WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

Pages:   || 2 |

«И РЕКОНСТРУКЦИЯ Научно-технический журнал Учредитель – федеральное государственное бюджетное образовательное Издается с 2003 года. учреждение высшего образования Выходит шесть раз в ...»

-- [ Страница 1 ] --

СТРОИТЕЛЬСТВО

И РЕКОНСТРУКЦИЯ

Научно-технический журнал

Учредитель – федеральное государственное бюджетное образовательное

Издается с 2003 года .

учреждение высшего образования

Выходит шесть раз в год .

«Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева»

№5 (79) 2018 (ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева») сентябрь-октябрь

Редакционный совет:

Содержание Пилипенко О.В. д-р техн. наук., проф., председатель Голенков В.А. д-р техн. наук, проф., Колонка главного редактора …………………………………………………………..3 зам. председателя Пузанкова Е.Н. д-р пед. наук, проф., Теория инженерных сооружений .

зам. председателя Радченко С.Ю. д.т.н., проф., Строительные конструкции зам. председателя Борзенков М.И. канд. техн. наук, доц., Деминов П.Д. К оценке статистических параметров железобетонной секретарь балки на упругом основании, имеющем стохастические характеристики... 5 Авдеев Ф.С. д-р пед. наук, проф .

Демьянов А.И., Наумов Н.В., Колчунов Вл. И. Некоторые результаты Астафичев П.А. д-р юрид. наук, проф .

экспериментальных исследований составных железобетонных Желтикова И.В. канд. филос. наук, доц .

Иванова Т.Н. д-р техн. наук., проф. конструкций при кручении с изгибом ……………………………………………….. 13 Зомитева Г.М. канд. экон. наук, доц. Курнавина С.О., Грачев А.Н. Критерий образования сквозных трещин при Колчунов В.И. д-р техн. наук., проф .

циклическом изгибе железобетонных конструкций …………………………….. 24 Константинов И.С. д-р техн. наук, проф .

Орлович Р. Б., Беспалов В. В., Семенова М. Д. О совместной работе Коськин А.В. д-р техн. наук., проф .

каменных арок и стен ………………………………………………………………… Новиков А.Н. д-р техн. наук., проф. 32 Попова Л.В. д-р экон. наук., проф. Себешев В.Г., Коршунов И.С. Учет взаимной корреляции геометрических Уварова В.И. канд. филос. наук., доц. ха

–  –  –

20 октября 2018 года в Смоленске на базе ФГБОУ ВО «Смоленский государственный университет» (СмолГУ) было проведено общее годичное собрание Центрального территориального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук (ЦТО РААСН), в котором приняли участие ведущие ученые в области строительства и архитектуры практически из всех регионов Центрального федерального округа РФ и г. Москва (рисунок 1). Информационную поддержку собранию оказал научно-технический журнал «Строительство и реконструкция», в котором только за неполный 2018 год опубликовано 14 статей ученых ЦТО РААСН .

Рисунок 1 - Участники собрания ЦТО РААСН во время экскурсии в Свято-Успенский кафедральный собор г. Смоленска .

На собрании президентом РААСН, академиком А.В. Кузьминым был представлен доклад (рисунок 2) о современных проблемах в области градостроительства и создания комфортной среды жизнедеятельности в России, был рассмотрен отчет председателя ЦТО РААСН, академика В.И. Колчунова об итогах деятельности отделения за 2018 год. Выступили вице-президент РААСН, академик В.И. Травуш и главный ученый секретарь РААСН, академик П.А. Акимов с докладами об основных направлениях работы РААСН в 2019 г. и задачах, стоящих перед Центральным территориальным отделением РААСН. Председатель экспертного совета по строительству и архитектуре ВАК при Министерстве науки и высшего образования РФ, член-корреспондент РААСН В.Л. Мондрус выступил с докладом о критериях оценки деятельности диссертационных советов по защите кандидатских и докторских диссертаций. В рамках собрания были обсуждены основные научно-творческих мероприятий ЦТО РААСН на 2019 год и вопросы, связанные с деятельностью представительств ЦТО в городах Центрального федерального округа. Выступили и.о. ректора СмолГУ, проф .





М.Н. Артеменков, академик РААСН Е.М. Чернышов, академик РААСН С.В. Федосов, руководитель отдела региональных структур Академии, советник РААСН С.П. Кудрявцев, членкорреспондент РААСН, ректор ЮЗГУ С.Г. Емельянов, советник РААСН, ректор БГИТУ В.А. Егорушкин .

Рисунок 2 – Выступление президента РААСН, академикаА.В. Кузьмина на собрании ЦТО с докладом о современных проблемах в области градостроительства и создания комфортной среды жизнедеятельности в России Во ступительном слове М.Н. Артеменков отметил, что проведение общего годичного собрания ЦТО РААСН в СмолГУ будет содействовать дальнейшему развитию творческих связей между РААСН, СмолГУ, профильными проектными и производственными организациями строительного комплекса региона для решения задач подготовки профессиональных кадров, развития и внедрения инноваций. С благодарностью за содействие в подготовке и проведении общего собрания ЦТО РААСН к и.о. ректора СмолГУ М.Н. Артеменкову, а также сотрудникам университета обратился президент РААСН, академик А.В. Кузьмин .

Ответственный секретарь редакционной коллегии журнала «Строительство и реконструкция», к.т.н. С.Ю. Савин Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции

ТЕОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ .

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

УДК 624.072.225 ДЕМИНОВ П.Д .

К ОЦЕНКЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ БАЛКИ НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ,

ИМЕЮЩЕМ СТОХАСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Представлены результаты расчета железобетонной балки на упругом статистически неоднородном основании основании. Приводятся вероятностные параметры прочностных характеристик бетона и арматуры. Изгибная жесткость балки рассматривается как случайная величина, а внешняя нагрузка и коэффициент отпора основания как случайные стационарные функции. Получены выражения для параметров распределений с учетом верояностно природы величин, влияющих на жесткость железобетонной балки до и после образования трещин, момента трещиностойкости и несущей способност. Определена верояность разрушения балки со случайными параметрами, лежащей на случайном основании под действием случайной нагрузки .

При этом рссмотрено два случая разрушения железобетонной балки: первый случай разрушения возникает при симметричном армировании и при несимметричном армировании при относительно прочном бетоне, второй случай разрушения возникает при относительно слабом бетоне от раздавливания сжатой зоны бетона. Определена вероятность наступления первого случая разрушения и построено суммарное распредение несущей способности. Определена вероятность превышения ширины раскрытия нормальных трещинв балке на упругом основании допустимой величины .

Ключевые слова: железобетонная балка, упругое основание, вероятные значения, случайные характеристики, среднее квадратическое отклонение .

1. Исходные положения Рассматривается бесконечно длинная железобетонная балка на упругом основании, подчиняющемся гипотезе Винклера, загруженная нагрузкой С ( х ). Сечение балки - прямоугольное, имеет размеры b, h. В случае загружения балки системой сосредоточенных грузов армирование балки может быть как симметричным, так и несимметричным .

Изгибная жесткость балки B рассматривается как случайная величина, а внешняя нагрузка q(х) и коэффициент отпора основания С(х) как случайные стационарные функции координаты х .

() Для q(x) и С(х) считаются известными их математические ожидания ( ) и корреляционные функции () () (1) где - дисперсии коэффициента отпора грунта и внешней нагрузки на балку;

,, - коэффициенты, методика определения которых приведена в работе [1];

– расстояние между произвольными коррелированными сечениями балки .

Для обеспечения надёжного аппарата решения задач, связанных с вероятностной оценкой, необходимо провести ряд мероприятий, обеспечивающих их статистический анализ [2-5] .

Из множества параметров, определяющих сопротивление железобетонной балки, можно выделить три основные группы. В первую группу входят ярко выраженные случай

–  –  –

ные величины: кубиковая прочность бетона R и предел текучести арматуры. Данные величины обязательно должны задаваться в вероятностной форме .

Действующие нормативные документы допускают принимать прочность бетона и арматуры, распределёнными по нормальному закону. Тогда, как показано в [6], математические ожидания R,, средние квадратические отклонения, оэффициенты вариации кубиковой прочности бетона и предела текучести арматуры, соответственно, можно записать в виде, (2) где – нормативное значение кубиковой прочности бетона и нормативное сопротивление арматуры;

– число средних квадратических отклонений кубиковой прочности, бетона и предела текучести арматуры, позволяющих достичь требуемых обеспеченностей нормативных и расчетных значений прочностей. Для нормального распределения вероятностей для нормативных значений прочностных характеристик 1,64 с обеспеченностью 0,9495, а для расчетных значений с обеспеченностью 0,9985;

- коэффициенты надёжности по бетону и арматуре, которые принимаются в, соответствии с действующими нормативными документами [7] .

Вторую группу образуют многочисленные эмпирические зависимости теории железобетона, связывающие наиболее вероятные значения характеристик балки, например, зависимость прочности бетона на растяжение, призменной прочности бетона начального модуля упругости бетона от кубиковой прочности бетона R, различные детерминистские выражения для жесткости балки, момента образования трещин, разрушающего момента и т.д. Большинство этих зависимостей является корреляционными, но, как показывают эксперименты, погрешность перечисленных детерминистских формул меньше, чем погрешность вследствие разброса величин и R. Поэтому в первом приближении статистический характер зависимостей этой группы можно не учитывать .

Третью группу образуют такие параметры, как размеры поперечного сечения балки, площадь арматуры, привязки арматурных стержней к граням сечения и т. п. Как правило, разброс в этих величинах очень незначителен, и вполне допустимо принимать их детерминированными. Ниже в вероятностной форме мы будем задавать только параметры первой группы .

2. Модель деформирования и разрушения железобетонной балки Параметры модели железобетонных конструкций, непосредственно включающиеся в работу при различных воздействиях рассмотрены в [8]. Известно, что жесткость на изгиб железобетонной балки меняется в зависимости от величины действующего в сечении изгибающего момента М. Наблюдается некоторое уменьшение жесткости по мере приближения М к моменту образования трещин за счет увеличения деформативности растянутого бетона при развитии в нём напряжений, близких к прочности бетона растяжение затем следует резкое падение жесткости вследствие образования трещин [9,10]. После этого жесткость еще некоторое время снижается из-за постоянного выключения из работы участков растянутого бетона над трещинами и между трещинами, после чего процесс стабилизируется. Наконец, при приближении М к предельному для сечения моменту начинаются пластические деформации арматуры и величина быстро падает до нуля .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции

–  –  –

() () ()

–  –  –

() () () () () () () ( ) дисперсия () () () () () () () ( ) () () () ( ) ( ) ( ) - параметры распределения изгибающих где моментов в железобетонной балке на упругом стохастическом основании .

Тогда вероятность разрушения балки будет равна () ( ) () () () ( ) ( )

–  –  –

В выражениях (10) и (11) обозначено:

Несмотря на сложный характер связи с R в формуле (14), жесткость после образования трещин оказывается нормально распределенной с характеристиками, равными:

математическое ожидание () ( ) среднее квадратические отклонение () ( )

–  –  –

, (22) где математическое ожидание эмпирического коэффициента ;

стандарт эмпирического коэффициента Ширина раскрытия нормальных трещин в опасном сечении оказывается нормально распределенной с функцией плотности вероятности и характеристиками, вычисляемыми по формулам (21) и (22). Вероятность того, что ширина раскрытия нормальных трещин превысит допустимое значение [ ], будет равна:

( ) ( ) Вывод Получены статистические характеристики распределений случайных параметров железобетонных балок на упругом основании, в том числе жесткости балки до и после образования нормальных трещин, предельного момента и ширины раскрытия нормальных трещин, что позволяет производить расчет конструкций на упругом основании в вероятностной постановке .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Благонадёжин В.Л., Кудрявцев Е.П. Статистическое исследование деформаций песчаных оснований и трубопроводов подъемных волноводных линий связи // В кн.: Доклады научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 1964-1965 г. М., 1965 (МЭИ) .

2. Тамразян А.Г. Бетон и железобетон - взгляд в будущее // Вестник МГСУ. 2014. № 4. С. 181-183 .

3. Тамразян А.Г. Основные принципы оценки риска при проектировании зданий и сооружений // Вестник МГСУ. 2011. № 2-1. С. 21-27 .

4. Тамразян А.Г. К задачам мониторинга риска зданий и сооружений // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2013. № 3 (170). С. 19-21 .

5. Тамразян А.Г. Рекомендации к разработке требований к живучести зданий и сооружений // Вестник МГСУ. 2011. № 2-1. С.77-83 .

6. Рекомендации по оценке и обеспечению надежности транспортных сооружений. ЦНИИС Минтрансстроя СССР, М., 1989 .

7. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменениями N 1, 2). М., 2015 .

8. Tamrazyan A., Avetisyan L. Estimation of load bearing capacity of eccentrically compressed reinforced concrete elements under dynamic loading in fire conditions // Applied Mechanics and Materials. 2014. Т. 638-640 .

Pp.62-65 .

9. Aizikovich S., Vasiliev A., Trubchik I., Evich L., Ambalova E., Sevostianov I. Analytical solution for the bending of a plate on a functionally graded layer of complex structure // Advanced structured materials. 2011. Vol. 15 .

Pp. 15-28 .

10. Юрьев А.Г., Рубанов В.Г., Горшков А.С. Расчет многослойных плит на упругом основании // Вестник Белгородского государственного технического университета им. В.Г. Шухова. 2007. № 1. С. 51-59 .

11. Исследование жесткости и трещиностойкости конструкций на упругом основании из несвязного грунта с сопоставлением результатов с результатами исследований для статически определимых систем. Техсентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции нический отчет, ВНИИГ, Л., 1970 .

12. Синицын А.П. Расчет балок и плит на упругом основании за пределом упругости (пособие для проектировщиков). Москва: Стройиздат. 1974. 176 с .

13. Бирулин Ю. Ф., Петрова К.В. Образование, раскрытие и закрытие трещин в нормальных сечениях железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. 1971. № 5 .

14. Гуща Ю.П. Исследование ширины раскрытия нормальных трещин // В сб. «Прочность и жесткость железобетонных конструкций». М., 1971 .

Деминов Павел Дмитриевич Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва, Россия, Кандидат технических наук, доцент кафедры железобетонных и каменных конструкций, E-mail: p-deminov@mail.ru

–  –  –

STATISTICAL PARAMETERS OF A REINFORCED CONCRETE

BEAM LAYING ON ELASTIC FOUNDATION

WITH STOCHASTIC CHARACTERISTICS

The results of the calculation of a reinforced concrete beam on an elastic foundation are presented. The physical (strength) and geometric distributions of the parameters of the reinforced concrete beams and foundation soils are given, as well as the probabilistic parameters of the opening width of normal cracks. A model of deformation and fracture of a reinforced concrete beam is considered depending on the magnitude of the bending moment acting in the cross section. The probability of breaking the beam from the action of the bending moment is obtained .

Key words: reinforced concrete beam, elastic base, probable values, random characteristics, mean square deviation .

REFERENCES

1. Blagonadozhin V.L., Kudryavtsev Ye.P. Statisticheskoye issledovaniye deformatsiy peschanykh osnovaniy i truboprovodov pod"yemnykh volnovodnykh liniy svyazi [Statistical study of the deformations of sandy foundations and pipelines of lifting waveguide communication lines]. Doklady nauchno-tekhnicheskoy konferentsii po itogam nauchno-issledovatel'skikh rabot za 1964-1965 [Thesises of scientific and technical conference on the basis of 1964reseaching results]. Moscow, 1965 (MEI). (rus)

2. Tamrazyan A.G. Beton i zhelezobeton - vzglyad v budushcheye [Concrete and reinforced concrete - a look into the future]. Vestnik MGSU. 2014. No 4. Pp. 181-183. (rus)

3. Tamrazyan A.G. Osnovnyye printsipy otsenki riska pri proyektirovanii zdaniy i sooruzheniy [The basic principles of risk assessment in the design of buildings and structures]. Vestnik MGSU. 2011. No 2-1. Pp. 21-27. (rus)

4. Tamrazyan A.G. K zadacham monitoringa riska zdaniy i sooruzheniy [Towards the risk monitoring of buildings and structures]. Stroitel'nyye mate-rialy, oborudovaniye, tekhnologii XXI veka. 2013. No 3 (170). pp. 19-21 .

(rus)

5. Tamrazyan A.G. Rekomendatsii k razrabotke trebovaniy k zhivuchesti zdaniy i sooruzheniy [Recommendations for the development of requirements for survivability of buildings and structures]. Vestnik MGSU. 2011. No 2Pp.77-83. (rus)

6. Rekomendatsii po otsenke i obespecheniyu nadezhnosti transportnykh sooruzheniy. TSNIIS Mintransstroya SSSR [Recommendations for assessing and ensuring the reliability of transport facilities. ZNIIS Ministry of Transport and Construction of the USSR], Moscow, 1989. (rus)

7. Russian Building Code SP 63.13330.2012 Betonnyye i zhelezobetonnyye konstruktsii. Osnovnyye polozheniya. Aktua-lizirovannaya redaktsiya SNiP 52-01-2003 (s Izmeneniyami N 1, 2) [Concrete and reinforced concrete structures. The main provisions. The updated edition of SNiP 52-01-2003 (with Amendments N 1, 2)]. Moscow, 2015. (rus)

8. Tamrazyan A., Avetisyan L. Estimation of load bearing capacity of eccentrically compressed reinforced concrete elements under dynamic loading in fire conditions. Applied Mechanics and Materials. 2014. T. 638-640 .

Pp.62-65 .

–  –  –

9. Aizikovich S., Vasiliev A., Trubchik I., Evich L., Ambalova E., Sevostianov I. Analytical solution for the bending of a plate on a functionally graded layer of complex structure. Advanced structured materials. 2011. Vol. 15 .

Pp. 15-28 .

10. Yur'yev A.G., Rubanov V.G., Gorshkov A.S. Raschet mnogosloynykh plit na uprugom osnovanii [Calculation of multilayer plates on an elastic base]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im .

V.G. Shukhova. 2007. No 1. Pp. 51-59. (rus)

11. Issledovaniye zhestkosti i treshchinostoykosti konstruktsiy na uprugom osnovanii iz ne-svyaznogo grunta s sopostavleniyem rezul'tatov s rezul'tatami issledovaniy dlya staticheski opredeli-mykh sistem. Tekhnicheskiy otchet, VNIIG [Investigation of the rigidity and crack resistance of structures on an elastic base of non-cohesive soil with a comparison of the results with the results of research for statically defined systems. Technical Report, VNIIG]. Leningrad, 1970. (rus)

12. Sinitsyn A.P. Raschet balok i plit na uprugom osnovanii za predelom uprugosti (posobiye dlya proyektirovshchikov) [Calculation of beams and slabs on an elastic foundation beyond the limit of elasticity (manual for designers)]. Moscow: Stroyizdat. 1974. 176 p. (rus)

13. Birulin YU. F., Petrova K.V. Obrazovaniye, raskrytiye i zakrytiye treshchin v normal'nykh se-cheniyakh zhelezobetonnykh konstruktsiy [Formation, opening and closing of cracks in normal sections of reinforced concrete structures]. Beton i zhelezobeton. 1971. No 5 .

14. Gushcha YU.P. Issledovaniye shiriny raskrytiya normal'nykh treshchin [Investigation of the width of the opening of normal cracks]. V sb. Prochnost' i zhestkost' zhelezobetonnykh konstruktsiy ["Strength and rigidity of reinforced concrete structures"]. Moscow, 1971. (rus) Deminov Pavel D .

National research Moscow state University of Civil Engineering, Moscow, Russia, PhD, Associated Professor of Reinforced Concrete and Masonry Structures Department, E-mail: p-deminov@mail.ru

–  –  –

УДК 624.012.45 ДЕМЬЯНОВ А.И., НАУМОВ Н.В., КОЛЧУНОВ ВЛ. И .

НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ СОСТАВНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

КОНСТРУКЦИЙ ПРИ КРУЧЕНИИ С ИЗГИБОМ

Разработана программа и методика экспериментальных исследований железобетонных конструкций при кручении с изгибом, основной целью которой является проверка расчетных предпосылок и экспериментального определения расчетных параметров предлагаемой методики расчета .

Проведены экспериментальные исследования с целью проверки предлагаемого расчетного аппарата и уточнения закономерностей для определения прогибов, углов поворота крайних сечений, напряжений в сжатой зоне бетона. Для анализа в статье приведены типичная для эксперимента схема образования и развития трещин в виде развертки, а также характерные графики зависимости углов поворота торцевых сечений .

Ключевые слова: железобетонные конструкции, сопротивление кручению с изгибом, экспериментальная установка, углы поворота, прогибы, раскрытие пространственных трещин, экспериментальная проверка расчетной модели, углы поворота .

Постановка проблемы. Современная строительная промышленность постоянно сталкивается с необходимостью применения железобетонных конструкций в сложных и ответственных зданиях и сооружениях, что обуславливает необходимость развития методов расчета железобетонных конструкций и совершенствования теории железобетона .

В практике строительства все чаще используются составные конструкции, к которым относят, например, конструкции получаемые в ходе усиления существующих частей зданий и сооружений, а также сборно-монолитный железобетон .

Существующие железобетонные конструкции зачастую находятся в сложнодеформированном состоянии. Причиной этого служит то, что помимо изгиба, в них может возникать крутящий момент, обусловленный наличием некоторого эксцентриситета. Эксцентриситет возникает из-за асимметричности сечений, внецентренного приложения нагрузок или неоднородности материала, а также может носить случайный характер (неточность изготовления или монтажа конструкций). Сопротивление кручению с изгибом – это достаточно сложное явление, и для его описания требуется привлечение целого ряда гипотез, подтвержденных экспериментально .

Анализ достижений и публикаций. Кручение с изгибом железобетонных конструкций остается одной из наименее изученных областей, как в теоретическом плане, так и в плане экспериментального подтверждения имеющихся [1, 2] и разрабатываемых [3–5] расчетных моделей. В современной теории железобетона накоплено сравнительно мало фактических данных о поведении составных железобетонных конструкций и их напряженнодеформированном состоянии, в весьма малой степени изучены эффекты, связанные с нарушением сплошности железобетона [3–5] .

При построении модели деформирования составных железобетонных конструкций при кручении с изгибом первостепенное значение имеют входящие в нее рабочие предпосылки и расчетные параметры. В число этих параметров входит сопротивление областей, прилегающих к местам пересечения трещинами рабочей арматуры. Здесь, согласно последсентябрь-октябрь) 13 Строительство и реконструкция ним экспериментальным исследованиям [6–11], возникает деформационный эффект (эффект нарушения сплошности). По результатам исследований профессоров В.М. Бондаренко, Вл .

И. Колчунова [8] влияние этого эффекта на равновесие усилий в поперечном сечении может составлять до 40% .

Из этого следует, что при разработке методики и программы экспериментальных исследований особое внимание следует уделять возможности экспериментальной проверки параметров, входящих в предлагаемую расчетную модель, в частности – определение углов поворота и прогибов расчетных сечений, схем образования, развития и раскрытия трещин, а также деформирования арматуры и бетона в сложно напряженных областях исследуемых железобетонных конструкций. В процессе проведения экспериментов требуется фиксировать образование, развитие и раскрытие трещин на специальных планшетах с помощью миллиметровой бумаги и карандашной кальки в масштабе один к одному. Значительную пользу приносит ведение журнала экспериментальных наблюдений, в котором фиксируются основные особенности наблюдаемого процесса, происходящего при сопротивлении испытываемой экспериментальной конструкции. Данные, которые были получены в ходе проведения экспериментальных исследований войдут в банк опытных данных и смогут дать более полное представление об особенностях сопротивления железобетона в целом .

Исследовательская часть. Цели и задачи эксперимента. Основной целью проведения экспериментальных исследований является проверка предложенной расчетной модели и лежащих в основе нее рабочих предпосылок, а также выявление закономерностей деформирования, появления, развития и раскрытия трещин составных железобетонных конструкций в сложном напряженно-деформированном состоянии при совместном действии кручения с изгибом .

Проверка построенной расчетной модели и заложенных в ее основу рабочих гипотез, в перспективе могут поспособствовать увеличению эффективности проектирования железобетонных конструкций .

Задачи, решавшиеся при подготовке и проведении экспериментальных исследований железобетонных конструкций на кручение с изгибом:

1) Обзор и анализ существующих расчетных предложений и проведенных экспериментальных исследований .

2) Разработка и дальнейшее усовершенствование методики проведения экспериментальных исследований железобетонных составных конструкций при кручении с изгибом, а также анализ их результатов .

3) Экспериментальная проверка лежащих в основе разработанной расчетной модели положений и рабочих гипотез .

4) Сопоставительный анализ закономерностей опытного деформирования железобетонных составных конструкций при кручении с изгибом и результатов расчета по предложенной модели .

Конструкции опытных образцов. Программа проведения эксперимента предусматривает испытание конструкций двух типов: балочного типа (I) и плитного типа (II). Характеристики конструкций приведены в таблице 1. Экспериментальные образцы изготовлены в заводских условиях по чертежам (см. рис. 1) из бетонов двух типов – В20 и В30, рабочее армирование выполнено из стержневой арматуры 10-А240-С по ГОСТ 5781-82, с хомутами из проволочной арматуры 3-Вр1 по ГОСТ 6727-80. Число конструкций для испытаний было принято с учетом варьирования их длины, класса бетона и положения рабочего шва .

Значения характеристик арматуры были определены в соответствии с действующими стандартами. При этом было испытано по пять стержней длиной 400 мм каждого диаметра (3 Вр-1, 10А240С) .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции

–  –  –

С целью определения характеристик прочности и деформативности бетона одновременно с основными экспериментальными конструкциями изготавливались вспомогательные бетонные образцы из бетонов того же состава: бетонные призмы сечением 100100400 – 12 шт. (по 6 шт. для каждого сочетания бетонов) и кубы сечением 100100100 – 12 шт. (по 6 шт. для бетона каждого класса) .

Методика проведения эксперимента. Исследование работы составных конструкций при кручении с изгибом и разработка модели их деформирования невозможны без достоверных экспериментальных данных. С целью их получения на кафедре уникальных зданий и сооружений Юго-западного государственного университета была создана экспериментальная установка (подробности см. [11]). Она состоит из каркаса, закрепленной на нем системы рычагов, опорной площадки, траверсы и ножей для передачи нагрузки, а также подвесной площадки для нагружения. Экспериментальная установка дает возможность реализовывать намеченную схему нагружения (рис. 2). В перечень измерительной аппаратуры, используемой при проведении исследований, входят: индикаторы часового типа цифровые SYLVAC S_Dial WORK (BASIC) с ценой деления 0,001 мм, тензометрическая станция АИД-4 с релейным переключателем на 120 каналов и комплектом тензорезисторов (базой 20 мм), динамометр ДОСМ-3-3, микроскоп МПБ-3М. При проведении испытаний нагружение выполняется гравитационным способом, с использованием предварительно взвешенных грузов. Взвешивание грузов производится на весах рычажного типа с ценой деления 5 грамм. Схема приложения нагрузок и размещения измерительной аппаратуры показаны на рис. 2 .

На рисунке 2 приняты следующие обозначения: ичт1 – прогибомер, индикатор часового типа для измерения перемещений испытываемой конструкции установленный в левой части конструкции, на дальнем краю рычага для передачи нагрузки на торцевую её часть;

ичт2 – прогибомер, индикатор часового типа для измерения перемещений испытываемой конструкции установленный в левой части конструкции, на её краю, находящемся с противоположной стороны от ичт1; ичт3 – прогибомер, индикатор часового типа для измерения перемещений испытываемой конструкции установленный в центральной части конструкции по центру ширины образца; ичт4 – прогибомер, индикатор часового типа для измерения перемещений испытываемой конструкции установленный в правой части конструкции, на дальнем краю рычага для передачи нагрузки на торцевую её часть; ичт5 – прогибомер, индикатор часового типа для измерения перемещений испытываемой конструкции установленный в правой части конструкции, на её краю, находящемся с противоположной стороны от ичт4; т1–т4 – розетка из 4-х тензорезисторов под углом 45o друг к другу, наклеенных на бесентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений .

Строительные конструкции тон с передней стороны конструкции; т5–т8 – розетка из 4-х тензорезисторов под углом 45o друг к другу, наклеенных на бетон с задней стороны конструкции .

