Статья: Изменение теплофизических и механических свойств заторфованных грунтов при уплотнении и промораживании (2024)

Введение. Одним из восходящих архитектурных трендов настоящего времени является повышение комфортности и эстетичности территорий населённых пунктов за счёт художественного благоустройства, значительная роль в котором отводится различным видам малых архитектурных форм. Наиболее бюджетным и в то же время надёжным и долговечным материалом для них является архитектурный бетон. Узким местом использования бетона для изготовления малых архитектурных форм является относительная сложность придания ему сложных пространственных конфигураций. На современном уровне развития технологии бетонных работ данный недостаток может быть легко преодолён за счёт использования технологии строительной 3D-печати. Цель работы – создание эффективных архитектурных бетонов для изготовления малых архитектурных форм методом строительной 3D-печати на основе композиционных вяжущих, содержащих в качестве минеральной добавки выветренные кварцитопесчаники, как один из видов местного энергоэффективного сырья.

Материалы и методы. В разделе приведены сравнительные характеристики выветренных и невыветренных кварцитопесчаников.

Результаты. Представлены данные по динамике помола компонентов; составах и характеристиках композиционных вяжущих и мелкозернистых бетонов на их основе; результатах изготовления опытной партии малых архитектурных форм методом строительной печати.

Обсуждение. Представлено описание и анализ полученных экспериментальных данных. Сформулированы выводы, в которых отмечается, что для организации выпуска современных малых архитектурных форм представляется технология строительной 3D-печати, позволяющая реализовать сложные разнообразные пространственные формы изделий с любым уровнем индивидуализации без повышения издержек.

Заключение. Разработанные формовочные смеси подтвердили высокую эффективность использования выветренного кварцитопесчаника в составе композиционного вяжущего и техногенного песка. Внедрение данных материалов отвечает требованиям энергои ресурсосбережения, так как снижается потребление портландцемента и невозобновляемых природных ресурсов.

Введение. В настоящее время в дорожном строительстве с целью уменьшения энергозатрат и снижения вредных выбросов все более широко применяют технологии теплых асфальтобетонных смесей. Одним из способов понижения температуры приготовления асфальтобетонной смеси является применение добавок на основе природных и синтетических восков. В связи с этим актуальным является изучение влияния восковых добавок на свойства битумного вяжущего как основы асфальтобетонной смеси. Сцепление вяжущего с минеральным заполнителем является важнейшим свойством, определяющим долговечность асфальтобетонного покрытия. Цель данной статьи– изучение влияния добавок на основе синтетических восков на адгезионные свойства битумного вяжущего.

Материалы и методы. Представлены характеристики исследованных добавок на основе синтетических восков: Вискодор ПВ-2, Sasobit и Licomont BS-100. Для моделирования процессов старения вяжущего был использован метод прогрева в тонком слое по ГОСТ 18180 с увеличенным до 9 ч временем термостатирования. Для оценки адгезии исходного и модифицированного битумного вяжущего, а также вяжущего после старения, был применен метод кипячения в воде каменного материала, покрытого битумом, и оценка внешнего вида в соответствии с ГОСТ 11508. Изучение механизма сцепления битумного вяжущего с минеральным заполнителем проводилось посредством спектрального анализа.

Результаты и обсуждение. Произведен анализ влияния добавок на основе синтетических восков на сцепление битумного вяжущего с минеральным материалом. Выявлено изменение адгезионных свойств модифицированного исследуемыми добавками битума при термоокислительном старении. Проведено сравнение ИК-спектров исходного и модифицированного битума до и после взаимодействия с каменным материалом и определены различия в механизмах влияния вводимых добавок на сцепление с минеральным заполнителем. Установлено, что добавка Вискодор ПВ-2 значительно улучшает адгезию битума. При этом эффект улучшения адгезии указанной добавкой сохраняется и после термоокислительного старения, хотя несколько снижается. Импортные добавки Sasobit и LicomontBS-100 оказывают меньшее влияние на адгезионные свойства битума.

