10806

2.Максимальный коэффициент Пуассона имеет сталь, закаленная

вмасле, поэтому данный режим рекомендуется для ответственных изделий.

Литература

1.Марочник сталей и сплавов. 4-е изд., переработ. и доп. / Ю.Г. Драгунов, М28 А.С. Зубченко, Ю.В. Каширский и др. Под общей ред. Ю.Г. Драгунова и А.С. Зубченко – М.: 2014. 1216 с.: ил.

2.ГОСТ 9013 Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу.

3.Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ.ред. В.В. Клюева. Т. 3: И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. Ультразвуковой контроль. – 2-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2006. – 864 с.: ил.

С.С. Жадеева

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ДЕМПФЕР-СОВРЕМЕННАЯ СИСТЕМА СЕЙСМОИЗОЛЯЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Внаши дни немаловажным является вопросы защиты зданий от землетрясений и вопросы, связанные с изучением поведения зданий при землетрясении [4-6].

Вэпоху высоких технологий человек различными способами

старается контролировать все процессы, происходящие вокруг него. Но далеко не все он может подчинить себе. Тогда человек ищет способы снизить возможный урон от природных катаклизмов или вовсе его предотвратить.

На сегодняшний день известно более 100 запатентованных конструкций сейсмозащиты зданий и сооружений.

Однако, наиболее широкое применение на практике находят методы сейсмозащиты сооружений, не использующие дополнительных энергоисточников: сейсмоизоляция и сейсмогашение.

240

Рис.1

Сейсмоизоляция – процесс, понижающий сейсмическое воздействие на корпус здания. Это происходит путем установки специальных систем и элементов между фундаментом здания и частью, расположенной выше.

Вслучае сейсмогашения используются демпферы и динамические гасители. В процессе эксплуатации данных приборов механическая энергия колеблющейся конструкции переходит в другие виды энергии. Таким образом, колебания демпфируются. [1]

Впереводе с немецкого слово «демпфер» означает «заглушать, глушитель». Соответственно, в строительстве демпфером называется устройство, предназначенное для уменьшения или гашения (демпферирования) пульсаций или колебаний, появляющихся в механизмах, приборах зданий и сооружений.

Все демпфирующие устройства, применяемые в практике сейсмостойкого строительства, можно условно разделить на: механические (сухого трения) и гидравлические. [2]

Демпфер сухого трения представляет собой втулку из упругого материала, которая крепится к виброизолирующему основанию с помощью узла. Втулка находится в середине устройства, а к ее боковым поверхностям прилегают лепестковые пружины. Еще одной немало важным элементом демпфера сухого рения является трос, один конец которого прикрепляется к виброизолирующему основанию, чтобы зафиксировать устройство, а на другом конце закреплена пружина. Так как лепестки пружины не прикреплены к втулке демпфера, в приборе возникают периодические колебания. Это является одни из недостатков демпфера сухого трения.

241

Рис. 2 Сухой демпфер

1,2- верхняя и нижняя опорные пластины;

10-втулка из упругого материала.

Гидравлический демпфер представляет собой цилиндрический корпус, в который с некоторым зазором помещен поршень. В этом зазоре находится демпфирующая жидкость, которая состоит из двух компонентов. Один из них должен иметь большую вязкость, но меньший удельный вес, а другойнаоборот. Рассеивание энергии( главное назначение демпферов), происходит за счет сил вязкого сопротивления, изза которого невозможно перетекание жидкости или вязкого вещества под давлением. Улетучивание энергии происходит при движении поршня в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Рис.3

Но такие демпферы довольно дороги, и в них используется дефицитная вязкая жидкость. Кроме того, они требуют периодической проверки в процессе эксплуатации. В связи с этим в практике сейсмостойкого строительства в нашей стране они не нашли практического применения.

Но есть примеры использования такой системы сейсмозащиты заграницей.

242

В 2003 году в столице Тайваня – Тамбэй был построен небоскреб «Танбэй 101». Этажность небоскрёба составляет 101 этаж, высота — 509,2 м, вместе со шпилем.

Сейсмоактивность в Китае достаточно велика, и возводя подобное высотное здание, нельзя было не задуматься о его сейсмозащите. Но решение было найдено.

При строительстве «Танбэй 101» фирма Thornton-Tomasetti Engineers совместно с Evergreen Consulting Engineering создала новейшее устройство сейсмозащиты. Им стал стальной маятник, массой более 700 тонн. Его сфера, крупнейшая в мире, состоит из 41 стальной пластины, каждая толщиной 125 мм, что вместе составляет 5,4 м в диаметре.

Маятник является инерционным демпфером для данного небоскреба. Между 87 и 92 этажами подвешивается маятник на шестнадцати высокопрочных стропах и во время сильных ветровых потоков,приходит в действие.

