Введение. Современное промышленное освоение территорий Сибири и Дальнего Востока осуществляется, прежде всего, за счет интенсивного строительства магистральных воздушных линий электропередачи (ВЛ) напряжением 220–500 кВ. Решение вопроса действительной работы конструкций опор и фундаментов представляет актуальность для обеспечения требуемой надежности электроснабжения ответственных потребителей в тяжелых климатических и транспортно отдаленных условиях. Перемещения фундаментов в слабых грунтах приводят к существенному изменению напряженно-деформированного состояния надфундаментной конструкции, создавая аварийные повреждения и инциденты на ВЛ. Однако современное проектирование опор ВЛ выполняется раздельно для фундаментов и надфундаментной конструкции. Объект исследования — стальные типовые решетчатые опоры ВЛ новой унификации, предмет исследования — взаимодействие конструкций, фундаментов и основания в сооружениях типа решетчатых опор ВЛ.

Материалы и методы. Осуществлен литературный обзор по теме взаимодействия конструкций, фундаментов и грунтового основания стальных опор ВЛ, включающий анализ экспериментальных и теоретических результатов, свидетельствующий об отсутствии методики единого расчета системы «конструкции, фундаменты и грунтовое основание» для опор ВЛ, основанной на использовании современных программных комплексов (ПК). Приведены результаты натурных испытаний опор ВЛ с фундаментами на грунтовых основаниях, проведенных в 1979–1980 гг. при участии автора, свидетельствующие о значительных перемещениях фундаментов при нагрузках основных расчетных режимов.

Результаты. В результате расчета таких систем с фундаментами на деформирующемся грунтовом основании с использованием современных ПК получены новые результаты, существенно отличающиеся от полученных при натурных испытаниях на жестком силовом полу или на неподвижных фундаментах.

Выводы. Выполнение расчетов конструкций опор и фундаментов системы «конструкция – фундамент – основание» обеспечивает более точное проектирование конструкций для каждого пикета трассы, так называемое индивидуальное проектирование, что значительно сократит расход стали и бетона по сравнению с типовым проектированием, а также повысит надежность конструкций опор и фундаментов ВЛ.

Введение. Использование полных вероятностных методов оценки и обоснования уровня надежности строительных конструкций является логичным этапом эволюции текущих подходов, которые называют полувероятностными или детерминистическими. Полные вероятностные методы позволяют получить количественную оценку надежности строительных конструкций в виде вероятности отказа, что делает возможным сравнение безопасности эксплуатации различных видов строительных конструкций из разных материалов в одной системе.

Материалы и методы. Применены методы генерации данных на основе статистической информации о случайных параметрах в математических моделях предельного состояния стальных ферм. Преимущество метода генерации данных — простота программной реализации в широко распространенных программных комплексах и устойчивость результата в случае нелинейных моделей предельного состояния и совокупности различных функций распределения вероятностей случайных величин. Также вместо консервативного представления расчетной схемы фермы как последовательной системы из независимых элементов (стержней) предлагается учитывать особенности конструирования стальной фермы и уточнять модели отказов всей системы, что позволит получить более объективную оценку уровня надежности в виде вероятности отказа.

Результаты. На численном примере показана необходимость учета коэффициента вариации прочности стали стержней фермы при анализе надежности, так как даже при выполнении требований к нормативной обеспеченности прочности стали влияние коэффициента вариации на вероятность отказа остается существенным. Оценка вероятности отказа как отдельных стержней фермы, так и фермы в целом как системы дает возможность выполнить технико-
экономическое сравнение конструкционных вариантов и оптимизацию технического решения с учетом фактора надежности.

Выводы. Предложенный подход к вероятностному проектированию позволяет выразить количественно уровень надежности стальной фермы, а также спрогнозировать его изменение со временем. Использование вероятностных методов проектирования и анализа надежности строительных конструкций дает возможность более детально исследовать безопасность эксплуатации зданий и сооружений. Применение прямых статистических данных о снеговых нагрузках с метеостанций и о показателях несущей способности элементов с заводов-производителей позволят получить более экономичное решение за счет уточнения случайных параметров.

