Том 13, № 4 (2023)
Инновации и фундаментальные исследования строительной науки и производства
Длительная прочность полиэфирных композиционных труб большого диаметра
Аннотация
Введение. Рассмотрены коэффициенты релаксации и ползучести, долговременная предельная деформация изгиба при длительном воздействии влаги и химически активной среды (10 000 ч) канализационных труб.Материалы и методы. Использовали канализационные трубы диаметром 400, 1200 и 1400 мм, изготовленные из полиэфирных стеклопластиков. К образцу с постоянной скоростью прикладывали сжимающую нагрузку до достижения удельной кольцевой деформации 3,0 ± 0,5 % за 60 ± 10 с. Полученную удельную кольцевую деформацию поддерживали постоянной в течение 2 мин, по прошествии этого времени определяли и фиксировали сжимающую нагрузку и кольцевую деформацию. Сущность метода заключается в нагружении образца для испытаний, расположенного горизонтально и погруженного в воду, при заданной температуре диаметрально сжимающей нагрузкой на время, в течение которого кольцевая деформация остается постоянной. Нагрузку измеряют через заданные промежутки времени до достижения 10 000 ч. По результатам испытаний определяют долговременную удельную кольцевую жесткость и коэффициент релаксации при воздействии влаги в соответствии с ГОСТ Р 57008–2016. Для испытания используют два образца, если иное не установлено в нормативном документе. Долговременная удельная кольцевая жесткость и коэффициент релаксации являются средним арифметическим, полученным для двух образцов.Результаты. Установлено, что эксплуатационные характеристики (долговременная предельная деформация изгиба, коэффициенты релаксации и ползучести при воздействии влаги) исследованных канализационных труб определяются удельной кольцевой жесткостью и их диаметром. Для полиэфирных труб с начальной кольцевой жесткостью 5000 Н/м2 повышение их диаметра с 400 до 1400 мм приводит к линейному росту коэффициента релаксации (с 0,79 до 0,96) и снижению долговременной предельной деформации изгиба (с 0,84 до 0,75 %) при воздействии влаги в течение 10 000 ч.Выводы. Долговечность исследованных канализационных труб из полиэфирных стеклопластиков превышает 50 лет.
Строительство: наука и образование. 2023;13(4):6-18
6-18
Строительные конструкции. Основания и фундаменты. Технология и организация строительства. Проектирование зданий и сооружений. Инженерные изыскания и обследование зданий
Оптимизация конструктивных расчетов свайного поля на основе данных статического зондирования
Аннотация
Введение. Существующая практика подбора свайного фундамента представляет собой трудоемкий, несвязный и не стандартизированный процесс. Целью исследования является разработка методики оптимизации конструктивных расчетов на примере свайного поля на основе данных статического зондирования. Для этого необходимо: подготовить алгоритм по обработке данных из инженерно-геологических изысканий; разработать строго детерминированный процесс обоснования лучшего варианта в зависимости от стоимости свайного фундамента; получить наглядное представление данных для возможности проверки выбранного решения.Материалы и методы. С целью оптимизации конструктивных расчетов свайного поля применяется генетический алгоритм, который реализован при помощи плагина Galapagos на основе языка визуального программирования Grasshopper. Для подготовки исходной информации инженерно-геологических изысканий используется язык программирования Python.Результаты. Разработаны увязанные друг с другом алгоритмы обработки данных статического зондирования и предварительной оценки оптимальной конфигурации свайного фундамента на основе его суммарной стоимости по несущей способности грунта основания свай.Выводы. Разработанные алгоритмы могут использоваться для предварительного расчета и быстрой оценки вариантов свайного фундамента. Необходимые исходные сведения могут генерироваться из расчетных программ. В качестве альтернативы можно проводить подбор и оптимизацию непосредственно в коде Python, применяя Grasshopper и Rhino только для извлечения усилий и последующей визуализации результатов. Направления для дальнейших исследований и разработок: учет слоистогозалегания инженерно-геологических элементов (ИГЭ); оценка несущей способности каждого ростверка независимо и согласно залегающим ИГЭ под ним; группировка свай по положению в свайном поле и нагрузкам; учет нелинейности поведения грунтового массива.
