Архив. Номер 3 за 2016 год
УДК: 624.04:539.376
О ФОРМЕ ШЕДОВЫХ ПОКРЫТИЙ
А.С. ДЕХТЯРЬ, д.т.н., проф. Национальный транспортный университет, г. Киев
Страница: 2
Рассмотрены шедовые оболочки с прямоугольным опорным контуром. Такие оболочки имеют одну выпуклую сторону контура, а три других – прямолинейные, они образуют плоский опорный контур. Кинематический метод теории предельного равновесия применен для отыскания верхней оценки предельной нагрузки. Исследованы два варианта срединной поверхности для таких оболочек. Один вариант – коноид, другая оболочка имеет сложную форму 4-го порядка. Для этих оболочек обсуждаются методы построения кинематически допустимых полей скоростей перемещений. Получены новые верхние оценки предельной нагрузки. Приведены примеры и сделаны необходимые сравнения.
Ключевые слова: шедовые оболочки, прямоугольный опорный контур, предельная нагрузка, теория предельного равновесия, кинематический метод
UDC: 624.04:539.376
ON CONVEX SHELLS SURFACE
A.S. Dekhtyar', National Transport University, Kiev
Page: 2
Abstract. The convex shells with a rectangular supporting contour are considered. Such shells have one convex side of contour, and three other – rectilinear. They form a flat supporting contour. The kinematical method of limit equilibrium theory is applied to find of upper bound estimations of the limit load. Two variants of middle surface for such shells are explored. One variant is conoid; other shell has a complex 4 order forms. The methods of construction of kinematically admissible fields of displacements are discussed for such shells. New upper estimations of the limit loads are got. Examples are obtained and necessary comparisons are done.
keywords: Shed shell, rectangular support contour, limit load, limit equilibrium theory, the kinematic method
УДК: 691.342.175.2
ОПТИМАЛЬНЫЙ СОСТАВ КОМПОЗИТА ПО КРИТЕРИЮ ЕГО ПРОЧНОСТИ
В.Т. ЕРОФЕЕВ, д.т.н., проф., А.С. ТЮРЯХИН, к.т.н., И.В. СМИРНОВ, инж., И.Н. МАКСИМОВА, к.т.н., доц. Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева, г.Саранск; Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, г.Пенза
Страница: 6
На базе модели Хашина для представительной ячейки полидисперсного композита построены две двухсвязные модели этой ячейки: трехфазная структурная и двухфазная эффективная. Твердотельная фаза эффективной модели, как и фазы матрицы и наполнителя структурной модели, представлены толстостенными сферами. Шаровидная полость фазы порового включения, расположенная в центре ячейки, может быть заполнена жидкостью или газом, находящимся под действием порового давления. Для трех толстостенных сфер, применив решение задачи Ламе, записываются 2 условия совместности их деформаций и 2 условия эквивалентности двух названных моделей. Удовлетворив первым условиям, находят внутренние давления: поровое p и контактное pc (между матрицей и наполнителем). Удовлетворив вторым условиям – находят эффективные модули: объемных (К) и сдвиговых (G) деформаций композита. Тем самым, при заданном внешнем давлении q, задача по выявлению напряженно-деформированного состояния ячейки разрешается в целом. Результаты численного исследования по выявлению оптимального количественного состава матрицы и наполнителя показывают, что теоретически возможным и практически оправданным становится сам процесс подбора компонентов композита по критерию, например, какой-либо из теорий прочности. Примеры вычислений проиллюстрированы графическими зависимостями.
Ключевые слова: композит, критерий прочности, модель Хашина, толстостенные сферы
UDC: 691.342.175.2
THE OPTIMAL COMPOSITION OF THE COMPOSITE ACCORDING TO THE CRITERION OF ITS STRENGTH
V.T. Erofeev, A.S. Tyuryakhin, I.V. Smirnov, I.N. Maksimova. Ogarev Mordovia State University, Saransk; Penza State University of Architecture and Construction, Penza
Page: 6
Abstract. Based on the Khashin model, we built a three-phase structure model and a two-phase effective model for the polydisperse composite representative cell. The solid-state phase of the effective model, the matrix phase and the filler phase of the structure model are presented as thick-walled spheres. The spherical cavity of the pore inclusion phase, located in the center of the cell, can be filled with a liquid or gas, being under the influence of pore pressure. By applying a solution of Lame problem for the three thick-walled spheres, we recorded 2 deformation compatibility conditions and 2 conditions for the equivalence of the two mentioned models. Having satisfied the first condition, we can determine the internal pressures: pore – p and contact – pc (between the matrix and the filler). Having satisfied the second condition, we can determine the effective modules of the composite deformation: volume (К) and shear (G). Thus, when there is a given external pressure, q, the task of the cell stress-strain state identifying is allowed, as a whole. The numerical results to identify optimal quantitative composition of the matrix and the filler show that the process of components selection of the composite becomes theoretically possible and practically justified under the criterion of any strength theory. The calculation examples are illustrated with the diagrams.
