Строительный факультет ЧГУ
Кафедры
Кафедра строительных конструкций
Научно–исследовательская работа кафедры
Основные научные направления кафедры с аннотацией основных научных результатов
Перечень инновационных научно-технических разработок и оказываемых услуг
Перечень статей, патентов, монографий, учебников и учебных пособий
Информация о планируемых конференциях
Сведения о научных и учебно-научных лабораториях
Информация о работе научных кружков, студенческих конструкторских бюро
Основные научные направления кафедры с аннотацией основных научных результатов
Безопасность зданий и сооружений в течение их жизненного цикла. Надежность, долговечность и реконструкция строительных конструкций, зданий и сооружений.
Получен метод детальной оценки напряженно-деформированного состояния перекрестно-ребристых (кессонных) перекрытий на основе комбинации метода конечных разностей и метода предельного равновесия с корректировкой на различие свойств сплошной плиты и перекрестных ребер. Выведены выражения несущей способности перекрытий, учитывающие соотношение количества арматуры между направлениями и соотношение сторон опорного контура. Рассмотрены конструктивные варианты перекрестно-ребристых перекрытий монолитных прямоугольного и квадратного плана и составного сборного на бетонных шпонках. Решение с учетом физической нелинейности и арматурной анизотропии выполняет рекомендации нормативных документов.
Продолжено совершенствование методов расчета несущей способности опертых по контуру перекрытий сплошного сечения на примере квадратных, подверженных арматурной коррозии вплоть до полной потери арматуры. Получен метод расчета несущей способности плиты без арматуры при образовании «конверта трещин» с меньшим периметром из условия трещиностойкости выделившихся треугольных консольных звеньев. Обоснована возможность использования значительно поврежденных перекрытий при их усилении. Руководитель работы – зав. кафедрой А.Н. Плотников.
Наибольшее значение для Чувашской Республики имела работа, получившая наибольший практический выход и признание, проводимая по исследованию и адаптации строительной системы на основе технологии «Saret» (1996 – 2012). Руководителем работы - профессор В.Н. Федоров. Результаты работы позволили оценить резервы несущей способности и жесткости каркаса здания и получить более крупную сетку колонн, максимально соответствующую современным планировочным требованиям.
В настоящее время на основе названной технологии развивается несколько вариантов сборно-монолитного каркаса, в экспериментальных исследованиях которых и совершенствовании методики их расчета принимает участие кафедра строительных конструкций.
Указом Президента Чувашской Республики М.В. Игнатьева от 16 июня 2011 года Государственная премия Чувашской Республики в области естественных и технических наук 2010 года присуждена и присвоено звание «Лауреат Государственной премии Чувашской Республики» Михаилу Васильевичу Петрову, доктору технических наук, профессору кафедры строительных конструкций Чувашского государственного университета имени И.Н. Ульянова.
Работа «Конструкции, методы расчетов на прочность, устойчивость и освоение производства большегабаритных полуприцепов-цистерн, автоцистерн для перевозки различных материалов» в составе творческого коллектива выполнена М.В. Петровым с целью исполнения федеральных целевых программ Российской Федерации «Модернизация транспортной системы России» (2006-2010 г.) и «Жилище» (2002-2010 г.).
В течение 2006-2010 годов разработаны лучшие в России конструкции полуприцепов-цистерн, автоцистерн, прочность и надежность которых обеспечена фундаментальными научными исследованиями и расчетами. Полуприцепы-цистерны конструкции ЗАО «Чебоксарское предприятие «Сеспель» - транспортное средство высокого класса, состоящее из сварной цистерны в стальном и алюминиевом исполнении и полуприцепа с одной или несколькими осями в зависимости от грузоподъемности.
