N 3 за 2024 год
УДК: 539.374.1. DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.13.30
С.В. БАКУШЕВ, д.т.н., проф. Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; e-mail: bakuchsv@mail.ru
УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИЙ ИЗГИБ...13
В рамках гипотезы плоских сечений рассматривается построение расчетных формул для определения напряжений и деформаций в поперечных сечениях упругопластического стержня, находящегося в условиях плоского поперечного изгиба. Материал стержня работает в соответствии с билинейной диаграммой растяжения и одинаково сопротивляется как растяжению, так и сжатию. Поперечное сечение стержня, постоянное по его длине, имеет одну вертикальную ость симметрии. Записано условие предельного равновесия упругопластического стержня. Приводятся расчетные формулы для нормальных напряжений на площадках в поперечных сечениях стержня, для касательных напряжений, для нормальных напряжений на горизонтальных площадках при нагружении стержня распределенной нагрузкой. Определяется кривизна изогнутой оси стержня на упругом и упругопластических участках стержня. Приводятся дифференциальные уравнения изогнутой оси стержня на упругом и упругопластических участках стержня. Определяются остаточные нормальные и касательные напряжения после полной разгрузки стержня. Записываются дифференциальные уравнения изогнутой оси стержня после его полной разгрузки. Полученные расчетные соотношения могут найти практическое применение при расчете упругопластического стержня как из условия прочности, так и из условия жесткости.
Ключевые слова: стержень, плоский поперечный изгиб, билинейная диаграмма растяжения, нормальные и касательные напряжения, остаточные напряжения, дифференциальное уравнение изогнутой оси.
УДК: 539.3 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.31.35
С.В. БОСАКОВ1,2, д.т.н., проф., А.И. МОРДИЧ3, к.т.н. 1Белорусский национальный технический университет; e-mail: sevibo@yahoo.com, 2Белорусско-Российский университет, 3ООО «БЭСТ инжиниринг»
ОБЩИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ ИЗГИБА ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПЛАСТИНКИ С ЛЮБЫМИ ГРАНИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ...31
В рассматриваемой работе предложен подход, позволяющий с единых позиций рассчитывать прямоугольные пластинки с любыми непрерывными видами граничных условий. Решение для прогибов пластинки строится в виде произведения двух функций, каждая из которых представляет собственную функцию дифференциального уравнения изгибных колебаний стержня с граничными условиями, соответствующими опиранию прямоугольной пластинки. Задача сводится к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений относительно коэффициентов при собственных функциях, которую можно решать способом усечения. Приведены два примера расчета прямоугольных пластинок с жестко защемленной и шарнирно опертой сторонами под действием сосредоточенной силы и с двумя защемленными и двумя шарнирно опертыми сторонами под действием равномерно распределенной нагрузки.
Ключевые слова: прямоугольная пластинка, собственные функции, граничные условия, бесконечная система уравнений, способ усечения.
Keywords: reprofiling of round pipes, tubular profiles, profile pipes, closed bent-welded profiles, oval, flat, halfflat, rectangle, octagon, optimization of sections, calculation of optimal parameters, girder structures, pipe concrete.
Расчеты на надежность
Reliability calculations
УДК: 69.04 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.2.12
Е.А. ЛАРИОНОВ, д.т.н., проф., А.С. МАРКОВИЧ, к.т.н., доцент, О.О. АЛЁШИНА, к.т.н. Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (РУДН); e-mail: evgenylarionov39@yandex.ru
ПРИНЦИП НАЛОЖЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ В ТЕОРИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА...2
В работе обосновывается корректность применения принципа наложения деформаций при выводе значимых в теории железобетона уравнений механического состояния бетона в линейной и нелинейной постановках. Этот принцип заключается в суммировании в некоторый момент времени частичных деформаций, отвечающих частичным приращениям неубывающего напряжения в последовательные предыдущие моменты времени. Деформации представляются суммой мгновенных деформаций и запаздывающих деформаций ползучести в момент наложения. Наложение частичных деформаций ползучести реализуется согласно известному в линейной теории ползучести принципу суперпозиции Больцмана: каждое частичное приращение деформации ползучести зависит лишь от величины и длительности порождающего частичного приращения напряжения и не зависит от его остальных приращений. При учете старения постулируемая этим принципом взаимонезависимость частичных приращений деформации ползучести имеет место относительно частичных приращений уровня напряжений. Представление деформации суммой начальной упругой деформации и деформацией ползучести с учитывающей эволюцию модуля упругости мерой приводит к другому виду уравнения состояния, воспринятому как некорректное в некоторых публикациях. Такое восприятие другого вида уравнения состояния вместе с не относящимися к принципу наложения построениями привели этих авторов к заявлению об ошибочности принципа наложения в теории ползучести. В отличие от традиционного подхода материал (бетон, сталь, дерево, пластмасса) рассматривается как объединение фракций (волокон, слоев) со статистически распределенными прочностями. Концепция прочностной структуры позволяет обоснование принципа наложения деформаций в нелинейной постановке. При этом структура нелинейного уравнения состояния оказывается идентичной структуре линейного уравнения. Это обстоятельство существенно в приложениях, например, при решении важных в расчете на долгосрочную безопасность строительных конструкций релаксационных задач.
Ключевые слова: напряжение, наложение деформаций, взаимонезависимость, суперпозиция, уравнение состояния.
