Будівельні конструкції. Теорія і практика

Міцність залізобетонних конструкцій при продавлюванні

2025-12-13T15:37:03+02:00

Продавлювання є одним із можливих видів руйнування залізобетонних конструкцій і виникає при прикладенні зосередженої сили до плит перекриття через площу, спів розмірну з висотою плити. Зокрема, коли колони спираються плити на перекриття, фундаментні плити та інші.
Існуючі методи розрахунку міцності залізобетонних плит на продавлювання базуються на емпіричному підході, який не завжди адекватно оцінює міцність плит і вплив основних факторів. Водночас загальний характер руйнування при продавлюванні та дії поперечних сил на згинальні елементи дозволяє проводити розрахунки на основі загальної моделі.
У цій статті представлено модель розрахунку міцності залізобетонних плит при продавлюванні засновану на загальному підході до розрахунку міцності залізобетонних елементів при дії поперечної сили та продавлюванні.
У рамках розробленої моделі максимальна поперечна сила, що діє на плиту, визначається як сума максимальних поперечних сил, що сприймають дві взаємно перпендикулярні балки змінної ширини. Вважається, що балки навантажені зосередженими силами на відстані від умовної опори, що дорівнює горизонтальній проекції похилих тріщин, які утворюють піраміду продавлювання. Критерієм руйнування балки вважається зсув бетону в стиснутій зоні над критичною похилою тріщиною, а у якості внутрішніх зусиль у похилому перерізі приймаються зусилля в бетоні розтягнутої зони, стиснутої зони на продовженні похилої тріщини і зусилля у поперечній арматурі.
В якості варійованих факторів були прийняті клас бетону за міцністю і відношення довжини площадки передачі зосередженої сили до висоти плити. Міцність бетону варіювалася в діапазоні C12/15…C40/50, відношення розмірів площадки до висоти плити приймалося в діапазоні a_sup/d=0.7...3,0, а коефіцієнт армування 0,010 і =0,015.
В результаті розрахунків встановлено, що розроблений метод правильно відображає вплив на міцність плит при продавлюванні міцності бетону та співвідношення між розмірами зовнішньої пластини для передачі навантаження та висотою плити.

Вплив запізнення приходу вибухової хвилі на динамічну поведінку захисної споруди

2025-12-13T18:35:45+02:00

В статті розглянуто методики розрахунку захисних споруд за дії вибухової хвилі, тиск якої приходить до різних точок в різний час. Розглянуто пофазовий спосіб розрахунку, коли дію серії сил з різним часом приходу розглядають як окремі фази коливань. За початкові умови поточної фази приймаються кінцеві умови (переміщення і швидкості) попередньої фази. Докладно розглянуто систему з однією масою (SDOF-систему), на яку діють сили з різним часом приходу. На кожній фазі спочатку в залежності від правої частини відомого диференціального рівняння знаходять константи частинного і загального рішення диференціального рівняння SDOF-системи. Маючі всі константи, визначають всі значення переміщень на кожній фазі.

Показано, що перевага такого підходу полягає в тому, що незважаючи на будь яку кількість ділянок, на які діють сили в різний час, на кожній фазі вирішується лише одне диференціальне рівняння зі своїми початковими умовами і своїм набором сил. Тому кожний раз знаходяться свої константи з частинного рішення та загального рішень рівняння. Тому кількість ділянок може бути визначена будь якою на думку інженера і якоїсь складності в чисельній реалізації розрахунку система з багатьма розглядуваними силами немає.

Показано, що для одномасової системи різний час приходи динамічної сили не збільшує відгук системи, але така схема використовується, коли багатомасову систему за допомогою модального розкладення розглядають як SDOF-систему для кожної окремої моди з врахуванням різного часу приходу сили, а потім складають відгуки простим підсумовуванням. Показано, чому в лінійних системах підсумовування модальних відгуків в конкретний час коливань є правильним, але просте підсумовування максимальних відгуків не є правильним.

Показано, що пофазовий розгляд коливань системи є правильним, але більш громіздким. Для багатомасових систем за дії імпульсу наведено аналітичну формулу сумарного відгуку на імпульси, які приходять до різних точок в різний час. При цьому розглянуто трикутний імпульс з кінцевим часом дії, а також миттєвий імпульс

Експериментальні дослідження попередньо напружених дерев’яних балок із цільної деревини

2025-12-13T20:09:29+02:00

У статті наведено результати комплексних експериментальних і теоретичних досліджень роботи дерев’яних балок із комбінованим армуванням, у яких одночасно використано сталеву та композитну арматуру. Такий підхід дозволяє поєднати високу міцність і жорсткість сталі з малою вагою композитних матеріалів, що забезпечує раціональне використання матеріалів і підвищення ефективності конструкції.

Основна увага приділена розробленню та практичній реалізації методу створення попереднього напруження в композитній стрічковій арматурі, розташованій у розтягнутій зоні балки. Запропонований спосіб є технологічно простим, не потребує використання складного або дорогого спеціалізованого обладнання, може бути реалізований у лабораторних умовах і на підприємствах малої та середньої потужності. Описано послідовність виконання операцій із попереднього натягування композитної арматури, фіксації її в дерев’яній основі та подальшого виготовлення зразків для випробувань.

