Введение. Предлагается развитие теории предельного состояния конструкций. До настоящего времени каждый вид предельного состояния описывается отдельной теорией. Раскрывается методика постановки задач предельного состояния конструкций, позволяющая представить все возможные формулировки с единых позиций, на основе единой математической модели. Следствием является методика определения остаточной несущей способности в детерминированном виде, тогда как существующие подходы дают возможность оценить остаточную несущую способность конструкции только в вероятностном виде.

Материалы и методы. В основе теории лежат несколько основных предпосылок. Поля внешних воздействий на конструкцию и поле деформаций несущей системы имеют разное происхождение и законы существования. Экстремальные величины параметров деформируемой конструкции ограничены предельными величинами внешних воздействий. Экстремальные величины параметров поля деформаций могут быть найдены из задачи на собственные значения для матриц жесткости или податливости конструкции. Результат решения этой задачи совпадает с решением задачи оптимизации конструкции. Решение задачи на собственные значения дает возможность получить глобальный экстремум и учесть решения на границе области допустимых значений. Постановка задачи позволяет найти максимально и минимально возможные значения реактивного отклика конструкции на внешние воздействия. Последние формируют область допустимых значений для внутренних параметров несущей системы. Разница между предельными параметрами и работой внешних сил дает величину остаточной несущей способности конструкции.

Результаты. Рассматривается задача расчета двух стержневой системы. Показано, что предельные состояния 1-й и 2-й группы могут быть представлены в виде эллипса предельных состояний. Определены величины остаточной несущей способности в перемещениях, усилиях и энергии деформации.

Выводы. Предложена новая постановка задач о предельном состоянии конструкций. Методика расчета позволяет найти не только предельно возможные параметры конструкции, но и остаточную несущую способность конструкции в детерминированном виде.

Введение. Исследуется устойчивость жестко заделанной консоли двутаврового сечения с двумя осями симметрии с переменной высотой стенки под действием сосредоточенной силы и равномерно распределенной нагрузки. Упругие решения изгибно-крутильной устойчивости приведены в замкнутой форме и получены с помощью энергетического метода с применением измененной базисной функции для угла закручивания балки. Целью статьи является уточнение и исправление бифуркационных решений консольных балок и представление их в альтернативных формулировках. Результаты приведены в новых выражениях, включающих изгибно-крутильный параметр балки ψ0 и параметр влияния места приложения поперечной нагрузки по высоте η. Теоретическая работа проделана в соответствии с СП 16.13330.2017. Унифицированные формулы изгибно-крутильной устойчивости консольных балок могут быть использованы для решения не только элементов с линейно изменяющейся высотой балки, но и случаев постоянной жесткости. Простота достигается за счет минимизации числа членов в пробных функциях и введением альтернативной, но близкой к реальному поведению балки функции угла закручивания при действии поперечной нагрузки.

Материалы и методы. В теоретической работе использовано уточненное решение изгибно-крутильной устойчивости и энергетический метод расчета устойчивости.

Результаты. На основе сделанных уточнений получено замкнутое решение задачи упругой изгибно-крутильной потери устойчивости балки с линейно изменяющейся высотой стенки. По результатам проделанной работы предложены формулы для вычисления упругой критической нагрузки с целью проверки выполнения условия плоской формы устойчивости тонкостенного элемента открытого сечения.

Выводы. Выполненное исследование демонстрирует обновленное решение задачи изгибно-крутильной потери устойчивости консольной балки с линейно изменяющейся высотой стенки открытого сечения с участием альтернативной пробной функции закручивания. Конечное решение приведено в замкнутой форме, но с дополнительными поправками в виде формульных коэффициентов и остается справедливым, в том числе и для решения балок постоянной жесткости.

Введение. Рассмотрена вариационная постановка задачи оптимизации геометрической конфигурации слоисто-неоднородного стержня при условии постоянства суммарной стоимости материалов. В качестве критерия оптимальности принят интегральный критерий минимума энергии деформации при варьировании геометрических функций, профилирующих слои стержня. В настоящее время данный подход, применяемый в однородных системах, требует развития и распространения на сложные неоднородные среды, разработки методики использования в строительных конструкциях.

