Том 16, № 2 (2020)

Актуальность. По своей природе сейсмическое воздействие, представленное акселерограммой, является ярко выраженным многомерным случайным процессом, в общем случае содержащим шесть компонентов. Расчет в детерминированной постановке не всегда позволяет адекватно оценить реакцию системы, в то время как расчет в вероятностной постановке более адекватно отражает работу системы и позволяет оценить ее сейсмостойкость с заданной обеспеченностью. Целью работы является оценка действительного запаса несущей способности и принимаемого при проектировании коэффициента К1, учитывающего допускаемые повреждения зданий и сооружений для стальной пространственной рамы при расчете на сейсмическое воздействие. Методы. В процессе исследования был произведен расчет стальной пространственной рамы на два набора акселерограмм с доминантными частотами, близкими к основным частотам собственных колебаний рамы. Каждый набор синтезировался как семейство реализаций нестационарного случайного сейсмического воздействия. Расчет производился на двухкомпонентное сейсмическое воздействие в нелинейной динамической постановке в программном комплексе LS-DYNA. Предварительно рама была запроектирована в соответствии с СП 14.13330.2014. «Строительство в сейсмических районах» на сейсмическое воздействие уровня ПЗ в ПК ЛИРА 10.8. По разработанной вероятностной методике для каждого набора были получены действительные коэффициенты запаса несущей способности Кз и произведена оценка коэффициентов К1. Результаты. Анализ результатов показывает, что рассматриваемая стальная рама имеет достаточно большой запас несущей способности, а коэффициент К1 принимается в нормах чрезмерно консервативно. Разработанная методика позволяет скорректировать значение принимаемого коэффициента К1 для зданий и сооружений определенных конструктивных схем, что в свою очередь позволит повысить экономическую эффективность строительства в сейсмических районах и обеспечить надежность проектируемых зданий и сооружений.

Цель. Выполнить анализ напряженного состояния меридиональных ребер металлического ребристо-кольцевого купола на разных стадиях навесного монтажа его каркаса. Купол имеет полусферическую форму и собирается из отдельных элементов от опорного контура к вершине. Из-за разного наклона элементов меридиональных ребер на разных ярусах в процессе монтажа изменяется их напряженное состояние. Выяснялось, как навесной монтаж металлического купола отражается на напряженном состоянии его меридиональных ребер. Задачей исследования являлось установление закономерности изменения напряженного состояния меридионального ребра с монтажом каждого вышерасположенного яруса купольного каркаса. Методы. Разработана компьютерная модель металлического ребристо-кольцевого купола из стальных двутавров с жесткими сопряжениями в узлах. Созданы несколько дополнительных монтажных моделей неполного каркаса для исследования напряжений в ребрах купола на разных стадиях навесного монтажа. Для каждой монтажной модели купольного каркаса выполнены компьютерные расчеты на действие собственного веса. В результате расчетов определены напряжения в меридиональных ребрах каркаса монтажных схем, которые сравнивались с аналогичными напряжениями в каркасе проектной схемы. Результаты. Представлены графики изменения напряженного состояния меридионального ребра металлического купола по стадиям навесного монтажа. Показаны диаграммы изменения степени использования прочности стали на разных стадиях монтажа. Дана оценка напряженным состояниям при навесном монтаже купольного каркаса. Отмечены неизбежность монтажных напряжений при навесном монтаже и их влияние на надежность купола.

Актуальность. При определении напряженного и деформированного состояния в полосе, лежащей на основании, применяют различные модели контакта между телами. Необходимо оценить качественный и количественный характер изменения напряжений в полосе в зависимости от вариантов сцепления полосы и основания. Цель - провести анализ влияния коэффициента трения на величину напряжений в анизотропной полосе при взаимодействии с жестким основанием. Методы. Решение проводится на основе уравнений плоской задачи теории упругости анизотропного тела при условиях, что полоса плотно прилегает к основанию и касательное усилие на контактной плоскости пропорционально нормальному давлению. Перемещения и напряжения в произвольной точке полосы записываются в форме метода начальных функций через функции перемещений и усилий на нижней плоскости, которые зависят от характера нагрузки, приложенной на верхней плоскости, и условий контакта полосы с основанием. После преобразований расчетные формулы для перемещений и напряжений выражаются, используя интегральное преобразование Фурье, через нормальную поверхностную нагрузку в виде несобственных интегралов. Результаты. Для варианта нагружения полосы сосредоточенной силой получены формулы для определения перемещений и напряжений, на основе которых построены функции влияния для задачи о равновесии анизотропной полосы, лежащей на жестком основании с учетом трения. Приведены графики влияния коэффициента трения, направления осей анизотропии материала на напряженное состояние полосы. Проводится сопоставление результатов вычисления напряжений по анизотропной и изотропной моделям.

Цель работы - предоставить материал, способный расширить кругозор проектировщиков и архитекторов, проектирующих объекты в форме традиционных и неканонических линейчатых поверхностей. Эти поверхности имеют ряд неоспоримых преимуществ с точки зрения их формообразования, конструирования и изготовления изделий и сооружений в форме линейчатых поверхностей и методов расчета. Методы. При подборе линейчатых поверхностей для классификации используются способы их задания в векторной, параметрической, явной и неявной формах, предлагаемых в дифференциальной геометрии. Рассматриваются только аналитические линейчатые поверхности, которые уже описаны и представлены в научно-технической литературе. Результаты. Представлены в графической форме все известные на настоящее время линейчатые поверхности. Даны определения некоторых малоизвестных линейчатых поверхностей, а в списке литературы указаны источники, в которых эти поверхности исследуются, рассматриваются вопросы их применения в реальных сооружениях или изделиях, дается методика определения напряженно-деформируемого состояния оболочек с соответствующими срединными поверхностями.