У роботі детально представлено методику проведення експериментальних досліджень, включно з описом схеми навантаження, типів вимірювального обладнання, способів фіксації переміщень і деформацій. Визначено закономірності деформування та встановлено особливості руйнування попередньо напружених комбіновано армованих дерев’яних балок. Побудовано експериментальні залежності типу «момент–кривина» та «момент–прогин», які дозволяють кількісно оцінити вплив попе-реднього напруження на жорсткість і міцність елементів.

Результати досліджень підтвердили, що введення попереднього напруження в композитній арматурі суттєво підвищує несучу здатність та жорсткість дерев’яних елементів, зменшує прогини та забезпечує більш рівномірний розподіл напружень у перерізі.

Отримані результати мають важливе прак-тичне значення та можуть бути використані при проєктуванні нових і реконструкції існуючих дерев’яних конструкцій, особливо в будівлях і спорудах із великими прольотами, а також при розробленні нових нормативних документів, рекомендацій і методичних матеріалів щодо розрахунку, виготовлення та підсилення дерев’яних конструкцій із комбінованим армуванням.

Методика експериментального дослідження залізобетонних балок підсилених за допомогою постнапружених канатів

2025-12-18T13:55:07+02:00

У статті представлено методику проведення експериментальних досліджень підсилення залізобетонних балок із застосуванням попередньо напружених арматурних канатів. Розроблена методика базується на принципі підсилення елементів, що дозволяє підвищити їхню несучу здатність та тріщиностійкість без необхідності демонтажу або значного втручання в існуючу конструкцію.

Основна увага приділена технічним аспектам реалізації попереднього напруження канатів, зокрема способам їх закріплення, параметрам натягу, методам контролю напруженого стану. У роботі наведено послідовність проведення експерименту, що включає виготовлення серій дослідних зразків, схеми їх навантаження, методи вимірювання деформацій і фіксації розвитку тріщин.

На даному етапі дослідження виконано розроблення, виготовлення та монтаж випробувальної установки, призначеної для моделювання роботи підсилених залізобетонних елементів у різних режимах навантаження. Створена експериментальна база забезпечує можливість подальшого проведення серії випробувань, спрямованих на якісну та кількісну оцінку впливу попередньо напружених канатів на напружено-деформований стан балок та визначення ефективності запропонованої технології підсилення. Отримані у майбутньому результати стануть основою для формування практичних рекомендацій і вдосконалення методів розрахунку підсилених залізобетонних конструкцій.

Основною метою даної роботи є сприяння розвитку та впровадженню даної технології. Дослідження спрямоване на вдосконалення методики підсилення залізобетонних конструкцій і створення наукових передумов для оновлення нормативної бази, що забезпечить ефективне проєктування, під-вищення надійності та довговічності буді-вельних об’єктів в Україні.

Адаптація принципів сейсмостійкості для забезпечення вибухостійкості висотних будівель

2025-12-18T15:02:59+02:00

Проаналізовано стратегічну необхідність та інженерні механізми адаптації принципів сейсмостійкого проєктування для забезпечення вибухостійкості багатоповерхо-вих будівель в умовах війни в Україні. Ключовою метою є запобігання прогресуючому обвалу (ПО) конструкцій, спричиненому локалізованими імпульсивними навантаженнями, які радикально відрізняються від циклічних сейсмічних впливів, але, як і вони, вимагають залучення пластичної (пост-граничної) поведінки матеріалів в будівельних конструкціях.

В умовах триваючого військового конфлікту в Україні проєктування висотних будівель вимагає кардинальної перебудови, зміщуючи фокус із традиційних гравітаційних та сейсмічних навантажень (ДБН В.1.1-12:2014, ДБН В.2.2-41-2019) на екстремальні імпульсивні навантаження від вибухів. Основна загроза – прогресуючий обвал (ПО), що виникає після локального руйнування ключового елемента. Згідно з європейськими стандартами (Eurocode EN 1991-1-7), інженерна мета змінюється: не запобігання пошкодженню, а запобігання його непропорційному поширенню.

Введення нових ДБН В.2.2-5:2023, які радикально підвищили розрахунковий тиск вибуху до 100 кПа для захисних споруд, неявно змушує інженерів використовувати методи нелінійного динамічного аналізу (NDA). У статті обґрунтовується, що принципи сейсмостійкого проєктування – дуктильність та надмірність – є критичною основою для підвищення вибухостійкості, незважаючи на відмінності у частотних характеристиках навантажень.

Ключовим рішенням є гібридизація національних вимог з міжнародними методиками протидії ПО, зокрема методами альтернативного шляху навантаження (AP) та впровадження в’яжучих зусиль (Tie Force, TF), які забезпечують структурну цілісність після видалення вертикальної опори, реалізуючи катанійну дію плит. Це вимагає адаптації критеріїв прийнятності ASCE 41 та використання інноваційних матеріалів, як-от Ультрависокопродуктивний сталефібробетон (UHPFRC), для ефективного посилення конструкцій.

Дослідження підсумовує необхідність гібридизації українських вимог до локальних захисних споруд з міжнародними методиками загальної структурної стійкості для забезпечення комплексної та високорівневої безпеки висотних будівель.