Материалы и методы. С применением математической модели стержня Тимошенко приведены формулы для основных компонент напряжений и жесткостных характеристик нулевого, первого и второго порядков. Сформулированы энергетический функционал и ограничение на суммарную стоимость материалов. Получены уравнения Эйлера при варьировании геометрических функций.

Результаты. Решены задачи оптимизации слоистого стержня при варьировании ширины и толщины слоев для симметричной и произвольной структур. Исследованы случаи изгиба, растяжения, поперечного сдвига и совместного изгиба с растяжением. Аналитически доказано, что во всех рассмотренных случаях в системе формируются поверхности с равным уровнем удельной энергии деформации. Показано, что изопериметрическая вариационная постановка приводит к минимальной стоимости материалов конструкции.

Выводы. Вариационная постановка с одним ограничением на суммарную стоимость материалов, необходимым по смыслу задачи, дает глобальный минимум функционала энергии деформации и стоимости материалов системы и отражает так называемый эталонный проект. Знание такого проекта является ценным и полезным с практической точки зрения. В оптимальной системе формируются эквипотенциальные поверхности с одинаковым значением удельной энергии деформации. Их форма и расположение определяются действующими усилиями и структурой системы. Из интегрального энергетического критерия вытекают практические критерии выравнивания удельной энергии деформации, а также основного напряжения либо деформации на поверхностях областей с варьируемыми размерами.

Введение. Последствия разрушительных землетрясений показывают, что проблема сейсмостойкости железобетонных каркасов после пожара актуальна. Применяемые при решении подобного класса задач расчетные модели должны учитывать нелинейные характеристики бетона и арматуры, вариативность огневого воздействия и расчетных акселерограмм. Исследование направлено на поиск наиболее опасных (с точки зрения сейсмостойкости) вариантов воздействия пожара на железобетонные каркасные здания.

Материалы и методы. В качестве объекта исследования выбрана плоская железобетонная пятиэтажная рама при различных вариантах огневого воздействия. Воздействие пожара принято по стандартной температурной кривой (ISO 834) продолжительностью 120 мин. Рассмотрены пять вариантов: контрольная рама; пожар в крайнем пролете на первом этаже; то же на третьем этаже; пожар во всех пролетах на первом этаже; то же на третьем этаже. Предварительно проведен теплотехнический анализ в ПК SolidWorks с определение температурных полей в сечениях элементов. Выполнен сейсмический расчет пяти рам в нелинейной постановке в ПК OpenSees. Расчет производится во временной области на акселерограмму Лома-Приета (1989). Использованы билинейные и трехлинейные диаграммы материалов. Сечения моделируются с помощью волокнистой модели.

Результаты. Осуществлена численная оценка зависимости параметров сейсмостойкости железобетонных каркасов от различных вариантов огневого воздействия. Периоды первого тона собственных колебаний увеличились по отношению к контрольной раме (неповрежденной пожаром) до 11,2 %, перемещения в уровне покрытия возросли до 32,2 %, максимальные значения междуэтажных сдвигов возросли до 34,0 %, из-за перераспределения усилий максимальные значения изгибающих моментов в элементах рамы увеличились до 26,3 %. Изменяются схемы разрушения, отмечается образование пластических шарниров не только в ригелях, но и в колоннах, для большинства рассмотренных рам уровень деформаций в элементах достигает критического.

Выводы. Выявлено, что самым опасным сценарием, в наибольшей степени снижающим сейсмостойкость железобетонного каркаса, является возникновение пожара на первом этаже. Важным оказывается и процент поврежденных вертикальных несущих элементов — при большем проценте сейсмостойкость снижается существеннее. В отдельных случаях, например при локальном повреждении пожаром средних этажей, сейсмостойкость каркаса снижается незначительно. На стадии проектирования здания, находящегося в сейсмоопасном районе, рекомендуется учитывать наиболее опасные варианты возникновения огневого воздействия. При этом следует в большей степени повышать огнестойкость вертикальных несущих конструкций нижних этажей и сокращать размеры пожарных отсеков.

