Научный архив: статьи

Введение. Северная климатическая зона занимает значительные территории Российской Федерации, которые на сегодняшний день являются весьма перспективными, так как обладают высоким потенциалом развития, ввиду богатых запасов полезных ископаемых, редких металлов и драгоценных камней. При обширном развитии добывающей отрасли на данных отдаленных территориях параллельно встает вопрос в возведении гражданских объектов, в состав которых входят общественные и жилые здания различного назначения, главной задачей которых является обеспечение надежных, безопасных и комфортных условий эксплуатации. Часть этой зоны, затрагивающей регионы Дальнего Востока, Западной и Восточной Сибири, находятся в сложных условиях, таких как совместное сочетание вечной мерзлоты и высокой сейсмической активности, балльность которой изменяется от 6 до 10 баллов. Именно поэтому данные территории диктуют особые требования и условия для проектирования и строительства, а также ставят перед инженерами сложные задачи, требующие нетривиальных подходов и решений.

Материалы и методы. Для оценки поведения гражданских зданий различных конструктивных решений в условиях совместного распространения многолетнемерзлых грунтов и сейсмических воздействий различного частотного состава проведено численное исследование с использованием метода прямого интегрирования уравнения движения во времени.

Результаты. В статье представлены результаты расчетных исследований гражданских зданий различных конструктивных решений в условиях совместного распространения многолетнемерзлых грунтов и сейсмических воздействий. Показано, что сейсмостойкость гражданских зданий с различными конструктивными решениями в условиях многолетнемерзлых грунтов и высокой сейсмичности существенно отличаются друг от друга. Это свидетельствует о необходимости детального обоснования принимаемых проектных решений гражданских зданий для рассматриваемых условий с учетом свойств многолетнемерзлых грунтов.

Введение. При сейсмическом районировании территории изысканий обязательным условием является определение сейсмической опасности. Она обусловлена максимально возможными сейсмическими воздействиями, выраженными в баллах макросейсмической шкалы интенсивности, а также в пиковых ускорениях грунтовой толщи и спектрах коэффициента динамичности.

Целью статьи является представление методики комплексной оценки сейсмичности на примере гидротехнических сооружений (ГТС) шламохранилища и выявление особенностей сейсмических характеристик грунтовой толщи.

Материалы и методы. Эти параметры учитываются при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений в сейсмически активных районах. Помимо этого, определяются доминирующие и резонансные частоты грунтовой толщи, необходимые при расчетах устойчивости конструкций и для отстраивания собственных частот колебаний проектируемого сооружения от имеющихся частот колебаний в грунтовой толще. Плотины и дамбы шламохранилищ (пульпохранилищ, хвостохранилищ) и/или другие объекты, размещаемые на территории шламохранилищ, как правило, относятся к гидротехническим сооружениям II, III и IV классов опасности.

Выводы. В работе представлены возможности комплексного подхода к сейсмическому микрорайонированию территории шламохранилища, который позволяет снизить риск недоучета факторов различного происхождения, влияющих на сейсмическую интенсивность при разных геологических условиях. В заключении авторы выделили ряд выводов, связанных с методикой и принципами проведения работ.

Введение. Статья посвящена обработке реальных сейсмических данных (уникального не-глубокого землетрясения), анализу результатов c целью исследования спектров воздействия и реакции осциллятора и сравнению их с результатами исследований глубокофокусного землетрясения.

Цель. Сопоставление и визуальное сравнение трехординатных графиков суммарных спек-тров глубокофокусного и неглубокого землетрясений для выявления характерных различий в их спектральных характеристиках.

Материалы и методы. Обработка акселерограмм проводилась с использованием про-грамм Microsoft Excel и SeismoSignal компании SeismoSoft. Суммарный спектр вычислял-ся по методу SRSS («квадратный корень из суммы квадратов»).

Результаты. Для каждого направления был построен спектр воздействия неглубокого землетрясения, а суммарный спектр вычислялся с использованием метода «квадратного корня из суммы квадратов» (SRSS). Спектр реакции системы с одной степенью свободы (осциллятор) был сопоставлен со спектром воздействия. Суммарные спектры реакции рассчитывались с использованием пяти различных методов, в результате чего был опре-делен наиболее подходящий. Построены и проанализированы трехординатные графики спектров воздействий и реакций глубокофокусного и неглубокого землетрясений по осям X, Y, Z и суммарные с огибающими воздействий и реакций.

