День российской науки отмечается в Южно-Уральском государственном университете 8 февраля. Этот праздник дает прекрасную возможность ознакомиться с достижениями вуза в различных научных сферах, в том числе и в строительстве. Современное строительство - это не только уникальные технологии и инновационные материалы, но и высочайшие требования к безопасности. Современные разработки позволяют учитывать любые нагрузки и воздействия при проектировании различных промышленных или гражданских сооружений. Ученые Южно-Уральского государственного университета разрабатывают программу с использованием эффективных методов расчета для проектирования надежных зданий, устойчивых к воздействию различных нагрузок.
Решение сложных задач в строительной механике
Проект аспиранта кафедры «Строительное производство и теория сооружений» Архитектурно-строительного института ЮУрГУ Никиты Зямбаева посвящен временному анализу каркасного здания на импульсные воздействия. Метод временного анализа, разработанный научным руководителем Александром Потаповым, доктором технических наук, профессором - это открытие в решении динамических задач строительной механики.
«Исследование работы материалов в строительных конструкциях в условиях динамических нагружений (например, удары, импульсы, вибрационные нагрузки) в настоящее время проводится, в основном, численными методами. В то время как разработанный нами метод позволяет записывать характеристики динамической модели и различные параметры реакции конструкции (такие как, перемещения, скорости ускорения, восстанавливающие силы и другие силовые параметры в узлах конструкции) в аналитическом виде», - утверждает молодой ученый.
Исследование Никиты Зямбаева было отмечено, как одно из самых практически значимых в конкурсе работ молодых ученых «Научный потенциал», проводимом в ЮУрГУ в рамках Проекта 5-100.
Строительство в сейсмически опасных зонах
Особое внимание при проектировании сооружений должно уделяться методам расчета строительных конструкций, подверженных импульсным, в том числе, сейсмическим, нагрузкам. В этих случаях на конструкции действуют не только обычные нагрузки, но и пульсирующие, возникающие во время землетрясения. Эти нагрузки носят циклический характер и могут действовать в различных направлениях.
«Мы используем прямое интегрирование уравнения движения нашей динамической модели в реальном времени. Это позволяет с определенным временным шагом получить кинематические и силовые параметры узлов конструкции. Чем меньше шаг, тем больше точность измерений», - поясняет Никита Зямбаев.
Разработанный исследователями метод расчета позволяет провести широкий и многосторонний анализ работы конструкции на всем промежутке анализа, что особенно актуально при проектировании сооружений и конструкций, подверженных непрогнозируемым воздействиям, таким как удары, землетрясения и другие.
Временной анализ – новый и эффективный метод
Популярные на сегодняшний день численные методы не позволяют записывать решение в аналитическом виде и, следовательно, проводить полноценный динамический анализ на всем интервале работы конструкции.
«В нашей работе применяется метод временного анализа, с помощью которого динамическая реакция записывается в виде интеграла Дюамеля. Этот метод дает возможность аналитически определить все параметры реакции конструкции (кинематические – перемещения, скорости и ускорения узлов каркаса; силовые – восстанавливающие, инерционные силы и силы трения в узлах). Кроме того, он позволяет учесть многоцикловый характер деформирования каркаса», - делится аспирант ЮУрГУ.
На данный момент разработаны программы для временного анализа одноэтажного каркаса и программа расчета многоэтажного плоского каркаса, материал стоек которого работает по билинейной диаграмме деформирования. Такие программы будут востребованы организациями, которые предоставляют услуги по проектированию и динамическому расчету строительных конструкций.
«Алгоритм расчета строительных конструкций, который планируется разработать по ходу проекта, позволит не только провести полноценный динамический анализ расчетной модели, но также может быть использован при оценке точности приближённых решений, полученных численными методами», - говорит Никита Зямбаев.
В результате ученые Южно-Уральского государственного университета планируют создать узкоспециализированную программу, которая будет предназначена для расчетов плоских рам и каркасов на импульсные нагрузки и оценки работы конструкции при запроектных воздействиях. Такая программа будет актуальна для специалистов в сфере строительства, так как будет точнее и дешевле универсальных аналогов.