Preview

Вестник НИЦ «Строительство»

Расширенный поиск
Том 32, № 1 (2022)
Скачать выпуск PDF

НАУЧНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ СТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ 

7-20 115
Аннотация

Введение. В статье представлены результаты исследовательской работы по изучению возможности применения экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС в опалубочных системах при зимнем бетонировании методом термоса.

Цель. Исследование производилось с целью разработки опалубочной системы с применением экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС для сокращения сроков твердения бетона до необходимой прочности и снижения затрат электроэнергии при комбинировании метода термоса с электропрогревом при зимнем бетонировании.

Материалы и методы. Для решения поставленной цели выполнен анализ действующих нормативной и методической баз, затрагивающих вопрос исследования. Разработана специальная программа экспериментальных исследований и проведены испытания по определению прочности полученных образцов бетона, выполненных по различным схемам теплоизоляции опалубочной системы без использования электропрогрева бетона и с использованием электропрогрева бетона с фиксацией энергопотребления. Выполненные работы позволяют делать выводы об эффективности применения экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС в универсальных опалубочных системах для зимнего бетонирования методом термоса.

Результаты. Выявлено, что наибольшую эффективность при зимнем бетонировании методом термоса в сравнении с разработанными схемами имеет сплошная теплоизоляция из экструзионного пенополистирола. При использовании электропрогрева схема со сплошным утеплением в зависимости от времени выдержки бетона дает экономию энергоресурсов в 3,5—5,5 раза выше, в отличие от схемы без использования экструзионного пенополистирола в качестве теплоизоляции. Испытания по определению прочности бетона показали, что уже на вторые сутки удается получить прочность бетона на сжатие требуемой для снятия опалубки.

Выводы. По результатам исследования установлено, что использование плит из экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС в опалубочной системе со сплошной теплоизоляцией при бетонировании в зимних условиях методом термоса позволяет сократить сроки твердения бетона до необходимой прочности, а также снизить энергозатраты на электропрогрев при комбинировании методов зимнего бетонирования.

21-29 101
Аннотация

Введение. Использование технологии стыкования секций сборных железобетонных свай с применением штифтовых соединений Leimet ABB+ 350 набирает популярность. Основными преимуществами данного стыка являются: низкая трудоемкость (относительно широко применяемых сварных соединений) при соединении элементов сваи между собой, высокая скорость монтажа, отсутствие необходимости в сварочных работах, бетонирования и пр. Широкое применение данного соединения в настоящее время ограничено недостаточной изученностью его параметров и, в частности, прочностных характеристик.

Целью исследования являлась экспериментальная проверка показателей прочности штифтового соединения Leimet ABB+ 350 при сжатии, растяжении, поперечном сдвиге и изгибе.

Материалы и методы. Исследования выполнены на сериях образцов, представляющих собой два фрагмента секций составных железобетонных свай по типовой серии 1.011.1-10, соединенных при помощи четырехзамкового штифтового соединения Leimet ABB+ 350. Испытания нагружением образцов выполнены по ГОСТ 8829-2018.

Результаты. Получены количественные и качественные параметры разрушения опытных образцов. Выводы. Сделан вывод о равнопрочности штифтового соединения Leimet ABB+ 350 бетонному телу свай при рассматриваемых воздействиях. Полученные результаты, характеризующие прочность штифтового соединения свай, могут быть использованы при разработке проектных решений и решении практических инженерных задач.

30-52 108
Аннотация

Введение. Рассмотрены особенности поведения, достоинства и недостатки различных типов каркасно-обшивных стеновых конструкций с каркасом из стальных холодногнутых оцинкованных профилей при действии на них нагрузок, моделирующих сейсмические воздействия. Показана актуальность исследования и обозначены проблемы, ограничивающие широкое распространение зданий из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК), возводимых в сейсмоопасных районах Российской Федерации.