Выводы. Из полученных результатов следует: суммарные огибающие спектров реакций обладают большей шириной по периодам по сравнению с огибающими спектров воздействий; глубокофокусное землетрясение имеет более высокие динамические коэффициенты, чем неглубокое; область огибающих суммарных спектров воздействий обоих типов землетрясений включает периоды, соответствующие собственным периодам гражданских многоэтажных зданий, что повышает вероятность резонанса.

Введение. В статье предложены новые конструкции портальных сооружений, на которые были получены патенты РФ на полезные модели: № 230318, № 230921, № 230898, № 231705. Для определения их фактической несущей способности и деформативности авторами предлагается методика их экспериментальных испытаний и специальный стенд.

Цель. Целью исследования является разработка новых конструкций портальных сооружений и способов испытания, позволяющие создавать близкое к реальному загружение, при снижении трудоемкости и обеспечении требуемой безопасности.

Материалы и методы. Для испытания портальных конструкций разработан специальный стенд, предусматривающий горизонтальную укладку и загружение через монтажные блоки, установленных как на портале, так и на опорах на силовом полу.

Результаты. Разработанный способ испытания портальных конструкций позволяет обеспечить их боковую устойчивость специальными элементами, приложить близкую реальной нагрузку и установить измерительные приборы для определения напряжения деформации в сечении.

Выводы. Авторами предложены четыре новых технических решения конструкций портальных сооружений, на которые получены патенты РФ на полезные модели: № 230318, № 230921, № 230898, № 231705. В результате проведенных исследований была разработана и обоснована методика испытаний портальных конструкций трехгранного и комбинированного типа, позволяющая получить достоверные данные об их прочностных характеристиках и несущей способности.

Введение. Статья посвящена аналитическому обоснованию работы прогонов в качестве распорки на основании изучения механических процессов и напряженно-деформированного состояния. В работе представлены дополнительные факторы, характеризующие включение прогона в совместную работу с конструкциями покрытия, такие как чернота отверстия болта, сила затяжки болтового соединения, влияние эксцентриситета опирания прогона к верхнему поясу фермы. В результате исследования установлено, что податливость соединения прогона к верхнему поясу фермы не является основанием для запрета применения прогона в роли распорки и не ухудшает его механические показатели.

Методы. Для оценки влияния податливости соединения выполнен анализ перемещений прогонов при работе в составе конструкций покрытия, в том числе с учетом эксцентриситета прикрепления, в пространственной постановке задачи, с учетом значения усилия затяжки болтов и влияния сил трения. Для численного расчета конструкций прогонов использован метод конечных элементов, реализованный в программном комплексе ЛИРА САПР. Предварительно прогон рассматривался как как изгибаемый стержень (балка) на нагрузки от собственного веса, веса кровли, ветра и снега.

Результаты. Перемещения верхних поясов по направлению действия горизонтальной нагрузки превышают размер люфта (1 – 1,5 мм) и варьируются в диапазоне от 0,324 мм до 3,2 мм. Таким образом, перемещения поясов фермы превышают запас податливости соединения и характеризуют срабатывание чернового отверстия, включая в работу болтовое соединение прогона к поясу фермы. Включение прогона в работу панели верхнего (сжатого) пояса фермы происходит за счет срабатывания люфта и превышающего его по значению расчетного начального несовершенства. В методику расчета центрально-сжатых стержней заложены несовершенства, превышающие по значению черноту отверстия, характеризуя тем самым незначительность возможного начального люфта. Сила трения, возникающая при неконтролируемой затяжке болтового соединения прогона к ферме, не может полностью препятствовать сдвигающим силам, заставляя срабатывать люфт и включать прогон в работу с верхними поясами ферм покрытия.

Обсуждение. Опирание прогона на верхний пояс с вертикальным эксцентриситетом незначительно влияет на перемещения конструкций покрытия из плоскости своей работы, позволяя не учитывать данный параметр в расчетной схеме. Нагружение прогона усилиями сжатия благоприятно влияет на несущую способность прогона, уменьшая пролетный момент. Крепление прогонов, как и связей, осуществляется на болтах с одинаковой точность (с одинаковой чернотой отверстия). Срабатывание черноты отверстия болтового соединения включает в работу прогон, точно также, как включаются в работу связи и распорки.