Строительство: наука и образование. 2023;13(4):19-48
19-48
Исследование гидродинамического воздействия на неравномерно заглубленный трубопровод в проницаемом дне
Аннотация
Введение. При проектировании трубопроводных переходов различного назначения решение многих инженерных задач связано с расчетом распределения скоростей и оценкой создаваемых ими гидравлических сопротивлений. Поскольку теоретическим путем оценить величину коэффициентов гидродинамического сопротивления и подъемной силы затруднительно, обычно прибегают к экспериментальным исследованиям. Трубопровод по отношению к потоку может располагаться по-разному, также на практике трубопроводы заглубляют в дно водотока. В физических экспериментах часто моделируется частично заглубленный трубопровод путем усечения заглубленного участка трубопровода. Такая схема экспериментальной установки больше подходит для трубопровода, расположенного в непроницаемом дне. В действительности подверженное эрозии дно бывает пористое и проницаемое.Материалы и методы. Численно исследованы гидродинамические силы, действующие на трубопровод с неравномерным заглублением с обеих сторон, на проницаемом дне. Для моделирования течения в жидкости применяются двумерные уравнения Навье – Стокса, усредненные по Рейнольдсу с k–e моделью турбулентности. Предполагается, что просачивающийся поток на проницаемом дне подчиняется закону Дарси, уравнение Лапласа решается для расчета порового давления в предположении изотропного и однородного дна. Рассматриваются структура потока и распределение давления вокруг трубопровода. Для численного моделирования использован программный комплекс (ПК) ANSYS Fluent.Результаты. Установлено, что структура течения вокруг трубопровода асимметрична из-за разницы уровней дна с двух сторон трубопровода. В ПК ANSYS Fluent был смоделирован процесс размыва песчаного дна в зоне размещения трубопровода. Выполнено сравнение результатов расчета при различных расходах. Выявлено, что существует очевидная разница между гидродинамическими силами, испытываемыми трубопроводом, из-за асимметричной структуры потока вокруг трубопровода.Выводы. Выявлены пиковые значения внешних сил и подъемной силы, уменьшающейся по мере увеличения значения заглубления в дно, за трубопроводом е2/D. Максимальная погрешность сил сопротивления и подъемной силы, вычисленная с использованием ряда Фурье шестого порядка, составляет около 4 %.
Строительство: наука и образование. 2023;13(4):49-62
49-62
Экспериментальное исследование динамических характеристик точечно опертых квадратных плит
Аннотация
Введение. Разработка методов определения частот и форм колебаний, а также динамических реакций тонких плит с различными системами опирания, в том числе опирающихся на точечные опоры, является актуальной задачей, решению которой посвящена настоящая работа. Цель работы — разработка экспериментальных методов определения частот и форм собственных колебаний тонких точечно опертых квадратных сплошных плит и плит с отверстиями.Материалы и методы. Приводится методика и анализ результатов экспериментальных исследований динамических характеристик квадратных сплошных плит и плит с отверстиями.Результаты. В данной работе определены частоты собственных колебаний квадратных плит со свободными краями, опирающиеся на точечные опоры; получены зависимости частот колебаний плит от координат точечных опор и размеров симметрично расположенных отверстий; определено расположение точечных опор, при котором основная частота свободных колебаний плиты является максимальной; экспериментально определены частоты, формы и декременты колебаний квадратных плит, опертых на четыре точечных опоры, а также влияния наличия отверстий и степени защемления опор на динамические характеристики этих плит.Выводы. Сравнение экспериментальных и теоретических значений частот собственных колебаний плит показало их хорошее сходство. Полученные в работе результаты могут быть применены при динамических и сейсмических расчетах точечно опертых квадратных плит покрытий.