Е.А. ЛАРИОНОВ, д.т.н., проф., А.С. МАРКОВИЧ, к.т.н., доцент, О.О. АЛЁШИНА, к.т.н. Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (РУДН); e-mail: evgenylarionov39@yandex.ru
ПРИНЦИП НАЛОЖЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ В ТЕОРИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА...2
В работе обосновывается корректность применения принципа наложения деформаций при выводе значимых в теории железобетона уравнений механического состояния бетона в линейной и нелинейной постановках. Этот принцип заключается в суммировании в некоторый момент времени частичных деформаций, отвечающих частичным приращениям неубывающего напряжения в последовательные предыдущие моменты времени. Деформации представляются суммой мгновенных деформаций и запаздывающих деформаций ползучести в момент наложения. Наложение частичных деформаций ползучести реализуется согласно известному в линейной теории ползучести принципу суперпозиции Больцмана: каждое частичное приращение деформации ползучести зависит лишь от величины и длительности порождающего частичного приращения напряжения и не зависит от его остальных приращений. При учете старения постулируемая этим принципом взаимонезависимость частичных приращений деформации ползучести имеет место относительно частичных приращений уровня напряжений. Представление деформации суммой начальной упругой деформации и деформацией ползучести с учитывающей эволюцию модуля упругости мерой приводит к другому виду уравнения состояния, воспринятому как некорректное в некоторых публикациях. Такое восприятие другого вида уравнения состояния вместе с не относящимися к принципу наложения построениями привели этих авторов к заявлению об ошибочности принципа наложения в теории ползучести. В отличие от традиционного подхода материал (бетон, сталь, дерево, пластмасса) рассматривается как объединение фракций (волокон, слоев) со статистически распределенными прочностями. Концепция прочностной структуры позволяет обоснование принципа наложения деформаций в нелинейной постановке. При этом структура нелинейного уравнения состояния оказывается идентичной структуре линейного уравнения. Это обстоятельство существенно в приложениях, например, при решении важных в расчете на долгосрочную безопасность строительных конструкций релаксационных задач.
Ключевые слова: напряжение, наложение деформаций, взаимонезависимость, суперпозиция, уравнение состояния.
UDC: 69.04 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.2.12. PRINCIPLE OF THE OVERLAY OF DEFORMATIONS IN THE THEORY OF REINFORCED CONCRETE. E.A. Larionov, A.S. Markovich, O.О. Aleshina, Peoples’ Friendship University of Russia; e-mail: evgenylarionov39@yandex.ru.
Abstract. The work substantiates the correctness of applying the principle of the overlay of deformations when deriving equations of the mechanical state of concrete that are significant in the theory of reinforced concrete in linear and nonlinear formulations. This principle consists in the summation at some point in time of partial deformations corresponding to partial increments of non-decreasing stress at successive previous points in time. Strains are represented by the sum of instantaneous strains and delayed creep strains at the moment of application. The superposition of partial creep strains is implemented according to the Boltzmann superposition principle known in the linear theory of creep - each partial increment of creep strain depends only on the magnitude and duration of the generating partial stress increment and does not depend on its other increments. When taking aging into account, postulated by this principle the mutual independence of partial increments of creep strain takes place relative to partial increments of the stress level. Representing the deformation as the sum of the initial elastic deformation and the creep deformation with a measure that takes into account the evolution of the elastic modulus leads to a different type of equation of state, which is perceived as incorrect in some publications. This perception of a different type of equation of state together with constructions, not related to the principle of the overlay of deformations, led these authors to declare that the principle of the overlay of deformations in the theory of creep is erroneous. In contrast to the traditional approach, a material (concrete, steel, wood, plastic) is considered as a combination of fractions (fibers, layers) with statistically distributed strengths. The concept of strength structure makes it possible to substantiate the principle of superimposing deformations in a nonlinear formulation. In this case, the structure of the nonlinear equation of state turns out to be identical to the structure of the linear equation. This circumstance is significant in applications, for example, when solving relaxation problems that are important for the long-term safety of building structures.
Keywords: stress, superposition of deformations, mutual independence, superposition, equation of state.
Abstract. The work substantiates the correctness of applying the principle of the overlay of deformations when deriving equations of the mechanical state of concrete that are significant in the theory of reinforced concrete in linear and nonlinear formulations. This principle consists in the summation at some point in time of partial deformations corresponding to partial increments of non-decreasing stress at successive previous points in time. Strains are represented by the sum of instantaneous strains and delayed creep strains at the moment of application. The superposition of partial creep strains is implemented according to the Boltzmann superposition principle known in the linear theory of creep - each partial increment of creep strain depends only on the magnitude and duration of the generating partial stress increment and does not depend on its other increments. When taking aging into account, postulated by this principle the mutual independence of partial increments of creep strain takes place relative to partial increments of the stress level. Representing the deformation as the sum of the initial elastic deformation and the creep deformation with a measure that takes into account the evolution of the elastic modulus leads to a different type of equation of state, which is perceived as incorrect in some publications. This perception of a different type of equation of state together with constructions, not related to the principle of the overlay of deformations, led these authors to declare that the principle of the overlay of deformations in the theory of creep is erroneous. In contrast to the traditional approach, a material (concrete, steel, wood, plastic) is considered as a combination of fractions (fibers, layers) with statistically distributed strengths. The concept of strength structure makes it possible to substantiate the principle of superimposing deformations in a nonlinear formulation. In this case, the structure of the nonlinear equation of state turns out to be identical to the structure of the linear equation. This circumstance is significant in applications, for example, when solving relaxation problems that are important for the long-term safety of building structures.
Keywords: stress, superposition of deformations, mutual independence, superposition, equation of state.
Нелинейные расчеты
Nonlinear calculations
С.В. БАКУШЕВ, д.т.н., проф. Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; e-mail: bakuchsv@mail.ru
УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИЙ ИЗГИБ...13
В рамках гипотезы плоских сечений рассматривается построение расчетных формул для определения напряжений и деформаций в поперечных сечениях упругопластического стержня, находящегося в условиях плоского поперечного изгиба. Материал стержня работает в соответствии с билинейной диаграммой растяжения и одинаково сопротивляется как растяжению, так и сжатию. Поперечное сечение стержня, постоянное по его длине, имеет одну вертикальную ость симметрии. Записано условие предельного равновесия упругопластического стержня. Приводятся расчетные формулы для нормальных напряжений на площадках в поперечных сечениях стержня, для касательных напряжений, для нормальных напряжений на горизонтальных площадках при нагружении стержня распределенной нагрузкой. Определяется кривизна изогнутой оси стержня на упругом и упругопластических участках стержня. Приводятся дифференциальные уравнения изогнутой оси стержня на упругом и упругопластических участках стержня. Определяются остаточные нормальные и касательные напряжения после полной разгрузки стержня. Записываются дифференциальные уравнения изогнутой оси стержня после его полной разгрузки. Полученные расчетные соотношения могут найти практическое применение при расчете упругопластического стержня как из условия прочности, так и из условия жесткости.
