Теоретические и экспериментальные исследования, научно-технические разработки

Введение. Действующие нормы Российской Федерации запрещают возведение зданий из природного камня в сейсмических районах. Для восстановления и реконструкции исторических зданий, сооружений и объектов культурного наследия, расположенных в сейсмоопасных регионах, необходимо, в первую очередь, определить сейсмические воздействия на данные сооружения. Примеры определения сейсмической силы в основании сооружения с расчетными параметрами для зданий со стенами из тяжелого природного камня в литературе отсутствуют.

Материалы и методы. Проведены расчеты и анализ сейсмических требований для двух объектов исследования: здания дома и школы со стенами из природного камня, которые обычно строятся в Непале. Проведено детальное сравнение нормативных документов трех стран: Федеративной Демократической Республики (ФДР) Непал, Российской Федерации и Республики Таджикистан (РТ).

Результаты. Представлено подробное сравнение формул для определения сейсмической силы в основании сооружения и распределения сейсмических сил; представлены сравнения плотностей материалов, сейсмических весов, сейсмического районирования, собственных периодов колебаний, спектров отклика, коэффициентов ответственности и комбинаций сейсмических нагрузок. Наблюдаются большие различия между подходами и коэффициентами. Далее, используя метод эквивалентной поперечной силы (ELF) и упрощенный спектральный метод (S-Modal), рассчитываются сейсмические силы для расчетного пикового ускорения грунта 0,2 g, а также рассматривается влияние различных вариантов критических комбинаций нагрузок на продольные и поперечные силы и моменты. Особое внимание уделяется возможным разночтениям и толкованиям отдельных положений нормативных документов РФ и РТ, в связи с чем в настоящем исследовании также предложены определения метода двойного (МДП) и единичного приложения (МЕП) коэффициентов сочетаний.

Выводы. В целом можно заметить, что системы «тяжелая кладка – легкое перекрытие» ведут себя при сейсмическом воздействии иначе, чем большинство других несущих систем. Учитывая наблюдения, сделанные в данной работе, применимость традиционных методов ELF и S-Modal для зданий из тяжелой кладки вызывает некоторые сомнения. Однако рассмотренные нормы не предусматривают использование модифицированных подходов, учитывающих эти различия. В завершении работы содержится призыв к международному сотрудничеству в рамках исследовательского проекта SMARTnet. Настоящая работа также призывает инженерные и академические сообщества РФ и стран СНГ начать конструктивную дискуссию о необходимости корректировки и уточнения некоторых противоречивых положений нормативной документации, а также предложить возможные пути её модернизации.

В статье исследовано влияние типа резинометаллических опорных частей на колебания неразрезных железобетонных мостов на основе расчетов по реальным записям землетрясений. Для решения задач используются методы конечных элементов и конечных разностей. Представлены результаты расчета нормальных максимальных напряжений, а также продольных и вертикальных перемещений монолитного путепровода от динамической нагрузки, по записям двух реальных сейсмограмм. Проведенные расчеты показывают, что пролетное строение и опоры путепровода имеют достаточный запас прочности для сильных и очень сильных землетрясений по МСК-64. Для обеспечения гарантированной сейсмической безопасности мостовых сооружений требуется проведение проектных расчетов по наборам записей произошедших землетрясений, близких по доминирующим частотам к характеристикам площадки строительства.

