Введение. При изготовлении трубобетонных колонн следует обратить внимание на технологию заполнения стальной трубы бетонной смесью. Практика показывает, что при подаче бетонной смеси в трубу сверху должное качество бетонирования конструкции не гарантируется. В данном исследовании ставилась цель опытной проверки эффективности технологии формования колонн самоуплотняющейся бетонной смесью методом напорного бетонирования.

Материалы и методы. Эксперименты по исследованию эффективности предложенной технологии формования трубобетонной колонны с насыщенным содержанием продольной и спиральной арматуры проводились на прозрачном макете. Подобран состав самоуплотняющейся смеси, обеспечивающий требуемую удобоукладываемость, текучесть, однородность и отсутствие расслоения. В ходе экспериментов подобраны технологические параметры формования, среди которых наиболее важным была скорость заполнения конструкции бетонной смесью. Контролировалась равномерность распределения бетона по всему макету.

Результаты исследования. В результате эксперимента выявлено, что бетонная смесь легко достигала всех зон конструкции без потерь качества. Наблюдалось отсутствие выделения воздушных пузырей с поверхности конструкции, что свидетельствует о высоком качестве уплотнения смеси. Разброс прочности и плотности бетона в верхней, средней и нижней зонах конструкции минимальный. Полученный в конструкции бетон характеризуется гомогенной структурой, имеющей однородный, равномерно распределенный состав без значительных пустот или неоднородностей по всему объему.

Обсуждение и заключение. Отсутствие опалубки, подмостей и прочих приспособлений, высокая скорость бетонирования значительно снижают продолжительность и трудоемкость монтажа колонн. Все это, в совокупности с достигнутым качеством бетона, открывает хорошие перспективы для широкого применения метода напорного бетонирования в строящихся объектах в РФ. В дальнейшем необходимо разработать методику ультразвукового контроля качества бетона трубобетонных колонн.

Введение. На современном этапе развития науки и техники активно  разрабатываются вопросы вибрационной защиты зданий, особенно для специальных сооружений высокого класса ответственности, разрабатываются и испытываются различные конструкции демпферов. Моделирование отклика демпферных систем является актуальной задачей, существуют различные подходы к ее решению, как детерминистские, так и стохастические. В настоящей работе показаны особенности стохастического подхода в варианте математической модели обобщенного процесса Орнштейна-Уленбека. Благодаря использованию данной модели стало возможно оценить эффект применения нелинейного демпфера в конкретном случае и сделать выводы о преимуществах его использования.

Материалы и методы. Основным методом исследования в настоящей работе является решение стохастического дифференциального уравнения, приводится численный эксперимент на реальном примере анализа динамической реакции турбоагрегата с использованием вязкоупругого нелинейного демпфера на случайное сейсмическое воздействие. Анализируется применение обобщённого процесса Орнштейна-Уленбека для математического моделирования динамического отклика демпферных устройств при сейсмическом воздействии на критически важные объекты энергетической инфраструктуры.

Результаты исследования. Предлагается стохастическая модель, которая одновременно учитывает случайную природу сейсмических возбуждений и нелинейные реологические характеристики демпферов. Результаты численного эксперимента подтверждают, что при расчете по описанной модели обосновано применение нелинейного демпфера, среднеквадратичные значения отклика по перемещению снижаются более чем в два раза, что способствует уменьшению сейсмических рисков для турбоагрегата, повышает запас его динамической устойчивости и надежность работы в условиях случайных воздействий.

Обсуждение и заключение. Разработанная методология обеспечивает количественную оценку эффективности различных классов демпферных систем и позволяет выполнять параметрическую оптимизацию их настроек с целью максимизации защитной способности и снижения вибрационно-динамических нагрузок на энергетическое оборудование.  Теоретическая  значимость  работы  заключается  в  предложенной  авторами  методике  расчетов, практическая значимость — в оценке и рекомендациях по применению вязкопластичных демпферов для сооружений высокого класса ответственности.

Введение. Современная архитектура характеризуется активным использованием зданий сложной криволинейной формы, обладающих высокой выразительностью, но требующих решения новых инженерных задач, связанных с обеспечением их аэродинамической устойчивости. Нормативные методы расчёта ветровых нагрузок ориентированы преимущественно на здания простой геометрической формы и не учитывают особенностей обтекания свободных оболочек. Это обусловливает необходимость систематизации современных подходов к анализу ветрового воздействия на подобные сооружения. Целью настоящего исследования является обобщение и сравнение нормативных, экспериментальных и численных методов оценки аэродинамической устойчивости зданий сложной формы.

