11059

3.Сокол В.А., Шиманович Д.Л., Литвинович Г.В. Технологические приемы формирования Al-Al2O3 микроструктур для мощных электромеханических систем. // Доклады БГУИР. - 2012, № 8 (70), с. 44-49.

4.Сокол В.А. Электрохимическая алюмооксидная технология. // Печатный монтаж. – 2012, № 4, с. 18-20.

5.Шиманович Д.Л., Чушкова Д.И., Сокол В.А. Исследование внутренних напряжений и оптимизация стабильности в системе Al-Al2O3 при термоциклировании. // «ХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И НАНОТЕХНОЛОГИЯ» / Сборник материалов Всероссийской молодежной конференции, 10-11 октября 2012 г. Казань. – Казань: Изд. Казан. технол. ун-

та, 2012, с. 142-144.

6.Мыльников В.В., Романов А.Д., Чернышов Е.А. Исследование влияния количества упрочняющей фазы дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе алюминия на закономерности процесса разрушения // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2018. № 3. С. 55-63.

7.Чернышов Е.А., Романов А.Д., Романова Е.А., Мыльников В.В. Разработка технологии получения алюмоматричного литого композиционного материала с помощью синтеза упрочняющей фазы оксида алюминия в расплаве алюминия // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2017. – № 4. – С. 29-36.

8.Чернышов Е.А., Лончаков С.З., Романов А. Д., Мыльников В.В., Романова Е.А. Исследование микроструктуры алюмоматричного дисперсно- наполненного литого композиционного материала, полученного методом внутреннего окисления // Перспективные материалы. – 2016. – № 9. – С. 7883.

9.Чернышов Е. А., Романов А.Д., Мыльников В.В. Некоторые аспекты влияния природы масштабного эффекта при циклических испытаниях на эксплуатацию и надежность изделий из алюминиевых сплавов // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. – 2018. – № 5. – С. 56-65.

10.Чернышов Е.А., Романов А.Д., Романова Е.А., Мыльников В.В. Разработка баллистической защиты на основе дисперсно-упроченного композиционного материала // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2017. – № 11(749). – С. 67-70.

Д.С. Рафаилов, И.Н. Хряпченкова

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ОБЗОР МЕТОДОВ УСТРОЙСТВА НУЛЕВОГО ЦИКЛА ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

160

Характерной особенностью современного строительства является стремление к освоению подземного пространства. Это связано, с одной стороны, с привлекательностью для инвесторов расположить объекты в районах с уже развитой инфраструктурой и наибольшей концентрацией населения, а с другой – с исторической психологией «престижности» объектов недвижимости в центральных районах городов [1]. Такой подход использования пространства провоцирует конфликт взаимодействия новаторской концептуальной архитектуры с исторической застройкой. Рациональным решением данной проблемы, помимо способов вписывания «нового в старое» благодаря объемно-пространственного композиционирования, является подземное строительство.

Еще одной важнейшей проблемой, активизирующей освоение подземного пространства, является неизбежный рост населения. На основе данных департамента по экономическим и социальным вопросам ООН [2] 55% населения мира живет в городских районах, и ожидается, что к 2050 году ее доля увеличится до 68%. Благодаря урбанизации постепенный сдвиг населения из сельской местности в городские районы, в сочетании с общим ростом населения мира, может добавить еще 2,5 миллиарда человек в городские районы к 2050 году.

Возьмем, к примеру, огромную городскую агломерацию – Токио, население которого по разным оценкам составляет 25–40 млн. человек. В каждом из зданий этого города есть 3–4 подземных этажа, а развитие подземного пространства достигает 400 тыс. м2 [1]. В таких районах подземное строительство решает не только проблему с перенаселением, но и обеспечивает защиту от землетрясений.

Всвязи с этим, рост городов в высоту был отличительной чертой двух предыдущих веков – XIX и XX. Но в XXI в. благодаря накопившимся знаниям, основным признаком по-настоящему современного строительства мегаполисов является стремление к освоению подземного пространства.

