULATION OF SPATIAL ROD STRUCTURES FROM POLYMER MATERIALS TAKEN INTO ACCOUNT OF TEMPERATURE INFLUENCE. S.A. Malbiev, Scientific and production enterprise “Engineer-Story”; e-mail: nata.khomch@yandex.ru
Abstract. The influence of temperature effects on the technical condition of cross-bar spatial structures (CSRS) made of polymer building materials (PSM) is considered using the example of tubular elements made of polyvinyl chloride (PVC). From numerous scientific studies by various authors, it is known that low and high temperatures significantly affect the mechanical safety of engineering plastics: tensile-compressive strength, bending, loss of stability, torsion, which ultimately reduces the operational reliability and durability of CSRS. The current regulatory and technical construction documentation on loads and impacts provides only climatic temperature impacts. In the documentation for building structures, technological temperature effects do not take into account the time factor. The general solution to the problem of unsteady heat transfer of a cylindrical element is considered in a nonlinear formulation to calculate the two-dimensional temperature field separately for the rod cylindrical element and the node connection in the “cylinder-cylinder” system. Graphic illustrations of the calculations are provided.
Key words: temperature effects; time factor; spatial building structures of buildings and structures; thermal conductivity; cylindrical tubular rods; non-stationary heat transfer; core structures of space technology.
Abstract. The influence of temperature effects on the technical condition of cross-bar spatial structures (CSRS) made of polymer building materials (PSM) is considered using the example of tubular elements made of polyvinyl chloride (PVC). From numerous scientific studies by various authors, it is known that low and high temperatures significantly affect the mechanical safety of engineering plastics: tensile-compressive strength, bending, loss of stability, torsion, which ultimately reduces the operational reliability and durability of CSRS. The current regulatory and technical construction documentation on loads and impacts provides only climatic temperature impacts. In the documentation for building structures, technological temperature effects do not take into account the time factor. The general solution to the problem of unsteady heat transfer of a cylindrical element is considered in a nonlinear formulation to calculate the two-dimensional temperature field separately for the rod cylindrical element and the node connection in the “cylinder-cylinder” system. Graphic illustrations of the calculations are provided.
Key words: temperature effects; time factor; spatial building structures of buildings and structures; thermal conductivity; cylindrical tubular rods; non-stationary heat transfer; core structures of space technology.
Численные расчеты
Numerical calculations
УДК 624.014.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2023.6.49.53
А.Е. СВЯТОШЕНКО, к.т.н. ГАУ НО «Управление госэкспертизы»; e-mail: sae-2004@yandex.ru
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНОЙ ДЛИНЫ ПОЯСА ФЕРМЫ ПРИ УПРУГОМ ПОДКРЕПЛЕНИИ ИЗ ПЛОСКОСТИ...49
Представлен алгоритм определения расчётной длины для сжатого пояса U-образной фермы численными методами, выполнено сравнение результатов с аналитическими расчётами [6]. Классическое связевое решение по раскреплению сжатых поясов ферм любых пролётных строений предполагает постановку связевых блоков, которые исключают смещение узлов ферм из плоскости. В инженерной практике существуют решения, в которых отсутствует конструктивная возможность постановки связевых блоков по сжатым поясам ферм. Примером являются U-образные фермы надземных открытых пешеходных мостов, в которых ходовое полотно расположено в уровне нижних поясов, а верхние пояса ферм расположены на отметке поручней ограждения. Конструктивное решение U-образной фермы представлено на рисунке 1. В нормах [1] приведены формулы для определения расчётной длины пояса фермы (неразрезного стержня) с различными сжимающими усилиями на участках, но отсутствует инженерная методика вычисления расчётной длины пояса фермы в зависимости от упругого бокового подкрепления. Благодаря тому, что отечественные нормы [1], [2] и [4] устанавливают чёткие математические законы вычисления расчётных длин сжатых стержней, решение поставленной инженерной задачи возможно, например, с привлечением численных методов.