Введение. В статье исследуется сейсмический отклик железобетонного крупнопанельного здания (КПЗ) серии 92с. Широкое использование таких зданий в сейсмически активных районах требует глубокого понимания их поведения во время землетрясений, учитывая их уникальные конструктивные свойства и ограничения существующих методов анализа.

Методы. Для анализа была разработана конечно-элементная модель в программном комплексе ЛИРА-САПР, отражающая сложные взаимодействия в КПЗ. Модель учитывает нелинейные свойства материалов, взаимодействие панелей и поведение стыков при динамическом нагружении.

Результаты. Анализ выявил значительные различия в сейсмической реакции для различных классов бетона элементов стыков. Распределения перемещений, ускорений и повреждений соответствуют результатам натурных испытаний. Нелинейный динамический анализ показал концентрацию повреждений в нижних этажах, с максимальными значениями относительного междуэтажного перекоса (IDR) 0.282 % на первом этаже для сценариев высокой интенсивности, что значительно превышает прогнозы по нормативному расчету (0.178 % в средних этажах).

Обсуждение. Несмотря на преимущества программного обеспечения ЛИРА-САПР, ограниченная возможность модификации стандартной модели гистерезиса снижает точность моделирования деградации прочности и жесткости, характерной для крупнопанельных зданий. Полученные результаты подчеркивают необходимость пересмотра существующих строительных норм с целью включения специальных критериев оценки сейсмостойкости и адаптации аналитических процедур, учитывающих уникальные особенности поведения КПЗ. Также требуется модернизация отечественного программного обеспечения для более точного расчета и проектирования зданий и сооружений.

Введение. Вопросу разжижения песчаных грунтов в сейсмоопасных районах строительства посвящены работы отечественных и зарубежных ученых. В последние десятилетия эта важная тема получила особое развитие в США, а также в Японии. Зарубежными учеными разработана детальная методика оценки разжижения грунтов при землетрясении по данным динамического и статического зондирования, изменения скорости распространения поперечных волн. В расчетах используются эмпирические зависимости с учетом содержания пылеватых частиц в песчаных грунтах, подкрепленные опытными данными исследований.

Цель. Разработка методики и оценка разжижения грунтов после их уплотнения методом динамической консолидации по данным динамического и статического зондирования при техногенных динамических и сейсмических нагрузках.

Материалы и методы. В основу разработанной методики положены исследования зарубежных ученых по оценке разжижения грунтов при землетрясении, а также исследования и рекомендациями российских ученых, в том числе авторов статьи. При оценке возможности разжижения грунтов оснований фундаментов зданий использовались результаты динамического и статического зондирования грунтов, а также отбора проб грунта и осадок грунта после динамической консолидации песчаных грунтов оснований.

Результаты. Проведена оценка разжижения грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений по данным динамического и статического зондирования. Предложена таблица оценки вероятности разжижения песков при техногенных динамических и сейсмических нагрузках по данным динамического зондирования для включения в новые нормы по сейсмостойкому строительству для проектирования зданий и сооружений.

Выводы. При техногенных динамических и сейсмических нагрузках должна проводиться оценка разжижения песчаных грунтов в основании зданий и сооружений. По данным зарубежных ученых при коэффициенте FS безопасности от 1.0 до 1.2 возможно разжижение водонасыщенного слоя толщиной 1.5 м в пределах рассматриваемого основания мощностью 7.3 м (6.3 м водонасыщенного песка перекрытого слоем 1.0 м маловлажного грунта). По анализу результатов можно считать, что при динамическом сопротивлении рd более 5.0 МПа практически невозможно разжижение водонасыщенных песков основания. Оценка возможности разжижения песчаных грунтов по данным статического зондирования показала аналогичные закономерности результатов с данными динамического зондирования. Следует иметь в виду, что данная оценка проводилась по данным зондирования, полученным через 1–3 месяца после динамической консолидации песчаных грунтов оснований.

Введение. Сейсмическое микрорайонирование является необходимым этапом инженерных изысканий при строительстве в сейсмически активных районах. В настоящее время моделирование сейсмических воздействий на свободной поверхности становится все более распространенным методом оценки сейсмической опасности и поведения грунтов при землетрясениях. Критически важное значение имеет выбор математической модели поведения грунта. Представляемая работа посвящена обзору моделей связи напряжений и деформаций в грунтах. В рамках дальнейших исследований особое внимание уделяется возможности оценки поведения грунтов представленными моделями на основе данных сейсморазведки.

