Строительная механика инженерных конструкций и сооружений

Решена актуальная задача сопротивления околоарматурной зоны бетона как задача объемного напряженно-деформированного состояния с «замыканием» выходных интегральных параметров этой зоны на стержневую схему всего железобетонного элемента, синтезирующую в себе гипотезы и зависимости механики железобетона и механики разрушения. В расчетной модели железобетонного элемента учтен эффект железобетона проф. Вл.И. Колчунова описывающий механизм образования и развития поперечных и продольных трещин. При этом приняты обобщенные гипотезы линейных и угловых деформаций для депланаций и градиентов относительных взаимных смещений арматуры и бетона. Построены новые функционалы железобетона, которые согласуются с физическими представлениями о сопротивлении поперечных сечений стержневых элементов в околоарматурных зонах. Записаны физические уравнения для бетонной матрицы, моделирующей зоны между поперечными трещинами. Найдены составляющие перемещений для околоарматурной области применительно к ширине раскрытия трещин на границе контакта «бетон-арматура» в поперечных, продольных и радиальных трещинах соответственно. Использование принятых предпосылок и многоуровневой расчетной схемы для околоарматурной области заметно приближает расчетную модель к реальной оценке физических явлений.

Мостовые сооружения часто подвергаются воздействию экстремальных условий, таких как непогода, землетрясения, дорожно-транспортные происшествия, а также взрывы. Экстремальные нагрузки могут привести к повреждению зон крепления в результате высокой концентрации напряжений и могут привести к повреждению стальных тросов. Основная цель исследования - разработка аналитического метода, расширяющего понимание поведения мостов с длинными пролетами на вантовых опорах в случае отказа одного или нескольких вант. С помощью этого метода можно вывести формулу для более точного расчета коэффициента динамического усиления. Система с параллельной нагрузки рассмотрена как концептуальная модель длиннопролетных мостов на вантовых опорах. Также исследована надежность конструкции мостов с длинными пролетами, опирающихся на ванты, в случае потери вантов. Концептуальная модель состоит из балки, подвешенной на тросах (натяжных элементах). Выбрана модель, упрощающая аналитический подход. Если изучение упрощенной модели показывает возможность ожидать аналогичного явления в более сложных моделях. Рассмотрены множественные отклонения кабеля. Использован аналитический подход в разработке функции аппроксимы для коэффициентов увеличения напряжения при обрыве кабеля с использованием метода наименьшего квадрата. Предложенная аппроксимирующая функция является точной и безошибочной менее чем на 5 % во всех протестированных системах, за исключением незначительных значений β, а увеличение β уменьшает коэффициент усиления напряжения. Параметры β влияют на расчёт нагрузки на кабель. Системы высоких значений β требуют меньших проектных нагрузок, которые позволяют сегментировать вантовый мост с большим пролетом на зоны различных значений β. Такой подход дает возможность определить минимальную проектную нагрузку на каждую зону, что в результате снижает затраты на монтаж кабеля при потере кабелей.

Пологие оболочки двоякой кривизны часто используются как элементы строительных конструкций и подвергаются различным внешним воздействиям, в том числе динамическим периодическим нагрузкам. В работе предлагается расширение предложенного автором ранее подхода к моделированию процесса деформирования тонких оболочек на класс задач с периодическими воздействиями. Используется математическая модель на основе гипотез Тимошенко - Рейсснера, учитывающая поперечные сдвиги, геометрическую нелинейность и инерцию вращения. В расчетном алгоритме применяется в своей основе метод Л.В. Канторовича и метод Розенброка для решения жестких систем ОДУ. Расчеты выполнены в Maple. Получены динамические отклики для изотропной пологой оболочки двоякой кривизны при разных значениях частоты, показаны поля вертикальных перемещений при пиковых значениях амплитуды колебаний.

Исследована возможность расчетными методами еще на этапе проектирования конструктивных элементов различных сооружений из железобетона учитывать учесть длительность эксплуатации, нелинейность и реологию деформирования используемых материалов, а также принимать во внимание возможные коррозионные повреждения, что позволит определять размеры поперечных сечений и назначать требуемые классы бетона и арматуры. Рассматриваемый процесс длительного деформирования железобетона при изменяющемся режиме действия внешней нагрузки основан на методе интегральных оценок сопротивления деформированию, в основу которого положено использование интегрального модуля деформаций. Разработана методика расчета железобетонной рамы на грунтовом основании в агрессивной среде в условиях реологического деформирования, отражающая реальную работу конструктивных элементов при совместном воздействии факторов силового и несилового характера на основе современной феноменологической теории деформирования упруго ползучего тела. Представлена расчетная оценка длительной эксплуатации железобетонной рамы на грунтовом основании с учетом коррозионных повреждений. Приведен пример расчета железобетонной рамы здания на грунтовом основании при различных сроках эксплуатации и наличии коррозионных повреждений. Показано, что средовые повреждения железобетонных конструкций могут повлиять на прочность материала, изменить расчетные схемы, перераспределить усилия в сечениях конструкции, а также привести к другим последствиям, которые снижают проектные сроки эксплуатации зданий.

Объектом исследования стали резонансные частоты собственных колебаний зданий институтов УрО РАН в г. Екатеринбурге и их распределение в точках наблюдения. Для анализа резонансных характеристик применяется метод спектральных отношений (HVSR, или метод Накамуры), который позволяет выявить скрытые дефекты конструкции. Периодический мониторинг технического состояния строительных объектов позволяет вычислить и оценить изменение динамических характеристик объекта с течением времени. Одинаковые значения амплитуд экстремумов кривой спектральных отношений и равномерное распределение значений в объеме здания свидетельствуют о нормальном работоспособном состоянии конструкции. Присутствие в некоторых точках аномально высоких значений может быть обусловлено наличием скрытых дефектов и подлежит дополнительному изучению. Демонстрируется способ расчета и распределения коэффициента уязвимости в объеме исследуемых зданий. По результатам периодического мониторинга (проводится ежегодно с 2017 г.) демонстрируется устойчивое состояние здания Института геофизики УрО РАН и приводится сравнение резонансных частот, полученных в здании с типовым проектом (Институт геологии и геохимии УрО РАН). В представленной работе описан метод оценки сейсмической устойчивости здания с применением расчета ускорения в горизонтальной плоскости ( ) в точке наблюдения. Рассчитывается ускорение при максимально возможном сейсмическом событии в регионе исследования (44 см/с2). Вычисляется возможное максимальное ускорение с учетом характеристик грунта, для точки наблюдения с наибольшим , = 30,6 см/с2, что соответствует интенсивности землетрясения 5,6 балла.

-