Материалы и методы. Анализируются нормативные требования различных стран к расчету и проектированию зданий на основе каркасно-обшивных конструкций из ЛСТК, возводимых в сейсмоопасных районах, отечественные и зарубежные публикации с результатами ранее выполненных экспериментальных исследований. Использованы систематизация, структурный, сравнительный и сопоставительный анализы, теоретическое обобщение материалов, полученных при детальном анализе отечественных и зарубежных нормативно-технических документов, а также литературных источников, содержащих информацию о результатах экспериментальных исследований каркасно-обшивных конструкций зданий на основе ЛСТК при действии на них нагрузок, моделирующих сейсмические воздействия.

Результаты. Представлен краткий обзор и анализ действующих отечественных и зарубежных нормативно-технических документов и результатов выполненных исследований в области расчета и проектирования зданий на основе каркасно-обшивных конструкций из ЛСТК, возводимых в сейсмоопасных районах. Рассмотрены и обобщены результаты последних достижений в области экспериментальных исследований несущих и ненесущих каркасно-обшивных конструкций зданий из ЛСТК, а также элементов соединений при действии на них нагрузок, моделирующих сейсмические воздействия, чтобы продемонстрировать текущий прогресс, проблемы и будущие направления исследований. Отмечены различия в действующих нормативно-технических документах США и Канады в части назначения коэффициентов редуцирования сейсмических нагрузок, а также отставание европейского и отечественного нормативного документа в части регламентации требований к расчету и проектированию зданий на основе каркасно-обшивных конструкций из ЛСТК, возводимых в сейсмических районах.

Выводы. Представленные данные подтверждают необходимость теоретических и экспериментальных исследований, разработки и совершенствования нормативно-технических документов, которые позволят повысить надежность и механическую безопасность зданий на основе каркасно-обшивных конструкций из ЛСТК и значительно расширить их распространение в сейсмоопасных районах России.

53-64 68
Аннотация

Введение. Прочность и деформативность соединений панелей из древесины перекрестноклееной (далее по тексту - ДПК/CLT) играют важную роль в обеспечении прочности и жесткости несущего каркаса здания. Актуальность исследования обосновывается тем, что несмотря на большое количество исследований соединений ДПК/CLT, в европейских и североамериканских нормах проектирования отсутствуют данные в части пластической работы, коэффициентов запасов прочности и характера разрушения используемых соединений.

Целью работы являлось определение несущей способности, коэффициентов жесткости и пластичности узловых соединений ДПК/CLT с учетом конструктивных особенностей древесины перекрестноклееной.

Материалы и методы. На основании установленных наиболее распространенных решений узловых соединений панелей ДПК/CLT («внахлест», «с прокладкой», «с накладкой», «встык» и «угловой») были изготовлены серии образцов для их последующих испытаний с вариацией по количеству слоев и диаметру винтов. Методика исследования была разработана на основе ГОСТ 33082-2014 и анализе зарубежного опыта. Исследования проводились на базе лаборатории несущих деревянных конструкций ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко.

Результаты. На основе экспериментальных данных установлены нормативная и расчетная несущая способность, коэффициенты жесткости и пластичности для пяти типов соединений ДПК/CLT в зависимости от количества и направления наружных слоев, а также от диаметра винтов. Для оценки работы соединений за пределом упругой работы предлагается использовать шкалу оценки пластичности - соединение может быть хрупкое, с низкой пластичностью, с умеренной пластичностью и высокой пластичностью.

Выводы. Конструктивные особенности ДПК/CLT, такие как количество слоев, их толщина, а также ориентация внешних слоев оказывают существенное влияние на прочностные и деформационные характеристики узловых соединений ДПК/CLT на винтах. Результаты исследований предполагается использовать при актуализации СП 299.13258800.2017 «Конструкции деревянные с узлами на винтах».

65-81 61
Аннотация

Введение. Применение штифтового соединения Leimet ABB+ 400 является перспективным и технологичным методом стыкования секций составных железобетонных свай. Вопросы устройства коррозионной защиты и прогнозирования срока эксплуатации для данного типа соединений изучены недостаточно.

Целью исследований являлось определение качественных и количественных параметров коррозионного повреждения элементов штифтового соединения в условиях воздействия заданной жидкой агрессивной среды при различных методах их коррозионной защиты.

