2021г.

Архив журнала Строительные материалы и изделия Том 4

ПОЛУЧЕНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО СЛОЯ ИЗ МОНОЛИТНОГО НЕАВТОКЛАВНОГО КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО ФИБРОПЕНОБЕТОНА

https://doi.org/10.34031/2618-7183-2021-4-3-5-22
Аннотация
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения конструкционно-теплоизоляционного пенобетона неавтоклавного твердения с улучшенными строительно-техническими характеристиками для устройства теплоизоляционного слоя в конструкции дорожной одежды за счет трехмерного дисперсного армирования полипропиленовой фиброй. На основе результатов исследований влияния технологических факторов на свойства пенобетона установлено оптимальное содержание (до 0,25% от массы цемента) и длину (12 мм) армирующих полипропиленовых волокон, что позволяет получить высокие показатели прочности дисперсно-армированного цементного камня на изгиб (увеличение на 12-20%) и на сжатие (увеличение на 6-12%) по сравнению с неармированным цементным камнем пенобетона неавтоклавного твердения. Проведен анализ процесса структурообразования дисперсноармированного пенобетона с позиций системного подхода на основе многофакторных полиномиальных моделей влияния соотношения наполнителя и вяжущего, а также количества дисперсных армирующих волокон, который определяется оптимальными условиями распределения твердой и газовой фаз, а также армирования смежных межпоровых перегородок пенобетона, связывая их в один асоциат, что обеспечивает совместную работу материала при разного рода внешних воздействиях. Разработан метод повышения долговечности дорожной одежды и устранения влияния эффекта морозного пучения на качество дорожного покрытия за счет введения в конструкцию дорожной одежды необходимой величины эффективного теплоизоляционного слоя. Проведен анализ закономерности процесса теплопередачи в массиве грунта земляного полотна и многослойной дорожной одежде. На основе проведенного анализа установлены величины необходимого сопротивления теплопередаче дорожной одежды для природно-климатических районов страны и предложена методика расчета величины теплоизоляционного (морозозащитного) слоя дорожной одежды. Разработана методика расчета величины теплоизоляционного слоя с использованием монолитного фибропенобетона и номограммы для определения необходимой величины теплоизоляционного слоя из монолитного неавтоклавного конструкционно-теплоизоляционного фибропенобетона классов D600-D1000.
PDF

ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗДАНИЯ КАК КЛЮЧЕВОГО ЭЛЕМЕНТА СИСТЕМЫ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ

https://doi.org/10.34031/2618-7183-2021-4-3-23-40
Аннотация
В работе выполнено исследование комплексного влияния погодно-климатических факторов и их изменчивости на нужды энергии и эксергии при создании теплового комфорта в доме с различными инженерно-архитектурными характеристиками. Подтверждено, что даже для домов с относительно низкими теплотехническими характеристиками, построенными в соответствии с нормативными документами, роль солнечной радиации в формировании теплового баланса, особенно в начале и в конце отопительного сезона, является важной. Исследования показали, что вследствие совместного влияния внешних метеорологических факторов, при улучшении теплотехнических характеристик домов, корреляция между потребностью энергии для создания благоприятного микроклимата и температурой наружного воздуха существенно ухудшается. Определено, что при этом значение достоверности аппроксимации снижается от 1 (при линейной зависимости) к 0,55 и ниже (при максимально возможных на сегодняшний день улучшенных теплотехнических характеристиках дома). Такое положение существенно корректирует режимы работы и характеристики СТ. В частности это обуславливает необходимость усовершенствования системы автоматического регулирования СТ. А это, в свою очередь увеличивает инвестиционную составляющую системы. Разработан метод расчета потребностей эксергии для создания теплового комфорта внутри дома путем учета с помощью теории вероятностей влияния случайного характера метеорологических факторов в пределах отопительного периода, на основе которого в условиях региона показано и расчетным путем подтверждено, что при определении сезонных потребностей эксергии на теплообеспечение дома использование стационарного подхода приводит к занижению результатов на 12...28% по сравнению с динамическим подходом.
PDF

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАСЧЁТА ГИБКИХ ТРУБОБЕТОННЫХ КОЛОНН С УЧЁТОМ ОБЖАТИЯ В ПЛОСКОСТЯХ СЕЧЕНИЙ

https://doi.org/10.34031/2618-7183-2021-4-3-41-53
Аннотация
Статья посвящена новому разработанному составному конечному элементу, позволяющему моделировать работу трубобетонных колонн с учётом обжатия бетонного ядра со стороны стальной обоймы, а также геометрической нелинейности. В основу вывода разрешающих уравнений, а также выражений для элементов матрицы жёсткости заложена гипотеза плоских сечений. Проведено комплексное тестирование конечного элемента с использованием написанного авторами программного кода на языке MATLAB и ПК ANSYS, а также анализ эффективности нового КЭ в сопоставлении с классическими способами моделирования трубобетонных колонн в современных программных комплексах. Продемонстрировано значительное снижение порядка системы уравнений МКЭ по сравнению с моделированием трубобетонных конструкций в объёмной постановке в существующих расчётных комплексах с применением SOLID-элементов для бетонного ядра, имеющих 3 степени свободы в каждом из узлов, и SHELL-элементов для стальной обоймы, имеющих 6 степеней свободы в каждом из узлов, при сопоставимой точности определения НДС. Поведение стали и бетона в представленной работе принимается линейно-упругим, однако изложенная методика расчёта может быть обобщена на случай применения моделей нелинейного деформирования мате-риалов.
PDF