Заключение. Полученные результаты показывают, что применение добавок на основе синтетических восков улучшает адгезионные свойства битума, что положительно отразится на долговечности дорожного покрытия. Так как отечественная добавка Вискодор ПВ-2 превосходит по эффекту улучшения адгезионных свойств известные добавки Sasobit и Licomont BS-100, внедрение в производство исследуемой добавки взамен дорогостоящих импортных позволит одновременно улучшить качество асфальтобетонного покрытия и уменьшить его стоимость.

Введение. Увеличение интенсивности дорожного движения и перспективы развития высокоскоростного железнодорожного транспорта требуют решения проблемы эффективности виброзащиты объектов транспортной инфраструктуры путем разработки инновационных решений. В настоящее время вопросы борьбы с вибрацией по отношению к пролетным сооружениям мостов и путепроводов являются недостаточно изученными. Цель работы – исследование перспективных направлений виброзащиты мостовых сооружений на основе применения динамических гасителей колебаний.

Материалы и методы. Для достижения поставленной цели исследования и реализации эффективных технических решений в области виброзащиты мостовых сооружений предлагается усовершенствованная конструкция динамического гасителя колебаний, в которой инерционная масса закреплена на двух пружинах, верхняя из которых связана с защищаемой от вибрации конструкцией, а нижняя пружина – с основанием или фундаментом объекта. Гашение колебаний при этом производится за счет колебаний в противофазе свободным и вынужденным колебаниям защищаемого от вибраций объекта вспомогательных инерционных масс. Данное техническое решение позволяет уравновесить силы упругого взаимодействия демпфирующего устройства и защищаемого от вибрации объекта и моменты от этих сил.

Результаты. В результате выполнения экспериментальных исследований установленного на вибростенде макетного образца усовершенствованного динамического гасителя колебаний установлено, что уровни вибрации по всем направлениям существенно снизились, в том числе в вертикальном направлении в 5,7 раз.

Обсуждение и заключение. Полученные положительные результаты экспериментов и относительная простота предлагаемой конструкции позволяют предложить данный метод виброзащиты пролетных строений как для вновь проектируемых, так и для уже находящихся в эксплуатации объектов. Особенно важным является минимизация возможности возникновения резонансных явлений и галопирования. Результаты исследования позволят в перспективе обеспечить эффективность виброзащиты колеблющихся машин, механизмов и объектов инфраструктуры.

Введение. В соответствии с законодательством Российской Федерации и действующей нормативной документацией при проектировании зданий и сооружений повышенного уровня ответственности необходимо производить расчет на прогрессирующее обрушение, вызванное вследствие возникновения аварийной ситуации. Выделяют четыре метода анализа зданий и сооружений на прогрессирующее обрушение: линейно-упругий статический (квазистатический), нелинейный статический, линейно-упругий динамический, нелинейный динамический. Считается, что наиболее эффективной будет являться комплексная процедура анализа с использованием всех четырех методов, но такой комплексный анализ дает определенную нагрузку на инженера-конструктора, поэтому целесообразней всего применять какой-то один метод. В данной статье описаны особенности расчета металлических конструкций на прогрессирующее обрушение квазистатическим методом.

Материалы и методы. В качестве исследуемого объекта был взят отсек производственного здания с повышенным классом ответственности. Статический расчет пространственной схемы и конструктивный расчет элементов каркаса выполнялся в программе Лира 10.12. В работе на примере исследуемого объекта проанализировали три варианта перехода от первичной расчетной схемы к вторичной. Кроме того, дополнительно рассмотрели еще два варианта, которые не подразумевают удаления из расчетной схемы несущих элементов после отказа их работы.

Результаты. Несмотря на то, что для выбранных колонн при проверке на прогрессирующее обрушение получились неоднозначные результаты по полным перемещениям узлов, примыкающих к удаляемым (раскрепляемым) в результате особого воздействия нижним концам колонн и что некоторые элементы не прошли проверку на РСУ, данную расчетную схему следует считать устойчивой к прогрессирующему обрушению.

Обсуждение и заключение. Используемые варианты расчета на прогрессирующее обрушение квазистатическим методом при проверке расчетной схемы на РСУ дают практически совпадающие результаты. Отличие вариантов расчета, где использовалось удаление частей элементов, в которых происходит отказ их работы, от вариантов, где использовалось раскрепление данных элементов, составило 2-3%.