Рисунок 2 – Схема размещения измерительных приборов и приложения нагрузок Перед началом экспериментальных исследований испытываемые конструкции тщательно осматривались на предмет наличия сколов, деформаций и начальных трещин. Каждый образец в ходе эксперимента доводился до разрушения, с целью получения максимального количества данных. Нагружение производилось поэтапно – на каждом этапе нагружение увеличивалось на 3от предполагаемой разрушающей нагрузки. Между нагружениями выдерживалась пауза 5 минут, она увеличивалась до 15 минут после образования трещин в конструкции. На каждом этапе нагружения считывались данные по показаниям тензодатчиков и прогибомеров, после образования трещин данные считывались дважды – сразу после нагружения и по прошествии 15 минут. Испытываемая конструкция во время выдерживания паузы осматривалась на предмет образования трещин. Замеченные трещины помечались маркером, также арабскими цифрами обозначался их порядковый номер, а римскими цифрами - этап нагружения на котором они появились. Ширина раскрытия предполагаемой разрушающей трещины измерялась микроскопом в трех местах: в точке пересечения со стержнем основного армирования, в точке пересечения с ближайшим хомутом и посередине между ними. После завершения эксперимента картина трещин зарисовывалась на специальные планшеты в масштабе 1:1 (см. рис.3) .

В ходе проведения эксперимента наблюдалась определенная закономерность – трещины по которым происходило разрушение конструкций балочного типа (I) появлялись на боковых гранях образцов, а трещины, по которым происходило разрушение конструкций плитного типа (II), на верхней и нижней гранях .

–  –  –

Экспериментальные исследования позволили заметно уточнить зависимости для определения прогибов, углов поворота крайних сечений (рис. 4, 5), напряжений в сжатой зоне бетона .

–  –  –

Экспериментально определены следующие параметры: ширины раскрытия трещин вдоль всего профиля трещины, на уровне центров продольной и поперечной растянутой арматуры (рис.3), углы поворота торцевых сечений (рис.4, 5), деформации бетона с обеих сторон сжатой зоны, а также прогибы в средней части и в крайних сечениях конструкции при сложном напряженно-деформированном состоянии кручения с изгибом .

На приведенных графиках можно проследить характерные зависимости: при небольших значениях приложенной нагрузки (приблизительно до 1150кгс для Б1 и до 1400кгс для Б4) углы поворота медленно растут с её увеличением, что выражается в большом угле наклона графиков, но чем сильнее растет нагрузка, тем быстрее начинают расти углы поворота, график становится значительно более пологим, это продолжается до момента разрушения. Наибольшие значения углов поворота, зафиксированные в эксперименте: 2,83 при нагрузке 2044кгс для элемента Б1-2; 2,42 при нагрузке 2066кгс для элемента Б4-1 .

Помимо основной серии испытаний, когда нагрузка передавалась через приваренные к закладным деталям экспериментальных образцов консоли, была проведена дополнительная серия с использованием образцов Б3-2, Б6-1 и Б6-2. При этой схеме испытаний нагрузка на образцы передавалась через специальные ключи, надевавшиеся непосредственно на образец .

Выводы и перспективы дальнейшего развития. Разработка методики эксперимента и проведение экспериментальных исследований составных железобетонных конструкций позволяют выполнить проверку предложенной расчетной модели и гипотез, на которых она основана .

Помимо того, в ходе исследований происходит получение данных о сложном напряженнодеформированном состоянии при совместном действии кручения с изгибом .

Проведенные экспериментальные исследования касаются ряда вопросов, связанных с разработкой расчетного аппарата железобетонных конструкций при совместном действии кручения с изгибом, а также позволяют убедиться в адекватности рабочих гипотез при изменении длины образцов, величин крутящего и изгибающего моментов, а также различных положениях рабочего шва .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Клюева Н. В., Яковенко И.А., Усенко Н.В. К расчету ширины раскрытия наклонных трещин третьего типа в составных железобетонных конструкциях // Промышленное и гражданское строительство. 2014. №2. С .

8–11 .

2. Клюева Н.В., Колчунов В.И., Рыпаков Д.А.. Бухтиярова А.С. Жилые и общественные здания из железобетонных панельно-рамных элементов индустриального производства // Жилищное строительство. 2015 .

№5. С. 69–75

3. Сальников А. С., Колчунов Вл.И., Яковенко И.А. Расчетная модель образования пространственных трещин первого вида при кручении с изгибом // Промышленное и гражданское строительство. 2015. №3. С. 35– 40 .

4. Сальников А. С., Колчунов В.И., Колчунов В.И. Методика расчета предельной нагрузки и координат образования пространственной трещины первого вида в железобетонных конструкциях при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция. 2015. №6(62). С. 49– 56 .

5. Сальников А. С., Клюева Н.В., Колчунов В.И. Метод определения минимальной нагрузки и координат образования пространственной трещины в железобетонных конструкциях при кручении с изгибом // Промышленное и гражданское строительство. 2016. №1. С. 52–57 .

6. Демьянов А. И., Сальников А.С., Колчунов Вл.И. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций при кручении с изгибом и анализ их результатов // Строительство и реконструкция. 2017 .

№4(72). С. 17– 26 .

7. Демьянов А. И., Покусаев А.А., Колчунов Вл.И. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция. 2017. №5(73). С. 5– 14 .

8. Бондаренко В. М., Колчунов В.И. Расчетные модели силового сопротивления железобетона: монография. М. : АСВ, 2004. 472 c .

9. Голышев А.Б., Колчунов В.И. Сопротивление железобетона: монография. К. : Основа, 2009. 432 с .

10. Колчунов Вл. И., Сальников А.С. Экспериментальные исследования трещинообразования железобетонных конструкций при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция. 2016. №3(65). С. 24– 32 .

11. Демьянов А. И., Наумов Н.В., Колчунов Вл.И. Программа и методика экспериментальных исследований составных железобетонных конструкций при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция .

2018. №1(75). С. 22– 30 .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) 21 Строительство и реконструкция Демьянов Алексей Иванович ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет», г. Курск, Россия, Кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры промышленного и гражданского строительства, E-mail: speccompany@gmail.com Наумов Николай Валерьевич ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет», г. Курск, Россия, Аспирант, E-mail: kolua199200@yandex.ru Колчунов Владимир Иванович ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет», г. Курск, Россия, Доктор технических наук, профессор, профессор кафедры уникальных зданий и сооружений, E-mail: vlik52@mail.ruт

–  –  –

SOME RESULTS OF THE EXPERIMENTAL STUDIES

OF COMPOSITE REINFORCED CONCRETE STRUCTURES

UNDER THE ACTION OF TORSION WITH BENDING

It is proposed the program and methodology for experimental studies of reinforced concrete structures under the action of torsion with bending. The main purpose is to check the calculation assumptions and to determine experimentally the design parameters of the proposed calculation method .

Experimental studies have been carried out to check the proposed calculation apparatus and refine the regularities for determining the deflections, the angles of rotation of the cross-sections, and the stresses in the compressed zone of the concrete. The article presents the most typical scheme for the formation and development of cracks in the unfolded form, as well as characteristic graphs of the angles of rotation of the end cross-sections of structures for analysis .

Keywords: reinforced concrete structures, torsion with bending resistance, pilot installation, angles of rotation, deflections, spatial cracks expansion, experimental verification of calculation model, angles of rotation .

REFERENCES

1. Klyuyeva N. V., Yakovenko I.A., Usenko N.V. K raschetu shiriny raskrytiya naklonnykh treshchin tret'yego tipa v sostavnykh zhelezobetonnykh konstruktsiyakh [To the calculation of the width of the opening inclined cracks of the third type in composite reinforced concrete structures]. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitel'stvo. 2014. No 2 .

Pp. 8–11. (rus)

2. Klyuyeva N.V., Kolchunov V.I., Rypakov D.A. Bukhtiyarova A.S. Zhilyye i obshchestvennyye zdaniya iz zhelezobetonnykh panel'no-ramnykh elementov industrial'nogo proizvodstva [Residential and public buildings of reinforced concrete panel-frame elements of industrial production]. Zhilishchnoye stroitel'stvo. 2015. No 5. Pp. 69–75. (rus)

3. Sal'nikov A. S., Kolchunov Vl.I., Yakovenko I.A. Raschetnaya model' obrazovaniya prostran-stvennykh treshchin pervogo vida pri kruchenii s izgibom [The computational model of the formation of spatial cracks of the first type in torsion with a bend]. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitel'stvo. 2015. No 3. Pp. 35–40. (rus)

4. Sal'nikov A. S., Kolchunov V.I., Kolchunov V.I. Metodika rascheta predel'noy nagruzki i ko-ordinat obrazovaniya prostranstvennoy treshchiny pervogo vida v zhelezobetonnykh konstruktsiyakh pri kruchenii s izgibom [Method of calculating the maximum load and the coordinates of the formation of a spatial crack of the first type in reinforced concrete structures under torsion with a bend]. Building and Reconstruction. 2015. No 6(62). Pp. 49– 56. (rus)

5. Sal'nikov A. S., Klyuyeva N.V., Kolchunov V.I. Metod opredeleniya minimal'noy nagruzki i koordinat obrazovaniya prostranstvennoy treshchiny v zhelezobetonnykh konstruktsiyakh pri kruchenii s izgibom [The method for determining the minimum load and coordinates of the formation of a spatial crack in reinforced concrete structures during torsion with bending]. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitel'stvo. 2016. No 1. Pp. 52–57. (rus) _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции

6. Dem'yanov A. I., Sal'nikov A.S., Kolchunov Vl.I. Eksperimental'nyye issledovaniya zhelezobe-tonnykh konstruktsiy pri kruchenii s izgibom i analiz ikh rezul'tatov [Experimental studies of ferro-concrete structures in torsion with bending and analysis of their results]. Building and Reconstruction. 2017. No 4(72). Pp. 17– 26. (rus)

7. Dem'yanov A. I., Pokusayev A.A., Kolchunov Vl.I. Eksperimental'nyye issledovaniya zhelezobe-tonnykh konstruktsiy pri kruchenii s izgibom [Experimental studies of ferro-concrete structures in torsion with a bend]. Building and Reconstruction. 2017. No 5(73). Pp. 5– 14. (rus)

8. Bondarenko V. M., Kolchunov V.I. Raschetnyye modeli silovogo soprotivleniya zhelezobetona: monografiya [Computational models of reinforced concrete strength resistance: monograph]. Moscow: ASV Publishing, 2004 .

472 p. (r us)

9. Golyshev A.B., Kolchunov V.I. Soprotivleniye zhelezobetona: monografiya [Reinforced concrete resistance:

monograph]. Kiev: Osnova Publishing, 2009. 432 p. (rus)

10. Kolchunov Vl. I., Sal'nikov A.S. Eksperimental'nyye issledovaniya treshchinoobrazovaniya zhelezobetonnykh konstruktsiy pri kruchenii s izgibom [Experimental studies of the cracking of reinforced concrete structures in torsion with a bend]. Building and Reconstruction. 2016. No 3(65). Pp. 24– 32. (rus)

11. Dem'yanov A. I., Naumov N.V., Kolchunov Vl.I. Programma i metodika eksperimental'nykh is-sledovaniy sostavnykh zhelezobetonnykh konstruktsiy pri kruchenii s izgibom [Program and Methods of Experimental Studies of Composite Reinforced Concrete Structures in Torsion with a Bend]. Building and Reconstruction. 2018. No 1(75). Pp .

22– 30. (rus) Dem’yanov Alexey I .

Southwest State University, Kursk, Russia, Candidate of Technical Sciences (PhD), assistant professor, assistant professor of Industrial and Civil Engineering Department, E-mail: speccompany@gmail.com Naumov Nikolai V .

South-Western State University, Kursk, Russia, Post-graduate student, E-mail: kolua199200@yandex.ru Kolchunov Vladimir I .

South-Western State University, Kursk, Russia, Doctor of technical Sciences, professor, professor of Unique Building and Structures Department, E-mail: vlik52@mail.ru

–  –  –

УДК 624.04 КУРНАВИНА С.О., ГРАЧЕВ А.Н .

КРИТЕРИЙ ОБРАЗОВАНИЯ СКВОЗНЫХ ТРЕЩИН

ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В расчетах железобетонных зданий на сейсмические воздействия допускается развитие пластических деформаций в конструкциях. Для оценки их предельного состояния и возможности разрушения необходим комплекс критериев, одним из которых является критерий, предотвращающий развитие сквозных трещин в изгибаемых элементах вследствие пластических деформаций арматуры .
В качестве такого критерия предлагается предельное значение коэффициента пластичности по кривизне. Разработан метод расчета нормальных сечений при знакопеременных циклических воздействиях, и на его основе построены зависимости предельного коэффициента пластичности от коэффициента армирования для тавровых и прямоугольных сечений. По результатам расчета даны практические рекомендации по ограничению коэффициентов армирования изгибаемых элементов при знакопеременных воздействиях большой интенсивности .

Ключевые слова: сейсмостойкость, сквозные трещины, критерии предельного состояния .

Введение. Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений является одной из важнейших задач при проектировании и возведении объектов в сейсмически опасных районах. Современные методы расчета железобетонных зданий на сейсмические воздействия, отраженные в действующих нормах, предусматривают развитие пластических деформаций и локальных разрушений в элементах конструкций [1, 2, 3, 4]. При этом предпочтительно образование пластических зон в изгибаемых элементах .

В настоящее время идет интенсивная разработка и развитие методов прямого динамического расчета зданий во временной области. В связи с этим возникает проблема определения критериев предельного состояния, оценивающих работу конструкций в пластической стадии при знакопеременных воздействиях [5, 6, 7, 8]. Эту задачу невозможно решить с помощью какого-либо одного критерия. Необходим целый комплекс критериев, оценивающих различные особенности работы зданий при сейсмических воздействиях [7, 8, 9] .

Значительные пластические деформации арматуры при знакопеременном воздействии могут вызвать образование несомкнутых сквозных нормальных трещин, которые в свою очередь могут привести к разрушению конструкции под действием поперечной силы [10, 11]. Необходим критерий предельного состояния, предотвращающий возникновение таких трещин. Для его определения разработан метод расчета нормальных сечений железобетонных изгибаемых элементов, учитывающий особенности их напряженно-деформированного состояния и историю нагружения конструкций [12, 13] .

Модели и методы. Блок-схема метода расчета представлена на рисунке 1. Рассматривалось незначительное количество полуциклов нагружения, поэтому не учитывались усталостные явления. Также не учитывалась потеря устойчивости арматурных стержней от сжатия и потеря сцепления арматуры с бетоном .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции

–  –  –

где Eb - переменный по высоте сечения касательный модуль бетона, Es j, As j, ys j - модуль упругости, площадь и координата соответствующего арматурного стержня .

Значения напряжений в бетоне и арматуре определялись на основе переменных упругопластических диаграмм (см. рисунок 2) .

Для арматуры использовалась билинейная упруго-пластическая диаграмма Прандтля .

Разгрузка происходила по прямой, параллельной начальному нагружению .

Для бетона принята параболическая диаграмма b - b с нисходящим участком, ограниченным предельной деформацией, как для сжатия, так и для растяжения [14, 15]. Влияние скорости нагружения на динамические диаграммы бетона и арматуры учитывалось путем введения коэффициентов динамического упрочнения. При превышении деформациями предельного отрицательного значения происходило выключение слоя из работы сечения. Таким _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) 25 Строительство и реконструкция образом, моделировалось раскрытие нормальной трещины. Напряжения в слое оставались равными нулю вплоть до достижения деформациями значений, соответствующих смыканию трещины. При достижении в слое бетона предельных сжимающих деформаций, напряжения также принимались равными нулю, и слой выключался из работы. Таким способом моделировалось разрушение бетона от сжатия .

–  –  –

где b - напряжения в бетоне, s, sc - напряжения в растянутой и сжатой арматуре, а, h0 расстояние от верхней грани до центра тяжести верхней и нижней арматуры .

Для определения критерия предельного состояния, предотвращающего образование сквозных трещин при малоцикловых знакопеременных воздействиях большой интенсивности, на основе данного метода разработана компьютерная программа, и проведены расчеты прямоугольных и тавровых сечений изгибаемых элементов. Варьировались геометрические размеры сечения, классы бетона и арматуры .

В процессе расчета анализировалось напряженно-деформированное состояние сечения на каждом шаге счета, и строились зависимости изгибающего момента от кривизны .

Раскрытие сквозной трещины имело место при выключении из работы всех слоев бетона по высоте сечения .

Результаты исследования и их анализ. По результатам анализа напряженнодеформированного состояния сечения на каждом шаге счета, можно сделать вывод, что образование сквозной трещины происходит в первом же полуцикле обратного знака после достижения максимальной кривизны. Это обусловлено тем, что из-за пластических деформаций арматуры при смене знака кривизны скорость раскрытия трещины в растянутой зоне больше, чем скорость смыкания трещины в сжатой зоне .

–  –  –

Рисунок 3 - Эпюры напряжений в бетоне (кН/м2) по высоте сечения: а) в начале раскрытия трещины б) в момент начала текучести в растянутой арматуре; в) в момент достижения максимальной кривизны (перед началом разгрузки) г-з) при разгрузке и смене знака кривизны

и) образование сквозной трещины .

–  –  –

где max - максимальная кривизна в сечении, при которой не происходит раскрытие сквозной трещины при смене знака нагружения, y - кривизна, при которой напряжения в арматуре достигают предела текучести .

–  –  –

На рисунке 4 представлен пример зависимости предельного коэффициента пластичности по кривизне от коэффициента армирования для прямоугольного сечения h = 600 мм, b = 300 мм, из бетона классов В20, В25 и В30, армированного симметричной продольной арматурой класса А500 .

На рисунке 5 представлена аналогичная зависимость для таврового сечения bf= 600 мм, h= 600 мм, hf = 200 мм, b= 400 мм из бетона классов В20, В25 и В30, армированного симметричной продольной арматурой класса А500 .

Как видно из графиков, при коэффициенте армирования меньше 0.5% идет резкое снижение коэффициента пластичности, соответствующего раскрытию сквозной трещины .

При небольшом количестве продольной арматуры сквозные трещины образуются фактичесентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции ски с началом пластической стадии. С увеличением процента армирования прямоугольного и таврового сечения кривые стабилизируются около значения коэффициента пластичности по кривизне, для арматуры класса А500 приблизительно равного 1.15 .

Увеличение коэффициента армирования более 1.5% нецелесообразно, поскольку не приводит к повышению предельного коэффициента пластичности, но при этом возникает опасность хрупкого разрушения изгибаемых конструкций .

Выводы

1. В качестве критерия предельного состояния, препятствующего образованию сквозных нормальных трещин вследствие пластических деформаций арматуры при сейсмических воздействиях, можно использовать коэффициент пластичности по кривизне .

2. Построены зависимости предельного коэффициента пластичности по кривизне от коэффициента армирования сечения. При превышении предельных значений этого коэффициента происходит образование сквозных трещин. При этом сквозные трещины образуются на следующем полуцикле нагружения после цикла с максимальной кривизной при смене знака нагрузки .

3. На основании полученных данных рекомендуется ограничить минимальный процент армирования конструкций и принять его равным 0.5%, чтобы избежать возникновения сквозных трещин в пластической стадии работы арматуры .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах, актуализированная редакция СНиП IIМосква, 2014 .

2. E. Kalkan and S. K. Kunnath method of modal combinations for pushover analysis of buildings // 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancuever, B.C. Canada, 2004 Paper No. 2713

3. Sofyan. J. Ahmed Seismic evaluation of reinforced concrete frames using pushover analysis, Al-Rafidian Engineering Journal, Vol. 21, No 3, 2013 Pp. 28-45

4. Hastemoglu H. Seismic performance evaluation of reinforced concrete frames // IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2015. Vol. 12. Issue 5. Pp. 123-131

5. Кабанцев О.В., Усеинов Э.С. Шарипов Ш. О методике определения коэффициента допускаемых повреждений сейсмостойких конструкций // Вестник ТГАСУ. 2016. № 2. С. 117-126 .

6. Мкртычев О. В., Джинчвелашвили Г.А. Проблемы учета нелинейностей в теории сейсмостойкости (гипотезы и заблуждения) : монография. Москва: МГСУ, 2012. 192 с .

7. Garnytsky V. J., Golda Ju. L. & Avdeeva S.O. Structure seismic load capacity evaluation and determination of damage on a basis of dynamic design with regard to elastoplastic deformations of concrete and reinforcement // 11th European Conference on Earthquake Engineering. Rotterdam: Balkema, 1998 .

8. Жарницкий В.И., Голда Ю.Л., Курнавина С.О. Оценка сейсмостойкости здания и повреждений его конструкций на основе динамического расчета с учетом упругопластических деформаций материалов // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 1999, № 4 .

9. Жарницкий В.И., Голда Ю.Л., Курнавина С.О. Развитие повреждений в железобетонной раме при сейсмических воздействиях // Материалы III Всероссийской конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон – взгляд в будущее», 2014 г. М., 2014. Т 2. С. 57-67

10. Абаканов М.С. Малоцикловая прочность железобетонных конструкций каркасных зданий при действии нагрузок типа сейсмических. Алмаата: АО «КазНИИСА», 2016. 132 с .

11. Абаканов М.С. Прочность железобетонных конструкций при малоцикловых нагружениях типа сейсмических // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2013. № 5. С. 30-34 .

12. Курнавина С. О. Динамический расчет железобетонных конструкций с учетом упругопластических деформаций арматуры и бетона по сечениям, совпадающим с полем направлений трещин: диссертация кандидата технических наук: 05.23.10. – Москва, 1999. – 193 с .

13. Курнавина С.О. Циклический изгиб железобетонных конструкций с учетом упруго-пластических деформаций арматуры и бетона // Вестник МГСУ. 2011. Т 1. С. 154

14. Жарницкий В.И., Беликов A.A. Экспериментальное изучение восходящих и нисходящих участков диаграмм сопротивления бетонных и железобетонных призм // Научное обозрение. 2014. № 7. С. 93-98 .

15. Жарницкий В.И. Беликов А.А. Квазистатические испытания бетонных и армированных призм с целью изучения полных диаграмм сопротивления // Материалы III Всероссийской конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон – взгляд в будущее», 2014 г. М., 2014. Т 2. С. 39-48 _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) 29 Строительство и реконструкция Курнавина Софья Олеговна Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва, Россия, к.т.н., доц., доц. кафедры железобетонных и каменных конструкций, E-mail: sofyk@yandex.ru Грачев Александр Николаевич Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва, Россия, магистр кафедры железобетонных и каменных конструкций, E-mail: 1aleksandrgrachev@gmail.com

–  –  –

CRITERION OF THROUGH CRACK FORMATION IN REINFORCED

CONCRETE STRUCTURES UNDER CYCLIC BENDING

In design of reinforced concrete buildings for seismic loads the possibility of the elasto-plastic strains appearance is supposed. In order to evaluate the limit state of constructions and possibility of their destruction the complex of criteria is necessary. One of them is the criterion preventing the formation of through cracks in bending elements due to plastic deformations of re-inforcement. The limit value of the coefficient of plasticity by curvature of bending sections is rec-ommended as this criterion .

The method of design of normal sections of bending elements under al-ternating cyclic loads has been developed. On a basis of this method the dependences of limit val-ues of coefficients of plasticity from reinforcement factor of rectangular and T-sections have been determined. On the basis of obtained results practical recommendations are given for limiting of reinforcement factor of bending elements under alternating cyclic high intensity loads .

Keywords: seismic resistance, through cracks, limit state criteria .

REFERENCES

1. Russian Building Code SP 14.13330.2014 “Stroitel'stvo v seysmicheskikh rayonakh, aktualizirovannaya redaktsiya SNiP II-7-81*” [Construction in seismic areas, updated edition of SNiP II-7-81]. Moscow, 2014. (rus)

2. E. Kalkan and S. K. Kunnath method of modal combinations for pushover analysis of buildings. 13th World Conference on Earthquake Engineering. Vancuever, B.C. Canada, 2004. Paper No 2713 .

3. Sofyan. J. Ahmed Seismic evaluation of reinforced concrete frames using pushover analysis. Al-Rafidian Engineering Journal. 2013. Vol. 21. No 3. Pp. 28-45

4. Hastemoglu H. Seismic Performance Evaluation of Reinforced Concrete Frames. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2015. Vol. 12. Issue 5. Pp. 123-131 .

5. Kabantsev O.V., Useinov E.S. Sharipov SH. O metodike opredeleniya koeffitsiyenta dopuska-yemykh povrezhdeniy seysmostoykikh konstruktsiy [On the method of determining the coefficient of damage to seismic structures] .

Vestnik TGASU. 2016. No 2. Pp. 117-126. (rus)

6. Mkrtychev O.V., Dzhinchvelashvili G.A. Problemy ucheta nelineynostey v teorii seysmo-stoykosti (gipotezy i zabluzhdeniya) : monograph [Problems of accounting for nonlinearities in the theory of seismic stability (hypotheses and delusions): monograph]. Moscow: MGSU, 2012. 192 p. (rus)

7. Garnytsky V. J., Golda Ju. L. & Avdeeva S.O. Structure seismic load capacity evaluation and determination of damage on a basis of dynamic design with regard to elastoplastic deformations of concrete and reinforcement. 11th European Conference on Earthquake Engineering. Rotterdam: Balkema, 1998 .

8. Zharnitskiy V.I., Golda Yu.L., Kurnavina S.O. Otsenka seysmostoykosti zdaniya i povrezhdeniy yego konstruktsiy na osnove dinamicheskogo rascheta s uchetom uprugoplasticheskikh deformatsiy mate-rialov [Estimation of seismic resistance of a building and damage to its structures based on dynamic calculation taking into account elastoplastic deformations of materials]. Seysmostoykoye stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzheniy. 1999. No 4. (rus)

9. Zharnitskiy V.I., Golda Yu.L., Kurnavina S.O. Razvitiye povrezhdeniy v zhelezobetonnoy rame pri seysmicheskikh vozdeystviyakh [Damage development in the reinforced concrete frame under seismic effects]. Materialy III Vserossiyskoy konferentsii po betonu i zhelezobetonu “Beton i zhelezobeton – vzglyad v budushcheye” [Proceed

–  –  –

ings of the III All-Russian Conference on Concrete and Ferro-tone “Concrete and Reinforced Concrete - A Look into the Future”]. Moscow, 2014. T 2. Pp. 57-67. (rus)

10. Abakanov M.S. Malotsiklovaya prochnost' zhelezobetonnykh konstruktsiy karkasnykh zdaniy pri deystvii nagruzok tipa seysmicheskikh [Low-cycle strength of reinforced concrete structures of frame buildings under the action of seismic loads]. Almaata: JSC “KazNIISA” Publishing, 2016. 132 p. (rus)

11. Abakanov M.S. Prochnost' zhelezobetonnykh konstruktsiy pri malotsiklovykh nagruzheniyakh tipa seysmicheskikh [Strength of reinforced concrete structures under low-cycle loads of the seismic type]. Seysmostoykoye stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzheniy. 2013. No 5. Pp. 30-34. (rus)

12. Kurnavina S. O. Dinamicheskiy raschet zhelezobetonnykh konstruktsiy s uchetom uprugopla-sticheskikh deformatsiy armatury i betona po secheniyam, sovpadayushchim s polem napravleniy treshchin: dissertatsiya kandidata

tekhnicheskikh nauk: 05.23.10 [Dynamic calculation of reinforced concrete structures taking into account the elasticplastic deformations of reinforcement and concrete over sections, which coincides with the field of directions of cracks:

dissertation of the candidate of technical science: 05.23.10]. Moscow, 1999. 193 p. (rus)

13. Kurnavina S.O. Tsiklicheskiy izgib zhelezobetonnykh konstruktsiy s uchetom uprugo-plasticheskikh deformatsiy armatury i betona [Cyclic bending of reinforced concrete structures taking into account the elastic-plastic deformations of reinforcement and concrete]. Vestnik MGSU. 2011. T 1. Pp. 154. (rus)

14. Zharnitskiy V.I., Belikov A.A. Eksperimental'noye izucheniye voskhodyashchikh i niskhodyashchikh uchastkov diagramm soprotivleniya betonnykh i zhelezobetonnykh prizm [Experimental study of ascending and descending sections of resistance diagrams of concrete and reinforced concrete prisms]. Nauchnoye obozreniye. 2014. No

7. Pp. 93-98. (rus)

15. Zharnitskiy V.I. Belikov A.A. Kvazistaticheskiye ispytaniya betonnykh i armirovannykh prizm s tsel'yu izucheniya polnykh diagramm soprotivleniya [Quasistatic tests of concrete and reinforced prisms to study complete resistance diagrams]. Materialy III Vserossiyskoy konferentsii po betonu i zhelezobetonu “Beton i zhelezobeton – vzglyad v budushcheye” [Proceedings of the III All-Russian Conference on Concrete and Reinforced Concrete "Concrete and Reinforced Concrete - A Look into the Future"]. Moscow, 2014. T 2. Pp. 39-48. (rus) Kurnavina Sofia O .

Moscow State University of Civil Engineering, Moscow, Russia, candidate in tech. sc., docent, docent of the dep. of reinforced concrete and masonry structures E-mail: sofyk@yandex.ru Grachev Alexandr N .