Материалы и методы. В обзоре представлены три математические модели: модель Кулона – Мора, гиперболическая модель Дункана – Чанга и новая гибридная гиперболическая модель. Модель Кулона – Мора является классической и включена в работу для введения читателя в специфику рассматриваемого вопроса. Модель Дункана –Чанга в лучшей степени, чем модель Кулона – Мора, описывает поведение исследуемого грунта и ранее широко использовалась в работах по инженерной сейсмологии. Представляемая новая гибридная гиперболическая модель особенно примечательна тем, что наилучшим образом описывает поведение грунта в широком диапазоне деформаций. Новая гибридная гиперболическая модель сформулирована авторами и валидирована лабораторными испытаниями грунтов на динамические нагрузки. Реальные записи землетрясений сети KIK-net в Японии сравниваются с синтетическими акселерограммами, рассчитанными на основе различных грунтовых моделей. Из представленных в работе грунтовых моделей, новая гибридная гиперболическая модель показывает наилучшие результаты. Авторами предлагаются корреляционные зависимости между скоростями поперечных упругих волн с инженерно-геологическими параметрами.

Результаты. Предлагаемая новая модель позволяет оценить инженерно-геологические параметры по данным сейсморазведки, производить моделирование сейсмических воздействий в широком диапазоне и является мощным инструментом оценки поведения грунтов при землетрясениях.

Выводы. Перечисленные преимущества открывают перспективы использования данной модели для решения практических задач сейсмического микрорайонирования.

Введение. Статья рассматривает инженерные методы расчета адаптивных систем сейсмоизоляции, которые до настоящего времени отсутствуют. Это сдерживает применение таких систем в сейсмостойком строительстве.

Материалы и методы. Рассмотрена сейсмоизолированная система с двойным опиранием, включающим относительно жесткие опоры ограниченной несущей способности и гибкие сейсмоизолирующие опоры. Считается, что в момент выключения жестких связей их потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию надстройки. Оценка смещения сейсмоизолирующих опор проводится в предположении, что их максимальная энергия деформации равна полученной кинетической энергии. Рассмотрен более точный расчет, учитывающий дополнительное кинематическое возбуждение от землетрясения.

Результаты. Получены расчетные формулы для подбора параметров двойного опирания адаптивной сейсмоизоляции и формулы для оценки усилий и смещений в элементах сейсмоизолирующего опирания. Выполнен пример расчета автодорожного моста в высокосейсмичном районе Дагестана.

Обсуждение. Хотя рассматриваемая система сейсмоизоляции существенно нелинейна, ее расчет может быть выполнен достаточно просто, не прибегая к использованию сложных программных комплексов. В статье авторы использовали классические законы механики и средства MathCad или MatLab. Работа выполнена в Петербургском университете путей сообщения и ОАО «Стройкомплекс-5».

Введение. Модульные здания в настоящее время имеют широкую географию применения. За счет своих преимуществ одной из областей их применения в Российской Федерации является строительство модульных зданий в труднодоступных регионах, которые зачастую являются сейсмическими. Широко востребованы модульные здания для промышленных объектов, например, для газо- и нефтеперерабатывающих заводов: здания диспетчерских и операторных, комплектные трансформаторные подстанции и здания распределительных устройств, газовые котельные, насосные и канализационные станции. Подобные сооружения требуют обоснования их надежности и соответствия нормам проектирования, в том числе и по сейсмике. При этом нормативная база как в целом по модульным зданиям, так в частности по их сейсмостойкости развита слабо.

Цель. Изучение вопроса применения модульных зданий в сейсмических регионах.

Методы. Для оценки возможности применения модульных зданий в сейсмических регионах выполнены изучение и анализ существующих экспериментальных исследований данных зданий и их узлов на сейсмические воздействия.

Результаты. Испытания полноразмерных модулей и зданий выполняются в России и за рубежом. Испытания по акселерограммам и по воздействиям, соответствующим нормам землетрясениям показывают довольно высокий уровень сейсмостойкости модульных зданий, вплоть до расчетной сейсмичности в 9 баллов. Исследования узловых соединений на циклические нагрузки демонстрируют довольно высокую способность узлов к рассеиванию энергии, что приводит к снижению реакции при сейсмическом воздействии. Логарифмические декременты колебаний в рассмотренных исследованиях лежат в пределах 0,2÷0,3, что близко к железобетонным сооружениям. При этом различные демпферы в узлах могут использоваться для увеличения сейсмостойкости модульного здания.