Введение. Развитие технологий усиления грунтовых оснований зданий и сооружений различных типов представляет значимое направление в геотехническом строительстве. Особую актуальность приобретают методы, позволяющие создавать в грунтовом массиве сеть армирующих элементов с помощью различных инъекционных растворов. Цель исследования — научное обоснование и экспериментальная проверка эффективности метода, объединяющего технологию горизонтально направленного бурения (ГНБ) и управляемого гидроразрыва грунтового массива для создания сети инъекционных включений в насыпных грунтах.

Материалы и методы. В основе методологии лежит комплексный полевой эксперимент. Разработаны и апробированы конструкция горизонтального инъектора с резиновыми манжетами и технология его установки с помощью ГНБ. Исследование включало нагнетание цементного раствора с различным водоцементным отношением под контролируемым давлением, геодезический мониторинг грунтовой поверхности и последующую откопку околоинъекторного пространства для определения морфологии и геометрии цементных включений.

Результаты. Установлен характер формирования инъекционных тел в насыпных несвязных грунтах по сравнению со связными, выражающийся в образовании сферических объемных тел вместо плоских линз. Зафиксировано незначительное воздействие процесса инъецирования на грунтовую поверхность, что подтверждает его практическую применимость.

Выводы. Проанализированы механизмы распространения раствора и формирования цементных включений в грунтовом массиве. Показано, что предлагаемый метод позволяет целенаправленно создавать в основании сеть из точечных затвердевших цементных включений. Технология доказала свою принципиальную состоятельность и практическую значимость. Основные преимущества включают возможность производства работ без какой-либо остановки производственных процессов и выселения жильцов. Метод рекомендован для применения при усилении под фундаментами преимущественно мелкого заложения как существующих зданий и сооружений, так и при новом строительстве.

Введение. Прогнозирование жесткостных характеристик бетона в рамках научного подхода является актуальной задачей современной теории бетоноведения. Учитывая представление о структуре бетона как трехфазного композиционного материала, состоящего из цементной матрицы, заполнителей и интерфейсной транзитной зоны между ними, наиболее оптимальными для решения данной проблемы служат методы аналитической гомогенизации. Существующие расчетные модели для прогнозирования жесткостных характеристик бетона на основе методов аналитической гомогенизации не в полной мере учитывают особенности его структуры, что обуславливает необходимость их совершенствования.

Материалы и методы. Предлагаемый усовершенствованный подход для прогнозирования жесткостных характеристик бетонного композита включает оценку его эффективного тензора жесткости (упругости) 4-го ранга на основе методов аналитической гомогенизации механики композиционных материалов.

Результаты. Сформулированы предпосылки и допущения усовершенствованного подхода. Приведены положения, рассматривающие зерна крупного заполнителя в виде композитных частиц как сферической формы, так и в виде сплюснутого сфероида для пластинчатой (лещадной) формы зерен и вытянутого сфероида для игольчатой формы зерен, с располагаемой вокруг них транзитной зоной. Предложен итерационный метод, по которому жесткостные характеристики бетона определяют последовательно, вычисляя на каждой итерации жесткостные характеристики композитной системы «цементная матрица – композитная частица i-й фракции». Представлена численная методика расчета эффективного модуля упругости бетона в рамках предлагаемого подхода.

Выводы. Предлагаемый усовершенствованный подход на основе аналитической гомогенизации позволяет оценивать жесткостные характеристики бетона с учетом особенностей его структуры в виде сфероидной формы зерен заполнителя, наличия интерфейсной транзитной зоны вокруг зерен заполнителя, а также высокой объемной концентрации заполнителя в его структуре.

Введение. Приведены результаты исследования влияния вида и расхода добавок-пластификаторов на свойства мелкозернистого бетона, эксплуатируемого в условиях Республики Бурунди. Объект исследования — мелкозернистый бетон, предмет исследования — показатели качества бетонной смеси и затвердевшего бетона. Особенностью данных исследований является то, что были использованы сырьевые материалы Республики Бурунди.