Аналіз роботи на зсув з’єднань зі шпонками з деревени твердих порід у стиках стін з пкд панелей

2025-12-18T16:10:16+02:00

Розробка багатоповерхового дерев'яного будівництва вимагає контролю та мінімізації деформацій як елементів каркаса будівлі, так і їх з'єднань. Це особливо важливо для будівель з CLT-панелей або ПКД панелей, коли оптимізація каркаса будівлі та мінімізація витрат матеріалів зводиться до будівництва частин стінової панелі над віконними та дверними отворами у вигляді окремих деталей. Також поділ ПКД панелей на дрібні фрагменти або деталі каркасу часто проводиться для спрощення логістики чи зменшення залишків матеріалу при розкрої великої плити у виробництві. Така деталізація каркасу вимагає досягнення монолітного з'єднання відправних марок ПКД панелей, що вимагає великої кількості гвинтів, що є надзвичайно дорогим, особливо для країн Східної Європи. Деформативність з'єднань дерев'яних конструкцій мінімальна в клейових з'єднаннях та з'єднаннях на вклеєних стрижнях. Аналіз жорсткості та міцності з'єднань між ПКД панелями на пластинчастих конекторах чи шпонках з деревини твердих листвяних порід і результати випробувань, розглянуті в цій публікації, доводять ефективність та перспективність цього типу з'єднання. Це особливо сьогодні актуально при використанні сучасних методів різання деталей каркаса з високою розмірною точністю на автоматизованих лініях різання, яке відбувається у відповідності до завантаженої моделі каркасу будівлі. Також шпонкові з'єднання можуть використовуватись у стиках колон чи балок з ПКД панелями для забезпечення сумісної роботи те економії великої кількості нагельних з'єднувальних елементів. Проведені експериментальні дослідження виконувались з урахуваннях аналогічних досліджень в інших постановках європейських дослідників і порівнювались з отримані результати (Україна).

У публікації представлені результати випробувань, проведених з дубовими шпонко-вими у стиках CLT-панелей, та порівнюються з результатами аналогічних досліджень з використанням алюмінієвих шпонкових з'єднань та з'єднань з великою кількістю гвинтів у з'єднаннях з накладками. Аналіз деформаційної поведінки з'єднань у каркасах багатоповерхових будівель з CLT-панелей вимагає особливої уваги та пошуку нових рішень для з'єднань та їх компонентів. Наразі шпонкові з'єднання різних виробників пропонуються з різними геометричними варіаціями, що спрощують їх монтаж під час складання каркаса будівлі, а іноді навіть дозволяють затягувати з'єднувані компоненти за допомогою клиноподібних поверхонь.

Розрахунок на вогнестійкість конструктивних вузлових з’єднань ЗА ЄВРОКОД

2025-12-19T13:04:39+02:00

Належна оцінка структурної вогнестійкості будівельних конструкцій вимагає точного механічного моделювання роботи матеріалу з урахуванням термічної повзучості в реакції матеріалів на напруження-деформацію при підвищених температурах. Розроблені скінченно-елементні моделі вогнезахищених конструкцій із застосуванням різних типів покриттів [6]. З урахуванням особливостей деревини як конструкційного матеріалу на прикладі нагельних вузлових з’єднань представлено огляд робіт та моделей роботи вузлів.

Огляд проведено на основі наведених в літературі експериментальних результатів та їх застосування до моделей вузлових з’єднань в умовах підвищених температур. Розглядувані в огляді роботи надають великий фактичний матеріал стосовно моделей несучої спроможності з’єднання нагельного типу та його жорсткості.

На сьогодні ці питання досліджуються багатьма дослідниками. Детально аналізується двокомпонентна модель, на основі якої проведено порівняння серії зразків за нормальних умов експлуатації та в умовах пожежі, отримані відповідні коефіцієнти напружень за різного ступеню вогневого впливу. Як граничні стани нагельного з’єднання розглядаються втрата міцності через пластичний згин нагеля в нагельному гнізді при зминанні деревини стінки отвору.

Аналіз чисельних експериментів надає можливість переконатися в надійності чинних правил і норм проектування [1, 2] та імплементованих до них національних норм проектування [3-5], а також дозволяє виявити недоліки та межі застосування правил проектування вогнестійкості стосовно цього виду з’єднання. Результати підкреслюють необхідність включення дійсної роботи нагелів у з’єднаннях дерев’яних конструкцій до сучасних удосконалених структурних розрахунків на вогнестійкість та в інженерну практику. В огляді розглядається приклад симетричного з’єднання з двома площинами зсуву, реалізація скінченно-елементної моделі та отримані результати.

На сьогодні застосування розрахункових методів оцінки вогнестійкості пов’язане із впровадженням новітніх програмних обчислювальних комплексів, зокрема таких як Ліра-САПР, Ansys Mechanical, Comsol Multi-physics, IdeaStatiсa та інші [6, 8, 9]. Нові дослідження дозволяють вдосконалити інформаційні бази для створення інструментів чисельного моделювання складних споруд на шляху гармонізації міжнародних і національних стандартів України в галузі будівництва при урахуванні дійсної жорсткості вузлів дерев’яних конструкцій в умовах температурних впливів.

