Construction and Geotechnics

Фундаменты, служащие вместе с грунтами фундаментами зданий и сооружений, прямо или косвенно заимствованы Человеком из того, что создано в Природе - опоры живых и неживых ее творений: ног человека или животных, корней растений. Различные виды фундаментов имеют свои аналоги в природе. Интересно посмотреть, как и почему появились те или иные формы опор, их размеры, как они меняются, приспосабливаются к изменениям в окружающей среде за время существования творений Природы. И как Человек может использовать находки Природы в своей деятельности при проектировании фундаментов и даже зданий и сооружений. Примерами являются столбчатый фундамент, который можно сравнить с ногой человека; плитный фундамент - с лапами водоплавающих птиц; свайный фундамент, по сути, имеет много общего с ногами копытных животных. Теплоизолированный фундамент можно сравнить с лапами белого медведя, стопы которого «подбиты» мехом. Особое внимание уделено корневой системе дерева, которая может считаться идеальным фундаментом. Способность различных деревьев адаптироваться к местности, на которой оно растет, является примером возможного подхода к проектированию рациональных типов фундаментов. В дереве реализован принцип включения в работу под нагрузками самого грунта, окружающего корневую систему. При этом корни как бы «армируют» окружающий грунт, создают из него единую систему, которая и воспринимает действующие на дерево нагрузки. В строительстве такой подход реализуется, например, при устройстве фундаментов или упрочнении грунтов методом геотехногенной системы.

Приведены результаты исследования по определению напряженного состояния на контурах подземных выработок, поперечное сечение которых имеет вид трапеции, треугольника, прямоугольника, ромба, астроиды и эллипса. Исследована прочность подземных выработок трапециевидной и эллиптической форм поперечного сечения при заданных значениях равномерного давления, приложенного в точках контуров выработок. Проведен анализ напряженного состояния в точках контуров подземных горных выработок. В качестве отображающей функции используется функция комплексного переменного, представляющая собой полином третьей степени. Исследовано напряженное состояние на границе подземной горизонтальной выработки, имеющей наперед заданную форму, в зависимости от величины численного значения давления, действующего по этой границе с заранее заданной величиной коэффициента бокового распора. Приведены графические изображения эпюр напряжений, действующих на контурах выработок.

Совместно с нашим партнером Baudynamik Heiland & Mistler Университет прикладных наук разрабатывает практический метод прогнозирования вибраций, вызванных строительными машинами. Проект спонсирует BMWi. Новый метод более реалистично учитывает параметры строительных машин и характеристик грунта. Это делается с помощью специальной измерительной процедуры. Первым ее шагом является измерение пропускания передачи конкретной машины в месте «1» и вибрационных откликов на различных расстояниях. После этого спектры машины высчитаны от измеренных данных на каждом расстоянии. На втором этапе измеряется пропускная способность передачи, т.е. в здании (местоположение «2»), для импульсной силы, индуцированной специальным импульсным генератором. Затем полученные ранее спектры машины вместе с импульсной характеристикой математически преобразуются в частотной области для получения прогноза колебаний в здании, вызванных машиной обратным преобразованием во временной области. Так, прогноз вибраций может использоваться для оценки допустимых уровней вибрации согласно DIN 4150-3. Двухэтапная процедура основана на предположении, что передача колебаний в грунте и в здании может быть описана как линейная система. В статье это предположение проверено для конкретной вибрационной пластины. Описанная выше процедура применяется в трех разных местах с совершенно разными характеристиками грунта. Получены спектры силы для каждого грунта на различных расстояниях. Оценка данных показывает значительное влияние расстояния до расчетных спектров машины. Влияние импульсного уровня (низших или высших импульсных сил) оказывается незначительным. Сравнение полученных спектров сил для трех различных типов грунтов показывает, что спектры машин находятся в удовлетворительном соответствии. В результате можно констатировать, что предполагаемая линейная передача вибрации для вибраций, вызванных вибрационной пластиной, может быть удовлетворительно проверена. Предлагаемый метод прогнозирования дополнительно разработан и проверен.