Moscow State University of Civil Engineering, Moscow, Russia, undergraduate of the dep. of reinforced concrete and masonry structures E-mail: 1aleksandrgrachev@gmail.com

–  –  –

УДК 624.012.82 ОРЛОВИЧ Р. Б., БЕСПАЛОВ В. В., СЕМЕНОВА М. Д .

О СОВМЕСТНОЙ РАБОТЕ КАМЕННЫХ АРОК И СТЕН

В работе приводится анализ совместной работы каменных арок и стен, которые оказывают разгружающее влияние на арки. Конечно-элементная модель арки Валлен-Деламота была рассчитана на действие нагрузки вышележащей кладки. Действие нагрузки учитывалось как от совмещенной конечно-элементной модели с жестким соединением арки и вышележащей кладки, так и от гравитационной нагрузки, передаваемой на арку. Построены зависимости максимальных действующих напряжений в арке от модуля упругости вышележащей кладки, отражающие поведение поврежденной кладки, утрачивающей жесткостные свойства. Показано, что при уменьшении модуля упругости до 5-10% от исходного, происходят значительные изменения в напряженно-деформированном состоянии всей конструкции. Полученные результаты демонстрируют, что при нагружении арки гравитационной нагрузкой и отсутствии ограничений вышележащей кладкой вертикальных и горизонтальных перемещений, напряженное состояние арки существенно отличается от ее состояния при моделировании всей конструкции .

Ключевые слова: каменные арки, каменные стены, расчетные модели, сжатоизгибаемые элементы, поврежденные конструкции, арка-стенка .

Введение Каменные арки имеют более чем тысячелетнюю историю и являются важными конструктивными элементыми зданий исторической застройки. Их проблема до сих пор является актуальной при оценке технического состояния, ремонтах, реконструкции и модернизации исторических зданий. Начиная от простейших форм, определяемых эмпирическим путем, наибольшее архитектурное и конструктивное совершенствование каменные арки получили в 19 веке благодаря развитию методов строительной механики [1,2]. Оптимальным являлось очертание арок, совпадающее с линией давления. Наибольшее поврежденными участками стен каменных зданий старой застройки являются зоны арочных перемычек над оконными и дверными проемами. Часто наблюдаемыми дефектами являются трещины, деградация и расслоение кладки и даже вывалы ее отдельных фрагментов, причиной которых могут быть эксплуатационный износ, перегрузки, динамические воздействия, техногенные и другие факторы [3]. Особенно неблагоприятным является деградация растворных швов, которые в зданиях старой застройки обычно выполнялись на слабых известковых либо известково-глиняных растворах. В результате нарушения сцепления между растворными швами и камнями снижается прочность кладки на растяжение и сдвиг, а также ее деформационные характеристики .

Восстановление работоспособности поврежденных участков обычно осуществляется путем усиления, а также путем сборки отдельных участков из извлеченных фрагментов кладки [4] .

При этом не учитываются резервы их несущей способности, обусловленные совместной работой арок с расположенными над ними участками каменной кладки. В работе [5] экспериментально установлено, что расположенные над арками слои каменной кладки участвуют в перераспределении нагрузки от их собственной массы и веса перекрытий, разгружая тем _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции самым арки. Эффект их совместной работы возрастает с увеличением кривизны и стрелы подъема арок, а также толщины расположенных над ними слоев кладки .

Расчет каменных арок до настоящего времени осуществляется с использованием стержневых моделей, а критерием исчерпания их несущей способности является потеря устойчивости [6,7]. При этом нагрузка на арки от перекрытий и расположенных над ними участков кладки рассматривается в виде гравитационных масс. В действительности указанные участки кладки работают во взаимодействии с арками, оказывая разгружающее влияние [8]. На рис. 1 приведены эпюры контактных сжимающих напряжений y над оконными перемычками от сосредоточенной нагрузки Р, которая имитирует опорное давление стропильной балки, расположенной в кладке над перемычкой [5]. Установлено, что распределение указанных напряжений существенно зависит от кривизны арочных перемычек и деформативности расположенных над ними участков каменной кладки. Участки с трещинами либо с деградированными растворными швами оказываются менее способными к перераспределению нагрузок от перекрытий на перемычки. Существует ряд разработанных расчетных моделей для таких систем, учитывающих различные случаи загружения и механизм совместной работы арок-стенок [9-12] .

–  –  –

Перераспределение нагрузок существенно разгружает арки и изменяет механизм их разрушения. При загружении самостоятельно работающей арки ее разрушение происходит в результате потери статического равновесия, вызванного образованием шарниров (рис.2) [13,14]. Последние обусловлены выходом кривой давления за пределы ядра сечения, в результате чего в нем превалируют ратягивающие напряжения. При совместной работе с расположенных над ними слоями кладки в них доминируют сжимающие напряжения. Учет этого обстоятельства в практических инженерных расчетах с использованием стержневых моделей трудно осуществим. Наиболее достоверные данные о совместной работе арок с кладкой стен могут быть получены экспериментальным путем, однако этот метод является трудоемким. Более точное решение задачи о напряженном состояния конструкции можно получить с помощью плоских либо пространственных конечно-элементных расчетных моделей .

–  –  –

Модели и методы Ниже приводятся результаты численных исследований, выполненные авторами на примере каменной арки Валлен-Деламота комплекса Новой Голландии в Санкт-Петербурге, воздвигнутой в 1770-х гг. (рис.3). Полуциркульная арка, выполненная из известняка (подустcкого камня) и украшенная триглифами и изящной гирляндой, опирается на малые колонны, стоящие на берегах протока. Высота арки 23 м, ширина пролета чуть более 8 м. В качестве расчетной конечно-элементной модели была принята «арка-стенка», состоящая из непосредственно арки и вышерасположенной кладки. Учитывался случай жесткого сопряжения арки и вышерасположенной кладки и случай нагружения арки гравитационной нагрузкой кладки. Расчеты выполнялись в системе Abaqus от действия только собственного веса конструкции .

Целью численных исследований было определение зависимости максимальных напряжений в арке от модуля упругости вышележащей кладки, который изменялся от начального (на период возведения арки) до минимального значения. Уменьшение модуля упругости вышележащей кладки может быть связано с ее деградацией в процессе длительной эксплуатации, например, в результате размораживания керамических камней, деструкции известковопесчаных растворных швов [15,16]. Упругие характеристики кладки арки при этом оставались неизменными .

Рисунок 3 - Вид арки Валлен-Деламота с набережной реки Мойкав Санкт-Петербурге

–  –  –

Результаты исследования и их анализ На рисунке 4 изображены траектории главных сжимающих напряжений в арке-стенке, а на рисунке 5 максимальные напряжения в арке при начальном модуле упругости кладки стены. Из их анализа следует, что во всех сечениях арки действуют только сжимающие напряжения, что благоприятно отражается на ее несущей способности .

–  –  –

Зависимости максимальных сжимающих и растягивающих напряжений в арке от модуля упругости вышележащей кладки представлены на рисунке 6. Максимальные растягивающие напряжения во всех случаях были сосредоточены в замковой зоне арки, а максимальные сжимающие в ее приопорных участках. При минимальном модуле упругости кладки стены, составляющем 1% от начального, кладка фактически утрачивает свои жесткостные свойства и начинает работать как пассивный балласт .

Заметно, что с уменьшением модуля упругости кладки стены напряжения перераспределяются из-за обжатия средних третей арки. При этом величина растягивающих напряжений сначала уменьшается до достижения 10% исходного модуля упругости, а затем напряжения начинают расти экспоненциально. При дальнейшем уменьшении модуля упругости до

–  –  –

1% от исходного напряжения перераспределяются и появляются зоны растяжения на внешней стороне арки за счет ее обжатия от поперечных деформаций вышележащей кладки .

–  –  –

На рисунке 7 представлены изополя напряжений в арке как самостоятельно работающей конструкции, нагруженной собственным весом вышележащей стены как гравитационной нагрузкой. Из их сопоставления с данными рисунка 5 следует, что отсутствие ограничений вертикальных и горизонтальных перемещений арки вешележащей кладкой приводит к существенному изменению ее напряженного состояния .

–  –  –

Заключение В результате численных расчетов каменной арки Валлен-Деламота было определено, что при достижении порогового значения модуля упругости вышележащей кладки в 5-10% от исходного, действующие напряжения в арке начинают расти экспоненциально. Однако, при изменении модуля упругости в пределах от 100% до 10% от исходного, напряженное состояние арки существенно не изменяется, она становится более устойчивой за счет дополнительного обжатия средних третей. Таким образом, в случае повреждения «арки-стенки» несущая арка будет сохранять устойчивость .

При нагружении арки гравитационной нагрузкой с отсутствием ограничений вертикальных и горизонтальных перемещений, вызванных вышележащей кладкой, вызывает значительное изменение напряженного состояния. Это демонстрирует, что традиционная методика расчета арок недостаточно учитывает совместную работу арок-стенок и нуждается в совершенствовании .

Дальнейшие исследования планируется посвятить переносу полученной зависимости на случай пространственных сводчатых конструкций при их совместной работе с аркамистенками и другими подобными конструктивными элементами. Также остается открытым вопрос соотнесения степени поврежденности конструкции с изменением ее модуля упругости .

<

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бернгард В.Р. Арки и своды. Руководство к устройству и расчету арочных и сводчатых перекрытий. Санкт-Петербург, 1901. 128 с .

2. Ahnert R., Krause K. H.: Typische Baukonstruktionen von 1860 bis 1960 zur Beurteilung der vorhandenen Bausubstanz, Band 1,2. Berlin, 2009. 341 p .

3. Физдель И.А. Дефекты в конструкциях, сооружениях и методы их устранения. Москва, 1987. 177 с .

4. Ucer D., Ulybin A., Zubkov S., Elias-Ozkan S.T. Analysis on the mechanical properties of historical brick masonry after machinery demolition. Construction and Building Materials. 2018. No. 161. Pp. 186-195 .

5. Орлович Р.Б., Новак Р., Деркач В.Н. Несущая способность каменных перемычек // Промышленное и гражданское строительство. 2017. №7. С. 52-57 .

6. Ricci E., Sacco E., Piccioni M. A method for the analysis of masonry arches. Proceedings of 10th International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions SAHC. Leuven, Belgio. 2016. Pp. 112-118 .

7. Di Re P., Addessi D. Sacco E. A multiscale force-based curved beam element for masonry arches. Computers & Structures. 2018. No. 204. Pp. 32-37 .

8. Hrynyk T., Myers J. J. Comparative study on the out-of-plane behavior of retrofitted masonry wall systems with arching action. 10th North American Masonry Conference. 2007. Pp. 305–316 .

9. Baraldi D., Cecchi A. Discrete Model for the Collapse Behavior of Unreinforced Random Masonry Walls. Key Engineering Materials. 2017. No. 747. Pp. 3-10 .

10. Liberatore D., Addessi D. Strength domains and return algorithm for the lumped plasticity equivalent frame model of masonry structures. Engineering Structures. 2015. No. 91. Pp. 167-181 .

11. Della Vecchia G., De Bellis M.L., Pandolfi A. A Multiscale Microstructural Model of Damage and Permeability in Fractured Solids. Procedia Engineering. 2016. No. 158. Pp. 21-26 .

12. Sabal M., Meloni D. Comparison of seismic models for a historic masonry building. Revista UIS Ingenieras. 2018. Vol. 17. No. 2. Pp. 105-114 .

13. Van Parys L., Nol J., D. Lamblin, Bultot E., Delehouzee L.: Fe “Block & Interaction” Approach for Computing the Impact of Tower Inclinations on the Safety of a Masonry Arch System in the Our Lady Cathedral of Tournai (BE). Structural Analysis of Historical Constructions. Proceedings of the international conference. Wroclaw,

2012. Pp. 550-559 .

14. Bovo M., Mazzotti C., Savoia M. Structural behaviour of historical stone arches andvaults: Experimental tests and numerical analyses. Engineering Materials. 2014. No. 628. Pp. 43-48 .

15. Raffa M.L., Lebon F., Vairo G. Normal and tangential stiffnesses of rough surfaces in contact via an imperfect interface model. International Journal of Solids and Structures. 2016. Vol. 87. Pp. 245-253 .

16. Raffa, M.L., Lebon F., Rizzoni R. Derivation of a model of imperfect interface with finite strains and damage by asymptotic techniques: an application to masonry structures. Meccanica. 2018. No. 53. Pp. 1645-1660 .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) 37 Строительство и реконструкция Орлович Роман Болеславович Западно-Померанский технологический университет Щецина, г. Щецин, Польша, д-р техн. наук, проф., зав. кафедры строительных конструкций, E-mail: orlowicz@yandex.ru Беспалов Владимир Владимирович ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», г. Санкт-Петербург, Россия, аспирант кафедры «Строительство уникальных зданий и сооружений», E-mail: bespalov.vv@edu.spbstu.ru Семенова Марина Денисовна ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», г. Санкт-Петербург, Россия, студент кафедры «Строительство уникальных зданий и сооружений», E-mail: semenova.md@edu.spbstu.ru

–  –  –

COMBINED ACTION OF MASONRY ARCHES AND WALLS

The paper analyzes the combined action of stone arches and walls, which exert a unloading effect on the arches. The finite-element model of the Wallen-Delamot arch was designed for the effect of the load of the overlying masonry. The load action was taken into account both from a combined finite element model with a rigid connection of the arch and overlying masonry, and from the gravitational load transferred to the arch. The dependences of the maximum acting stresses in the arch on the modulus of elasticity of the overlying masonry are constructed, reflecting the behavior of the damaged masonry, which lost rigidity properties. It is shown that when the modulus of elasticity decreases to 5-10% of the initial one, significant changes occur in the stress-strain state of the entire structure. The obtained results demonstrate that when the arch is loaded with a gravitational load and there are no restrictions on the overlying laying of vertical and horizontal displacements, the stressed state of the arch differs significantly from its state when modeling the entire structure .

Keywords: masonry arches, masonry walls, calculation models, compressed-bent elements, damaged structures, arch-wall .

–  –  –

1. Berngard V.R. Arki i svody. Rukovodstvo k ustroystvu i raschetu arochnykh i svodchatykh perekrytiy [Arches and vaults. Guide to the design and calculation of arched and vaulted floors]. Saint-Petersburg, 1901. 128 p .

(rus)

2. Ahnert R., Krause K. H. Typische Baukonstruktionen von 1860 bis 1960. Zur Beurteilung der vorhandenen Bausubstanz [Typical building constructions from 1860 to 1960. For the assessment of the existing building fabric]. Band 1,2. Berlin, 2009. 341 p. (ger)

3. Fizdel I.A. Defekty v konstruktsiyakh, sooruzheniyakh i metody ikh ustraneniya [Defects in structures, structures and methods for their elimination]. Moscow, 1987. 177 p. (rus)

4. Ucer D., Ulybin A., Zubkov S., Elias-Ozkan S.T. Analysis on the mechanical properties of historical brick masonry after machinery demolition. Construction and Building Materials. 2018. No. 161. Pp. 186-195 .

5. Orowicz R., Novak R., Derkach V. Nesushchaya sposobnost kamennykh peremychek [Bearing capacity of masonry lintels]. Industrial and civil construction. 2017. No. 7. Pp. 52-57. (rus)

6. Ricci E., Sacco E., Piccioni M. A method for the analysis of masonry arches. Proceedings of 10th International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions SAHC. Leuven, Belgio. 2016. Pp. 112-118 .

7. Di Re P., Addessi D. Sacco E. A multiscale force-based curved beam element for masonry arches. Computers & Structures. 2018. No. 204. Pp. 32-37 .

8. Hrynyk T., Myers J. J. Comparative study on the out-of-plane behavior of retrofitted masonry wall systems with arching action. 10th North American Masonry Conference. 2007. Pp. 305–316 .

9. Baraldi D., Cecchi A. Discrete Model for the Collapse Behavior of Unreinforced Random Masonry Walls. Key Engineering Materials. 2017. No. 747. Pp. 3-10 .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции

10. Liberatore D., Addessi D. Strength domains and return algorithm for the lumped plasticity equivalent frame model of masonry structures. Engineering Structures. 2015. No. 91. Pp. 167-181 .

11. Della Vecchia G., De Bellis M.L., Pandolfi A. A Multiscale Microstructural Model of Damage and Permeability in Fractured Solids. Procedia Engineering. 2016. No. 158. Pp. 21-26 .

12. Sabal M., Meloni D. Comparison of seismic models for a historic masonry building. Revista UIS Ingenieras. 2018. Vol. 17. No. 2. Pp. 105-114 .

13. Van Parys L., Nol J., D. Lamblin, Bultot E., Delehouzee L.: Fe “Block & Interaction” Approach for Computing the Impact of Tower Inclinations on the Safety of a Masonry Arch System in the Our Lady Cathedral of Tournai (BE). Structural Analysis of Historical Constructions. Proceedings of the international conference. Wroclaw,

2012. Pp. 550-559 .

14. Bovo M., Mazzotti C., Savoia M. Structural behaviour of historical stone arches andvaults: Experimental tests and numerical analyses. Engineering Materials. 2014. No. 628. Pp. 43-48 .

15. Raffa M.L., Lebon F., Vairo G. Normal and tangential stiffnesses of rough surfaces in contact via an imperfect interface model. International Journal of Solids and Structures. 2016. Vol. 87. Pp. 245-253 .

16. Raffa, M.L., Lebon F., Rizzoni R. Derivation of a model of imperfect interface with finite strains and damage by asymptotic techniques: an application to masonry structures. Meccanica. 2018. No. 53. Pp. 1645-1660 .

Orlowicz Roman B .

West Pomeranian University of Technology Szczecin, Szczecin, Poland, doctor in tech. sc., prof., head of the dep. of Building Constructions, E-mail: orlowicz@yandex.ru Bespalov Vladimir V .

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russia, post-graduate student of the department "Construction of unique buildings and structures" E-mail: bespalov.vv@edu.spbstu.ru Semenova Marina D .

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russia, student of the department "Construction of unique buildings and structures" E-mail: semenova.md@edu.spbstu.ru

–  –  –

УДК 624.04:519.2 СЕБЕШЕВ В.Г., КОРШУНОВ И.С .

УЧЕТ ВЗАИМНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ

В ВЕРОЯТНОСТНЫХ РАСЧЕТАХ СООРУЖЕНИЙ

Выполнены исследования корреляционных свойств геометрических характеристик сечений (ГХС) элементов конструкций. Разработана методика определения коэффициентов (индексов) корреляции ГХ сечений произвольной формы, рациональное использование которых в вероятностных расчетах сооружений позволяет упростить учет стохастической изменчивости локальной геометрии строительных конструкций. Получены отсутствующие в нормативной и технической литературе численные значения коэффициентов корреляции ГХС стандартных стальных прокатных профилей, которые вместе с коэффициентами вариации ГХС обеспечивают корректное включение в расчетные модели описаний вероятностных свойств геометрии сечений. Решениями тестовых задач показано, что при определенных комбинациях случайных расчетных параметров строительной системы корреляция ГХС существенно сказывается на результатах вероятностных расчетов и оценках надежности (вероятности отказа). Приведены рекомендации по использованию полученных данных о корреляции ГХС в практических расчетах сооружений и конструкций .

Ключевые слова: геометрические характеристики сечений, корреляция, коэффициенты (индексы) корреляции, оценка чувствительности, стальные прокатные профили .

Введение и постановка задачи По современным требованиям к расчетам проектируемых и реконструируемых сооружений и конструкций в целях обеспечения их механической безопасности, а также к экспертным оценкам напряженно-деформированного состояния (НДС) существующих строительных систем, «…расчетные модели (в том числе расчетные схемы, предпосылки расчета) строительных конструкций… должны отражать действительные условия работы здания или сооружения…», включая «… возможные отклонения геометрических параметров от их номинальных значений» (Федеральный закон РФ от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент по безопасности зданий и сооружений» – ст. 15, п. 6; ст.16, п. 7), [1]. Наряду с этим ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения» содержит указание о возможности «…применения вероятностно-статистических методов… учета случайной изменчивости основных параметров, соответствующих принятой расчетной схеме». Это может осуществляться либо в прямых вероятностных расчетах, необходимых для оценок надежности строительных систем, либо использованием в нормах проектирования данных, отражающих стохастические свойства основных групп расчетных параметров – с одной стороны, нагрузок и воздействий, с другой – собственных характеристик сооружения, конструкции, в том числе геометрии строительной системы, обладающих разными степенями случайной изменчивости. Так, глобальные геометрические параметры – длины пролетов, высты, осевые размеры конструктивных элементов и т.п. – имеют коэффициенты вариации в разы и даже на порядки меньшие, чем характеристики локальной геометрии, к которым относятся размеры, задающие конфигурацию сечений, толщины тонкостенных профилей, диаметры арматуры и т.п., а также случайные эксцентриситеты, несоосности и пр. Поэтому влияние случайных несовершенств глобальной геометрии на НДС системы пренебрежимо мало в сравнении с эффектами вариативности других расчетных параметров – нагрузок и воздействий, физико-механических свойств материалов и характеристик локальной геометрии (замечание: это справедливо, если погрешности глобальных размеров не являются причиной возникновения несоосностей, эксцентриситетов и т.п. – см. [2 – 4] и _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции ГОСТы, представляющие «Систему обеспечения точности геометрических параметров в строительстве») .

Стохастическая природа реальных форм и размеров сечений конструктивных элементов, обусловленная многочисленными причинами технологического и эксплуатационного характера, порождает изменчивость их геометрических характеристик, причем даже для стальных прокатных профилей, геометрия которых, казалось бы, достаточно строго контролируется в процессе производства, случайные отклонения основных ГХС (размеров, площади, моментов инерции и сопротивления) от нормативных – по сортаментам – значений, как показывают расчетные оценки [5] и статистические результаты натурных обмеров [6], достигают нескольких (и даже более десяти) процентов. Вариативность ГХС деревянных, бетонных, железобетонных и иных конструкций может быть еще больше в силу технологических особенностей изготовления, влияния изменений влажностного режима и т.п. Вследствие этого влияние случайных погрешностей ГХС на усилия, напряжения, перемещения, собственные частоты, критические силы и др. может оказываться соизмеримым с изменчивостью нагрузок, физико-механических характеристик материалов, эксцентриситетов и др., и им не следует пренебрегать. Но, в отличие от воздействий, свойств материалов, условий работы и т.п., статистическим описаниям которых посвящено достаточно большое число исследований и для которых в нормах проектирования сооружений и конструкций приведены соответствующие коэффициенты надежности, в указанных документах отсутствуют числовые характеристики, отражающие стохастическую изменчивость локальной геометрии элементов конструкций (размеров сечений), или конкретные указания по ее учету. В связи с этим очевидна необходимость разработки вероятностной методики изучения и оценки вариативности ГХС элементов конструкций, позволяющей получать практически применимые количественные данные .

В вероятностных расчетах зданий, сооружений, конструкций, элементов, выполняемых для оценки их прочности, жесткости, устойчивости, колебаний и др., являющихся частью расчетов надежности, одновременно могут фигурировать различные геометрические характеристики поперечных сечений конструктивных элементов.

В общем случае некоторый параметр НДС как случайная величина L зависит от комплекса различных по своей сути входных параметров, в том числе ГХС:

L L({V }, {G}), (1)

–  –  –

Здесь и далее для случайных величин и их характеристик – математических ожиданий, дисперсий, стандартов, коэффициентов вариации и др. – используются обозначения, введенные проф. А.Р. Ржаницыным [7] .

В (2) и (3) одновременно присутствуют несколько ГХС (при наличии стесненного кручения тонкостенных профилей появляется необходимость учета их крутильных и секториальных характеристик), от которых могут зависеть также усилия в статически неопределимой системе. Различные ГХС требуются и для определения перемещений, критических сил/напряжений, частот собственных колебаний и т.д .

Между разными геометрическими характеристиками одного и того же сечения объективно существует статистическая связь – корреляция, количественно оцениваемая коэффициентами (в общем представлении – индексами) парной корреляции (КК, ИК). В действующих нормах проектирования строительных конструкций учет взаимной корреляции ГХС, как, впрочем, и вообще вероятностных свойств геометрии сечений, не предусмотрен .

В связи с этим актуальной является задача оценки и учета, наряду с характеристиками вариативности ГХС, рассмотренными, в частности, в [5], также показателей их корреляции .

Методика определения коэффициентов (индексов) корреляции геометрических характеристик сечений Элементы вектора случайных ГХС { G } { G1 G2 Gm } { A Wz Wy I z I y } являются функциями от параметров сечения { X } { ~ ~ }, описывающих геометрию сечеx x n ния, – высоты, ширины, толщин стенок, полок, диаметров, радиусов скруглений и т.п. При небольшом числе этих параметров ( n = 1… 3) для простых сечений (прямоугольное, круглое, кольцевое и др.) в зависимость (1) можно подставлять в явном виде выражения ~ ~ G j G j ({ X G }), но для более сложных сечений, в частности, стальных прокатных профиj ~~ ~ лей, это неудобно и трудоемко – рациональнее G1, G2,, Gm использовать как случайные величины с вероятностными характеристиками, предварительно вычисленными по заданным математическим ожиданиям и дисперсиям (либо стандартам, коэффициентам вариации) элементов вектора { X }. При одновременном учете нескольких ГХС нужно принимать во внимание стохастические связи между ними, что требует знания ковариаций KG G либо коэфs j <

–  –  –

(здесь G j и Gs – собственные дисперсии), сведения о которых в справочниках и технической литературе отсутствуют .

В работе [8] представлена методика определения КК (ИК) с использованием парных зависимостей между различными ГХС, обусловленных конфигурацией сечения и выраженных через его характерные размеры. Там же апробации разработанного алгоритма вычисления КК (ИК) были рассмотрены двухпараметрические профили простой формы – прямоугольное и кольцевое, а также прямоугольное сечение с круглым эксцентрично расположенным отверстием, которое моделировало фигуру с бльшим, чем 2 – 3, числом входных параметров. Получены аналитические выражения индексов корреляции, а также их значения для реальных соотношений параметров сечений .

В развитие этой методики, в соответствии с подходом, примененным в [9], предлагается для определения коэффициента/индекса корреляции rjs некоторой пары ГХС G j и Gs

–  –  –

В (12) величины c1, c2, c3 можно считать квазидетерминированными, так как они зависят от слабо изменчивых параметров глобальной геометрии и отношений жесткостей элементов системы. Вследствие этого вариативность L1, L2, L3 определяется преимущественно стохастическими свойствами ГХС ( Wz, Wy, A ) .

В расчетах вероятности отказа Pf по условию работоспособности S 0 используем выражение индекса надежности [10], который является аргументом функции, определяющей вероятность Pf f, в виде

–  –  –

где Q R – характеристика уровня нагруженности системы (приближения к предельному состоянию по условию S = 0) .

Преобразовав знаменатель (13) с выделением величины

–  –  –

в такой записи коэффициентами Aq, R и AL учитываются изменчивости двух групп расчетных параметров задачи – соответственно нагрузки в комплексе с прочностными характеристиками и отдельно – ГХС. Это позволяет оценить чувствительность вероятности отказа Pf к вариациям указанных групп случайных величин [8, 9, 11] .

Учитывая возможность различных соотношений слагаемых L1, L2, L3 в (12), введем весовые коэффициенты a1 L1 L ; a2 L2 L ; a3 L3 L, (16) которые описывают вклады трех видов деформаций: изгиба относительно осей z и y и растяжения-сжатия, тогда в (15) AL a1 AWz a2 AWy a3 AA 2 a1a2 AWz AWy rWzWy a1a3 AWz AArWz A a3a2 AA AWy rAWy. (17) На рисунке 4 представлены графики изменения вероятности отказа Pf в зависимости от Aq, R, полученные с использованием (15) и функции Лапласа 0 () для двутаврового профиля ( AL вычислялись с учетом данных рисунка 3) при a1 = a2 = a3 = 1/3 и близких к реальным показателях нагруженности = 0,7 и = 0,8. Символами Aq, R и Aq, R обозначены области допустимых значений Aq, R, соответствующие ограничениям Pf 105 и Pf 0, 05 при = 0,8. Разброс значений Pf для разных номеров профиля из сортамента при фиксированных и Aq, R – в пределах толщины линии графика .

–  –  –

Для оценки влияния корреляции ГХС на значение вероятности отказа было выполнено сопоставление результатов вычислений с учетом и без учета коэффициентов r js, найденных и представленных выше. На рисунке 5 показаны графики изменения относительной (в процентах) погрешности

Pf Pf Pf 0 Pf 100%,

(здесь Pf и Pf 0 – вероятности отказа, рассчитанные соответственно с учетом корреляции ГХС и при r js 0 ) в зависимости от высоты двутавра и коэффициента вариации Aq, R, при двух разных и a1 a2 a3 1 3. Снизу поверхности ограничены уровнем Pf 2% Графики показывают, что для малых профилей погрешность от неучета корреляции ГХС при вычислении вероятности отказа в некоторых случаях может достигать 20 % .