Рамні каркаси з композитних металодерев’яних двотаврів з гофрованою сталевою cтінкою

2025-12-19T13:43:12+02:00

Рамні конструкції з композитних сталево-дерев'яних двотаврових балок з поперечно гофрованими сталевими стінками є інноваційним композитним рішенням у будівельній галузі, що поєднує міцність сталі та екологічність деревини. Ці конструкції мають значні переваги, зокрема високе співвідношення міцності до ваги, поліпшені теплові та акустичні властивості, підвищену сейсмостійкість та корозійну стійкість. З економічної точки зору, їх використання призводить до зниження загальних витрат на будівництво завдяки меншій власній вазі, високій технологічності та простоті монтажу.

Поєднання тонкої профільованої сталевої стінки та масивних дерев’яних поясів забезпечує оптимальне використання фізико-механічних властивостей обох матеріалів, підвищуючи несучу здатність і жорсткість елементів за одночасного зменшення їхньої маси у 2–3 рази порівняно з традиційними металевими або суцільними дерев’яними балками. Розкрито технологічні аспекти виготовлення елементів постійного та змінного перерізу, включаючи механічне пресування гофрованої стінки в деревину та клеєві з’єднання на основі двокомпонентних епоксидних сумішей. Можливість варіювати висоту перерізу рамних каркасів дає змогу оптимізувати витрати матеріалу залежно від епюри згинальних моментів, що збільшує ефективність конструкцій. Показано переваги таких конструкцій у теплоізоляції та запобіганні утворенню теплових містків, у підвищенні акустичного комфорту, довговічності та корозійній стійкості завдяки використанню оцинкованої сталі.

Для України впровадження рамних конструкцій із композитних метало-дерев'яних двотаврових балок має стратегічне значення. Вони сприятимуть підвищенню конкурентоспроможності вітчизняного виробництва, зменшенню залежності від імпортних матеріалів і технологій, а також підтримці розвитку науково-технічного потенціалу країни. Подальший розвиток і стандартизація цих конструкцій відкривають широкі перспективи для створення енергоефективних, надійних і економічно вигідних будівель, що має вирішальне значення в контексті реконструкції та модернізації інфраструктури

Експериментальне випробування плити перекриття складної геометрії, виконаної за допомогою технології 3DCP

2025-12-19T14:08:39+02:00

У статті наведено результати комплексного експериментального дослідження залізобетонної тонкостінної плити складної геометрії, виготовленої методом 3D-друку бетоном (3DCP). Метою роботи є оцінювання напружено-деформованого стану, жорсткісних характеристик та загальної працездатності плити з внутрішньою структурою, сформованою на основі принципів раціонального перерізу та топологічного формоутворення. Досліджуваний зразок розміром 2200×2200 мм містив систему криволінійних ребер та комірчастих порожнин, надрукованих шарами завтовшки 20 мм. Така геометрія забезпечувала перерозподіл матеріалу відповідно до очікуваних полів напружень та мала на меті покращення конструктивної ефективності при зменшенні маси.

Випробування здійснювались на жорсткому просторовому сталевому стенді з опиранням плити по контуру. Навантаження прикладалося поетапно шляхом укладання чавунних мірних блоків масою 21 кг та важких бетонних блоків ФБС масою 518 кг, що забезпечували еквівалентне рівномірно розподілене навантаження. Загалом виконано 12 етапів навантаження з витримкою 15 хв на кожному кроці, а максимальний тиск на поверхню становив 25.06 кН/м². Геометричну деформативність контролювали трьома високоточними прогиномірами (0.01 мм), тоді як локальні деформації фіксували десять тензометричних датчиків із базою 20 мм, наклеєних у характерних зонах верхньої та нижньої поверхонь плити.

Аналіз отриманих результатів показав, що плита працює у межах лінійно-пружної деформативності в усьому діапазоні навантажень. Максимальний прогин у центрі досяг 2.06 мм, а після повного розвантаження зменшився до 0.63 мм, що підтверджує значну частку зворотних деформацій та відсутність пошкоджень у матеріалі. Показання тензодатчиків засвідчили рівномірний розвиток стискаючих і розтягуючих деформацій, їх кореляцію з полем згинальних моментів та відсутність локальних зон концентрації напружень. Деформаційні криві не містили стрибків або аномалій, що вказує на цілісність міжшарових з’єднань і відсутність ознак руйнування.

Отримані результати підтверджують ефективність застосування технології 3DCP для створення несучих плит перекриття складної внутрішньої структури, демонструють високу жорсткість та надійність друкованого елемента й підкреслюють перспективи розвитку топологічно оптимізованих залізобетонних конструкцій у сучасному будівництві.

Вплив часу перемішування бетонних сумішей на деформативні характеристики конструкційних бетонів

2025-12-19T22:00:41+02:00

Дана наукова робота є продовженням досліджень [1], які пов’язані з визначенням класу конструкційних бетонів при різних часах перемішування бетонної суміші. Встановлений вплив часу перемішування бетонної суміші на міцністні характеристики бетонів. В результаті випробувань міцності зразків-кубів та призм встановлені класи бетонів за міцністю на вісьовий стиск.

Однак в літературних джерелах присутні данні про вплив деформативності бетонів на визначення їх класу за міцністю шляхом дослідження модуля пружності бетонів. Тому постає питання дослідження деформативних характеристик бетонів та їх порівняння з міцністними характеристиками. За результатами цих двох досліджень може бути визначений остаточний клас бетону.