Ключевые слова: критическая сила Эйлера, коэффициент запаса по устойчивости, коэффициент устойчивости при центральном сжатии, расчетная длина, устойчивость, U-образные фермы, алюминиевые пешеходные переходы.
А.Е. СВЯТОШЕНКО, к.т.н. ГАУ НО «Управление госэкспертизы»; e-mail: sae-2004@yandex.ru
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНОЙ ДЛИНЫ ПОЯСА ФЕРМЫ ПРИ УПРУГОМ ПОДКРЕПЛЕНИИ ИЗ ПЛОСКОСТИ...49
Представлен алгоритм определения расчётной длины для сжатого пояса U-образной фермы численными методами, выполнено сравнение результатов с аналитическими расчётами [6]. Классическое связевое решение по раскреплению сжатых поясов ферм любых пролётных строений предполагает постановку связевых блоков, которые исключают смещение узлов ферм из плоскости. В инженерной практике существуют решения, в которых отсутствует конструктивная возможность постановки связевых блоков по сжатым поясам ферм. Примером являются U-образные фермы надземных открытых пешеходных мостов, в которых ходовое полотно расположено в уровне нижних поясов, а верхние пояса ферм расположены на отметке поручней ограждения. Конструктивное решение U-образной фермы представлено на рисунке 1. В нормах [1] приведены формулы для определения расчётной длины пояса фермы (неразрезного стержня) с различными сжимающими усилиями на участках, но отсутствует инженерная методика вычисления расчётной длины пояса фермы в зависимости от упругого бокового подкрепления. Благодаря тому, что отечественные нормы [1], [2] и [4] устанавливают чёткие математические законы вычисления расчётных длин сжатых стержней, решение поставленной инженерной задачи возможно, например, с привлечением численных методов.
Ключевые слова: критическая сила Эйлера, коэффициент запаса по устойчивости, коэффициент устойчивости при центральном сжатии, расчетная длина, устойчивость, U-образные фермы, алюминиевые пешеходные переходы.
UDC 624.014.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2023.6.49.53. TO DEFINE BUCKLING LENGTH OF CORD OF TRUSS SYSTEM WITH THE ELASTIC SUPPORT OUT OF PLANE. A.E. Svyatoshenko, State Autonomous Institution of the Nizhny Novgorod Region “State Expertise Department”; e-mail: sae-2004@yandex.ru
Abstract. An algorithm for determining the effective length for a compressed chord of a U-shaped truss using numerical methods is presented, and the results are compared with analytical calculations [6]. The classic bracing solution for bracing compressed truss chords of any spans involves the installation of bracing blocks that prevent the truss nodes from moving out of plane. In engineering practice, there are solutions in which there is no constructive possibility of installing tie blocks along compressed chords of trusses. An example is the U-shaped truss of overhead open pedestrian bridges, in which the running surface is located at the level of the lower chords, and the upper chords of the trusses are located at the level of the handrails of the fence. The design solution of a U-shaped truss is presented in Figure 1. The standards [1] provide formulas for determining the design length of a truss chord (continuous rod) with different compressive forces in sections, but there is no engineering method for calculating the design length of a truss chord depending on elastic lateral torsional. Due to the fact that domestic standards [1], [2] and [4] establish clear mathematical laws for calculating the design lengths of compressed rods, solving the posed engineering problem is possible, for example, using numerical methods.
Key words: Euler critical force, stability safety factor, stability factor under central compression, effective length, stability, U-shaped trusses; aluminum pedestrian crossings.