–  –  –

Рисунок 5 – Погрешность расчета вероятности отказа по условию прочности вследствие пренебрежения влиянием корреляции ГХС прокатного двутавра Изучены также изменения погрешности Pf в зависимости от комбинаций значений весовых коэффициентов – a1 и a2 варьировались в интервалах от 0 до 1 с вычислением a3 из условия a1 a2 a3 1. В рассматриваемом примере это отражает особенности корреляционных связей ГХС с различными стохастическими свойствами и их большее или меньшее влияние на изучаемый параметр НДС. Результаты представлены в виде поверхностей Pf на рисунке 6, где для каждого вида проката (двутавров, швеллеров, равнополочных и неравнополочных уголков) на рис. 6, а – г соответственно показаны по две поверхности, из которых верхняя относится к наименьшему профилю из содержащихся в сортаменте, а нижняя – к наибольшему. Данные получены в предположении о малой изменчивости случайных величин, характеризуемых обобщенным коэффициентом Aq, R. Наиболее чувствительны к корреляции ГХС параметры НДС элементов конструкций из прокатных уголков .

–  –  –

Неучет коэффициентов корреляции ГХС, находящихся в диапазоне от 0,4 до 1,0 приводит к недооценке вероятности отказа, особенно значимой и даже недопустимой для малых профилей в случаях, когда коэффициент вариации AL, относящийся в основном к ГХС, соизмерим с Aq, R. С увеличением Aq, R погрешность вычисления вероятности отказа уменьшается .

Значения КК ГХС, находящиеся в интервале от 0,8 до 1, в практических расчетах можно заменять на 1 с незначительной погрешностью в сторону завышения оценок вариативности параметров НДС конструкций. При КК менее 0,4 корреляцией можно пренебрегать .

–  –  –

Коэффициенты/индексы корреляции геометрических характеристик сечений элементов конструкций в комплексе с данными по изменчивости геометрии сечений (коэффициентам вариации) позволяют более корректно учитывать стохастические свойства расчетных параметров строительных систем – как в прямых вероятностных расчетах с целью определения показателей надежности, так и для уточнения нормативных характеристик (в частности, коэффициентов надежности), отражающих возможные несовершенства расчетных схем сооружений и конструкций .

Заключение

1. Получены новые качественные и количественные данные по корреляционным свойствам геометрических характеристик сечений элементов конструкций .

2. Создана пригодная для практического применения методика вычисления коэффициентов (индексов) корреляции геометрических характеристик сечений с произвольным числом параметров, задающих конфигурацию и размеры сечения .

3. Для стандартных стальных прокатных профилей определены коэффициенты (индексы) корреляции основных ГХС (площадей, моментов инерции и сопротивления), выполнен анализ полученных результатов, сформулированы рекомендации по их использованию в проектных и поверочных вероятностных расчетах конструкций .

4. На тестовых задачах оценено влияние корреляции ГХС на показатели надежности (вероятности отказа). Установлено, что при определенных сочетаниях расчетных параметров учет корреляции дает увеличение вычисляемой вероятности отказа, которым нельзя пренебрегать .

–  –  –

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Колчунов В.И., Андросова Н.Б. Некоторые предложения к актуализации документов нового поколения // Строительство и реконструкция. 2010. № 5. С. 36 .

2. Парасонис И.И. Надежность каркасов одноэтажных производственных зданий с учетом точности геометрических параметров монтажа. Вильнюс: Техника, 1999. 392 с .

3. Конин Д.В. Статистическая оценка неточностей монтажа колонн металлических каркасов высотных зданий // Строительная механика и расчет сооружений. 2010. № 6. С. 12-19 .

4. Митасов В.М., Себешев В.Г., Асташенков Г.Г., Логунова М.А. К вопросу учета и уменьшения влияния начальных геометрических несовершенств при возведении многоэтажных каркасных зданий // Изв. вузов .

Строительство. 2012. № 2. С. 91-97 .

5. Себешев В.Г., Никифоров В.В. Вероятностные свойства геометрических характеристик прокатных профилей // Изв. вузов. Строительство. 1994. № 7-8. С. 10-16 .

6. Кужава З. Статистическая оценка неправильностей реальных центрально-сжатых стальных стержней // Строительная механика и расчет сооружений. 1982. № 5. С. 61-62 .

7. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. М.: Стройиздат, 1978 .

239 с .

8. Себешев В.Г., Коршунов И.С., Вычикова В.А., Русакова О.В. Учет взаимной корреляции геометрических характеристик сечений в вероятностных расчетах конструкций // Труды НГАСУ. 2016. Т. 19, № 1 (61) .

С. 5-19 .

9. Себешев В. Г. Об оценке влияния стохастических свойств расчетных параметров на надежность систем с регуляторами напряженно-деформированного состояния // Материалы VIII Всерос. науч.-технич. конф .

«Актуальные вопросы строительства». Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин). 2015. С. 3-11 .

10. Ведяков И. И., Райзер В. Д. Надежность строительных конструкций. Теория и расчет: Научное издание. М.: Издательство АСВ, 2018. 414 с .

11. Hang E.J., Choi K.K., Komkov V. Design Sensitivity Analysis of Structural Systems. Mathematics in Science and Engineering. New York : Academic Press, 1986. V. 17. 426 p .

Себешев Владимир Григорьевич ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)», г. Новосибирск, Россия Кандидат технических наук, профессор кафедры строительной механики E-mail: sebeshev@sibstrin.ru Коршунов Иван Сергеевич ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)», г. Новосибирск, Россия Студент E-mail: leprikon141293@gmail.com

–  –  –

of the GCCS significantly affects the results of probabilistic analysis and reliability (or probability of failure) estimations. The recommendations on the use of the obtained data on the correlation of GCCS in practical designs of buildings and structures are given .

Keywords: geometrical properties of cross sections, correlation, coefficients (indices) of correlation, estimation of sensitivity, steel rolling profiles .

REFERENCES

1. Kolchunov V.I., Androsova N.B. Nekotorye predlozheniya k aktualizatsii dokumentov novogo pokoleniya [Some suggestions for updating new generation documents]. Stroitel`stvo i reconstruktsiya. 2010. No 5. Pp. 36. (rus)

2. Parasonis I.I. Nadyozhnost’ karkasov odnoetazhnykh proizvodstvennykh zdaniy s uchyotom tochnosti geometricheskikh parametrov montazha [Reliability of frames of single-storey industrial buildings, taking into account the accuracy of the geometric parameters of installation]. Vilnius: Tekhnika, 1999. 392 p. (rus)

3. Konin D.V. Statisticheskaya otsenka netochnostey montazha kolonn metallicheskikh karkasov vysotnykh zdaniy [Statistical evaluation of inaccuracies of installation of columns of metal frames of high-rise buildings]. Stroitel’naya mekhanika i raschyot soruzheniy. 2010. No 6. Pp. 12-19. (rus)

4. Mitasov V.M., Sebeshev V.G., Astashenkov G.G., Logunova M.A. K voprosu uchyota i umen’sheniya vliyaniya nachal’nykh nesovershenstv pri vozvedenii mnogoetazhnykh karkasnykh zdaniy [To the question of accounting and reducing the influence of initial geometric imperfections in the construction of multi-storey frame buildings] .

Izv. vuzov. Stroitel’stvo. 2012. No 2. Pp. 91-97. (rus)

5. Sebeshev V.G., Nikiforov V.V. Veroyatnostnye svoystva geometricheskikh kharakteristik prokatnykh profiley [Probabilistic properties of the geometric characteristics of rolled profiles]. Izv. vuzov. Stroitel’stvo. 1994. No 7-8. Pp. 10-16. (rus)

6. Kuzhava Z. Statisticheskaya otsenka nepravil’nostey real’nykh tsentral’no-szhatykh stal’nykh sterzhney [Statistical evaluation of the irregularities of real centrally compressed steel rods]. Stroitel’naya mekhanika i raschyot sooruzheniy. 1982. No 5. Pp. 61-62. (rus)

7. Rzhanitsyn A.R. Teoriya raschyota stroitel’nykh konstruktsiy na nadyozhnost’ [Theory of calculation of building structures for reliability]. Moscow : Stroyizdat, 1978. 239 p. (rus)

8. Sebeshev V.G., Korshunov I.S., Vychikova V.A., Rusakova O.V. Uchyot vzaimnoy korrelyatsii geometricheskikh kharakteristik secheniy v veroyatnostnykh raschyotakh konstruktsiy [Accounting for the crosscorrelation of the geometric characteristics of sections in probabilistic calculations of structures]. Trudy NGASU. 2016 .

Т. 19, No 1 (61). Pp. 5-19. (rus)

9. Sebeshev V.G. Ob otsenke vliyaniya stokhasticheskikh svoystv raschyotnykh parametrov na nadyozhnost’ sistem s regulyatorami napryazhyonno-deformirovannogo sostoyaniya [On the evaluation of the effect of stochastic properties of design parameters on the reliability of systems with stress-strain state regulators]. Materialy VIII Vseros .

nauch.-tekhnich. konf. “Aktual’nye voprosy stroitel’stva” [Proc. of VIII Russian Sci. and Tech. conference “Actual issues of construction”]. Novosibirsk: NGASU (Sibstrin). 2015. Pp. 3-11 .

10. Vedyakov I.I., Raizer V.D. Nadyozhnost’ stroitel’nykh konstruktsiy. Teoriya i raschyot: Nauchnoe izdanie [Reliability of building structures. Theory and Calculation: Scientific Edition]. Мoscow : Publishing ASV, 2018. 414 p .

11. Hang E.J., Choi K.K., Komkov V. Design Sensitivity Analysis of Structural Systems. Mathematics in Science and Engineering. New York : Academic Press, 1986. V. 17. 426 p .

Sebeshev Vladimir Grigorievich Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin), Novosibirsk, Russian Federation Candidate of Technical Sciences, Professor of the Department of Structural Mechanics E-mail: sebeshev@sibstrin.ru Korshunov Ivan Sergeyevich Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin), Novosibirsk, Russian Federation Student E-mail: leprikon141293@gmail.com

–  –  –

УДК 69.07, 691.615.5 ТРАВУШ В.И., КОНИН Д.В, РТИЩЕВА И.В .

РАСЧЕТЫ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ МНОГОСЛОЙНОГО

СТЕКЛА НА ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ

Представлены результаты испытаний конструкций из многослойного термоупрочнённого стекла. Рассмотрены вопросы расчёта на центральное сжатие, изгиб, сжатие с изгибом и устойчивость многослойных стеклянных конструкций. Даны описания расчётной схемы рассматриваемых конструкций и особенностей многослойного стекла. Проведена оценка существующих методик расчета, численного моделирования и их сравнение с результатами эксперимента. Обоснована тема исследования .

Ключевые слова: стекло, колонна, балка, термоупрочнённое стекло, многослойное стекло, стеклянная конструкция, светопрозрачный фасад, расчёт, центральное сжатие, сжатие с изгибом, чистый изгиб .

Введение В последние годы при строительстве зданий практикуется использование несущих конструкций из стекла. Такие конструкции, как правило, держат светопрозрачный фасад или покрытие и более распространены за рубежом [9]. В частности, при конструировании и строительстве используются фасадные стеклянные конструкции со значительной расчетной длиной. Такой фасад с фахверковыми стеклянными стойками длиной более 16 м (рисунок 1) был исследован авторами настоящей статьи. Был выполнен комплекс испытаний конструкций из многослойного термоупрочнённого стекла. Исследовались колонны, используемые в качестве фахверковых несущих конструкций фасада, работающих как сжатоизгибаемые элементы со значительным эксцентриситетом. Одной из задач исследования являлось составление методики расчёта несущих конструкций из многослойного стекла на прочность и устойчивость. Отсутствие нормативно-технической документации по расчёту, проектированию и испытаниям несущих стеклянных конструкций и определяет необходимость составления настоящей методики .

В рамках научно-исследовательской работы были проведены испытания 18 образцов трех групп моделей из многослойного термоупрочнённого стекла прямоугольного поперченого сечения. Первая группа моделей («колонны»), марки К1 (рисунок 2) эквивалентна натурным колоннам по гибкости в обоих плоскостях и предназначена для испытаний центральным и внецентренным сжатием с заданным эксцентриситетом. Вторая группа моделей («балки»), марки Б2 (рисунок 3) предназначена для испытания на чистый изгиб. Третья группа моделей («призмы») (рисунок 4) предназначена для испытаний центральным сжатием и анализа работы материала составного сечения. Модели данной группы имеют состав сечения, соответствующий 1-ой группе моделей - марка К3а и натурным колоннам - марка К3б. Стёкла для всех моделей термоупрочнённые толщиной 12 мм, клеевые прослойки толщиной 0,89 мм. Экспериментальные образцы, натурные колонны и материал для них изготовлены одним производителем. При испытаниях моделей на сжатие обеспечена шарнирная работа верхней и нижней опор, исследуемый эксцентриситет, а также шарнирное опирание для балок .

–  –  –

В результате испытаний получены величины разрушающих нагрузок по двум признакам разрушения: появление первой трещины – начальное разрушение (I-я ступень) и полное разрушение (II-я ступень). Определены средние значения напряжений сечений образцов: для группы К1 Iс= 40 МПа, IIс= 49 МПа; для группы Б2 Iс=IIс= 78 МПа; для группы К3а Iс= 81 МПа, IIс= 142 МПа; для группы К3б Iс= 73 МПа, IIс= 117 МПа .

Анализ полученных результатов показал, что на работу конструкции из стекла, так же как и из других материалов, велико влияние гибкости (i/L). Полное разрушение гибких образцов-стоек при нормальном нагружении происходит после потери устойчивости, при начальном разрушении (одиночная трещина) потеря устойчивости не происходит – деформации визуально не видны, Iс IIс в 1,06 … 1,5 раза. При испытании образцов коротких балок полное разрушение наступало сразу после появления первых трещин (групповые веерообразные или наклонные), деформации ничтожно малы. Для центральносжатых образцов «призм» малой гибкости (без возможности потери устойчивости) характерна большая разница между напряжениями начального и полного разрушения – в 1,4 … 2.8 раза .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции Рисунок 3 – Схема экспериментального образца 2-ой группы моделей (линейные размеры в мм) Рисунок 2 – Схема экспериментального Рисунок 4 – Схема экспериментального образца образца 1-ой группы моделей (линейные 3-ей группы моделей (линейные размеры в мм) размеры в мм) В процессе эксперимента было определено, что работа стекла с трещинами опасна, поэтому несущая способность многослойного стекла принята по первой ступени разрушения. Максимальное рекомендуемое расчётное напряжение для рассматриваемых образцов из термоупрочнённого многослойного стекла составляет = 29 МПа, нормативное значение напряжения составляет не менее = 41 МПа .

Стекло - изотропный материал. Для него характерна прямая пропорциональная зависимость между напряжением и укорочением (удлинением) во всем диапазоне его работы. Стекло может сохранять свои упругие свойства вплоть до разрушения [8, 11]. Но многослойное стекло имеет в своём составе материалы со значительно отличающимися характеристиками и свойствами: листовое стекло и полимерный клей. Поэтому естественно для многослойного стекла различие свойств в разных направлениях сечения одного элемента, и для расчёта несущих конструкций использовать фактический модуль упругости стекла по ГОСТ 33087-2014 Е=70 ГПа не допустимо. Соответственно, значения модуля упругости стеклянных многослойных образцов различны для главных осей сечения и составляют: в направлении перпендикулярном слоям стекла – 30 000 МПа; вдоль слоёв стекла – 60 000 МПа. Для расчета конструкции по деформациям предлагается принимать Еg=12 500 МПа для учета возможных расслоений и незначительных начальных разрушений эта очевидная предпосылка была подтверждена испытаниями .

Физико-механические характеристики многослойных стёкол так же определяют технология и контроль изготовления [7] – от разных производителей они имеют отличные _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) 55 Строительство и реконструкция

–  –  –

На рисунках 5 и 6 показаны зависимости коэффициента продольного изгиба и критических напряжений от гибкости стоек. На участке малых гибкостей в диапазоне гибкостей от 0 до 50, критическое напряжение постоянно, равно расчётному напряжению =29 МПа и не зависит от гибкости стержня. При гибкости ориентировочно более 100 критическая сила, как известно, изменяется по закону Эйлера. На рисунках приведены кривые критических напряжений по Эйлеру для модуля деформации Е равного 25, 30 и 35 ГПа. По результатам испытаний все центрально-сжатые стойки группы К1 разрушались при потере устойчивости из плоскости стеклянных листов. Модуль деформации для стоек из плоскости листов составляет 30 000 МПа (30 ГПа). Точечными значениями на графиках показаны критические напряжения в испытанных стойках. Гибкости испытанных стоек (=161,6) из плоскости практически соответствуют гибкостям из плоскости запроектированной конструкции (около =160, см. рисунок 1). На рисунке 6 видно, что фактически полученные критические напряжения (точечные значения при гибкости 161,6) выше получаемых расчетным способом, что идет в запас прочности. Критические

–  –  –

напряжения при гибкостях, отличных от представленных требуется уточнить при проведении дальнейших испытаний .

Расчет критических напряжений и коэффициента продольного изгиба

Коэффициент продольного изгиба вычисляется по формуле:

(1) Теоретическое значение коэффициента при гибкости 161,6 и принятой прочности стекла 29 МПа составит 0,38 (красная точка на рисунке 5). Коэффициент продольного изгиба можно принять как отношение напряжения появления первой трещины к минимальному фактическому значению прочности многослойного стекла, получаемого по результатам испытаний (, образец К3б3 =56.54 МПа). Фактические значения данного коэффициента, получаемые по результатам испытаний колеблются в диапазоне 0,61…0,79 (точечные маркеры на графике рисунка 5). График коэффициента продольного изгиба при Е=30 ГПа лежит ниже точечных значений, что говорит о правильности выбранной кривой и способа определения критических напряжений и, соответственно, коэффициента продольного изгиба .

Принятая методика расчета критических напряжений и коэффициента продольного изгиба для рассчитываемых конструкций дает запас не менее 1.6, как и отношение фактического к теоретическому: 0.61/0.38=1.6. Учитывая малоизученность работы многослойного стекла в качестве материала для несущих конструкций и многослойного стекла в частности, такой значительный запас прочности оправдан .

Определение напряжений в поперечных сечениях Для определения максимальных напряжений и расчёта элементов из многослойного термоупрочнённого стекла следует выбирать расчётные значения нагрузок при наиболее невыгодном сочетании. Определение нагрузок и их сочетаний выполняется согласно СП [3] .

Напряжение, соответствующее наиболее невыгодному сочетанию нагрузок, приходящихся на элемент, вычисляется как сумма напряжений от действующих усилий, поэтому, расчет по прочности элементов из многослойного термоупрочненного стекла следует выполнять по формуле:

(2)

–  –  –

Прогибы и деформации конструкций определяются по результатам численного расчета от соответствующих нормативных нагрузок при наиболее невыгодном сочетании по СП [3] с учетом рекомендуемых значений модуля деформаций .

–  –  –

При шарнирных опорах верхнего и нижнего концов стержня, с учётом раскрепления в плоскости меньшей жёсткости; равномерно распределённой горизонтальной нагрузке в плоскости большей жёсткости и равномерно возрастающей вертикальной нагрузке коэффициент продольного изгиба принят равным единице: =1,0. Таким образом, расчётная длина в плоскости большей жёсткости сечения у-у составляет lefy= 16,5 м, в плоскости меньшей жёсткости х-х - lefх =4,2 м .

Наглядные результаты расчёта колонны в программном комплексе, с учётом различных модулей упругости отображены на рисунке 8: в плоскости сечения у-у Еg= 60 000МПа, х-х - Еg= 30 000 МПа – рис. 8б, 8в, 8д; для расчёта перемещений Еg=12 500 МПа – рис. 8г .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции Сопоставление результатов расчётов сведены в таблицу 2 .

–  –  –

Из таблицы 1 видно, что результаты эксперимента изменяются в широких пределах:

разница между максимальным и минимальным полученным напряжением I в 1,565 раза, деформаций в 8 … 11.5 раз. Первая ступень разрушения, при которой требуется замена конструкции, наступает до образования критических или видимых деформаций .

Из таблицы 2 также следует, что максимальные численные значения напряжений результатов моделирования и расчёта значительно меньше средних и минимальных результатов эксперимента (до 69%) и принятому максимально возможному напряжению (расчётному сопротивлению) стекла Rag=29 МПа (до 57%), что позволяет утверждать о надёжности выбранной методики расчёта. Деформации по результатам расчёта в рабочей плоскости с большей жёсткостью сечения превышают значения, полученные по результатам эксперимента, а в меньшей – значительно меньше. Это связано с тем, что экспериментальные модели не имели горизонтального нагружения и потеря их устойчивости происходит в плоскости меньшей жёсткости сечения. В свою очередь, рассматриваемые натурные стеклянные стойки работают как сжато-изгибаемые, прогиб которых от горизонтальной нагрузки значительно превышает величину деформации потери устойчивости от нормальной силы, и был определён с учётом пониженного модуля упругости Еg=12500МПа. Разночтения результатов численного моделирования и расчёта связаны с особенностью загружения фахверка (рисунок 1а). С учётом всех допущений и запасов, максимальная полученная _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) 59 Строительство и реконструкция величина прогиба не превышает существующего ограничения по ГОСТ 33087-2014, равного 1/250. Возможное увеличение микротрещин и последующее разрушение при значительных деформациях, компенсирует пониженный модуль упругости для расчёта по прогибам изгибаемых конструкций .

–  –  –

При проектировании стеклянных конструкций следует выполнять расчет на устойчивость формы на действие расчетных постоянных, длительных и кратковременных нагрузок. Допускаемое расчётное напряжение для стекла значительно ниже границы разрушающего напряжения. Такое снижение теоретической несущей способности связано с характером нагрузки (знакопеременная) на исследуемые колонны, термическими и механическими воздействиями [7, 8], а также с возможными пороками стекла: посторонними включениями, микродефектами и неровностями, которые вызывают концентрацию напряжений и потерю прочности хрупкого материала [8, 10, 11]. Коэффициент запаса по устойчивости формы, представляющей собой отношение расчетной величины нагрузки, при которой возникает возможность потери общей устойчивости конструкции, к величине эксплуатационной нагрузки на конструкцию, должен быть не менее 1,3 .

Выводы По результатам проведённых испытаний проведён комплекс расчётов конструкций из многослойного термоупрочнённого стекла: на центральное сжатие, сжатие с изгибом и чистый изгиб. В общей сложности задействованы результаты испытаний 18 моделей .

1. Анализ результатов испытаний сжатых и сжато-изгибаемых элементов, показал, что разрушение стоек из многослойного стекла последовательное: Iс IIс в 1.06 … 1.5 раза, с обильным постепенным трещинообразованием, характер их работы позволяет предупредить обрушение, при соблюдении режима эксплуатации .

2. Разрушение изгибаемых конструкций, напротив, имеет внезапный характер: Iс = IIс, что требует значительных запасов при проектировании: избегать большие пролёты, использовать сечения повышенной жёсткости, исключающие значительные прогибы, _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции учитывая малую изученность работы стеклянных конструкций и широкий диапазон результатов прочностных показателей .

3. Анализ перемещений моделей под нормальной нагрузкой по ступеням нагружения показал отсутствие резких скачков и перепадов перемещений вплоть до разрушения. Деформации увеличиваются последовательно и плавно с увеличением диапазона после появления первой трещины .

4. По результатам испытаний и анализа составлена методика расчёта для фахверковых колонн из термоупрочнённого многослойного стекла, включающая:

определение геометрических характеристик сечения, расчёт сжато-изгибаемых элементов, устойчивости и коэффициентов продольного изгиба для центрально сжатых элементов .

Особенностями расчетов являются: использование различных модулей упругости в направлениях главных осей сечения - вдоль слоёв сечения многослойного стекла Еg=60 ГПа, поперёк слоёв - Еg=30 ГПа, и при расчёте деформаций - Еg=12,5 ГПа; пониженное значение расчётного сопротивления относительно экспериментальных данных Rag=29 МПа; низкий коэффициент продольного изгиба. Рассматриваемая методика была разработана для определённых конструкций, с конкретным составом сечения и характеристиками материала и была подтверждена результатами численного моделирования и расчёта. Данные рекомендации необходимо расширить и дополнить для более широкого применения .

5. На настоящий момент, расчёты любой несущей конструкции из стекла необходимо подтверждать экспериментальным путём, с испытанием прототипа проектируемой конструкции, а также контрольных образцов. При этом материалы и изготовители моделей и натурных конструкций должны совпадать. Использование результатов и материалов других изготовителей может серьёзно искажать расчёт ввиду разнообразия соединительных материалов и технологий изготовления .

6. Вследствие вышеизложенного очевидна необходимость строго регламентированных правил по проектированию и расчёту стеклянных конструкций как несущих элементов, в том числе из многослойного стекла. Требуются установленные стандарты на проведение испытаний стеклянных конструкций для различных видов напряжённо-деформированного состояния, определение прочности контрольных образцов, и другие необходимые нормирующие документы .

7. Для формирования нормативной документации и разработки более точной и универсальной методики расчёта стеклянных конструкций, в том числе и из многослойного стекла, требуется проведение более масштабных испытаний .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81* .

2. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменениями N 1, 2) .

3. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85 .

4. ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения .

5. СН 481-75 Инструкция по проектированию, монтажу и эксплуатации стеклопакетов .

6. Зажигалкин А.В., Смирнов М.И., Чесноков А.Г., Кизилов С.Н. Техническое регулирование в области строительного стекла // Стандарты и качество.2018. №10. С.18-21 .

7. Зубков В.А., Кондратьева Н.В. Причины разрушения стекла // Сборник статей «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре». Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет. 2015. С.44-47 .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) 61 Строительство и реконструкция

8. Демьяненко М.А., Стратий П.В. Основы проектирования несущих конструкций из стекла // Системные технологии. 2018. № 26. С. 168-172 .

9. Птухина И.С., Дроздецкая М.А., Числова М.М., Шаторная А.М. Стекло как материал несущих колонн // Инновации в науке Санкт-Петербург. 2017. №6 (67). С.74-78

10. Мельникова С.С., Панчук Н.Н. Стеклянные конструкции в архитектуре // Новые идеи нового века:

материалы международной научной конференции. Хабаровск: ФАД ТОГУ, 2013. Т 3. С.244-250 .

11. Гогин А.Г. Несущие конструкции из стекла. Чебоксары: Издательство ООО "Центр научного сотрудничества "Интерактив плюс". 2016 .

12. Дубынин Н.В., Магай А.А. Современное стекло светопрозрачных фасадов многофункциональных высотных зданий. ОАО ЦНИИЭП жилища // Вестник МГСУ Москва. 2010. №3. С. 36-42 .

Владимир Ильич Травуш ЗАО «ГОРПРОЕКТ», г. Москва, Россия, д.т.н., профессор, E-mail: travush@mail.ru Денис Владимирович Конин ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»), г. Москва, Россия, к.т.н., E-mail: konden@inbox.ru Ирина Владимировна Ртищева ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»), г. Москва, Россия, E-mail: rtischevaiv@ya.ru

–  –  –

CALCULATIONS OF LOAD-BEARING STRUCTURES MADE

OF MULTILAYERED GLASS FOR STRENGTH AND STABILITY

The results of testing of structures made of multilayer heat-strengthened glass are presented .

The problems of calculation for central compression, bending, bending compression and stability of multilayer glass structures are considered. Descriptions of the design scheme of the considered structures and features of multilayer glass are given. The estimation of the existing methods of calculation, numerical modeling and their comparison with the results of the experiment. The research topic is substantiated .

Keywords: glass, column, beam, heat-strengthened glass, multilayered glass, glass structure, translucent facade, calculation, central compression, compression with a bend, bending .