Работает маятник не самостоятельно, а с помощью восьми вязкостных демпфирующих устройств. Они являются гидравлическими амортизаторами. При движении маятника из демпферов через маленькие отверстия выделяется вязкая жидкость, которая поглощает энергию ветра.В нормальных условиях амплитуда колебаний маятника находится в пределах 10 см. При более значительных движениях маятник начинает раскачиваться по амплитуде, достигающей 1,5 м. Но при таком сильно отклонении конструкции здания могут повредиться, поэтому по достижению амплитуды колебания свыше 1,5 м маятник будет встречать кольцо буфера-ограничителя, который в свою очередь снабжен восемью дополнительными вязкостными демпферами, именуемыми задержниками.

Но маятник является не единственным средством сейсмозащиты «Тамбэй 101». На вершине шпиля располагаются еще 2 гасителя колебаний, весом в 6 тонн каждый. Они сохраняют неподвижность верхней части здания. Энергия от ветровых нагрузок гасится пружинами, находящимися под демпферами. [3]

В данной статье представлена лишь малая часть современных систем сейсмозащиты, применяемых при строительстве в сейсмически опасных районах, наибольший эффект, как правило, достигается при единовременном применении нескольких видов систем активной сейсмозащиты.

Литература:

1.Поляков С.В., Килимник Л.Ш., Черкашин А.В. Современные методы сейсмозащиты зданий. – М.:Стройиздат, 1989. -320с.

2.Арутюнян А.Р. Современные методы сейсмоизоляции зданий и сооружений. - Инженерно-строительный журнал №3,2010

3.https://ardexpert.ru/article/9967

243

4.Никитина Е.А. Анализ собственных изгибно-крутильных колебаний многоэтажных зданий / Е.А. Никитина, П.А. Хазов, А.В. Крыцовкина, А.А. Генералова // Приволжский научный журнал. – Н. Новгород, 2018. - №3 – с.9-16.

5.Лампси Б.Б., Хазов П.А., Кофорова О.М., Генералова А.А. Методы определения собственных частот многоэтажных зданий // Вестник волжского регионального отделения российской академии архитектуры и строительных наук. ННГАСУ, Нижний Новгород, 2016, №19. С. 176-180.

6.Хазов П.А., Кофорова О.М. Влияние характеристик упругого основания на частоты и формы собственных колебаний многоэтажного здания // Научный журнал «процессы в геосредах», Избранные доклады научной конференции «Нелинейные колебания механических систем» Москва, 2016. С. 47-52.

В.В. Гришин

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ИЗ ЛЕГО-КИРПИЧА

Лего-кирпич – это относительно новый строительный материал, постепенно принимающийся на вооружение в строительстве различных сооружений. Его главная особенность – наличие пазов установки, благодаря которым кирпич легко стыкуется, что значительно сокращает время строительства.

Рис. 1. Внешний вид лего-кирпича

Преимущества лего-кирпича:

- Быстрая и точная укладка кирпичных блоков, обусловленная наличием пазов стыковки (скорость кладки в 2-3 раза выше по сравнению с обычным кирпичом);

244

Рис. 2. Пример стыковки лего-кирпича

- Возможность окрасить кирпич в абсолютно любой цвет и придать различную фактуру, что делает его отличным облицовочным материалом;

Рис. 3. Пример различных вариантов окрашивания лего-кирпича

-Возможность прокладки внутренних коммуникаций за счет отверстий в кирпиче;

-Экономичность кладки при использовании специального клея;

-Для изготовления кирпича не требуется отжиг, что значительно снижает себестоимость;

-Имеет высокую прочность, что позволяет использовать его не только для выкладывания перегородок и облицовки, но и для возведения несущих стен;

-Кладка не требует специальных навыков для работы. Достаточно ровно выложить первый слой, а дальше процесс будет идти быстро;

245

-Сцепка слоев происходит с использованием специального клея,

ане раствора, что значительно сокращает как финансовые, так и физические затраты.

Недостатки лего-кирпича:

-Непроверенность данной технологии временем;

-Отсутствие каких-либо стандартов и ГОСТов по производству данного изделия, что требует уверенности в качестве покупаемых кирпичей.

-Сцепка слоев клеем может вызвать различные структурные недостатки (данный недостаток можно исправить путем заливки бетонной смеси в отверстия вместо использования клея, что надежно укрепит конструкцию).

Основные характеристики лего-кирпича: пониженная теплопроводность, повышенная морозостойкость (35 циклов), низкий уровень поглощения влаги (менее 5%), высокая износоустойчивость, прочность - М150, плотность – 1550 кг/м3 [1].

Рис. 4. Размеры лего-кирпича

246

В качестве сырья для лего-кирпича могут использоваться отходы от дробления известняковых пород, песок, вулканическая пыль. Качество полученных кирпичей будет напрямую зависеть от фракции сырья: чем меньше фракция, тем выше качество получаемого изделия.