Строительство: наука и образование. 2023;13(4):63-74
63-74
Перспектива применения CLT-панелей в многоэтажном строительстве
Аннотация
Введение. Рассмотрены предпосылки развития и применения новой строительной технологии с применением возобновляемого природного ресурса — древесины. Проблематика обеспеченности строительства сырьем для производства является актуальной. Цели исследования — определение основных достоинств и недостатков CLT-панелей как материала, применяемого в несущих каркасах; реализуемость CLT-панелей по отношению к другим традиционным строительным материалам; выявление основных технологических особенностей строительного производства с применением технологии перекрестно-клеевых панелей, определение преимуществ технологии; необходимость проведения исследовательской деятельности по конструкционному материалу для обновления соответствующих строительных нормативов; анализ зарубежного опыта в разделе деревянного домостроения.Материалы и методы. Выполнены обзор и анализ отечественной и зарубежной литературы, научных трудов, нормативных документов, информационных источников на базе eLIBRARY.RU, сопоставление и систематизация полученных данных. За основу были также взяты ранее проведенные исследования.Результаты. На основе анализа информационных источников дано описание основных свойств и характеристик, а также технологии производства CLT-панелей; определены положительные и отрицательные стороны применения материала, достоинства строительной технологии возведения каркасов зданий. Проведен сравнительный анализ отечественного и зарубежного опыта в деревянном домостроении. Определена проблематика развития технологии перекрестно-клеевых панелей в России.Выводы. Результаты, полученные в результате исследования, показывают целесообразность использования CLT-панелей как строительного материала для несущих конструкций, отличающегося наличием перечня значимых для отрасли свойств: экологичность, возобновляемость, высокие темпы производства работ, уменьшение стоимости возведения объектов вследствие уменьшения трудоемкости строительного процесса.
Строительство: наука и образование. 2023;13(4):75-82
75-82
Информационные системы и логистика в строительстве
Анализ средств группировки элементов для разработки ТИМ-модулей в Renga
Аннотация
Введение. Программный комплекс (ПК) технологий информационного моделирования (ТИМ) Renga на сегодняшний день набирает популярность среди различных пользователей в области проектирования объектов строительства. Как и любой программный продукт, Renga имеет свои достоинства, недостатки и перспективные направления для развития. Одновременно в России распространяется концепция модульного проектирования и строительства, для реализации которой необходим определенный функционал информационного моделирования. Следовательно, целесообразно изучение функциональных возможностей российского ПК информационного моделирования Renga в рамках задач модульного проектирования. Цель исследования — анализ средств сборки и объединения примитивов информационной модели (ИМ) для создания модулей в Renga; задачи — определение критериев сравнения программных комплексов, разработка ТИМ-модуля на основе имеющегося функционала и анализ практических возможностей и функционала Renga.Материалы и методы. Реализация исследования основана на методе синтеза проектных процессов и их автоматизации, а также анализе российского и зарубежного опыта в области модульного проектирования. Рассматривается процесс разработки ТИМ-модуля в рамках программных возможностей программы Renga.Результаты. Приведен сравнительный анализ программных возможностей ПК информационного моделирования Renga для разработки ТИМ-модуля и его дальнейшего внедрения в комплексную ИМ объекта. Для осуществления анализа были определены базовые функции модульного проектирования зарубежных программных средств информационного моделирования. Показано практическое использование инструментария Renga для разработки и применения ТИМ-модулей.Выводы. Представленный анализ средств группировки элементов для разработки ТИМ-модулей в Renga демонстрирует имеющиеся инструменты для решения задач модульного проектирования, особенности их реализации, сложности функционирования, а также показывает отсутствие определенных инструментов для наиболее полноценной работы. По результатам непосредственной разработки ТИМ-модулей в Renga представлены особенности проектирования в рамках модульности, а также сформулированы базовые недостатки и направления для дальнейшего развития и повышения эффективности модульного проектирования.