Материалы и методы. Объектом исследования является здание с биоморфной трёхлучевой структурой, характеризующееся плавными очертаниями и сложной пространственной топологией. Для анализа аэродинамических характеристик  выполнено  численное  моделирование  ветрового  потока  с  применением  программы  RWIND Simulation. Исследование выполнено с целью определения особенностей обтекания и распределения аэродинамических нагрузок на поверхность здания сложной формы.

Результаты исследования. В результате выполненных расчетов получены распределения давления, скоростей и коэффициентов давления по поверхности здания. Выявлены зоны локального повышения и разрежения давления в областях сопряжения объёмов и углублений кровли. Установлено, что криволинейная форма здания способствует снижению интегрального аэродинамического сопротивления, однако вызывает образование локальных вихревых структур, которые необходимо учитывать при проектировании фасадных и кровельных систем.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты подтверждают эффективность применения методов вычислительной гидродинамики (CFD — Computational Fluid Dynamics) для анализа аэродинамических свойств зданий сложной формы. Комплексное использование нормативных, экспериментальных и численных подходов обеспечивает более точную оценку ветровых воздействий и способствует формированию современной методологии проектирования аэродинамически устойчивых архитектурных сооружений.

Введение. Развитие строительной отрасли России предполагает как появление новых технологий и материалов, так и использование традиционных методов строительства. Одним из хорошо известных методов в нашей стране является  деревянное  домостроение.  В  настоящее  время  возводятся  многоквартирные  дома  из  деревянных  CLT-панелей, широко используется клееная древесина, балки из однонаправленного шпона и т.п. Современная архитектура направлена на создание значительных открытых пространств для свободной планировки. В деревянных зданиях не всегда удается организовать подобные пространства из-за ограниченности длин выпускаемых пиломатериалов. В связи с этим актуальными становятся исследования, направленные на создание протяженных панелей из древесины.

Целью настоящей работы является разработка новых конструкций деревянных панелей покрытий и перекрытий зданий из стандартных пиломатериалов, фанеры и ориентированно-стружечных плит с пролетами, превышающими стандартную длину досок, определение пределов несущей способности таких панелей, а также их геометрический расчет.

Материалы и методы. Рассмотрены два типа панелей коробчатого строения, выполненных из деревянных досок, фанеры и/или ориентированно-стружечных плит. Оценка несущей способности предлагаемых конструкций произведена как при помощи традиционных методов сопротивления материалов, так и на компьютерных моделях. Результаты исследования. Описана конструкция протяженных панелей, отличающаяся от известных зарубежных аналогов и свободная от присущих последним недостатков. Выполнен геометрический расчет предлагаемых конструкций. Определены рациональные соотношения размеров досок, составляющих панели. Установлены конструктивные ограничения для отдельных элементов изделий. Созданы компьютерные модели панелей, при помощи которых установлены пределы применимости предлагаемых конструкций.

Обсуждение и заключение. В результате проведенных исследований разработаны новые конструкции деревянных панелей перекрытий и покрытий зданий с возможными пролетами, превышающими стандартную длину пиломатериалов и выполненные без использования дорогостоящих материалов. Простота конструкции позволяет организовать выпуск изделий на небольших производствах без сложного и дорогостоящего оборудования. Панели могут применяться для создания протяженных открытых пространств в деревянных зданиях и сооружениях различного назначения.

Введение. Расчет цилиндрических каменных сводов исторических зданий, зачастую, выполняют в стержневой постановке. При этом доминирующее значение на несущую способность сводов имеет соотношение изгибающих моментов М и продольных сил N, а также наличие трещин.  Последнее не позволяет вести анализ несущей способности сводов стандартными методами.

Целью исследований является отработка методики оценки несущей способности цилиндрических каменных сводов с трещинами.

Материалы и методы. Выполненные авторами экспериментальные исследования подтверждают, что появление одной и даже нескольких трещин не всегда является признаком исчерпания несущей способности сводов. Верхняя граница несущей способности определяется наличием такого количества условных шарниров (трещин), которое переводит свод в кинематический механизм. Вести анализ работы сводов с трещинами вплоть до их физического разрушения возможно с использованием так называемых интеракционных зависимостей, отражающих предельные соотношения MRd–NRd. 

