Science & Technique (E-Journal) / НАУКА и ТЕХНИКА
Not a member yet
2025 research outputs found
Sort by
Берегозащитные сооружения откосного типа на водохранилищах Беларуси и причины их деформаций
Get PDFAssessment of the current state in respect of various bank stabilization with identification of causes of their destruction and deformation scale has been carried out on the basis of the survey pertaining to coastal protection structures in more than 100 reservoirs of the country. The paper presents results of field observations on bank slope protection structures which are used at water reservoirs in Belarus. It has been established that the most common protection of banks and slopes is strengthening in the form of reinforced concrete monolithic or prefabricated slabs. It has been determined that deformations of slope protection are represented by opening of tile-to-tile construction, temperature and settlement joints (it has been recorded opening width of 0.35 m) which develop under a complex impact of wind waves, fluctuations in levels and other factors. Subsequently deformations of exposed joints lead to destruction of the protection. Value of slope deformations reaches in some cases rather significant extent: linear processing (destruction) of slopes – up to 24.20 m; volume of erosion – up to 4.25 m3/m running. Physical modeling of slope deformations carried out at a hydro-technical laboratory of the Belarusian National Technical University while using models of ground retaining structures protected by reinforced concrete strengthening with various opening width of joints has allowed to determine dynamics and scope of slope deformations due to the influence of wave and level regimes having various parameters. Data of on-site investigations on protection have made it possible to assess the state of slope paving for various operational periods of retaining structures. The paper presents reasons and factors that affect the protection stability. The results of on-site and laboratory investigations on protection stability have permitted to determine that the following reasons influence on the development of deformations: presence of objective inaccuracies and assumptions in the accepted calculated design schemes and dependencies for determination of protection parameters; lack of completeness in registration of conditions for wave formation and level regime of reservoirs; initial data and survey materials do not always provide true information about ground conditions for construction of bank protection facility; technological deviations while constructing structures and their protection. It has been ascertained that one of the characteristics determining a dynamic stability of banks and slopes in structures under conditions of the reservoirs in Belarus along with the above reasons is a composition of the eroded soil characterized, in particular, by a inhomogeneity coefficient of loose soil. A self-pavement effect identified during the study of protection stability and formed during destruction of a bank composed of loose soils with increased heterogeneity has made it possible to propose a method for protecting slopes and banks. On-site investigations and laboratory experiments have permitted to obtain empirical relationships for calculation of dynamic equilibrium profile with self-pavement of two types. The paper provides a calculation for combined slope protection consisting of rockfill and synthetic filter materials of increased strength.На основании обследования сооружений берегозащиты более чем по 100 водохранилищам страны выполнена оценка современного состояния различных видов креплений с выявлением причин их разрушений и масштабов деформаций. В статье приведены результаты натурных наблюдений за берегозащитными сооружениями откосного типа, применяемыми на водохранилищах Беларуси. Наиболее распространенные крепления берегов и откосов – крепления в виде железобетонных монолитных либо сборных плит. Определено, что деформации креплений откосов представлены раскрытием межплиточных строительных, температурных и осадочных швов (зарегистрирована ширина раскрытия до 0,35 м), которые развиваются под комплексным воздействием ветрового волнения, колебания уровней и других факторов. В последующем деформации обнажившихся швов ведут к разрушению крепления. Деформация откосов в ряде случаев достигает значительных величин: линейная переработка (разрушение) откосов до 24,20 м, объем размывов до 4,25 м3/м пог. Физическое моделирование деформаций откосов, выполненное в гидротехнической лаборатории Белорусского национального технического университета на моделях грунтовых подпорных сооружений, защищенных железобетонным креплением с различной шириной раскрытия швов, позволило установить динамику и масштабы развития деформаций откоса при воздействии волнового и уровенного режимов, имеющих различные параметры. Данные натурных обследований креплений дали возможность выполнить оценку состояния покрытий откосов при разных сроках эксплуатации подпорных сооружений. В статье приведены причины и факторы, влияющие на устойчивость креплений. Результаты натурных и лабораторных исследований устойчивости креплений позволили установить влияние на развитие деформаций различных причин, к которым относятся: наличие в принятых расчетных проектных схемах и зависимостях определения параметров креплений объективных неточностей и допущений; отсутствие полноты учета условий волнообразования и уровенного режима водохранилищ; в исходных данных и материалах изысканий не всегда достоверно представлена информация о грунтовых условиях строительства объекта берегозащиты; технологические отклонения при строительстве сооружений и их креплений. Установлено, что одной из характеристик, определяющих динамическую устойчивость берегов и откосов сооружений в условиях водохранилищ Беларуси, наряду с вышеприведенными причинами, является состав размываемого грунта, характеризуемый, в частности, коэффициентом неоднородности несвязного грунта. Выявленный в процессе исследования устойчивости креплений эффект самоотмостки, образующейся при разрушении берега, сложенного несвязными грунтами с повышенной неоднородностью, позволил предложить способ крепления откосов и берегов. На основе данных натурных исследований и лабораторных экспериментов получены эмпирические зависимости для расчета профиля динамического равновесия с самоотмосткой двух типов. Предложен расчет комбинированного крепления откосов, состоящий из каменной отсыпки и синтетических фильтрующих материалов повышенной прочности
