- •ВВЕДЕНИЕ
- •1.1. Классификация наук
- •1.2. Строительная наука, её особенности и задачи
- •1.4. Основы методологии научных исследований
- •2.1. Строительные конструкции как системы
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •4.1. Полнота использования теоретической модели
- •4.2. Исследование изменчивости прочности арматуры
- •Контрольные вопросы
- •5.1. Прочность бетона в конструкции и опытных образцах
- •5.3. Системная модель прочности кубических образцов
- •Контрольные вопросы
- •6.1. Конструктивные особенности расчетных сечений
- •6.2. Исследования внутренних фрагментов
- •6.3. Исследования наружных фрагментов
- •Контрольные вопросы
- •7.2. Принципы системного исследования
- •Контрольные вопросы
- •8.1. Расчет регулярных систем
- •8.2. Расчет нерегулярных систем
- •Контрольные вопросы
- •9.1. Особенности традиционного метода проектирования
- •9.2. Основы метода системного проектирования
- •Контрольные вопросы
- •10.1. Шпоночные швы как системы
- •10.2. Надежность одиночных бетонных шпонок
- •10.3. Особенности взаимодействия сборных плит перекрытия
- •10.4. Модели надежности шпоночных швов
- •10.5. Пример расчета шпоночного шва на надежность
- •Контрольные вопросы
- •11.2. Функциональные особенности системы перекрытия
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •13.2. Модели расчёта системы настила с ригелем
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •15.2. Механизм распорного взаимодействия элементов
- •15.3. Надёжность взаимодействия элементов
- •Контрольные вопросы
- •16.1. Обоснование вероятностной природы распоров
- •16.2. Расчет распорных усилий методом сил
- •17.1. Пространственные системы перекрытий
- •17.2. Перекрытия с применением арочного профнастила
- •Контрольные вопросы
- •18.1. Конструктивные особенности деревоплиты
- •18.2. Системный анализ деревоплиты
- •18.3. Расчётная схема деревоплиты
- •18.4. Пример расчёта и выводы
- •Контрольные вопросы
- •19.1. Резервы совместной работы свай с ростверком
- •19.2. Анализ исходных данных
- •19.3. Решение задачи
- •Контрольные вопросы
- •20.1. Особенности расчета прочности по наклонным сечениям
- •20.2. Нормативные требования и расчётная схема
- •20.4. Анализ опытных данных
- •20.5. Результаты проверочных расчётов
- •Контрольные вопросы
- •21.1. Влияние поперечного армирования безбалочных перекрытий на надежность
- •21.2. Прочность наклонных сечений при продавливании
- •21.3. Результаты экспериментальных исследований
- •22.1. Анализ расчётной модели
- •22.2. Рекомендации по учёту масштабного фактора
- •22.3. Пример расчёта
- •23.1. Вопросы анкеровки арматуры
- •Контрольные вопросы
- •24.1. Обоснование исследования
- •24.3. Механизм взаимодействия элементов покрытия
- •24.5. Перераспределение усилий в элементах системы
- •24.6. Устойчивость элементов сжатого пояса
- •Контрольные вопросы
- •25.4. Анализ проектных решений
- •25.5. Несущая способность свайного фундамента
- •25.5. Примеры расчётов и выводы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»
Кафедра «Строительные конструкции» |
|||
|
|
|
И |
|
|
|
Ю.В. Краснощёков |
|
б |
ДИССЛЕДОВАНИЕ |
|
|
|
||
и |
АКОНСТРУКТИВНЫХ |
||
С |
|
|
СИСТЕМ |
|
|
|
Курс лекций
Омск • 2016
УДК 624:012.4:690 ББК 30.1:38.5
К78
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите
детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. Г.М. Кадисов (СибАДИ); д-р техн. наук, проф. В.И. Сологаев (СибАДИ)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве курса лекций.
К 78 Исследование конструктивных систем : курс лекций / Ю.В. Краснощёков. –
Электрон. дан. – Омск : СибАДИ, 2016. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/ irbis64r_plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
Изложены основные принципы конструктивных систем и системного подхода к исследованию элементов зданий и сооружений. Помещены результаты авторских исследований совместной работы конструктивных элементов зданий.
Имеет интерактивное оглавление в виде закладок.
Предназначено для обучающихся и аспирантов строительных направлений, а также может быть полезной для сотрудников научно-исследовательских и проектных организаций.
КраснощёковСибАДИ, Юрий Васильевич.