Цель исследования - сравнение результатов определения параметров напряженно-деформированного состояния плосконагруженных упругих тел на основе метода конечных элементов в формулировке метода перемещений и в смешанной формулировке. Методы. Разработаны и применены алгоритмы метода конечных элементов в различных формулировках. Результаты. В декартовой системе координат для определения напряженно-деформированного состояния упругого тела при плоском нагружении использован конечный элемент четырехугольной формы в двух формулировках: в формулировке метода перемещений с узловыми неизвестными в виде перемещений и их производных и в смешанной формулировке с узловыми неизвестными в виде перемещений и напряжений. Аппроксимация перемещений через узловые неизвестные при получении матрицы жесткости конечного элемента выполнялась с использованием функции формы, элементами которой принимались полиномы Эрмита третьей степени. При получении матрицы деформирования перемещения и напряжения внутренней точки конечного элемента аппроксимировались через узловые неизвестные с использованием билинейных функций. Матрица жесткости четырехугольного конечного элемента в формулировке метода перемещений получена на основе функционала, основанного на разности действительных работ внешних и внутренних сил при нагружении твердого тела. Матрица деформирования конечного элемента формировалась на основе смешанного функционала, полученного из предложенного функционала путем замены действительной работы внутренних сил разностью полной и дополнительной работ внутренних сил при нагружении тела. На примере расчета показано существенное преимущество использования конечного элемента в смешанной формулировке.

Актуальность. В работе рассматривается дробеструйная обработка, являющаяся широко применяемым методом для улучшения определенных свойств поверхности деталей (таких как усталостная прочность, твердость, долговечность) благодаря холодной пластической деформации, в результате которой происходит наноструктурирование поверхности обрабатываемого материала, сопровождающееся уменьшением размеров зерна его кристаллической структуры. Изучены условия формирования наноструктурированного поверхностного слоя при обработке деталей потоком дроби. Целью исследования является определение условий наноструктурирования поверхности при дробеструйной обработке за счет холодной пластической деформации, определяемой воздействием дроби, которая соударяется с обрабатываемой поверхностью с высокой скоростью. Методы. Для решения поставленной задачи использованы уравнения контактной задачи теории упругости о действии сосредоточенной силы на упругое полупространство, роль которого выполняет обрабатываемая деталь. Определены условия наступления пластической деформации в поверхностных слоях обрабатываемой детали. Холодная пластическая деформация обеспечивает наноструктурирование поверхностного слоя обрабатываемой детали, повышение прочности, усталостной долговечности, улучшение триботехнических характеристик. Результаты. На основании контактной задачи теории упругости решена задача формирования наноструктурированного слоя на поверхности обрабатываемой детали при дробеструйной обработке. Получена аналитическая зависимость, позволяющая прогнозировать переход материала в пластическое состояние и наноструктурировать поверхность обрабатываемой детали при дробеструйной обработке.

Актуальность. В состав гидроузлов входят железобетонные подпорные стены. Они предназначены для защиты основных сооружений от обрушения и сползания грунтовых массивов. Подпорные стены характеризуются значительными размерами, сравнительно невысоким содержанием арматуры, наличием горизонтальных межблочных швов, что существенно влияет на особенности их работы и состояние. Нормативные документы, действовавшие в период проектирования и строительства большинства подпорных стен (вторая половина прошлого столетия), не в полной мере учитывали особенности их работы, вследствие чего при длительной эксплуатации проявились отклонения от проектных предпосылок, такие как чрезмерные смещения верха стен, раскрытия горизонтальных межблочных швов, которые превышали проектные значения. В целом ряде случаев выполнялось усиление железобетонных конструкций подпорных стен в зонах межблочных швов. Цель работы заключается в проведении экспериментальных исследований железобетонных подпорных стенок, в том числе с учетом их усиления наклонными арматурными стержнями. В качестве основного метода применялась методика экспериментальных исследований гидротехнических железобетонных конструкций в соответствии с нормативными документами и разработанной программой экспериментальных исследований железобетонных подпорных стен. Полученные результаты показали раскрытие горизонтальных межблочных швов, образование наклонных трещин, выходящих из швов. Было зафиксировано повышение прочности железобетонных конструкций подпорных стен и снижение их деформативности за счет усиления наклонными стержнями в зоне межблочного шва.

Строительные конструкции, спроектированные с учетом современных норм сейсмостойкого строительства, в основном получены при применении силового метода проектирования сейсмостойких конструкций (Force-Based Design). Цель данного исследования – применить «характеристический метод» сейсмического проектирования (Performance-Based Seismic Design, PBSD) к бетонным строениям. Новая концепция сейсмического проектирование на основе характеристик PBSD является надежным подходом, способным обеспечить более детальную информацию об уровнях работоспособности как конструктивных, так и неструктурных элементов при землетрясении. Методы. В исследовании PBSD был применен к несимметричной железобетонной раме, для чего использовался нелинейный статический метод. Коэффициенты подошвы были выбраны в качестве предельных деформаций при определении характеристик для конкретных уровней сейсмической опасности. Результаты. Показано, что PBSD позволяет получить несущую конструкцию, более устойчивую к сейсмическим нагрузкам, таким образом повышая характеристики эффективности и экономичности. Опираясь на полученные данные, можно заключить, что сейсмический расчет на основе эксплуатационных характеристик, выполненный по описанной методике, удовлетворяет критериям безопасности жизнедеятельности при различной интенсивности землетрясений.