Экономические основы выбора направлений модернизации сети автомобильных дорог
Get PDFThe paper proposes a methodological approach to selection of rational directions for modernization of highway network while taking into account an increasing requirements of the national economy in a modern transport infrastructure being formed under conditions of the development of national transport and logistics system. The initial data required for variant development of design solutions contain information on existing transport and operational characteristics of the road network, intraand inter regional transport and economic relations, formed logistics supply chains, volume and structure of transportation and possible development stages for certain sections of highways. In this case initial data have a certain degree of uncertainty that requires to take design decisions with due consideration of the possibility to change information in a certain interval. The proposed options to use economic criteria make it possible to assess efficiency of logistics systems and their participants carry out operations pertaining to supply and handling of products and cargoes on specific sections of a road network and these measures are proceeding from common goals based not only on national or regional level, but also on the global level in the context of strategic planning. Study objectives play a significant role in selection of a calculation method, as well as its structure, a degree of its aggregation. Construction of an optimal scheme for modernization of a highway network presupposes to determine such totality of design solutions for construction, reconstruction and repair of motor roads with year-wise distribution for calculation period and certain network sections and such distribution of their freight flows when an amount of the reduced costs for transportation of the entire volume of products and modernization of motor roads would be minimal in accordance with transportation rates.Предложен авторский методический подход к выбору рациональных направлений модернизации сети автомобильных дорог с учетом возрастающих потребностей народного хозяйства в современной транспортной инфраструктуре, формирующихся в условиях развития транспортно-логистической системы страны. Исходная информация, необходимая для вариантной разработки проектных решений, содержит данные о существующих транспортно-эксплуатационных характеристиках дорожной сети, внутри- и межрегиональных транспортно-экономических связях, сформированных логистических цепях поставок, сведения по объемам и структуре перевозок и возможным этапам развития отдельных участков автомобильных дорог. При этом исходные данные имеют ту или иную степень неопределенности, что требует принятия проектных решений с учетом возможности изменения информации в некотором интервале. Предлагаемые варианты использования экономических критериев дают возможность оценивать эффективность логистических систем, участники которых осуществляют операции по поставке и перемещению товаров и грузов по конкретным участкам дорожной сети, исходя из их общих целей не только на национальном или региональном уровне, но и на глобальном, при стратегическом планировании. На выбор метода расчета, как и на структуру расчетной модели, степень ее агрегирования существенное влияние оказывают цели исследования. Построение оптимальной схемы модернизации сети автомобильных дорог сводится к определению такой совокупности проектных решений по строительству, реконструкции и ремонту автомобильных дорог с распределением по годам расчетного периода и отдельным участкам сети и такого распределения грузопотоков по ним, при которых сумма приведенных затрат на перевозку всего объема грузов и на модернизацию участков автомобильных дорог в соответствии с размерами перевозок была бы минимально
ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОЕ ПОЛИРОВАНИЕ ТИТАНОВЫХ И НИОБИЕВЫХ СПЛАВОВ
Get PDFTitanium and niobium alloys are widely used at present in aircraft, nuclear energy, microwave technology, space and ultrasonic technology, as well as in manufacture of medical products. In most cases production technology of such products involves an implementation of a quality polishing surface. Mechanical and electrochemical methods are conventionally used for polishing products made of titanium and niobium alloys. Disadvantages of mechanical methods are low productivity, susceptibility to introduction of foreign particles, difficulties in processing complex geometric shapes. These materials are hard-to-machine for electrochemical technologies and processes of their polishing require the use of toxic electrolytes. Traditionally, electrochemical polishing of titanium and niobium alloys is carried out in acid electrolytes consisting of toxic hydrofluoric (20–25 %), sulfuric nitric and perchloric acids. The disadvantage of such solutions is their high aggressiveness and harmful effects for production personnel and environment. This paper proposes to use fundamentally new developed modes of electrolytic-plasma treatment for electrolyte-plasma polishing and cleaning products of titanium and niobium alloys while using simple electrolyte composition based on an aqueous ammonium fluoride solution providing a significant increase in surface quality that ensures high reflectivity. Due to the use of aqueous electrolyte the technology has a high ecological safety in comparison with traditional electrochemical polishing. The paper presents results of the study pertaining to the effect of titanium and niobium electrolytic-plasma polishing characteristics using the developed mode for productivity, processing efficiency, surface quality, and structure and properties of the surface to be treated. Based on the obtained results, processes of electrolytic-plasma polishing of a number of products made of titanium alloys BT6 (Grade 5), used in medicine and aircraft construction, have been worked out in the paper.