Том 14, № 1 (2018)

Приведены основные виды геометрических и конструктивных схем каркасов купольных покрытий из металла. Показано, что по геометрической схеме каркаса купола разделяют на три основных вида: ребристые, ребристо-кольцевые и сетчатые. А сетчатые купола разделяются на циклически симметричные с повторяющимися секториальными геометрическими схемами и геодезические, которые получаются на основе вписанных в сферу многогранников. По своему конструктивному исполнению каркасы ребристых и ребристо-кольцевых металлических куполов могут быть однопоясными и двухпоясными. Геометрическая схема каркаса большепролетного металлического купола определяет способ его возведения, от которого зависит конструктивное решение элементов каркаса и последовательность их монтажа. Перечислены способы возведения куполов: с временными опорами, подъемом целиком или навесным монтажом. Выполнен краткий обзор возведенных большепролетных металлических куполов. С акцентом на использованный способ возведения большепролетного металлического купола приведены примеры построенных зданий и сооружений в разных странах мира. Дана общая характеристика конструктивной схемы купольного каркаса каждого из них. На этих примерах показана зависимость способа возведения большепролетного металлического купола от геометрической схемы его каркаса. Сделан вывод о большом распространении купола как конструктивной форма покрытия из металла в практике мирового строительства в зданиях различного назначения. При строительстве относительно невысоких двухпоясных или высоких однопоясных куполов применяются способы возведения с временными опорами всех видов или сборку на земле. Отмечена предпочтительность монтажа двухпоясного каркаса навесным способом при значительной высоте большепролетного купола.

Большое количество исследований посвящено линейному анализу напряженно - деформированного состояния (НДС) оболочек классической формы: цилиндрической, сферической, полусферической и конической. Однако НДС тонких оболочек сложной геометрии исследовано недостаточно. Понятие оболочек сложной геометрии возникает тогда, когда коэффициенты первой и второй квадратичных форм их срединных поверхностей представляют собой довольно сложные функции криволинейных координат. В статье рассматривается материальная нелинейная устойчивость железобетонной синусоидальной велароидальной оболочки с внутренним радиусом r0 =1 м, внешним радиусом R = 20 м и числом волн n = 8. Оболочка нагружалась нагрузкой от собственного веса и снеговой равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью 0,252 т/м2. Численные расчеты проводились в программных комплексах LIRA-SAPR 2013 и STARK ES 2015. Конечноэлементная модель оболочки состоит из 6400 элементов и 3280 узлов, общее число узловых неизвестных - 18991. Для моделирования поверхности использовались плоские оболочечные элементы, имеющие шесть степеней свободы в узле. Граничные условия соответствовали шарнирному опиранию по наружному и внутреннему контурам. В результате расчетов были получены значения перемещений и формы потери устойчивости.

Представлены два варианта уточненной теории расчета напряженно-деформированного состояния прямоугольной ортотропной пластины. Уравнения со- стояния пластины представляются в виде трехмерных уравнений теории упругости. Компоненты напряженно-деформированного состояния в пластине принимаются полиномиальными функциями по нормальной к срединной плоскости пластины координате. Эти функции имеют степень на один и два порядка выше относительно используемых в классической теории Кирхгофа-Лява. Для получения двумерных уравнений и естественных граничных условий применяется принцип возможных перемещений. Формулируются модифицированные граничные условия для стандартных случаев крепления пластины. Расчет напряженно-деформированного состояния пластины проводится с помощью преобразования Лапласа, при этом вдвое сокращается число произвольных постоянных при интегрировании системы дифференциальных уравнений. Одна из отличительных особенностей уточненной теории состоит в прямом интегрировании уравнений равновесия трехмерной теории упругости при определении поперечных нормальных и касательных напряжений. В качестве примера в статье рассматривается расчет напряженно-деформированного состояния прямоугольной изотропной пластины при локальном нагружении. Сравниваются результаты, полученные по уточненной и классической теориям. Показан существенный вклад поперечных нормальных напряжений типа «пограничный слой» в общее напряженное состояние пластины. Полученные результаты могут быть использованы в расчетах и испытаниях на прочность и долговечность авиационных и ракетно-космических конструкций, а также машиностроительных объектов различного назначения