keywords: composite, failure criterion model Khashin, thick-walled sphere
УДК: 624.04
АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕГУЛЯРНОЙ БАЛОЧНОЙ ФЕРМЫ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ ЧИСЛОМ ПАНЕЛЕЙ СО СЛОЖНОЙ РЕШЕТКОЙ
М.Н. КИРСАНОВ, д-р физ.-мат. наук, проф. НИУ МЭИ, г. Москва
Страница: 16
Предложена схема регулярной фермы на основе фермы Шухова. Методом индукции выведены формулы для прогиба середины пролета под действием равномерной и сосредоточенной нагрузки. Получено выражение для смещения подвижной опоры в зависимости от нагрузки и параметров конструкции. Найдены предельные свойства решений. На графике зависимости прогиба от высоты фермы обнаружен минимум.
Ключевые слова: плоская ферма, ферма Шухова, Maple, индукция, асимптотика, прогиб
UDC: 624.04
ANALYTICAL CALCULATION OF THE REGULAR GIRDER WITH AN ARBITRARY NUMBER OF PANELS WITH A COMPLEX LATTICE
M.N. Kirsanov, Moscow Power Engineering Institute, Moscow
Page: 16
Abstract. The proposed scheme regular truss based on the Shukhov's truss. The formulas for the deflection of mid span under the action of uniform and concentrated loads by the method of induction was found. The resulting expression for the displacement of the movable support in dependence on the load and design parameters is detected. Limiting properties are found for all solutions. The graphs of dependence of deflection of the height of the truss found out the minimum. The scheme of the spatial coverage in the form of statically determinate rectangular truss with supports at the four corners is proposed. By method of induction with use of the systems of computer mathematics Maple the analytical expression for the deflection of the truss as a function of size, load and number of panels is found. There is a minimum in the curve of deflection of the number of panels in the specified regular size lateral sides of the truss. Analysis of the solution revealed the presence of asymptotes of the curves of deflection and maximum values of the most compressed core.
keywords: flat truss, Shukhov's truss, Maple, induction, asymptotics, deflection
УДК: 539.376
РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ БЕТОНА И СТАЛИ В ЦЕНТРАЛЬНО И ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ ТРУБОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
С.Б. КРЫЛОВ, д.т.н., П.П. СМИРНОВ, инж. АО«НИЦ«Строительство»; НИУ – МГСУ, г. Москва
Страница: 20
Рассмотрен инженерный подход по определению расчетных сопротивлений материалов для центрально и внецентренно сжатых трубобетонных конструкций, положенный в основу одного из разделов СТО АРСС «Сталежелезобетонные конструкции. Правила проектирования». Представлены основные формулы для вычисления расчетных сопротивлений материалов. Приведены результаты сравнения предложенных зависимостей с опытными данными.
Ключевые слова: трубобетонные конструкции, методы расчета, несущая способность, расчетное сопротивление бетона, металлическая оболочка
UDC: 539.376
RESISTANCE OF CONCRETE AND STEEL IN CENTRALLY AND ECCENTRICALLY COMPRESSED PIPE-CONCRETE STRUCTURES
S.B. Krylov, P.P. Smirnov. JSC "Research Centre "Construction"; Moscow State University of Civil Engineering, Moscow
Page: 20
Abstract. An engineering approach is evaluated to determine resistance of materials for centrally and eccentrically compressed pipe-concrete structure as a basis for a section of Organizational Standards of the Steel Construction Development Association "Steel-concrete composite constructions. Design rules". Basic formulas are presented. The results of the comparison of the proposed dependences with the experimental data are given.