Титановые и ниобиевые сплавы широко применяются в настоящее время в самолетостроении, атомной энергетике, СВЧ-технике, космической и ультразвуковой технике, а также при производстве изделий медицинского назначения. В большинстве случаев технология изготовления таких изделий предусматривает выполнение качественного полирования поверхности. Традиционно для полирования изделий из титановых и ниобиевых сплавов используются механические и электрохимические методы. Недостатки механических методов – малая производительность, подверженность внедрению инородных частиц, затруднения при обработке сложных геометрических форм. Для электрохимических технологий указанные материалы являются труднообрабатываемыми, а процессы их полирования требуют применения токсичных электролитов. Традиционно электрохимическое полирование титановых и ниобиевых сплавов осуществляют в кислотных электролитах, состоящих из токсичной плавиковой (20–25 %), серной азотной и хлорной кислот. Недостатки таких растворов – их высокая агрессивность и вред, наносимый производственному персоналу и окружающей среде. Предлагается использовать принципиально новые, разработанные авторами статьи режимы электролитно-плазменной обработки с целью электролитно-плазменного полирования и очистки изделий из титановых и ниобиевых сплавов с применением электролитов простого состава на основе водного раствора фторида аммония, обеспечивающие существенное повышение качества поверхности с высокой отражательной способностью. За счет применения водного электролита технология обладает высокой экологической безопасностью по сравнению с традиционным электрохимическим полированием. Приводятся результаты исследования влияния характеристик процесса электролитно-плазменного полирования титана и ниобия с применением разработанного режима на производительность, эффективность обработки, качество поверхности, а также на структуру и свойства обрабатываемой поверхности. На основании полученных результатов отработаны процессы электролитноплазменного полирования ряда изделий из титановых сплавов ВТ6 (Grade 5), применяемых в медицине и авиастроении
НЕКОТОРЫЕ СПОСОБЫ ЭКОНОМИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТЕКЛОПАКЕТОВ
Get PDFThe paper proposes and considers two constructive methods for saving heat energy while manufacturing vertical insulating glass units with various gas filling of inter-glass space. The first method presupposes manufacturing of insulating glass units having specific thickness which is calculated in accordance with specific features of convective heat exchange in the closed loop circuit. Value of the heat-exchange coefficient depends on gas properties which is filling a chamber capacity (coefficients of thermal conductivity, volumetric expansion, kinematic viscosity, thermometric conducivity), temperature difference on the boundary of interlayer and its thickness. It has been shown that while increasing thickness of gas layer convective heat exchange coefficient is initially decreasing up to specific value and then after insignificant increase it practically remains constant. In this connection optimum thicknesses of filled inter-layers for widely-spread gas in production (dry air, argon, krypton, xenon) and for carbon dioxide have determined in the paper. Manufacturing of insulating glass units with large thickness of gas chamber practically does not lead to an increase in resistance to heat transfer but it will increase gas consumption rate. The second industrial economic method is interrelated with application of carbon dioxide СО2 as a filler of inter-glass space which has some advantages in comparison with other gases (small cost due to abundance, nontoxicity, transparency for visual light and absorption of heat rays). Calculations have shown that application of carbon dioxide will make it possible to increase resistance to heat transfer of one-chamber glass unit by 0.05 m²×K/W (with emissivity factor of internal glass – 0.837) or by 0.16 m²×K/W (with emission factor – 0.1) in comparison with the glass unit where a chamber is filled with dry air.Предложены и рассмотрены два конструктивных способа экономии тепловой энергии при производстве вертикальных стеклопакетов с различным газовым заполнением межстекольного пространства. Первый заключается в изготовлении их определенной толщины, которая находится исходя из особенностей конвективного теплообме- на в замкнутом контуре. Величина коэффициента теплообмена зависит от свойств заполняющего объем камеры газа (коэффициентов теплопроводности, объемного расширения, кинематической вязкости и температуропроводности), разности температур на границах прослойки и ее толщины. Показано, что при увеличении толщины газового слоя коэффициент конвективного теплообмена сначала уменьшается до определенного значения, а затем, незначительно увеличившись, практически остается постоянным. В связи с этим были определены оптимальные толщины заполняемых прослоек для наиболее рАспирантространенных в производстве газов (осушенный воздух, аргон, криптон, ксенон), а также для углекислого газа. Производство стеклопакетов с большей толщиной газовой камеры практически не приведет к увеличению сопротивления теплопередаче, однако увеличит расход газа. Второй способ экономии при производстве связан с использованием в качестве заполнителя межстекольного пространства диоксида углерода СО2, который имеет некоторые преимущества по сравнению с другими газами (малая стоимость из-за рАспирантространенности, нетоксичность, прозрачность для видимого света и поглощение тепловых лучей). Расчеты показали, что применение углекислого газа позволит увеличить сопротивление теплопередаче однокамерного стеклопакета на 0,05 м²×К/Вт (при степени черноты внутреннего стекла 0,837) или на 0,16 м²×К/Вт (при коэффициенте эмиссии 0,1) по сравнению со стеклопакетом, камера которого заполнена осушенным воздухом