Введение. Определение несущей способности сжатых колонн при комбинированном воздействии (эксплуатационном статическом и поперечном динамическом загружении), в том числе при аварийных нагрузках с учетом фактического состояния в условиях воздействия различных коррозионных и других средовых воздействий, является актуальной, недостаточно изученной проблемой. Ее решение требует разработки аналитических методов, трудоемких конечно-элементных моделей (КЭМ), рассмотрения и учета значительного количества параметров конструкции и среды.

Материалы и методы. Решение задачи получено аналитическим методом. Для оценки его корректности разработана КЭМ в объемной постановке, выполнено сравнение полученных аналитических результатов с экспериментальными данными других авторов.

Результаты. Разработана инженерная методика приближенной оценки несущей способности центрально сжатых поврежденных коррозией железобетонных колонн при поперечной импульсной нагрузке, вызванной аварийными ситуациями. Проведено сравнение результатов расчета с результатами конечно-элементного моделирования и известных натурных экспериментов для конкретной схемы закрепления колонны. Предложена дискретно-временная модель учета коррозионных повреждений для объемных конечно-элементных схем, основанная на параболическом законе снижения механических характеристик бетона по глубине распространения коррозии.

Выводы. Установлено, что увеличение коррозионных повреждений бетона приводит к его хрупкому разрушению при аварийном воздействии, а увеличение глубины коррозионных повреждений при значительных сжимающих нагрузках ведет к местной потере устойчивости стержней арматуры в зоне действия поперечного импульса и существенному снижению сопротивляемости колонны прогрессирующему разрушению. Показана применимость предложенной инженерной методики к практическому использованию в интервале фактических эксплуатационных нагрузок.

Введение. Актуальность разработки аналитических моделей, описывающих нелинейное деформирование бетона в условиях сложного напряженного состояния, обусловлена их значимостью как в теоретическом, так и в прикладном аспектах. Ключевые факторы, которые должны учитываться при создании таких моделей, — неоднородность свойств бетонного материала, его структурное изменение при нагружении, возникновение трещин, а также явления, связанные с неравновесными процессами, протекающими в бетоне на протяжении длительного времени. Главная цель исследования — создание аналитической модели диаграммы деформирования бетона, позволяющей точно описывать нелинейное поведение бетона в условиях одноосного, двухосного и трехосного нагружения. Эта модель должна быть универсальной и простой в использовании. Важно, чтобы модель позволяла проводить анализ и максимально точно отражать полученные при проведении экспериментов с бетонами разных классов прочности результаты.

Материалы и методы. В процессе формирования модели, которая показывает поведение бетона с учетом одноосного напряженного состояния, решено включить в работу полиномиальную функцию четвертого порядка. Что объясняется тем, что это подходит для выполнения аппроксимации, которая имеет связь между напряжениями и относительными деформациями. После получения модели деформации бетона в условиях одноосного напряжения она была задействована в процессе формирования определяющих соотношений для объемного напряженного состояния в качестве основы.

Результаты. Сформирована аналитическая нелинейная формула, которая позволяет определить и показать наличие зависимости между напряжением и относительными деформациями бетона в условиях одноосного нагружения. Для наглядного представления данной зависимости используется непрерывная полиномиальная функция, которая описывает поведение бетона при любой степени деформирования. В ней же присутствует нисходящий участок диаграммы, который показывает, в частности, предельные деформации. Приведенная аналитическая зависимость может быть использована в качестве основной составляющей при установлении характеристик и свойств бетона в рамках составления определяющих соотношений в качестве описательного метода для указания на деформации бетона при объемном напряженном состоянии.

Выводы. Аналитическая зависимость может быть применена в виде ключевых характеристик, которые определяют и описывают свойства бетона в рамках задействования фундаментальных уравнений, представляющих поведение бетона при объемном напряженном состоянии. Данный способ является достаточно точным и станет отличным решением при осуществлении проектирования железобетонных конструкций в сфере инженерии.

