Строительная механика инженерных конструкций и сооружений

Объектом исследования являются ортогонально пересекающиеся цилиндрические оболочки и окружающий их грунт. Основная цель расчета состоит в определении напряженно-деформированного состояния цилиндрических оболочек и влияния учета стадий строительства на результаты расчета. Численный анализ выполнен в универсальном программном комплексе ANSYS Mechanical. Узел ортогонально пересекающихся цилиндрических оболочек расположен на глубине 30 м от верхней поверхности основания. Размеры грунтового массива выбраны из условия затухания напряженно-деформированного состояния грунта и приняты по 5 диаметров большой оболочки слева и справа от нее. При решении задачи учтены физическая и контактная нелинейности. Контактная нелинейность обусловлена совместной работой узла ортогонально пересекающихся цилиндрических оболочек с окружающим грунтовым массивом в процессе деформирования системы и при активации элементов оболочек на стадиях расчета. Контакт между телами выполнен с помощью контактных пар. Составлены расчетные случаи с 8, 4, 2 и 1 стадиями возведения тройникового соединения (в каждом случае дополнительно одна стадия (нулевая) отводилась на определение бытового состояния основания) и без учета стадий. По результатам видно, что стадийный расчет дает значительное изменение величин напряжений по Мизесу в тройниковом соединении по сравнению с расчетным случаем без учета стадий. Перспективы дальнейших исследований связаны с применением нелинейных материалов оболочки и различными вариантами контактного взаимодействия оболочки и основания.

Исследование направлено на разработку методики расчета прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов, подвергшихся коррозионным повреждениям и усиленных внешним композитным армированием. Объектом исследования являются железобетонные конструкции, используемые в различных сооружениях, которые подвергаются воздействию хлоридной агрессивной среды, вызывающей коррозию бетона и арматурных стержней. Метод исследования базируется на применении диахронной модели деформирования коррозионноповрежденных элементов. Эта модель учитывает изменения механических характеристик бетона и арматуры в процессе коррозии и включает в себя расчеты, основанные на аналитических зависимостях для определения первоначальной несущей способности неповрежденных конструкций. Важным аспектом методики является учет внешнего полимеркомпозитного армирования, которое позволяет повысить изгибные жесткости и прочностные характеристики поврежденных элементов. Для обеспечения точности расчетов использован итерационный метод Пикара, предназначенный для аппроксимации решений дифференциальных уравнений. Результаты исследования показали, что предложенная методика позволяет эффективно оценивать прочность нормальных сечений железобетонных элементов, подверженных коррозии. Установлено, что методика, учитывающая изменения прочностных и деформационных характеристик материалов, а также воздействие хлоридной агрессивной среды, обеспечивает высокую точность и надежность расчетов. Применение внешнего полимеркомпозитного армирования значительно увеличивает устойчивость и долговечность конструкций. Таким образом, разработанная методика служит важным инструментом для повышения эксплуатационной надежности и продления срока службы железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию агрессивных сред, что является актуальной задачей в строительной отрасли.

Эффективным способом обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений является использование активной системы сейсмозащиты - сейсмоизоляции. Известна сейсмоизоляция в виде сейсмоизолирующего скользящего пояса в уровне фундамента. Однако применение данной системы сейсмозащиты ограничивается отсутствием необходимых расчетных обоснований и исследований. Рассмотрена работа монолитного железобетонного здания различной этажности (5, 9, 16 этажей) с сейсмоизолирующим скользящим поясом в уровне фундамента с фторопластовыми пластинами и упругим ограничителем горизонтальных перемещений. Основное внимание уделено влиянию зазора между упругим ограничителем и боковыми гранями верхнего фундамента на эффективность работы скользящего пояса. Расчет проведен с использованием прямого динамического метода. Получены сравнительные графики относительных перемещений и изополя интенсивности напряжений для каждой расчетной ситуации. Выявлено, что близкое расположение упругого ограничителя к фундаменту увеличивает вероятность столкновения и возникновения опасных колебаний, которые могут привести к разрушению конструкции. Оптимально подобранное расстояние позволит эффективно работать скользящему поясу, ограничивая чрезмерные горизонтальные смещения, снизить сейсмические нагрузки на надземные конструкции здания.

Представлен краткий обзор методов расчета траектории трещины с использованием интегральных принципов механики. В двумерной постановке трещина рассматривается как геодезическая линия на поверхности тела с метрикой, которая зависит от начального напряженного состояния. Возможность приближенного определения траектории трещины на основе интегральных принципов проиллюстрирована на ряде задач. В частности, определены траектории трещины в полуплоскости под действием равномерно распределенной нагрузки на ее кромку. Расчеты включают напряженное состояние полуплоскости, взятое из решения для тела без трещины. Показана плодотворность представления смещений краев трещины с помощью гипотезы Винклера. Для изучения докритического поведения трещины может быть введено понятие cracon - квазичастицы, имитирующей движение вершины трещины. Проблема определения траектории трещины на основе интегральных принципов механики изучена недостаточно и требует дальнейших исследований.

Виброизолирующие системы играют важную роль в защите зданий от сейсмических повреждений. Так как они состоят из элементов с нелинейными характеристиками, расчетные модели виброизолирующих системы требуют разработки методов с учетом изменения динамических характеристик сооружения (матрицы жесткости или податливости), частот и форм собственных колебаний. В исследовании предложен алгоритм и зависимости, основанные на возможности выключения или разрушения дополнительных связей (элементы с нелинейными характеристиками) при определении сейсмических сил и перемещений сооружений при сейсмическом воздействии. Результаты тестовых расчетов показали, что амплитудно-частотная характеристика, перемещение и поперечная сила в основании сооружения уменьшились при выключении или разрушении дополнительных связей. Таким образом, предлагаемая методика, учитывающая работу виброизолирующих систем с нелинейными связями, позволяет снизить материальный, экономический и человеческий ущерб при сейсмическом воздействии. Полученные результаты показали, что зависимости алгоритма расчета, разработанные в работе, можно использовать в инженерной практике при оценке динамического поведения виброизолированной системы здания (амплитудно-частотная характеристика) в процессе колебаний при сейсмическом воздействии.