Строительная механика инженерных конструкций и сооружений

Термопластические полимерные материалы нашли широкое применение в качестве защитных и антифрикционных покрытий и прослоек узлов трения. Сферические опорные части включают относительно тонкие слои скольжения из антифрикционных материалов. Политетрафторэтилен (ПТФЭ) широко используется в качестве материала слоев скольжения. Однако существуют современные композиционные и модифицированные материалы с улучшенными физико-механическими свойствами, которые могут применяться в качестве слоев скольжения. Антифрикционные материалы часто моделируются в рамках теории упругости или теории упругопластичности. Но установлено, что данные материалы проявляют вязкоупругие свойства. В текущей работе выполнен цикл экспериментов для определения термомеханических свойств материалов. ПТФЭ, металлокомпозит на основе ПТФЭ с бронзовыми включениями (МАК (Ф4БР40М2)) и структурно-модифицированный ПТФЭ Арфлон AR-200 были исследованы в рамках динамического механического анализа. Рассматривался диапазон изменения температур [-40; +80] °С, он соответствует температурам эксплуатации мостовых сооружений. Получены температурные зависимости модуля накопления, модуля потерь и тангенса угла механических потерь. На основе экспериментальных данных построены вязкоупругие модели поведения материалов, такие как тела Максвелла, с использованием рядов Прони и температурно-временной аналогии. Вязкоупругое поведение материалов было проанализировано в рамках деформирования сферической опорной части мостовых сооружений при статической и периодической нагрузке с учетом температуры окружающей среды. Получены зависимости параметров напряженно-деформированного состояния и контакта от температуры. Рассмотрено влияние коэффициента термического расширения материалов на поведение конструкции. Установлено, что слой скольжения из МАК позволяет получить более благоприятное напряженно деформированное состояние по сравнению с конструкцией, включающей слой скольжения из ПТФЭ: максимальная интенсивность напряжений меньше ~ на 3 %; максимальная интенсивность деформаций меньше ~ на 20 %; перемещения по нормали слоя скольжения меньше ~ на 17,2 %.

Выполнено обоснование параметров модели Concrete Damage Plasticity, применяемой при численном расчете железобетонных конструкций. Показано, что результаты моделирования существенно зависят от выбора параметров пластичности и заданных диаграмм деформирования бетона. Цель исследования - анализ чувствительности ключевых параметров модели и верификация еe применимости при статическом нагружении. Численные расчеты выполнены методом конечных элементов в программном комплексе Abaqus. Исследовано влияние угла дилатансии, параметров поверхности текучести и энергетически согласованных диаграмм деформирования на расчетную жесткость и несущую способность элементов. Проведена верификация модели на уровне материала и конструкции. Установлено, что использование обоснованных параметров обеспечивает корректное воспроизведение нелинейного поведения железобетонных элементов вплоть до стадии разрушения.

Деревянные конструкции, в частности дощатоклееные балки, обладают рядом достоинств, способствующих их широкому применению в промышленном и гражданском строительстве. Разработка и исследование конструктивных решений, позволяющих более рационально использовать прочностные характеристики конструкционной древесины, являются одним из актуальных направлений повышения эксплуатационных качеств деревянных конструкций. Объект исследования - деревянные балки прямоугольного сечения, загруженные равномерно распределенной нагрузкой, очертание которых построено на основе траекторий равнопрочности балок при изгибе и скалывании. Построение очертания рациональных деревянных балок (РДБ) основывалось на определении координат узловых точек путем построения прямых, касательных к контуру равнопрочной балки. РДБ представляет собой балку с участком постоянной жесткости в середине пролета и подрезками в опорных зонах. Целью такого подхода являлось создание ресурсоэффективной балочной конструкции из клееной древесины, отличающейся меньшей материалоемкостью по сравнению с балками постоянной высоты сечения по всей длине пролета, а также относительной простотой исполнения. Результаты исследования показывают, что относительные значения параметров РДБ, такие как высота опорного сечения относительно максимальной высоты сечения h sup/ h , длина подрезки относительно пролета l cut/ L и угол подрезки acut, зависят только от соотношения максимальной высоты сечения к пролету h / L . Изменение же ширины сечения b и значения внешней нагрузки q никакого влияния на них не оказывают. Теоретическая экономия конструкционной древесины 1 и 2-го сортов составляет 6.2 %...18.3 %.

Рассмотрена проблема определения динамических характеристик зданий на основе микросейсмических наблюдений. Актуальность исследования обусловлена требованиями нормативных документов, предусматривающих необходимость определения фактических динамических параметров зданий при их обследовании и мониторинге. Существующие методики, основанные на анализе микросейсмического фона, позволяют определить собственные частоты колебаний, однако не всегда обеспечивают однозначную идентификацию мод колебаний и их характера (изгибного или крутильного). Цель исследования - уточнение методики обследования зданий в части определения характера колебаний и идентификации мод собственных колебаний на основе сопоставления экспериментальных и расчетных данных. Объектом исследования является здание Института геофизики УрО РАН. Выполнена регистрация микросейсмического фона, проведен спектральный анализ записей и определены частоты собственных колебаний здания. Полученные экспериментальные данные сопоставлены с результатами численного моделирования, выполненного в программном комплексе SCAD с учетом конструктивных особенностей здания и геологических характеристик основания. Сравнение показало согласованность экспериментально определенных частот с расчетными значениями. Установлено, что в различных частях здания могут доминировать разные формы колебаний, включая изгибные и крутильные моды. Полученные результаты подтверждают эффективность комплексного подхода, основанного на совместном использовании инструментальных наблюдений и численного моделирования, для уточнения динамических характеристик зданий. Полученные результаты могут быть использованы при формировании критериев интерпретации микросейсмических данных и уточнении методики оценки динамических характеристик зданий.

Бетон остается наиболее широко используемым строительным материалом, однако его хрупкость и склонность к растрескиванию ограничивают его применение в подверженных высоким нагрузкам конструкциях, таких как покрытия аэродромов. Поэтому крайне важно повысить его механическую прочность и долговечность. Хотя армирование волокнами широко изучено, системы с одним видом волокна часто дают лишь частичные преимущества. Гибридное армирование с использованием макроволокон и микроволокон из базальта представляет собой устойчивую альтернативу, но остается недостаточно изученным, особенно для покрытий аэродромов. Авторами изучено влияние гибридных базальтовых волокон на прочность бетона на сжатие через 7, 14 и 28 дней с целью определения наиболее эффективной пропорции волокон. Были изготовлены бетонные смеси с различными соотношениями макроволокон (A) и микроволокон (B), отлиты в стандартные кубы и испытаны на прочность на сжатие в соответствии с установленными рекомендациями. Результаты показали, что гибридизация значительно улучшила развитие прочности по сравнению с контрольными образцами. Фибробетонная смесь серии 1,5A0,5B достигла наивысшей прочности на сжатие через 28 дней - 72,8 МПа, превосходя как образцы с одним видом волокон, так и контрольные образцы. Это подтверждает синергетическую роль гибридных волокон в улучшении контроля трещин и передачи нагрузки. Результаты исследования показывают, что армирование гибридными базальтовыми волокнами является практичным и устойчивым решением для высокопрочного бетона, имеющим большой потенциал для применения в аэродромных покрытиях и других сложных строительных работах.