Для плоской деформации сплошных сред, механическое поведение которых описывается математическими моделями, в которых физические соотношения имеют форму произвольных перекрёстных зависимостей между первыми инвариантами тензоров и вторыми инвариантами девиаторов напряжений и деформаций, рассматривается построение разрешающих уравнений в перемещениях в цилиндрической системе координат. В качестве примеров рассмотрены две модели: деформационная теория пластичности сыпучей среды и деформационная теория пластичности бетона. Разрешающая система уравнений представляет собой систему двух квазилинейных дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка от двух независимых переменных - перемещений точек сплошной среды в радиальном и тангенциальном направлениях. Для её интегрирования предлагается использовать приближённые итерационные методы. В качестве начального приближения решения следует использовать решение рассматриваемой задачи в физически линейной постановке. Полученные уравнения могут быть востребованы при определении напряжённо-деформированного состояния физически нелинейных массивных тел со сложной геометрией.

Адаптированы гипотезы механики разрушения и разработан универсальный короткий двухконсольный элемент применительно к железобетонным конструкциям зданий и сооружений. Предложенная модель двухконсольного элемента применима к оценке сопротивления железобетонных конструкций в условиях различных силовых и деформационных воздействий, в том числе при кручении с изгибом. Рассмотрены особенности и процедура построения двухконсольного элемента механики разрушения в зонах, прилегающих к пространственным трещинам при учете эффекта нарушения сплошности и адаптированы зависимости для энергетического функционала с их разработкой, применительно к железобетону. Двухконсольный элемент необходим в качестве связующего элемента между зависимостями механики разрушения и уравнениями теории железобетона и является трансформационным элементом между ними

Опалубочные формы, оснащенные инвентарными рамами с прозрачным покрытием, являются простейшими гелиотехническими устройствами для тепловой обработки железобетонных изделий при производстве их на полигонах при заводах ЖБИ. По своему конструктивному решению и теплофизическим процессам, протекающим в них, они схожи с солнечными коллекторами, с разницей в том, что теплоприемником является твердеющий бетон. В статье приведены результаты исследований влияния конструкции прозрачного покрытия на эффективность термообработки бетона в опалубочных формах при использовании солнечной энергии в различных климатических условиях. Количество теплоты, поглощенное и потерянное бетоном при прямом нагреве его солнечной энергией в простейших гелиотехнических устройствах типа плоского коллектора, зависит от конструкции прозрачного покрытия. При прочих равных условиях, увеличение количества слоев покрытия негативно влияет на его прозрачность, характеризующуюся коэффициентом пропускания солнечной энергии, но при этом снижает тепловые потери в окружающую среду, характеризующиеся коэффициентом тепловых потерь через прозрачное ограждение. Для оценки эффективности тепловой обработки железобетонных изделий выбраны однослойное и двухслойное прозрачные покрытия, так как увеличение слоев больше двух снижает интенсивность нагрева теплоприемника в дневное время суток и признано учеными в области гелиотехники нецелесообразным. На основе энергетической оценки в результате теплофизических расчетов и экспериментальных исследований выявлено оптимальное количество слоев прозрачного материала в конструкции покрытия. Помимо энергетической оценки, учтены экономические затраты на изготовление конструкции прозрачного покрытия при увеличении его слоев.

В настоящий момент, сейсмостойкое проектирование зданий и сооружений основано на силовом расчете. Эффект землетрясения представляется эквивалентными статическими силами. Эти силы рассчитываются с помощью упругих спектров реакций, связывающих абсолютное ускорение сооружения с законом движения грунта (линейноспектральный метод). Этот метод не может непосредственно учесть ни влияния длительности сильных землетрясений, ни нелинейного поведения конструкций. Энергия, поступившая в сооружение и вызывающая повреждение его элементов, напрямую зависит от продолжительности и частотного состава колебаний грунта. Входная энергия непосредственно зависит от рассматриваемой модели сооружения. Она может быть определена как на основе теоретических оценок, так и в результате динамического анализа выбранной модели. В результате входная энергия сравнивается с максимальной энергией, которую может воспринять сооружение до его разрушения, т.е. с энергоемкостью. Как правило, сравнению подлежит неупругая часть входной энергии (поглощенной сооружением). В этом заключается идея энергетического метода сейсмостойкого проектирования. В настоящей работе рассматривается методика расчетного обоснования сейсмостойкости сооружений при помощи нелинейного статического анализа, который основан на энергетическом подходе. Произведены расчеты трехэтажной стальной рамы нелинейным статическим и нелинейным динамическим методами. Приведен сравнительный анализ этих методов, показана значимость высших форм колебаний и необходимость анализа их влияния на реакцию системы