Введение. Знание ключевых параметров, определяющих работу несущих систем, позволяет обеспечить безопасную, рациональную и экономичную эксплуатацию зданий и сооружений. Для мембранных систем с размещенным на мембране бетонным слоем определены относительные обобщенные параметры, определяющие работу композитных мембранных конструкций.

Материалы и методы. Рассмотрены мембранные системы с прямолинейным опорным контуром, жестко закрепленным на опорах, и прикрепленной к нему плоской стальной мембраной. Расчеты выполнены для конструкции двух размеров в плане. Первая: а = b = 6 м с толщиной мембраны 1 и 2 мм. Вторая: а = b = 12 м с толщиной мембраны 2 и 3 мм. На мембрану уложен слой бетона В30, равный для первой модели 50 и 40 мм, для второй 100 и 60 мм. Конструкция по свободному краю мембраны нагружена нагрузкой q, действующей в плоскости мембраны.

Результаты. Численные расчеты, проведенные с использованием метода конечных элементов, показали, что увеличение относительной продольной жесткости бетонного слоя приводит к снижению изгибающего момента, продольных усилий в контуре и напряжений в мембране. Это увеличивает жесткость и несущую способность конструкции. Установлено, что путем изменения параметров жесткости бетонного слоя можно значительно повысить эффективность конструкции.

Выводы. Размещение на мембране бетонного слоя значительно повышает эксплуатационную надежность конструкции, уменьшает усилия в опорном контуре, снижает прогибы и напряжения в мембране. Относительные обобщенные параметры мембранных систем с бетонным слоем можно использовать для оценки напряженно-деформированного состояния провисающих мембранных покрытий на прямоугольном плане с плоским опорным контуром.

Введение. При проектировании объектов преобразования волновой энергии с использованием плавучих буев необходимо надежное закрепление их на донной поверхности. На сегодняшний день разработано множество технических решений по использованию энергии волны с различными видами фиксации плавучих буев с донной поверхностью (грузы, анкеры, якоря).

Материалы и методы. Для решения задачи фиксации плавучих буев, съемников энергии морских волн, с донным грунтом предлагается конструкция вакуумного анкера. Целью исследования является обоснование технического решения по применению вакуумных анкеров в установках использования энергии морских волн, предназначенных для жизнеобеспечения прибрежных объектов некапитального строительства. Для достижения поставленной цели применялись методы теоретических и экспериментальных исследований, поиск отечественных и зарубежных источников с анализом и сопоставлением данных.

Результаты. Представлены принципиальные схемы конструкции вакуумных анкеров, устраиваемых в слабых грунтах. Предлагается техническое решение и расчет удерживающей способности вакуумного анкера. По итогам экспериментальных исследований определен коэффициент трения покоя поверхности вакуумного анкера из полимерного материала в илистом обводненном грунте, позволяющий выполнять расчеты погружения и выдергивания вакуумных анкеров в слабых грунтах. Описана технология погружения вакуумных анкеров в слабый донный грунт, выполнен расчет условия погружения анкера в донный грунт и условия его выдергивания из донного грунта.

Выводы. Предлагаемые вакуумные анкеры для применения в слабых донных грунтах обладают значительной удерживающей способностью при относительно небольших размерах и стоимости с учетом строительно-монтажных работ. Внедрение их в практику снизит затраты на сооружение оснований плавучих съемников энергии морских волн и трансформацию энергии в полезную мощность в различных технологических схемах жизнеобеспечения объектов прибрежных территорий.

Введение. Показана целесообразность повышения точности и общности упрощенных решений для расчета осадки одиночных свай. Такие решения рекомендованы строительными нормами РФ для оценки величины проектной осадки свай, а также применяются для определения параметров контактных моделей при разработке конструкций свайных фундаментов.