Обсуждение. Модульные здания имеют широкую географию строительства, в том числе в сейсмических регионах. Сертификационные и лабораторные испытания полноразмерных модулей и зданий показывают их довольно высокий уровень сейсмостойкости, вплоть до расчетной сейсмичности в 9 баллов. Также высокими диссипативными свойствами обладают внутримодульные узлы, при этом для повышения сейсмостойкости возможно применение различных демпферов.

Введение. Рассматривается актуальная проблема повышения сейсмостойкости деревянных конструкций, выполненных из перекрестно-клееных деревянных плит (ДПК), в условиях сейсмической активности.

Цель. Создание конструктивного решения узла сопряжения ДПК-панелей с балками перекрытия, включающего упруго-деформируемый вкладыш из полиуретана, для повышения сейсмостойкости и ремонтопригодности зданий.

Материалы и методы. Выполнено численное моделирование в программном комплексе ANSYS, а также статические испытания на образцах с различными конфигурациями узлов. Экспериментальные исследования показали, что внедрение вкладыша снижает пластические деформации в древесине, увеличивает разрушающую нагрузку на 12 %, повышает деформативность узлов, а также способствует более равномерному распределению усилий в нагельном соединении. Варьирование модуля упругости вкладыша и его диаметра позволяет регулировать пространственную жесткость здания, тем самым подстраивая сооружение под конкретные условия строительства.

Результаты. Полученные результаты подтверждают эффективность предложенного решения и позволяют рекомендовать его для практического применения в строительстве многоэтажных и высотных зданий из деревокомпозитных элементов. Разработанное конструктивное решение способствует повышению эксплуатационной надежности, сейсмостойкости и ремонтопригодности деревянных конструкций, что особенно важно для строительства в сейсмически опасных районах.

Введение. В статье выполнены исследования свойств огнезащитных составов иностранного и отечественного производства, широко использующихся для обработки несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, выполненных из дерева. Подробные исследования взаимодействия составов различных производителей необходимы для последующей эксплуатации подобных объектов, так как огнезащитное покрытие необходимо выполнять с заданной периодичностью.

Методы. Для исследования взаимодействия было использовано различное оборудование, позволяющее изучить свойства огнезащитных материалов. Также был проведен натурный эксперимент по взаимодействию образцов, покрытых исследуемыми составами с водой и влиянию на них влажности.

Результаты. Химический анализ огнезащитных составов, выполненный на волнодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре «СПЕКТРОСКАН МАКС-GVM» показал, что они отличаются в части неорганической составляющей. Термогравиметрическое исследование, выполненное на термогравиметрическом анализаторе HQG-2, выявило, что образцы ведут себя практически одинаково. В начальный период времени образцы стремительно теряют массу: потеря массы при сушке составила 14,53 % для образца «Феникс ДП» и 13,75 % для «Пирилакс»-К45. Особого влияния влажности на исследуемые образцы не выявлено. Постоянное воздействие воды приводит к разрушению покрытия практически одновременно образцов, покрытых обоими исследуемыми составами. Испытание образцов в специализированной лаборатории подтвердило работоспособность огнезащитных составов.

Обсуждение. Несмотря на то, что состав огнезащитных покрытий несколько отличается в части неорганической составляющей и при нагревании огнезащитный состав иностранного производства, очевидно, вступает в химическое взаимодействие с воздухом, либо компоненты этого состава взаимодействуют между собой, чего не наблюдается для состава отечественного производства, огнезащитные и водоотталкивающие свойства образцов одинаковые. К тому же при нагревании растворитель удаляется из составов в одинаковом диапазоне температур, что свидетельствует о том, что в одинаковых условиях скорость высыхания покрытий будет соизмерима. Проведенные испытания указывают на химическую совместимость составов. Реакция составов и их комбинации на воздействие экстремально влажной среды и прямого попадания воды, а также сохранение огнезащитных свойств в результате взаимодействия составов указывает на то, что их можно использовать при покрытии деревянных конструкций как вместе, так и по отдельности, но при соблюдении условий эксплуатации.