Abstract. An algorithm for determining the effective length for a compressed chord of a U-shaped truss using numerical methods is presented, and the results are compared with analytical calculations [6]. The classic bracing solution for bracing compressed truss chords of any spans involves the installation of bracing blocks that prevent the truss nodes from moving out of plane. In engineering practice, there are solutions in which there is no constructive possibility of installing tie blocks along compressed chords of trusses. An example is the U-shaped truss of overhead open pedestrian bridges, in which the running surface is located at the level of the lower chords, and the upper chords of the trusses are located at the level of the handrails of the fence. The design solution of a U-shaped truss is presented in Figure 1. The standards [1] provide formulas for determining the design length of a truss chord (continuous rod) with different compressive forces in sections, but there is no engineering method for calculating the design length of a truss chord depending on elastic lateral torsional. Due to the fact that domestic standards [1], [2] and [4] establish clear mathematical laws for calculating the design lengths of compressed rods, solving the posed engineering problem is possible, for example, using numerical methods.
Key words: Euler critical force, stability safety factor, stability factor under central compression, effective length, stability, U-shaped trusses; aluminum pedestrian crossings.
Сейсмические расчеты
Seismic calculations
УДК 624.042.7 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.54.61
А.М. УЗДИН1, д.т.н., проф., Х.Н. МАЖИЕВ2, д.т.н., проф., Л.Н. СМИРНОВА4, к.т.н., Г.В. CОРОКИНА1, к.т.н., доцент, Х.Р. ЗАЙНУЛАБИДОВА3, к.т.н., доцент, Ш.Ш. НАЗАРОВА1, А.А. НАЗАРОВ1 1Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра, I,2Грозненский государственный нефтяной технический университет, 3Дагестанский государственный технический университет, 4АО«НИЦ«Строительство»; e-mail: lyubovsmirnova80@gmail.com
ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА СЕЙСМОСТОЙКОСТИ СООРУЖЕНИЙ ПО АКСЕЛЕРОГРАММАМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ...54
Проанализированы основные проблемы динамического расчета сооружений с использованием акселерограмм землетрясений. Рассмотрены задачи задания расчетных акселерограмм, моделирования жесткостных и демпфирующих свойств сооружения, а также обоснования критериев сейсмостойкости сооружения. Рассмотрено задание воздействия для сооружения и для площадки строительства. Сформулированы требования к оцифровке акселерограмм и к количеству расчетных акселерограмм для площадки строительства, достаточному для оценки сейсмостойкости сооружения. Указаны сложности построения расчетных акселерограмм и учета в расчетах накопления повреждений в сооружении в процессе сейсмических колебаний. Отмечено, что расчет по акселерограммам сильных землетрясений легко реализуем только для сооружений с заданными параметрами предельных состояний. Для линейных расчетов отмечается проблема задания демпфирования в системе. Рассмотрены критерии предельных состояний по ограничению работы сил пластического деформирования и по повреждаемости сооружения.
Ключевые слова: динамический расчет, сейсмостойкость, акселерограмма, демпфирование, линейно-спектральный метод, сейсмическое воздействие, работа сил пластического деформирования, спектр повреждаемости сооружения, одномассовый осциллятор.
А.М. УЗДИН1, д.т.н., проф., Х.Н. МАЖИЕВ2, д.т.н., проф., Л.Н. СМИРНОВА4, к.т.н., Г.В. CОРОКИНА1, к.т.н., доцент, Х.Р. ЗАЙНУЛАБИДОВА3, к.т.н., доцент, Ш.Ш. НАЗАРОВА1, А.А. НАЗАРОВ1 1Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра, I,2Грозненский государственный нефтяной технический университет, 3Дагестанский государственный технический университет, 4АО«НИЦ«Строительство»; e-mail: lyubovsmirnova80@gmail.com
ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА СЕЙСМОСТОЙКОСТИ СООРУЖЕНИЙ ПО АКСЕЛЕРОГРАММАМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ...54
Проанализированы основные проблемы динамического расчета сооружений с использованием акселерограмм землетрясений. Рассмотрены задачи задания расчетных акселерограмм, моделирования жесткостных и демпфирующих свойств сооружения, а также обоснования критериев сейсмостойкости сооружения. Рассмотрено задание воздействия для сооружения и для площадки строительства. Сформулированы требования к оцифровке акселерограмм и к количеству расчетных акселерограмм для площадки строительства, достаточному для оценки сейсмостойкости сооружения. Указаны сложности построения расчетных акселерограмм и учета в расчетах накопления повреждений в сооружении в процессе сейсмических колебаний. Отмечено, что расчет по акселерограммам сильных землетрясений легко реализуем только для сооружений с заданными параметрами предельных состояний. Для линейных расчетов отмечается проблема задания демпфирования в системе. Рассмотрены критерии предельных состояний по ограничению работы сил пластического деформирования и по повреждаемости сооружения.