Материалы и методы. Выполнены теоретический анализ и сопоставление методов расчета, основанных на аппроксимации работы сваи в упругом полупространстве. Осуществлена проверка и разработана актуализация зависимостей основного аналитического решения, исходящего из телескопической схемы работы вмещающего сваю упругого массива.

Результаты. Представлены результаты сопоставления расчетов различными методами. Анализ выявил ряд расхождений в зависимости от параметров свай и грунтового основания. Разработаны рекомендации по применению рассмотренных решений и установлена область их использования — оценка начального линейного сопротивления сваи и соответствующих параметров контактной модели, применяемой для конструирования свайного фундамента.

Выводы. Упрощенные решения для расчета осадки одиночных свай востребованы строительной практикой, повышение точности и общности таких решений обеспечивает определение адекватных параметров контактных моделей для разработки надежных и рациональных конструкций свайных фундаментов. Область использования актуализированного решения — оценка начального линейного сопротивления сваи. Достоинством актуализированного решения является четко выделенная доля пяты сваи, что позволяет отдельно оценить работу ее боковой поверхности, в частности, в актуальных задачах с выдергивающей нагрузкой на сваю или по учету «выключения» пяты сваи из-за рыхлого шлама под пятой буронабивной сваи.

Введение. Строительство транспортных линий и вспомогательных сооружений метрополитена часто сопряжено с большими сложностями в обеспечении предельных значений осадок и кренов зданий и сооружений, находящихся в зоне влияния нового строительства. Компенсационное нагнетание является мероприятием, которое позволяет уменьшить скорость нарастания деформаций грунтового основания, а также обеспечить значения осадок и кренов, не превышающие предельных величин. Исследование посвящено постановке и аналитическому решению задачи о напряженно-деформированном состоянии (НДС) массива грунта, обладающего весом, за ограждением котлована глубиной h с учетом влияния распределенной полосовой нагрузки q = const шириной b = 2a на глубине d и на расстоянии с от края ограждающей конструкции котлована

Материалы и методы. Для задачи о НДС массива грунта, обладающего весом, за ограждением котлована глубиной h с учетом влияния распределенной полосовой нагрузки q = const шириной b = 2a на глубине d и на расстоянии с 
от края ограждающей конструкции котлована компоненты напряжений получены на основе решения задачи Э. Мелана. Деформации грунтового массива определены с помощью закона Гука.

Результаты. Разработан аналитический метод количественной оценки НДС основания при действии давления компенсационного нагнетания. Получены изополя напряжений и деформации, которые позволяют установить величины строительного подъема основания и тем самым оценить эффективность метода компенсационного нагнетания.

Выводы. В результате аналитического решения задачи о действии давления нагнетания, направленного вверх и вниз, вблизи ограждающей стены котлована на основании решения Мелана получены формулы для определения компонент нормальных и касательных напряжений. Анализ результатов решения показывает, что действие давления нагнетания, направленного вверх и вниз вблизи ограждающей стены котлована, существенно влияет на НДС всего массива, а в ограждающей конструкции могут возникать значительные горизонтальные напряжения, что требует учета при расчете ограждающих конструкций по I группе предельных состояний.

Введение. Префабрикация и модульное строительство как инструменты повышения темпов строительного производства становятся все более востребованными для строительной отрасли в нынешних условиях экономики благодаря эффективности монтажа и способности сокращать сроки реализации проектов. Однако, несмотря на эти преимущества, применение технологий информационного моделирования (ТИМ) для автоматизации процессов проектирования модульных объектов и расчетов технико-экономических показателей (ТЭП) остается на недостаточном уровне, поскольку в этой сфере потенциал ТИМ еще не полностью реализован. Поэтому есть необходимость авто­матизации процессов различных этапов жизненного цикла (ЖЦ), в том числе расчета показателей проекта для заводского производства. Сделан вывод о целесообразности разработки прогностической модели, снижающей сроки проектирования и повышающей экономическую обоснованность префаб-производства.