Результаты исследования. Интеракционные зависимости MRd–NRd определены авторами экспериментальным путем. Также в ходе проведенных экспериментов выявлены механизмы разрушения цилиндрического свода в зависимости от соотношения MRd–NRd. Так, при действии только изгибающего момента разрушение образца произошло по неперевязанному сечению каменной кладки; при действии только сжимающего усилия – в результате образования продольных трещин; при совместном действии сжимающей силы и изгибающего момента характер разрушения зависел от соотношения этих сил. Также выполнена верификация численной модели, с помощью которой возможно построение интеракционных зависимостей.

Обсуждение и заключение. Отработана методика оценки несущей способности цилиндрических каменных сводов  с  трещинами  с  использованием  интеракционных  зависимостей, отражающих  предельные  соотношения  MRd–NRd. Показано, что непосредственно интеракционные зависимости возможно построить с помощью численных твердотельных моделей, предварительно «настроив» их на результаты ряда простейших испытаний кладки. Фактические значения M и N в сечениях определяются на стержневых моделях сводов. Оценка несущей способности сводов ведется путем сопоставления определенной комбинации М–N с кривой интеракционной зависимости.

Введение. С целью обеспечения сейсмостойкости и снижения сейсмических нагрузок выполнен пространственный расчет несущих конструкций многоэтажного здания сложной формы. В настоящей статье анализируются конструктивная система и расчетно-динамическая модель с учетом основных и особых сочетаний нагрузок.

Материалы и методы. Расчеты проводились аналитическим методом и методом конечных элементов (МКЭ) в программном комплексе STARK ES.

Результаты исследования. Получены результаты динамического расчета при основных и особых сочетаниях нагрузок и соответствующих сочетаниях внутренних усилий  в рассчитываемых конструкциях многоэтажного здания сложной формы. Всего было использовано 53 загружения.

Обсуждение и заключение. Результаты расчета многоэтажного здания сложной формы показали, что обеспечивается требуемая прочность, жёсткость и устойчивость несущих конструкций при рассматриваемой расчетной ситуации.

Введение. Конструкции из бамбука получили широкое распространение в странах Азии, Африки, Латинской Америки. Бамбук представляет собой градиентный материал с неодинаковыми свойствами по поперечному сечению и характерной анизотропией: хорошими свойствами в продольном и слабыми поперечном направлениях. В связи с этим соединения бамбуковых стержней представляет слабое место в конструкции, что является научной проблемой. В современной литературе показана недостаточная эффективность различных типов соединений бамбуковых стержней, что приводит к прогрессирующему обрушению конструкции. Выявленные пробелы в существующих исследованиях позволили сформулировать цель настоящей статьи: разработка новых типов соединений стержней бамбука для обеспечения безопасной и надежной работы ферменной конструкции.

Материалы и методы. Объектом исследования является ферменная конструкция из бамбука с толщиной стенки не менее 10 мм. Расчет ферм проводился по усовершенствованным методам вырезания узлов, подбора сечений и построения линий влияния.

Результаты исследования. Предложена новая конструкция соединения бамбуковых стержней в пространственном случае. Усовершенствованный пространственный шарнир представляет собой цельную стальную сферу горячей ковки с 18 резьбовыми отверстиями и обработанной опорной поверхностью под углами 45°, 60° и 90° относительно друг друга. На каждом конце элемента пространственной конструкции прикрепляется коническая стальная секция для передачи усилия от бамбуковых соединений к узловым соединениям. Благодаря такому сужающемуся конусообразному сечению узловые соединения могут быть соединены со многими элементами одновременно. Проведен расчет фермы пешеходного моста при различных вариантах приложения нагрузки. Показано, что предложенный тип соединения обеспечивает эффективную работу пространственной конструкции. Реальный коэффициент надежности 2,33 превосходит традиционное значение на 29 %.

Обсуждение и заключения. Предложенные варианты обеспечения надежного соединения бамбуковых стержней имеют большое значение при проектировании и строительстве бамбуковых ферменных конструкций пространственного типа. Сферический шарнир и конусное крепление с металлическим тросом создают надежное соединение, что имеет решающее значение для конструкций мостового типа или жилых помещений. Перспективы настоящей работы сосредоточены на исследовании эффективности предложенных соединений в динамических задачах в условиях движущейся нагрузки и ползучести.

Введение. Развитие строительного комплекса происходит, главным образом, по законам рынка без глубокого анализа тенденций его развития как системы. Государственное регулирование отрасли не в полной мере использует прогнозный анализ на научной основе, а чаще ориентируется на мировой опыт в виде мало связанных данных. Цель работы – восполнить этот пробел общим обзором исследований с привязкой к общим закономерностям развития строительных технологий. 

