Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy
Статьи журнала - Строительство уникальных зданий и сооружений
Все статьи: 836
Многокритериальная оценка стеклобазальтовых композитов на основе фрактальной геометрии
Статья научная
Объектом исследования являются свойства стеклобазальтопластовых композитных труб и их связь с составом и структурой. Целью данной работы является анализ влияния состава и структуры стеклобазальтопластовых композитных труб на их физико-механические свойства. Метод. Проведены физические эксперименты для измерения и анализа физико-механических свойств стеклобазальтопластовых композитных труб. Эти эксперименты включают испытания на растяжение в окружном направлении, прочность на сжатие и осевой модуль упругости при растяжении. Методология включает использование комбинированной экспертной системы и активного экспериментирования для получения математической модели. Предложенный подход валидирован на заданном уровне эксплуатационных характеристик стеклобазальтопластовых труб. Влияние выбранных параметров состава на целевую функцию оценивается путем анализа коэффициентов уравнений в нормированных единицах. Получены гистограммы, описывающие степень влияния каждого параметра на целевую функцию (физико-механические свойства). Результаты. В результате исследования установлено, что наибольшее влияние на прочностные показатели и модуль упругости оказывают: 1) процентное содержание ровинга Х1, как основного материала труб (композитной матрицы), характеризующегося высокими свойствами, вклад которого по сравнению с другими параметрами Х составляет 87,5 ед.; 2) диаметр волокон Х2, который также оказывает существенное влияние на рассматриваемые свойства. Степень влияния элементов состава и структуры на предел прочности при растяжении составляет 41250 ед. Суммарный вклад компонентов связующего составляет 13750 ед. Структурное влияние составляет 15,0 ед., из них по 7,5 ед. от фрактальной размерности волокна матрицы и фрактальной размерности связующего. Полученные результаты могут быть использованы для экспресс-анализа физико-механических свойств стеклобазальтопластиковых труб в диапазоне эксплуатационных параметров.
Бесплатно
Модели грунтов реализованные в программных комплексах SCAD Office и Plaxis 3D
Статья научная
В статье производится определение и сравнение значений осадок сооружения, полученных по результатам применения нормативной методики СП 22.13330.2011 с осадками, полученными по результатам применения различных моделей грунтов, реализованных в программных комплексах SCAD Office и Plaxis 3D. В статье приводятся теоретические основы каждой из рассматриваемых моделей. В качестве рассматриваемых моделей используются реализованные в SCAD Office модель Пастернака и модель с переменными по площади коэффициентами постели (КРОСС), а также реализованные в Plaxis 3D модель линейно деформируемого полупространства и модель упругопластической среды. Для оценки влияния величины нагружения на осадку рассмотрены 4 варианта нагружения перекрытий здания равномерно распределенной нагрузкой. В каждом варианте нагружения присутствует и нагрузка от собственного веса конструкций. Произведена оценка полученных результатов.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования являются эпоксидные композиты, армированные стекловолокном (GFRP), подвергаемые циклическому термомеханическому нагружению, моделирующему условия эксплуатации таких конструктивных элементов, как дымоходы. В этом исследовании изучается напряженно-деформированное состояние (НДС) GFRP при повторных циклах нагрева и охлаждения, изменяющихся начальных механических напряжениях и длительностях цикла. Целью является разработка усовершенствованной вязкоупругой модели, учитывающей эффекты памяти материала. Метод. Для представления вязкоупругой памяти и остаточного напряжения использовалась усовершенствованная многоэлементная модель Кельвина-Фойгта с последовательно переключаемыми элементами. Скрипт на Python рассчитывал НДС при циклическом нагружении. Механические параметры были получены из кривых релаксации напряжений (30–180 °C). Экспериментальные исследования были проведены на образцах GFRP, и была оценена температура стеклования эпоксидной смолы (~130 °C). Результаты. Экспериментальные данные показали, что композиты GFRP демонстрируют существенно меньшее накопление остаточных напряжений по сравнению с чистым эпоксидным полимером благодаря армированию волокнами. Несмотря на то, что в стеклопластике (GFRP) при определённых условиях (длительное удержание пиковой температуры, переменная продолжительность цикла) наблюдалось небольшое накопление остаточных напряжений, GFRP сохранял достаточную жёсткость даже при 180 °C, превышая температуру стеклования матрицы. Это расширяет диапазон его рабочих температур. Эффекты вязкоупругой памяти и остаточные напряжения в GFRP существенно зависят от состава материала и параметров термического цикла. GFRP демонстрирует заметно более низкие остаточные напряжения и сохраняющуюся жёсткость при температурах выше температуры стеклования матрицы, что делает его пригодным для применения в более широком диапазоне температур. Предложенная модель и экспериментальные данные улучшают прогнозирование НДС и предоставляют ценные инструменты для прогнозирования надёжности и срока службы конструкций из GFRP при циклических термомеханических нагрузках.