Ключевые слова: динамический расчет, сейсмостойкость, акселерограмма, демпфирование, линейно-спектральный метод, сейсмическое воздействие, работа сил пластического деформирования, спектр повреждаемости сооружения, одномассовый осциллятор.
UDC 624.042.7 DOI 10.37538/0039-2383.2023.6.54.61. PROBLEMS OF USING DYNAMIC METHODS FOR CALCULATING SEISMIC RESISTANCE OF STRUCTURES BASING ON EARTHQUAKE ACCELEROGRAMS. A.M. Uzdin1, H.N. Mazhiev2, L.N. Smirnova4, G.V. Sorokina1, H.R. Zainulabidova3, Sh.Sh. Nazarova1, A.A. Nazarov1, 1Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University, 2Grozny State Oil Technical University, 3Dagestan State Technical University, 4JSC Research Center of Construction; e-mail: lyubovsmirnova80@gmail.com
Abstract. The main problems of structures dynamic calculation using earthquake accelerograms are analyzed. The problems of setting design accelerograms, modeling rigidity and damping structure properties, as well as substantiating the seismic resistance criteria of structures are considered. The design seismic action generated for the structure and for the construction site is considered. Requirements are formulated for the accelerogram digitization and for the number of design accelerograms for a construction site, sufficient for assessing the structure seismic resistance. The difficulties of constructing design accelerograms and taking into account in calculations the accumulation of damage in a structure during seismic vibrations are indicated. It is noted, that calculations using accelerograms of strong earthquakes can be easily made only for structures with given parameters of limit states. For linear calculations, the problem of taking the system damping into account is analyzed. The criteria for limit states limiting the work of plastic deformation forces and the damageability of a structure are considered.
Key words: dynamic calculation, seismic resistance, accelerogram, damping, linear spectral method, seismic action, operation of plastic deformation forces, damage spectrum of the structure, single-mass oscillator.
Abstract. The main problems of structures dynamic calculation using earthquake accelerograms are analyzed. The problems of setting design accelerograms, modeling rigidity and damping structure properties, as well as substantiating the seismic resistance criteria of structures are considered. The design seismic action generated for the structure and for the construction site is considered. Requirements are formulated for the accelerogram digitization and for the number of design accelerograms for a construction site, sufficient for assessing the structure seismic resistance. The difficulties of constructing design accelerograms and taking into account in calculations the accumulation of damage in a structure during seismic vibrations are indicated. It is noted, that calculations using accelerograms of strong earthquakes can be easily made only for structures with given parameters of limit states. For linear calculations, the problem of taking the system damping into account is analyzed. The criteria for limit states limiting the work of plastic deformation forces and the damageability of a structure are considered.
Key words: dynamic calculation, seismic resistance, accelerogram, damping, linear spectral method, seismic action, operation of plastic deformation forces, damage spectrum of the structure, single-mass oscillator.