Текстовое (с мвольное) издание (520 МБ)
Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM ;
1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов Adobe
Acrobat Reader; Google Chrome
Редактор Т.И. Калинина Издание первое. Дата подписания к использованию 07.10.2016
Издательско-полиграфический центр СибАДИ.
644080, г. Омск, пр. Мира, 5
РИО ИПЦ СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2016
ВВЕДЕНИЕ
Профессиональная деятельность специалиста в любой отрасли хозяйства требует не только знания теоретических основ специальности, но и определенных навыков исследований для эффективного решения практических задач.
Теоретическую подготовку будущий специалист получает в процессе обучения в вузе. Для этого в учебных планах технических вузов предусмотрены дисциплина «Основы научных исследований», из которой студент получает сведения о методологии научных иссле-
дований, и специальные курсы, которые знакомят его с основными закономерностями технического прогресса и научными достижениями по выбранной специальности.
зультатами, но и своевременное привлечениеИих к научноисследовательской работе для получения результатов, необходимых,
Опыт преподавания показывает, что в процессе обучения требуется не только ознакомление студентов с новейшими научными ре-
в частности, при написании магистерскойДдиссертации. Именно участие в научной деятельности вырабатывает потребность работы с технической литературой и поиска необходимой информации. Науч-
студентам и магистрантам строительного факультета одновременно с привлечением их к исследовательской работе.
ная деятельность развивает |
навыки исследовательского подхода к |
||
решению инженерных задач |
А |
||
способности к творческому мышле- |
|||
нию, анализу явлен й |
|
процессовб. |
|
Дополнением |
разв т ем дисциплины «Основы научных ис- |
||
следований» являетсяинастоящий конспект лекций, которые читаются |
|||
С |
|
|
Объектами строительной деятельности являются конструктивные системы зданий и сооружений. Строительные конструкции – это специфические системы различной сложности, поэтому изучение конструктивных элементов и частей сооружений требует знания системного подхода, важнейшего инструмента научных исследований.
Значение системного подхода возрастает в связи с тем, что строительная наука не располагает конкретной теоретической моделью строительной конструкции, а теории, которые она использует, не являются научными теориями в классическом их представлении. Изза недостаточного развития теории иногда возникают препятствия
3
при исследовании конструкций зданий и сооружений, по этой же причине требования к конструкциям в нормах проектирования разных стран сильно отличаются и часто пересматриваются.
Представление об обобщенной модели строительной конструкции можно получить в общей теории систем, которую часто рассматривают как некоторую философию наук или теорию общих систем. Конкретные системы являются объектами специализированных теорий, задача которых – построение научных знаний о конкретных типах и аспектах систем. При отсутствии специализированной теории практическая реализация принципов общей теории систем выполняется методами системного подхода и системного анализа. Использование принципов общей теории систем даёт возможность сформули-
ровать общие требования к конструкциям и на их основе конкретизи- |
|
ровать общую модель исследования. |
И |
|
|
Системный подход предполагает, главным образом, использова- |
|
|
Д |
ние при исследовании обобщенной модели конструктивной системы в виде последовательной реализации основных принципов: структурности, функционирования, надежности и эффективности, которые базируются на основных принципахАобщей теории систем.
На примерах авторских исследований строительных (железобетонных, металлических, бдеревянных и др.) конструкций различной сложности, выполненных в разное время с привлечением студентов, магистрантов и аспирантови, показано, что применение системного подхода позволяет быстро качественно провести исследование, решить практическуюСзадачу тем самым способствовать техническому прогрессу в области стро тельства.
Материал лекций в основном был опубликован в различных журналах и сборниках и апробирован в учебном процессе инженерностроительного института Сибирской автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основные публикации отражены в библиографическом списке.
Представляется, что изложенный в книге материал должен быть полезен в учебном процессе при преподавании дисциплины «Основы научных исследований» и специальных дисциплин строительных факультетов, а также может быть использован при проектировании и исследовании зданий и сооружений.
4
Лекция 1. СТРОИТЕЛЬНАЯ НАУКА И МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Классификация наук
Наука – непрерывно развивающаяся сфера исследовательской деятельности, направленная на выявление, изучение и систематизацию закономерностей природы и общества с целью их практического использования.
Различают три главных раздела научных знаний: естествозна-
ние, общественные (социальные) науки и философию. Промежуточное положение между ними занимают техническиеИнауки и математи-
ка. Технические науки представляют специфическую систему знаний
о методах конструктивно-техническойДдеятельности и способах
функционирования технических объектов, в том числе зданий и сооружений.