keywords: pipe-concrete, methods of design, load capacity, resistance design of concrete, steel shell
УДК: 624.072.2.014
ОПТИМИЗАЦИЯ ПЯТИУГОЛЬНЫХ ПРОФИЛЬНЫХ ТРУБ НОВОЙ МОДИФИКАЦИИ
А.С. МАРУТЯН, к.т.н., проф. Филиал Северо-Кавказского федерального университета в г. Пятигорске
Страница: 25
Приведены некоторые результаты разработки и оптимизации пятиугольных труб для строительных металлоконструкций. Основой их формообразования служат трубчатые (гнутосварные) профили, включающие две вертикальные грани (стенки), одну горизонтальную грань (полку), а также две наклонные грани с углом 120° между ними. Критерием оптимизации является равноустойчивость относительно центральных горизонтальной и вертикальной осей сечения. Определены отношения высоты стенок к ширине полок, при которых обеспеченность равноустойчивости составляет 0,975…1,025. В рамках принятых допусков пятиугольные профили с прямым углом между наклонными гранями по геометрическим характеристикам сечения превосходят квадратные трубы, но уступают пятиугольным профилям с углом 120° между наклонными гранями. Угловые параметры соответствуют технологическим требованиям обработки металла сваркой в наиболее оптимальном режиме. Уменьшение остроты угла с 90° до 120° делает наклонные грани пятиугольного профиля пологими, а сам профиль – компактным, с более равномерным удалением периметра сечения от центра тяжести, что способствует росту несущей способности.
Ключевые слова: профильные трубы, замкнутые гнутосварные профили, оптимизация, равноустойчивость, допуски, сортамент профилей, строительные металлоконструкции
UDC: 624.072.2.014
OPTIMIZATION OF A PENTAGONAL SHAPED TUBES NEW MODIFICATION
A.S. Marutyan, Branch of the North-Caucasian Federal University in Pyatigorsk
Page: 25
Abstract. Some results of development and optimization of pentagonal pipes for construction metal structures. The basis of their formation are tubular (bent-welded) profiles, comprising two vertical faces (walls), one horizontal line (shelf), and two inclined faces with an angle of 120° between them. The optimization criterion is equal stability relative to the Central horizontal and vertical axes of the section. Determined the ratio of the height of the walls to the width of the shelves, in which the security of equal stability is 0,975…1,025. Within the accepted tolerances pentagonal profile with a right angle between the sloping faces according to the geometrical section properties square tubes are superior, but inferior to the pentagonal structures with angles of 120° between the sloping faces. The angular settings correspond to the technological requirements of metal welding in optimal conditions. Reducing the sharpness of the angle from 90° to 120° inclined faces does a pentagonal profile is flat, but the profile itself is compact, with a more uniform removal of perimeter of the cross section from the centre of gravity, which increases the bearing capacity.
keywords: shaped tube, closed bent-welded profiles, optimization, equal stability, tolerances, product mix profiles, metal building
УДК: 624.042.8:624.21:625.03
СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ МАГИСТРАЛИ
В.Ю. ПОЛЯКОВ, д.т.н., проф. МГУПС, МИИТ, г. Москва
Страница: 35
На высокоскоростных магистралях из-за требований к плану трассы обычно строится большое количество мостов, путепроводов и эстакад. Полная модель системы «мост – путь – экипаж» является основой для метода оптимального проектирования пролетных строений со значительными динамическими нагрузками. Метод оптимизации позволяет изменить параметры пролетных строений для обеспечения минимальных внутренних усилий и жесткости одновременно с обеспечением безопасности. В статье сформулированы критерии качества системы и ограничения на параметры движения. Для этих целей используются стационарные управляющие функции. Эти функции являются искомыми для оптимального результата.
Ключевые слова: высокоскоростные магистрали, динамика мостов, оптимизация
UDC: 624.042.8:624.21:625.03
SYNTHESIS OF BRIDGES SUPERSTRUCTURE FOR HIGH SPEED RAILROADS
V.Yu. Polyakov, Moscow State University of Railway Engineering (MIIT), Moscow
Page: 35
Abstract. Usually high-speed railways have a lot of bridges, overpasses and flyovers due to the requirements to the railway plan. The complete model of the "Bridge-Track-Car" system is a base of the optimum design method for bridge superstructure subject to dynamic load. The optimization method enables adjustment of the parameters of bridge superstructures to obtain minimal internal efforts and rigidity simultaneously with providing safety. The article describes the criteria of the quality of the system and limitations for motion parameters. For these purposes, the stationary control functions are used. These functions are determined to achieve optimal results.