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования являются стальные вертикальные цилиндрические резервуары для хранения нефтепродуктов несовершенной геометрической формы. Целью данной работы является разработка и апробация нового метода численного решения дифференциальных уравнений на примере компьютерного моделирования напряженно-деформированного состояния резервуара от гидростатической нагрузки; с учетом геометрической и структурной нелинейности. Метод численного решения дифференциальных уравнений основан на геометрической теории многомерной интерполяции, реализованной в точечном исчислении. Компьютерные методы расчета и визуализации результатов моделирования выполнялись с помощью системы компьютерной алгебры Maple. Сравнить результаты моделирования; эталонное решение получено в программном комплексе конечно-элементного анализа SCAD. Расчеты проводились в соответствии с прочностной теорией октаэдрических касательных напряжений или удельной энергии деформации (теория энергии Хубера-Хенки-Мизера). Полученные результаты. Улучшено уравнение моделирования дифференциального напряжения упругой цилиндрической оболочки при осесимметричном нагружении для численного анализа напряженно-деформированного состояния цилиндрического резервуара с геометрическими несовершенствами. Новый метод численного решения дифференциальных уравнений с использованием геометрических интерполянтов показал высокую точность и более высокое быстродействие по сравнению с существующими методами. Получено численное решение напряженно-деформированного состояния стенки резервуара с геометрическими несовершенствами в виде полинома 6-й степени. Предложена новая инженерная методика обследования технического состояния действующих резервуаров для хранения нефтепродуктов с геометрическими несовершенствами.
Бесплатно
Моделирование пожарной нагрузки на конструкции в программном комплексе ANSYS
Статья научная
Широкое применение средств автоматизированного проектирования зданий и сооружений позволяет решать сложные проектные задачи, одной из которых является задача определения пределов огнестойкости конструкций. Целью исследования является анализ распределения температурных полей по сечению элемента и определение сходимости получаемых результатов с существующими методиками определения предела огнестойкости. В статье рассматривается моделирование прогрева металлической конструкции в условиях воздействия температурного нагружения отвечающего температурно-временной кривой стандартного пожара. По результатам исследования получены данные о сходимости результатов численного моделирования c натурными огневыми испытаниями и определены дальнейшие направления деятельности.
Бесплатно
Моделирование пористого материала методом конечных элементов
Статья научная
Использование пористых материалов в промышленном строительстве требует разработки современных неразрушающих алгоритмов исследования и оптимизации эффективных механических свойств этих материалов. В настоящей работе рассмотрен подход к вычислению эффективного модуля упругости хрупкого пористого материала. Доступные оцифрованные данные о геометрии пор образца конвертируется непосредственно в геометрию конечных элементов, строится сетка, состоящих из одинаковых конечных элементов кубической формы. Определено пороговое разрешение, которое позволяет анализировать эффективные свойства пористых материалов без существенной потери точности, что облегчит в будущем решение вопроса о представительности рассматриваемых образцов, а также позволит ускорить процесс решения подобных задач. Описываемый подход может использоваться для моделирования однородных строительных материалов, а так же материалов с включениями в отсутствие геометрических нелинейностей и в пределах линейности модели материала
Бесплатно
Моделирование работы кирпичной кладки на сжатие
Статья научная
Предмет исследования современного состояния области применения каменной кладки характеризуется многообразием конструктивных и технических решений, многообразием характеристик используемых материалов и изделий. Исследования в области прочности и деформативности каменной кладки, в том числе армированной различными способами, актуальны и направлены на повышение степени надежности и безопасности. Метод. Проведены комплексные экспериментальные исследования каменных кладок из различных материалов, в том числе армированных и армированных обоймами. Результаты. Экспериментальным путем получены данные о напряженно-деформированном состоянии и особенностях механизмов разрушения каменной и армокаменной кладки, использованные при разработке теоретических основ и моделей методов расчета диаграммным методом. В результате многолетних экспериментальных исследований получены качественные и количественные характеристики напряженно-деформированного состояния каменной и армокаменной кладки, учитываемые при построении расчетных моделей эксплуатации сжатых конструкций.
