ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Приводятся результаты экспериментально-теоретических исследований, разработанных большепролетных сборно-монолитных железобетонных оболочек сложной геометрии, собираемых из укрупненных монтажных элементов. Исследования проводились на натурных составных оболочках пролетом 48 и 96 м, ее укрупненных элементов 3х18м и 3х24м, а также на модели оболочки в масштабе 1:10 и 1:4. Исследовано напряженно-деформированное состояние оболочек подобного типа при разных вариантах монтажа и раскружаливания конструкции. Даются рекомендации по рациональным методам возведения оболочек из укрупненных элементов для уникальных зданий общественного назначения.

В современном строительном комплексе г. Москвы для защиты зданий и сооружений от техногенной вибрации, возникающей от движения составов рельсового транспорта (поездов метрополитена, линий железной дороги и трамваев) используются слоистые резинометаллические виброизоляторы [1]. Чаще всего для определения их статических и динамических характеристик применяют метод конечного элемента (МКЭ), который позволяет определить все компоненты напряженно-деформированного состояния и частоты свободных колебаний в нагруженном состоянии практически для любых конструктивных форм изоляторов. Однако, для наиболее популярных программных комплексов, реализующих МКЭ, задача оптимизации конструктивной формы виброизолятора все еще требует значительных временных затрат на многократное изменение расчетной сетки конечных элементов, повторного задания граничных условий и реализацию серии расчетов. Лишь некоторые из программных комплексов, реализующих МКЭ, решают оптимизационные задачи формы рассчитываемого изделия, чаще всего, это относятся к иностранным программным продуктам с универсальным функционалом. Наиболее близко к методу конечного элемента (МКЭ) по своим вычислительным возможностям соответствует вариационно-разностный метод (ВРМ). С использованием ВРМ возможно создать программные модули, многократно автоматически решающие трехмерные задачи теории упругости с учетом изменившейся геометрии виброизолятора: габаритов изделия, расположения перфораций в пределах резиновых слоев, а также толщин резинового слоя и других параметров, важных для получения эффективного технического решения для виброизоляции зданий. Далее в статье описывается методика реализации вариационно-разностного метода (ВРМ) применительно к решению задачи определения компонент напряженно-деформированного состояния внутри трехмерного слоистого виброизолятора с перфорациями различных размеров, имеющими различное расположение относительно контура виброизолятора, т.е. приводится решение задачи оптимизации трехмерной формы виброизолятора.

В большинстве современных исследований, как правило, не учитывается случайный характер сейсмического воздействия, которое является ярко выраженным нестационарным случайным процессом. Адекватная оценка сейсмостойкости зданий и сооружений возможна только на основе методик, позволяющих учесть большую изменчивость параметров сейсмического воздействия. В статье представлена вероятностная методика расчета многоэтажных железобетонных зданий, проектируемых в сейсмически районах с учетом физической, геометрической и конструктивной нелинейности, а также взаимодействия сооружения с нелинейно-деформируемым основанием. Разработанная методика позволяет обеспечить требуемый уровень сейсмостойкости для проектируемых зданий на основе критерия необрушения. В качестве примера рассматривается расчет многоэтажного железобетонного здания. Внешнее сейсмическое воздействие рассматривается в виде нестационарного случайного процесса, который получен посредством умножения стационарного случайного процесса на детерминированную огибающую функцию. Для моделирования нелинейной работы железобетонных конструкций используется модель бетона с функцией накопления повреждений при циклических нагрузках, а также учитывающая деградацию прочности и жесткости материала при интенсивном землетрясении. Расчет проводился с использованием явных методов интегрирования уравнений движения на вычислительном кластере с применением технологии параллельных вычислений. Представленная методика позволяет исследовать характер разрушения железобетонных конструкций при интенсивных землетрясениях и выявлять зоны с дефицитом несущей способности. Предлагаемый вероятностный подход к моделированию сейсмического воздействия как реализации нестационарного случайного процесса с заданными параметрами совместно с учетом нелинейного деформирования железобетонных конструкций здания и основания позволяет управлять уровнем надежности и проектировать здания с заданной обеспеченностью сейсмостойкости.

В публикации представлены результаты опытного конструирования корпуса закладного датчика напряжений, позволяющего определять напряжения в сечении масштабных лабораторных монолитных конструкций, выполненных на основе минеральных и полимерных вяжущих (бетон, гипс и т.п.). Задачами конструирования являлась разработка конструктивного решения корпуса датчика напряжения на основе тензорезисторов, имеющего малые размеры, низкую стоимость изготовления, а также высокую разрешающую способность и стабильность показаний на всем участке чувствительности (напряжение до 400 кгс/см2).Датчик напряжения позволяет с высокой точностью определять напряжение в лабораторных конструкциях, не оказывая значительного влияния на напряженно-деформированное состояние сечения на разных этапах работы конструктивного элемента.

Основными показателями долговечности, которые характеризуют время работы конструкции до наступления аварийного состояния, являются общий срок службы и остаточный срок эксплуатации, определение которых позволяет более обоснованно подойти к вопросу планирования текущего или капитального ремонта в здании.Рассмотрены наиболее распространенные инженерные методики, которые позволяют прогнозировать для железобетонных конструкций остаточный срок эксплуатации: по нормативным срокам и объектам-аналогам, по внешним признакам, на основе изменения коэффициентов запаса и по критерию прочности. Для ряда методик приведены их модификации. По результатам анализа методик были установлены их основные преимущества и недостатки.В качестве предложения по совершенствованию существующих подходов предложена методика, в которой за остаточный срок эксплуатации принят интервал между визуальными обследованиями.

В железобетонных балках может возникать местная низкая прочность бетона при определенных условиях, например, плохая практика строительства может вызвать такие проблемы как пустоты в бетоне, образование полостей на поверхности, образование трещин в блоках, появление поверхностных раковин и создать участки с низкой прочностью бетона. В этом исследовании представлена реакция изгибаемых шарнирно опертых железобетонных балок с различными местными участками низкой прочности бетона вдоль пролета. Для описания свойств бетона приняты модифицированные модели, а для свойств стали -идеальная упругопластическая модель. Балка разделена на три основные части: одна чувствительна к изгибающему моменту, вторая чувствительна к сдвигу, а третья чувствительна к сцеплению. Переменные включали два типа прочности бетона и один диаметр арматуры. Результаты исследования показывают, что наиболее критическая область с низкой прочностью бетона вдоль пролета балки представляет собой зону вблизи опор, что отражается на пластичности кривых нагрузка-прогиб. Разработана новая обобщенная эмпирическая модель для предсказания эффекта снижения несущей способности от местного низкопрочного бетона.