Нормирование
Standardization
УДК 624.012.6 DOI: 10.37538/0039-2383.2023.6.62.73
И.И. ВЕДЯКОВ, д.т.н., проф., Д.В. КОНИН, к.т.н., И.В. РТИЩЕВА ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО«НИЦ«Строительство»; e-mail: rtischevaiv@ya.ru
ФОРМИРОВАНИЕ НОРМ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МНОГОСЛОЙНОГО СТЕКЛА...62
Согласно ФЗ-384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», при использовании на объекте строительства ненормированных технологий и материалов требуется подтверждение их несущей способности экспериментальными исследованиями, разработка специальных технических условий. В 2023 году сформирован и выпущен первый нормативный документ, рассматривающий стеклянные конструкции в качестве несущих – это новый Свод Правил 521.1325800.2023 «Конструкции из многослойного стекла. Правила проектирования», который расширяет возможности проектирования. Готовится к выпуску новый ГОСТ «Конструкции стеклянные несущие. Методы испытаний», нормирующий порядок проведения испытаний. В статье приведены результаты и анализ испытаний конструкций из стекла, выполняемых специалистами ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко при формировании нормативной документации, а также для её расширения и уточнения.
Ключевые слова: закалённое стекло, неупрочнённое стекло, многослойное стекло, несущий элемент, нормативная документация, прочность, деформативность.
И.И. ВЕДЯКОВ, д.т.н., проф., Д.В. КОНИН, к.т.н., И.В. РТИЩЕВА ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО«НИЦ«Строительство»; e-mail: rtischevaiv@ya.ru
ФОРМИРОВАНИЕ НОРМ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МНОГОСЛОЙНОГО СТЕКЛА...62
Согласно ФЗ-384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», при использовании на объекте строительства ненормированных технологий и материалов требуется подтверждение их несущей способности экспериментальными исследованиями, разработка специальных технических условий. В 2023 году сформирован и выпущен первый нормативный документ, рассматривающий стеклянные конструкции в качестве несущих – это новый Свод Правил 521.1325800.2023 «Конструкции из многослойного стекла. Правила проектирования», который расширяет возможности проектирования. Готовится к выпуску новый ГОСТ «Конструкции стеклянные несущие. Методы испытаний», нормирующий порядок проведения испытаний. В статье приведены результаты и анализ испытаний конструкций из стекла, выполняемых специалистами ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко при формировании нормативной документации, а также для её расширения и уточнения.
Ключевые слова: закалённое стекло, неупрочнённое стекло, многослойное стекло, несущий элемент, нормативная документация, прочность, деформативность.
UDC 624.012.6 DOI: 10.37538/0039-2383.2023.6.62.73 FORMATION OF STANDARDS FOR DESIGNING SUPPORTING STRUCTURES MADE OF LAMINATED GLASS. I.I. Vedyakov, D.V. Konin, I.V. Rtishcheva, Research Institute of Building Constructions (TSNIISK) named after V.A.Koucherenko JSC Research Center of Construction; e-mail: rtischevaiv@ya.ru.
According to Federal Law No. 384 “Technical Regulations on the Safety of Buildings and Structures”, when non-standardized technologies and materials are used at a construction site, confirmation of their load-bearing capacity by experimental research and the development of special technical conditions are required. In 2023, the first regulatory document was formed and released considering glass structures as load-bearing structures – this is the new Code of Rules 521.1325800.2023 “Structures made of laminated glass. Design Rules", which expands design capabilities. A new GOST “Glass load-bearing structures” is being prepared for release. Test methods”, regulating the testing procedure. The article presents the results and analysis of tests of glass structures performed by specialists from TSNIISK named after. V.A. Koucherenko in the formation of regulatory documentation, as well as for its expansion and clarification.
Key words: tempered glass, non-strengthened glass, laminated glass, load-bearing element, regulatory documentation, strength, deformability.
According to Federal Law No. 384 “Technical Regulations on the Safety of Buildings and Structures”, when non-standardized technologies and materials are used at a construction site, confirmation of their load-bearing capacity by experimental research and the development of special technical conditions are required. In 2023, the first regulatory document was formed and released considering glass structures as load-bearing structures – this is the new Code of Rules 521.1325800.2023 “Structures made of laminated glass. Design Rules", which expands design capabilities. A new GOST “Glass load-bearing structures” is being prepared for release. Test methods”, regulating the testing procedure. The article presents the results and analysis of tests of glass structures performed by specialists from TSNIISK named after. V.A. Koucherenko in the formation of regulatory documentation, as well as for its expansion and clarification.