REFERENCES

1. Russian Building Code SP 16.13330.2017 Stal'nyye konstruktsii. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP II-23Steel structures. Updated version of SNiP II-23-81*]. Moscow, 2017. (rus)

2. Russian Building Code SP SP 63.13330.2012 Betonnyye i zhelezobetonnyye konstruktsii. Osnovnyye polozheniya. Aktualizi-rovannaya redaktsiya SNiP 52-01-2003 (s Izmeneniyami N 1, 2) [Concrete and reinforced concrete structures. The main provisions. The updated edition of SNiP 52-01-2003 (with Amendments No. 1, 2)]. (rus)

3. Russian Building Code SP SP 20.13330.2016 Nagruzki i vozdeystviya. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP 2.01.07-85 [Loads and impacts. The updated edition of SNiP 2.01.07-85]. (rus)

4. Russian National Standard GOST 27751-2014 Nadezhnost' stroitel'nykh konstruktsiy i osnovaniy. Osnovnyye polozheniya [Reliability of building structures and bases. The main provisions]. (rus)

5. Russian Building Code SN 481-75 Instruktsiya po proyektirovaniyu, montazhu i ekspluatatsii steklopaketov [Instruction for design, installation and operation of glass packages]. (rus)

6. Zazhigalkin A. V., Smirnov M. I., Chesnokov A. G., Kizilov S. N. Tekhnicheskoye regulirovaniye v ob-lasti stroitel'nogo stekla [Technical regulation in the field of building glass]. Standards and quality.2018. No. 10. Pp. 18-21 .

(rus) _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции

7. Zubkov V. A., Kondratiev N. V. Prichiny razrusheniya stekla [Causes of glass failure]. Sbornik statey “Traditsii i in-novatsii v stroitel'stve i arkhitekture” [Traditions and innovations in construction and architecture]. Samara: Samarskiy gosudarstvennyy arkhitekturno-stroitel'nyy universitet. 2015. Pp.44-47. (rus)

8. Demyanenko, M. A., Straty P. V. Osnovy proyektirovaniya nesushchikh konstruktsiy iz stekla [Fundamentals of designing of bearing structures of glass]. Sistemnyye tekhnologii. 2018. No. 26. Pp. 168-172. (rus)

9. Ptukhina I. S., M. A. Drozdetskiy, M. Chislova, A. M. Saturna. Steklo kak material nesushchikh kolonn [Glass as a material of load-bearing columns]. Innovatsii v nauke Sankt-Peterburg [Innovations in science St. Petersburg]. 2017. No. 6 (67). Pp. 74-78. (rus)

10. Mel'nikova S. S., Panchuk N. N. Steklyannyye konstruktsii v arkhitekture // Novyye idei novogo ve-ka:

materialy mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii [Glass structures in architecture / / New ideas of the new century:

materials of the international scientific conference]. Khabarovsk: FAD PNU, 2013. Vol. 3. Pp. 244-250. (rus)

11. Gogin A. G. Nesushchiye konstruktsii iz stekla [Load-bearing structures of glass]. Cheboksary: Izdatel'stvo OOO "Tsentr nauchnogo so-trudnichestva "Interaktiv plyus". 2016. (rus)

12. Dubynin N. V., Magay A. A. Sovremennoye steklo svetoprozrachnykh fasadov mnogofunktsional'-nykh vysotnykh zdaniy. OAO TSNIIEP zhilishcha [Modern glass translucent facades of multifunctional high-rise buildings .

OAO tsniiep zhilischa]. Vestnik MGSU. 2010. No 3. Pp. 36-42. (rus) Travush Vladimir I .

ZAO «GORPROEKT», Moscow, Russia doctor in tech. sc., prof., prof .

E-mail: travush@mail.ru Konin Denis V .

TSNIISK NAMED AFTER V. A. KOUCHERENKO (JSC «Research center of construction»), Moscow, Russia, candidate in tech. sc., E-mail: konden@inbox.ru Rtischeva Irina V .

TSNIISK NAMED AFTER V. A. KOUCHERENKO (JSC «Research center of construction»), Moscow, Russia, E-mail: rtischevaiv@ya.ru

–  –  –

УДК 624.046.2 ШАПИРО Г.И., СМИРНОВ А.В .

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ОБОСНОВАНИЕ МОДЕЛИ

С ОДНОСТОРОННИМИ СВЯЗЯМИ ДЛЯ РАСЧЕТА ПАНЕЛЬНЫХ

ЗДАНИЙ С НИЖНИМИ КАРКАСНЫМИ ЭТАЖАМИ

Рассмотрен вопрос о расчете сопряжения конструкций типовой панельной части здания с каркасными конструкциями нижних нежилых этажей. На основе проведенных теоритических и экспериментальных исследований стеновых панелей первых нежилых этажей с большими проемами разработана методика построения расчетной модели для случая каркасных конструкций первых нежилых этажей в ПК Ansys. Проведен сравнительный анализ методик построения расчетной модели фрагмента панельного здания с нижними каркасными этажами с использованием элементов односторонних связей в ПК ЛИРА САПР и нелинейных элементов в ПК Ansys. Проведен анализ особенностей работы сборных и монолитных конструкций в области их сопряжения и примыкающих к ним элементам вышележащих этажей. Указаны основные проблемы, возникающие при моделировании сопряжения рассматриваемых конструкций, и приведены общие рекомендации по их расчету .

Ключевые слова: панельное здание, каркасная система, нежилой этаж, контактный стык, метод предельного равновесия, односторонние связи, крупнопанельные конструктивные системы .

Ранее в [1] был рассмотрен расчет сопряжения конструкций типовой панельной части здания с каркасными конструкциями нижних нежилых этажей. На примере жилого дома, разработанного в АО «МНИИТЭП», была предложена методика построения расчетной модели панельного здания с нижними каркасными этажами, и проведен анализ особенностей работы стеновых и рамных конструкций в области их сопряжения – контактного стыка .

Приведенные в статье [1] результаты были получены из нелинейного расчета конструкций здания с использованием элементов односторонних связей, моделирующих работу контактного стыка. Необходимость введения данных элементов в расчетную модель здания была связана с противоречивыми результатами, полученными в ходе первоначального линейного расчета. Из-за недостаточной изгибной жесткости рамных конструкций первого этажа в расчетной модели здания произошло «зависание» ригелей рам на расположенных выше стеновых панелях второго этажа, что в результате привело к появлению значительных растягивающих напряжений в области контактного стыка. Введение элементов односторонних связей позволило корректно отразить работу контактного стыка при растяжении и определить напряженно-деформированное состояние конструкций в области стыка .

В предложенной расчетной модели здания была учтена конструктивная нелинейность контактного стыка, связанная с раскрытием (разрушением) стыка в процессе деформирования. При этом данная модель не предусматривала развитие неупругих деформаций и образование трещин в конструкциях здания. Хотя очевидно, что учет нелинейных деформаций, например, в ригеле рамы может привести к росту прогибов в последнем и, как результат, к _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции появлению (увеличению) зоны расслоения контактного стыка по его длине. Поэтому возникает необходимость в дальнейшем уточнении предложенной модели панельного здания с нижними каркасными этажами. Следует принять во внимание возможность нелинейного деформирования конструкций здания, а также оценить степень влияния развития неупругих деформаций на напряженно-деформированное состояние в области контактного стыка и примыкающих к нему элементов .

В 70-х годах прошлого века в Москве началось строительство крупнопанельных зданий повышенной этажности (до 25 этажей). Одновременно с этим ставилась задача использовать первые этажи жилых зданий для размещения в них нежилых помещений. В связи с этим в МНИИТЭП были разработаны конструкции первых этажей, позволяющие при той же технологии изготовления железобетонных элементов получать в первых этажах помещения, по размерам достаточные для размещения небольших предприятий для обслуживания населения, а также служебных помещений .

Конструкции первых этажей представляли собой железобетонные стеновые панели увеличенной высоты, с проемами шириной до 3 м. Типовые панели второго этажа опирались на панели первого через платформенный стык. При этом в зоне стыка и примыкающих элементах возникало сложное напряженно-деформированное состояние, оценить которое на основе имевшихся опытных данных было затруднительно .

В 1977-1979 гг. в лаборатории исследования прочности конструкций МНИИТЭП были выполнены экспериментальные и теоретические работы по определению напряженного-деформированного состояния стеновых панелей первых нежилых этажей крупнопанельных зданий [2,3]. Исследования проводились на моделях фрагментов стен в масштабе 1:2. Фрагменты состояли из стеновой панели первого этажа с большим проемом, элементов перекрытия и стеновой панели второго этажа (рисунок 1). Основной задачей исследований было выяснение механизма разрушения данных конструкций. Рисунок 1 – Схема испытания стеновых панелей В ходе экспериментальных работ бы- первых этажей ло проведено испытание 14 фрагментов стен, имеющих различное армирование перемычек стеновых панелей первого этажа и расположение проемов на втором этаже. Результаты испытаний показали, что характерными механизмами разрушения данных конструкций являлись те, в которых происходило либо совместное разрушение перемычки над большим проемом и платформенного стыка над простенками нижней панели, либо разрушение только платформенного стыка (рисунок 2, а,б) .

Одновременно с испытаниями несущую способность фрагментов стен определяли также теоретически: методом предельного равновесия в кинематической формулировке .

Анализ конструкций данным методом оказался удобным, поскольку наличие швов и перемычек определяло механизм разрушения конструкций. Все предполагаемые механизмы образовывались в результате возникновения пластических деформаций в перемычках и швах и вычислялись с точностью до нескольких параметров, полученных в ходе испытаний. Предельные условия (условия равновесия) по линиям пластических деформаций определялись с использованием действовавших нормативных документов. Метод предельного равновесия позволял оценить "вклад" каждого конструктивного элемента в общую прочность конструкции, что давало возможность оптимизации конструкций .

–  –  –

Рисунок 2 – Схема разрушения конструкций: а) по перемычке и платформенному стыку;

б) по платформенному стыку; в) по области над стойками; – линия пластических деформаций Вычисленная кинематическим методом предельного равновесия несущая способность конструкций оказалась близка к опытной, вследствие чего авторами исследования был сделан вывод об эффективности данного метода при расчете стеновых панелей на прочность .

Однако впоследствии при исследовании стеновых панелей с арочными проемами, имеющими более гибкие перемычки, метод предельного равновесия оказался неприменим .

Аналогичный подход был использован в ходе исследований конструкций первых нежилых этажей, выполненных в каркасном исполнении [4]. Опорные реакции, возникающие при опирании стеновой панели типового этажа на стойки каркаса, рассматривались в виде местной вдавливающей нагрузки (штампа). Предполагалось, что при достижении предельной вдавливающей нагрузки зоны текучести в стеновой панели будут сосредоточены вдоль некоторых линий (рисунок 2, в). Принимая в качестве линий пластических деформаций дуги окружностей и используя предельное условие прочности бетона при чистом сдвиге, автор исследования определял несущую способность стеновых панелей. Но, несмотря на хорошую сходимость с опытными данными, рассматриваемый метод имел свои ограничения, связанные в первую очередь с отношением размеров стоек (штампов) к размерам стеновой панели .

Проведенные экспериментальные исследования имеют большую ценность для решения вопроса о характере совместной работы сборных стеновых панелей типового этажа с рамными конструкциями нижних нежилых этажей. Наличие экспериментальных данных позволяет провести численное моделирование испытанных фрагментов стен и по результатам сравнительных расчетов подобрать параметры моделей деформирования и прочности базовых материалов: бетона, арматурной стали и цементно-песчаного раствора .

На основе полученных моделей материалов становится возможным определить влияние нелинейных деформаций на напряженно-деформированное состояние конструкций в области контактного стыка .

В настоящее время существует большое количество моделей деформирования и прочности железобетона, тем или иным образом описывающие нелинейные свойства бетона и арматуры [5]. Вместе с тем применяется два основных подхода к учету арматуры в теле бетона: заданием распределенной жесткости в направлении армирования и непосредственным моделированием отдельных стержней. Исходя из имеющегося опыта моделирования железобетонных конструкций, в проводимом исследовании авторами использовался второй подход с моделями материалов, реализованными в программном комплексе ANSYS. При этом контакт на границе бетона с арматурой, равно как и на границе бетона с растворным швом принимался сплошным (неразрывным) без учета неупругого деформирования и нарушения сцепления на поверхности соединения .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции

–  –  –

где – эквивалентные напряжения, определенные из условия Губера-Мизеса;

– предел текучести материала .

В момент, когда эквивалентные напряжения становятся равными пределу текучести, т.е. функция F=0, в материале появляются пластические деформация. Если F0, материал продолжает деформироваться упруго .

Для рассматриваемой модели DPC в зависимости от характера нагружения выражение критерия текучести будет иметь следующий вид:

1. в условиях действия растягивающих и растягивающе-сжимающих напряжений выражение (1) принимает вид где и – постоянные, зависящие от пределов прочности материала при одноосном растяжении и одноосном сжатии

–  –  –

Для описания нелинейного характера деформирования арматуры использовалась полилинейная модель изотропного упрочнения Multilinear Isotropic Hardening (MISO), устанавливающая одинаковую зависимость между напряжениями и пластическими деформациями как при растяжении, так и сжатии (рисунок 4). Подробное теоретическое описание используемых моделей материалов приведено в [6] .

–  –  –

Схема испытания образца железобетонной балки показана на рисунке 6. На фасадных плоскостях балки у каждой из опор под углом 45° наклеивались тензодатчики Д1 и Д2, с помощью которых в процессе нагружения измерялись деформации бетона. Нагружение балки производилось с помощью гидравлических домкратов. Нагрузка в виде двух сосредоточенных сил прикладывалась этапами по 0,1 от предполагаемой разрушающей. Каждый этап нагружения для балок составлял 16 т. Средняя разрушающая нагрузка по результатам испытаний трех образцов железобетонных балок составила 139 т .

На основе приведенных исходных данных в ПК ANSYS была создана конечноэлементная модель образца железобетонной балки. Бетон балки моделировался трехмерными конечными элементами SOLID185, предназначенными для определения объемного напряженно-деформированного состояния конструкций. Моделирование арматурных включений осуществлялось с помощью стержневых конечных элементов LINK180, работающих в качестве ферменных элементов только на растяжение-сжатие. Подробное описание указанных конечных элементов можно найти в [8]. По результатам проведенных численных экспериментов были скорректированы параметры принятых моделей материалов (бетона и арматуры) и определено напряженно-деформированное состояние конечно-элементной модели железобетонной балки на этапе разрушения .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции На рисунке 7 приведены: фотография характер- а) ного разрушения образца железобетонной балки в ходе испытаний и мозаика деформаций в направлении главных растягивающих напряжений в конечноэлементной модели балки. Как следует из рисунка, механизмы разрушения железобетонной балки в опыте и б) численном эксперименте совпадают – разрушение происходит по наклонным и нормальным сечениям .

Значение разрушающей нагрузки железобетонной балки, полученное в результате расчета, составляет 141 т и превышает опытное значение на 1,5%.

На рисунке 8 представлены графики средних деформаций бетона по Рисунок 5 – Железобетонная балка:

а – общие размеры; б – армирование показаниям датчиков, установленных у опор железобетонной балки, и деформаций в конечно-элементной модели балки. Как видно из рисунка, величины деформаций на каждом этапе нагружения достаточно близки друг к другу .

Полученные данные говорят о хорошей сходимости результатов численных экспериментов и опытных испытаний на основе принятых моделей материалов. Однако подобранные модели имеют ограниченРисунок 6 – Схема испытания железоную область применения – они пригодны для моделибетонных балок рования конструкций со схожим напряженнодеформированным состоянием. Вместе с тем из проведенных экспериментальных работ ясно, что перемычка стеновой панели с большим дверным проемом определяет механизм разрушения фрагментов стен и находится в похожих условиях, что и балка, нагруженная по приведенный выше схеме (рисунок 6). Исходя из данного предположения, на втором этапе исследования проводилось численное моделирование фрагмента стены с использованием принятых моделей материалов .

Опытный фрагмент стены состоял из стеновой панели первого этажа с большим проемом, элементов перекрытий и стеновой панели второго этажа. Стеновая панель второго этажа была выполнена в соответствии с чертежами типовых конструкций панельных зданий, стеновая панель первого этажа – на основе типологического задания проектного отдела МНИИТЭП. Перекрытие было запроектировано в виде двух узких полос. Для удобства монтажа полосы были соединены между собой арматурными каркасами, так что перекрытие представляло собой единую плиту. Толщина шов в платформенном стыке составляла 1 см, вертикальный шов раствором не заполнялся. Общие размеры конструкций и их армирование приведены на рисунке 9. В таблице 2 приведены физико-механические характеристики бетона и арматуры фрагмента стены. Характеристики, отмеченные «*», получены по результатам испытания образцов бетона и арматуры. Остальные характеристики приняты в соответствии с [7,9] .

–  –  –

Схема испытания фрагмента стены показана на рисунке 1. В нескольких точках по высоте образец закреплялись горизонтальными жесткими связями, не препятствовавшими вертикальным перемещениям, но исключавшим перемещения из плоскости. С помощью индикаторов часового типа М1-М12 измерялись деформации бетона в процессе нагружения .

Нагрузка на образец передавалась сверху через жесткую траверсу, на которой размещались 100-тонные домкраты. Нагружение производилось этапами по 0,1 от ожидаемой разрушающей нагрузке, которая была принята 70 т/м. Средняя разрушающая нагрузка по результатам испытаний двух фрагментов стены испытаний составила 69 т/м .

На основе приведенных исходных данных в ПК ANSYS была создана конечноэлементная модель фрагмента стены. Бетон конструкций и растворный шов моделировались трехмерными конечными элементами SOLID185, армирование конструкций – стержневыми конечными элементами LINK180 .

–  –  –

По результатам численных экспериментов были скорректированы параметры модели материала, описывающей растворный шов, и определено напряженно-деформированное состояние конечно-элементной модели фрагмента стены на этапе разрушения. На рисунке 10 приведены: фотография характерного разрушения фрагмента стены в ходе испытаний и мозаика деформаций в направлении главных растягивающих напряжений в конечноэлементной модели. Как следует из рисунка, механизмы разрушения фрагмента стены в опыте и численном эксперименте подобны – происходит разрушение участков платформенного стыка над простенками нижней стеновой панели и перемычки по наклонным сечениям. Значение разрушающей нагрузки фрагмента стены, полученное в результате расчета, составляет 71 т/м и превышает опытное значение на 3% .

Анализ результатов, полученных на первых двух этапах исследования, показывает хорошую сходимость данных численных экспериментов и опытных испытаний. Величины разрушающих нагрузок в расчетах и опытах достаточно близки – разница не превышает 5%, графики деформаций бетона в местах установки индикаторов практически совпадают. В ходе численного анализа фрагмента стены подтвердилось предположение о схожести напряженно-деформированного состояния высокой железобетонной балки и перемычки нижней стеновой панели. Являясь ключевым несущим элементом, перемычка нижней стеновой панели определяет механизм разрушения конструкций, что позволяет обоснованно использовать для анализа фрагмента стены те же модели материалов, что и при расчете железобетонной балки без внесения существенных изменений в параметры моделей. Из этого следует, что разработанная конечно-элементная модель фрагмента стены корректно отражает напряженносентябрь-октябрь) 71 Строительство и реконструкция деформированное состояние конструкций и может быть использована для анализа работы аналогичных конструкций .

–  –  –

Сделанный вывод позволяет перейти непосредственно к третьему этапу исследования

– моделированию сопряжения стеновых и рамных конструкций здания. Учитывая, что рассмотренный ранее в [1] жилой дом имел неудачное конструктивное решение нижних каркасных этажей, в результате чего в расчетной модели произошло разрушение контактного стыка, в проводимом исследование за основу был взят другой жилой дом, предварительный расчет которого не выявил подобной проблемы .

Конструкции техподполья и первого нежилого этажа рассматриваемого жилого дома запроектированы монолитными на основе каркасно-стеновой конструктивной системы, конструкции типовой части, начиная с 2-го этажа, – сборные железобетонные изделия. Сравнение расчетных моделей велось на фрагменте здания, состоящего из монолитной рамы первого этажа и опирающейся на нее стеновой панели типового этажа. Размеры конструкций и их армирование приведено на рисунке 11. Физико-механические характеристики бетона и арматуры конструкций приняты согласно [7,9,10] и приведены в таблице 3 .

–  –  –

Не смотря на принципиальную разность конечно-элементных моделей, построенных в ПК ANSYS, и модели с односторонними связями, рассмотренной ранее в ПК ЛИРА-САПР [1], предложенные модели можно сравнить в стадии эксплуатации, когда действующие на здание нагрузки далеки от разрушающих. Расчет конструкций в ПК ANSYS на основе разработанной модели даст возможность получить количественную оценку развития неупругих деформаций и их влияния на общее напряженно-деформированное состояние конструкций .

Подобного рода верификация позволит сделать вывод о возможности применения модели с элементами односторонних связей для расчета панельных зданий с нижними каркасными этажами .

На основе приведенных исходных данных в ПК ЛИРА-САПР и ПК ANSYS были собраны расчетные модели рассматриваемого фрагмента здания. При построение расчетной модели в ПК ЛИРА-САПР использовались четырехугольные конечные элементы оболочек (тип 44) и конечные элементы упругих связей с учетом предельных усилий (тип 255). В ПК ANSYS использовались описанные выше конечные элементы SOLID185 и LINK180. Основные отличия указанных расчетных моделей заключались в различном подходе к моделированию контактного стыка и возможности нелинейного деформирования конструкций в ПК ANSYS. Нагрузка, прикладываемая к рассматриваемым фрагментам, соответствовала эксплуатационной нагрузке, действующей в уровне верха 2-го этажа 17-этажного жилого дома .

В результате проведенного в ПК ANSYS расчета подтвердилось предположение о возможном развитии пластических деформаций в ригеле монолитной рамы (рисунок 12) .

Тем не менее, в ходе сравнения результатов, полученных в ПК ЛИРА-САПР и ПК ANSYS, стало ясно, что выявленные пластические деформации не вносят существенного изменения в общую картину напряженно-деформированного состояния конструкций. Распределения и величины вертикальных и горизонтальных напряжений в расчетных моделях близки, за исключением растянутой зоны ригеля рамы (таблица 4). В результате развития пластических _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) 73 Строительство и реконструкция

–  –  –

В целом, анализ результатов проведенных численных исследований показывает, что расчет панельных зданий с нижними каркасными этажами допускается вести с использованием модели с односторонними связями при соблюдении определенных ограничений. Данные ограничения в первую очередь связаны с конфигурацией рамного каркаса первого нежилого этажа: отношением высоты ригеля рамы к пролету и размерами поперечного сечения колонн. Малая высота ригеля рамы может привести к увеличению гибкости ригеля рамы и стать причиной раскрытия (расслоения) контактного стыка в центральной части пролета рамы. Дальнейшее перераспределение напряжений по длине стыка может привести к значительному увеличению сжимающих напряжений на концевых участках стыка и его разрушению. Принимаемое поперечное сечение колонн также влияет на зону передачи сжимающих напряжений под стеновой панелью, малая площадь которой может вызвать разрушение контактного стыка на концевых участках .

–  –  –

В рассмотренном жилом доме принятая конфигурация рамного каркаса позволяет пренебречь развитием нелинейных деформаций в конструкциях здания и проводить расчет с использованием упругих характеристик материалов. Однако из этого не следует, что расчет допускается вести без введения элементов односторонних связей. Наличие податливого растворного шва в зоне сопряжения конструкций приводит к иному распределению горизонтальных напряжения в ригеле рамы и стеновой панели, чем при жестком сопряжении .

Следует также отметить, что в проводимом исследовании не учитывалось влияние реальных граничных условий и стадийности возведения здания. Впрочем, такой цели и не было. Приняв во внимание сложность выполнения расчета целого здания в нелинейной постановке, основной целью исследования было обоснование отсутствия необходимости в такой постановке. Проведенный численный анализ показал, что конструкции здания деформируются преимущественно упруго и дальнейшие исследования, связанные с учетом влияния ветровой нагрузки, последовательности возведения здания и т.п допускается вести на более простой модели с использованием элементов односторонних связей .

–  –  –

Выводы Приняв во внимание результаты проведенных расчетов, следует отметить отсутствие единого подхода к расчету и конструированию данных конструкций. Практика проектирования показывает, что расчет панельных зданий с нижними каркасными этажами введется либо раздельно (каркасные конструкции рассматриваются отдельно от стеновых конструкций и наоборот), либо сопряжение конструкций принимается жестким. Проведенный анализ говорит о недопустимости подобного подхода, что отмечено в проекте свода правил «Крупнопанельные конструктивные системы» [11]. В данном СП отражено требование о необходимости учета действительной работы стыков зданий при проектировании конструктивных систем с нерегулярным расположением конструкций по высоте .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шапиро Г.И., Смирнов А.В. О расчете конструкций панельных зданий с каркасными конструкциями нижних нежилых этажей // Строительство и реконструкция. 2016. № 4. С. 64 – 72 .

2. Коровкин В.С. Влияние масштаба моделирования на ширину раскрытия трещин железобетонных балок // В кн.: Исследование прочности и жесткости конструкций сборных многоэтажных зданий. М.: ГлавАПУ г. Москвы, 1985. С. 120-127 .

3. Коровкин В.С., Кано И.Л. Исследование панельного варианта конструктивного решения первых нежилых этажей крупнопанельных зданий // В кн.: Исследование прочности и жесткости конструкций сборных многоэтажных зданий. М.: ГлавАПУ г. Москвы, 1985. С. 3-15 .

4. Кано И.Л. Прочность внутренних крупнопанельных железобетонных стен с отверстиями и проемами : диссертация... кандидата технических наук : 05.32.02 / Центр. н.-и. и проект. ин-т типового и эксперим .

проектирования жилища. - Москва, 1990. - 204 с .

5. Лукин А.В., Лобачев A.M., Модестов B.C., Боровков А.И., Попов И.А. Конечно-элементное моделирование и расчет напряженно-деформированного состояния железобетонных конструкций и элементов АЭС // Cб. тезисов докладов на 8-й Межд. научно-техническая конф. "Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР". - Подольск, 2013 .

6. ANSYS Mechanical APDL structural analysis guide. ANSYS Inc., 2015 .

7. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. М.: Минрегион России. 2012. 147 с .

8. Басов К.А. Ansys. Справочник пользователя. М.: ДМК-Пресс, 2005. 640 с .

9. Пангаев В.В., Сердюк В.М. О деформативных характеристиках цементных кладочных растворов // Известия вузов. Строительство. 2004. № 9. С. 110 –113 .

10. ГОСТ 26633-91* «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия». Введ. 1992–01–01 .

М.: ИПК Издательство стандартов, 2003 .

11. СП 335.1325800.2017 Крупнопанельные конструктивные системы. Правила проектирования. М.:

Минрегион России. 2017. 82 с .

Шапиро Геннадий Исаакович ОАО МНИИТЭП, г. Москва, Россия Главный конструктор ОАО МНИИТЭП E-mail: g-shapiro@mail.ru Смирнов Андрей Вячеславович ОАО МНИИТЭП, г. Москва, Россия Ведущий инженер отдела главного конструктора E-mail: smirnov.andrey.1990@gmail.com

–  –  –

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL JUSTIFICATION OF THE MODEL

WITH UNILATERAL CONSTRAINTS FOR THE CALCULATION

OF PANEL BUILDINGS WITH BOTTOM FRAME FLOORS

The question of calculating the conjugation of structures of a typical panel part of a building with skeleton structures of lower non-residential floors is considered. On the basis of theoretical and experimental studies of wall panels of the first non-residential floors with large openings, a method of constructing a computational model for the case of frame structures of the first non-residential floors in the ANSYS PC is developed. A comparative analysis of the methods for constructing a computational model of a fragment of a panel building with lower frame floors using the elements of one-way links in PC LIRA and nonlinear elements in PC Ansys is carried out. The analysis of the features of the work of prefabricated and monolithic structures in the area of their interface and the elements of the overlying floors adjoining them are analyzed. The main problems that arise when simulating the conjugation of the constructions under consideration are indicated, and general recommendations for their calculation are given .

Key words: panel building, frame system, uninhabited floor, contact junction, limit equilibrium method, unilateral connections, large-panel structural systems .

REFERENCES

1. Shapiro GI, Smirnov A.V. O raschete konstruktsiy panel'nykh zdaniy s karkasnymi konstruktsiyami nizhnikh nezhilykh etazhey [About calculation of constructions of panel buildings with skeleton structures of the lower nonresidential floors]. Building and Reconstruction. 2016. No 4. Pp. 64 - 72. (rus)

2. Korovkin V. S. Vliyaniye masshtaba modelirovaniya na shirinu raskrytiya treshchin zhelezobetonnykh balok [The Influence of scale modelling is the width of the opening of cracks in reinforced concrete beams]. In the book.: Issledovaniye prochnosti i zhestkosti konstruktsiy sbornykh mnogoetazhnykh zdaniy [Study of strength and rigidity of prefabricated multi-storey buildings]. Moscow: GlavAPU of Moscow, 1985. Pp. 120-127. (rus)

3. Korovkin V. S., Kano I.L. Issledovaniye panel'nogo varianta konstruktivnogo resheniya pervykh nezhilykh etazhey krupnopanel'nykh zdaniy [Study of the panel variant of the design solution of the first non-residential floors of large-panel buildings]. In the book: Issledovaniye prochnosti i zhestkosti konstruktsiy sbornykh mnogoetazhnykh zdaniy [Study of strength and rigidity of prefabricated multi-storey buildings]. – Moscow: GlavAPU Moscow, 1985 .