Аналіз сучасного стану розробки та дослідження бетонів показав, що одним з факторів, які впливають на визначення класу бетону за міцністю - є визначення модуля пружності бетонів, який характеризує його деформативні характеристики.

В лабораторних умовах були проведені дослідження модуля пружності і класу бетону при часі перемішування бетонної суміші 480, 300, 180 і 90 секунд відповідно. Для цього виготовлювали та випробували 20 зразків-призм розмірами 100х100х400 (висота) мм. При визначенні класу бетону враховували також несилові (об’ємні) деформації бетону та вартість виготовлення 100 м³бетонної суміші виходячи з витрат електроенергії за час перемішування суміші.

В результаті проведення досліджень визначено, що для отримання гарантованого класу конструкційного бетону не менш С16/20 (В20) оптимальний час перемішування бетонної суміші складає 180с.

Мета роботи полягає в дослідженні деформативних характеристик конструкційних бетонів в залежності від часу перемішування бетонної суміші та їх впливу на визначення класу бетону по міцності на стиск.

Технологія ТЕСОREP та можливості її адаптації для повоєнної України

2025-12-19T23:07:00+02:00

У статті досліджено сучасні технології демонтажу висотних будівель у контексті переходу світових мегаполісів до принципів циркулярної економіки та підвищення вимог до екологічної безпеки будівельних процесів. У статті проведено розширений огляд історії розвитку методів демонтажу. Особливу увагу приділено інноваційній японській технології внутрішнього демонтажу хмарочосів TECOREP (Taisei Ecological Reproduction System), розробленій компанією Taisei Corporation для умов надщільної міської забудови. Метод передбачає поступове внутрішнє розбирання поверхів із використанням металевих тимчасових опор та домкратних систем, що забезпечує контрольоване зменшення висоти будівлі без застосування зовнішньої важкої техніки чи вибухових робіт. У дослідженні проаналізовано особливості технологічного процесу, переваги TECOREP щодо зменшення викидів, шуму та пилу, можливості відновлення й повторного використання будівельних матеріалів, а також обмеження, пов’язані з геометрією фасадів і конструктивною системою споруд.

Окремо розглядається потенціал застосування технології TECOREP в Україні в умовах післявоєнного відновлення міст, де значна кількість висотних будівель була частково або повністю зруйнована внаслідок бойових дій. Показано, що внутрішній демонтаж дозволяє виконувати роботи у щільній забудові, мінімізуючи небезпеку для населення, транспортної інфраструктури та будівель, які збереглися поруч. Враховуючи масштаб руйнувань та необхідність переробки мільйонів тонн будівельного сміття, обґрунтовано, що впровадження подібних технологій сприятиме формуванню екологічно орієнтованої системи реконструкції міст, зниженню антропогенного навантаження й розвитку ринку вторинних будівельних матеріалів.

Результати дослідження можуть бути корисними для фахівців у галузі будівництва, урбаністики, екологічної інженерії та для органів державного управління, що займаються питаннями відновлення та модернізації міських територій.

Технологічні аспекти зведення бетонної оболонки за допомогою 3D-друку бетоном

2025-12-19T23:49:19+02:00

У статті основна увага приділена технологічним аспектам виготовлення залізобетонної оболонки за допомогою 3D-друку бетону в поєднанні з полістирольною опалубкою. Було проведено комплексний огляд літератури для аналізу останніх досягнень у методах адитивного виробництва оболонкових конструкцій, з особливим акцентом на розробці та застосуванні гнучких та незнімних опалубочних систем. Було реалізовано покрокову процедуру виготовлення тестового елемента оболонки, включаючи створення цифрової параметричної моделі, а потім виготовлення спеціальної полістирольної форми. Форму було зібрано з використанням шаруватих пінопластових листів, які були вирізані за заздалегідь визначеними шаблонами, склеєні за допомогою клеїв та вручну вдосконалені для забезпечення геометричної точності.

Цифрову модель було оброблено в програмному забезпеченні CAD та перетворено у формат, придатний для слайсування. Операція слайсування була виконана для визначення висоти шару, напрямку друку та траєкторій руху сопла. На основі згенерованого G-коду для виконання процесу адитивного нашарування було використано роботизований бетонний принтер (консольного типу, «UTU 3D»). Бетон укладався шар за шаром на попередньо встановлену пінополістирольну форму, починаючи з нижнього кільця, яке було армовано вбудованими сталевими стрижнями для розміщення вантажопідйомних гаків. Тиксотропна бетонна суміш використовувалася для підтримки стабільності кожного нанесеного шару та запобігання сповзання по криволінійній поверхні форми. Були введені короткі паузи між шарами для керування твердінням та підтримки міжшарового зчеплення.

Готовій оболонці дали затвердіти в нормальних умовах до досягнення бажаної структурної міцності. Дослідження підтвердило доцільність та ефективність поєднання опалубки на основі полістиролу та 3D-друку для створення тонкостінних криволінійних бетонних конструкцій, що пропонує значний потенціал для використання як в експериментальних, так і в промислових цілях у будівельній галузі.

Подальші дослідження спрямовані на проведення повномасштабних випробувань оболонки під дією кваз-рівномірного статичного навантаження з метою визначення несучої здатності та деформативності конструкції.