Материалы и методы. В качестве опытных образцов приняты фрагменты стыка секций сборных железобетонных свай со штифтовым соединением Leimet ABB+ 400. Рассмотрены 3 серии опытных образцов, отличающиеся методами коррозионной защиты: полностью без защиты; совместная гальванизация забивных штифтов и обработка элементов замка ингибированной смазкой на литиевой основе; выборочное нанесение битумной холодной мастики. Была разработана и реализована программа ускоренных коррозионных испытаний по ГОСТ Р 9.905-2007, которая включала в себя 2 режима испытаний: постоянная выдержка на весь период испытаний образцов в 5 % водном растворе хлорида натрия; циклы выдержки образцов в 5 % водном растворе хлорида натрия в течение 8 часов и в условиях воздушной среды в течение 16 часов.

Результаты. По окончании ускоренных коррозионных испытаний выполнена количественная и качественная оценка коррозионных повреждений элементов штифтового соединения Leimet ABB+ 400, приведены результаты прогнозирования их ориентировочного срока эксплуатации по условным критериям. Выявлены элементы штифтового соединения, подверженные коррозионному повреждению при воздействии жидкой агрессивной среды.

Выводы. В рамках исследования выявлен наиболее эффективный способ антикоррозионной защиты штифтового соединения Leimet ABB+ 400, а именно совместная гальванизация забивных штифтов и обработка элементов замка ингибированной смазкой на литиевой основе. По окончании ускоренных коррозионных испытаний обработанные данным методом образцы не имели признаков коррозионного повреждения. Данный метод позволяет обеспечить условный срок эксплуатации штифтового соединения в условиях воздействия сильноагрессивной жидкой среды на срок, значительно превышающий 25 лет, однако требуются дальнейшие уточняющие исследования данного вопроса.

82-94 52
Аннотация

Введение. Реактивный порошковый бетон относится к бетонам со сверхвысокими физико-механическими характеристиками и отличается высокой прочностью и плотностью. Специалистами НИИЖБ им. А.А. Гвоздева разработана технология получения и применения реактивных порошковых бетонов, получаемых на основе рядовых заполнителей, микрокремнезема и вяжущих низкой водопотребности, получаемых путем совместного помола при заданных условиях рационально подобранной сырьевой смеси, включающей портландцемент, минеральные добавки и химический модификатор. Технология проектирования реактивных порошковых бетонов заключается в переходе на более высокий уровень дисперсности, где место цемента как наиболее тонкомолотого компонента занимает микрокремнезем, роль мелкого заполнителя отводится вяжущему, а роль крупного заполнителя - песку. При этом обеспечивается достижение прочности при сжатии в возрасте 28 суток на уровне 160-200 МПа и прочности на растяжение при изгибе 20-30 МПа и более в зависимости от состава бетона, условий твердения, наличия микроармирующего компонента и др. Отличительной особенностью реактивных порошковых бетонов является повышенное содержание цементного вяжущего (800-1000 кг/м3), что обусловливает высокую материалоемкость реактивных порошковых бетонов и снижает их экономическую эффективность.

Цель. С целью снижения расхода цементной составляющей как наиболее энергоемкого и дорогостоящего компонента, была исследована возможность получения реактивных порошковых бетонов с заменой части клинкерного компонента в них различными минеральными добавками.

Материалы и методы. В качестве вяжущего при изготовлении реактивных порошковых бетонов использовалось композиционное вяжущее низкой водопотребности, а также различные активные минеральные добавки (метакаолин, доменный гранулированный шлак).

Результаты. В статье проведена сравнительная оценка технологических свойств бетонных смесей (плотность и водопотребность) и физико-механических характеристик реактивных порошковых бетонов различного состава (прочность на сжатие).

Выводы. Установлено, что при постоянном содержании в вяжущем микрокремнезема (25 %) до половины цементной составляющей вяжущих низкой водопотребности может быть заменено доменным шлаком при сохранении или относительно небольшом снижении прочности бетона (до 5-8 %). При этом достигается экономия цемента на уровне 300-400 кг на 1 м3 реактивного порошкового бетона.