Pp. 3-15. (rus)

4. Kano I. L. Prochnost' vnutrennikh krupnopanel'nykh zhelezobetonnykh sten s otverstiyami i proyemami [Strength of internal large-panel reinforced concrete walls with holes and openings]: thesis... candidate of technical Sciences: 05.32.02 / Central Research Institute for Experimental Design of Housing. Moscow, 1990. 204 p. (rus)

5. Lukin AV, Lobachev A.M., Modestov B.C., Borovkov AI, Popov I.A. Konechno-elementnoye modelirovaniye i raschet napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya zhelezobetonnykh konstruktsiy i elementov AES [Finite Element Modeling and Calculation of Stress-Strain State of Reinforced Concrete Structures and Elements of Nuclear Power Plants]. Sb. tezisov dokladov na 8-y Mezhd. nauchno-tekhnicheskaya konf. "Obespecheniye bezopasnosti AES s VVER" [Theses of reports on the 8th Int. scientific and technical conference. "Ensuring the safety of nuclear power plants with WWER"]. Podolsk, 2013 .

6. ANSYS Inc. ANSYS Mechanical APDL structural analysis guide, release 16.0, 2015 .

7. Building Code of Russian Federation SP 63.13330.2012. Concrete and reinforced concrete structures. Updated version of SNiP 52-01-2003. Moscow: the Ministry of Regional Development of Russia, 2012. 147 p .

8. Basov K.A. Ansys manual. Moscow: DMK-Press, 2005. 640 p. (rus)

9. Pangayev V.V., Serdyuk V.M. O deformativnykh kharakteristikakh tsementnykh kladochnykh rastvorov [On the deformative characteristics of cement mortar solutions]. Izvestiya Vuzov. Building. 2004. No. 9. Pp. 110 -113 .

(rus)

10. Standard of Russian Federation GOST 26633-91* “Concretes heavy and fine-grained. Specifications” .

1992-01-01. Moscow: IPK Publishing house of standards. 2003. (rus)

11. Building Code of Russian Federation SP 335.1325800.2017 Large-scale structural systems. Design rules. Moscow: the Ministry of Regional Development of Russia. 2017. 82 p. (rus)

–  –  –

Shapiro Gennady Isaakovich MNIITEP, Moscow, Russia, Chief Designer of MNIITEP, E-mail: g-shapiro@mail.ru Smirnov Andrey Vyacheslavovich MNIITEP, Moscow, Russia, Lead Engineer of Department Chief Designer, E-mail: smirnov.andrey.1990@gmail.com

–  –  –

АРХИТЕКТУРА И ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 504.3.054 БАКАЕВА Н.В., ПИЛИПЕНКО О.В., ГАРМОНОВ К.В .

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

ГАЗОВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ НА ТЕРРИТОРИИ

АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ И АНАЛИЗ ИХ ВЛИЯНИЯ

НА ЗАСТРОЙКУ МЕСТНОСТИ

Распространение и влияние вредных веществ от автозаправочных станций (АЗС) на близлежайшую застройку с учетом аэродинамики потоков ветра недостаточно исследовано .

Изучение процесса распространения вредных веществ в натурных условиях вызывает определенные сложности. Авторами, на основании полученных ранее результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполнено численное моделирование распространения загрязняющих веществ, выделяющихся от АЗС, и анализ их влияния на близлежащую застройку с учетом обтекающих воздушных потоков. Результаты, полученные с помощью численного моделирования, позволяют оценивать состояние окружающей среды в любой точке и на любом расстоянии от АЗС и прогнозировать степень влияния загрязнения атмосферного воздуха на экологическую безопасность жилой застройки при строительстве АЗС. С помощью численного моделирования также представляется возможным оценить эффективность внедрения планируемых мероприятий, способствующих снижению негативного влияния вредных веществ от АЗС .

Ключевые слова: экологическая безопасность городского хозяйства, автозаправочная станция, жилая застройка, аэродинамика воздушных потоков, концентрация вредных веществ, численное моделирование .

Введение Автозаправочная станция (АЗС) является объектом повышенной экологической опасности в городском хозяйстве, даже при применении современных способов и технологий хранения и отпуска нефтепродуктов [1,2]. АЗС является источником выделения вредных веществ (ВВ) в окружающую среду, которые негативно воздействуют на близлежащую застройку и жизнедеятельность человека [3,4]. В связи с этим авторами были проведены теоретические исследования [5-9] по оценке вклада в загрязнение приземного слоя атмосферы ВВ в процессе строительства и эксплуатации АЗС. Одним из определяющих природно-климатических факторов загрязнения приземного слоя атмосферы, как показывает практика эксплуатации АЗС, является аэродинамика потоков ветра от АЗС в направлении прилегающей территории жилой застройки, что было исследовано авторами с помощью эксперимента в аэродинамической камере [10]. Для подтверждения достоверности результатов, полученных при проведении теоретических и экспериментальных исследований, было выполнено численное моделирование распространения газовоздушных потоков на территории АЗС и дан анализ их влияния на застройку местности на ЭВМ .

Модели и методы Численное моделирование выполнялось при помощи программного комплекса ANSYS 18.2 (ANSYS, Inc.), с помощью решателя ANSYS CFX. В основе ANSYS CFX лежит передовой алгебраический многосеточный сопряженный решатель. Решатель ANSYS CFX использует схему дискретизации второго порядка, обеспечивая получение максимально точных результатов [11,12] .

–  –  –

Постановка задачи исследования .

Моделируется процесс распространения паров бензина от АЗС при взаимодействии с ветровыми потоками и влияние их на девятиэтажный жилой дом, расположенный на расстоянии 50 м от АЗС.

В процессе моделирования рассматриваются две градостроительные ситуации:

- без преград между АЗС и жилым домом;

- с преградой – расположенной на расстоянии 25 м от дыхательной трубки. Преграда выполнена из плотно расположенных деревьев высотой 17 м со сквозным просветом внизу высотой 1,5 м .

В ходе моделирования рассматривается момент заполнения автоцистерной подземного резервуара (объемом 50 м3) для хранения топлива - бензина АИ-92 - и дальнейшее распространение паров бензина, вытесняемых из резервуара через дыхательную трубку .

Исследуемая модель содержит следующие объекты: девятиэтажный жилой дом, АЗС (операторская и 4 топливно-раздаточные колонки (ТРК) с навесом), дыхательную трубку от резурвуара с топливом (см. рисунок 1) и расчетную область, которая представляет границу мониторинга атмосферного воздуха (см. рисунок 2) .

Рисунок 1 – Схема расположения объектов в составе модели 1 – жилой дом; 2 – операторская;3 – ТРК с навесом; 4- дыхательная трубка При создании геометрии расчетной области модели были учтены габаритные размеры объектов. Размеры самой расчетной области подобраны таким образом, что ее границы не оказывают влияние на результаты расчетов. Для этого был выбран характерный размер объекта (наибольший из размеров) – высота жилого девятиэтажного дома. Это обстоятельство находится в соответстии с рекомендациями, разработанными НИУ МГСУ и предложенными в работе [11] .

Для точности получения результатов в областях вокруг зданий были дополнительно предусмотрены: область сгущения сетки и пограничный слой около зданий и нижней границей области – поверхности земли, для этого были использованы встроенные модули ANSYS Meshing .

Граничные условия модели были прописаны в препроцессоре CFX-Pre. Были заданы условия на входе в рабочую область (см. рисунок 2 (а)): воздушный поток со скоростью 3,3 м/с (на основе усредненных климатических характеристик города Воронеж [13]) движется пасентябрь-октябрь) Архитектура и градостроительство раллельно поверхности земли к АЗС и жилому дому. Через отверстие дыхательной трубки происходит выброс паров бензина вертикально вверх (см. рисунок 2 (б)) с концентрацией 480 г/м3 и скоростью 1,33 м/с [10]. Смесь паров бензина и воздуха, обтекая на своем пути преграды, выходит из рабочей области (см. рисунок 2 (в)). На выходе из рабочей области задано нулевое осредненное по всей области выхода относительное статическое давление. На всех остальных границах задаются условия непротекания: составляющая скорости по нормали к границе равна нулю, вязкое трение отсутствует. Процесс стационарный, изотермический (температура 20С). Фоновая концентрация паров бензина отсутствует .

–  –  –

Для решения поставленной задачи и получения необходимых данных в программе ANSYS CFX использовались три уравнения сохранения момента, уравнение сохранения масс и уравнение для расчета кинетической энергии турбулентности и турбулентности рассеивания вихревого течения. В моделировании принята k--модель турбулентности, без теплопереноса .

В качестве метода решения системы дифференциальных уравнений в частных производных рассматривается численный метод конечных элементов [12, 14] .

Результаты исследования и их анализ Для получения решения и визуализации моделируемых процессов использовался модуль ANSYS CFX-Solver Manager. Результаты моделирования представлены в виде рисунков, на которых изображено распределение интересующих параметров воздушного потока .

Так, на рисунке 3 представлены поля скоростей воздушных потоков на территории АЗС и прилегающего жилого дома при отсутствии между ними преград. Очевидно, что течение воздуха у АЗС и жилого дома носит сложный характер. Такой характер можно объяснить тем, что с подветренной стороны жилого дома давление атмосферного воздуха ниже, чем с наветренной стороны здания, в связи с этим за зданием наблюдается аэродинамическая тень. Происходит обратное движение воздуха, что приводит к вихрю овальной формы, образующимся с подветренной стороны .

–  –  –

Рисунок 3 – Поля скоростей воздушных потоков без препятствий: а – вид сбоку; б – вид сверху 1 – жилой дом; 2 – операторская;3 – ТРК с навесом; 4- дыхательная трубка На рисунке 4 представлены поля скоростей воздушных потоков на территории АЗС и прилегающего жилого дома при наличии между ними преград. При расположении препятствий значительно меняется характер движения воздушного потока. В соответствие с теоретическими основами аэродинамики [15, 16], при обтекании дополнительных препятствий, воздушный поток теряет часть своей кинетической энергии и сильно турбулизируется, увеличивая скорость движения воздушного потока с наветренной и боковых сторон здания и перед преградой. С подветренной стороны здания и деревьев скорость воздушного потока уменьшается. Очевидно, что за зданием образовалась застойная зона, движение воздуха почти отсутствует. Между зданием и деревьями мы наблюдаем вихревое движение, это связано с тем, что воздушный поток, увеличив свою скорость, при встрече с преградой (создавая при этом разрежение за преградой) упирается в наветренную часть дома и частично разворачивается в обратную сторону .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Архитектура и градостроительство Рисунок 4 – Поля скоростей воздушных потоков при наличии деревьев: а – вид сбоку; б – вид сверху 1 – жилой дом; 2 – операторская;3 – ТРК с навесом; 4- дыхательная трубка; 5 – деревья Таким образом, разный характер аэродинамики воздушных потоков в зависисмости от наличия или отсутствия преград между источником ВВ и жилой застройки влияет на распространение вредных веществ в окружающей среде и на значения концентраций паров бензина от АЗС в одних и тех же точках (см. рисунок 5) .

На рисунке 5 приведены результаты моделирования распространения паров бензина на территории АЗС в зависимости от наличия препятствий. Несложно видеть, что образуются зоны превышения ПДК паров бензина (ПДКм.р.=5 мг/м3 [17]) при заданных граничных условиях .

–  –  –

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Архитектура и градостроительство При рассмотренном расположении АЗС относительно жилого девятиэтажного дома (операторская и ТРК расположены параллельно по отношению к воздушному потоку) и при отсутствии препятствий между дыхательной трубкой и АЗС, мы наблюдаем, что пары бензина двигаясь от дыхательной трубки из резервуара АЗС упираются в наветренную часть дома и скапливаются перед ним. С подвтренной стороны дома происходит циркуляция воздушного потока, что не дает скапливаться вредным веществам за зданием. Превышение (в десятки раз) ПДК паров бензина в воздухе происходит только с наветренной части дома на высоте первых двух этажей, за жилым домом превышения ПДК нет (см. рисунок 5 (а,б)) .

В связи с этим возникает необходимость применения защитных мероприятий по снижению распространения вредных веществ от АЗС на жилой многоэтажный дом. С этой целью был расмотрен вариант с расположением между АЗС и жилым домом искусственной преграды (деревьев) .

Наличие преграды - деревьев - увеличивает вихревую область между зданием и деревьями и усиливает скорость движения воздушного потока. Очевидно, что ядро вихря, где скорость воздушного потока очень низкая, смещено от жилого дома, в связи с чем область превышения ПДК смещена от здания ближе к деревьям. С подветренной стороны здания скорость ветра стремится к нулю (штиль), продуваемость в зоне аэродинамической тени отсутствует, в связи с этим происходит скопление паров бензина за зданием, что влечет за собой превышение ПДК (см. рисунок 5 (в,г)) .

Полученные результаты моделирования выявили необходимость в рассмотрении дополнительных планировок расположения АЗС относительно жилых зданий и создания дополнительных преград между АЗС и жилым домом для создания вихревых движений, что может способствовать рассеиванию вредных веществ от АЗС .

Выводы На основании результатов численного моделирования можно сделать вывод, что при расположении АЗС в черте городской застройки необходимо в комплексной мере учитывать все факторы, влияющие на распространение вредных веществ от АЗС (расстояние, планировочные решения, наличие препятствий, направление ветра, формы крыши операторской и навеса над ТРК) .

Использование численного моделирования позволяет оценивать влияние вредных веществ от источников загрязения атмосферы АЗС в любой точке и на любом расстоянии и прогнозировать степень влияния на экологическую безопасность города при строительстве АЗС с целью предупреждения негативного влияния АЗС на близлежайшую застройку и жизнедеятельность человека .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Полосин И.И., Гармонов К.В. Влияние автозаправочных станций в черте городской застройки на экологическое состояние окружающей среды // Экология промышленного производства. 2014. №1 (85). С.51-59 .

2. Нисковская Е.В., Андреева Л.А., Пикула К.С. Влияние автозаправочных станций на атмосферный воздух // Горный информационно-аналитический бюллетень (Научно-технический журнал). 2015. №36. С. 139-145 .

3. Щукина Т.В., Гармонов К.В., Жерлыкина М.Н., Кукина О.Б., Покромович Ю.А. Состояние окружающей среды и экологических условий жизнедеятельности населения Воронежской области // Жилищное хозяйства и коммунальная инфраструктура. 2017. №3. С. 84-92 .

4. Клепиков О.В. Современное состояние окружающей среды на территории города Воронежа// Инновационная наука. 2015. № 9. С. 36-38 .

5. Яременко С.А., Гармонов К.В. Расчет концентрации вредных веществ в нижних слоях атмосферы с использованием теории вентиляционных струй // Вестник МГСУ. 2018. Т.13. № 2 (113). С.222-230 .

6. Гармонов К.В. Распространение вредных веществ в нижнем слое атмосферы при неблагоприятных метеорологических условиях // Жилищное хозяйства и коммунальная инфраструктура. 2017. №1-2. С. 36-41 .

7. Полосин И.И., Гармонов К.В., Плотников А.В. Моделирование загрязнения окружающей природной среды вредными газообразными выбросами // Экология урбанизированных территорий. 2015. № 1. С. 12-14 .

8. Гармонов К.В., Мерщиев А.А. Моделирование загрязнения приземного слоя атмосферы аэрозолями пыли при строительстве объектов // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Высокие технологии. Экология. 2015. № 1. С. 217-224 .

–  –  –

9. Jaremenko S.A., Garmonov K.V., Sheps R.A. Research of air pollution by dust aerosoling during construction // В сборнике: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering International Conference on Construction, Architecture and Technospere Safety (ICCATS 2017). 2017. C. 012189

10. Бакаева Н.В., Гармонов К.В., Жерлыкина М.Н. Экспериментальное моделирование распространения вредных веществ, выделяющихся от автозаправочных станций // Жилищное хозяйства и коммунальная инфраструктура. 2018. № 3 (6). С. 71-78 .

11. Поддаева О.И., Кубенин А.С., Чурин П.С. Архитектурно-строительная аэродинамика. Москва: НИУ МГСУ, 2015. 88 с .

12. Федорова Н.Н., Вальгер С.А., Данилов М.Н., Захарова Ю.В. Основы работы в Ansys 17. Москва, ДМК Пресс, 2017. 210 с .

13. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Москва, Минрегион России, 2012. 108 с .

14. Костарев С.Н., Середа Т.Г., Еланцева Е.Н. Численное моделирование процесса рассеивания загрязнений в атмосфере // Вестник ПНИПУ. Безопасность и управление рисками. 2016. № 4. С. 88-107 .

15. Реттер Э.И. Архитектурно-строительная аэродинамика. Москва, Стройиздат, 1984. 294 с .

16. Скорер Р. Аэродинамика окружающей среды. Москва, Мир, 1980. 549 с .

17. ГН 2.1.6.3492-17. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений. Москва, Минздрав России, 2017. 61 с .

Бакаева Наталья Владимировна ФГБОУ ВО «Юго-западный государственный университет», г. Курск, Россия, д-р техн. наук, доц., проф. кафедры промышленного и гражданского строительства, E-mail: natbak@mail.ru Пилипенко Ольга Васильевна ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева», г. Орел, Россия, Д-р техн. наук, проф., ректор E-mail: info@oreluniver.ru Гармонов Кирилл Валерьевич ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», г. Воронеж, Россия, старший преподаватель кафедры жилищно коммунального хозяйства, E-mail: garmonkir@mail.ru BAKAEVA N.V., PILIPENKO O.V., GARMONOV K.V .

NUMERICAL MODELING OF GAS FLOWS ON THE TERRITORY OF GAS

STATIONS AND ANALYSIS OF THEIR INFLUENCE ON

THE DEVELOPMENT OF THE AREA

Distribution and influence of harmful substances from gas stations on the nearest building taking into account aerodynamics of wind streams is insufficiently investigated. The study of the process of distribution of harmful substances in situ causes certain difficulties. The authors, based on the previously obtained results of theoretical and experimental studies, performed a numerical simulation of the spread of pollutants released from the gas station, and the analysis of their impact on nearby buildings, taking into account the flowing air flows. The results obtained with the help of numerical simulation make it possible to assess the state of the environment at any point and at any distance from the gas station and to predict the degree of influence of air pollution on the environmental safety of residential buildings in the construction of gas stations. With the help of numerical modeling it is also possible to evaluate the effectiveness of the implementation of planned measures to reduce the negative impact of harmful substances from the gas station .

Keywords: environmental safety of municipal economy, gas station, residential development, aerodynamics of air flows, concentration of harmful substances, numerical modeling .

REFERENCES

1. Polosin I.I., Garmonov K.V. Vliyanie avtozapravochnyh stanciy v cherte gorodskoy zastroyki na ekologicheskoe sostoyanie okruzhayushchey sredy [Influence of gas stations in the city construction on the ecological state of the environment] Ekologiya promyshlennogo proizvodstva. 2014. No. 1 (85). Pp. 51-59. (rus)

2. Niskovskaya E.V., Andreeva L.A., Pikula K.S. Vliyanie avtozapravochnyh stanciy na atmosfernyy vozduh [The impact of gas stations on the air] // Gornyy informacionno-analiticheskiy byulleten' (Nauchno-tekhnicheskiy zhurnal). 2015 .

No. 36. Pp. 139-145. (rus)

3. Schukina T.V., Garmonov K.V., Zherlykina M.N., Kukina O.B., Pokromovich Yu.A. Sostoyanie okruzhayushchey sredy i ekologicheskih usloviy zhiznedeyatel'nosti naseleniya Voronezhskoy oblasti [The state of the environment and enсентябрь-октябрь) Архитектура и градостроительство vironmental conditions of the population of the Voronezh region] ZHilishchnoe hozyaystva i kommunal'naya infrastruktura .

2017. No. 3. Pp. 84-92. (rus)

4. Klepikov O.V. Sovremennoe sostoyanie okruzhayushchei sredy na territorii goroda Voronezha [The current state of the environment in the city of Voronezh] Innovacionnaya nauka. 2015. No. 9. Pp. 36-38. (rus)

5. Jaremenko S.A., Garmonov K.V. Raschet koncentracii vrednyh veshchestv v nizhnih sloyah at-mosfery s ispol'zovaniem teorii ventilyacionnyh struy [Calculating the concentration of harmful substances in the lower atmosphere using the theory of ventilation jets] // Vestnik MGSU. 2018. No. 2 (113). Pp. 222-230. (rus)

6. Garmonov K.V. Rasprostranenie vrednyh veshchestv v nizhnem sloe atmosfery pri neblago-priyatnyh meteorologicheskih usloviyah [Distribution of harmful substances in the lower atmosphere under adverse weather conditions] Zhilishchnoe hozyaystva i kommunal'naya infrastruktura. 2017. No. 1-2. Pp. 36-41. (rus)

7. Polosin I.I., Garmonov K.V., Plotnikov A.V. Modelirovanie zagryazneniya okruzhayushchey prirodnoy sredy vrednymi gazoobraznymi vybrosami [Modeling of environmental pollution by harmful gaseous emissions] Ekologiya urbanizirovannyh territoriy. 2015. No. 1. Pp. 12-14. (rus)

8. Garmonov K.V., Mershchiev A.A. Modelirovanie zagryazneniya prizemnogo sloya atmosfery ae-rozolyami pyli pri stroitel'stve ob"ektov [Modeling of pollution of the surface layer of the atmosphere by dust aerosols in the construction of facilities] Nauchnyy vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Seriya: Vysokie tekhnologii. Ekologiya. 2015. No. 1. Pp. 217-224. (rus)

9. Jaremenko S.A., Garmonov K.V., Sheps R.A. Research of air pollution by dust aerosoling during construction IOP Conference Series: Materials Science and Engineering International Conference on Construction, Architecture and Technospere Safety (ICCATS 2017). 2017. Pp. 012189

10. Bakaeva N.V., Garmonov K.V., Zherlykina M.N. Eksperimental'noe modelirovanie raspro-straneniya vrednyh veshchestv, vydelyayushchihsya ot avtozapravochnyh stanciy [Experimental modeling of the spread of harmful substances released from gas stations] Zhilishchnoe hozyaystva i kom-munal'naya infrastruktura. 2018. No. 3 (6). Pp. 71-78. (rus)

11. Poddaeva O.I., Kubenin A.S., Churin P.S. Arhitekturno-stroitel'naya aerodinamika [Architectural and construction aerodynamics]. Moskva: NIU MGSU, 2015. 88 p. (rus)

12. Fedorova N.N., Val'ger S.A., Danilov M.N., Zaharova Yu.V. Osnovy raboty v Ansys 17 [Basics of working in Ansys 17] Moskva, DMK Press, 2017. 210 p. (rus)

13. SP 131.13330.2012. Stroitel'naya klimatologiya [Construction climatology]. Moskva, Minregion Rossii, 2012 .

108 p. (rus)

14. Kostarev S.N., Sereda T.G., Elanceva E.N. Chislennoe modelirovanie processa rasseivaniya zagryaznenij v atmosphere [Numerical simulation of the process of dispersion of pollution in the atmosphere] Vestnik PNIPU. Bezopasnost' i upravlenie riskami. 2016. No 4. Pp. 88-107. (rus)

15. Retter E.I. Arhitekturno-stroitel'naya aehrodinamika [Architectural and construction aerodynamics]. Moskva, Strojizdat, 1984. 294 р. (rus)

16. Skorer R. Aehrodinamika okruzhayushchej sredy [Aerodynamics of the environment]. Moskva, Mir, 1980. 549 s. (rus)

17. GN 2.1.6.3492-17. Predel'no dopustimye koncentracii (PDK) zagryaznyayushchih veshchestv v atmosfernom vozduhe gorodskih i sel'skih poseleniy [Maximum permissible concentrations (MPC) of pollutants in the air of urban and rural settlements]. Moskva, Minzdrav Rossii, 2017. 61 p. (rus) Bakaeva Natalia V .

Southwest state University, Kursk, Russia, doctor in tech. sc., docent., prof. of the dep. of civil and industrial engineering E-mail: natbak@mail.ru Pilipenko Olga V .

Orel State University named after I.S. Turgenev, Orel, Russia, Dr. tech. sciences, prof., rector E-mail: info@oreluniver.ru Garmonov Kirill V .

Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia, senior lecturer of the dep. of housing and communal services E-mail: garmonkir@mail.ru

–  –  –

УДК 711.4 БОНДАРЕНКО И.А .

АРХИТЕКТУРА КАК ИСКУССТВО

БЛАГОУСТРОЙСТВА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

В статье обосновывается версия зарождения архитектуры в процессе освоения человеком дикой природы, нахождения в ней наиболее благоприятных для его жизни участков и посильного обустройства их. В древности люди поклонялись силам природы и не чувствовали себя хозяевами на земле. Впоследствии обширные завоевания и создание огромных монархических государств вселило веру в могущество человека. Великие монотеистические религии стимулировали утверждение универсального антропоцентрического мышления. А когда пришло Новое время с его научными открытиями и техническими достижениями, человек возгордился. Причиной многих трудноразрешимых проблем современной цивилизации стало потребительское отношение к ресурсам Земли и ее биосферы. Автор приходит к заключению о необходимости возвращения на новой основе к исконным традициям природопочитания, что должно изменить к лучшему менталитет общества и способствовать преодолению кризисных явлений в современном градостроительстве и архитектуре .

Ключевые слова: Природа, архитектура, градостроительство, благоустройство, среда жизнедеятельности, биосфера, ресурсо- и энергосбережение, гармонизация естественного и искусственного .

Сегодня, обитая по большей части в городах, люди ощущают оторванность от природы, дефицит общения с ней. Архитектура создает искусственное окружение, качественно отличное от естественного, обделенное его трепетным обаянием. Остроту проблемы стараются смягчить ландшафтные архитекторы. Однако, скверов и цветников явно недостаточно .

Мало того, что современные города отчуждены от естественного окружения, они, к тому же, представляют реальную угрозу для него. Они растут, подавляя природные ландшафты, и источают загрязнения. Идеи городов-садов, зеленоградов и экопоселений так и не смогли стать панацеей от тех бед, что породил общий градостроительный бум ХХ в .

Моя мысль состоит в том, что нам надо не только санировать сложившиеся города, заботиться об экологии, внедрении нормативов зеленого строительства и т.п. Надо разобраться в причинах произошедшего и постараться пересмотреть мешающие нам стереотипы архитектурно-градостроительной деятельности .

В первую очередь, хочу обратить внимание на избитый лозунг: "Все во имя человека, все на благо человеку". Считается, что дело портит фактическое подавление гуманизма технократическим прагматизмом. Однако, не все так просто. Сам гуманизм, поднятый на щит в эпоху Ренессанса, обернулся в Новое и Новейшее время, по мере все большего замещения сакральных ценностей профанными, эгоцентрическим самодовольством и корыстным прагматизмом, достигшим своей кульминации в менталитете общества потребления .

То, что человек - венец творения, было сказано давно. Испокон веков люди проводили параллели между человеком - микрокосмом и мифологическим первочеловеком, обожествленным первопредком, символизировавшим вселенную - Макрокосм [1. С. 171-184; 253-266] .

Но уподобление мира гигантскому человеку предопределяло совсем иное отношение к природе, нежели то, что бытует у нас сегодня. Земля - тело такого первосущества, скалы - его кости, реки - жилы, растительность - волосы, небо - череп, светила небесные - очи, туманы - дух и т.п. [2. С. 66-67]. Ясно, что отношение ко всему этому не могло не быть взволнованносакраментальным. Особой стойкостью отличалось почитание земли как матери, а неба как отца. До нас дошло не мало преданий о небе и земле как начальной супружеской паре, породившей все сущее в этом мире [3. С. 49-50] .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Архитектура и градостроительство Человек в такой мировоззренческой парадигме никак не мог мнить себя полновластным хозяином даже своей малой родины. Он находился во власти природы, ее зримых и незримых сил, добрых и злых духов, богов и демонов. Он взывал к ним, приносил жертвы и произносил заклинания. Умершие предки становились заступниками и покровителями живущих сородичей на "том свете". Это обнадеживало и усиливало человека в его борьбе за существование на этом - "белом свете" .

А здесь, действительно, шла борьба за существование, за жизнь против смертельных угроз и опасностей, порожденных той же землей и тем же небом, а особенно их чудовищными отпрысками, о которых повествуют многие мифы народов мира [4. С. 17-21]. Греющий душу образ вселенской идиллии ушел в прошлое вместе с языческим Золотым веком и библейским Едемом, вынужденно покинутым согрешившими Адамом и Евой .