Вусловиях плотной городской застройки освоение подземного пространства любого современного мегаполиса может оказывать на него негативное воздействие. Поэтому выбор технологии строительства должен соответствовать грунтовым и техническим условиям, что является наиболее важным и сложным вопросом, который необходимо решить еще на этапе проектирования. Часто именно применение неправильно выбранной технологии ведет к необратимым последствиям, которые могут стать причиной аварийных ситуаций.

К основным методам строительства можно отнести открытый, полузакрытый и закрытый. Суть первого из них заключается в разработке котлована на проектную глубину с последующим возведением здания (см. рис. 1). Работы при открытом методе устройства котлована осуществляются

вследующем порядке: установка ограждения с последующей выемкой грунта и устройством подпорных стенок котлована с дальнейшим возведением конструкции здания [3].

161

процессом сдвижения боковых пород гидравлическими домкратами. Решение представлено в новой запатентованной модификации декельного метода возведения нулевого цикла №2414563 [5].

Опираясь на полученные результаты исследования, можно сделать вывод о том, что полузакрытый метод освоения подземного пространства, позволяющий сократить сроки возведения объектов и свести к минимуму риск возможных деформаций соседних зданий является предпочтительным в условиях плотной городской застройки.

Важной задачей инженера является обоснование выбора технологий строительства подземных сооружений, соответствующих современному подходу к сохранению окружающей среды, технико-экономической целесообразности и градостроительной эстетики. В настоящее время подземное строительство гражданских и промышленных зданий растет актуальность во всем мире. При этом использование всех его видов на территории России очень мало и требует большего научного внимания из-за недостаточной изученности.

Литература

1.Пономарев А.Б. Подземное строительство: учеб. пособие / А.Б. Пономарев, Ю.Л. Винников. – Пермь : Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. – 262 с.;

2.United Nations, Department of Economic and Social Affairs, Population Division (2018). World Urbanization Prospects: The 2018 Revision

3.Петрухин, В. П. Ограждающие конструкции котлованов, методы строительства подземных и заглубленных сооружений / В. П. Петрухин, И. В. Колыбин, Д. Е. Разводовский. – Москва : Бумажная галерея, 2008. – 212219 с.;

4.Карпов А.В. Способ строительства многоэтажного подземного сооружения // Патент России № 2414563. 2009. Бюл. №8;

5.Афанасьев А.А. Декельный метод возведения высотных зданий / А.А. Афанасьев // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI

века. – 2010. – № 9. – С. 30-33.;

6.Хряпченкова И.Н., Шароварова А.С. Сравнение применения метода «Semi-Top down» и открытого метода при устройстве нулевого цикла высотного здания // Актуальные проблемы строительной отрасли и образования. – Сборник докл. Второй Национальной научной конф. (г.

Москва, 8 декабря 2021 г.) – Москва, 2022. – С. 191-197.;

7.Юркевич П. Б. Возведение монолитных железобетонных перекрытий при полузакрытом способе строительства подземных сооружений / П. Б. Юркевич // Подземное пространство мира. – 2002. – № 1. – С. 17.;

8.Юркевич П. Б. Совершенствование полузакрытого способа строительства подземных сооружений или «Hi-Tech» по-русски» / П. Б. Юркевич // Подземное пространство мира. – 2003. – № 5. – С. 27.

164

А.К. Ситникова, Е.А. Чибакова

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИТНЫХ ТРУБОБЕТОННЫХ ОБРАЗЦОВ МАЛОГАБАРИТНЫХ СЕЧЕНИЙ

Трубобетонный стержень является разновидностью монолитных железобетонных элементов и представляет собой комплексную конструкцию, состоящую из работающих совместно металлической оболочки (стальной трубы) и бетонного сердечника.

На сегодняшний день трубобетон применяют в случаях, когда необходимо, чтобы стальная оболочка выполняла функции несущей арматуры, либо служила несъемной опалубкой. В первом случае армирование бетонного сердечника не производится, во втором – бетонное ядро усиливается металлическим каркасом.

Однако современному опыту применения трубобетонных конструкций свойственно противоречие, связанное с непопулярностью использования данного материала при строительстве надземных конструкций при его ярко выраженных преимуществах.

Изучению свойств трубобетонных конструкций, а также поведения трубобетонных элементов значительных диаметров под воздействием различного рода нагрузок в отечественном [1-3] и зарубежном [4-7] научном сообществе уделяется большое внимание.