Активное освоение в последнее десятилетие Арктической зоны, Сибири и Дальнего Востока в России побудило авторов вернуться к проблеме строительства сооружений в районах, которые в процессе строительства и эксплуатации могут подвергаться воздействию сразу целого ряда природных явлений. В статье авторы сужают обозначенную проблематику и анализируют только варианты строительства сейсмостойких зданий на многолетнемерзлых грунтах, ситуации наиболее распространенной на территориях так называемой вечной мерзлоты. Представлен обзор и анализ существующих и наиболее часто применяемых вариантов строительства на многолетнемерзлых грунтах по I и II принципу и дана оценка возможности применения на таких объектах специальных систем сейсмозащиты. Приводятся требования к характеристикам подсыпок в случае строительства по принципу I, варианты конструктивных решений свайных фундаментов при строительстве с использованием принципа II. Выполнен анализ конструктивных решений, применённых более 40 лет назад при строительстве жилых кварталов из зданий 122 серии в г. Северобайкальске, хорошо себя зарекомендовавших в результате прошедших землетрясений. Авторами приводятся примеры различных вариантов сейсмозащитных устройств при реализации принципа сейсмоизоляции, реализация которого осуществляется обычным способом, путём введения различных податливых опорных элементов в фундаментную часть здания. В выводах по результатам проведенного исследования даны рекомендации по строительству сейсмостойких зданий для условий Арктической зоны.

При индивидуальном строительстве в сейсмических районах проектировщику приходится часто решать задачи, нарушающие отдельные требования нормативной документации по конфигурации и этажности здания, архитектурно-планировочным решениям его внутреннего и подземного пространства. В этом случае требуется разработка специальных технических условий (СТУ) с компенсирующими данные отступления мероприятиями, обеспечивающими высокую сейсмостойкость объектов строительства. В статье рассматривается возможность применения технологии пластического деформирования несущих конструктивных элементов здания для обеспечения сейсмостойкости объекта, а также предложен метод оценки степени пластической работы конструкции.

Введение. Рассматривается проблема и подчеркивается актуальность исследования поведения зданий и сооружений с системами сейсмоизоляции в виде резинометаллических опор в условиях реальных сейсмических воздействий, а также оценки их технического состояния после сейсмических событий. Приводится опыт исследования поведения сейсмоизолированных зданий при реальных сейсмических воздействиях за рубежом и в России.

Материалы и методы. Исследуются динамические параметры железобетонного здания с системой сейсмоизоляции в виде резинометаллических опор со свинцовыми сердечниками. Регистрация сейсмических колебаний здания выполнена стационарной станцией динамического мониторинга. Результаты обработки записей получены на основе интерпретации данных мониторинга, включая гармонический анализ, определение спектральной плотности мощности и передаточных функций сигналов, а также применение методов вейвлет-преобразования.

Результаты. Приведены данные динамического мониторинга сейсмоизолированного здания морского вокзала, расположенного в г. Петропавловск-Камчатский, за отчетный 2021 год мониторинга. Выполнен анализ реакции и динамических параметров здания во время наиболее интенсивных сейсмических событий за отчетный период.

Выводы. Анализ результатов показал, что система сейсмоизоляции здания при землетрясениях слабой интенсивности работает в области начальной жесткости сейсмоизолирующих опор, а динамические параметры сейсмоизолированного здания зависят от интенсивности сейсмического воздействия. Сделан вывод о том, что частотно-временной анализ с применением методов вейвлет-преобразования имеет преимущества при анализе данных динамического мониторинга зданий и сооружений с системами сейсмоизоляции перед преобразованием Фурье. Методы анализа данных динамического мониторинга, описанные в настоящей статье, могут эффективно использоваться для оценки динамических параметров и последующего анализа их изменения в процессе эксплуатации зданий и сооружений с системами сейсмоизоляции. Исследование, представленное в настоящей статье, показывает, что с помощью динамического мониторинга зданий и сооружений можно получить более полное и детальное представление об их динамическом поведении, выявить повреждения в конструктивной системе здания или сооружения, обнаружить их нежелательные или специфические реакции, которые могли быть не учтены при проектировании.

В работе представлена методика расчетной оценки устойчивости монолитных железобетонных несущих систем к прогрессирующему обрушению на основе учета упруго-пластических деформаций конструкций с ограничением величины пластической фазы деформирования методом применения коэффициента редукции нагрузочного фактора.

Исследованиями на основе принятой величины относительной деформации, соответствующей образованию допустимой зоны «разрушения» приопорного участка перекрытия при действии поперечных сил, как основного критерия для оценки НДС монолитных железобетонных конструкций для режима отказа вертикальной несущей конструкции, установлены величины коэффициентов допускаемых повреждений, которые отличаются относительной постоянностью величины с увеличением пролета.