Материалы и методы. Рассматриваются практики автоматизации процессов проектирования на основе ТИМ, в частности, в рамках префабричного производства модульных конструкций. Цель исследования — повышение эффективности решения задач управления ЖЦ модульных объектов посредством применения прогностической модели, использующей статистический расчет ТЭП проекта, для более рационального управления данными информационной модели (ИМ) на различных этапах проектирования. Для достижения поставленной цели проведен системный обзор подходов и инструментов автоматизации процессов моделирования и обработки информации.

Результаты. Разработана модель, проанализированы полученные результаты работы модели, представлены возможности и преимущества применения данной модели в рамках префаб-производства. Сформулированы направления дальнейших исследований в рамках методики проектирования модульных объектов.

Выводы. Предложенная модель данных позволяет систематизировать и с достаточной точностью спрогнозировать ТЭП префаб-модулей на основе ИМ и интегрирования статистических расчетов, что дает возможность улучшить процесс принятия решений на ранних стадиях проектирования, а также способствует снижению риска ошибок и сокращению затрат на перепроектирование.

Введение. В 2024 г. нормативно-правовыми актами была установлена обязательность разработки проектной документации, содержащей в составе цифровую информационную модель (ЦИМ). Данные изменения напрямую влияют на подходы к созданию сметной документации, предоставляя возможности по автоматизации этого процесса. Несмотря на существенный прогресс в части автоматизации формирования ведомостей объемов работ, автоматизированное назначение расценок все еще не получило широкой реализации. Основная цель исследования — систематизировать и обобщить действующие методические документы для формирования смет при проектировании с применением технологии информационного моделирования (ТИМ), утвержденные на уровне г. Москвы, и консолидировать их положения в единую концепцию, способствующую внедрению и широкому распространению автоматизации получения сметной документации.

Материалы и методы. Применены методические документы, регламентирующие разработку проектно-сметной документации с использованием ТИМ; Территориальные сметные нормативы для г. Москвы в базисном уровне цен по состоянию на 1 января 2000 г. (ТСН-2001); Московская система классификаторов (МССК).

Результаты. На основе положений методических документов изложена концепция автоматизации формирования смет при разработке проектной документации с применением ТИМ. Описаны ключевые этапы, необходимые для автоматизированного назначения расценок. Представлен алгоритм сопоставления ЦИМ с параметризированными расценками.

Выводы. Сделаны выводы о преимуществах автоматизации сопоставления расценок и элементов ЦИМ. Определены дальнейшие шаги, способствующие внедрению и более широкому распространению автоматизации получения сметной документации на основе цифровых информационных моделей.

Введение. Цель настоящего исследования — проверить возможность использования программно-аппаратного решения, включающего применение алгоритмов искусственного интеллекта и технологий визуализации ТИМ-моделей в режимах дополненной (AR), смешанной (MR) и комбинированной (AMR) реальностей в условиях капитального строительства, а также проверить гипотезу о том, что данное решение позволит повысить точность и оперативность контроля, улучшить управление процессами и сократить расходы за счет снижения числа переделок.

Материалы и методы. Испытания проводились сценарным методом, предусматривающим последовательное прохождение тестов, соответствующих реальным условиям использования: от подготовки площадки и проверки возможности сопоставления цифровой 3D-модели с физическим объектом до формирования итоговой отчетной документации.

Результаты. Проверены гипотеза о точности выявления геометрических несоответствий в оборудовании до его транспортировки на строительную площадку, стабильность работы платформы в условиях реального строительного контроля с применением технологии дополненной и смешанной реальности. Произведена оценка экономической и временной эффективности системы за счет автоматизации процессов обнаружения отклонений и формирования отчетности.

Выводы. Эксперименты продемонстрировали, что технология позволяет визуально совмещать ТИМ-модель и реальный объект, одновременно автоматизируя процесс фиксации отклонений и формируя отчеты, доступные для анализа как на площадке, так и в офисе. Подобная прозрачность и скорость обмена информацией дают возможность быстрее принимать решения и своевременно привлекать к устранению несоответствий всех заинтересованных специалистов.