Бесплатно
Моделирование температурного поля в силикатном кирпиче в период прогрева заготовки
Статья научная
Одной из составных частей технологического процесса в изготовлении силикатного кирпича является тепловая обработка, в значительной мере определяющая строительно-прочностные свойства готовых изделий. Для моделирования процесса нагревания заготовки используется методика, основанная на решении дифференциального уравнения температурного поля при отсутствии внутренних источников теплоты. Представлены соотношения, описывающие температурное поле заготовки, при изготовлении декоративного силикатного кирпича на первом этапе обработки.
Бесплатно
Статья научная
Использование отходов металлургической промышленности при получении материалов, применяемых в строительстве, в частности, силикатного кирпича, позволяет в значительной мере экономить энергоресурсы. Одной из составных частей технологического процесса в изготовлении силикатного кирпича является тепловая обработка, в значительной мере определяющая строительно- прочностные свойства готовых изделий.Для моделирования процесса нагревания заготовки используется методика, основанная на решении дифференциального уравнения температурного поля при отсутствии внутренних источников теплоты. Предлагается решение уравнения температурного поля с определенными условиями однозначности методом конечных разностей. Для упрощения процесса моделирования рассматривается четвертая часть заготовки исходя из условий геометрической и тепловой симметрии.
Бесплатно
Моделирование узла балка-колонна с помощью микрополярной модели
Статья научная
В данной статье рассмотрена микрополярная модель, позволяющая описать нелинейный процесс разрыхления бетона в постпиковой зоне с помощью разделения относительных деформаций на пластическую и линейную часть, а также их подсчёта на каждой плоскости микропланов. Было проведено несколько численных экспериментов и их результаты сравнены с лаборатырными экспериментами, которые были проведены ранее другими исследователями. Кроме того, результаты сравнивались с расширенной моделью материала Дрюкера-Прагера. Все числовые примеры были смоделированы в среде ANSYS APDL. После выполнения расчетов были получены результаты для процессов нагрузки и разгрузки, получены переменные деформации для данных процессов. Также было произведено сравнение кривых нагрузки-смещения текущей модели и предыдущих исследований (эксперимент и моделирование с SOLID65) для нисходящей и восходящей нагрузки соответственно. Наконец, приведены характерные значения нагрузки и максимальные прогибы. (В этом проекте была проанализирована правильность микрополярной модели с пластичностью на армированных комплексных структурных образцах, которые были сравнены с экспериментальными данными, проведенными ранее с использованием модели конструктивного материала Виллема и Варнке.)
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены основные методы моделирования винтовых соединений, рассмотрен наиболее подходящий способ моделирования в программном комплексе доступном рядовому инженеру.Представлен способ построения расчетной схемы из объемных конечных элементов, рассмотрен пример моделирования контактной задачи, с применением объемных конечных элементов.Данный способ моделирования можно применять при моделировании винтового соединения, в процессе проектирования конструктивных элементов из тонкостенных стальных перфорированных профилей.
Бесплатно
Моделирование фильтрации подземных вод в многослойных пористых средах.
Статья научная
Взаимодействие между поверхностными и подземными водами часто представляет интерес в мелиорации земель, инженерной гидрологии и гидрогеологии. Таким образом, статья посвящена моделированию процесса нестационарной фильтрации жидкости в пластовой системе сэндвич-типа. Подобное исследование очень актуально для Узбекистана, где подобные грунтовые конструкции довольно распространены. Математическая модель фильтрации жидкости разработана на основе уравнений в частных производных параболического типа с граничными условиями. Аналитическое решение проблемы было найдено с помощью преобразования Лапласа. Вычислительные эксперименты проводились для определения изменения давления по длине фильтрационных слоев без учета упругого режима. Было обнаружено, что давление в обоих слоях растет экспоненциально. Поток воды через границу раздела фильтрующих слоев существенно зависит от коэффициента пьезопроводности хорошо проницаемого слоя, а также от коэффициента фильтрации слабопроницаемого слоя. Получено аналитическое решение задачи фильтрации жидкости в система резервуаров сэндвич-типа. Найдено решение задачи определения давления в слабопроницаемом фильтрующем слое. Получена новая обобщенная формула управления штольней скважин, разработанный математический аппарат, позволяющий составить схемы расположения и пропускной способности скважин вертикального дренажа для защиты орошаемых и неорошаемых территорий от затопления, а также защиты грунтовых вод от источников загрязнения. как изолировать уже загрязненные участки.