keywords: high-speed railway, bridge dynamics, optimization
УДК: 539.3
ОБОБЩЕНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО АСИМПТОТИЧЕСКОГО МЕТОДА НА ЗАДАЧИ С ДИНАМИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ. ЧАСТЬ IV: ОЦЕНКА КОНСЕРВАТИЗМА МОДАЛЬНОГО ПОДХОДА С ЭФФЕКТИВНЫМ МАТЕРИАЛЬНЫМ ДЕМПФИРОВАНИЕМ В ОСНОВАНИИ ПРИ РАСЧЕТЕ НА УДАР САМОЛЕТА
А.Г. ТЯПИН, д.т.н. (ОАО «Атомэнергопроект», г. Москва)
Страница: 43
Комбинированный асимптотический метод (КАМ), ранее разработанный для сейсмических воздействий, обобщен на случай динамических воздействий на верхнее строение в первой части настоящей публикации. Во второй части проведен расчет сооружения на удар самолета с использованием в сооружении материального демпфирования. В третьей части проверялся консерватизм модели демпфирования Рэлея – он оказался весьма существенным. В данной части публикации исследуется консерватизм модального подхода, в котором демпфирование в основании задается в виде некоторого эффективного материального демпфирования, усредняемого с демпфированием в сооружении. Спектры ускорений на жестком фундаменте сооружения сравниваются с результатами расчета по КАМ.
Ключевые слова: динамическое воздействие, взаимодействие сооружений с основанием, материальное демпфирование
UDC: 539.3
EXTENSION OF THE COMBINED ASYMPTOTIC METHOD FOR THE PROBLEMS WITH DYNAMIC LOADS IMPACTING THE UPPER STRUCTURE. PART IV: STUDY OF THE CONSERVATISM OF THE MODAL APPROACH USING EFFECTIVE MATERIAL SOIL DAMPING FOR THE AIRCRAFT IMPACT ANALYSIS
A.G. Tyapin, JSC "Atomenergoproekt", Moscow
Page: 43
Abstract. The combined asymptotic method (CAM) initially developed for seismic load has been extended for dynamic loads impacting the upper structure in the first part of the present paper. In the second part a sample aircraft impact analysis was performed for a structure with material damping. In the third part the conservatism of the Rayleigh structural damping model was checked – it proved to be substantial. In this part of the paper the conservatism of the modal approach is checked. Soil damping is represented by some effective material damping, which is averaged with structural damping. Response spectra for the rigid basement of the structure with Rayleigh damping are compared to those calculated by CAM.
keywords: dynamic loads, soil-structure interaction, material damping
УДК: 624.012.2.046.69.04
О НЕКОТОРЫХ МЕТОДАХ ВЕРОЯТНОСТНОГО РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ. ЧАСТЬ II
В.А. ГРОМАЦКИЙ, канд. техн. наук ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»), г. Москва
Страница: 51
Рассматриваются приближенные методы определения вероятности отказа на основе вероятностного преобразования исходного случайного вектора в стандартный нормальный, преобразование с учетом этого функции состояния конструкции, определение характеристики безопасности вероятности отказа в преобразованном пространстве.
Ключевые слова: вероятность отказа, случайный вектор, функция состояния
UDC: 624.012.2.046.69.04
THE SEVERAL METHODS OF PROBABILISTIC CALCULATION OF STRUCTURES' RELIABILITY (PART II)
V.A. Gromatsky, TSNIISK named after V.A. Kucherenko, Moscow
Page: 51
Abstract. The article examines the approximate methods of determining failure probability based on probabilistic transformation of the original random vector into a standard normal one and within it transformation of the structure state function. The characteristics of safety of failure probability in the transformed space are defined.
keywords: failure probability, random vector, function of state
УДК: 624.04+624.07
РАЗВИТИЕ ИДЕЙ А.А. ИЛЬЮШИНА В МЕТОДЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
А.В. ЕРМАКОВА, к.т.н., доц. ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет», г.Челябинск
Страница: 56
Метод дополнительных конечных элементов (МДКЭ) представляет собой вариант метода конечных элементов (МКЭ), который предназначен для расчета конструкций, имеющих несколько физически нелинейных свойств. При формировании основной разрешающей системы линейных алгебраических уравнений он подключает операции метода упругих решений не только для учета первого физически нелинейного свойства, как это было предложено А.А. Ильюшиным, но и для описания всех других физически нелинейных свойств, начиная со второго и кончая последним. Задача решается с помощью постепенного включения в итерационный процесс дополнительных конечных элементов (ДКЭ), которые изменяют свойства исходных конечных элементов (КЭ) в зависимости от конкретных физически нелинейных свойств, проявляемых этими элементами на достигнутой стадии их предельного состояния. В статье рассматриваются вопросы, связанные с особенностями использования МДКЭ и развития в нем идей метода упругих решений в приложении к МКЭ.