Строительство: наука и образование. 2023;13(4):83-94
83-94
Строительная механика и расчет сооружений
Методика определения расчетных длин элементов перекрестной решетки стальных опор воздушных линий электропередачи
Аннотация
Введение. Суммарная мощность электрических станций и протяженность электрических сетей в Российской Федерации значительно увеличиваются с каждым десятилетием из-за постоянного промышленного развития городов и пригорода. Это требует вовлечения огромных материальных и трудовых ресурсов в сфере энергетического строительства, поэтому следует определить и реализовать все возможные пути снижения капиталоемкости электрических сетей высокого и сверхвысокого классов напряжения. Для целей практики, помимо решения собственно задачи устойчивости, необходимо определить сочетание внешних нагрузок (крутящего момента и продольной силы), предопределяющее наименьшее из возможных значение критического параметра.Материалы и методы. Из-за различной длины отдельных раскосов опор и нарастания усилий в поясах к основанию степень податливости узлов линейному и угловому смещениям оказывается неодинаковой, отчего теряют устойчивость лишь некоторые раскосы. В статье рассмотрена башня квадратного сечения не с наклонными, а с параллельными поясами, в которой решетка и пояса имеют соответственно одинаковые сечения и на ее свободном конце действуют возрастающий крутящий момент и неизменная по величине продольная сила, приложенная относительно вертикальной оси опоры. Благодаря симметрии системы и внутренних усилий в момент потери устойчивости произойдет симметричная деформация теряющих устойчивость раскосов. Задача решалась, используя систему канонических уравнений метода перемещений в численно-аналитической постановке. Рассмотрено применение изложенной методики для определения расчетных длин раскосов решетки на примере нижней секции опоры 1П330-1.Результаты. Исследуемый фрагмент опоры в плане конструктивного решения является пространственной стержневой стальной стойкой, узлы которой не совмещены в смежных гранях и состоящей из 12 панелей. Конструктивные элементы секции представляют собой стержни из одиночных уголков. Стык происходит посредством болтового соединения. Для раскосов каждой панели определены канонические коэффициенты и графически решено уравнение устойчивости, из которого найдены коэффициенты расчетной длины.Выводы. Представленная численно-аналитическая методика позволяет определить коэффициенты расчетных длин элементов ствола башенной опоры в зависимости от продольного усилия и отношения погонных жесткостей пояса и раскоса. Полученные коэффициенты ориентировочно на 10–15 % ниже существующих в отечественных нормах. В результате выявлен резерв несущей способности опор, что указывает на возможность совершенствования методики решения задачи устойчивости элементов.
Строительство: наука и образование. 2023;13(4):95-111
95-111
Инженерные системы. Эксплуатация зданий. Проблемы ЖКК. Энергоэффективность и энергосбережение. Безопасность зданий и сооружений. Экология
Предотвращение негативных социальных и экологических последствий развития суффозионных процессов
Аннотация
Введение. Предметом исследования является суффозия — опасный для строительства экзогенный геологический процесс, способный в своем крайнем проявлении вызвать катастрофу. Цель исследования — проанализировать взаимодействия природной и техногенной подсистем в природно-технических системах, возникающих при хозяйственном освоении территорий, благоприятных для развития суффозионных процессов.Материалы и методы. С позиций системного подхода анализируется отечественный и зарубежный опыт эксплуатации объектов различного назначения, испытывающих негативное воздействие суффозионных процессов природного и техногенного происхождения. Особое внимание обращено на возможные катастрофические последствия таких воздействий для зданий и сооружений. Отмечается, что, несмотря на наличие определенных позитивных аспектов во взаимодействии суффозии с окружающей средой, негативные аспекты преобладают.Результаты. Нейтрализация возможных нежелательных социальных и экологических последствий формирования различного рода подземных и поверхностных суффозионных проявлений достигается путем рационального выбора, четкого инженерно-геологического обоснования и грамотной реализации мероприятий, резко снижающих (а иногда и исключающих) возможность возникновения связанных с этим чрезвычайных ситуаций. Предложена классификация применяемых в настоящее время и вполне пригодных к применению в будущем способов защиты территорий, зданий и сооружений от негативных последствий развития суффозии, в том числе спровоцированного самим защищаемым объектом. Перечислены разные варианты защитных мер, относящиеся к каждому из выделенных типов противосуффозионных мероприятий.Выводы. Отмечается, что при наличии на конкретной территории существующих суффозионных появлений или в случае научно обоснованного предположения относительно потенциальной возможности развития суффозионных процессов необходима всесторонняя оценка природно-техногенной обстановки и ее ожидаемых изменений. Вслед за этим должно осуществляться планирование дальнейших действий либо по сохранению сформированных суффозией элементов ландшафта, либо по максимально возможному устранению любых угроз со стороны этого процесса.