Материалы и методы. В качестве сырьевых материалов использованы: цемент ЦЕМ ΙΙ/ В-П 32,5 М компании BUCECO (Республика Бурунди), песок из р. Музази Республики Бурунди и добавки-пластификаторы разных производителей и различного вещественного состава.

Результаты. Установлено, что введение добавок пластифицирующего действия ГПМ-У и GLENIUM 323 MIX оказывает значительный водоредуцирующий эффект на цементную систему. При этом наблюдается и повышение качества затвердевшего цементного камня. Выявленные для цементного камня закономерности просматриваются и для мелкозернистого бетона: введение добавок-пластификаторов любого типа позволяет уплотнить структуру, снизить пористость и повысить прочность материала. При этом повышение плотности мелкозернистого бетона дает возможность обеспечить его меньшую проницаемость и соответственно устойчивость к воздействию агрессивных сред. Это особенно важно для условий эксплуатации конструкций, характерных для Республики Бурунди.

Выводы. В результате исследований можно сделать следующие выводы и рекомендации: оптимальные дозировки добавок (независимо от их типа) находятся в пределах 0,9–1,2 % от массы цемента (исходя из величины водо­редуцирующего эффекта). Добавки на основе поликарбоксилатных эфиров дают наибольший эффект как на чистом цементном камне, так и на мелкозернистом бетоне.

Введение. Эксплуатационная долговечность асфальтобетонных покрытий в значительной степени определяется процессами деградации микроструктуры материала под воздействием воды и переменных температур. На ранних стадиях разрушения формируются микродефекты, которые впоследствии приводят к развитию трещинообразования и снижению эксплуатационных характеристик покрытия. Несмотря на большое количество исследований, посвященных долговечности асфальтобетонов, морфологические признаки начальной стадии эксплуатационной деградации изучены недостаточно. Цель исследования — выявление ранних морфологических признаков повреждения структуры асфальтобетона и количественная оценка изменения дефектного пространства материала на начальной стадии эксплуатационного разрушения.

Материалы и методы. Объектом исследования являются образцы щебеночно-мастичного асфальтобетона ЩМА-16. Микроскопическая съемка зон с выраженными микродефектами выполнена для образцов в исходном состоянии и после водонасыщения с последующим циклическим замораживанием и оттаиванием. Морфологический анализ дефектного пространства проводился по цифровым микрофотографиям с помощью методов автоматизированной обработки изображений. Для количественной характеристики структуры дефектов использован комплекс морфологических показателей, включающий долю дефектной области, а также параметры, характеризующие форму и протяженность границ дефектов.

Результаты. Проанализировано 40 характерных зон микроструктуры. Получены количественные оценки изменения дефектности после воздействия воды и переменных температурных циклов. Установлено, что уже после пяти циклов замораживания и оттаивания формируются устойчивые признаки первичной деградации структуры, проявляющиеся в увеличении интегральной дефектности и изменении порово-трещинной морфологии. Определено, что на ранней стадии деградации одновременно реализуются механизмы разветвления дефектной сети и объединения дефектных областей с их укрупнением.

Выводы. Полученные результаты подтверждают возможность диагностики ранних стадий эксплуатационного повреждения асфальтобетона на основе морфологического анализа микроструктуры. Показана необходимость совместного использования площадных и линейных морфологических показателей при количественной оценке дефектного пространства материала.

Введение. Воздействие шума внутренней среды зданий на здоровье человека подтверждено систематическими обзорами и признано фактором риска Всемирной организацией здравоохранения. Нормирование звукоизоляции значительно различается между странами, однако существующие сравнительные исследования сосредоточены преимущественно на европейском контексте и не включали критерии систем экологической сертификации. Представлен сравнительный анализ нормативных требований к изоляции воздушного шума внутренними ограждающими конструкциями гражданских зданий в 43 странах, а также акустических критериев систем рейтинговой оценки зданий WELL, BREEAM и LEED.