Конструкция плиты для сборных дорожных покрытий
Get PDFExperience in the operation of prefabricated concrete pavements with intensive traffic of heavy vehicles has shown that despite a high strength of the concrete slabs themselves it is necessary to arrange strong foundations. While laying concrete on the ground residual deformations are accumulating in it due to pressures which are initiated by elastically bending plates when vehicles are passing that leads to formation of voids under the plate and cracks in the plate itself. In order to increase rigidity of the plate (reduction of its settlement during the passage of vehicles) the author has proposed to arrange plates with two longitudinal ribs, and the plates themselves are to be laid on loose soil mixed with cement. The ribs are proposed to be placed on roll bars, i. e. symmetrically with respect to a longitudinal axis of the plate at a distance from each other which is equal to the distance between wheels of the calculated vehicle on one axis. In order to determine dependence of plate rigidity on a shape and a size of a cross section in longitudinal ribs calculations have been made while using a PC “Lira” and a finite element method. A finite element model of the plate has included 19152 nodes and 18943 finite elements. An elastic foundation has been modeled by vertical elastic links which are in every bottom node. The plate has been loaded with a load which is equivalent to the load from a calculated vehicle wheel at four points: a wheel in the middle of the plate; a wheel on the corner of the plate; two wheels at the same time on the line which is perpendicular to the longitudinal axis of the plate and located at the beginning (or end) of the plate; two wheels at the same time on the line which is perpendicular to the longitudinal axis of the plate and passing through its center. The following forms of a longitudinal rib having the same crosssectional area have been studied at the beginning: triangular, oval (semicircle) and rectangular. In the context of plate rigidity increase the most optimal form has been a triangular shape. Height differences in such a plate are the least in case of load action. So, for example, in comparison with a typical plate (plate without longitudinal ribs), presence of longitudinal ribs of triangular cross – section increases plate rigidity by an average of 50 % depending on the location of the calculated wheel on the plate (39–64 %). After determining an optimal shape of cross section for longitudinal ribs the dependence has been found for plate rigidity and it depends on a height of longitudinal triangular ribs. While having a constant volume of the plate and a constant a size of the rib base (32 cm) (approximate width of a calculated vehicle wheel) a rib height and a plate thickness have been changed. The calculations have made it possible to determine dependence of the plate rigidity on a height of a longitudinal rib. It has been determined that as for the given volume and dimensions of the plate the optimal rib height is 25 cm.Опыт эксплуатации сборных бетонных покрытий при интенсивном движении тяжелых автомобилей показал, что, несмотря на высокую прочность самих бетонных плит, под них необходимы прочные основания. При непосредственной укладке бетона на грунт в нем в результате нажимов упруго прогибающихся при проходах автомобилей плит накапливаются остаточные деформации, что приводит к образованию под плитой пустот, а в самой плите – трещин. Для увеличения жесткости плиты (уменьшения ее осадок при проезде транспорта) автором предложено устраивать плиты с двумя продольными ребрами, а сами плиты укладывать на рыхлый, перемешанный с цементом грунт. Ребра следует размещать на полосах наката, т. е. симметрично относительно продольной оси плиты, на расстоянии друг от друга, равном расстоянию между колесами расчетного автомобиля на одной оси. С целью определения зависимости жесткости плиты от формы и размеров поперечного сечения продольных ребер выполнены расчеты с использованием метода конечных элементов на ПК «Лира». Конечно-элементная модель плиты включала 19152 узла и 18943 конечных элемента. Упругое основание моделировалось упругими вертикальными связями, находившимися в каждом нижнем узле. Плита загружалась нагрузкой, эквивалентной нагрузке от колеса расчетного автомобиля в четырех точках: колесо посредине плиты; колесо на углу плиты; два колеса одновременно на линии, перпендикулярной продольной оси плиты и находящейся в начале (или конце) плиты; два колеса одновременно на линии, перпендикулярной продольной оси плиты и проходящей через ее центр. Вначале при одинаковой площади поперечного сечения продольного ребра исследовались следующие его формы: треугольная, овальная (полукруг) и прямоугольная. Наиболее оптимальной формой, с точки зрения увеличения жесткости плиты, оказалась треугольная. Перепады высот у такой плиты при воздействии нагрузки наименьшие. Так, по сравнению с типовой плитой (без продольных ребер) наличие продольных ребер треугольного поперечного сечения увеличивает жесткость плиты в среднем на 50 % в зависимости от места положения расчетного колеса на плите (39–64 %). После определения оптимальной формы поперечного сечения продольного ребра найдена зависимость жесткости плиты от высоты продольных треугольных ребер. При постоянных объеме плиты и размере основания ребра 32 см (примерная ширина колеса расчетного автомобиля) изменялись высота ребра и толщина плиты. В результате проведенных расчетов получена зависимость жесткости плиты от высоты продольного ребра. Для данного объема и размеров плиты определено, что оптимальной высотой ребра является 25 с