Принятые деформационные критерии особого предельного состояния корректно отражают условия формирования допустимого объема повреждений элементов несущих железобетонных систем при прогрессирующем обрушении.

Полученный в рамках выполненных исследований коэффициент редукции (K₁) представляет собой важнейшую деформационную характеристику особого предельного состояния монолитных железобетонных несущих систем зданий и сооружений для аварийной расчетной ситуации, связанной с отказом локального конструктивного элемента.

Статья посвящена вопросам, связанным с вероятностным обоснованием безопасности атомных электростанций (АЭС) при падении скоростного военного самолета. Случайными параметрами являются повторяемость падений и направление траектории самолета. Использовано консервативное значение повторяемости падений, приведенное в документах МАГАТЭ, которое обеспечивает высокую степень безопасности АЭС. Подлет самолета предполагается равновероятным с любой стороны. Наклон траектории задан с учетом документов МАГАТЭ и статистики авиапроисшествий.

Поскольку при ударе самолета нагрузка приложена к какой-то одной из конструкций, вероятность удара должна определяться независимо для каждой из них. Она пропорциональна эквивалентной площади строительной конструкции, зависящей от ее размеров, формы, положения в пространстве и по отношению к другим сооружениям. Приведены выражения для эквивалентных площадей конструкций различных форм, характерных для АЭС. Показано, что если падение самолета является непредумышленным (авария), то при обычных размерах сооружений вероятность удара в них меньше значения, начиная с которого по российским нормам это воздействие следует включить в проектные основы АЭС, т.е. его можно не учитывать. Приведены соотношения для вычисления вероятности удара самолета в случае преднамеренно организованной аварии (теракта), при которой он обязательно упадет на территорию ядерного острова АЭС.

Изложена процедура определения расчетных нагрузок на строительные конструкции АЭС в случае преднамеренного падения самолета исходя из допускаемой вероятности их реализации. Показано, что такой способ задания нагрузок позволяет обосновать значительное их снижение, что приводит к удешевлению АЭС при гарантии ее безопасности. Обсуждается вероятностная оценка безопасности конструкций существующих АЭС при ударе самолета.

В инженерных подходах к расчету на сейсмостойкость подземных сооружений, в частности, трубопроводов важное значение имеет опытное нахождение сил взаимодействия с грунтом, посколку это освобождает от необходимости решения сложной динамической задачи для грунта (упругого или обладающего более сложными механическими свойствами). В работе исправлены неточности и дано дальнейшее развитие известной из литературы теории квазистатического опыта на определение коэффициента продольного взаимодействия грунта и подземного трубопровода в сейсмических задачах. Показано, что только второе приближение для названного коэффициента в разложении по малому параметру, равному отношению длины трубы- образца к длине сейсмической волны, учитывает продольную деформацию трубы; первое приближение соответствует опыту с абсолютно жесткой трубой.

Представлено строгое приведение сейсмической задачи к задаче для относительных движений трубопровода. Найдены условия на внешних (удаленных от трубы) границах грунта, выполнение которых обеспечивает правильность определения в опытах коэффициента продольного взаимодействия для сейсмических задач.

В статье рассмотрена начальная задача Коши для дифференциального уравнения дробного порядка с переменным коэффициентом и ее численное решение, применимое в задаче разработки нефтяной скважины для определения изменения давления с увеличением расстояния от скважины. На основе экспериментальных данных идентифицирован параметр предложенной математической модели для конкретной скважины. Параметр математической модели определялся из решения задачи аппроксимации эмпирических данных методом наименьших квадратов.

В статье приводится описание исследований по влиянию нормального сцепления на прочность кладки из ячеистого бетона. Описываются проводимые испытания и испытательные образцы. Также изложены результаты проведенных испытаний на настоящий момент. Указываются дальнейшие мероприятия по исследованию влияния нормального сцепления на несущую способность кладки из ячеистого бетона, в т.ч. при сейсмических воздействиях.