Key words: tempered glass, non-strengthened glass, laminated glass, load-bearing element, regulatory documentation, strength, deformability.
В порядке обсуждения
For the discussion
УДК 624.05 DOI: 10.37538/0039-2383.2023.6.74.80
А.В. ДМИТРИЕВ, к.т.н., В.Г. СОКОЛОВ, д.т.н., доцент, И.О. РАЗОВ, к.т.н., доцент Тюменский индустриальный университет; e-mail: dmitrievav@tyuiu.ru
АРМИРОВАНИЕ СТЕН И ПЕРЕКРЫТИЯ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗДАНИЙ С ПОМОЩЬЮ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ...74
В продолжение работы по установлению оптимальных геометрических размеров конструкций, предназначенных для возведения здания с помощью аддитивных технологий, определяются основные конструктивные подходы по армированию стен и перекрытия. В качестве основного варианта устройства перекрытия принята поворотная сегментная конструкция с длиной полуволны 0,6 м, при этом угол наклона соединительного элемента между верхним и нижним поясом равен 270, для конструкции стены принято аналогичное конструктивное решение. Расчёт ведётся методом конечных элементов. Моделирование выполняется оболочками с постановкой абсолютно твёрдых тел в месте сопряжения волны и поясов конструкций. Результаты расчёта по армированию показывают, что для конструкции стен общей толщиной 400 мм следует выполнять только конструктивное армирование в месте опирания перекрытия, для поворотных сегментов перекрытия общей толщиной 250 мм армирование обязательно и не зависит от длины пролёта. Вычислен диаметр арматуры для пролётов в диапазоне 3,0-8,4 м конструкции перекрытия и различных полезных нагрузок, по результатам подбора армирования сделан вывод, что пролёты поворотных сегментов перекрытия следует выполнять не более 7,2 м. 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» (проект № FEWN-2023-0004).
Ключевые слова: аддитивные технологии в строительстве, 3D строительная печать, роботизированная экструзия, армирование конструкции.
А.В. ДМИТРИЕВ, к.т.н., В.Г. СОКОЛОВ, д.т.н., доцент, И.О. РАЗОВ, к.т.н., доцент Тюменский индустриальный университет; e-mail: dmitrievav@tyuiu.ru
АРМИРОВАНИЕ СТЕН И ПЕРЕКРЫТИЯ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗДАНИЙ С ПОМОЩЬЮ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ...74
В продолжение работы по установлению оптимальных геометрических размеров конструкций, предназначенных для возведения здания с помощью аддитивных технологий, определяются основные конструктивные подходы по армированию стен и перекрытия. В качестве основного варианта устройства перекрытия принята поворотная сегментная конструкция с длиной полуволны 0,6 м, при этом угол наклона соединительного элемента между верхним и нижним поясом равен 270, для конструкции стены принято аналогичное конструктивное решение. Расчёт ведётся методом конечных элементов. Моделирование выполняется оболочками с постановкой абсолютно твёрдых тел в месте сопряжения волны и поясов конструкций. Результаты расчёта по армированию показывают, что для конструкции стен общей толщиной 400 мм следует выполнять только конструктивное армирование в месте опирания перекрытия, для поворотных сегментов перекрытия общей толщиной 250 мм армирование обязательно и не зависит от длины пролёта. Вычислен диаметр арматуры для пролётов в диапазоне 3,0-8,4 м конструкции перекрытия и различных полезных нагрузок, по результатам подбора армирования сделан вывод, что пролёты поворотных сегментов перекрытия следует выполнять не более 7,2 м. 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» (проект № FEWN-2023-0004).
Ключевые слова: аддитивные технологии в строительстве, 3D строительная печать, роботизированная экструзия, армирование конструкции.