Системный подход к изготовлению неразъемных соединений
Get PDFThe paper proposes a systematic approach to producing non-detachable connections which is based on unified technical solutions in the field of welding, soldering, gluing and other technologies. The given approach includes not only direct execution of the connection but its designing, preparatory operations and also measures carried out after connection producing. The proposed approach is also based on the principles of the required diversity, feedback, hierarchy and decomposition that ensures high efficiency of the developed technical solutions, possibility for setting-up and successful solution of problems in the field of producing non-detachable connections. In order to ensure a successful realization of systematic approach it is proposed to take into account a number of aspects, including the following: systematic and structural aspect that presupposes determination of internal relations and dependences between elements of the given system and it permits to obtain an overview about internal structure (composition) of the investigated system; systematic and functional aspect that presupposes determination of functions, and the system is created for performing these functions; systematic and purposeful aspect that signifies a necessity of scientific determination of system goals and sub-goals, their harmonization between themselves; systematic and resource aspect that presupposes thorough determination of the resources which are required for system performance and solution of various problems with the help of the system; systematic and integration aspect that presupposes to determine a complex of system qualitative properties which ensure its integrity and specificity; systematic and communication aspect that requires determination of external relations of the given system with others that is its relations with the environment; systematic and historical aspect that permits to determine conditions for creation of the investigated system, its past stages, modern state and also possible prospects of development. New connection designs of combined (hybrid) type have been developed on the basis of the systematic approach and the paper presents examples and classification of such connections.Предложен системный подход к изготовлению неразъемных соединений, основанный на объединении технических решений в области сварки, пайки, склеивания и других технологий, который включает в себя не только непосредственное выполнение соединения, но и его конструирование, подготовительные операции, а также мероприятия после образования соединения. Подход основан на принципах необходимого разнообразия, обратной связи, иерархичности и декомпозиции, что обеспечивает высокую эффективность разрабатываемых технических решений, возможность постановки и успешного разрешения проблем в области создания неразъемных соединений. Для успешной реализации системного подхода предлагается учитывать ряд аспектов: системно-структурный, заключающийся в выяснении внутренних связей и зависимостей между элементами данной системы, что позволяет получить представление о внутренней организации (строении) исследуемой системы; системно-функциональный, предполагающий выявление функций, для выполнения которых создается система; системно-целевой, означающий необходимость научного определения целей и подцелей системы, их взаимной увязки между собой; системно-ресурсный, который заключается в тщательном выявлении ресурсов, требующихся для функционирования системы и решения системой той или иной проблемы; системно-интеграционный, состоящий в определении совокупности качественных свойств системы, обеспечивающих ее целостность и особенность; системно-коммуникационный, требующий выявления внешних связей данной системы с другими, т. е. ее связей с окружающей средой; системно-исторический, позволяющий выяснить условия возникновения исследуемой системы, пройденные ею этапы, современное состояние, а также возможные перспективы развития. На базе системного подхода разработаны новые конструкции соединений смешанного (гибридного) типа, приведены примеры и классификация таких соединений
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОПИТОЧНОГО СОСТАВА ДЛЯ ЗАЩИТЫ БЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Get PDFDisadvantages of road concrete pavement quite well known professionals-standards. They were mainly low elasticity modulus asphaltic concrete, as well as a fairly rapid aging of asphalt concrete core component-bitumen. And, as a consequence, is relatively low durability of the coating, the need for frequent repair. To some extent, cement concrete cover signifi cantly outperform this index of asphalt, convinces experience roads of Germany, the United States and other countries. The correct structure of concrete, overall compliance technology laying concrete, comprehensive quality control production work, sufficient technical personnel qualifications provide long defect-free work road re-coated. However, violations by manufacture of works or in the process of exploitation, particularly in the harsh conditions of freezing and thawing, saturation-drying, especially under the influence of salts-defrosting, cause defects, reduce its durability. There are two directions of increase