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МОДЕЛИ КЭМ-КЛЕЙ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ГРАНУЛИРОВАННЫХ МЕТАМАТЕРИАЛОВ В ИНЖЕНЕРНОЙ СЕЙСМОЛОГИИ

https://doi.org/10.34031/2618-7183-2021-4-3-54-60
Аннотация
Проблема защиты зданий и сооружений от вибраций естественной и искусственной природы является важной для современного строительства. Один из таких современных методов защиты – сей-смические подушки. Целью данной работы было изучение влияния добавления слоя гранулированного метаматериала под плитным фундаментом на колебания здания при воздействии сейсмических поперечных волн (S-волн). Для достижения этой цели был использован метод конечных элементов (МКЭ) в сочетании с моделями Кэм-Клей. Модель КЭ состоит из десятиэтажной верхней части сооружения, опирающейся на плитный фундамент, под которым находится слой гранулированных метаматериалов. 16 моделей были созданы с учетом изменения значений этих параметров (Толщина подушки; плотность; когезия; параметр прочности критического состояния (M); модуль Юнга -–коэффициент Пуассона). Динамический анализ, проведенный с использованием программного комплекса Abaqus/CAE, показал эффективность гранулированных метаматериалов в их способности рассеивать сейсмическую энергию и значительно снижать уровень колебаний, передаваемых от грунта к зданию.
PDF

МОДЕЛИ ДРУКЕРА-ПРАГЕРА ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ГРАНУЛИРОВАННЫХ МЕТАМАТЕРИАЛОВ В ИНЖЕНЕРНОЙ СЕЙСМОЛОГИИ

https://doi.org/10.34031/2618-7183-2021-4-2-5-11
Аннотация
На сегодняшний день проблема разработки методов защиты зданий и сооружений от вибраций, передаваемых им от грунта под действием сейсмических воздействий, является чрезвычайно акту-альной. Один из таких современных методов – сейсмические подушки. Цель данной работы заключалась в изучении эффективности добавления подушки из гранулированных метаматериалов под фундамент здания для уменьшения влияния сейсмических поперечных волн. Метод конечных элементов (КЭ) в сочетании с моделями Друкера-Прагера был использован для исследования диссипации волновой энергии. Модель КЭ состоит из десятиэтажной верхней части сооружения, опирающейся на плитный фундамент, под которым находится слой гранулированных метаматериалов. Проанализированы значения пяти переменных, влияющих на механические свойства этих метаматериалов (плотность – когезия – угол внутреннего трения – модуль Юнга – коэффициент Пуассона) для двух разных толщин подушки. Динамический анализ, проведенный с использованием программного комплекса Abaqus/CAE, показал эффективность гранулированных метаматериалов в их способности значительно снижать величины ускорений, скоростей и перемещений в исследуемом сооружении. Проведенный анализ также показал, что среди исследуемых переменных когезия является параметром, наиболее сильно влияющим на эффективность метаматериалов в их способности рассеивать энергию сейсмических волн, в то время как для других параметров существенного влияния не наблюдалось.
PDF

ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БЕТОННОГО ЛОМА 3D-ПЕЧАТИ

https://doi.org/10.34031/2618-7183-2021-4-2-12-18
Аннотация
В статье предложен рациональный способ переработки бетонного лома 3D-печати с использованием виброоборудования, что позволяет получать многокомпонентный строительный материал при минимальном потреблении электроэнергии. В качестве критерия степени измельчения бетонного лома предложено использовать удельную поверхность тонкодисперсной части бетонного лома, которая должна соответствовать 400-500 м2/кг. Показана возможность повторного использования полученного продукта вместо традиционного мелкого заполнителя из кварцевого песка. Выявлено, что бетонный лом без добавления портландцемента твердеет, достигая к 28 сут до 48% прочности при сжатии контрольных образцов. При добавлении в продукт переработки бетонного лома 10% вяжущего ЦЕМ I 42, 5 Н прочность при сжатии мелкозернистого бетона повысилась на 106,6%, а 20% портландцемента – на 112,2%, по сравнению с прочностью контрольных образцов аналогичного состава на традиционном кварцевом песке через 28 сут твердения. Отмечено, что в первую очередь это обусловлено слабой контактной зоной кварцевого песка и цементной матрицы бетона. Применение продукта переработки бетонного лома позволяет получать строительные композиты на его основе при полном исключении природного сырья.
PDF