Вплив технологічних факторів на властивості реакційних порошкових бетонів на основі шлакопортландцементу, активованого лугами

2025-12-20T08:16:54+02:00

Розробка реактивного порошкового бетону (РПБ) на основі портландцементів, що містять різну кількість гранульованого доменного шлаку та активовані розчинними силікатами натрію, має глобальне значення з точки зору захисту об'єктів критичної інфраструктури.

У статті встановлено фактори впливу на кінетику набору міцності, власні деформації усадки та на ударну міцність реакційно-порошкових бетонів при використанні метасилікату натрію пентагідрату як лужного активатора у різному агрегатному стані (порошок, розчин), а також розчинних силикатів натрію з силікатним модулем Мс = 2…3. Показано, що зміна співвідношення між шлакопортландцементом і піском від 1:3 до 1:1 та використання метасилікату натрію у вигляді порошку забезпечує отримання піщаного бетону з міцністю на стиск 35.7, 63.8, 87.5, 118.1 та 123.9 МПа через 1, 3, 28, 180 та 360 діб відповідно.

Використання метасилікату натрію у вигляді водного розчину значно прискорює кінетику набору міцності і забезпечує міцність 52.3, 85.0, 108.7, 126.1 та 141.1 МПа через 1, 3, 28, 180 та 360 діб відповідно. Використання розчинного скла з Мс = 2.6 дозволило отримати надшвидкотверднучі високоміцні реакційно-порошкові бетони з міцністю на стиск 19…28, 32.1…45.7, 91.1…129.8 та 102.9…144.6 МПа через 3 години, через 1, 28 і 360 діб відповідно. Введення дрібнодисперсного кальциту зменшило усадку при висиханні РПБ, в 1.2...1.6 рази. Зменшення вмісту портландцементу у шлако-цементній суміші з 45 до 5% мас. при силікатному розчинного скла 2.6...2.7 зумовило незначне зниження ранньої межі міцності на стиск надшвидкотверднучого РПБ, проте забезпечило суттєве підвищення межі міцності на стиск з 112.5 МПа до 132.4 МПа через 28 діб. В'язке руйнування через 28 діб підтверджується кращим коефіцієнтом крихкості 5.3...5.9 та на 10.5…28.7% вищою ударною міцністю зразків на метасилікаті натрію та дисилікаті натрію порівняно з аналогом на основі традиційного цементу. Одержано РПБ зі стабільною довготривалою міцністю, високою ударною в'язкістю та зменшеною усадкою при висиханні. Введення відбілювачів у вигляді СаСО₃ та мінеральних пігментів дозволяє отримувати декоративні РПБ. Вказано на можливість отримання виробів екструзією та 3D-друком на основі лужно-активованих РПБ з визначенням основних технологічних параметрів процесу.

Аналіз методик розрахунку проникної дії основних видів боєприпасів та осколкового ураження конструкцій захисних споруд

2025-12-20T08:31:10+02:00

У поточних реаліях, що склалися внаслідок повномасштабної збройної агресії рф проти України, а також з огляду на стрімкий технологічний розвиток високоефективних засобів ураження, проблематика забезпечення надійності та стійкості фортифікаційних і захисних споруд набула безпрецедентної актуальності. Критичним завданням інженерного захисту стає протидія широкому спектру загроз, що включає проникну дію куль стрілецької зброї, кумулятивних струменів, бронебійних снарядів, а також руйнівний вплив осколково-фугасних боєприпасів.

Вплив цих факторів не обмежується лише локальними пошкодженнями, такими як пробиття чи відкол елементів конструкції. Він визначає загальну живучість об'єкта — його здатність зберігати цілісність, несучу здатність та основні функціональні характеристики безпосередньо під час інтенсивного вогневого впливу. Для прогнозування поведінки споруд використовується широкий спектр методик: від аналітичних та емпіричних підходів до складного чисельного моделювання.

Достовірність та точність таких прогнозів напряму залежать від комплексного врахування вхідних параметрів. По-перше, це кінематичні характеристики вражаючих елементів: їхня маса, вектор швидкості, кут зустрічі з перешкодою та форма. По-друге, вирішальну роль відіграють фізико-механічні властивості матеріалів самої перешкоди, зокрема динамічна міцність, гранична пластичність, ударна в’язкість та ступінь гетерогенності структури (наприклад, у залізобетоні). По-третє, важливими є геометрія та конструктивні рішення захисних елементів, такі як багатошаровість або наявність рознесеного бронювання.

У практичній площині існує чіткий розподіл застосування методів розрахунку. Емпіричні формули, завдяки своїй простоті, є незамінними на етапах ескізного проєктування для отримання швидких, хоча й наближених оцінок. Натомість сучасні чисельні методи, що реалізуються через метод скінченних елементів (МСЕ) дозволяють з високою точністю відтворити механізми взаємодії снаряду з конструкцією у часі та просторі.

Історія виникнення та розвитку сендвіч-моделі для розрахунку мембранних, оболонкових та плитних елементів згідно з EN 1992-1-1:2023

2025-12-20T08:55:36+02:00

Вперше в європейських нормах проектування бетонних конструкцій, зокрема в Додатку G (обов’язковий), у новій версії Єврокоду EN 1992-1-1:2023 приділено прицільну увагу проектуванню мембранних, оболонкових та плитних елементів та пропонується сучасний підхід для їх розрахунку.