Материалы и методы. Исследование включало в себя поиск информации из открытых источников, её анализ и обобщение с целью определения общих тенденций развития строительных технологий. Использовались материалы авторских исследований и практического опыта строительства. Анализ проводился с использованием законов развития технических систем.  

Результаты исследования. Определены этапы эволюции технологий – сборных, литьевых (монолитных) и сборно-монолитных)  – и  пути  совершенствования  строительных  материалов  с  повышением  их  физико-механических свойств и одновременным снижением массы, вредных выбросов, стоимости. Выявлено, что совершенствование материалов за счет прямой взаимосвязи в системе с конструкциями приводит также к их динамичному развитию, они становятся более прочными, легкими, многофункциональными и влияют на архитектурно-планировочные решения, увеличивая  полезное  продаваемое  пространство.  Отмечены  проблемные вопросы, сдерживающие развитие цифровых технологий изготовления конструкций: контроль ранней гидратации 3D-печатного бетона и связь с реологией, обеспечение межслойного сцепления, прочности, внедрение автоматизированного армирования и, в целом, связь между технологией, материалом и эксплуатационными характеристиками как с точки зрения структурной прочности, так и долговечности. Сформулированы основные требования к разработке проектов зданий и сооружений и их частей: экономия пространства, материалов и энергии за счет комплексного проектирования, включающего объединение всех систем здания (структурных, механических, гидравлических, воздушных и электрических) в единую систему. Рассмотрено развитие технологии крупноблочного (модульного) строительства, в том числе и научные исследования сотрудников ЮУрГУ по технологии опускающегося бетона. Уделено внимание мировому опыту модульного строительства и направлению развития модульных комплексных систем.

Обсуждение и заключение. Сделаны выводы о том, что к общим тенденциям развития строительных технологий можно отнести: ускорение крупноблочного (модульного) и монолитного строительства за счет совершенствования материалов (высокофункциональных бетонов, укрупненных армокаркасов, фибры), применения автоматизированных эффективных механизмов, префаб-элементов, оснащения модулей инженерными сетями; уменьшение трудоемкости и повышение управляемости строительного производства за счет снижения трудозатрат в предлагаемых строительных технологиях, автоматизации и цифровизации ведущих процессов; использование в комплексном проектировании технологий информационного моделирования, нейронных сетей, рациональной компоновки внутреннего пространства здания; повышение функциональности и эстетичности фасадных технологий.

Введение. Оценка риска раннего трещинообразования при возведении массивных монолитных железобетонных фундаментных плит вследствие температурных градиентов предопределяет актуальность исследований многочисленных факторов, связанных с технологией бетонирования, с учетом технических возможностей производителей работ и поставщиков бетонных смесей, а также погодных условий. При разработке технологических регламентов бетонирования с расчетом термонапряженного состояния в ранний период с целью уменьшения экзотермии и управления кинетикой тепловыделения актуальными являются исследования в области назначения и регулирования временны́х параметров процесса формирования тела фундаментной плиты с учетом рецептурных особенностей бетонных смесей и погодных условий, а также расчет термонапряженного состояния в ранний период.

Цель исследования: получение новых данных для расчетов временны́х параметров бетонирования массивных конструкций с использованием автобетононасосов с техническими характеристиками, данные о которых отсутствуют в нормативной базе. Материалы и методы. Приведены результаты хронометража технологических параметров непрерывного бетонирования массивной фундаментной плиты объемом 1642 м3 за 13,6 ч. Получены численные значения скорости перекачивания бетонной смеси, времени маневрирования автобетоносмесителей, коэффициентов перехода от технической к эксплуатационной производительности автобетононасосов с технической производительностью 170 и 180 м3/ч. Использование автобетононасосов с такой производительностью при фактической скорости разгрузки автобетоносмесителей до 2,3 м3/мин обеспечивает коэффициент фактической производительности при перекачивании до 0,81, что в принципе соответствует нормальной эксплуатации.

Результаты исследования. Получены значения коэффициента использования автобетононасосов по времени от 0,478 до 0,841 при среднем значении ≈ 0,66. Фактическая средняя производительность одного автобетононасоса за период бетонирования составила ≈ 61 м3/ч.

Обсуждение и заключение. При расстоянии от автобетононасоса до площадки ожидания автобетоносмесителей в пределах 25–50 м время маневрирования мало зависит от расстояния, составляет с обеспеченностью 0,95 по данным 69 замеров не более 5,76 мин и определяется удобством площадки для маневрирования автобетоносмесителей и подъездных путей. Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологических регламентов на непрерывное бетонирование аналогичных массивных конструкций.