95-102 51
Аннотация

Введение. На сегодняшний день принципы строительства на курумах разработаны лишь теоретически, а степень их проверки на практике очень небольшая, так как масштаб инженерного освоения курумовых склонов еще весьма незначительный. Этот факт приводит к тому, что при проектировании сооружений в районе развития данного процесса не существует единого подхода к разработке мероприятий по снижению опасности процесса курумооброзования, закрепленного в нормативной документации.

Цель. Рассмотреть проблему учета влияния процесса курума на проектируемы сооружения на примере опор ВЛ для ГМК «Удоканская медь» и осветить принятые инженерные решения для локализации данного процесса на конкретном примере.

Материалы и методы. Рассмотрена проблема учета влияния процесса курума на проектируемые сооружения на примере опор воздушных линий для горно-металлургический комбинат «Удоканская медь». Представлены принятые по данному объекту инженерные решения по защите конструкций с помощью создания зон безопасности между телом курума и сооружением. А также заложены предпосылки для разработки рекомендаций по проектированию в районах развития опасных криогенных процессов. Для обоснования принятых решений выполнено математическое моделирование в расчетном комплексе PLAXIS 2D.

Результаты. В результате расчетов получены изополя перемещения грунтов основания и фундамента сооружения при заданном перемещение тела курума по склону. Из полученных результатов следует, что смещение тела курума не влияет на конструкции фундаментов ВЛ при создании буферной зоны.

Выводы. Вопрос учета влияния опасного криогенного процесса курумообразования при проектировании -крайне неисследованный на практике и нуждается в изучении для дальнейшего закрепления методов инженерной защиты от курумов в нормативной документации.

103-114 52
Аннотация

Введение. Вследствие глобального потепления климата происходит оттаивание вечномерзлых грунтов в северных регионах, а также увеличиваются ветровые и снеговые нагрузки на здания, сооружения и их фундаментные основания. Скопления снеговых осадков создают теплоизолирующий слой, препятствующий замораживанию грунта в холодный период года, а в теплый период года подвергает грунт влагонасыщению, что приводит к деформированию опорных конструкций зданий и сооружений.

Целью исследования является усовершенствование пространственной железобетонной фундаментной платформы жилого здания на вечномерзлом грунте путем обеспечения непосредственного охлаждения нижней железобетонной плиты фундаментной платформы с использованием системы автоматического управления и разработка терморегулируемой оболочки железобетонной фундаментной платформы с возможностью восприятия ветровых потоков и предотвращения сильного снегопереноса в продуваемое подполье.

Материалы и методы. Для исследования системы автоматического управления процессом охлаждения грунтов путем обеспечения непосредственного охлаждения нижней железобетонной плиты фундаментной платформы использовалась печатная плата Arduino Uno.

Результаты. На основе применяемого оборудования разработана структурная схема экспериментальной установки для фиксирования изменения температур воздуха окружающей среды и вечномерзлого грунта. Для изучения эффективности применения системы автоматического управления процессом охлаждения грунтов путем обеспечения непосредственного охлаждения нижней железобетонной плиты фундаментной платформы, создана модель, реализованная в среде динамического моделирования технических систем SimInTech.

Выводы. Предложено новое техническое решение - терморегулируемая оболочка, выполненная из деревянных клееных панелей в виде модуля повышенной индустриализации, образующего с железобетонными плитами замкнутое пространство, причем во всех деревянных клееных панелях, установленных с возможностью восприятия ветровых потоков и предотвращения снегопереноса, встроены регулируемые жалюзийные решетки с электроприводом. Запатентована пространственная железобетонная фундаментная платформа на вечномерзлом грунте.

115-127 61
Аннотация

Введение. В статье рассматриваются аспекты влияния биологической коррозии бетона на долговечность бетонных и железобетонных конструкций транспортных сооружений. Рассмотрены примеры реальных объектов, на которых выявлены участки совместного влияния биокоррозии и других видов коррозии бетона.