Введение. Расчет дорожных одежд по критериям прочности выполняют для расчетного периода года, когда влажность грунтов достигает наибольших значений. Такая влажность называется расчетной и устанавливается путем определения наибольшего значения при заданной односторонней доверительной вероятности с учетом различных поправок на рельеф местности, конструкции земляного полотна и укрепления обочин. Казалось бы, сделано все правильно, но в ряде случаев расчетная влажность достигает больших значений, находящихся в пределах 80…90% от влажности на границе текучести. Такие значения расчетной влажности больше полной влагоемкости некоторых разновидностей грунтов. В этом случае нарушена физика процесса водонасыщения грунта.

Материалы и методы. Для вычисление полной влагоемкости использованы физические основы инженерной геологии, базирующиеся на трехфазной физической модели дисперсного грунта. В этой модели каждая из трех фаз (твердая, жидкая и газообразная) занимает определенный объем, а минеральные частицы и жидкость обладают массой и весом. На основе данной модели получены классические фундаментальные формулы, позволяющие определять любую физическую характеристику грунта. Для расчета полной влагоемкости применены данные фундаментальные зависимости. Расчет полной влагоемкости использован при построении линии нулевого содержания воздуха в грунте при его стандартном уплотнении. Показано, что полная влагоемкость, изображенная на этой линии, является наибольшей влажностью для грунта, уплотненного до данного состояния.

Результаты. Предложен способ вычисления полной влагоемкости грунта при различных коэффициентах уплотнения. В качестве минимально возможного коэффициента уплотнения принимается его величина в зимний период. Эта величина вычисляется с учетом поправки Ю. М. Васильева и А. С. Еремина, учитывающей разуплотнение грунта при замерзании воды. Полная влагоемкость грунта, вычисленная при минимальном коэффициенте уплотнения, представляет собой предельное значение, которое расчетная влажность превышать не может.

Заключение. Изложены представления авторов о физическом состоянии грунтов, согласно которым их расчетная влажность не может превышать полную влагоемкость при данной степени уплотнения. Поэтому величину расчетной влажности, выраженную в долях от влажности на границе текучести Wр / WТ, предлагается ограничить относительным значением полной влагоемкости Wsut / WТ.

Актуальность. При движении транспортного средства могут возникать режимы, сопровождающиеся повышенным скольжением колеса с отрицательным вязким трением, характеризуемым снижением силы трения при росте скорости скольжения. В данных случаях может возникать потеря устойчивости, влекущая за собой возбуждение автоколебательных явлений в электромеханической системе (дорога-колесо-механический привод-электродвигатель). Зарождение данного процесса резко повышает динамическую нагруженность системы, что может привести к выходу её из строя, поломке. Вследствие этого разработка методов подавления автоколебательных явлений считается актуальной задачей.

Цель исследования. Проверка работоспособности и эффективности метода подавления автоколебаний в электромеханической системе привода колеса при торможении транспортного средства. Материалы и методы. С помощью анализа функции Ляпунова для электромеханической системы привода колеса обоснован метод подавления автоколебательных явлений. Исследование же работоспособности алгоритма выполнено с применением программного комплекса Matlab Simulink.

Результаты исследования. Доказана методами имитационного математического моделирования работоспособность и эффективность алгоритма, что позволяет в дальнейшем его использовать при разработке систем управления движением. В случае торможения транспортного средства, оснащённого антиблокировочной системой с функцией подавления автоколебаний на скользком опорном основании, наблюдается снижение амплитуд колебаний угловых скоростей колёс на 80% и тормозных моментов на 96%. При торможении данного транспортного средства на опорном основании с высоким коэффициентом сцепления амплитуды снижаются на 98% по угловым скоростям и на 81% по крутящим моментам. При имитационном моделировании динамики торможения транспортного средства на опорном основании с низкими сцепными свойствами также показано, что в данных случаях манёвр уклонения удаётся совершить, это свидетельствует о повышении управляемости и активной безопасности машины.