У якості методу оптимального розрахунку залізобетонних оболонок, плит та мембран в Додатку G пропонується, так звана, сендвіч-модель – коли оболонка представляється як тришарова модель з двох несучих шарів (верхній і нижній) та проміжного шару між ними.

При розрахунку за сендвіч-моделлю – просторова задача (згин + крутіння + мембранні зусилля) перетворюється у дві мембранні задачі для верхнього та нижнього шарів. Тобто перетворення просторового напруженого стану на два шари (верхній і нижній) з еквівалентними мембранними напруженнями.

Модель сендвіча – це строга механічна модель, яка дозволяє звести складну просторову задачу (оболонка з комбінованими зусиллями) до двох незалежних плоских задач (мембранні елементи у верхньому та нижньому шарах) через статично еквівалентне перетворення зусиль у напруження.

Сендвіч-модель базується на перетворенні комбінації зусиль (мембранних, згинальних і крутних) у статично еквівалентну систему плоских напружень, які діють у верхньому та нижньому шарах моделі.

Основні припущення методу:

тришарова модель: оболонка представляється як конструкція з двох несучих шарів (верхній і нижній) та проміжного шару між ними
статична еквівалентність: внутрішні зусилля перетворюються у плоскі напруження так, щоб зберегти повну статичну рівновагу
незалежний розрахунок шарів: кожен шар (верхній і нижній) розраховується окремо як мембранний елемент згідно п. G.3

Формулювання, що представлені в Додатку G EN 1992-1-1:2023 у пунктах G.3 та G.4, узгоджуються з пунктами та положеннями щодо проектування у розділі 8 (Граничні стани міцності (ULS)) основного тіла документу, а пункт G.5 містить додаткові положення до 9.2 (Контроль тріщин) зазначених норм. Додаток G охоплює проектування плоских елементів без розривів бетонного масиву на окремі частини. При цьому можуть бути використані інші, більш вдосконалені методи розрахунку, що відповідають п.7.3.3 (Пластичний аналіз) або п.7.3.4 (Нелінійний аналіз) Єврокоду 2.

Таким чином, Додаток G (Проектування мембранних, оболонкових та плитних елементів) не замінює, а доповнює основні розділи Єврокоду 2, а саме – загальні принципи, матеріали (діаграми σ-ε), розрахунок перерізів на ULS, тріщиностійкість та SLS

Аналіз деяких випадків руйнувань житлових будинків внаслідок бойових дій

2025-12-20T09:40:47+02:00

Дуже актуальною в Україні є проблема руйнувань житлової інфраструктури внаслідок агресії Російської Федерації. Якщо будинки підлягають капітальному ремонту, то вони можуть мати різні ураження, від великих до відносно не значних. Також при обстеженнях часто наявні наслідки тривалих пожеж, котрі не гасилися і конструкції від вогню втратили повністю несучу здатність. Такі ураження можуть носити важкий характер і локалізуватися в межах, чарунок каркасу, квартир, кімнат в нижніх поверхах, що унеможливлює виконання радикальних дій., Наприклад заміна конструкцій могла б вимагати демонтажу розашованих вище поверхів, що не є доцільним.

В даній статті наведені приклади уражень, з якими довелося стикнутися на практиці при розробці проектів капітального ремонту. Вказані аспекти більш глибоких проблем, які не є очевидними на перший погляд. Недостатнє врахування цих факторів призводить до прийняття невідповідних рішень, які потребуюь коригування в процесі робт. Це фактично призводять до збільшення витрат на капітальний ремон, які були попередньо не враховані.

В статі наведені рекомендації щодо прийняття оптимальних а часто і єдино можливих рішень при розробці проектів капітального ремонту будівель.

Аналіз динамічної поведінки каркасної будівлі з урахуванням багатошаровості ґрунту основи

2025-12-20T16:46:21+02:00

Досліджено вплив навантаження від рухомого складу на двадцятитрьох-поверхову каркасну будівлю, що розташована поблизу руху залізничних потягів у міській забудові. Математичне моделювання динаміч-ної поведінки багатоповерхових будівель при дії навантаження від рухомого складу виконано за допомогою чисельної методики, що складається з двох етапів.

На першому етапі у програмному комплексі NASTRAN сформована скінченно-елементна модель багатошарової ґрунтової основи разом їз баластовою призмою у вигляді плоского пружнопластичного напівпростору довжиною 200 м і глибиною 30 м. При цьому використаний реальний геологічний розріз, утворений з п’яти шарів з різними фізичними характеристиками. Навантаження від рухомого складу подано у вигляді вертикального періодичного збурення, зосередженого в центрі мас системи, що складається з рами візка, колісних пар вагону вантажного потягу та баластової призми.