Ключевые слова: стержень, плоский поперечный изгиб, билинейная диаграмма растяжения, нормальные и касательные напряжения, остаточные напряжения, дифференциальное уравнение изогнутой оси.
UDC: 539.374.1. DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.13.30. ELASTOPLASTIC BENDING. S.V. Bakushev, Penza State University of Architecture and Construction; e-mail: bakuchsv@mail.ru.
Abstract. Within the framework of the planar cross-section hypothesis, the construction of calculation formulas for determining stresses and deformations in cross- sections of an elastoplastic member under conditions of planar transverse bending is considered. The rod material works according to a bilinear tensile pattern and resists both tension and compression equally. The cross-section of the member, which is constant along its length, has one vertical spine of symmetry. The condition of ultimate equilibrium of an elastoplastic rod is recorded. Calculation formulas for normal stresses on platforms in the cross-sections of the member, for shear stresses, for normal stresses on horizontal platforms when loading a member with a distributed load are given. curvature of the curved axis of the rod on the elastic and elastoplastic sections of the rod is determined. Differential equations of the curved axis of the rod on the elastic and elastoplastic sections of the rod are given. The residual normal and shear stresses are determined after the member has been completely unloaded. The differential equations of the curved axis of the member after it has been completely unloaded are recorded. The obtained design relations can find practical application in the design of an elastoplastic member from both the strength condition and the stiffness condition..
Abstract. Within the framework of the planar cross-section hypothesis, the construction of calculation formulas for determining stresses and deformations in cross- sections of an elastoplastic member under conditions of planar transverse bending is considered. The rod material works according to a bilinear tensile pattern and resists both tension and compression equally. The cross-section of the member, which is constant along its length, has one vertical spine of symmetry. The condition of ultimate equilibrium of an elastoplastic rod is recorded. Calculation formulas for normal stresses on platforms in the cross-sections of the member, for shear stresses, for normal stresses on horizontal platforms when loading a member with a distributed load are given. curvature of the curved axis of the rod on the elastic and elastoplastic sections of the rod is determined. Differential equations of the curved axis of the rod on the elastic and elastoplastic sections of the rod are given. The residual normal and shear stresses are determined after the member has been completely unloaded. The differential equations of the curved axis of the member after it has been completely unloaded are recorded. The obtained design relations can find practical application in the design of an elastoplastic member from both the strength condition and the stiffness condition..
Keywords: rod, planar transverse bending, biline stretch diagram, normal and shear stresses, residual stresses, differential equation of the curved axis.
Расчеты на прочность
Strength calculations
С.В. БОСАКОВ1,2, д.т.н., проф., А.И. МОРДИЧ3, к.т.н. 1Белорусский национальный технический университет; e-mail: sevibo@yahoo.com, 2Белорусско-Российский университет, 3ООО «БЭСТ инжиниринг»
ОБЩИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ ИЗГИБА ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПЛАСТИНКИ С ЛЮБЫМИ ГРАНИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ...31
В рассматриваемой работе предложен подход, позволяющий с единых позиций рассчитывать прямоугольные пластинки с любыми непрерывными видами граничных условий. Решение для прогибов пластинки строится в виде произведения двух функций, каждая из которых представляет собственную функцию дифференциального уравнения изгибных колебаний стержня с граничными условиями, соответствующими опиранию прямоугольной пластинки. Задача сводится к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений относительно коэффициентов при собственных функциях, которую можно решать способом усечения. Приведены два примера расчета прямоугольных пластинок с жестко защемленной и шарнирно опертой сторонами под действием сосредоточенной силы и с двумя защемленными и двумя шарнирно опертыми сторонами под действием равномерно распределенной нагрузки.
Ключевые слова: прямоугольная пластинка, собственные функции, граничные условия, бесконечная система уравнений, способ усечения.
UDC:539.3. DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.31.35. GENERAL APPROACH TO SOLVING THE PROBLEM OF BENDING A RECTANGULAR PLATE WITH ANY BOUNDARY CONDITIONS. S.V. Bosakov1,2, A.I. Mordich3, 1Belarusian National Technical University, 2Belarusian-Russian University, 3BEST Engineering LLC; e-mail: sevibo@yahoo.com
Abstract. In the work under consideration, an approach is proposed that makes it possible to calculate rectangular plates with any continuous types of boundary conditions from a unified position. The solution for plate deflections is constructed as a product of two functions, each of which represents its own function of the differential equation of bending vibrations of the rod with boundary conditions corresponding to the support of the rectangular plate. The problem reduces to an infinite system of linear algebraic equations for the coefficients of the eigenfunctions, which can be solved by the truncation method. Two examples of the calculation of rectangular plates with rigidly clamped and hingedly supported sides under the action of a concentrated force and with two clamped and two hingedly supported sides under the action of a uniformly distributed load are given.
Keywords: rectangular plate, eigenfunctions, boundary conditions, infinite system of equations, truncation method.
Abstract. In the work under consideration, an approach is proposed that makes it possible to calculate rectangular plates with any continuous types of boundary conditions from a unified position. The solution for plate deflections is constructed as a product of two functions, each of which represents its own function of the differential equation of bending vibrations of the rod with boundary conditions corresponding to the support of the rectangular plate. The problem reduces to an infinite system of linear algebraic equations for the coefficients of the eigenfunctions, which can be solved by the truncation method. Two examples of the calculation of rectangular plates with rigidly clamped and hingedly supported sides under the action of a concentrated force and with two clamped and two hingedly supported sides under the action of a uniformly distributed load are given.
Keywords: rectangular plate, eigenfunctions, boundary conditions, infinite system of equations, truncation method.