Вот тогда и возникла архитектура, когда человеку понадобилось защищаться и обустраиваться на этой грешной земле. Все дело в утрате райского состояния и стремлении хотя бы отчасти вернуться к нему. Человек должен был отыскивать благоприятные места и чураться мест гибельных, где господствуют злые духи. Нужно было уметь не только различать эти места, но и защищать их границы, ибо и духи, и хищные звери, и враждебные человеческие сообщества обладали известной подвижностью. Это делало людей чрезвычайно чуткими, настороженными, умеющими находить в окружающей среде малейшие признаки благополучия и неблагополучия .

При этом в древнейшей пантеистической картине мира добро и зло оказывались категориями относительными. Хорошо бывает на своей земле, плохо - на чужбине. И всегда надо задабривать гневные силы, приносить им жертвы и заручаться, тем самым, их благосклонностью. И еще: посредством магических ритуалов вступать с ними в своего рода договорные отношения. Вот откуда взялось выражение "взять Бога за бороду". В христианское время рудименты таких языческих договоров-заклятий сохранялись, например, в известных народных обрядах "наказания икон" [5. С. 182-186]. Логика тут была такова: почему же нас постигают несчастья - засуха, голод, эпидемии, если мы исправно поклоняемся нашим святым заступникам? Значит они перестали выполнять свою миссию, и их пора призвать к порядку! Если же ничто не помогает, остается думать о наказании свыше за грехи наши тяжкие .

Краткий экскурс в очень непростую сферу древней духовной культуры понадобился для того, чтобы прояснить изначальные импульсы и резоны архитектурной деятельности, всегда несущей с собой более или менее волевые конструктивные преобразования. Заручившись поддержкой незримых сил, строитель старался благоустроить избранное место, дабы закрепить его позитивные свойства и воспрепятствовать возможной эрозии и порче. Таким образом, он угождал своему божеству-покровителю, чтобы тот не оставил его .

Все начиналось с культивирования земли - расчистки ее, выравнивания, удобрения, орошения, в ответ на что ожидалась ее благодарность заботливому насельнику. Для поселений использовалась, прежде всего, естественная защита в виде рек, оврагов и круч. Строительное искусство заключалось поначалу лишь в приспособлении рельефа местности и небольших дополнениях к нему. Древнейший культ земли, надо полагать, и положил начало формированию понятия культуры. Культивирование означало очищение, воспевание, окультуривание .

Важнейшей творческой акцией человека, укореняющегося на своей, становящейся родной, земле, было создание святилища, и тем более, строительство храма как дома, где мог бы останавливаться и пребывать Бог, хотя бы во время коллективных молебнов. Вполне естественно то благоговение, с которым возводили, а потом содержали и использовали это сооружение. Без такого искреннего благоговения, без работы с полной отдачей, на совесть, невозможно было и думать об успехе дела. Вот, почему нас восхищают древние культовые постройки и комплексы. Они нарушали девственные ландшафты, преобразовывали их, но всегда с высокими целями облагораживания и старательного, любовного украшения .

С приходом великих монотеистических религий вопрос об извечной борьбе добра и зла стал приобретать новое звучание. Бог един, и Он несет абсолютное благо. А зло относительно и преходяще. Отцы церкви делали заключение о том, что зла вообще нет как субстанции. Оно _________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) 89 Строительство и реконструкция возникает лишь от недостатка добра в силу намеренного Божьего попустительства [6. С. 69Важнейшим постулатом стало утверждение принципиального неравенства сил света и тьмы, Бога-творца и дьявола-разрушителя. Поклоняться следует одному только Господу, но не его созданиям, даже самым высшим и близким к Нему, не говоря уж о возгордившемся и отпавшем Сатанаиле [Откр. 19.10] .

Не следует думать, что вчерашним язычникам была чужда эта идея. В народе долгое время сохранялись старые верования и обычаи, имели место и дуалистические учения, наподобие богомильского, официально признанного еретическим. Тем не менее, в дохристианской культуре улавливается предрасположенность к выстраиванию определенного приоритета благостных сил света, чистоты, правды, порядка и чести над силами тьмы, кривды, хаоса и бесчестия .

В качестве примера достаточно упомянуть серию русских фольклорных быличек, повествующих о том, как Бог сотворял мир, а завидовавший ему черт, подсматривая и подражая, все делал плохо и только портил [7. С. 453-457]. Именно этой неумелостью и порчей обязаны своим происхождением рытвины, буераки, горы с остроконечными вершинами (называвшимися "чортовыми городищами" [8. С. 614]), а также вредные, "нечистые" животные. Все это вполне сообразуется с библейской историей изгнания из рая первых людей и проклятия искусившего их змея, принужденного с тех пор "ходить на чреве своем" [Быт. 3.14] (то есть без ног и без рук) .

Сказанное позволяет прояснить мотивы благоустроительной деятельности человека на Земле, становившейся, вслед за миссионерской, все более и более активной и масштабной .

Уверенность в своей правоте давала силы успешным правителям покорять обширные территории. Еще античные греки и римляне кичились своей цивилизованностью перед презренными варварами и всюду насаждали ее. Христиане и мусульмане пошли дальше, считая своим долгом крушить старые культы и переосвящать земли, что сопровождалось демонстративным отрицанием действенности традиционных обрядов и обычаев. Вслед за идолами были повергнуты боги и духи гор и ущелий, долин и полей, рек и озер, почитавшихся камней и деревьев .

Еще долгое время люди со многим не могли распрощаться, но по большому счету преображение картины мира состоялось .

Характерна в этом отношении одна оговорка, зафиксированная в описании архаического обычая нахождения места, пригодного для строительства дома. Речь идет о хороших и плохих знаках, позволяющих надеяться на благополучие или предупреждающих о грядущих несчастьях. Во втором случае надо избегать этого участка места и переходить на другое. однако в отношении Красного - святого угла избы допускается исключение на том основании, что божественная сила, заключенная в нем, способна преодолеть все дурные потенции места всякую вражескую силу" [9. С. 156] .

Христиане верили, что духовной силой молитвы и креста дьявол может быть притеснен и изгнан далеко за пределы человеческих поселений. Лишать его власти, отбирать у него владения и очищать, тем самым, землю от скверны считалось делом святым и спасительным. Это открывало перспективы все более широкого благоустройства городов и посадов, деревень и сельскохозяйственных угодий. Митрополит Иларион уже в ХI веке сформулировал мысль о распространении новозаветной "Благодати" на всю Русскую землю [10]. А в позднесредневековый период стало употребимым знаменательное словосочетание "Святая Русь" .

И все же, в эпоху Средневековья и христиане, и мусульмане, при всем своем религиозном рвении, хорошо осознавали несовершенство этого мира, заведомую неполноту и фрагментарность воплощения в нем божественных идеалов, которые откроются избранным только в жизни будущей. Ситуация стала стремительно изменяться с приходом Нового времени, когда просвещенные монархи ощутили неограниченные возможности утверждения своей абсолютистской власти и наведения абсолютного порядка на вверенных им территориях, в этой, земной жизни, здесь и сейчас. Во всяком случае, очень скоро и навсегда. Конечно, это было утопией, но весьма стойкой и действенной .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Архитектура и градостроительство Королевские проекты породили небывалый расцвет градостроительного искусства. Это новое искусство недаром отличалось артистической регулярностью: оно было проникнуто мечтой о достижении абсолютной гармонии, такой гармонии, которая не допускает ничего ни прибавить, ни убавить. Давняя традиция требовала выделения наибольшей слаженностью и красотой только главных частей построек и комплексов. Задним, хозяйственным дворам не нужно и не положено было равняться с передними, парадными и чистыми. Теперь же все стало сливаться в единое архитектурно-художественное целое, прекрасное во всех отношениях, отрисованное во всех деталях, композиционно и стилистически совершенное, а вместе с тем, ранимое и хрупкое как хрустальная ваза .

Иными словами, на смену посильному благоустроению конкретного земного участка с учетом его естественной морфологии и местоположения пришло стремление низвести на него предвечную, абсолютную гармонию небес. Понятно, что в реальности многое продолжало жить по старинке, но в идеале картина мира претерпела метаморфозу. Эпопея перепланировки российских городов и сел на регулярной основе - ярчайшее свидетельство тому .

Небо как-будто опустилось на землю, чтобы преобразить ее. Свет разума и духовности дарован человечеству свыше. Им должно просвящаться все низменное, то есть земное - хтоническое, темное и инертное. Похоже, что пришли, действительно, последние времена, когда земля вот-вот и будет очищена полностью. Такой настрой сподвиг людей на новые большие свершения. При этом города как очаги цивилизации стали все более противопоставляться не только дикой, но и обжитой пейзанской природе. Вот, откуда появилось знаменитое корбюзианское противопоставление прямого рационального пути витиеватой дороге ослов. Основания для такого противопоставления можно обнаружить и в древности. Имеются ввиду легкие воздушные перемещения олимпийских богов по кратчайшим прямым траекториям и трудные витиеватые пути с препятствиями земных героев, а тем более, простых обывателей. Можно сказать, что регулярные решетки городских улиц исстари способствовали уподоблению горожан небожителям .

В эпоху капитализма подобного рода сакраментальные смыслообразы стали казаться глубоко архаичными и переместились на периферию сознания. К тому же, с ними как с суевериями стали беспощадно бороться .

Человека восхитили перспективы научно-технического прогресса, и он возгордился. Он забыл многие древние истины и заповеди и предпочел им свободу своего субъективного творчества. Небывалые успехи в деле использования природных ресурсов и масштабные преобразования всей жизненной среды вскружили ему голову .

Сейчас приходит время разочарования в содеянном. Но брать на себя вину и каяться никто не хочет. По-прежнему архитекторы, в основном, озабочены удовлетворением человеческих нужд и прихотей за счет притеснения природы. Есть у природы и защитники, но силы сопротивления явно уступают силам агрессии. Ставится вопрос об усилении взаимодействия, интеграции архитектуры и природы. Однако человек хочет остаться в выигрыше, и потому здесь остается немалая доля лукавства. Некоторое время назад делалось остроумное предложение придать Земле статус юридического лица с тем, чтобы обуздать эксплуатацию ее ресурсов. Это могло бы принести пользу, если только без злоупотреблений, во что плохо верится .

Вместе с тем, встает вопрос: справедливым ли является уравнивание в правах планеты и ее обитателей, обязанных ей самой своей жизнью?

Я прихожу к выводу о том, что человеку пора становиться скромнее и настороженнее по отношению к природе, которая весьма ранима. Она кажется пассивной и безропотной, но до поры, до времени. Масса новых исследований и потрясающих научно-популярных фильмов меняют парадигму общественного сознания и в определенном смысле возвращают нас к давно забытому старому. Актуализируются заповеди жить на земле, хранить истину, возделывать вверенный нам "виноградник", беречь и не портить землю. Такие мысли содержатся и в Ветхом завете, и в Евангелиях, и в Коране. В буддизме и в других восточных религиозных учениях культ природы звучит еще сильнее .

–  –  –

Я далек от призывов вернуться к первобытности. Я ценю удивительные достижения цивилизации и уповаю на новые. Но надо не забывать об источниках жизни истинной, не затаптывать их, а почаще припадать к ним. Резюме получается такое: человек должен не преобразовывать землю под свои нужды и прихоти, а всемерно культивировать, благоустраивать ее, исходя из присущих ей возможностей и потребностей. Не надо принуждать природу к диалогу и интеграции с чуждой ей архитектурой. Уважительное отношение к природе требует определенного дистационирования от нее. Нельзя покушаться на ее самостоятельность. Нехорошо выглядят попытки принудить живую растительность благоухать там, где ей это не свойственно. Создается впечатление, будто наша искусственная инженерно--строительная среда расставляет ловушки и капканы для среды естественной, безропотно попадающей в плен .

На самом деле, требуется не зоосад на потеху публике, и не гламурный иллюзионизм, а нечто совершенно иное. Человек со всеми своими знаниями и умениями должен верой и правдой служить природе. Его святой обязанностью является забота о благополучии земли и ее биосферы. Экологи и биологи понимают это, архитекторы же при всех своих амбициях остаются за малым исключением в сфере услуг. Очевидно, должны измениться общественная мораль и условия заказа .

Первейшая наша задача - обеспечить мирное, бесконфликтное сосуществование архитектуры и природы. Гармония не допускает насилия. В этом отношении представляется довольно удачным найденное В.А. Ильичевым словосочетание "биосферная совместимость" [11]. Правда, остается угроза того, что под разговоры о ней человек сочтет возможным еще более активно проникать со своим многоэтажным строительством и в пустыни, и в джунгли, навязывая им свою небескорыстную дружбу. Надо осознать ту опасность, которая проистекает от нарушения установленных границ .

Только когда будет обеспечена взаимная безопасность, уйдет агрессия и установятся доверительные добрососедские отношения, возможной станет и более тесная интеграция, взаимное, добровольное и даже любовное движение навстречу друг другу. Природа при этом останется почти той же, а вот архитектура, как подсказывает логика, станет совсем другой .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Холл Мэнли Палмер. Энциклопедическое изложение масонской, герметической, каббалистической и розенкрейцеровской символической философии. Интерпретация секретных учений, скрытых за ритуалами, аллегориями и мистериями всех стран. СПб., 1994. 792 с .

2. Федотов Г. Стихи духовные (Русская народная вера по духовным стихам). М., 1991. 192 с .

3. Рак И.В. Мифы Древнего Египта. СПб., 1993. 270 с .

4. Кун Н.А. Легенды и мифы Древней Греции. М., 1954. 451 с .

5. Успенский Б.А. Филологические разыскания в области славянских древностей (Реликты язычества в восточнославянском культе Николая Мирликийского). М., 1982. 245 с .

6. Лосский В.Н. Очерки мистического богословия Восточной церкви // Богословские труды. М., 1972 .

Вып. 8. С. 69-72 .

7. Народная проза / Сост., вступ. ст., подгот. текста и коммент. С.Н. Азбелева. 606 с .

8. Мурзаев Э.М. Словарь народных географических терминов. М., 1984. 654 с .

9. Байбурин А.К. Ритуал в традиционной культуре. Структурно-семантический анализ восточнославянских обрядов. СПб., 1993. 240 с .

10. Митрополит Иларион. Слово о Законе и Благодати / Пер. В. Дерягина // Альманах библиофила. М.,

1989. Вып. 26: Тысячелетие русской письменной культуры: (988-1988). С. 155-199 .

11. Ильичев В.А. Принципы преобразования города в биосферосовместимый и развивающий человека // Градостроительство. 2009. № 3. С. 20-30 .

Бондаренко Игорь Андреевич Филиал ФГБУ «ЦНИИП Минстроя России» Научно-исследовательский институт теории и истории архитектуры и градостроительства, г. Москва, Россия, Академик РААСН, доктор архитектуры, профессор, E-mail: igor.bondarenko.54@mail.ru

–  –  –

ARCHITECTURE AS ART IMPROVEMENT

OF NATURAL ENVIRONMENT

The article substantiates the version of the origin of architecture in the process of human exploration of the wild nature, finding in it the most favorable for his life sites and feasible arrangement of them. In ancient times, people worshiped the forces of nature and did not feel themselves masters of the earth. Subsequently, extensive conquests and the creation of huge monarchist states inspired faith in the power of man. The great mono-theistic religions stimulated the affirmation of universal anthropocentric thinking. And when the New time came with his scientific discoveries and technical achievements, the man became proud. The cause of many intractable problems of modern civilization has become a consumer attitude to the resources of the Earth and its bio-sphere. The author comes to the conclusion about the need to return on a new basis to the original traditions of nature, which should change for the better the mentality of society and help to overcome the crisis phenomena in modern urban planning and architecture .

Keywords: Nature, architecture, urban planning, improvement, living environment, biosphere, resource and energy saving, harmonization of natural and artificial .

REFERENCES

1. Kholl Menli Palmer. Entsiklopedicheskoye izlozheniye masonskoy, germeticheskoy, kabbalisti-cheskoy i rozenkreytserovskoy simvolicheskoy filosofii. Interpretatsiya sekretnykh ucheniy, skrytykh za ritualami, allegoriyami i misteriyami vsekh stran [An encyclopedic presentation of Masonic, Hermetic, Kabbalistic and Rosicrucian symbolic philosophy. Interpretation of secret teachings hidden behind the rituals, allegories and mysteries of all countries]. Saint Peterburg, 1994. 792 p. (rus)

2. Fedotov G. Stikhi dukhovnyye (Russkaya narodnaya vera po dukhovnym stikham) [Spiritual Poems (Russian Folk Faith in Spiritual Verses)]. Moscow, 1991. 192 p. (rus)

3. Rak I.V. Mify Drevnego Yegipta [Myths of Ancient Egypt]. Saint Peterburg, 1993. 270 p. (rus)

4. Kun N.A. Legendy i mify Drevney Gretsii [Legends and myths of ancient Greece]. Moscow, 1954. 451 p .

(rus)

5. Uspenskiy B.A. Filologicheskiye razyskaniya v oblasti slavyanskikh drevnostey (Relikty yazy-chestva v vostochnoslavyanskom kul'te Nikolaya Mirlikiyskogo) [Philological investigations in the field of Slavic antiquities (Relics of paganism in the Eastern Slavic cult of Nikolai from Myra, Lycia)]. Moscow, 1982. 245 p. (rus)

6. Losskiy V.N. Ocherki misticheskogo bogosloviya Vostochnoy tserkvi [Essays on the mystical theology of the Eastern Church]. Bogoslovskiye trudy. 1972. Vol. 8. Pp. 69-72. (rus)

7. Narodnaya proza / Sost., vstup. st., podgot. teksta i komment. S.N. Azbeleva [Folk prose / Comp., Int. Art., Prepared text and comments. S.N. Azbeleva]. 606 p. (rus)

8. Murzayev E.M. Slovar' narodnykh geograficheskikh terminov [Dictionary of folk geographical terms]. Moscow, 1984. 654 p. (rus)

9. Bayburin A.K. Ritual v traditsionnoy kul'ture. Strukturno-semanticheskiy analiz vostoch-noslavyanskikh obryadov [Ritual in traditional culture. Structural and semantic analysis of East Slavic rites]. Saint Peterburg, 1993. 240 p. (rus)

10. Mitropolit Ilarion. Slovo o Zakone i Blagodati (Per. V. Deryagina) [Word of Law and Grace (Trans. V .

Deryagina)] Al'manakh bibliofila. 1989. Vol. 26: Tysyacheletiye russkoy pis'mennoy kul'tury [The Millennium of Russian Written Culture]: (988-1988). Pp. 155-199. (rus)

11. Il'ichev V.A. Printsipy preobrazovaniya goroda v biosferosovmestimyy i razvivayushchiy che-loveka [Principles of transformation of the city into a biosphere-compatible and developing person]. Gradostroitel'stvo. 2009. No 3 .

Pp. 20-30. (rus) Bondarenko Igor A .

Branch of the FSBI "TsNIIP Minstroy Russia" Research Institute of Theory and History of Architecture and Urban Planning, Moscow, Russia, Academician of RAACS, Doctor of Architecture, Professor, E-mail: igor.bondarenko.54@mail.ru

–  –  –

УДК 72.035.5 ГУРЬЕВ Г.С., ЕНИН А.Е .

КУЛЬТУРНО-ИСТОРИЧЕСКИЙ И СОЦИАЛЬНОЭКОНОМИЧЕСКИЙ КОНТЕКСТ РАЗВИТИЯ ВОРОНЕЖСКОЙ

АРХИТЕКТУРЫ СЕРЕДИНЫ XIX – НАЧАЛА XX ВЕКА

Рассматриваются особенности и условия, в которых развивалась воронежская архитектура середины XIX – начала XX веков. Анализ исторического, социально-экономического и общекультурного контекста дает возможность в более широком диапазоне определить истоки и природу зарождения эклектизма и дальнейшей стилистической трансформации архитектуры на примере провинциального города Воронеж Фактический материал раскрывает панорамную картину рассматриваемого исторического периода и эволюционных процессов в архитектуре Воронежа середины XIX – начала XX веков .

Ключевые слова: эклектика, модерн, русский стиль, социально-экономические, культурно-исторические условия .

Введение. Архитектура, раскрывая свою образность, структуру и особенности в присущую ей историческую эпоху, находится на средоточии социально-политических, экономических и культурно-исторических подсистем общества. Исследование эволюционных процессов в архитектуре, стилистических изменений и региональных особенностей архитектуры должно базироваться на системном методе исследования, в контексте исторических, социально-экономических, художественных и общекультурных условий, которые сформировали «среду» своего возникновения и дальнейшего развития [1]. Воронеж второй половины XIX начала XX веков, обладая своеобразием архитектурного облика города, является составной частью российской архитектуры этого периода, и во многом имеет сходные черты с архитектурой других губернских городов центральной России, а также Москвы и Петербурга. Для детального изучения и определения исторических и социально-экономических условий и особенностей развития архитектуры Воронежа второй половины XIX - начала XX веков в этих условиях, был использован фактический материал из Памятных книжек Воронежской губернии за 1856-1917 гг. [2]. Анализ статистических данных более чем из сорока архивных документов, исторических и литературных источников, дал возможность объективно оценить количественный и качественный уровень демографических и миграционных процессов, темпы и объемы строительства жилых и общественных зданий, промышленных предприятий, заводов и фабрик, определить рост культурного уровня населения Воронежа, сделать важные выводы и обобщения относительно особенностей развития воронежской архитектуры рассматриваемого периода .

Анализ и результаты исследования. Переломный момент в истории России, вторую половину XIX века, принято считать с 1861 года, когда император Александр II издал манифест, упразднивший крепостное право в Российской империи. В марте 1861 года в Воронеже было официально объявлено об отмене крепостного права. Однако, крестьянская реформа Александра II, дав крестьянам личную свободу, расслоила крестьянское общество на более зажиточных, способных выкупить у помещиков земельные наделы, и крестьянскую бедноту, которые не в состоянии были выкупить землю. Как следствие – массовая миграция крестьянской бедноты в города. (Рис. 1) .

–  –  –

Дешевая рабочая сила способствовала быстрому развитию промышленности города. В этот период в Воронеже, после длительной экономической стагнации, начинается бурный подъем промышленного производства и строительства заводов, фабрик, особняков и доходных домов, общественных, административных, торговых зданий, банков, учебных и больнично-благотворительных учреждений. На развитие нового капиталистического уклада экономики Воронежа в последней трети XIX - начале XX вв. значительно повлияли перемены в численности и составе купеческого сословия. Источниками увеличения численности воронежского купечества были зажиточные крестьяне, мещане и купцы из уездов Воронежской губернии и других городов Российской империи [3]. По отчету воронежского губернатора в 1870 г. в Воронежскую губернию переселились 254 человека, из них 46 купцы [4]. Численность купеческого сословия не всегда претерпевало стабильный рост, например, в 1878 году оно сократилась, вследствие миграционных процессов (Рис. 2) .

–  –  –

Воронежское купечество, в подавляющей своей массе выходцев из крепостного крестьянства, местных торговцев и промышленников с необычной силой охватил дух предпринимательства. «Купечеством было положено начало процессу своеобразного слияния, синтеза европейской образованности с коренными началами русской народности, с национальными началами русской жизни и русской культуры. Именно деятельность купечества во всем ее многообразии – в области экономики, торговли, просвещения, строительства, его меценатство и благотворительность – сделала возможным распространение культуры европейского типа за рамки дворянского сословия» [5, с. 149]. Оформившееся в 40-х годах XIX века религиознофилософское славянофильское воззрение, провозглашавшее христианское учение, как духовсентябрь-октябрь) 95 Строительство и реконструкция ное начало русского народа, объединило славянофильски настроенное дворянство с переживающим период подъема национального самосознания русским купечеством. Союз представителей двух сословий России был направлен на социальные преобразования и устремленность в политическую, социальную, общественную и предпринимательскую деятельность .

Славянофильские настроения и культурная программа купечества стали главным импульсом обращения к архитектуре, произведения которой могут в полной мере стать воплощением своеобразия национальной культуры и символом национальной идеи. «Купцы выступают в качестве покровителей русского стиля, заказчиков сооружений в русском стиле [5, с. 156]. Во многом, благодаря купечеству, русский стиль распространился в гражданском зодчестве .

Многие здания, построенные в Воронеже во второй половине XIX в., имеют в своем архитектурном облике черты русского стиля (Рис. 3) .

–  –  –

Заводы, промышленные предприятия и фабричные комплексы сооружались с учетом исторически сложившегося плана города, в основном на окраинах Воронежа (Рис. 4) .

Сегодня, эти немногие памятники промышленной архитектуры, сохранившиеся до наших дней, находятся в историческом центре города, в тех местах, которые в середине XIX века были окраиной Воронежа .

–  –  –

В 1869 году в Воронеже был построен сталелитейный механический завод Вильгельма Столля, выпускавший оборудование для сахарной и мукомольной промышленности, паровые котлы и плуги для возделывания земли. В конце века строится завод Иванова и Веретенникова, чугунолитейный завод Гусмана, Казенный Винный склад. В 1914 году из Риги в Воронеж был эвакуирован машиностроительный завод «Рихард Поле», строятся паровые мельницы, крупорушки, колокольные, чугунолитейные, кирпичные и кафельные заводы. В целом, наблюдается значительный рост строительства новых заводов, фабрик и других промышленных предприятий. К началу 1916 года в Воронеже насчитывалось 82 фабрично-заводских предприятия (Рис. 5) .

–  –  –

Существенному оживлению промышленности и торговли города Воронеж способствовало развитие железных дорог, связавших Воронеж с Москвой в 1868г., Ростовом-на-Дону в 1871 г., Курском в 1894 г. На средства купеческого сообщества в 1867 г. была построена железная дорога, связывающая Воронеж с крупным железнодорожным узлом города Козлов (ныне г. Мичуринск) и началось строительство воронежского железнодорожного вокзала. В 1869 г. были открыты железнодорожные мастерские для ремонта пассажирских и товарных вагонов. В мастерских работали кузнечный цех, пассажирский и товарный сборочные цеха. К началу XX века Воронеж превращается в крупный железнодорожный узел, связывающий северные, южные и западные регионы России .

В июне 1864 года в Воронеже открывается отделение Государственного банка на ул .

Большой Московской (ныне ул. Плехановская, 6). На улице Мясницкой архитектор С. Л .

Мысловский строит Воронежский городской коммерческий банк (1880-е г., пл. Ленина,11) .

В 1897 году в Воронеже была образована товарная (хлебная) биржа, которая способствовала развитию денежно-товарной и финансово-экономической системы. Первоначально она называлась «хлебная биржа», поскольку, ассортимент товаров, по которым заключались сделки купли-продажи, была продукция сельского хозяйства: пшеница, зерно, мука, подсолнечник, картофель. В начале ХХ века она называлась «Воронежская биржа», расширив ассортимент товаров. На улице Б. Московской в 1899-1900 гг. был построен Северный банк., (ул .

Плехановская, 20, арх. Б. И. Гиршович – крупный петербургский архитектор). В 1910 году был учрежден Русско-Азиатский банк, в результате слияния Северного и Русско-Китайского банков. Уже к 1915 году Русско-Азиатский банк занимал в России первое место среди акционерных банков по объему операций. Открываются Крестьянский и Дворянский банк, спроектированные и построенные архитектором М. Н. Замятнин на улице Большой Девицкой (ул .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Архитектура и градостроительство Орджоникидзе, 41, 1911 г.) По проекту того же архитектора - М. Н. Замятнина в 1914-1915 гг., построен Волжско-Камский банк (ул. Плехановская, 10) (Рис. 6) .

Рисунок 6 - Число отделений банков в городе Воронеж в середине XIX– начале XXвеков (на основе анализа статистических данных Памятных книжек Воронежской губернии за 1867-1915 гг.) В 1851-1852 гг. гражданские топографы Кельин, Воххе и Фалькенштейн произвели съемку плана Воронежа без пригородных слобод, территория которых считалась сельскими поселениями. На этом, довольно подробном плане, отчетливо видно, что город интенсивно застраивается в северо-восточном, северном и северо-западном направлении. В 1866 году воронежский краевед, журналист и общественный деятель Г. М. Веселовский так описывал внешний облик Воронежа: «В настоящее время внешний вид г. Воронежа представляет сплошную массу зданий, не отделяющихся никакими особенными перерывами,… все части города… слились в одно городское целое… Центр города состоит по преимуществу из каменных построек, большей частью в два этажа, и от центра по радиусам идет постепенное изменение построек, начиная от смешанного каменного и деревянного характера и оканчивая сплошным деревом. Все почти окраины города носят характер бедности; постройки здесь скорее напоминают село и деревню, чем город» [6, с. 28]. В пригородных слободах и городских окраинах жилые и хозяйственные постройки были деревянными, и количественно преобладали над каменными, которыми застраивался центр города. На южной окраине Воронежа располагалась Чижовская слобода, на левом берегу реки Воронеж находились земли слободы Придачи и села Монастырщенка, с западной стороны города примыкала Ямская слобода, а с северной – Троицкая слобода и земли помещика Бринкмана. Все эти пригородные территории застраивались деревянными домами, на основе «образцовых» фасадов, разработанных еще в первом десятилетии XIX века, с учетом правил Строительного устава, составленных архитектором В. П .