of durability of the coating. Firstly, it is the primary protection is the creation of concrete with minimal possible on data components mixture water cement ratio that provides reception of concrete with minimum porosity and consequently with maximum durability. Secondly, the secondary protection, providing increased resistance already ready-mixed concrete cover external aggressive actions. In this case against the background of other ways quite promising looks impregnation of the surface concrete integrated structure. Composition must contain multiple components, primarily water repellents, preventing penetration of fluid into the body of the concrete, and finely dispersed silica sol in particular silica, providing reduction of the porosity of the surface layers of concrete by interacting with the free calcium hydroxide. The problem of optimization of impregnation structure and is dedicated to this work.Недостатки дорожных асфальтобетонных покрытий хорошо известны специалистам-дорожникам. Они в основном обусловлены низким модулем упругости асфальтобетона, а также быстрым старением основного компонента асфальтобетона – битума. Как следствие этого явления – сравнительно низкая долговечность покрытия, необходимость его частого ремонта. В известной степени цементобетонные покрытия существенно превосходят по данному показателю асфальтобетонные, в чем убеждает опыт эксплуатации дорог Германии, США и других стран. Правильно подобранный состав бетона, общее соблюдение технологии укладки бетонной смеси, всеобъемлющий контроль качества производства работ, достаточная квалификация инженерно-технического персонала обеспечивают длительную бездефектную работу дорожного цементобетонного покрытия. Однако нарушения при производстве работ или в процессе эксплуатации, особенно в жестких условиях замораживания-оттаивания, насыщения-высушивания, при воздействии солей-антиобледенителей приводят к появлению дефектов покрытия, снижению его долговечности. Есть два направления расчетной долговечности покрытия. Во-первых, это первичная защита – создание бетона с минимально возможным на данных компонентах смеси водоцементным отношением, что обеспечивает получение бетона с минимальной пористостью и, соответственно, с максимальной долговечностью. Во-вторых – вторичная защита, обеспечивающая повышение сопротивляемости уже готового бетона покрытия внешним агрессивным воздействиям. В этом случае на фоне иных способов достаточно перспективным выглядит пропитка поверхности бетонного покрытия гидрофобизирующим и структуроукрепляющим веществом. Состав такого пропитывающего вещества должен содержать несколько компонентов, в первую очередь гидрофобизатор, препятствующий проникновению жидкости в тело бетона, и тонкодисперсный кремнезем, в частности золь кремнезема, обеспечивающий снижение пористости поверхностных слоев бетона за счет взаимодействия со свободным гидроксидом кальция. Проблеме оптимизации пропиточного состав и посвящена данная работа
ДЕФОРМАЦИОННЫЙ МЕХАНИЗМ УПЛОТНЕНИЯ СТРУКТУРНОГО ТЕЛА
Get PDFIn order to prepare soil for sowing of agricultural crops it is necessary to have a number of engineering structures that ensure its qualitative treatment and protection from erosion. Modern equipment do not fully meet the whole complex of specified requirements. Application of tillage machinery being used for main soil cultivation is directed on suppression (destruction) of natural vegetation which is considered as the strongest competitor to cultivated plants. From the other side, vegetation on the Earth’s surface plays an important role for reliable protection of soil from erosion. Destruction of vegetation throughout the whole period of crop tending leads to the fact that the remaining cultivated plants are not able to protect soil from erosion by such natural aggressive factors as rain storms and strong winds. As a consequence, processes of soil structure destruction and losses of entire soil strata and its fertility occur in the geographical (landscape) envelope. Thus, equipment for primary and secondary soil tillage exerts double impact: from one side, killing of weeds takes place, and on the other hand, there is destruction (erosion) of soil structure and profiles of its geographical envelope. The soil, in the understanding of the earth, is the perfect place that gives life to plants and organisms, has a fertility. For the last 50 years analytical scope of physical processes occurring in the soil has been extended, physical methods for investigation of soil properties and application of technical equipment for assessment of physical-mechanical soil characteristics have got widespread use. However, there is no summative investigation on soil physics which includes and reveals thermodynamics, electrophysics and nuclear physics of soils. At the same time an integrated approach for studying such complicated object makes it possible to understand important nature of some processes occurring in the soil and to develop practical measures for fertility improvement and erosion reduction. The paper considers problems pertaining to deformation mechanism while forming soil structure and its compression under influence of external loadings: magnetic, electric, physico-chemical, gravitational and thermal fields and working organs of tillage tools.