Введение. В настоящей статье представлены материалы по анализу сейсмостойкости строительных конструкций различных зданий, включая строительные конструкции АЭС. Данные материалы являются обобщением результатов многолетней работы автора в области динамики строительных конструкций.

Материалы и методы. Материалы содержат определение концепции динамики, расчетное моделирование динамических процессов, основные соотношения методов динамического анализа, описание воздействий (акселерограмм), понятие резонанса, применение вибродиагностики в динамическом анализе, оценку прочности и устойчивости зданий, описание применяемых программных комплексов. При этом следует отметить, что часть представленных материалов статьи имеет научную новизну.

1. Метод неклассической модальной суперпозиции определения отклика конструкции при динамическом воздействии и поэтажных спектров ответа был представлен автором на международной конференции по ABAQUS (SIMULIA) в Барселоне в 2011 г. Суть метода в достоверном учете «грунтового» демпфера, моделирующего отток энергии в грунт при колебаниях здания, что обеспечивает получение достоверных результатов.
2. Фундаментальное решение учета податливости фундаментной плиты при сейсмических воздействиях.
3. Метод учета податливости фундаментной плиты обеспечивает реалистическое определение отклика конструкции при сейсмическом воздействии, а также позволяет определять поэтажные спектры ответа при падении самолета для зданий, воздействие на оборудование которых передается через фундаментную плиту.
4. Метод учета динамических характеристик фрагментов (пол/стена) зданий, полученных по результатам вибродиагностики, для верификации расчетных моделей, а также для анализа прочности и поэтажных спектров ответа.
5. В приложении представлена разработанная автором, реалистическая тестовая задача по сейсмическому анализу.

Результаты. Статья является обобщением результатов многолетней работы автора в области строительных конструкций АЭС. Материалы содержат научную новизну и имеют широкое практическое применение при разработке проектов АЭС как в РФ, так и за рубежом.

Выводы. Материалы, представленные в статье, могут быть использованы при подготовке курса лекций «Введение в динамику», в том числе, возможно, и для стран-новичков, которые находятся в начале пути строительства объектов использования атомной энергии (ОИАЭ).

Введение. Современные требования на проектирование зданий обязывают проектировщиков применять конструкции, способные сопротивляться прогрессирующему обрушению. К таким конструкциям относится часторебристое железобетонное перекрытие кессонного типа. Пространственные системы являются многократно статически неопределимыми, их расчет осуществляется в программных комплексах, основанных на методе конечных элементов. Модели ребристых конструкций можно создать из различных типов конечных элементов. Усилия, определенные при помощи разных моделей, могут значительно отличаться. Это подтверждается примерами, имеющимися в литературе.

Целью работы является обнаружение простой и точной конечно-элементной модели для расчета на компьютере ребристого железобетонного кессонного перекрытия.

Материалы и методы. Методика выполнения работы предусматривает сравнение изгибающих моментов, полученных аналитическим способом, с данными метода конечных элементов вычислительного комплекса SCAD в балках кессонного перекрытия размером в плане 12,0 × 18,0 м с кессонами 1,5 × 2,25 м. Выполнен расчет стержневой модели, состоящей из системы перекрестных балок таврового сечения и твердотельной модели из объемных конечных элементов.

 Результаты. Значения изгибающих моментов, вычисленные аналитическим способом и при помощи твердотельной модели, имеют близкие значения. Максимальные отклонения компьютерного расчета от аналитического способа составляют от -3,2 до +2,6 %. Максимальные отклонения значений изгибающих моментов, полученных при сравнении твердотельной модели со стержневой, составляют от -9,2 до +4,0 %.

Выводы. Конечно-элементная модель, расчет которой основан на решении объемной задачи теории упругости, является эффективной верификационной моделью изучения сложных систем, но трудоемкой при ее создании и непростой при анализе полученных данных. Твердотельную модель можно рекомендовать для изучения отдельных конструкций или их критических зон. 

Введение. В данной статье представлена информация о применении комплекса программного обеспечения с использованием полевой модели динамики пожара для проведения расчетов пожаров в зданиях и помещениях атомных станций. Приведены необходимые обоснования для использования возможности данного комплекса при проведении расчетов пожаров в зданиях и помещениях различного назначения.