Материалы и методы. Для обеспечения корректности сопоставления выполнена математическая конвертация нормативных значений национальных индексов звукоизоляции (Rw, DnT,w, STC и др.) с их приведением к единому эквивалентному индексу натурной звукоизоляции R′w на основании обобщенных соотношений ISO/FDIS 19488.

Результаты. Установлено, что в мировой практике применяется не менее семи базовых индексов. Для межквартирных перегородок медиана R′w составила 52 дБ (размах: 43–58 дБ), российский норматив (R′w ≥ 50 дБ) находится в диапазоне медианных значений. Показано, что отечественная нормативная база характеризуется более глубокой типологической детализацией по сравнению с системами WELL, BREEAM и LEED.

Выводы. Российские нормативные требования по большинству рассмотренных категорий сопоставимы с требованиями ведущих европейских стран и превышают базовые пороги стран АТР. Вместе с тем отсутствие в отечественном стандарте обязательных спектральных адаптационных поправок и механизма натурной верификации представляет направление для дальнейшего совершенствования.

Введение. Согласно цели исследования, на основе глобальных мировых тенденций, специфических особенностей современных строительных организаций выявлены гибкие навыки, востребованные сегодня работодателями в мировой строительной отрасли. Задействовались реальные источники информации: порталы по поиску работы по всему миру. Изучено более ста сайтов, более тридцати использованы для сбора данных. Прежде характеристики мирового и отраслевого уровней в контексте управления персоналом через конкретные персональные качества соотнесены не были. Выяснилось, что умение работать в команде отнюдь не единственный гибкий навык, востребованный в настоящее время в строительстве. В связи с этим можно сделать вывод об актуальности развития гибких навыков у сотрудников и руководителей строительных организаций.

Материалы и методы. Применен библиографический метод, в том числе сбор и анализ данных с сайтов работо­дателей по всему миру, международных порталов по трудоустройству по отобранным критериям. Проведено обобщение, сформулированы выводы.

Результаты. К мировым тенденциям относятся семь трендов, к отраслевым тенденциям — шесть трендов. Индивидуальные качества сотрудников в таких условиях предполагают наличие семи гибких навыков, представленных обобщенно. Умение работать в команде и коммуникативные навыки чаще упоминаются работодателями. По сравнению с предыдущими исследованиями появились требования, связанные с адаптивностью, психической гибкостью, участилось упоминание о качествах, показывающих ценностную ориентацию на людей в работе.

Выводы. Поликультурный аспект управления персоналом, быстрая смена условий функционирования отрасли, организации, проектная форма работы в командах не утрачивают своей актуальности, становятся иными под влиянием геополитических факторов. Вектор усилий подразделений по управлению персоналом удерживается на оптимизации взаимодействия между представителями различных субкультур, приверженности организации.

Введение. Современная строительная индустрия активно использует сквозные технологии для оценки производительности труда рабочих-строителей, снижая показатели брака готовой продукции. Инновационные подходы повышают эффективность контроля действий рабочих. Применение технологий компьютерного зрения, видеоаналитики и алгоритмов машинного обучения может повысить объективность оценки производительности труда на строительных площадках.

Материалы и методы. Разработанная автоматизированная система анализа действий рабочих для контроля производительности труда на строительных объектах включает модуль распознавания действий и поз строителей, блок классификации действий и компонент для выделения ключевых точек. Платформа MediaPipe с моделью BlazePose идентифицирует 33 анатомические точки на теле для оценки позы строителя. Система компьютерного зрения обес­печивает непрерывный мониторинг и точное распознавание движений. Технология обеспечивает непрерывное распознавание рабочего даже при временной потере визуального контакта, создается база данных с характеристиками работников для аналитических целей. Применение автоматизированной системы исключает необходимость учитывать временной фактор при анализе сведений, что повышает эффективность процесса и позволяет сосредоточиться на элементах сцены. Разбивая запись на логические отрезки, исследуется каждый элемент рабочего процесса. Рекуррентные нейросети LSTM оптимизируют анализ действий рабочих.

Результаты. Оценка эффективности автоматизированной системы произведена на тестовом видео реализации строительного процесса каменной кладки для определения точности и способности к обобщению. Точность идентификации действий строителя достигла 80,1%. В течение 46,5 с при общем хронометраже видео 58 с модель правильно распознает действия.