Бесплатно
Моделирование фильтрационных потоков под гидротехническими сооружениями
Статья научная
При проектировании и эксплуатации осушительных систем недостаточное внимание уделяется возможным изменениям во времени объема отводимой воды. Мы предлагаем математические методы моделирования для более обоснованного выбора параметров многих природно-технических систем, существенного повышения качества проектов, выработки новых технических решений. Представлены модели, алгоритмы и программы для численного моделирования фильтрационных потоков под гидротехническими сооружениями. Такие задачи необходимо решать при проектировании и оптимизации параметров гидротехнических сооружений. Численные алгоритмы реализованы на основе метода конечных элементов. Результаты вычислительных экспериментов подтвердили высокую точность численного алгоритма.
Бесплатно
Модель деловой репутации подрядчика при строительстве здания
Статья научная
Известные методы выбора подрядчика для реализации проекта строительства здания не в полной мере учитывают его деловую репутацию. Это обусловлено отсутствием математических моделей фактического уровня деловой репутации строительной организации для текущего момента времени. Актуальность предлагаемого подхода состоит в разработке интегрального показателя уровня деловой репутации, в котором используются относительные значения факторов репутации, а также их важность для заказчика проекта здания.Целью работы является повышение эффективности принятия решений при обосновании выбора подрядчика на основе данных о его деловой репутации. Цель достигается применением аппарата экспертного оценивания уровней факторов и их важности в структуре деловой репутации.Предложено оценивать уровень деловой репутации подрядчика с помощью математической моделикомплексного показателя этого свойства. Для получения возможности совместного анализа факторов предложено использовать их относительные значения применительно к «эталонным» значениям. Предложенный подход прошел расчетную апробацию применительно к обработке результатов экспертного оценивания факторов деловой репутации подрядчика и показал свою работоспособность. При этом рассмотрены два случая - одинаковая и различная важность факторов. На основе этих результатов сделаны выводы о возможности и условиях применения разработанных алгоритмов и модели.
Бесплатно
Модель перемещений гребня плотины водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС
Статья научная
После аварии в 2009 году оценка эксплуатационной надежности ответственных бетонных сооружений таких, как плотина Саяно-Шушенской ГЭС, актуальна и в первую очередь основывается на исследованиях напряженно-деформированного состояния сооружений и основания, сочетающих математическое моделирование и статистическую обработку натурных и экспериментальных данных. Показано, что более точный учет требований безопасности при построении диспетчерского графика Саяно-Шушенского водохранилища достигается за счет перехода от установленных для некоторых лет из многолетнего ряда ограничений по уровням наполнения водохранилища к показателям установленных динамических критериев безопасности. Таковым показателем является размер радиального перемещения гребня 33 секции плотины Саяно-Шушенской ГЭС. Было выдвинуто предположение о том, что размер перемещения гребня плотины за расчетный интервал времени в различные периоды календарного года может зависеть как от статического напора, так и от изменения напора за расчетный временной интервал. Предположение было проверено на основе анализа данных о радиальных перемещениях гребня 33 секции плотины Саяно-Шушенской ГЭС за 2001-2016 гг. Разработана расчетная модель радиальных перемещений гребня плотины, в которой в качестве исходных данных использовались только показатели водохозяйственных расчетов, что удобно для оперативного планирования безопасных режимов работы гидроузла. Приведено описание модели радиальных перемещений гребня 33 секции плотины в зависимости от напора и изменения напора за расчетный интервал времени. Разработана компьютерная программа и выполнен расчет перемещений гребня плотины за 2001-2016 гг. (360 расчетных интервалов). Дана оценка точности полученных результатов. Показано, что модель позволяет получить перемещения гребня плотины для любого расчетного режима работы водохранилища и для различных наблюдавшихся гидрологических условий. Рекомендовано использование модели для построения диспетчерских графиков при разработке правил использования водных ресурсов Саяно-Шушенского водохранилища на реке Енисей.