Заключение. Практическая ценность исследования заключается в возможности использования разработанного алгоритма подавления автоколебаний при практическом применении в составе систем управления транспортным средством. Разработанный алгоритм может быть использован на транспортных средствах различного класса, оснащённых индивидуальным тяговым электроприводом ведущих колёс.

Введение. Современные колесные транспортные средства (КТС) с электрическими и гибридными силовыми установками (ЭСУ и ГСУ) становятся все более распространенными. Очевидно, что с ростом количества КТС с ЭСУ и ГСУ возникает необходимость в проведении полноценного и качественного исследования рабочих процессов КТС как на этапах производства и доводки на предприятиях-изготовителях, так и в условиях эксплуатации на станциях технического обслуживания (СТО) и прочих организациях. Исследование технического состояния КТС с ЭСУ и ГСУ с классической компоновкой силового агрегата и трансмиссии (привод на переднюю или заднюю ось) вполне возможен на существующих стендах. Но при исследовании КТС с ЭСУ и ГСУ с полным приводом или с электродвигателем-генератором (ЭГ) на каждое ведущее колесо возникает проблема, связанная с отсутствием методов и средств для измерения силы тяги, индивидуально на каждом колесе.

Материалы и методы. В данном разделе приводится анализ возможностей проведения исследования технического состояния КТС с ЭСУ и ГСУ на современных силовых и инерционных стендах, реализующих принцип обратимости движения.

Результаты. Разработаны методы исследования тягово-динамических свойств КТС с ЭСУ и ГСУ, в ходе реализации которых предлагается использовать созданный исследовательский стендовый комплекс, включающий гибридный стенд с управляющими и измерительными системами, позволяющими определять силы и мощность на ведущих колёсах КТС, а также временные и кинематические параметры процесса его функционирования. В ходе экспериментальных исследований получены результаты процессов функционирования автомобилей Kia Soul EV и Toyota Prius NHW20, выполнен анализ их силовых и кинематических параметров.

Заключение. В результате исследования доказано, что для обеспечения высокоинформативных и стабильных тестовых режимов функционирования КТС в процессе исследования их тягово-динамических свойств необходимо использовать гибридные стенды.

Введение. В рамках трансформации отрасли пассажирских перевозок Российской Федерации определена актуальность оценки текущего состояния системы транспортного обслуживания населения в субъектах Российской Федерации на основе параметров, заложенных в действующих и перспективных нормативно-правовых актах.

Материалы и методы. В работе использованы актуальные нормативно-правовые акты федерального и регионального уровня в области транспортного обслуживания населения, данные административно-территориального деления субъекта РФ, действующие реестры межмуниципальных и муниципальных маршрутов, статистическая информация по численности населения. Использованы следующие методы исследования: анализ, опрос, формализация.

Результаты. В исследовании представлена разработанная авторами методика экспресс-оценки текущего состояния системы транспортного обслуживания населения в субъекте Российской Федерации, включающая алгоритм ее применения. Методика базируется на оценке шести критериев, являющихся укрупненными показателями параметров транспортного обслуживания населения в областях доступности, безопасности, надежности и комфортности. Приведены результаты апробации методики на территории Омской области.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты позволяют определить проблемные территории, для которых необходимо разработать и реализовать мероприятия по повышению качества транспортного обслуживания населения в краткосрочной перспективе. Предложенная методика не является заменой методик, утвержденных действующими нормативно-правовыми актами, и может применяться на начальном этапе разработки и актуализации документов транспортного планирования субъекта Российской Федерации.

Введение. Рост территории городов стал причиной необходимости переноса полигонов утилизации твердых коммунальных (бытовых) отходов (ТКО) в более удаленные места на новые площадки. Существенным фактором являются представления и подходы к планированию перевозок грузов, раздельное планирование отдельных заявок не позволяет с достаточной точностью определить результаты будущей работы, поскольку такой подход не позволяет учесть наличие взаимодействия подвижного состава с разных маршрутов между собой и погрузочными машинами. Целью исследования является проектирование перевозок ТКО в областном сообщении на основе дискретного подхода и теоретических положений оперативного планирования грузовых автомобильных перевозок.

Материалы и методы. В рамках проведенного исследования применялся нормативный подход при планировании затрат на перевозку грузов и дескриптивные модели описания функционирования автотранспортных систем областных автомобильных перевозок грузов.