Нормирование
Standardization
УДК: 69.04 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.36.50
П.В. ЕРЕМЕЕВ1, 2, Д.В. ЕРЕМЕЕВ1,2, В.П. ЕРЕМЕЕВ1, 3, д.т..н., Г.Н. ШМЕЛЕВ1, к.т.н. 1КГАСУ; e-mail: eremeev_dv@inbox.ru, 2АО «Спецремпроект», 3ООО «ЛИРМ»
НЕЛИНЕЙНАЯ ДЕФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СП 63.13330 В СТАДИЙНОЙ ПОСТАНОВКЕ...36
Нормативные документы в области усиления железобетонных конструкций и проектирования сборномонолитных конструкций справедливо предписывают учет начального напряженно-деформированного состояния конструкций до усиления. Расчет допускается производить с применением нормированной нелинейной деформированной модели по СП 63.13330. При этом в явном виде расчет в несколько стадий в ней не предусмотрен. Целью исследования является разработка метода расчета на основе нормированной нелинейной деформационной модели в стадийной постановке с минимальными отличиями от положений СП 63.13330. Для достижения цели поставлены следующие задачи: разработка метода расчета, реализация метода в виде универсальной программы и верификация разработанной программы. В статье представлена универсальная нелинейная деформационная модель в стадийной постановке, позволяющая в рамках одних соотношений выполнять расчеты прочности и трещиностойкости сечений конструкций при неограниченном числе стадий работы с учетом усиления, преднапряжения, начальных напряжений и циклического нагружения (разгрузки и повторного нагружения). Метод реализован в виде программы на языке программирования Python и верифицирован на натурном и численном (метод конечных элементов) экспериментах. Если принять начальные напряжения и деформации нулевыми и вести расчет в одну стадию, то предлагаемая модель сводится к модели СП 63.13330. По этой причине изменение норм по предлагаемому методу не окажет влияния на нынешние алгоритмы расчета конструкций в одну стадию, однако значительно увеличит область применения модели для расчета сборно-монолитных, сталежелезобетонных и усиливаемых конструкций. Кроме того, повысится точность расчетов преднапряженных конструкций, появится возможность расчетов циклического нагружения сечения.
Ключевые слова: усиление под нагрузкой, нелинейная деформационная модель, стадийный расчет, несущая способность, метод конечных элементов, метод переменных параметров упругости.
П.В. ЕРЕМЕЕВ1, 2, Д.В. ЕРЕМЕЕВ1,2, В.П. ЕРЕМЕЕВ1, 3, д.т..н., Г.Н. ШМЕЛЕВ1, к.т.н. 1КГАСУ; e-mail: eremeev_dv@inbox.ru, 2АО «Спецремпроект», 3ООО «ЛИРМ»
НЕЛИНЕЙНАЯ ДЕФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СП 63.13330 В СТАДИЙНОЙ ПОСТАНОВКЕ...36
Нормативные документы в области усиления железобетонных конструкций и проектирования сборномонолитных конструкций справедливо предписывают учет начального напряженно-деформированного состояния конструкций до усиления. Расчет допускается производить с применением нормированной нелинейной деформированной модели по СП 63.13330. При этом в явном виде расчет в несколько стадий в ней не предусмотрен. Целью исследования является разработка метода расчета на основе нормированной нелинейной деформационной модели в стадийной постановке с минимальными отличиями от положений СП 63.13330. Для достижения цели поставлены следующие задачи: разработка метода расчета, реализация метода в виде универсальной программы и верификация разработанной программы. В статье представлена универсальная нелинейная деформационная модель в стадийной постановке, позволяющая в рамках одних соотношений выполнять расчеты прочности и трещиностойкости сечений конструкций при неограниченном числе стадий работы с учетом усиления, преднапряжения, начальных напряжений и циклического нагружения (разгрузки и повторного нагружения). Метод реализован в виде программы на языке программирования Python и верифицирован на натурном и численном (метод конечных элементов) экспериментах. Если принять начальные напряжения и деформации нулевыми и вести расчет в одну стадию, то предлагаемая модель сводится к модели СП 63.13330. По этой причине изменение норм по предлагаемому методу не окажет влияния на нынешние алгоритмы расчета конструкций в одну стадию, однако значительно увеличит область применения модели для расчета сборно-монолитных, сталежелезобетонных и усиливаемых конструкций. Кроме того, повысится точность расчетов преднапряженных конструкций, появится возможность расчетов циклического нагружения сечения.
Ключевые слова: усиление под нагрузкой, нелинейная деформационная модель, стадийный расчет, несущая способность, метод конечных элементов, метод переменных параметров упругости.
UDC: 69.04 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.36.50. NONLINEAR DEFORMATION MODEL ACCORDING TO RULES 63.13330 IN A STAGED FORMULATION. P.V. Eremeev1, 2, D.V. Eremeev1, 2, V.P. Eremeev1, 3, G.N. Shmelev1, 1Kazan State University of Architecture and Engineering, 2JSC Spetsremproekt, 3LLC LIRM; e-mail: eremeev_dv@inbox.ru
Abstract. Normative documents in the field of reinforcement of reinforced concrete structures and the design of prefabricated monolithic structures fairly prescribe consideration of the initial stressstrain state of structures before reinforcement. The calculation can be performed using a normalized nonlinear deformed model according to SP 63.13330. At the same time, it does not explicitly provide for a calculation in several stages. The aim of the study is to develop a calculation method based on a normalized nonlinear deformation model in a staged formulation with minimal differences from the provisions of SP 63.13330. To achieve the goal, the following tasks are set: development of a calculation method, implementation of the method in the form of a universal program and verification of the developed program. The article presents a universal nonlinear deformation model in a staged formulation, which allows, within the framework of certain ratios, to calculate the strength and crack resistance of structural sections at an unlimited number of work stages, taking into account reinforcement, prestressing, initial stresses and cyclic loading (unloading and reloading). The method is implemented as a program in the Python programming language and verified on full-scale and numerical (finite element method) experiments. If we assume the initial stresses and deformations to be zero and calculate in one stage, then the proposed model is reduced to the SP 63.13330 model. For this reason, changing the norms according to the proposed method will not affect the current algorithms for calculating structures in one stage, however, it will significantly increase the scope of the model for calculating prefabricated monolithic, steel-reinforced concrete and reinforced structures. In addition, the accuracy of calculations of prestressed structures will increase, and it will be possible to calculate the cyclic loading of the section.