М.В. Петровым разработаны оригинальные математические модели, алгоритмы для конечно-элементного анализа процессов деформирования, потери устойчивости и закритического поведения крупногабаритных цистерн. Определяющая система уравнений формируется в переменных Лагранжа в динамической постановке с учетом геометрической и физической нелинейности, контактного взаимодействия, конструктивных особенностей – люков, подкрепляющих ребер, опорных устройств и т.д. Выполнена верификация разработанных математических моделей и алгоритмов на ряде тестовых задач и экспериментов. Программная реализация новых математических моделей и методов решения соответствует современному уровню новейших теоретических исследований и компьютерного моделирования по степени комплексного учета экспериментально наблюдаемых эффектов нестационарного деформирования и потери устойчивости тонкостенных конструкций. Полученные методы расчета превосходят существующие отечественные и зарубежные аналоги. Работа является фундаментальным научным исследованием, поддержана Российским фондом фундаментальных исследований, был получен грант на тему «Разработка и верификация компьютерных моделей для расчета прочности и устойчивости крупногабаритных оболочечных конструкций для транспортировки сыпучих материалов» №08-08-99049 РФФИ на 2008-2009 годы (научный руководитель профессор Петров М.В.). Оценка достоверности теоретических результатов была спланирована и осуществлена на серии вычислительных и натурных экспериментов, выполненных Петровым М.В. Проведено исследование поведения большегрузной емкости, представляющей собой тонкостенную цилиндрическую оболочку с торосферическими днищами, имеющей люки, усиливающие элементы, концентраторы напряжений, загруженную сыпучим материалом, внутренним давлением при подъеме для разгрузки с одного конца. Расчетами оценены величины критической нагрузки, определена форма потери устойчивости, проанализировано закритическое поведение конструкции. Полученные результаты влияния граничных условий закрепления емкостей, величины критических масс загрузки при различных соотношениях геометрических размеров позволили обосновать проекты конструкций крупногабаритных емкостей, выпускаемых предприятием «Сеспель», для автомобильной транспортировки сыпучих грузов.
Положительное заключение на принятую методику расчетов получено от ОАО «Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения НИИХиммаш (г. Москва).
В течение ряда лет кафедрой велась работа в области исследования чувствительности внутренних силовых факторов в сечениях статически неопределимой рамы под руководством доцента Г.Н. Дмитриева.
В 2010 г. в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства на III (заключительном) туре Всероссийской студенческой олимпиады по специальности Промышленное и гражданское строительство строительный факультет был представлен дипломной работой К.В. Катякова «Исследование чувствительности внутренних силовых факторов в сечениях статически неопределимой рамы методом сил при действии температуры». Работа заняла II место.
Работа вызвала значительный интерес членов конкурсной комиссии и гостей конкурса, представлявших все ведущие строительные вузы России. Присутствующие отмечали ее инновационный характер, новое перспективное направление в анализе напряженного состояния статически неопределимых конструкций.
В 2014 г. аспирантом С.А. Шатовкиным получен алгоритм анализа коэффициентов чувствительности свойств каркасных зданий на упруго-податливом основании. На примере 3-этажной 4-пролетной плоской рамы с отдельно стоящими фундаментами проанализированы коэффициенты чувствительности изгибающих моментов в сечениях каркаса и осадок фундаментов по всей совокупности конструктивных параметров каркаса и параметров грунта. Получены количественные подтверждения гипотез о перераспределениях изгибающих моментов и взаимодействиях каркасов зданий и податливых оснований.
Информация о научной школе
К 2015 г. на кафедре сформировалась научная школа «Пластинки, оболочки и стержни в запредельном состоянии».
На кафедре выполняются исследовательские работы в области работы механических систем в стадии пластических деформаций, как для прикладных задач строительства, так и фундаментальные.
Это направление всегда было актуально в теоретическом аспекте, в последнее время оно становится все более популярным в прикладных задачах. Строительная отрасль нуждается в методике оценки ресурса несущих конструкций, в том числе тех, у которых часть элементов достигла расчетного сопротивления материала и идет процесс перераспределения усилий. Весьма важна информация о способности сохранять геометрическую неизменяемость зданиями, признанными аварийными, т.е. имеющих большие зоны пластической работы материала и зоны потери связей, что характерно для наступления предельного состояния по несущей способности и развитии запредельного состояния.
В рамках научной школы были защищены диссертации:
1. Плотников А.Н. Прочность и деформативность перекрестно-ребристого перекрытия с учетом перераспределения усилий: дис. … канд.техн.наук: 05.23.01. / Плотников Алексей Николаевич. - Москва, 2013.
2. Федорова Т.Г. Экспериментально-теоретическое исследование упругопластического деформирования, потери устойчивости и закритического поведения цилиндрических оболочек с сыпучим заполнителем при изгибе: дис. … канд.техн.наук: 01.02.06. / Федорова Татьяна Георгиевна. – Н. Новгород, 2013. Руководители: д. ф.-м.н., проф. Кибец А.И. и д.т.н., доцент Петров М.В.