UDC 624.05 DOI: 10.37538/0039-2383.2023.6.74.80. REINFORCEMENT OF WALLS AND CEILINGS IN THE CONSTRUCTION OF BUILDINGS USING ADDITIVE TECHNOLOGIES. А.V. Dmitriev, V.G. Sokolov, I.O. Razov, Tyumen Industrial University; e-mail: dmitrievav@tyuiu.ru
Abstract. In continuation of the work on the establishment of optimal geometric dimensions of structures intended for the construction of buildings using additive technologies, the main structural approaches for the reinforcement of walls and floors are determined. As the main variant of the overlap device, a rotary segmental structure with a half-wave length of 0,6 m was adopted, while the angle of inclination of the connecting element between the upper and lower belt is 270, a similar design solution was adopted for the wall structure. The calculation is carried out by the finite element method. Modeling is performed by shells with absolutely rigid bodies at the interface of the wave and the belts of structures. The results of the reinforcement calculation show that for the construction of walls with a total thickness of 400 mm, reinforcement should be performed only constructively at the point of the overlap support, for the pivoting segments of the overlap with a total thickness of 250 mm, reinforcement is mandatory and does not depend on the length of the span. The diameter of the reinforcement for spans in the range of 3,0-8,4 m of the overlap structure and various payloads is calculated, according to the results of the reinforcement selection, it is concluded that the spans of the rotating segments of the overlap should be performed no more than 7,2 m. The article was prepared as part of the implementation of the state task in the field of science for the implementation of scientific projects implemented by the 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).
Key words: additive technologies in construction, 3D construction printing, reinforcement, robotic extrusion.
Abstract. In continuation of the work on the establishment of optimal geometric dimensions of structures intended for the construction of buildings using additive technologies, the main structural approaches for the reinforcement of walls and floors are determined. As the main variant of the overlap device, a rotary segmental structure with a half-wave length of 0,6 m was adopted, while the angle of inclination of the connecting element between the upper and lower belt is 270, a similar design solution was adopted for the wall structure. The calculation is carried out by the finite element method. Modeling is performed by shells with absolutely rigid bodies at the interface of the wave and the belts of structures. The results of the reinforcement calculation show that for the construction of walls with a total thickness of 400 mm, reinforcement should be performed only constructively at the point of the overlap support, for the pivoting segments of the overlap with a total thickness of 250 mm, reinforcement is mandatory and does not depend on the length of the span. The diameter of the reinforcement for spans in the range of 3,0-8,4 m of the overlap structure and various payloads is calculated, according to the results of the reinforcement selection, it is concluded that the spans of the rotating segments of the overlap should be performed no more than 7,2 m. The article was prepared as part of the implementation of the state task in the field of science for the implementation of scientific projects implemented by the 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).
Key words: additive technologies in construction, 3D construction printing, reinforcement, robotic extrusion.
В помощь проектировщику
To help the designer
УДК 691:620.1 DOI: 10.37538/0039-2383.2023.6.81.86
О.И. ПОНОМАРЕВ, к.т.н., И.В. БЕССОНОВ, к.т.н., А.Ю. ДОЗОРОВА, Е.А. ПАВЛОВА ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО «НИЦ «Строительство»; e-mail: 1701088@mail.ru
ОЦЕНКА МОРОЗОСТОЙКОСТИ КЛАДОЧНЫХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ С УЧЕТОМ МЕТОДИКИ ВЛАГОНАСЫЩЕНИЯ В РОССИЙСКИХ НОРМАХ И СТАНДАРТАХ...81
В целях совершенствования нормативных документов в области кирпичных и каменных конструкций выполнен сравнительный анализ оценки морозостойкости кладочных стеновых изделий широкого применения в практике строительства. В нормативных документах выявлено несоответствие в части оценки морозостойкости кладочных изделий. В частности, в СП 15.13330.2020 [2] и ГОСТ 7025-91 [4] один индекс F для определения морозостойкости керамических, силикатных изделий, а также морозостойкость бетонных, керамзитобетонных и ячеистобетонных блоков, что вводит в заблуждение потребителей и проектировщиков. В целях устранения отмеченных неточностей в статье даны предложения по корректировке СП 15.13330 и ГОСТ 7025.