Цель работы – проведение анализа различных методов моделирования пожара, области их применения, использования комплекса программного обеспечения полевой модели динамики пожара для определения динамики параметров опасных факторов пожара в помещениях сложной конфигурации, с неравномерно распределенной пожарной нагрузкой, сложным режимом газообмена, а также при решении задачи определения безопасных расстояний, обеспечивающих невозможность распространения пожара между элементами оборудования.

Материалы и методы. Разработан и верифицирован комплекс программного обеспечения, позволяющий проводить расчеты с использованием полевой модели динамики пожара. Рассмотрены основы полевого метода моделирования пожара в помещениях различного назначения и особенности его применения для моделирования пожаров. Авторы статьи сопроводили представленный аналитический материал примерами результатов моделирования пожара в реальных помещениях АЭС.

Результаты. На основании проведенного анализа различных методов моделирования динамики развития и распространения опасных факторов пожара показана возможность использования различных методов моделирования пожара при анализе пожарной опасности зданий и помещений. Показаны преимущества методики полевого моделирования для проведения расчетов локальных параметров пожара. Приведена информация о программных кодах, применяющихся для расчета динамики пожаров и оценки теплового воздействия пожаров на строительные конструкции.

Выводы. Показано применение полевой модели динамики пожара для проведения расчетов опасных факторов пожара в различных зданиях, помещениях и на открытых площадках. Расчеты с использованием предложенной полевой модели позволяют обосновать достаточность огнестойкости строительных конструкций зданий и помещений различного назначения исходя из обеспечения нераспространение пожара за пределы пожарной зоны в течение расчетного времени свободного выгорания всей пожарной нагрузки.

Введение. Строительная наука всегда стремится к экономии материала, в том числе и при проектировании каркасов из стали. В настоящее время в современных строительных нормах расчет каркаса промышленного здания, а именно его колонн, ведется без учета жесткости подкрановой балки, воспринимающей нагрузку от мостового крана. Влияние этого фактора может дать определенную экономию металла, т. к. жесткость подкрановых конструкций напрямую влияет на устойчивость колонн промышленных зданий, а следовательно, и на металлоемкость каркаса.

Цель. Получение экономии стали при учете влияния жесткости подкрановой балки на устойчивость каркаса промышленного здания.

Материалы и методы. Для решения поставленной цели используются классические методы строительной механики. Для нахождения критических сил и коэффициентов расчетной длины при различных жесткостях элементов колонны использовался запрограммированный циклический алгоритм программного комплекса Mathcad. Колонны промышленного здания обычно двухветвевые. Учитывая, что колонна двухветвевая, ее расчетная схема два раза статически неопределима по методу перемещений. Несущая способность колонны промышленного здания находится с помощью отыскания критической силы, которая определяется из уравнения, получаемого приравниванием к нулю определителя устойчивости, состоящего из коэффициентов системы линейных уравнений метода перемещений. Помимо этого, определяется коэффициент расчетной длины для верхней и нижней частей колонны. В статье произведено сравнение полученных результатов со схемой без учета подкрановой балки.

Результаты. Применение учета влияния жесткости подкрановой балки позволило уменьшить материалоемкость колонны на 30 %. С помощью запрограммированного циклического алгоритма в программном комплексе Mathcad были найдены критические силы и коэффициенты расчетной длины при различных жесткостях элементов колонны.

Выводы. Наиболее полный учет жесткости конструкций элементов, входящих в каркас промышленных зданий, позволяет сократить расход металла. 

Введение. В настоящее время метод испытаний плоским штампом в скважине является наиболее эффективным для определения деформационных характеристик крупнообломочных грунтов. При этом основной проблемой таких испытаний является низкая достоверность результатов вследствие невозможности качественной зачистки забоя скважины.

Целью работы является разработка новой методики штамповых испытаний с использованием промежуточного слоя из жидкого быстротвердеющего материла, обеспечивающего равномерную передачу нагрузки на крупнообломочный грунт.