Для подготовки почвы к посеву сельскохозяйственных культур необходим ряд инженерных конструкций, обеспечивающих качественную ее обработку и защиту от эрозии. Современная техника не вполне соответствует всему комплексу предъявляемых к ней требований. Применение почвообрабатывающей техники для основной обработки почвы направлено на подавление (уничтожение) природной растительности, которая является сильнейшим конкурентом культурным растениям. С другой стороны, растительность на поверхности земли играет роль надежной защиты почвы от эрозии. Уничтожение природной растительности на протяжении всего периода ухода за посевами приводит к тому, что оставшиеся культурные растения не способны защитить почву от эрозии агрессивными природными факторами: дождями ливневого характера и сильными ветрами. Как следствие – в географической (ландшафтной) оболочке происходят процессы разрушения структуры и потеря целых пластов почвы и ее плодородия. Таким образом, техника для основной и дополнительной обработки почвы оказывает двойственное влияние: с одной стороны, производится уничтожение сорняков, с другой – происходит разрушение (эрозия) структуры почвы, профилей ее географической оболочки. За последние 50 лет существенно расширилась область анализа физических процессов, протекающих в почве, получили распространение физические методы исследования ее свойств, увеличилось применение технической аппаратуры в оценке физико-механических характеристик. Однако нет обобщающего исследования по физике почвы, в котором были бы изложены термодинамика, электрофизика и ядерная физика почв. Вместе с тем комплексный подход к изучению такого сложного объекта позволяет понять важнейшую природу ряда процессов, протекающих в почве, и разработать практические мероприятия для повышения ее плодородия и уменьшения эрозии. В статье рассмотрены вопросы деформационного механизма при формировании структуры почвы и уплотнении под воздействием внешних нагрузок: магнитных, электрических, физико-химических, гравитационных и тепловых полей, а также рабочих органов почвообрабатывающих орудий
Моделирование капиллярной усадки и трещинообразование бетона в раннем возрасте
Get PDF. Scientific hypothesis on moistening shrinkage mechanism for cement stone and concrete has been assumed as a basis for the present paper. Physical ideas on a mechanism for cracks volume increment in a concrete model presented as two-level structure have been accepted as a theoretical basis for a calculation method of crack resistance during capillary shrinkage. These ideas are the following: a matrix of hardening cement stone with inclusions and emptiness of various forms (cracks) as result of influences that change an intense deformed state in a point and a volume. The following assumptions have been accepted while making a theoretical justification for a calculation method of shrinkable concrete crack resistance. Following this methodology approaches of fracture mechanics according to a generalized criterion have been applied in the paper. Concrete is considered as an elastic quasi-homogeneous two-component medium which consists of the following parts:a) constructive part: a matrix – a cement stone with structural elements of crushed stone, sand; b) destructive part: emptiness – capillaries cracks and pores (cavities with initial cracks in walls). Emptiness in a matrix and contact zones are presented by a coordinated five-level system in the form and sizes which are multiple to a diameter due to impacts while reaching critical sizes. These critical sizes make it possible to pass from one level into another one according to the following scheme: size stabilization – accumulation delocalization – critical concentration in single volume – transition to the following level. Process of cracks formation and their growth are considered as a result of non-power influences on the basis of crack theory principles from a condition that fields of deformation and tension creating schemes of a normal separation and shift occur in the top part of each crack at its level in the initial concrete volume. Ксij(t) parameter as algebraic amount of critical values Kij in the whole system of all levels of cracks filling canonical volume up to critical concentration has been accepted as a generalized constant of property for concrete crack resistance in time, its resistance to formation, accumulation in volumes of micro-cracks and formation of trunk cracks with critical values. External temperature, moistening long influences create fields of tension in the top parts of cracks. Concrete destruction processes due to cracks are considered as generalized deformedintensed state in some initial volume having physical features which are inherent to a composite with strength and deformative properties. It is possible to realize analytical calculations for assessment of tension and crack resistance of concrete at early age on the basis of a generalized criterion in terms of stress intensity factor due to modern experimental data on capillary pressure value (70 kPa in 180 min after concrete placing). The developed algorithm of calculation allows to consider factors influencing on capillary pressure: type of cement, modifiers and mineral additives, concrete curing conditions.За основу взята научная гипотеза о механизме влажностной усадки цементного камня и бетона. В качестве теоретической основы метода расчета трещиностойкости при капиллярной усадке приняты физические представления о механизме приращения объема пустотности (трещин) в модели бетона, представленной как двухуровневая структура: матрица твердеющего цементного камня с включениями и пустоты различной формы (трещины) как результат воздействий, изменяющих напряженно-деформированное состояние в точке и объеме. При теоретическом обосновании метода расчета усадочной трещиностойкости бетона с использованием подходов механики разрушения по обобщенному критерию приняты следующие допущения. Бетон рассматривается как упругая квазиоднородная двухкомпонентная среда, состоящая из: а) конструктивной части: матрицы – цементного камня со структурными элементами щебня, песка; б) деструктивной части: пустот – капилляров-трещин и пор (полостей с начальными трещинами в стенках). Пустоты в матрице и контактных зонах представлены соподчиненной пятиуровневой системой по форме и размерам, кратным диаметру, под воздействиями по достижении критических размеров, переходящие из