Бесплатно
Модель шестиугольной призматической фермы. Спектр частот колебаний
Статья научная
Объект исследования – пространственная ферма. Предложена схема статически определимой фермы башенного типа. Цель исследования – вывести формулы зависимости первой частоты собственных колебаний от размеров конструкции и провести численный анализ спектров семейства регулярных ферм различного порядка. Предполагается, что масса конструкции сосредоточена в узлах фермы. Метод. Для определения аналитических выражений сил в стержнях уравнения равновесия узлов составляются в матричной форме с использованием операторов системы компьютерной математики Maple. Жесткость конструкции, необходимая для расчета частот вибрации, рассчитывается по формуле Максвелла – Мора. Нижняя аналитическая оценка первой частоты получается в приближении Данкерли путем вычисления парциальных частот. Предполагаются только горизонтальные колебания гирь, каждая гиря имеет две степени свободы. Обобщая ряд решений для ферм с последовательно возрастающим числом панелей, получаем зависимость нижней частотной оценки от количества панелей. Полученные результаты. Получена формула для первой частоты колебаний в зависимости от количества панелей. Показано хорошее согласие найденного аналитического решения с численным решением, полученным с учетом всех степеней свободы конструкции. Построены графики зависимости первой частоты и относительной погрешности аналитического решения от количества панелей. С увеличением количества панелей погрешность найденного решения снижается с 7% до 3%. Анализируется собственный частотный спектр фермы. Спектральные изолинии и константы находятся в наборе частот серии регулярных ферм.
Бесплатно
Модификация битумных вяжущих сополимером стирола, бутадиена и стирола и серой
Статья научная
Объектом исследования являются битумные вяжущие, модифицированные стирол-бутадиен-стиролом и серой. Целью данной работы является исследование физико-технических свойств полимерно-битумных вяжущих, модифицированных серой. Рассмотрено влияние стирола-бутадиен-стирола и серы на физико-технические свойства и кратковременное старение полимерно-битумного вяжущего.
Бесплатно
Статья научная
В статье проведено исследование структуры и предложена система характеристик территории городской застройки на основе отраслевой принадлежности городского хозяйства. Авторами разработан алгоритм оценки качества территории городской застройки. Приведены результаты исследования на примере центральных микрорайонов города Архангельск. Структурный анализ с использованием SOM объединил отдельные кварталы г. Архангельск в 5 групп с высоким уровнем сходства характеристик: «Коммерческие», «Перспективного комплексного развития», «Устойчивого развития», «Перспективного обновления жилой застройки», «Инвестиционно-непривлекательные». Определены типовые стратегии развития для каждой группы кварталов. Использование ГИС позволило визуально отразить состояние и оценить качество территорий по совокупности всех параметров, а также оценить качество кварталов по отдельным отраслям. Предложенный метод является универсальным. Он дает возможность варьировать перечнем и совокупностью характеристик. Возможно применять метод для мониторинга и оценки различных территорий вне зависимости от их геолокации и масштаба, а также адаптировать методику для мониторинга различных процессов, протекающих на урбанизированных территориях. «Быстрая» работа алгоритмов позволяет ускорить процесс планирования, вносить корректировки в программы воспроизводства городских территорий в режиме реального времени, сократить затраты времени и ресурсов на мониторинг и анализ данных. Применение предлагаемых методов является механизмом формирования долгосрочной градостроительной стратегии развития территории городской застройки, позволяет осуществлять планирование воспроизводственных мероприятий с учетом их инвестиционной и социальной эффективности.
Бесплатно
Мониторинг технического состояния раздвижной крыши стадиона "Санкт-Петербург арена"
Статья научная
Авторами описывается комплекс мероприятий по разработке и созданию системы непрерывного мониторинга технического состояния конструкции крыши стадиона «Санкт-Петербург Арена», введенного в эксплуатацию в городе Санкт-Петербурге в конце 2016 года. Уникальность конструкции предопределила тщательный анализ расстановки измерительных контроллеров в компьютерной модели объекта диагностирования. В работе дается описание объекта диагностирования в целом и раздвижной крыши, а также указываются точки подключения датчиков измерительных контроллеров с указанием необходимого их количества (использованы тензометры, инклинометры, датчики прогиба, а также метеостанция). Представленные технические решения позволяют передавать результаты мониторинга в городской ситуационный центр, что, в свою очередь, повышает уровень безопасности и снижает риски возникновения чрезвычайных ситуаций на объекте диагностирования.
Бесплатно