Цель. Изучение процессов формирования биообрастания на мостовых опорах и механизмов образования биомассы на поверхности бетона в зависимости от режима движения жидкости в речном потоке.

Материалы и методы. Рассмотрена зависимость числа Рейнольдса от температуры и коэффициента кинематической вязкости воды в реке. Разработана и рассчитана физико-математическая модель процесса массопереноса при биокоррозии, происходящего в условиях обтекания двурядной системы опоры моста потоком жидкости при малых числах Рейнольдса.

Результаты. Благодаря разработанной физико-математической модели можно рассчитывать срок службы железобетонных опор мостовых сооружений и определять «остаточную» долговечность, а также предложить сроки очистки поверхности бетона от биоотложений.

Выводы. Таким образом, по результатам проведенных исследований выявлена зависимость влияния биокоррозии бетона от процесса биообрастания поверхности бетонных/железобетонных опор. Также в статье произведен расчет экономической эффективности от проведения мероприятий по очистке бетона от биообрастания, по результатам которого годовой экономический эффект составил 9 % от стоимости сметных работ. В случае если планово-предупредительные мероприятия по очистке от биообрастания проводятся не менее чем 1 раз в 5 лет, срок проведения межремонтных работ по устранению дефектов бетонных и железобетонных строительных конструкций можно увеличить в 1,5 раза. Благодаря проведенному расчету даны рекомендации по повышению долговечности и сроку эффективной эксплуатации мостовых конструкций.

128-140 154
Аннотация

Введение. Вопросами аналитических и компьютерных расчетов железобетонных кессонных перекрытий занимались многие исследователи. Анализ полученных ими данных показывает, что усилия в балках в зависимости от созданной конечно-элементной модели могут существенно отличаться. Некоторые модели не позволяют корректно подобрать армирование балок в автоматическом режиме вычислительного комплекса.

Целью данной работы является создание компьютерной модели кессонного перекрытия усилия, армирование и прогибы в балках которого можно сравнить с данными аналитического расчета, выполненного в соответствии с нормативными требованиям.

Материалы и методы. В соответствии с методом конечных элементов наиболее точной является модель, состоящая из конечных элементов стержневого типа. Наиболее простой аналитический расчет можно осуществить для кессонной конструкции квадратной в плане, с квадратными кессонами, так как упрощается определение коэффициентов, от которых зависит распределение нагрузки на балки. В связи с этим в качестве методики авторами разработаны три стержневые конечно-элементные модели перекрытия квадратного в плане 9,0 х 9,0 м с квадратными кессонами 0,9 х 0,9 м. Первая модель представляет собой стержневые конечные элементы таврового сечения с непосредственным приложением к ним погонной нагрузки, собираемой с отсеков по закону треугольника. Вторая и третья модели отличаются от первой способом приложения нагрузки на гибкий конечный элемент оболочечного типа регулярного и хаотичного разбиений.

Результаты. Результаты расчетов показали, что компьютерные модели достоверно отражают напряженное состояние балок кессонного перекрытия при сравнении с расчетом, выполненным аналитическим способом. Отклонения по изгибающим моментам не превышают +5 %.

Выводы. Разработанные конечно-элементные модели SCAD позволяют достоверно определить усилия и провести расчет железобетонных балок кессонного перекрытия по первой и второй группам предельных состояний, сравнить полученные данные с аналитическим расчетом, выполненным в соответствии с нормативными требованиями. Предлагаемые модели можно использовать при верификационных расчетах моделей перекрытия, состоящих из разных типов конечных элементов.

141-153 47
Аннотация

Введение. В статье рассматриваются вопросы разработки перспективных методов капитального ремонта магистральных трубопроводов.

Целью исследования является разработка экономически оправданного и эффективного метода капитального ремонта магистральных трубопроводов без остановки его эксплуатации с применением композитных материалов.

Методы. Для достижения поставленной цели проведены натурные эксперименты. Для определения оптимального структурного состава ремонтного узла из композитных материалов показан алгоритм применения программного продукта SOLIDWORKS. Проведен сравнительный анализ результатов экспериментов и моделирования.