Введение. В Российской Федерации принята долгосрочная программа по масштабному строительству автомобильных дорог, что потребует возведения большого количества мостов малых, средних и больших пролетов. Международный опыт говорит, что автодорожные мосты целесообразно строить из преднапряженного железобетона. Причем наиболее эффективными являются пролетные мостовые секции коробчатого поперечного сечения, отличающиеся от балочных конструкций лучшей аэродинамикой, меньшими трудозатратами при возведении и более привлекательной внешней эстетикой. В литературе, посвященной численному анализу напряженнодеформированного состояния монолитных железобетонных конструкций, приведено крайне мало сведений о расчете пролетных мостовых строений с учетом ползучести бетона. Целью исследования являлась разработка методики конечно-элементного моделирования длительного деформирования пролетной секции коробчатого сечения, с помощью авторизированного программного комплекса. Данные вычислительных экспериментов верифицированы с использованием программного комплекса ANSYS Mechanical.

Материалы и методы. В качестве математического аппарата для моделирования процесса длительного деформирования исследуемой железобетонной конструкции применен метод конечных элементов в форме метода перемещений в сочетании с теорией линейной вязкоупругости. Для формализации процесса ползучести бетона использована модель упруго-ползучего тела С.В. Александровского. Вычислительный процесс численного интегрирования результирующего операторно-матричного уравнения базируется на принципе наложения воздействий и использовании формулы трапеций. Вычислительные эксперименты выполнены на платформе Microsoft Visual Studio и компиляторе Intel Parallel Studio XE с встроенным текстовым редактором Intel Visual Fortran Composer XE. Для визуализации результатов моделирования в виде картин распределения полей перемещений и напряжений применена дескрипторная графика системы Matlab.

Результаты исследования. Разработана и верифицирована программа для конечно-элементного расчета железобетонных балочных конструкций в трехмерной постановке с использованием дискретной схемы армирования, согласно которой армирующий каркас моделируется двухузловыми балочными, а массив бетона — объемными полилинейными конечными элементами. Установлено, что для рассматриваемой типовой мостовой секции коробчатого сечения принятая схема предварительного напряжения малоэффективна, так как не обеспечивает требуемого выгиба.

Обсуждение и заключение. Выполнено сравнение результатов расчетов коробчатой секции в линейно упругой постановке, полученных с помощью разработанного пакета программ и программного комплекса  ANSYS Mechanical. Установлено удовлетворительное совпадение значений перемещений и напряжений в исследуемых точках. Исследовано напряженно-деформированное состояние коробчатой секции на этапе создания предварительного напряжения и последующего нагружения. Сделан вывод о целесообразности научного сопровождения на этапе проектирования подобных мостовых секций с целью повышения их несущей способности.

Введение. В современных условиях развития строительной отрасли концепция жизненного цикла строительных объектов охватывает не только этапы проектирования и эксплуатации, но и вопросы утилизации конструктивных элементов,  в  частности  компонентов  ветроэнергетических  установок  (далее  — ВЭУ)  со  сроком  службы  20–25 лет. Традиционные методы утилизации отработавших элементов ветрогенераторов демонстрируют низкую экологическую эффективность. В контексте циркулярной экономики возникает необходимость разработки инновационных решений для интеграции отработанных компонентов ВЭУ в строительную практику.

Целью исследования являлось научное обоснование возможности применения утилизированных лопастей ВЭУ в конструкциях детских игровых комплексов. 

Материалы и методы. Исследование основано на методологии анализа жизненного цикла лопастей ветряных турбин с учетом специфики их обработки в строительной отрасли. В работе использовались следующие методы: систематический анализ характеристик лопастей ветряных турбин, статистическая оценка их жизненного цикла, сравнительный анализ технологий вторичной переработки и оценка безопасности конструкций, изготовленных из переработанных материалов.

Результаты исследования. В результате проведенного анализа и исследования разработана технология переработки лопастей в конструктивные элементы детского игрового комплекса.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты подтверждают принципиальную возможность и практическую целесообразность использования утилизированных лопастей ВЭУ в качестве объектов строительства для создания  безопасных  и  долговечных  детских  игровых  комплексов.  Разработанные  технологические  решения, учитывающие полный жизненный цикл материалов — от эксплуатации в составе ветроэнергетических установок до вторичного применения в строительных конструкциях, — позволяют трансформировать экологическую проблему утилизации в ресурс для развития городской инфраструктуры.