Результаты обсуждения. Решение задач по проектированию перевозок грузов, в том числе и в областном сообщении, обусловлено необходимостью заблаговременно, до опыта знания результатов будущей деятельности, поскольку работу автомобильного транспорта накопить, а потом исправить, невозможно. Результаты перевозок грузов зависят от множества факторов, в том числе от наличия методики проектирования, позволяющей адекватно отобразить процессы их выполнения. Применение математического моделирования позволило достоверно построить планы перевозки ТКО и определить величины затрат на их реализацию.

Заключение. Выявлено, что возможные простои, как автопоездов, так и экскаваторов, являются причиной невыполнения оперативного плана перевозок, определенного раздельным планированием. Использование одного и того же подвижного состава для клиентов с различными расстояниями перевозок на территории области будет сопровождаться разными затратами.

Введение. В статье предложен энергетический подход к анализу рабочего процесса фрезерования асфальтобетонных покрытий. Рабочий процесс резания асфальтобетона рассматривается как совокупность процессов разрушения каменной фракции, битумных связей и прочих явлений, не связанных с образованием новых поверхностей. Анализ выполнен на основе оценки соотношения энергии, затраченной на фрезерование в целом, и энергии, затраченной на формирование новых поверхностей отдельных фракций асфальтобетонного гранулята и щебенчатого заполнителя.

Материалы и методы. Работа построена на основе экспериментальных исследований гранулометрического состава асфальтобетонного гранулята, полученного при фрезеровании щебеночно-мастичного асфальтобетонного покрытия, и отдельно каменной фракции асфальтобетона, полученной путем выжигания битумной матрицы. Также использован стандартный метод для определения удельной энергии разрушения битумных связей при определении сопротивляемости разрушению образца на растяжении при расколе.

Результаты. В результате рассева получены гранулометрические кривые состава асфальтобетонного гранулята и каменной фракции. Расчетными методами определены составляющие затрат энергии на образование новых поверхностей асфальтобетонного гранулята и новых поверхностей каменной фракции.

Обсуждение и заключение. В итоге работы получены количественные соотношения различных фракций асфальтобетонного гранулята щебеночно-мастичного асфальтобетона, образующегося при фрезеровании, а также степень дробления каменных фракций. Определены удельные затраты энергии при фрезеровании асфальтобетона. Установлено, что наибольшая часть энергии при фрезеровании (64,7% для данного исследования) затрачивается на разрушение битумных связей. Подавляющая часть этой энергии расходуется на образование мелкой фракции гранулята. На разрушение каменной фракции затрачивается незначительная часть энергии. В целом доля затрат энергии, направленной на образование новых поверхностей для указанного исследования, составляет 66,14% от общих затрат энергии. Отмечается перспективность гранулометрического анализа для оценки эффективности процесса фрезерования асфальтобетона.

Введение. Промышленные тракторные агрегаты отличаются от сельскохозяйственных тракторных агрегатов большим весом рабочего оборудования, широким диапазоном грунтовых условий и цикличностью технологического цикла. Неотъемлемой частью работы бульдозерных агрегатов является буксование, не регламентируемое ГОСТ. Однако значительное буксование приводит к падению рабочей скорости и технической производительности. Поэтому подходы, выработанные для оптимизации производительности гусеничных сельскохозяйственных тракторных агрегатов (где буксование регламентируется на уровне 5%), требуют уточнения. Цель исследования. Определить влияние удельных тягово-скоростных характеристик бульдозерного агрегата на его техническую производительность.

Материалы и методы. Техническая производительность определялась как отношение объема разработанного грунта ко времени рабочего цикла. Объем разработанного грунта был выражен через удельные тяговые параметры тракторного агрегата. Время рабочего цикла выражалось через скоростные параметры тракторного агрегата. В результате получена зависимость технической производительности от удельных тягово-скоростных параметров промышленного тракторного агрегата.

Результаты. Анализ полученной зависимости показал наличие ярко выраженного максимума, который для бульдозерного агрегата наблюдается при буксовании 18%. Определены оптимальные удельные тяговые усилия для различных грунтовых условий. Оценка скоростных показателей бульдозерного агрегата показала возможность дополнительного увеличения технической производительности за счет роста рабочей скорости.