Строительство: наука и образование. 2023;13(4):112-127
112-127
Анализ методов идентификации и ранжирование рисков на жизненном цикле АЭС
Аннотация
Введение. На всех стадиях жизненного цикла атомных электростанций («Размещение», «Проектирование», «Сооружение», «Эксплуатация» и «Вывод из эксплуатации»), существует большое количество различных рисков, влияющих на безопасность, сроки и стоимость работ при их реализации. Для проектов атомных электростанций (АЭС) на стадиях жизненного цикла существует множество неопределенностей, которые трансформируются в проектные риски, такие как технологические, финансовые, а также риски, связанные с циклом радиоактивных отходов и другие. Управление рисками необходимо для успешной реализации проектов атомных электростанций.Материалы и методы. Приводится анализ рисков на жизненном цикле АЭС несколькими методами: матрица оценки рисков и метод Парето. Идентификация и оценка рисков выполнены методом экспертной оценки и с использованием научной литературы.Результаты. По результатам проведенного анализа выявлены и описаны преимущества и недостатки методов многокритериального анализа применительно к объектам АЭС. Для более глубокого анализа рисков на основе данных, полученных в результате экспертной оценки, предложен метод распределения взвешенности риска по факторам, а также представлены графические изображения анализа влияния выявленных рисков по стадиям жизненного цикла АЭС.Выводы. Основная цель управления рисками состоит в снижении базовых показателей, таких как стоимость, сроки и долговечность при безусловном обеспечении безопасности на всех стадиях жизненного цикла.
Строительство: наука и образование. 2023;13(4):128-141
128-141
Экологическая токсичность по жизненному циклу строительных материалов
Аннотация
Введение. На современном этапе приобретает значимость учет категории экологической токсичности (экотоксичности) в оценке жизненного цикла строительных материалов в соответствии с методологией международных стандартов ИСО серии 14000.Материалы и методы. Среди методов оценки экотоксичности можно выделить две группы. К первой относятся тесты с применением живых организмов (пресноводных одноклеточных водорослей, ракообразных Daphnia magna Straus, эмбрионов рыб и светящихся бактерий), стандартизированные на международном уровне. Причем для разных материалов имеется специфика их применения: для плитных и пленочных — динамический тест на выщелачивание, а для зернистых — перколяция. Важно не только исследовать экотоксичность для воды, но и почвы. Важными параметрами почвы в этом отношении становятся уровень активности биомассы микробов и фитотоксичность почв. Ко второй группе методов относят расчеты экотоксичности в Comparative Toxic Unit, CTUe.Результаты. Проведены исследования для строительных материалов из разных групп по виду основного сырья, которые дали результаты, связанные с корреляцией данных по воде и почве. Адекватность проведенных испытаний и расчетов подтверждена сравнением с уже имевшимися для ряда материалов исследованиями зарубежных специалистов.Выводы. Из полученных данных можно сделать выводы о применении методов тестирования экотоксичности в качестве дополнительных при оценке строительных материалов, так как только при биологической индикации можно переходить к установлению конкретных токсинов химико-аналитическими способами. Также сделаны предложения по совершенствованию нормативной правовой базы в области определения экотоксичности при оценке жизненного цикла строительных материалов.
Строительство: наука и образование. 2023;13(4):142-154
142-154