Материалы и методы. Проведенный автором комплекс лабораторных и полевых исследований по подбору материала контактного слоя, удовлетворяющего требованиям по пластичности, температуре и времени твердения, а также достигнутой прочности, позволил рекомендовать к применению жидкий быстротвердеющий композитный материал MasterFlow 928. Была разработана технология его доставки к забою скважины, получены данные по минимально необходимой толщине контактного слоя в зависимости от размера частиц испытываемых грунтов. Методика применения быстротвердеющих композитных материалов была апробирована на трех опытных площадках в различных грунтовых условиях и двух отсыпанных экспериментальных участках, на которых выполнен комплекс параллельных испытаний плоским штампом площадью 600 см2 с применением быстротвердеющих композитных материалов и без них. Максимальное расхождение полученных значений модуля деформации для штампов с применением быстротвердеющих композитных материалов от «эталонных» (винтовой штамп при испытаниях в скважине на опытных площадках и плоский штамп площадью 5000 см2 при испытаниях с поверхности на опытных участках) не превысило 14 %.

Результаты. На основе выполненных экспериментальных исследований были разработаны методика и «Рекомендации по проведению штамповых испытаний с использованием быстротвердеющих материалов на контакте штампа с грунтом».

 Выводы. Предложенная новая методика штамповых испытаний позволяет решить проблему определения модуля деформации крупнообломочных грунтов за счет использования промежуточного слоя из жидкого быстротвердеющего материала, улучшающего контакт штампа с грунтом для равномерной передачи нагрузки, что значительно увеличивает достоверность определения деформационных характеристик.

Введение. Ремонт трубопроводов, находящихся под давлением перекачиваемой среды, с применением сварки актуален для снижения трудоемкости выполнения работ. Но при этом возрастает риск снижения безопасности производства работ. Для решения этой проблемы в статье рассматривается возможность применения технологических процессов механизированной сварки с управляемым переносом капель.

Цель исследования: определение основных параметров технологических процессов механизированной сварки с управляемым переносом капель, влияющих на безопасность сварочных работ.

Материалы и методы. Для достижения поставленной задачи была использована разработанная авторами теоретическая модель расчета рабочей толщины стенки трубопровода, находящегося под давлением, при расчетах на прочность в процессе сварки. Также использовалась зависимость толщины стенки трубы у края проплавленного отверстия от внутреннего давления.

Результаты. Установлено, что применение сварочных процессов механизированной сварки с управляемым переносом капель металла позволяет управлять глубиной проплавления стенки за счет изменения параметров режима. Это значительно повышает безопасность проведения сварочных работ на трубопроводах, находящихся под давлением перекачиваемых сред, по сравнению с другими видами сварки. Разработанные нами технологические процессы сварки обеспечивают безопасность производства сварочных работ за счет достижения плавного и точного контролирования глубины проплавления стенки трубопровода. Достигается это правильным подбором базового и пикового токов, управлением процессом переноса капель по напряжению на дуге, управлением количеством наплавляемого металла и температуры нагрева свариваемых конструкций.

Выводы. За последнее время разработан ряд ремонтных технологий, предназначенных для повышения качества сварных швов при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов. Полученные с высокой степенью достоверности результаты исследований по разработке технологии механизированной сварки с управляемым переносом капель позволяют рекомендовать эту технологию в качестве эффективного способа повышения безопасности производства сварочных работ на трубопроводах, находящихся под давлением перекачиваемых сред.

Введение. Исследуется напряженно-деформированное состояние кладки стен из крупноформатных керамических камней с вертикальными швами «паз-гребень» насухо.

Цель. Исследование картины распределения вертикальных напряжений в кладке из крупноформатных керамических камней с вертикальными швами «паз-гребень», не заполненными раствором.

Материалы и методы. Исследование выполнено на модели участка стены. Численное исследование напряженного состояния кладки фрагмента стены при сосредоточенной нагрузке выполнено для кладки с цепной перевязкой рядов. Фрагмент стены моделировался объемными конечными элементами.

Результаты. Установлено, что под сосредоточенной нагрузкой деформируемая зона имеет вид треугольника с вершиной под нагрузкой и расширяющейся по мере удаления от места приложения нагрузки. На основании проведенных исследований предложен приближенный способ определения напряжений сжатия в камнях кладки с цепной перевязкой рядов. При сосредоточенной нагрузке зона распределения сжимающих напряжений в кладке имеет вид треугольника. Установлены особенности распределения напряжений сжатия в цепной кладке стен из крупноформатных камней с вертикальными швами насухо при сосредоточенной нагрузке.

Выводы. Проведенные исследования показали, что существующие методы расчета сплошной кладки не подходят для расчета кладки с вертикальными швами в «паз-гребень» насухо, потому что последняя представляет собой дискретно-континуальную систему. 