Keywords: reinforcement under load, nonlinear deformation model, stage calculation, load-bearing capacity, finite element method, method of variable elastic parameters.
Abstract. Normative documents in the field of reinforcement of reinforced concrete structures and the design of prefabricated monolithic structures fairly prescribe consideration of the initial stressstrain state of structures before reinforcement. The calculation can be performed using a normalized nonlinear deformed model according to SP 63.13330. At the same time, it does not explicitly provide for a calculation in several stages. The aim of the study is to develop a calculation method based on a normalized nonlinear deformation model in a staged formulation with minimal differences from the provisions of SP 63.13330. To achieve the goal, the following tasks are set: development of a calculation method, implementation of the method in the form of a universal program and verification of the developed program. The article presents a universal nonlinear deformation model in a staged formulation, which allows, within the framework of certain ratios, to calculate the strength and crack resistance of structural sections at an unlimited number of work stages, taking into account reinforcement, prestressing, initial stresses and cyclic loading (unloading and reloading). The method is implemented as a program in the Python programming language and verified on full-scale and numerical (finite element method) experiments. If we assume the initial stresses and deformations to be zero and calculate in one stage, then the proposed model is reduced to the SP 63.13330 model. For this reason, changing the norms according to the proposed method will not affect the current algorithms for calculating structures in one stage, however, it will significantly increase the scope of the model for calculating prefabricated monolithic, steel-reinforced concrete and reinforced structures. In addition, the accuracy of calculations of prestressed structures will increase, and it will be possible to calculate the cyclic loading of the section.
Keywords: reinforcement under load, nonlinear deformation model, stage calculation, load-bearing capacity, finite element method, method of variable elastic parameters.
Экспериментальные исследования
Experimental studies
УДК: 624.012.1/.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.51.55
О.И. ПОНОМАРЕВ1, к.т.н., Д.А. МОЗГУНОВ1, М.А. МУХИН1, 2, А.В. ЛЕСОВОЙ3, А.В. МОЗЖУХИН3 1ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО«НИЦ«Строительство»; e-mail: 1701088@mail.ru, 2НИУ МГСУ, 3ООО «РиК»
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМАТИВНОСТИ КЛАДКИ ИЗ КРУПНЫХ ЯЧЕИСТОБЕТОННЫХ БЛОКОВ С ЗАПОЛНЕНИЕМ ШВОВ ПОЛИМЕРНОЙ КЛЕЙ-ПАСТОЙ...51
В материале статьи рассматриваются прочностные характеристики кладки с заполнением вертикальных и горизонтальных швов полимерной клей-пастой. Проведенный в данной работе анализ отечественных и зарубежных публикаций и источников, в том числе результатов ранее выполненных экспериментов и натурных исследований, показал необходимость проведения дополнительных исследований кладок на тонких швах, в том числе с применением новых материалов отечественного производства. Основной целью исследований является определение физико-механических и деформационных показателей кладок из крупных изделий с заполнением швов новыми современными видами материалов, выпуск которых освоен на отечественных заводах. Проведение исследований физико-механических и деформационных показателей кладки на тонких швах с заполнением из полимерной клей-пасты имеет важное значение для корректного определения расчетных характеристик таких кладок. Сложившаяся проблема требует проведения комплексных исследований прочностных характеристик кладки на тонких швах, в том числе с учетом адгезии.
Ключевые слова: кладка, испытания, крупное кладочное изделие, бетонные кладочные изделия, предел прочности при сжатии, прочность.
О.И. ПОНОМАРЕВ1, к.т.н., Д.А. МОЗГУНОВ1, М.А. МУХИН1, 2, А.В. ЛЕСОВОЙ3, А.В. МОЗЖУХИН3 1ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО«НИЦ«Строительство»; e-mail: 1701088@mail.ru, 2НИУ МГСУ, 3ООО «РиК»
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМАТИВНОСТИ КЛАДКИ ИЗ КРУПНЫХ ЯЧЕИСТОБЕТОННЫХ БЛОКОВ С ЗАПОЛНЕНИЕМ ШВОВ ПОЛИМЕРНОЙ КЛЕЙ-ПАСТОЙ...51
В материале статьи рассматриваются прочностные характеристики кладки с заполнением вертикальных и горизонтальных швов полимерной клей-пастой. Проведенный в данной работе анализ отечественных и зарубежных публикаций и источников, в том числе результатов ранее выполненных экспериментов и натурных исследований, показал необходимость проведения дополнительных исследований кладок на тонких швах, в том числе с применением новых материалов отечественного производства. Основной целью исследований является определение физико-механических и деформационных показателей кладок из крупных изделий с заполнением швов новыми современными видами материалов, выпуск которых освоен на отечественных заводах. Проведение исследований физико-механических и деформационных показателей кладки на тонких швах с заполнением из полимерной клей-пасты имеет важное значение для корректного определения расчетных характеристик таких кладок. Сложившаяся проблема требует проведения комплексных исследований прочностных характеристик кладки на тонких швах, в том числе с учетом адгезии.
Ключевые слова: кладка, испытания, крупное кладочное изделие, бетонные кладочные изделия, предел прочности при сжатии, прочность.
UDC: 624.012.1/.2 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.51.55. INVESTIGATION OF THE STRENGTH AND DEFORMABILITY OF MASONRY MADE OF LARGE CELLULAR CONCRETE BLOCKS WITH FILLING SEAMS WITH POLYMER ADHESIVE PASTE. O.I.Ponomarev1, D.A.Mozgunov1, M.A.Mukhin1, 2, A.V.Lesovoy3, A.V.Mozzhukhin3, 1JSC Research center of Construction, 2Moscow State University of Civil Engineering , 3LLC Rick; e-mail: 1701088@mail.ru
Abstract. The article discusses the strength characteristics of masonry with filling vertical and horizontal seams with polymer adhesive paste. The analysis of domestic and foreign publications and sources carried out in this work, including the results of previously performed experiments and field studies, showed the need for additional studies of masonry on thin seams, including using new materials of domestic production. The main purpose of the research is to determine the physical, mechanical and deformation parameters of masonry made of large products with filling seams with new, modern types of materials, the production of which has been mastered at domestic factories. Conducting studies of the physical and mechanical and deformation parameters of masonry on thin seams filled with polymer adhesive paste is important for the correct determination of the design characteristics of such masonry.