Стасовым в 1811 году. В середине XIX века эти регламентирующие документы все еще имели юридическую силу и рекомендованные фасады, с количеством окон от трех до пяти, охотно использовались частными застройщиками. Эти фасады имели стилистику народного деревянного зодчества, с незатейливыми резными наличниками, карнизами, затяжками и поперечинами. Иногда фронтон украшался резным «солнцем», декоративными башенками и шатрами, но это могли себе позволить состоятельные застройщики, которые имели возможность строить деревянные дома в самом городе, а не на окраинах. Планировка жилых строений законодательно не регламентировалась, и внутреннее пространство дома организовывалось по воле и желаниям застройщика. В конце XIX – начале XX вв. в Воронеже, как и во многих крупных городах России, идет интенсивное строительство доходных домов, с целью извлечения прибыли от сдачи жилья внаём. Состоятельные граждане, купцы и промышленники строят каменные жилые усадебные особняки, наиболее известные и дошедшие до наших дней дома кусентябрь-октябрь) 99 Строительство и реконструкция печеских семейств: Капканщиковых, Клочковых, Кряжовых, Петровых, Самофаловых, Хариных и других. Для более наглядного соотношения деревянных и каменных построек города Воронежа за период с 1860 по 1899 гг. следует обратиться к аналитической таблице (Рис. 7) .

–  –  –

Реформенные преобразования России 1861 года дали импульс развития образовательной системы. В 1864 году были разработаны новые положения о начальной и средней школах .

Местные органы самоуправления - воронежское земство, созданное по земской реформе 1864 года, взяло на себя значительную часть расходов по распространению грамотности и начальному народному образованию. Многие воронежские образовательные учебные заведения строились на средства и субсидии купечества и промышленников. К концу XIX столетия в Воронеже работало два Александровских женских училища, основанных в 1874 г., Мариинская восьмиклассная женская гимназия, несколько частных женских гимназий, соответствующих по курсу обучения мужской средней школе, мужская гимназия, реальное училище и другие, указанные на плане Воронежа 1910 г. (Рис. 4). Проведенный анализ количества учащихся и числа учебных заведений г. Воронеж, включающий: мужские и женские гимназии и прогимназии, городские школы, реальные училища, семинарии, и др. за период с 1860 по 1914 гг., позволяет говорить о благополучном росте народного образования и строительстве учебных заведений (Рис. 8) .

–  –  –

Значительным импульсом активного строительства в Воронеже в середине XIX века был приток профессиональных инженерных и архитектурных кадров, выпускников Академии Художеств в Санкт-Петербурге (В. И. Шебалин, Н. А. Шустов, Э. И. Шмидт [7, с. 129, 133, 134], А.А. Кюи [8, с. 161],Г. Г. Поливалов [9, с. 102]), выпускников Института Корпуса инженеров путей сообщения в СПб (Е. И. Ержемский, Л. Н. Жеденев [10, с. 87], Ю. И. Волтатис [11, с. 89], Е. Х. Гиацинтов [10, с. 78]) и выпускников Строительного училища в СПб (А. С .

Купинский, А. К. Македонский, М. О. Мирский, С. Л. Мысловский В. Е. [8, с. 160, 169, 173, 176], Переверзев [9, с. 98]), А. П. Багалдин-Таишев [11, с. 74], Д. В. Знобишин [10, с. 95], В. А .

Сербин, В. В. Стайновский [7, с. 114, 119] и др.). Московское Дворцовое архитектурное училище также готовило профессиональные архитектурные кадры. Его выпускники – Г. А. Артемовский и А. М. Баранов (выпуск 1865 г.) успешно работали в Воронеже [11, с. 75]. К концу XIX – началу XX вв. наблюдается интенсивный приток в Воронеж инженеров-архитекторов, получивших обучение в Санкт-Петербургском Институте гражданских инженеров, преобразованного в 1882 г. из Строительного училища (И. Н. Афанасьев, Ю. С. Лещинский, И. И. Вонсович, Д. Н. Васильев, В. И. Гайн, М. Н. Замятнин, П. И. Медведев и др.) [12]. Привлечение к проектированию и строительству зданий и сооружений высококвалифицированных, хорошо обученных архитекторов, инженеров и строителей положительно отразилось на качестве воронежской архитектуры и ее стилистических особенностях .

Выводы Социально-экономические преобразования России, связанные с реформой 1861 года, вызвали миграционные процессы и численный рост городского населения, интенсивное развитие сельского хозяйства, промышленности и городского строительства .

Во второй половине XIX века численный рост купеческого сословия, финансистов и промышленников, с их финансовыми возможностями и желанием строить собственные особняки, доходные дома, банки, промышленные здания и сооружения в русском стиле, как воплощением и символом национальной идеи, с привлечением профессиональных инженеров и архитекторов, порождает новую форму взаимоотношений: архитектор – заказчик, - частный заказ;

Развитие воронежской архитектуры середины XIX века шло в русле российского зодчества, с некоторым запозданием стилистических периодов, относительно столичной архитектуры, и отличаясь региональным своеобразием: явным предпочтением русского стиля, с учесентябрь-октябрь) 101 Строительство и реконструкция том мелкобуржуазной психологии заказчика и его культурно-эстетических и вкусовых предпочтений;

К концу XIX - началу XX вв., с тем же запозданием прихода в Воронеж стиля модерн, получает развитие ретроспективизм и историзирующий модерн, отличающийся от столичных образцов большей скромностью и меньшим масштабом .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горюнов В. С. Некоторые проблемы теоретической истории архитектуры // Всесоюзная научная конференция, ВНИИТАГ. М., 1990. С. 59 .

2. Памятная книжка Воронежской губернии на 1856 - 1917 гг. Воронеж, 1856-1917

3. Ермашов М. Н. Купечество г. Воронежа в последней трети XIX – начале XX вв. Автореф. дис. канд .

ист. наук. М., 2010 .

4. Российский государственный исторический архив. Ф. 1284. Оп 67. Д. 163. Л. 15 .

5. Кириченко Е. И. Русский стиль. М.: Галарт, 1997. 432с .

6. Веселовский Г. М. Воронеж в историческом и современно-статистическом отношениях. Воронеж:

Издание Воронежского Губернского Статистического КомитетаТипография Губернского правления. 1866. 306 с .

7. Акиньшин А.Н. Материалы к биографическому словарю воронежских архитекторов (конец XVII – начало ХХ вв.) // Из истории Воронежского края. 2005. Вып. 13. С. 112-135 .

8. Акиньшин А.Н. Материалы к биографическому словарю воронежских архитекторов (конец XVII – начало ХХ вв.) // Из истории Воронежского края. 2003. Вып. 11. С. 150-178 .

9. Акиньшин А.Н. Материалы к биографическому словарю воронежских архитекторов (конец XVII – начало ХХ вв.) // Из истории Воронежского края. 2004. Вып. 12. С. 97-108 .

10. Акиньшин А.Н. Материалы к биографическому словарю воронежских архитекторов (конец XVII – начало ХХ вв.) // Из истории Воронежского края. 2002. Вып. 10. С. 76-100 .

11. Акиньшин А.Н. Материалы к биографическому словарю воронежских архитекторов (конец XVII – начало ХХ вв.) // Труды воронежского областного краеведческого музея. Воронеж: Центрально-Черноземное книжное издательство, 2003. Вып. 2. С. 68-91 .

12. Попов П. А. Городское самоуправление Воронежа. 1870-1918. Воронеж: Кварта, 2006. 423 с .

Гурьев Григорий Сергеевич Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия Аспирант кафедры основ проектирования и архитектурной графики E-mail:guru9201@gmail.com, тел .

Енин Александр Егорович Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия Кандидат архитектуры, профессор, советник РААСН, зав.кафедрой основ проектирования и архитектурной графики E-mail: a_yenin@mail.ru

–  –  –

CULTURAL, HISTORICAL AND SOCIO-ECONOMIC CONTEXT

OF DEVELOPMENT OF THE VORONEZH ARCHITECTURE

FROM THE MID XIX TO EARLY XX CENTURY

Article purposed to investigate and determine the features and conditions in which evolved Voronezh architecture mid XIX-the beginning of XX centure. Analysis of the historical, socio-economic and cultural context gives the possibility in a wider range to determine the origins and nature of the origin of eclecticism and further stylistic transformation architecture based on the example of the provincial the city of Voronezh. Specific materials, analytical tables, dates and figures obtained through the study of a large number of archived historical documents and sources. Actual material reveals a panoramic picture

–  –  –

Keywords: eclecticism, Art Nouveau, Russian style, socio-economic, cultural and historical conditions .

REFERENCES

1. Goryunov V. S. Nekotoryye problemy teoreticheskoy istorii arkhitektury [Some problems of the theoretical history of architecture]. Vsesoyuznaya nauchnaya konferentsiya, VNIITAG [All-Union Scientific Conference, VNIITAG]. Moscow, 1990. Pp. 59. (rus)

2. Pamyatnaya knizhka Voronezhskoy gubernii na 1856 – 1917 [The memorial book of the Voronezh province in 1856 - 1917]. Voronezh, 1856-1917. (rus)

3. Yermashov M. N. Kupechestvo g. Voronezha v posledney treti XIX – nachale XX vv. Avtoref. dis. kand. ist .

nauk [The merchantry of the city of Voronezh in the last third of the XIX - early XX centuries. Author. dis. Cand. Hist .

Sciences]. Moscow, 2010. (rus)

4. Rossiyskiy gosudarstvennyy istoricheskiy arkhiv [Russian State Historical Archive]. F. 1284. Op 67. D. 163 .

L. 15. (rus)

5. Kirichenko Ye. I. Russkiy stil' [Russian style]. Moscow: Galart, 1997. 432 p. (rus)

6. Veselovskiy G. M. Voronezh v istoricheskom i sovremenno-statisticheskom otnosheniyakh [Voronezh in historical and modern-statistical relations]. Voronezh: Izdaniye Voronezhskogo Gubernskogo Statisticheskogo KomitetaTipografiya Gubernskogo pravleniya. 1866. 306 p. (rus)

7. Akin'shin A.N. Materialy k biograficheskomu slovaryu voronezhskikh arkhitektorov (konets XVII – nachalo XX vv.) [Materials to the biographical dictionary of Voronezh architects (late XVII - early XX centuries)]. Iz istorii Voronezhskogo kraya. 2005. Vol. 13. Pp. 112-135. (rus)

8. Akin'shin A.N. Materialy k biograficheskomu slovaryu voronezhskikh arkhitektorov (konets XVII – nachalo XX vv.) [Materials to the biographical dictionary of Voronezh architects (late XVII - early XX centuries)]. Iz istorii Voronezhskogo kraya. 2003. Vol. 11. Pp. 150-178. (rus)

9. Akin'shin A.N. Materialy k biograficheskomu slovaryu voronezhskikh arkhitektorov (konets XVII – nachalo XX vv.) [Materials to the biographical dictionary of Voronezh architects (late XVII - early XX centuries)]. Iz istorii Voronezhskogo kraya. 2004. Vol. 12. Pp. 97-108. (rus)

10. Akin'shin A.N. Materialy k biograficheskomu slovaryu voronezhskikh arkhitektorov (konets XVII – nachalo XX vv.) [Materials to the biographical dictionary of Voronezh architects (late XVII - early XX centuries)]. Iz istorii Voronezhskogo kraya. 2002. Vol. 10. Pp. 76-100. (rus)

11. Akin'shin A.N. Materialy k biograficheskomu slovaryu voronezhskikh arkhitektorov (konets XVII – nachalo

XX vv.) [Materials to the biographical dictionary of Voronezh architects (late XVII - early XX centuries)]. Trudy voronezhskogo oblastnogo krayevedcheskogo muzeya [Works of the Voronezh Regional Museum of Local Lore]. Voronezh:

Tsentral'no-Chernozemnoye knizhnoye izdatel'stvo, 2003. Vol. 2. Pp. 68-91. (rus)

12. Popov P. A. Gorodskoye samoupravleniye Voronezha 1870-1918 [Voronezh municipal government. 1870Voronezh: Kvarta, 2006. 423 p. (rus) Guryev Hryhory S .

Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia, postgraduate of Chair of fundamentals of design and architectural graphics, E-mail: guru9201@gmail.com Enin Alexander E .

Voronezh State technical University, Voronezh, Russia, candidate of architecture, Professor, counselor, head of the fundamentals of design and architectural graphics, E-mail: a_yenin@mail.ru

–  –  –

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ

УДК 624.01+614.8 ЛЕВАШОВ Н.Ф., АКУЛОВА М.В., ПОТЕМКИНА О.В., СОКОЛОВА Ю.А .

РАЗРАБОТКА АНАЛИТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОТЕРИ ПРОЧНОСТИ

ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ

ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР

В работе приведены основы аналитической модели для расчета потери прочности цементных составов в динамике развития высоких температур, предлагаемой взамен классического метода расчета огнестойкости по потере несущей способности (R). В качестве исходных показателей взяты экспериментально полученные данные (пределы прочности при сжатии после прогрева). На основании данных расчетов представляется возможным как теоретическое прогнозирование наступления предельных состояний по потере прочности, так и оценка достоверности практических показателей, полученных в результате натурных испытаний. Исходя их проведенных расчетов, появилась возможность применения разработанного подхода к оценке огнестойкости новых разработанных материалов, на которые справочные данные отсутствуют .

Таким образом, в реальных условиях пожара, при наличии необходимых данных о свойствах строительного материала и размерах строительных конструкций становится возможной оценка времени пожара, при котором начнет происходить их необратимая деформация .

Ключевые слова: комплексная методика, высокотемпературный нагрев, цементные композиты, аналитическая модель, огнестойкость .

На сегодняшний день в целях полноценного изучения поведения негорючих строительных материалов при повышенных температурах, близких к условиям протекания стандартного пожара [1], активно разрабатываются новые подходы по поиску процессов, протекающих в материалах исследуемых строительных конструкций. По результатам, полученным при исследованиях, становится возможным в определенной мере прогнозировать поведение строительных конструкций, на основе цементных композитов. На текущий момент эту возможность предоставляют такие методы исследования, как испытание строительных конструкций на огнестойкость, термический анализ неорганических соединений, рентгеноструктурный анализ и др .

Анализ изученных методов [2-6] говорит о том, что существующие подходы по оценке огнестойкости и термостойкости каменных строительных материалов учитывают только некоторые свойства и поэтому носят «односторонний» характер. Изученные методы по анализу проявления свойств новыми разработанными материалами на основе цементных составов в условиях воздействия повышенных температур не включают комплексный критерий, основанный на учете теплофизических, термохимических и физико-механических характеристик, полученных лабораторным путем, совместно с аналитическим расчетом по оценке времени наступления предельных состояний по критериям R, I, (потеря несущей способности, потеря теплоизолирующей способности). Ни один из существующих методов по оценке и анализу поведения строительных материалов на основе цементных композитов в условиях воздействия повышенных температур не рассматривает данный вопрос с точки зрения комплекса мер, которые включают в себя как теоретическое, так и практическое обоснование .

_________________________________________________________

№5 (79) 2018 (сентябрь-октябрь) Строительные материалы и технологии Таким образом, возникает необходимость в разработке комплексного метода анализа поведения материалов при повышенных температурах в строительных конструкциях для полной оценки пожарной опасности строительных материалов и огнестойкости строительных конструкций .

Актуальность разработки данного метода основана на том, что в результате его применения впервые появится возможность определить вероятность, вид и скорость прогрева, а также потерю прочности строительных материалов .

В данной работе предлагается применение метода анализа размерностей в качестве основного инструмента для математической оценки поведения строительных материалов на основе цементных композитов при высокотемпературных воздействиях .

На основании ранее разработанного подхода к оценке поведения цементных композитов строительных конструкций [7, 8, 9] была проведена работа по поиску и интегрированию существующих математических моделей для получения комплексного анализа поведения цементных композитов строительных конструкций в условиях воздействия повышенных температур. В качестве основополагающей теории для математической оценки момента наступления предельных состояний при огневом воздействии по потере прочности (R) был принят метод анализа размерностей .

В данную аналитическую модель были заложены те факторы, которые играют первостепенную роль в механизме потери прочности материала .

Согласно методу анализа размерностей, в функциональную зависимость потери прочности закладываем величины, которые между собой не находятся в функциональной зависимости:

( ) (1) где

–  –  –

Пока соотношение (5) не дает нам количественной картины связи всех величин, поэтому были проведены исследования по связи и .

Сглаживая полученные данные линейной зависимостью (метод наименьших квадратов):, где - коэффициент пропорциональности, получим оценку этого коэффициента:

<

–  –  –

В качестве примера для расчета пределов огнестойкости по потере прочности возьмем данные образца №1, просчитаем моменты наступления предельных состояний в таких конструкционных элементах, как куб размером 100х100х100мм и стандартная плита перекрытия, после чего произведем аналогичные расчеты с другими составами с последующим анализом полученных данных. Такие исходные данные, как температуропроводность и допустимый предел прочности (прочность после прогрева), были получены экспериментальным путем в соответствии с [10, 11]. Температура прогрева принималась 800С .

–  –  –

1073 0.000191 Исходя их проведенных расчетов, можно сделать вывод о возможности применения разработанного подхода к оценке огнестойкости новых разработанных материалов, справочные данные на которые отсутствуют. Так же теория о том, что потеря прочности строительных конструкций на основе цементных композитов пропорциональна температуре и времени нагрева и обратно пропорциональна размеру объекта в пятой степени подтверждается. Поэтому в реальных условиях, зная размеры (толщины) материалов полов, стен можно оценить с помощью разработанного подхода время пожара, при котором начнет происходить необратимая деформация исследуемого материала .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 30247.0—94. Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Общие требования. Введ. 01.01.1996 г. М. : Изд-во стандартов, 1996 .

2. Левашов Н.Ф., Акулова М.В., Потемкина О.В.. Применение методики расчета огнестойкости строительных конструкций для анализа влияния силикатных добавок в растворах на свойства защитного слоя арматуры // Пожаровзрывобезопасность. 2015. Т.24. №. 10. С. 30–34 .

3. Krl Pawe A. Evaluation of the fire resistance of steel-beam floors // Bezpieczenstwo i technika pozarnicza. 2014. Vol. 35. Pp. 73-96. doi: 10.12845/bitp.35.3.2014.7

4. Fike R.S., Kodur V.K.R. An approach for evaluating the fire resistance of CFHSS columns under design fire scenarios // Journal of Fire Protection Engineering. 2009. Vol. 4. Pp. 229–259. doi: 10.1177/1042391509105597 .

5. Peng G. Evaluation of fire damage to high-performance concrete. Dis. Ph.D. Hong Kong Polytechnic Institute. Hong Kong. 2000 .

6. Молчадский О.И. Прогноз пожарной опасности строительных материалов при использовании методов термического анализа. Дис. канд. тех. наук. Москва, 2001. 209 с .

7. Федосов С. В., Левашов Н. Ф., Акулова М. В., Потёмкина О. В. Перспективы применения комплексного метода анализа поведения цементных композитов в условиях воздействия повышенных температур // Строительство и реконструкция. 2017. Т.72. №. 4. С. 119–128 .

8. Левашов Н. Ф., Акулова М. В., Потёмкина О. В. Использование термогравиметрического метода анализа для исследования влияния вида заполнителя на свойства пенобетона // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2015. Вып.№4. C. 75-78 .

9. Федосов С. В., Левашов Н. Ф., Акулова М. В., Потёмкина О. В., Животягина С.Н. Применение комплексной методики анализа поведения цементных композитов с силикатными добавками, при повышенных температурах // Пожаровзрывобезопасность. 2016. Т.25. №. 10. С. 14–21 .

10. ГОСТ 7076-99. «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме». Введ. 01.04.2000 г. М.: Изд-во стандартов, 1999 .

11. ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии». – Введ .

01.07.1983г. – М.: Изд-во стандартов, 1983 .

Левашов Никита Фёдорович Войсковая часть 65451 МО РФ, Помощник начальника организационно-планового отделения тыла войсковой части 65451, Е-mail: irisacareva@rambler.ru

–  –  –

Акулова Марина Владимировна, Ивановский государственный политехнический университет, г. Иваново, Россия, Доктор технических наук, профессор, советник РААСН, заведующая кафедрой строительного материаловедения, специальных технологий и технологических комплексов, Е-mail: m_akulova@mail.ru Потемкина Ольга Владимировна Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, г. Иваново, Россия, Кандидат химических наук, доцент, заместитель начальника академии по учебной работе, Е-mail: molodkina@mail.ru Соколова Юлия Андреевна Ивановский государственный политехнический университет, г. Иваново, Россия, Доктор технических наук, профессор, академик РААСН, профессор кафедры строительного материаловедения, специальных технологий и технологических комплексов, Е-mail: inep_s@mail.ru



Pages:   || 2 |



Похожие работы:

«Elec.ru Электротехническая библиотека Elec.ru ГОСТ 14340.4-79 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ПРОВОДА ЭМАЛИРОВАННЫЕ КРУГЛЫЕ МЕТОД ИСПЫТАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ НА ТЕПЛОВОЙ УДАР Издание официальное БЗ 10-98 ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ Москва Электротехническая библиотека Elec.ru Электротехническая библиотека Elec.ru Группа Е49 УДК 621.315.337.4....»

«Электронное периодическое издание № 1 (12) 2018 Издается с 2011 года Редакционная коллегия: Свидетельство Роскомнадзора: Махов Станислав Юрьевич – гл. редактор ЭЛ № ФС77 – 44650 Бойко Валерий Вячеславович Ветков Николай Ефимович ISSN 2225-4447 Гуров Павел Иванович Елисеев Д...»

«| С. H. МИНЧИН I и А. Т. УЛУБЕКОВ ЗЕМЛЯ — КОСМОС —ЛУНА ems ЗЕМЛЯКОСМОСЛУНА Т н Т Б \ НИИ приоор-^!! ел9. %f Г С. Н. М и н ч и н I и А. Т. У л у б е к о в. Земля—космос—Луна. М., "Машиностроение", 1972, стр. 244. Эта книга — рассказ об истории и основных этапах исследования человеком Луны...»

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru МИНИСТЕРСТВО ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ Государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт Аэропроект ПОСОБИЕ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ АВИАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ БАЗ (к ВНТП II-85) МГА Москва 1986 "Пособие по проектированию авиационно-технических...»

«CS 8100 3D, CS 8100 3D Access, CS 8100SC 3D CS 8100 3D Family and CS 8100SC 3D Access Руководство пользователя по безопасности, регулированию и техническим характеристикам Уведомление Руководство пользователя по нормативной информации и техническим характеристикам систем серии CS 8100 3D вк...»

«М инистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина"...»

«КорПоративная финансовая отчетность № 3/2018 международные стандарты Выручка по догоВорам с покупателями [мсФо (IFRS) 15]. рекомендации и примеры Эта и другие публикации доступны подписчикам в электронном виде в личном кабинете на сайте finotchet.ru Активируйте код доступа подписчика. С. В. Модеров, FCCA, к. э. н., Техническая дире...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИТУАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ СЛ...»

«АРХИТЕКТУРА, СТРОИТЕЛЬСТВО, ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВО И КАДАСТРЫ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ В XXI ВЕКЕ Материалы Международной научно-практической конференции Комсомольск-на-Амуре, 24-26 апреля 2018 го...»

«Технический обзор август 2013 г. ГЕНДЕРНОЕ РАВЕНСТВО В ТРЕХСТОРОННЕМ СОЦИАЛЬНОМ ДИАЛОГЕ В ЕВРОПЕ И ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ Анжелика Мюллер и Сара Дойл1 Трехсторонний социальный диалог и гендерное равенство основополагающие ценности и ключевые принципы деятельности Международной организа...»

«Масло для прокатных станов П-40 РПБ № 84035624.02.38643 стр. 3 по СТО 84035624-026-2009 Действителен до 14.07.2020 г. из 16 1 Идентификация химической продукции и сведения о производителе и/или поставщике 1.1 Идентификация химической продукции Масло для прокатных станов П...»

«Персональный алкотестер Динго А-055 Руководство по эксплуатации www.alcotester.ru СОДЕРЖАНИЕ 1 ОПИСАНИЕ И РАБОТА 1.1 Назначение 1.2 Технические характеристики 1.3 Упаковка 2 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПО НАЗНАЧЕНИЮ 2.1 Важные предупреждения 2.2 Порядок работы 3 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ 4 УСЛОВИЯ ГАРАНТИИ Приложение 1. Деклараци...»

«ГОСТ Р 50267.34-95 (МЭК 601-2-34-93) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИЗДЕЛИЯ МЕДИЦИНСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ Часть 2 ЧАСТНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ К ПРИБОРАМ ДЛЯ ПРЯМОГО МОНИТОРИНГА КРОВЯНОГО ДАВЛЕНИЯ Издание официальное БЗ 6—94/277 Г...»

«Journal of Siberian Federal University. Chemistry 1 (2018 11) 56-71 ~~~ УДК 544.472.2; 547.458.8 The Production of Formic Acid from Polysaccharides and Biomass via One-pot Hydrolysis-Oxidation in the Presence of Mo-V-P Heteropoly Acid Catalyst Nikolay V. Gromov*а,b, Tatiana B. Medvedevaa, Yulia A. Rodikovaa, Andrey V. Pe...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГО СТ МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ 31173— СТАНДАРТ Б Л...»

«Advances in Biology & Earth Sciences Vol.2, No.3, 2017, pp.361-368 ВЛИЯНИЕ УФ-ВИЗЛУЧЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА МС-ЗЭС В КЛЕТКАХ ДРОЖЖЕЙ Н.К. Кочарли1*, С.Т. Гумматова1 Бакинский Государственный Университет, Баку, Азербайджан THE INFLUENCE OF UF-B IRRADIATION AND TEMPERATURE ON MS-D...»

«Камышов Юрий Николаевич ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДИСМЕМБРАТОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2012 Работа выполнена на кафедре Сельскохо...»

«ЕЖЕКВАРТАЛЬНЫЙ ОТЧЕТ Публичное акционерное общество “Магнитогорский металлургический комбинат” (Open Joint Stock Company Magnitogorsk Iron & Steel Works) Код эмитента: 00078-A за 2 квартал 2017 г. Адрес эмитента: 455000 Россия, г. Магнитогорск, Челябинская область, Кирова 93 Информация, содержащаяся в на...»

«МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "УЛЬЯНОВСКИЙ ИНСТИТУТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ ИМЕНИ ГЛАВНОГО МАРШАЛА АВИАЦИИ Б....»

«Барашков Сергей Венедиктович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИОЕШОГО МЕХАНИЗМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ Специальность: 08.00.05 "Экономика и управление народным хозяйством: экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами промышле...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГО С ТР СТАНДАРТ МЭК 6 1 8 8 3 -7 РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ АУДИО-/ВИДЕОАП ПАРАТУРА БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ ЦИФРОВОЙ ИНТЕРФЕЙС Часть 7 Передача системы В ITU-R В0....»

«Масла моторные универсальные всесезонные РПБ № 84035624.19.47953 стр. 3 G-Energy Expert G по СТО 84035624-037-2011 Действителен до 28.08.2022 г. из 16 1 Идентификация химической продукции и сведения о производителе и/или поставщике 1.1 Идентификация химической прод...»

«Золотарева Ирина Владимировна КОНТРОЛЬНО – МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕТА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ В ПЕРИОД ПЕРЕХОДА НА МЕЖДУНАРОДНЫЕ СТАНДАРТЫ ФИНАНСОВОЙ ОТЧЕТНОСТИ 08.00.12 – Бухгалтерский учет, статистика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Орел – 2014 Работа выполнен...»

«Согласовано: Согласовано: ФГБУ ВНИИПО МЧС России ФГУП "ВНИИФТРИ" ОС "ПОЖТЕСТ" ОС ВСИ "ВНИИФТРИ" ИЗВЕЩАТЕЛЬ ПОЖАРНЫЙ ПЛАМЕНИ МНОГОДИАПАЗОННЫЙ ИК/УФ ИП329/330 "Спектрон" серия 600 (исп. "Спектрон-601-С-Е", "Спектрон-601-Exi-С-Е", "Спектрон-601-Exm-С-Е") Руководство по эк...»

«Справочник предприятий Инновационный территориальный кластер "Развитие информационных технологий, радиоэлектроники, приборостроения, средств связи и инфотелекоммуникаций Санкт-Петербурга" Инновационного территориального кластера "Развитие информационных техноло...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.