Эффективность применения трубобетонных конструкций малогабаритных сечений обуславливается наличием следующих требований

кнесущим элементам:

1.сохранение повышенной несущей способности,

2.сопротивление накоплению повреждений и микродефектов различной природы,

3.сопротивление удару,

4.демпфирующие свойства, сопротивление резонансу.

Пунктам 1-3 соответствуют металлические конструкции, широко применяемые в промышленности. Тем не менее, несоответствие пункту 4 является недостатком металлических конструкций, что приводит в ряде случаев к глобальному удорожанию. Бетонные и железобетонные конструкции, в свою очередь, заметно проигрывают по пунктам 1-3, при этом обладая значительными демпфирующими свойствами.

Таким образом трубобетон способен объединить все названные преимущества стальных и железобетонных конструкций, снивелировав их недостатки. Трубобетонные конструкции могут быть особенно эффективно использованы в условиях тяжелого производства с наличием тяжелых динамических режимов работы.

165

Независимо от того, какие именно размеры сечений применяются при строительстве, существует целый ряд проблем и противоречий, связанных с расчетом и определением напряженно-деформированного состояния трубобетонных конструкций. Согласно действующему своду правил [8], расчет трубобетонных элементов выполняется путем проверки прочности арматуры, бетона и стальной оболочки. Суммарные усилия раскладываются и распределяются по трем слагаемым, при этом не всегда ясно, какую именно долю усилия принимает на себя каждая из частей композитного сечения. Существующие зарубежные нормативные документы также не всегда четко раскрывают вопрос о внутренней статической неопределимости трубобетонного сечения, проблемы адгезии бетона и металла, устойчивости элементов даже при статическом нагружении.

Для выполнения исследований прочности трубобетонных элементов малогабаритного сечения были изготовлены образцы 5 типов конструкций: бетон, железобетон, стальная труба, трубобетон, армированный трубобетон. Диаметр всех образцов составляет 76 мм, толщина стенки трубы – 3.5 мм, диаметр арматуры - 6 мм. Труба выполнена из стали 09Г2С, арматура класса А400, бетон класса В20.

Испытания на центральное сжатие с целью определения разрушающей нагрузки проводились с помощью пресса П-125 с максимальной сжимающей нагрузкой 1200 кН. Далее приводится описание характера разрушения каждого из образцов, испытанных в возрасте 28 суток.

1.Бетонный образец разрушился хрупко, выдержав максимальную нагрузку в 80 кН. Таким образом критическое напряжение составило 17,6 МПа, что соответствует прогнозируемому классу В20 с расчетным сопротивлением 15 МПа.

2.Железобетонный образец разрушился хрупко под действием нагрузки 58 кН, что на 25% меньше, чем «чистый» бетонный образец. По характеру разрушения может быть сделан вывод, что оно произошло в результате потери устойчивости арматуры. Данное предположение подтверждает то, что несущая способность шести отдельно взятых стержней арматуры с расчетным сопротивлением 340 МПа составляет 57,7 кН. Снижение несущей способности данного образца объясняется принятым при его изготовлении малым защитным слоем, который не смог обеспечить проникновение крупного заполнителя в наружную часть образца, в результате чего арматурные стержни оказались фактически свободными. Потеряв устойчивость, они практически сразу выключились из работы, в результате чего вместо армированного сечения получилось ослабленное бетонное сечение с дефектами. После потери устойчивости арматуры, напряжения в оставшемся бетонном сечении составили 34,9 МПа, т.е. в два раза больше критических напряжений, при которых разрушился чистый бетонный образец, что и привело к моментальному хрупкому разрушению.

3.Стальная труба разрушилась при нагрузке 313 кН. Разрушение носило явный пластический характер, перед достижением максимального значения нагрузки произошло разрушение сварного шва. Номинальные

166

напряжения в трубе достигли 390 МПа, что соответствует марке 09Г2С с условным пределом текучести 350 МПа.