The current problem requires comprehensive studies of the strength characteristics of masonry on thin seams, including taking into account adhesion.
Keywords: masonry, tests, large masonry products, concrete masonry products, compressive strength, strength.
Abstract. The article discusses the strength characteristics of masonry with filling vertical and horizontal seams with polymer adhesive paste. The analysis of domestic and foreign publications and sources carried out in this work, including the results of previously performed experiments and field studies, showed the need for additional studies of masonry on thin seams, including using new materials of domestic production. The main purpose of the research is to determine the physical, mechanical and deformation parameters of masonry made of large products with filling seams with new, modern types of materials, the production of which has been mastered at domestic factories. Conducting studies of the physical and mechanical and deformation parameters of masonry on thin seams filled with polymer adhesive paste is important for the correct determination of the design characteristics of such masonry.
The current problem requires comprehensive studies of the strength characteristics of masonry on thin seams, including taking into account adhesion.
Keywords: masonry, tests, large masonry products, concrete masonry products, compressive strength, strength.
В помощь проектировщику
To help the designer
УДК: 624.042.7 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.56.62
А.С. КОРНИЛОВА НИУ МГСУ; e-mail: zkstasy@gmail.com
СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЯМОГО ДИНАМИЧЕСКОГО И ЛИНЕЙНО-СПЕКТРАЛЬНОГО МЕТОДОВ В РАСЧЕТЕ ЗАЩИЩЕННОГО ПУНКТА УПРАВЛЕНИЯ НА СЕЙСМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ УРОВНЯ МРЗ...54
В рамках данного исследования проведен сопоставительный анализ результатов расчетов здания защищенного пункта управления на сейсмическое воздействие уровня МРЗ с применением прямого динамического и линейно-спектрального методов. Цель данного исследования заключается в сравнительном анализе результатов расчетов сейсмической устойчивости здания ЗПУ на основе прямого динамического метода и линейно-спектрального метода. Прямой динамический метод предполагает проведение расчетов с учетом динамической нагрузки, включая все возможные динамические явления, которые могут возникнуть при сейсмическом воздействии. Линейно-спектральный метод, в свою очередь, основан на принципе замены участков здания эквивалентными одномерными системами, что позволяет упростить расчеты и сделать их более эффективными. На основе проведенного исследования можно сделать вывод о том, что здание защищенного пункта управления является надежным в условиях сейсмического воздействия на уровне МРЗ. Однако для повышения его устойчивости рекомендуется провести дополнительные мероприятия по усилению отдельных элементов конструкции. В работе представлены конкретные расчеты для фундаментной плиты здания защищенного пункта управления. Результаты показали, что прямой динамический метод дает более точные результаты, позволяя учесть все динамические особенности здания и его поведение в условиях сейсмической активности. Линейно-спектральный метод также показал свою эффективность, предоставляя быструю оценку устойчивости здания на основе спектра ускорений земли. Полученные результаты подтверждают актуальность и значимость исследования в области проектирования зданий в условиях сейсмической активности. Дальнейшие исследования в данной области позволят улучшить методы расчетов и повысить надежность зданий при сейсмических воздействиях.
Ключевые слова: защищенный пункт управления, сейсмическое воздействие, уровень МРЗ, прямой динамический метод, линейно-спектральный метод, сравнительный анализ.
А.С. КОРНИЛОВА НИУ МГСУ; e-mail: zkstasy@gmail.com
СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЯМОГО ДИНАМИЧЕСКОГО И ЛИНЕЙНО-СПЕКТРАЛЬНОГО МЕТОДОВ В РАСЧЕТЕ ЗАЩИЩЕННОГО ПУНКТА УПРАВЛЕНИЯ НА СЕЙСМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ УРОВНЯ МРЗ...54
В рамках данного исследования проведен сопоставительный анализ результатов расчетов здания защищенного пункта управления на сейсмическое воздействие уровня МРЗ с применением прямого динамического и линейно-спектрального методов. Цель данного исследования заключается в сравнительном анализе результатов расчетов сейсмической устойчивости здания ЗПУ на основе прямого динамического метода и линейно-спектрального метода. Прямой динамический метод предполагает проведение расчетов с учетом динамической нагрузки, включая все возможные динамические явления, которые могут возникнуть при сейсмическом воздействии. Линейно-спектральный метод, в свою очередь, основан на принципе замены участков здания эквивалентными одномерными системами, что позволяет упростить расчеты и сделать их более эффективными. На основе проведенного исследования можно сделать вывод о том, что здание защищенного пункта управления является надежным в условиях сейсмического воздействия на уровне МРЗ. Однако для повышения его устойчивости рекомендуется провести дополнительные мероприятия по усилению отдельных элементов конструкции. В работе представлены конкретные расчеты для фундаментной плиты здания защищенного пункта управления. Результаты показали, что прямой динамический метод дает более точные результаты, позволяя учесть все динамические особенности здания и его поведение в условиях сейсмической активности. Линейно-спектральный метод также показал свою эффективность, предоставляя быструю оценку устойчивости здания на основе спектра ускорений земли. Полученные результаты подтверждают актуальность и значимость исследования в области проектирования зданий в условиях сейсмической активности. Дальнейшие исследования в данной области позволят улучшить методы расчетов и повысить надежность зданий при сейсмических воздействиях.
Ключевые слова: защищенный пункт управления, сейсмическое воздействие, уровень МРЗ, прямой динамический метод, линейно-спектральный метод, сравнительный анализ.