уровня в следующий уровень по схеме: стабилизация размеров – делокализация накопления – критическая концентрация в единичном объеме – переход на следующий уровень. Процесс формирования и движения трещин рассматривается как результат несиловых воздействий на основе принципов теории трещин из условия, что в вершине каждой трещины своего уровня в каноническом объеме бетона возникают поля деформаций и напряжений, создающие схемы нормального отрыва и сдвига. В качестве обобщенной константы свойства трещиностойкости бетона во времени, его сопротивления образованию, накоплению в объемах микротрещин и формированию магистральных трещин критических величин принят параметр Ксij(t) как алгебраическая сумма критических значений Kij во всей системе всех уровней трещин-пустот, заполняющих канонический объем до критической концентрации. Внешние температурные, влажностные длительные воздействия создают поля напряжений в вершинах пустот – трещин. Процессы разрушения бетона трещинами рассматриваются как обобщенное напряженно-деформированное состояние в некотором каноническом объеме, обладающем физическими особенностями, присущими композиту с прочностными и деформативными свойствами. Аналитические расчеты для оценки напряженного состояния и трещиностойкости бетона в раннем возрасте на основе обобщенного критерия в терминах коэффициентов интенсивности напряжений возможно реализовать благодаря современным экспериментальным данным о величине капиллярного давления (70 кПа через 180 мин после укладки). Разработанный алгоритм расчета позволяет учесть влияющие на капиллярное давление факторы: вид цемента, модификаторы и минеральные добавки, условия выдерживания бетона
Определение предельного сопротивления дилатирующего грунта сдвигу при помощи искусственных нейронных сетей
Get PDFModern geotechnical pile manufacturing technologies allow to solve many engineering problems in construction with significant economic effect and reduction of work schedule. However a theoretical justification for these technologies is significantly lagging behind from their practical application. A constrained dilatancy factor is considered as the main reserve of pile bearing capacity in loose soils. Understanding of such approach opens a way to improvement of geotechnical pile manufacturing technologies that provide an active impact on base soil and its ultimate stress state which is determined by the ratio of soil resistance to shearing and normal stresses, or main stresses on a shear site at the moment of failure. Determination of total normal stresses in the shearing plane according to density of loose soil, its granulometric composition and constrained dilatancy conditions makes it possible to determine an ultimate resistance of the soil to shear, and, consequently, its strength. The proposed elastic-plastic model of dilatant soil in shear state being realized according to the adopted technology which was developed while using a special dilatometric shearing device has made it possible to obtain additional data on dilatant normal stresses and strength parameters of the soil depending on its density, granulometric composition and constrained dilatancy conditions. The use of artificial neural networks in the mathematical processing of experimental data has permitted to develop an analytical method for determining an ultimate resistance of loose soil to shearing process under constrained dilatancy conditions and carry out calibration of the calculated parameters of the adopted soil model. It has been proved that soil strength is a function of fracture conditions, which are determined by friction and dilatancy. In this case a conventional Coulomb-Mora strength theory for loose soils is valid both for free dilatation conditions and constrained shear but with due account of additional normal dilatant stresses.Современные геотехнические технологии изготовления свай позволяют решать многие инженерные задачи в строительстве со значительным экономическим эффектом и сокращением сроков ведения работ. Однако теоретическое обоснование данных технологий значительно отстает от их практического использования. Фактор стесненной дилатансии является основным резервом несущей способности свай в несвязных грунтах. Его понимание открывает путь к совершенствованию геотехнических технологий изготовления свай, обеспечивающих активное воздействие на грунт основания и его предельное напряженное состояние, которое определяется соотношением сопротивления грунта сдвигу и нормальных напряжений, либо главных напряжений на площадке сдвига в момент разрушения. Определение общих нормальных напряжений в плоскости сдвига в зависимости от плотности несвязного грунта, его гранулометрического состава и условий стесненной дилатансии позволяет найти предельное сопротивление грунта сдвигу, а следовательно, и его прочность. На основании предложенной упругопластической модели дилатирующего грунта при сдвиге, реализованной согласно принятой методике в специально разработанном дилатометрическом сдвиговом приборе, получены экспериментальные данные о дополнительных дилатантных нормальных напряжениях и прочностных параметрах грунта в зависимости от его плотности, гранулометрического состава и условий стесненной дилатансии. Использование искусственных нейронных сетей при математической обработке экспериментальных данных позволило разработать аналитический метод определения предельного сопротивления несвязного грунта сдвигу в условиях стесненной дилатансии и произвести калибровку расчетных параметров принятой грунтовой модели. Доказано, что прочность грунта является функцией условий разрушения, которые определены трением и дилатансией, при этом традиционная теория прочности Кулона – Мора для несвязных грунтов справедлива как для условий свободного дилатирования, так и при стесненном сдвиге, но с учетом дополнительных нормальных дилатантных напряжений