На основе анализа проектной документации выявлены направления развития систем водоснабжения и водоотведения многофункциональных зданий, специфические особенности и наиболее рациональные проектные решения систем. Проектирование водоснабжения и водоотведения составляющих комплекса: жилой части, объектов инфраструктуры - ведется на основе нормативов и опыта проектирования подобных объектов, расположенных отдельно и функционирующих самостоятельно. В то же время, поскольку множество объектов являются частями единого комплекса, проектирование имеет специфические особенности. К ним относятся, в частности, дублирование или резервирование отдельных элементов системы, устройство раздельной системы пожаротушения, включающей резервуар с запасом воды, использование дополнительного оборудования, направленное на экономию воды, установка локальных сооружений очистки сточных вод производственных помещений, проектирование дождевой канализации с закрытыми выпусками. Предложен упрощенный метод определения максимальных часовых и секундных расходов воды и сточных вод для зданий с большим количеством водопотребителей. Определение по СП 30.13330.2016 ведется только для самых водоемких потребителей, на которых приходится более 90 % суточного водопотребления всего комплекса и количество которых обычно не превышает трех. Расходы остальных, мелких водопотребителей учитываются дополнительно в виде процента от потребления водоемких объектов. Определено, что доля мелких потребителей в максимальных часовых расходах воды и сточных вод составляет 6 %, в максимальных секундных расходах - 4,5 %. Собранная информация использована при проектировании конкретного объекта - комплекса из двух жилых зданий на общей стилобатной части, в которой размещаются инфраструктурные объекты административного, торгового и физкультурно-оздоровительного назначения.

Зачастую исследования работы полимерных бетонов проводятся при действии статических нагрузок, при этом фактически на материал в результате его работы в конструкции воздействуют циклические нагрузки, чаще всего малоцикловые. В случае, когда уровень напряжений, вызванных этими нагрузками, превышает определенный предел, в материале начинают происходить необратимые процессы накопления повреждений, которые приводят к образованию трещины. В дальнейшем концентрация напряжений на краю трещины способствует ее развитию. Чаще всего трещины возникают у поверхности детали, но иногда и в толще материала. Этот процесс ослабляет сечение, и по истечении некоторого времени, когда трещина достигает критической длины, происходит разрушение детали или конструкции. Как правило, они разрушаются без видимых остаточных деформаций даже в тех случаях, когда изготовлены из пластических материалов. Высказывалось предположение, что под влиянием переменных напряжений материал со временем постепенно перерождается, как бы «устает». Усталость материала - это процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных напряжений, приводящих к образованию трещины и разрушению материала. В статье рассмотрены особенности влияния малоцикловых напряжений на прочностные характеристики полимерных бетонов на основе фурфуролацетонового мономера. В результате эксперимента по испытанию полимерного композиционного материала получено уравнение регрессии, которое позволило построить поверхность отклика малоцикловой усталости полимерного композиционного материала на основе смолы ФАМ. Приведен план второго порядка для трех факторов при исследованиях малоцикловой усталости исследуемого композиционного материала. Установлено, что основополагающими факторами, влияющими на циклическую долговечность полимербетона, являются отношения полимерной составляющей к наполнителю и коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя, при этом толщина полимерного связующего слоя является малозначительным фактором.

Сегодня более половины населения Земли проживают в городах. Расширяясь, поглощая рощи, луга, водоемы и болота, покрывая землю асфальтом, устремляясь ввысь и глубь, города изменяют облик нашей планеты. Учитывая способность зеленых насаждений благоприятно влиять на состояние окружающей среды, их необходимо максимально приближать к месту жизни, работы, учебы и отдыха людей. Очень важно, чтобы город был биоценозом пусть не абсолютно благоприятным, но хотя бы не вредящим здоровью людей. Одно из решений проблем города - это организация парков. Зеленые насаждения не только создают благоприятные микроклиматические и санитарно-гигиенические условия, но и повышают художественную выразительность архитектурных ансамблей. Парки решают в городе ряд экологических проблем. Во-первых, снижают загрязненность воздуха. Лучше всего поглощают звуки деревья и кустарники с густыми кронами, плотными крупными листьями, с большим количеством мелких ветвей (клен остролистный, липа, дуб черешчатый, тополь канадский). Проникновению шума в парк препятствуют открытые грунтовые пространства - газоны. Снижая шум, парк отвечает и задаче снижения запыленности и загазованности воздуха. Загрязненный воздух в городе, отравляя организм окисью углерода, наносит некурящему человеку такой же вред, как и выкуривание курильщиком пачки сигарет в день. А организация парка многорядными полосами древесно-кустарниковыми насаждениями шириной 50 м и высотой 15-20 м снижает уровень загрязненности воздуха на 70-75 %. Приходя в парк, человек не покидает границ города и при этом испытывает психоэмоциональную разгрузку, снятие раздражительности. Ухаживая за зелеными насаждениями, оберегая и умножая их, каждый житель города может внести свой посильный вклад в улучшение экологии города. Однако в данной сфере существует множество проблем, касающихся правильного размещения, ухода и использования территории парков.