Часто при возведении здания из лего-кирпича используется дополнительное армирование конструкции путем вставления в отверстия кирпича металлических стержней, что придаст хорошую прочность и устойчивость будущему сооружению.

Рис. 5. Пример армирования конструкции из лего-кирпичей

При возведении несущих стен пустотное расстояние между стенами может быть заполнено минеральной ватой, керамзитом или глиной, что придаст строению хорошую термоизоляцию.

Для изготовления лего-кирпичей применяются специальные станки. Их основные функции: дозировка исходного сырья, измельчение и перемешивание сырья, прессование и формовка изделия, пропаривание изделия [2].

Рис. 6.

Применение лего-кирпича в строительстве имеет большое преимущество по сравнению с традиционными кирпичами (керамический, силикатный). На сегодняшний день данный материал имеет огромный потенциал в современном строительстве.

247

Литература

1.Строительство дома из лего-кирпича [Электронный ресурс]: [сайт]. – Режим доступа: http://tvoikirpichi.ru/dom-iz-lego-kirpicha.html

2.Кирпич лего [Электронный ресурс]: [сайт]. – Режим доступа: http://www.stroy-podskazka.ru/kirpich/lego/#h2_12653

А.М. Анущенко

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ БАЛОК С СИНУСОИДАЛЬНОЙ ПЕРФОРАЦИЕЙ, ПРОЯВЛЯЮЩИЕСЯ ПРИ НЕТОЧНОЙ СТЫКОВКЕ СОСТАВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В результате поисков путей увеличения эффективности балочных конструкций были разработаны двутавровые балки с перфорированной стенкой, которые нашли широкое применение в промышленном, гражданском и транспортном строительстве. Преимуществом таких конструкций стали повышенная несущая способность и жесткость за счет увеличения высоты сечения в сравнении с прокатными двутаврами. Кроме того, при относительно малых пролетах применение перфорированных балок более оправдано, чем применение решетчатых конструкций, ввиду существенной экономии при их производстве, несмотря на фактор большей материалоемкости. [1,4,5]

Двутавры с перфорированной стенкой позволяют сэкономить до 20...30% материала, а трудоемкость их изготовления ниже, чем при производстве сварных двутавров благодаря сокращению операций обработки и объемов сварки. [1]

Наиболее распространенными формами вырезов перфорированных балок являются круглые и шестиугольные. Их главное отличие – в уровне концентрации напряжений: в балках с шестиугольными вырезами он выше, чем в балках с круглыми вырезами. Стремление снизить уровень напряжений в балках с шестиугольными вырезами привело к созданию синусоидального вида перфорации. [2]

Суть производства балок с синусоидальной перфорацией (БСП) такая же, как и в случае с шестиугольной, и отличается только скруглением углов, что в конечном итоге и превращает шестиугольные вырезы в синусоидальные. При этом появляются незначительные отходы материала, однако экспериментальные исследования показали, что такой прием позволяет снизить концентрацию напряжений до 2,5…3,5 раз. [1,2]

248

Чаще всего в БСП радиусы скругления принимаются равными r = 0,75a, где а – наклонная сторона реза. Как правило, в БСП форма исходного шестиугольника является неправильной, с удлиненной горизонтальной стороной b в соотношении b ≈ 1,5a, в противном случае не обеспечивается прочность стенки на сдвиг. [2,4,5]

В перфорированных балках наблюдаются локальные концентраторы напряжений ввиду наличия вырезов сложной геометрической формы, что в конечном итоге может привести к усталостному разрушению конструкции, особенно при действии циклических динамических нагрузок. В научной литературе до сих пор отсутствуют какие-либо исследования изменений напряжений в концентраторах при неточной стыковке элементов БСП, которая является весьма вероятной, учитывая сложную форму вырезов. Поэтому в рамках работы было решено замоделировать в ПВК SCAD БСП с точной стыковкой частей, которая представляет собой идеализированную расчетную модель, а также БСП с таким же закреплением и нагружением, в которой наблюдаются смещения составных частей относительно друг друга, и затем произвести анализ их НДС.

При моделировании рассматривалась шарнирно опертая двутавровая перфорированная балка, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой. Высоту вырезов приняли равной h ≈ 0,667Н, как наиболее распространенную, ширину перемычек с без скруглений – равной стороне реза b. Минимальную ширину перемычек принимаем сmin ≥ 90 мм [6]. Соотношения между сторонами реза и величиной скруглений соответствуют выше указанным зависимостям: b ≈ 1,5a, r = 0,75a.

Для моделирования поперечного сечения БСП были выбраны геометрические размеры, соответствующие прокатному двутавру 40Б1 по ГОСТ Р 57873-2017 (рис. 1). Параметры перфорации указаны на рис. 2: а) показывает параметры исходных шестиугольных вырезов, б) показывает конечный вид БСП с указанием радиусов скруглений.

249