UDC: 624.042.7 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.56.62. COMPARISON OF THE EFFECTIVENESS OF DIRECT DYNAMIC AND LINEAR SPECTRAL METHODS IN CALCULATING A PROTECTED CONTROL POINT ON THE SEISMIC IMPACT OF THE MSE LEVEL. A.S. Kornilova, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University); e-mail:zkstasy@gmail.com
Abstract. As part of the study, a comparative analysis of the results of calculations of the building of a protected control center on the seismic impact of the MSE level was carried out. Two methods were used for the analysis: direct dynamic and linear spectral. The work presented specific calculations for the building of a protected control center. The results showed that the direct dynamic method gives more accurate results, allowing to take into account all the dynamic features of the building and its behavior under seismic conditions. The linear spectral method has also been shown to be effective in providing a quick assessment of the stability of a building based on the spectrum of ground accelerations.
Keywords: protected control point, seismic impact, MSE level, direct dynamic method, linear-spectral method, comparative analysis.
Abstract. As part of the study, a comparative analysis of the results of calculations of the building of a protected control center on the seismic impact of the MSE level was carried out. Two methods were used for the analysis: direct dynamic and linear spectral. The work presented specific calculations for the building of a protected control center. The results showed that the direct dynamic method gives more accurate results, allowing to take into account all the dynamic features of the building and its behavior under seismic conditions. The linear spectral method has also been shown to be effective in providing a quick assessment of the stability of a building based on the spectrum of ground accelerations.
Keywords: protected control point, seismic impact, MSE level, direct dynamic method, linear-spectral method, comparative analysis.
УДК: 624.072.2.014 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.63.72
А.Н. ВОРОЖБИТОВ1, А.Е. КУЩЕНКО1, А.В. ЛЮБАРЦЕВ1, П.В. КОРСАКОВ1, М.И. ФАРФЕЛЬ2,3, к.т.н. 1ООО «Метрополис», 2ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО«НИЦ«Строительство», 3НИУ МГСУ; e-mail: farfelmi@yandex.ru
ВАРИАНТЫ РЕКОНСТРУКЦИИ БОЛЬШОЙ СПОРТИВНОЙ АРЕНЫ СТАДИОНА «ЛУЖНИКИ» К КУБКУ МИРА ПО ФУТБОЛУ В 2018 ГОДУ...63
В статье приведены результаты сравнения вариантов выбора вида консольной части, которая дополнительно монтируется для увеличения площади покрытия, что необходимо из-за строгих требований Международной федерации футбола (FIFA) для возможности проведения на стадионе матчей открытия и финала Кубка мира по футболу. По результатам сравнения вариантов выбран тип консольной части и материал кровли, приведен процесс определения снеговых нагрузок, полученных с помощью продувки модели каркаса в аэродинамической трубе. В работе приведены основные результаты расчета, а также первые значения собственных форм и частот колебаний. Покрытие было реконструировано к Кубку мира по футболу – 2018 в России, что позволило успешно провести матчи открытия и финала чемпионата и увеличить престиж нашей страны в мире.
Ключевые слова: конструкции покрытия, консольная часть покрытия связи, вылет, фермы, балки, расчет, несущая способность, продольные и поперечные усилия, изгибающий момент, коэффициент условия работы.
А.Н. ВОРОЖБИТОВ1, А.Е. КУЩЕНКО1, А.В. ЛЮБАРЦЕВ1, П.В. КОРСАКОВ1, М.И. ФАРФЕЛЬ2,3, к.т.н. 1ООО «Метрополис», 2ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко АО«НИЦ«Строительство», 3НИУ МГСУ; e-mail: farfelmi@yandex.ru
ВАРИАНТЫ РЕКОНСТРУКЦИИ БОЛЬШОЙ СПОРТИВНОЙ АРЕНЫ СТАДИОНА «ЛУЖНИКИ» К КУБКУ МИРА ПО ФУТБОЛУ В 2018 ГОДУ...63
В статье приведены результаты сравнения вариантов выбора вида консольной части, которая дополнительно монтируется для увеличения площади покрытия, что необходимо из-за строгих требований Международной федерации футбола (FIFA) для возможности проведения на стадионе матчей открытия и финала Кубка мира по футболу. По результатам сравнения вариантов выбран тип консольной части и материал кровли, приведен процесс определения снеговых нагрузок, полученных с помощью продувки модели каркаса в аэродинамической трубе. В работе приведены основные результаты расчета, а также первые значения собственных форм и частот колебаний. Покрытие было реконструировано к Кубку мира по футболу – 2018 в России, что позволило успешно провести матчи открытия и финала чемпионата и увеличить престиж нашей страны в мире.
Ключевые слова: конструкции покрытия, консольная часть покрытия связи, вылет, фермы, балки, расчет, несущая способность, продольные и поперечные усилия, изгибающий момент, коэффициент условия работы.
UDC: 624.072.2.014 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.63.72. RECONSTRUCTION OPTIONS FOR THE LARGE SPORTS ARENA OF THE LUZHNIKI STADIUM FOR THE 2018 FIFA WORLD CUP. A.N. Vorozhbitov1, A.E. Kushchenko1, A.V. Lyubartsev1, P.V. Korsakov1, M.I. Farfel2,3, 1METROPOLIS LLC, 2TSNIISK named after V.A. Koucherenko JSC Research Center of Construction, 3Moscow State University of Civil Engineering; e-mail: farfelmi@yandex.ru.
Abstract. The article presents the results of comparing the options for choosing the type of console part, which is additionally mounted to increase the coverage area, which is necessary to meet the strict requirements of the International Football Federation (FIFA) for the possibility of holding the opening and final matches of the FIFA World Cup at the stadium. Based on the results of comparing the options, the type of cantilever part and the roof material were selected, the process of determining snow loads obtained by blowing the frame model in a wind tunnel is presented. The paper presents the main results of the calculation, as well as the first values of the natural shapes and frequencies of vibrations.
The surface was reconstructed for the 2018 FIFA World Cup in Russia, which made it possible to successfully host the opening and final matches of the championship and increase the prestige of our country in the world.