Ключевые слова: сравнительный анализ, кладочные стеновые изделия, морозостойкость, ячеистобетонные и керамзитобетонные блоки, объемное и одностороннее замораживание, нормативные документы и стандарты.
О.И. ПОНОМАРЕВ, к.т.н., И.В. БЕССОНОВ, к.т.н., А.Ю. ДОЗОРОВА, Е.А. ПАВЛОВА ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО «НИЦ «Строительство»; e-mail: 1701088@mail.ru
ОЦЕНКА МОРОЗОСТОЙКОСТИ КЛАДОЧНЫХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ С УЧЕТОМ МЕТОДИКИ ВЛАГОНАСЫЩЕНИЯ В РОССИЙСКИХ НОРМАХ И СТАНДАРТАХ...81
В целях совершенствования нормативных документов в области кирпичных и каменных конструкций выполнен сравнительный анализ оценки морозостойкости кладочных стеновых изделий широкого применения в практике строительства. В нормативных документах выявлено несоответствие в части оценки морозостойкости кладочных изделий. В частности, в СП 15.13330.2020 [2] и ГОСТ 7025-91 [4] один индекс F для определения морозостойкости керамических, силикатных изделий, а также морозостойкость бетонных, керамзитобетонных и ячеистобетонных блоков, что вводит в заблуждение потребителей и проектировщиков. В целях устранения отмеченных неточностей в статье даны предложения по корректировке СП 15.13330 и ГОСТ 7025.
Ключевые слова: сравнительный анализ, кладочные стеновые изделия, морозостойкость, ячеистобетонные и керамзитобетонные блоки, объемное и одностороннее замораживание, нормативные документы и стандарты.
UDC 691:620.1 DOI: 10.37538/0039-2383.2023.6.81.86. FROST RESISTANCE OF MASONRY UNITS TAKING INTO ACCOUNT THE MOISTURE SATURATION TECHNIQUE IN RUSSIAN CODES AND STANDARD. O.I. Ponomarev, I.V. Bessonov, A.Yu. Dozorova, E.A. Pavlova, Research Institute of Building Constructions (TSNIISK) named after V.A.Koucherenko JSC Research Center of Construction; e-mail: 1701088@mail.ru
Abstract. In order to improve the Russian codes in the field of brick and masonry structures, a comparative analysis of frost resistance assessment of masonry wall products of wide application in construction practice was carried out. The Russian codes revealed inconsistencies in the assessment of frost resistance of masonry products. In particular, in SP 15.13330.2020 [2] and GOST 7025-91 [4] one index F for determining the frost resistance of ceramic, silicate products, as well as the frost resistance of concrete, expanded clay and cellular concrete blocks, which misleads consumers and designers. In order to eliminate the noted inaccuracies, the article gives proposals for adjustments to SP 15.13330 and GOST 7025.
Key words: comparative analysis, masonry wall products, frost resistance, cellular concrete and expanded clay concrete blocks, volumetric and one-sided freezing, Russian codes and standards.
Abstract. In order to improve the Russian codes in the field of brick and masonry structures, a comparative analysis of frost resistance assessment of masonry wall products of wide application in construction practice was carried out. The Russian codes revealed inconsistencies in the assessment of frost resistance of masonry products. In particular, in SP 15.13330.2020 [2] and GOST 7025-91 [4] one index F for determining the frost resistance of ceramic, silicate products, as well as the frost resistance of concrete, expanded clay and cellular concrete blocks, which misleads consumers and designers. In order to eliminate the noted inaccuracies, the article gives proposals for adjustments to SP 15.13330 and GOST 7025.
Key words: comparative analysis, masonry wall products, frost resistance, cellular concrete and expanded clay concrete blocks, volumetric and one-sided freezing, Russian codes and standards.