Введение. Развитие городских сетей общественного транспорта в крупных городах России не обходится без модернизации и совершенствования рельсового транспорта, увеличивая его комфортабельность, провозную способность и надежность. Трамвайный транспорт экологичен, обладает высокой пассажировместимостью. Совмещение, а также пересечение рельсового и пневмоколесного транспорта в городской среде является насущной современной задачей. В связи с этим возникла потребность пересмотра и актуализации ГОСТ 19231 «Плиты железобетонные для покрытия трамвайных путей. Технические условия», обусловленная изменением требований к бетону и выпуском новых классов стальной арматуры.

Цель. Актуализация ГОСТ 19231 позволит с учетом современных требований привести изделия для трамвайной инфраструктуры к должным нормативным и технологическим параметрам.

Материалы и методы. В рамках работы произведен анализ действующих нормативных документов в области железобетонных материалов и изделий; изучены и учтены научно-исследовательские работы, а также экспертное мнение производителей данных изделий.

Результаты. Результатом работ по модернизации стандарта явилось установление технических условий, соответствующих нынешнему запросу как в части нормативных документов, так и в части научных исследований.

Выводы. Актуализированный межгосударственный ГОСТ 19231 будет способствовать более качественному проектированию и изготовлению железобетонных плит для покрытия трамвайных путей, что неизбежно приведет к повышению их надежности и долговечности. 

Введение. Одной из актуальных задач развития технического регулирования в строительстве, поставленных Правительством Российской Федерации и решаемых Минстроем России, является восстановление системы мониторинга нормативной базы в строительстве в целях ее своевременного обновления, устранения возникающих дублирований и противоречий. Между тем появление новых строительных материалов, технологий и методов проектирования приводит к необходимости постоянного совершенствования нормативной базы и повышения уровня гармонизации российских и международных норм и стандартов в области строительства зданий и сооружений. В настоящей статье отражены результаты выполненных работ по мониторингу российских и североамериканских нормативно-технических документов, устанавливающих требования к бетону, железобетону и изделиям из железобетона.

Цель работы: проведение сравнительного анализа нормативно-технических документов России и США в области строительства и подготовить предложения по их гармонизации.

Материалы и методы. В процессе работы были выполнены обзор, систематизация и анализ отечественных и зарубежных нормативно-технических документов в области нормирования требований к бетону и железобетону, а также научно-исследовательских работ и литературных источников, касающихся вопросов технического регулирования в данной области.

Результаты. Сформулированы предложения по разработке новых сводов правил и государственных стандартов. Предложен перечень научно-исследовательских работ, необходимых для получения предпосылок для разработки новых, корректировки и актуализации ранее утвержденных нормативно-технических документов. Отмечены существенные различия в системах технического регулирования США и РФ, а также низкая степень гармонизации нормативных требований.

Выводы. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности последующих работ по мониторингу отечественной и зарубежной нормативно-технической документации с более детальной декомпозицией областей исследования и конкретизацией узких направлений для углубленного анализа. Разработанные в рамках выполненных работ по мониторингу предложения применимы для развития отечественной научной и нормативной базы.

Введение. Армирование – один из важнейших процессов при проектирования железобетонных конструкций. Необходимость оптимизации процесса армирования возникает из-за постоянного увеличения объемов и сложности строительных проектов, а также в свете требований экономичности и эффективности. В связи с этим автоматизация процессов проектирования становится все более актуальной, позволяя существенно ускорить и улучшить качество выполнения этих работ. Автоматизировать процесс проектирования пытаются и в других областях гражданского и промышленного строительства, чтобы обеспечить уменьшение издержек при строительстве и производстве работ. Обычно применяют методы Mixed Integer Programming (MIP), Симплекс-метод и Генетический алгоритм (ГА).

Цель: разработать алгоритм оптимизации процесса армирования железобетонных конструкций зданий и сооружений и создать программу для автоматизации процесса.

Материалы и методы. В работе использовались результаты расчета, выполненные авторами и полученные в программе Lira. Также авторами была создана цифровая информационная модель здания, построенная в программе Revit. Для тестовой обработки результатов использовался язык программирования python. Готовое решение выполнялось на языке C# с использованием RevitAPI.