Keywords: coating structures, cantilever part of the connection coating, overhang, trusses, beams, calculation, bearing capacity, longitudinal and transverse forces, bending moment, coefficient of working conditions.
Abstract. The article presents the results of comparing the options for choosing the type of console part, which is additionally mounted to increase the coverage area, which is necessary to meet the strict requirements of the International Football Federation (FIFA) for the possibility of holding the opening and final matches of the FIFA World Cup at the stadium. Based on the results of comparing the options, the type of cantilever part and the roof material were selected, the process of determining snow loads obtained by blowing the frame model in a wind tunnel is presented. The paper presents the main results of the calculation, as well as the first values of the natural shapes and frequencies of vibrations.
The surface was reconstructed for the 2018 FIFA World Cup in Russia, which made it possible to successfully host the opening and final matches of the championship and increase the prestige of our country in the world.
Keywords: coating structures, cantilever part of the connection coating, overhang, trusses, beams, calculation, bearing capacity, longitudinal and transverse forces, bending moment, coefficient of working conditions.
УДК: 624.072.2.014 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.73.81
А.С. МАРУТЯН, к.т.н., доцент Пятигорский институт Северо-Кавказского федерального университета; e-mail: al_marut@mail.ru
ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕПРОФИЛИРОВАНИЯ ВОСЬМИУГОЛЬНЫХ ТРУБ ИЗ КРУГЛЫХ ДЛЯ БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ...73
Представлен новый способ перепрофилирования круглых труб в восьмиугольные с отношением габаритов ширины и высоты 1/3,018 по средней линии расчетного сечения, что максимально повышает их несущую способность силового сопротивления изгибу. Его оригинальность подтверждена патентной экспертизой. Приведен расчет оптимальных параметров тонкостенных сечений восьмиугольной формы по приближенной методике, протестированной с использованием профилей из стандартного сортамента. Показана вся диаграмма изменений расчетных параметров восьмиугольных труб при трансформации их поперечных сечений от вертикальных конфигураций к горизонтальным, включая переход через модификацию с равными габаритами ширины и высоты, очертания которой имеют форму равностороннего (правильного) восьмиугольника. Выявлена востребованность восьмиугольных профильных труб не только в металлических, но и в трубобетонных конструкциях. Выполнен сравнительный анализ расчетных параметров оптимизированных сечений профильных труб, перепрофилированных из круглых в овальные, плоскоовальные, полуплоскоовальные, прямоугольные, восьмиугольные. Оптимизированные трубчатые профили с повышенной прочностью на изгиб можно отнести к балочным модификациям.
Ключевые слова: перепрофилирование круглых труб, трубчатые профили, профильные трубы, замкнутые гнутосварные профили, овал, плоскоовал, полуплоскоовал, прямоугольник, восьмиугольник, оптимизация сечений, расчет оптимальных параметров, балочные конструкции, трубобетон.
А.С. МАРУТЯН, к.т.н., доцент Пятигорский институт Северо-Кавказского федерального университета; e-mail: al_marut@mail.ru
ОПТИМИЗАЦИЯ ПЕРЕПРОФИЛИРОВАНИЯ ВОСЬМИУГОЛЬНЫХ ТРУБ ИЗ КРУГЛЫХ ДЛЯ БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ...73
Представлен новый способ перепрофилирования круглых труб в восьмиугольные с отношением габаритов ширины и высоты 1/3,018 по средней линии расчетного сечения, что максимально повышает их несущую способность силового сопротивления изгибу. Его оригинальность подтверждена патентной экспертизой. Приведен расчет оптимальных параметров тонкостенных сечений восьмиугольной формы по приближенной методике, протестированной с использованием профилей из стандартного сортамента. Показана вся диаграмма изменений расчетных параметров восьмиугольных труб при трансформации их поперечных сечений от вертикальных конфигураций к горизонтальным, включая переход через модификацию с равными габаритами ширины и высоты, очертания которой имеют форму равностороннего (правильного) восьмиугольника. Выявлена востребованность восьмиугольных профильных труб не только в металлических, но и в трубобетонных конструкциях. Выполнен сравнительный анализ расчетных параметров оптимизированных сечений профильных труб, перепрофилированных из круглых в овальные, плоскоовальные, полуплоскоовальные, прямоугольные, восьмиугольные. Оптимизированные трубчатые профили с повышенной прочностью на изгиб можно отнести к балочным модификациям.
Ключевые слова: перепрофилирование круглых труб, трубчатые профили, профильные трубы, замкнутые гнутосварные профили, овал, плоскоовал, полуплоскоовал, прямоугольник, восьмиугольник, оптимизация сечений, расчет оптимальных параметров, балочные конструкции, трубобетон.
UDC: 624.072.2.014 DOI: 10.37538/0039-2383.2024.3.73.81. OPTIMIZATION OF THE CONVERSION OF OCTAGONAL PIPES FROM ROUND PIPES FOR GIRDER STRUCTURES. A.S. Marutyan, North-Caucasus federal university, e-mail: al_marut@mail.ru
Abstract. A new method for converting round pipes into octagonal ones with a ratio of width and height 1/3.018 along the median line of the design section is presented, which maximizes their bearing capacity of bending strength. Its originality has been confirmed by patent examination. The calculation of the optimal parameters of thin-walled octagonal sections is given according to an approximate method tested using profiles from a standard assortment. The entire diagram of changes in the design parameters of octagonal pipes during the transformation of their cross sections from vertical to horizontal configurations is shown, including the transition through a modification with equal dimensions of width and height, the outlines of which have the shape of an equilateral (regular) octagon. The demand for octagonal profile pipes is revealed not only in metal, but also in pipe-concrete structures. A comparative analysis of the design parameters of optimized sections of profile pipes, repurposed from round to oval, flat-oval, semi-flat, rectangular, octagonal, has been performed. Optimized tubular profiles with increased bending strength can be attributed to beam modifications.Keywords: reprofiling of round pipes, tubular profiles, profile pipes, closed bent-welded profiles, oval, flat, halfflat, rectangle, octagon, optimization of sections, calculation of optimal parameters, girder structures, pipe concrete.