МИРОВОЙ ОПЫТ СТРОИТЕЛЬСТВА ГРАВИТАЦИОННЫХ ПЛОТИН ИЗ ОСОБО ТОЩЕЙ БЕТОННОЙ СМЕСИ

https://doi.org/10.34031/2618-7183-2021-4-2-19-28
Аннотация
В статье рассмотрены основные аспекты строительства плотин симметричного профиля из материала «твёрдая насыпь» или другие названия («тощий» бетон, сцементированная «песчано-гравийная смесь» CSG). Рассматриваются конструкции типовых профилей плотин уже осуществлённых проектов, и приводятся сведения, касающиеся характеристик и методов производства данного материала. Рассмотрены основные свойства этого материала и принцип его получения. Проанализированы работы в этой области инженеров из России, Японии, Ирана, Кореи, Китая, и Турции. Эти конструкции плотин характеризуются высокой надёжностью и экономичностью, но и, главное, намного большей технологичностью или высокой скоростью строительства, мало зависящей от местных природных факторов, чем традиционные плотины из укатанного бетона.
PDF

НЕЛИНЕЙНЫЕ ПОПЕРЕЧНЫЕ КОЛЕБАНИЯ СОСТАВНЫХ СТЕРЖНЕЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ СТАТИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕННОЙ ПОПЕРЕЧНОЙ НАГРУЗКИ

https://doi.org/10.34031/2618-7183-2021-4-2-29-37
Аннотация
Исследованы нелинейные поперечные колебания составных стержней, предварительно напряженных затяжками, расположенными симметрично по обе стороны от оси составного стержня при действии статически приложенной поперечной нагрузки. Рассмотрены случаи прикрепления затяжек только к торцам составного стержня, а также когда затяжки непрерывно прикреплены к составному стержню по всей его длине. Приведены результаты исследования нелинейных поперечных колебаний составных стержней при действии статически приложенной поперечной нагрузки. При проведении исследований поперечных колебаний составных стержней получены решения дифференциальных уравнений колебания предварительно напряженных сквозных балок и ядер жесткости высотных зданий. Полученные дифференциальные уравнения колебания составных стержней позволяют при различных линейных и граничных условиях определять динамические характеристики преднапряженных сквозных балок. Разработана методика составления дифференциальных уравнений свободных и вынужденных колебаний предварительно напряженных сквозных балок и ядер жесткости высотных зданий и решения дифференциальных уравнений при различных линейных и нелинейных граничных условиях.
Приведены выражения для определения продольных усилий и моментов на концах стержня при любом расположении затяжек от оси и при любых различных жесткостях затяжек.
PDF

UTILIZATION OF GYPSUM-BEARING WASTES IN MATERIALS OF THE CONSTRUCTION INDUSTRY AND OTHER AREAS

https://doi.org/10.34031/2618-7183-2021-4-1-5-17
Аннотация
Rational environmental management is one of the priorities of the technological development of the Russian Federation and most countries of the world. Particularly important in this area is the work undertaken with previously generated and accumulated waste, a whole group of which is gypsum-bearing wastes (GBW), which includes by-products of various industries: phosphogypsum, borogypsum, chlorogypsum, ferrogypsum, citrogypsum, vitamin gypsum, etc. GBW features are similar compositions, prevalence, perennial volumes of stored reserves with stable dynamics of annual growth. This determines the relevance of research on the development of a unified methodology for converting GBW of various types into target products particularly for construction purposes, providing maximum energy efficiency and minimal generation of secondary waste. The starting point of the research is the monitoring of approaches developed by the scientific community which are presented in the article. It is shown that researchers are exploring several main areas of GBW conversion: components of Portland cement and clinker; single and multicomponent binders; direct raw materials for the production of building materials; and road construction. The latter two directions have the greatest potential capacity for the consumption of GBW. The general level of research on the issue is not exhaustive, but has the potential to improve on existing methods of processing and application and promote the search for new and more efficient methods.
PDF

СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ BIM И CAD С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

https://doi.org/10.34031/2618-7183-2021-4-1-18-26
Аннотация
В статье раскрываются определения и сущность систем автоматизированного проектирования и информационного моделирования в строительстве. Описано содержание и эффект применения ин-формационного моделирования на различных этапах жизненного цикла объекта недвижимости. Проанализирован уровень применения BIM в России и получены данные, что большинство проектных и строительных организаций не используют информационное моделирование. Проведена сравнительная оценка использования различных САПР с помощью математического моделирования в среде MATLAB c использованием пакета расширения Fuzzy Logic Toolbox. На основании полученных результатов можно сделать вывод об эффективности использования информационного моделирования зданий. Информация из статьи актуальна для проектировщиков, инвесторов в недвижимость и руководителей проектных и строительных организаций. Полученная оценка технологий проектирования способна побудить заинтересованных лиц проанализировать альтернативную технологию проектирования и оценить целесообразность перехода отечественных предприятий на применение технологии BIM.
PDF