Результаты. В работе обоснована необходимость и продемонстрирована возможность оптимизации технологических решений при проектировании зданий и сооружений из железобетона по критерию «надежность – эффективность». Для этого проведена интеграция существующих программных средств проектирования в единый модуль моделирования и проектирования и предложено к разработке необходимое программное обеспечение. Генетический алгоритм выбран основным методом для оптимизации армирования конструкций. Разработаны инструменты по обработке результатов расчета, созданию дубликата расчетной модели в среде проектирования и инструменты для анализа расчета.

Выводы. Выбранный генетический алгоритм оптимизации позволяет ускорить процесс проектирования, экономить время при проектировании железобетонных конструкций. Результаты исследования позволяют разработать программное обеспечение по автоматизации армирования. 

Введение. Применение технологий информационного моделирования в строительстве обязательно для всех проектов, возводимых с участием государственного финансирования, с 2021 года. При этом за прошедшие два года процессы возведения зданий и сооружений остались без изменений. Эффект экономии времени от цифровизации в строительстве остался не достигнутым, а необходимость разработки информационных моделей объектов капитального строительства обернулась дополнительными затратами на ручную идентификацию данных в массиве выпущенных регламентирующих документов и игнорировании большей части уже существующих требований. Требования нормативно-технических документов, даже если они написаны для целей автоматизации, не предусматривают возможности автоматизированного вычленения данных при работе с ними.

 Целью статьи является разработка методов перевода нормативно-технической документации в машиночитаемый формат на основе разметки документа кодами классификатора строительной информации.

Материалы и методы. Проведен анализ схем документов, размещенных на сайте Минстроя, выпущенных после внесения требований в Градостроительный кодекс РФ об обязательном применении системы классификации при разработке информационных моделей объектов капитального строительства. Анализ предусматривал возможность однозначной идентификации данных между различными XML-схемами документов и наличие применения классификатора строительной информации для сопряжения с графической частью проектной документации, выполненной в формате информационной модели объекта капитального строительства.

Результаты. Для разработки XML-схем предложены правила построения текстовых и табличных документов с включением кодов классификатора строительной информации. Для отделения структурированных и неструктурированных частей документа предложено выделение и разметка табличной части. Размеченная табличная часть может быть выгружена в системы автоматизированного проектирования и являться источником настроек программных комплексов. Кодированию подлежат таблицы, информация в тексте документа о наличии структурированных закодированных таблиц и раздел терминов и определений, которые используются для формирования машиночитаемых данных.

Выводы. Машиночитаемые документы можно формировать как на уровне национальной нормативно-технической документации, так и на уровне стандартов организации с отражением текущей настройки программных комплексов, принятых для реализации проекта возведения объектов капитального строительства. Набор структурированных таблиц, выгруженных из стандартов организаций и национальной нормативно-технической документации, можно принять как замену сложившегося подхода по формированию требований к информационному обмену и планов реализации проектов с применением технологий информационного моделирования.

Введение. В статье раскрыты особенности и взаимосвязь таких категорий, как наука, научная деятельность, научно-исследовательская деятельность. Дано определение научно-исследовательской деятельности как целенаправленного процесса познания, имеющего свою логику и методологию, систему понятий, законов и категорий. Эта деятельность связана с обоснованием необходимости научного поиска и решения теоретических и практических задач, проведением исследований и экспериментов в целях расширения имеющихся и получения новых знаний.

Цель. Развитие профессиональных компетенций, связанных с пониманием теоретических и методологических основ научно-исследовательской деятельности. Раскрыты сущность и содержание научно-исследовательской деятельности, ее подчиненность установленным нормам и правилам. Проанализированы основные содержательные характеристики научно-исследовательской деятельности: актуальность научного исследования, объект, предмет, цель, задачи, обоснованность результатов, доказательность обобщений и выводов научного исследования.

Материалы и методы. В статье анализируется также прикладной смысл понятия методологии как системы подходов и принципов не только теоретической, но и практической исследовательской деятельности, на которые опирается ученый в рамках применения методов исследования. В качестве примера раскрыто содержание практических методов – наблюдения и эксперимента. Наблюдение определяется как подчиненное задачам исследования преднамеренное и целенаправленное восприятие явлений и процессов без прямого вмешательства в их течение. Эксперимент как метод, предполагающий исследование в контролируемых и управляемых условиях.