По своей направленностиАи отношению к практике науки принято подразделять на фундаментальные и прикладные.
Задачей фундаментальныхбнаук является познание основополагающих законов, к которым относятся большая группа физикотехнических (в томичисле физика твёрдого тела) и математических наук, химия и биолог я, группа наук о земле и др. Фундаментальные науки делятсяСна свободные целенаправленные. Как те, так и другие могут быть поисковыми, поэтому они отличаются значительной неопределённостью конечного результата.
Цель прикладных наук заключается в применении результатов фундаментальных наук к решению не только практических, но и теоретических проблем. На стыке прикладных наук и производства развивается особая область исследований, так называемые разработки, переводящие результаты прикладных наук в конкретные конструкции, технологии и т.д.
Как правило, фундаментальные науки в своём развитии опережают прикладные, создавая для них теоретический задел. Технические науки, в том числе строительная наука, являются прикладными.
5
1.2. Строительная наука, её особенности и задачи
Общепризнана лидирующая роль науки, научных исследований по отношению к технике и производству, в том числе в области строительства. Свидетельством этому является появление новых строительных материалов, создание эффективных конструкций и методов их расчёта, возведение и эксплуатация уникальных сооружений, оптимизация конструктивных решений и повышение надёжности.
Строительная наука не стоит на месте, а постоянно развивается. Важнейшими факторами развития являются: создание научного заде-
готовка квалифицированных инженерных и научных кадров. Основ-
ла и практическая реализация новых научных идей, последовательное формирование передовой инженерной и экономическойИ мысли, под-
науки; использование достижений естественных наук; усиление кон-
ные особенности процесса развития:Ддифференциация и интеграция
тактов и взаимосвязи научных дисциплин; математизация и компью-
учных дисциплин), а интеграциябАнеобходима для оперативного использования научныхидостижений не только в строительстве, но и в других отраслях. Пр мером усиления контактов между разделами науки являетсяСпостепенный переход к системному проектированию
теризация; усиление связи между наукой, техникой и производством.
Дифференциация науки связана с усложнением задач и потреб-
ностей практики (примерно каждые 10 лет происходит удвоение на-
сооружений на основе дост жений теории расчёта сооружений и программирования [4].
К строительной науке принято относить, прежде всего, теорию сооружений, строительную механику и механику грунтов, а также строительную физику. В рамках строительной науки ведутся исследования в области материаловедения, проектирования и технологии изготовления строительных конструкций, решаются вопросы технологии, организации и управления строительством, проблемы инже- нерно-технического оборудования городов, зданий и сооружений и экономические проблемы строительства. Основополагающее значение имеют исследования в области механики грунтов и фундаментостроения.
6
1.3. Направления в исследовании строительных конструкций
Наука о строительных конструкциях – это наука о конструктивной форме, её общих закономерностях, теории расчёта и методов изготовления и монтажа.
Научные исследования в области строительных конструкций направлены, главным образом, на развитие (совершенствование и обновление) конструкций для зданий и сооружений различного назначения. Ядром развития строительных конструкций являются исследования теории расчёта сооружений. Их цель – развитие теорий прочности и разрушения, разработка методов статического и динамического расчёта сооружений как пространственныхИсистем, а также методов расчёта на вероятностной основе, базирующихся на использовании статистических методов обработки данныхДо нагрузках, их сочетаниях, свойствах материалов и конструктивных элементов. Достижения в области строительных конструкций являются основным источником повышения надёжности и эффективностиА сооружений. Результаты научных исследований строительных конструкций легли в основу методики расчёта по предельнымбсостояниям, принятой на вооружение проектировщиками разных стран.
Перечисленныеизадачи относятся к конструкциям из различных материалов. Но возн кают специфические задачи для каждого конкретного видаСстро тельных конструкций. В частности, до сих пор отсутствует единая теор я железобетона из-за двойственности самого понятия «железобетон». Есть мнение, что развитие теории железобетона возможно в двух аспектах: железобетона как композитного материала и как конструктивных систем из этого материала, и поэтому теория железобетона должна быть теорией в широком смысле этого слова, т.е. простым набором знаний. Тем не менее предпринимаются попытки создания общей модели железобетона – необходимого условия теории классического типа. Большое практическое значение имеет проблема обеспечения надёжной совместной работы элементов железобетонных конструкций [10].
Совместная работа, взаимодействие элементов конструктивных систем – одно из основных направлений в исследовании строительных конструкций.
7