4.Трубобетонный образец выдержал нагрузку в 498 кН. Потеря несущей способности образца произошла в результате разрушения шва трубы. Наблюдался пластический характер деформирования после характерной нагрузки в 450 кН. Элемент разрушился взрывообразно. Радиус разлета осколков составил примерно 4 м.

5.Армированный трубобетонный образец разрушался подобно трубобетонному. Максимальная нагрузка составила 612 кН. Процесс также сопровождался пластическим деформированием перед разрушением шва трубы, образованием трещины в шве трубы, а также взрывным характером. Предел текучести трубы наблюдался при нагрузке 600кН. Следует учесть, что в отличие от железобетонного стержня, поперечное армирование данного трубобетонного стержня обеспечивалось стальной трубой, поэтому не произошло мгновенного хрупкого разрушения, как в случае 2. Наблюдаемая высшая форма потери устойчивости арматуры с множеством перегибов характерна для гибких стержней, закрепленных связью типа «упругое основание». Количество полуволн зависит от соотношения изгибной жесткости стержня к коэффициенту постели. Такая модель вполне соответствует стержню, замоноличенному в бетон.

На рис. 1, а приведены диаграммы несущей способности образцов. Ожидаемая максимальная разрушающая нагрузка зафиксирована у армированного трубобетонного образца.

На рис. 1, б приводится сравнение суммы разрушающих нагрузок бетонного и стального образца с разрушающей нагрузкой трубобетонного образца. По диаграмме видно, что при том же расходе материалов элемент получил приращение несущей способности на 27%.

На рис. 1, в показано сравнение суммы несущих способностей трубы, бетона и арматуры; суммы несущих способностей трубобетона и арматуры; суммы несущих способностей трубы и железобетона; а также армированного трубобетона. Введение в композитное сечение арматуры дало прирост несущей способности на 114 кН, в то время как несущая способность «чистой» арматуры составляет 57,7 кН. Таким образом ее вклад в несущую способность трубобетонного элемента за счет стесненности сечения вырос почти в 2 раза.

167

3.Овчинников, И.И. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Часть 2. Расчет трубобетонных конструкций с металлической оболочкой / И.И. Овчинников, И.Г. Овчинников, Г.В. Чесноков, Е.С. Михалдыкин // Интернет-журнал Науковедение. – 2015. – Т. 7. № 4(29). – С. 91. – URL: http://naukovedenie.ru/PDF/02TVN116.pdf.

4.Lehman, D.E. Circular Concrete-Filled Tubes for Improved Sustainability and Seismic Resilience / D.E. Lehman, K.G. Kuder, A.K. Gunnarrson, C.W. Roeder, J.W. Berman // Journal of Structural Engineering. – 2015. – No 141.

5.Li P. Behavior of Concrete-Filled Steel Tube Columns Subjected to Axial Compression / Li P., Zhang T., Wang C. // Advances in Materials Science and Engineering. – 2018. – Pp. 1-15.

6.Lu Y. Behavior of steel fiber reinforced concrete-filled steel tube columns under axial compression / Lu Y., Na Li, Li S., Liang H. // Construction and Building Materials. – 2015. – No 95. – Pp. 74-85.

7.Dai, X.H. Numerical analysis of slender elliptical concrete filled columns under axial compression / X.H. Dai, D. Lam, N. Jamaluddin // Thin-Walled Structures. – 2014. – No 77. – Pp. 26–35.

8.СП 266.1325800.2016 Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования (с Изменением N 1, с Поправкой). - М.: Минстрой России, 2016. – 80с.

О.В. Фурса, Е.Ю. Агеева

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КУПОЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Конструктивные характеристики купольных зданий не были изучены и проанализированы в достаточной степени. Поэтому исследования по данной теме будут способствовать появлению нового опыта строительства и использованию современных технологий.

Купола являются довольно энергоэффективными строительными системами, что объясняется уникальными геометрическими свойствами куполов. Чем больше пролет, тем выше энергоэффективность. Как и другие каркасные конструкции, купола довольно легкие. Они не требуют огромных и дорогостоящих фундаментов. Купольные дома могут выдерживать любые погодные условия. Они легко вписываются в любой рельеф и не нарушают гармонию ландшафта.

Цель исследования – проанализировать и изучить конструктивные решения купольных зданий и сооружений.

169