Модальний аналіз ґрунтової основи і баластової призми виконано методом Ланцоша. Досліджено вплив навантаження від рухомого складу на динамічну поведінку ґрунтової основи методом Рунге-Кутти четвертого порядку. Визначені горизонтальні і вертикальні переміщення та прискорення грунту на різних відстаннях і глибинах моделі основи від осі залізничної колії. На другому етапі у програмному комплексі SCAD створена 3D модель монолітної каркасної будівлі. Модальний аналіз споруди виконано методом ітерацій підпросторів. Розглянуто два варіанти розрахунку багатоповерхової будівлі. Перший розрахунок виконаний на дію розрахункових сполучень навантажень: постійних, тривалих, короткочасних (снігове, вітрове навантаження).

У другому варіанті розрахунку за допомогою спектрального методу досліджено напружено-деформований стан будівлі при дії розрахункових навантажень та кінематичного збурення ґрунту, прикладеного по висоті фундаменту будинку у вигляді векторів прискорень. Прискорення враховані у двох напрямках і додані у розрахункові сполучення по двох напрямках вітрового впливу.

Виконано порівняння двох варіантів розрахунку для перевірки надійності і конструктивної безпеки будівлі.

Раціональні сталеві конструкції навісів над трибунами стадіонів із використанням зварних двотаврів із змінною шириною полиці і висоти стінки

2025-12-20T17:11:40+02:00

Розроблено удосконалений методичний підхід для визначення оптимальної конструктивної форми консольної зварної сталевої двотаврової балки зі змінною шириною полиці та висотою стінки при комбінованому навантаженні: рівномірно розподіленому по довжині та зосередженому згинальному моменті, прикладеному на вільному кінці. Такі сталеві конструкції демонструють високу ефективність використання сталі, виступаючи основними несучими елементами покриттів над трибунами стадіонів.

Ефективність конструкції досягається завдяки перерозподілу сталі по довжині елемента та по висоті поперечного перерізу з метою досягнення оптимальної конструктивної форми. Підбір оптимальної конфігурації базується на числових дослідженнях визначення раціонального градієнта змінності висоти балки та підбору значення градієнта ширини полиці з урахуванням виконання умов міцності для кожного перерізу. Вважається, що раціональний розподіл сталі по висоті перерізу відповідає оптимальному співвідношенню площі полиці і стінки за критерієм мінімізації витрат сталі на кожну елементарну ділянку балки.

Задача оптимізації зварного двотавра конічної форми при прийнятих умовах навантаження з лінійною зміною ширини полиці та висоти стінки сформульована традиційно як однокритеріальна задача умовної оптимізації, в якій критерієм є мінімізація витрат сталі за умов дотримання умов міцності у кожному поперечному перерізі (що залежать від градієнтів змінності ширини полиці та висоти стінки при комплексному навантаженні).

Задача вирішується з метою дотримання обмежень умов міцності та визначення граничних значень градієнта зміни висоти стінки та ширини полиці в поперечному перерізі сталевої двотаврової балки для узагальненої схеми навантаження. Проведено числові дослідження для визначення градієнтів змінності висоти стінки та ширини полиці за критерієм мінімізації витрат сталі та дотримання умов міцності в кожному перерізі вздовж довжини конструкції.

Отримані результати показують, що оптимальним градієнтом змінності висоти перерізу є γ_h ≤0,6 при P₁l/M_x,0≤2,0 та γ_h ≤0,5 при P₁l/M_x,0≤1,0. Встановлено, що при P₁l/M_x,0≤0,25 та γ_h ≤0,9 умови міцності виконуються для всіх перерізів раціональної конструктивної форми зварної сталевої балки. Розроблено методологічний підхід до вирішення такого типу задач в узагальненому вигляді.

Дослідження роботи фібробетону при короткотривалому стиску

2025-12-20T18:23:41+02:00

При проектуванні та подальшому будівництві як за кордоном так і у вітчизняних проектах все частіше застосовують бетон армований різними типами і видами волокон - фібробетон, який має у порівнянні зі звичайним бетоном підвищені характеристики міцності та багато інших властивостей, що вказують на покращення його фізико-механічних характеристик.

Застосування бетонів з вмістом фібри під час виготовлення різноманітних конструкцій і окремих їх елементів постійно зростає. Поєднання властивостей окремих компонентів, що входять до складу фібробетону, створює і форм матеріал з покращеними експлуатаційними якостями. Як композиційний матеріал, фібробетон значною мірою залежить від типу та різновиду фібри, що вводиться до його структури, адже саме вона визначає основні характеристики готового композиту.

Серед різних видів волокон сталева фібра вважається однією з найбільш ефективних та поширених з економічної точки зору так із точки зору доступності у різних куточках нашої держави.

Різні види фібр використовують при виготовлені елементів і конструкцій з фібробетону для підвищення характеристик виробу.

Відсоток армування фібрами елементів з фібробетону значною мірою впливає на властивості виготовленого зразка чи конструкції в цілому.

Властивості сталефібробетону також багато в чому залежать від обраного відсотка армування, який розраховується перед початком виготовлення конструкції.

Сталефібробетон, в порівнянні зі звичайним бетоном, має підвищену міцнісні і деформативні характеристики [5,7,9]. Це сприє. Це впливає на економічну складову вартості конструкції при виготовленні і подальшій експлуатації, так як вимагає у подальшому меншого догляду та можливих поточних ремонтів при експлуатації.

З метою глибшого аналізу впливу кількості, типу та характеристик металевих волокон на осьовий тиск було виконано експериментальні дослідження, результати яких наведено нижче.