Выводы. Результаты проведенной работы доказывают эффективность передовой системы мониторинга производительности труда в строительстве на основе технологий визуального распознавания. Система проводит комплексный мониторинг рабочих операций, оборудования и внешних условий на объекте. Алгоритмы и информационная база обеспечивают надежные измерения и возможности внедрения методики в строительное производство.

Введение. Формирование сметной документации (СД) объектов капитального строительства (ОКС) является одним из ключевых процессов инвестиционно-строительной деятельности, напрямую влияющим на достоверность определения стоимости и результаты государственной экспертизы. В условиях внедрения технологий информационного моделирования (ТИМ) возникает необходимость разработки методологических подходов к формированию СД на основе цифровых информационных моделей. Актуальность исследования обусловлена отсутствием единой методологической модели, обеспечивающей согласованность нормативных требований, структуры цифровых моделей и сметно-нормативной базы.

Материалы и методы. Методологическую основу исследования составили анализ нормативно-правовых актов Российской Федерации, научных публикаций отечественных и зарубежных авторов, а также практики проведения государственной экспертизы. Применены методы анализа, синтеза, классификации, формализации и информационного моделирования. Моделирование процессов выполнено с использованием нотации BPMN.

Результаты. Проведен анализ типовых замечаний органов государственной экспертизы, выявлены их системные причины, связанные с несогласованностью проектной и сметной информации. Выполнено сравнение традиционного и ТИМ-ориентированного подходов к формированию СД, показаны преимущества использования ЦИМ. Проанализированы функциональные возможности отечественного ТИМ-сметного программного обеспечения и выявлены ограничения, препятствующие полной автоматизации процессов. Предложена концептуальная модель формирования СД, включающая нормативный, информационный, программный уровни и уровень экспертизы.

Выводы. Результаты исследования подтверждают необходимость разработки единой методологической модели формирования СД из ЦИМ. Предложенная концептуальная модель обеспечивает систематизацию процессов и сохранение структурных и семантических связей данных, что способствует повышению качества СД и эффективности проведения государственной экспертизы.

Введение. Исследование посвящено разработке организационно-технологической модели модульной сборки атомных электростанций, направленной на сокращение инвестиционно-строительного цикла (ИСЦ) при сохранении нормативных требований надежности и безопасности. В условиях высокой капиталоемкости и длительности строительства энергоблоков переход к индустриализированной технологии с высокой степенью заводской готовности предполагает формализацию процессов параллелизации работ, укрупнения модулей и управления транспортно-монтажными рисками. Научная проблема заключается в построении воспроизводимой модели, обеспечивающей количественное сокращение сроков строительства без снижения показателей прочности и устойчивости конструкций.

Материалы и методы. Применены методы календарно-сетевого моделирования, организационно-технологического анализа, структурной оптимизации процессов и расчетной верификации временных состояний конструкций в соответствии с требованиями действующих строительных и отраслевых нормативов. Проведено сопоставление традиционной площадочной технологии и модульной схемы сооружения с учетом стадий заводского изготовления, транспортировки и монтажа укрупненных элементов. Использованы данные типовых проектов энергоблоков поколения III+ и нормативные показатели трудоемкости и продолжительности работ.

Результаты. Разработана формализованная модель оценки влияния степени укрупнения модулей и уровня параллелизации процессов на продолжительность строительства. Установлено, что при коэффициенте укрупнения 0,6–0,75 обес­печивается сокращение ИСЦ на 15–30 % при сохранении нормативных требований прочности, устойчивости и сейсмостойкости. Определена структура распределения транспортно-монтажных рисков в общей системе проектных рисков.

Выводы. Предложенная организационно-технологическая модель обеспечивает количественно подтвержденное сокращение сроков строительства энергоблоков без компромиссов по безопасности и надежности. Методика носит воспроизводимый характер и может применяться при серийном сооружении энергоблоков различной мощности, включая проекты малых модульных реакторов.