Результаты. Сравнительный анализ результатов экспериментов и моделирования технологии капитального ремонта магистральных трубопроводов с применением программного продукта SOLIDWORKS показал высокую степень сходимости полученных результатов. По результатам моделирования получена зависимость напряженно-деформированного состояния участка от количества слоев композитного материала. Полученная зависимость позволила смоделировать такие параметры технологии капитального ремонта магистрального трубопровода, как геометрические размеры дефектов, марку композитного материала, количественный состав композитного узла.

Выводы. Полученные с высокой степенью достоверности результаты исследований по разработке технологии капитального ремонта магистральных трубопроводов с использованием композитных материалов позволяют рекомендовать этот метод для промышленного применения. Предложенный метод моделирования технологии капитального ремонта магистральных трубопроводов с использованием программного продукта SOLIDWORKS позволяет существенно снизить трудоемкость и продолжительность процесса определения оптимального количественного состав композитного узла для ремонта трубопроводов по рабочим параметрам эксплуатации сооружений и по геометрическим размерам дефектов.

154-162 31
Аннотация

В статье отмечается, что в абсолютном большинстве научных работ и учебной литературы по истории науки ее зарождение относят, как правило, к периоду Античной Греции или же к эпохе Возрождения в XV—XVII вв. в Европе. Подобный евроцентричный подход, на наш взгляд, является недостаточно убедительным. В представленном материале предпринята попытка на конкретных примерах продемонстрировать, что первые и достаточно глубокие научные знания впервые появляются на Древнем Востоке, а натурфилософы и мыслители Античной Греции и так называемого Эллинского мира нередко их либо заимствовали, либо использовали как основания для своих открытий, зачастую не указывая первоисточников. В подтверждение этому в статье раскрывается история зарождения первых научных знаний в ряде стран Древнего Востока, их содержательная часть, воздействие на развитие и устройство древневосточных цивилизаций, а также их влияние на формирование целых отраслей будущих науки и техники. Особое внимание при этом обращено на практическое применение этих теоретических знаний в целом ряде прикладных отраслей хозяйственной деятельности, таких как строительство, архитектура, сооружение дорог, гидротехническое строительство и ряд других. В то же время в заключительной части статьи выявляются причины ограниченности и утилитарности этих знаний. Они, как правило, функционировали как набор готовых рецептов деятельности, отсутствовала их критическая оценка, рациональное обоснование, системе доказательств не придавалось особого значения. Все это в совокупности, а также ряд других факторов в конечном счете не позволили сформировать на их базе фундаментальные основания для возникновения подлинной науки.

163-172 34
Аннотация

Целью данной работы является рассмотрение возможности использования естественного климатического состояния среды для формирования доминантных характеристик влияния геометрической модели построения контуров замерзания техногенного слоя грунтового основания в естественной среде, получаемых в ходе проведения геологических инженерных изысканий, с непосредственным лабораторным анализом проб грунтового основания, в соответствии с глубиной отбора. Исследование актуально в связи с развитием Арктики и наблюдаемым потеплением климата.

Материалы и методы. Основными материалами для статьи стали не только разработки ученых в области инженерной геологии и натурального измерения пространства, но и труды ученых в области философии науки. А также практическое определение взаимосвязи характеристик вариантных параметров термопереноса в грунтовых водах основания для формирования более корректного выбора используемых материалов и технологий в капитальном строительстве.

Результаты. В результате исследования и компьютерного моделирования определен характер движения, образования и принципы воздействия «верховодки» на техногенное грунтовое основание. Также был выявлен основной характерный момент для разработки концепции проектирования и капитального строительства в условиях вечномерзлых грунтов на основе стабилизации состояний грунтового и техногенного основания и стабильности значимых характеристик естественного состояния грунтов основания.

Выводы. По результатам всего исследования сделан вывод о невозможности использования параметров термостабилизации грунтового основания в подзоне I1.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2224-9494 (Print)
ISSN 2782-3938 (Online)