Ключевые слова: метод дополнительных конечных элементов, метод конечных элементов, метод упругих решений, дополнительный конечный элемент, дополнительная расчетная схема, идеальная модель разрушения
UDC: 624.04+624.07
DEVELOPMENT OF A.A. ILYUSHIN'S IDEAS IN ADDITIONAL FINITE ELEMENT METHOD
A.V. Ermakova, South Ural State University, Chelyabinsk
Page: 56
Abstract. Additional Finite Element Method (AFEM) is the variant of Finite Element Method (FEM) which intends for analysis of structures with several nonlinear properties. It adds units of method of elastic decisions for formation of the main set of linear algebraic equations. A.A. Ilyushin suggested the method for allowance of the first nonlinear property, but AFEM gives the way for allowance of the rest nonlinear properties from the second to the last one. The problem solves with the help of the gradual including of additional finite elements (AFE) in iterative process. AFEs transform of initial finite elements with linear properties into the same elements with nonlinear properties depending on the reached stage of their limit state. This paper considers some problems connected with singularities of using of AFEM and its development of ideas of the method of elastic decisions for application in FEM.
keywords: additional finite element method, finite element method, method of elastic decisions, additional finite element, additional design diagram, ideal failure model
УДК: 624.073
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ
Ю.В. КРАСНОЩЁКОВ, д.т.н., проф. Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)
Страница: 63
Приведены результаты компьютерного моделирования сборного железобетонного перекрытия с ребристыми плитами, испытанного ранее. Сравниваются опытные и расчетные результаты решений задач взаимодействия плит в настиле и совместной работы настила с прогонами балочного типа. Сделаны выводы о целесообразности использования метода компьютерного моделирования для проверки результатов испытаний и совершенствования теории расчета.
Ключевые слова: совместная работа, взаимодействие элементов, железобетонные перекрытия, сборный железобетон, компьютерное моделирование, испытания конструкций
UDC: 624.073
COMPUTER SIMULATION OF EXPERIMENTAL SLABS
Yu.V. Krasnoshchekov, Siberian State Automobile and Highway Academy (SibADI)
Page: 63
Abstract. The results of computer simulation of the fragment overlap with ribbed plates, previously tested. We compare the experimental and calculated by solving the problem of interaction of the plates in the stack and work together with the deck runs beam type. Conclusions about the feasibility of using computer simulation to validate the results of tests, obtained and improving the theory of calculation.
keywords: collaboration, interaction of elements, concrete, precast concrete, computer modeling, testing designs
УДК: 623.28
ПРИМЕНЕНИЕ СТЕНОВЫХ ПАНЕЛЕЙ ИЗ КРУПНОФОРМАТНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ КАМНЕЙ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЖИЛЫХ ДОМОВ ВЫСОТОЙ БОЛЕЕ ЧЕТЫРЕХ ЭТАЖЕЙ
В.И. ОБОЗОВ, д.т.н., проф., Д.А. ТЕЛЕШИНИН, инж. ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко (АО «НИЦ «Строительство»); АО «КТБ ЖБ»
Страница: 69
С использованием вычислительного комплекса ЛИРА-САПР исследована предельно допустимая этажность зданий со стенами из сборных стеновых панелей, изготовленных в заводских условиях из крупноформатных керамических камней с применением полиуретанового клея в швах. В качестве критерия в исследованиях использовались расчетные значения прочности кладки на сжатие из крупноформатных керамических камней на двухкомпонентном полиуретановом клею. Построены компьютерные конечно-элементные модели запроектированных зданий и выполнены вариантные расчеты. На основе анализа результатов вариантных расчетов сформулированы выводы и рекомендации.
Ключевые слова: крупноформатные, керамические, камни, панели, здания, этажность
UDC: 623.28
THE USE OF WALL PANELS MADE FROM LARGE-SIZE CERAMIC STONES FOR CONSTRUCTION OF APARTMENT BUILDINGS HAVING MORE THAN FOUR FLOORS
V.I. Obozov, D.A. Teleshinin. TSNIISK named after V.A. Kucherenko, Moscow; JSC "KTB ZHB"
Page: 69
Abstract. Using computer complex "Lira-SAPR" was investigated permissible number of storeys with walls consist of prefabricated walls panels, manufactured in the factory of large format ceramic stones with the use of polyurethane glue in the seams. As criteria were used in calculations calculated values of the strength of masonry in compression of large format ceramic stones two-component polyurethane glue. Built finite element computer models of buildings designed and performed variational calculations. Based on the analysis of the results of the variant calculations was formulated conclusions and recommendations.
keywords: large, ceramic, stones, panels, buildings, number of storeys