Заключение. Получен коэффициент производительности, позволяющий сравнивать техническую производительность тракторных агрегатов различных классов. Выявлено, что для бульдозерных агрегатов с полужесткой подвеской, работающих на плотных грунтах, оптимальные удельные тяговые усилия составляют 0,75…0,89. Дальнейшее повышение технической производительности возможно за счет увеличения рабочей скорости, обязательной при сохранении (или увеличении) отношения скорости холостого хода к скорости рабочего хода.

Введение. Перечислены экспериментально выявленные недостатки отечественных комплексных приборов безопасности в части ограничения грузоподъемности и регистрации параметров. Обоснованы причины, по которым недопустимо переоснащение кранов под управлением зарубежных систем безопасности на существующие отечественные приборы. Предложено обеспечивать безопасность таких кранов за счет разработки приборов безопасности, учитывающих динамические характеристики конкретного крана и алгоритмы управления его приводами.

Материалы и методы. Исследование проведено с использованием разработанного прибора безопасности, реализующего функции ограничения грузоподъемности, автоматического определения параметров алгоритма ОГП, определения интенсивности работы крана в целом. Приведено описание данных алгоритмов применительно к кранам, оснащенным частотной системой управления. Экспериментальное определение эксплуатационных параметров прибора проведено на мостовом кране, оснащенном системой безопасности ControlPro (KoneCranes).

Результаты. Применение прибора позволило снизить коэффициент динамичности при подъеме с подхватом во всём диапазоне масс поднимаемых грузов. При подъеме околономинальных грузов зафиксировано двукратное снижение динамической составляющей. Точность определения характеристического числа составила 1,3%.

Обсуждение и заключение. Продемонстрировано, что разработанный алгоритм ограничения грузоподъемности позволил не только повысить защищенность крана, но и снизить нагрузки на него, в сравнении со штатной системой безопасности. Точность определения рабочих параметров в условиях реального технологического процесса удовлетворяет требованиям нормативной документации. Таким образом, показана допустимость дублирования или замены части функций штатной системы безопасности путем применения разработанного прибора.

Введение. Реверсивные виброплиты – грунтоуплотняющие машины с плоским рабочим органом, оснащенные двумя и более дебалансными валами и обладающие возможностью реверсирования направления и скорости передвижения. Для привода реверсивных виброплит могут применяться бензиновые, дизельные или электрические двигатели. Эффективная работа реверсивных виброплит возможна только при рациональном подборе технических характеристик, а именно: частоты колебаний и вынуждающей силы вибровозбудителя, ширины основания, мощности двигателя и т. д. Чтобы установить взаимосвязь между техническими характеристиками реверсивных виброплит, оценить влияние типа двигателя на основные параметры, а также выявить направления совершенствования данного вида техники, был выполнен статистический анализ.

Материалы и методы. Были рассмотрены 484 модели реверсивных виброплит. Информация о моделях взята с официальных сайтов производителей и дилеров. Обработка данных выполнена в программе Microsoft Excel.

Результаты. Определены диапазоны изменения основных параметров, а также получены уравнения регрессии взаимосвязей частоты колебаний вибровозбудителя, вынуждающей силы, ширины основания, мощности двигателя, относительной вынуждающей силы и массы реверсивных виброплит. Для каждой регрессионной зависимости получены коэффициенты детерминации. Исследовано влияние типа двигателя на диапазоны изменения основных параметров реверсивных виброплит.

Заключение. Тип двигателя практически не влияет на значения параметров реверсивных виброплит в соответствующих диапазонах масс. Относительно невысокие значения коэффициентов детерминации позволяют сделать предположение о том, что производители не обладают достоверными методиками для обоснования технических характеристик реверсивных виброплит. Полученные зависимости могут быть рекомендованы для обоснования некоторых технических характеристик реверсивных виброплит. В последние десятилетия существенно возросли значения частоты колебаний и относительной вынуждающей силы, что оказывает влияние на характер взаимодействия реверсивных виброплит с грунтом.