В рамках научной школы работают следующие преподаватели кафедры:
Профессор, д.т.н. Петров М.В.;
Профессор, д.ф.-м.н. Максимова Л.А.;
Доцент, к.т.н. Плотников А.Н.;
Доцент, к.т.н. Лукин А.Г.;
Доцент, к.т.н. Федорова Т.Г. ;
По кафедре в рамках научной школы проходят аспирантуру: Гоник Е.Г., Фролова И.А.
Перечень инновационных научно-технических разработок и оказываемых услуг
Кафедра строительных конструкций имеет свой круг тематики исследований, сформировавшийся еще в 1980-х гг. на кафедре «Сопротивления материалов и строительной механики», постепенно преобразованной в кафедру «Строительных конструкций», и получивший новое развитие в 2000-х гг. Исследования тесно соприкасаются с учебным процессом, что придает ему инновационный характер. Направления этих исследований можно разделить на две группы: первая - прикладные для строительной отрасли, подгруппы 1). разработка и исследование новых несущих конструкций и методов их расчета, 2). исследование и оценка надежности и эксплуатационной пригодности зданий и сооружений; вторая - теоретические по исследованию устойчивости оболочек, пластической работы материала элементов, чувствительности стержневых систем по усилиям к внешним воздействиям.
Большую значимость для строительной отрасли имеет работа по исследованию работы многоэтажных железобетонных каркасов зданий. Работа посвящена двум вариантам конструктивных схем: сборно – монолитному каркасу основе технологии «Saret» и монолитному каркасу с безбалочными перекрытиями. Результаты работы позволяют оценить резервы несущей способности и жесткости каркаса здания и получить более крупную сетку колонн, максимально соответствующую современным планировочным требованиям.
В настоящее время на основе названной технологии развивается несколько вариантов сборно-монолитного каркаса, экспериментальные исследования которых и совершенствование методики их расчета проводит кафедра строительных конструкций.
Целью работы по исследованию каркасов с безбалочными перекрытиями является адаптировать метод предельного равновесия к конечноэлементному (компьютерному) методу расчета многопролетных перекрытий. Результаты данной работы позволят прогнозировать и учитывать изменение напряженного состояния каркаса в целом и перекрытия в частности, что повысит надежность зданий при их эксплуатации, а также позволит снизить расход материалов (железобетона) на перекрытия.
С разработкой новых конструкций связана тема «Разработка практических методов расчета, конструирования и технологии производства бетонных конструкций со стекло- и базальтопластиковой арматурой». Результаты работы использованы в нормативном документе: «Рекомендации по изготовлению и проектированию бетонных и армированных конструкций из кислотостойкого бетона / НИИЖБ Госстроя СССР. - М., 1985»; в отчетных документах НИР, выполненных по заданию 01.05.06 Целевой комплексной научно-технической программы СССР по строительству на 1981-1986 гг. - О.Ц.031; в опытном проектировании ванн электролиза цинка и меди из полимерсиликатного бетона со стеклопластиковой арматурой, выполненным институтом «Гипроцветмет» Министерства металлургии СССР, опытно-промышленная партия которых была изготовлена и эксплуатировалась Лениногорском полиметаллическом комбинате.
В результате определены перспективные направления применения стекло- и базальтопластиковой арматур на строительных объектах Чувашской Республики. Например, налаживание в Чувашии производства конструкций с БПА и СПА позволило бы расширить номенклатуру изделий на их основе, которая в настоящее время ограничена производством гибких связей для многослойных стен. Потенциальные потребители данной продукции – химическая промышленность и предприятия машиностроения, использующие гальванотехнику.
В течение ряда лет на кафедре выполнялись работы по исследованию и разработке методов расчета опертых по конуру железобетонных перекрестно-ребристых перекрытий. В 2010 г. было разработано и испытано в рамках строительства защитных сооружений радиологического корпуса ГУЗ «Республиканский клинический онкологический диспансер» в г. Чебоксары перекрестно-ребристое перекрытие. Для размещения электронного ускорителя был возведен каньон с размерами помещения 8,2 х 9,0 м, высота 3,0 м. По требованиям радиационной защиты стены толщиной 1,9 – 3,1 м были возведены на монолитной железобетонной фундаментной плите, перекрытие имело толщину 2,1 м. Для снижения влияния технологических факторов бетонирования была разработана составная конструкция перекрытия. С целью оценки несущей способности, жесткости и трещиностойкости и проверки достоверности расчетной схемы предложенного перекрытия в рамках хоздоговора между ЧГУ и ООО «СтройЛидер» было проведено его испытание нагружением в процессе мониторинга возведения.
На примере монолитного перекрёстно-ребристого перекрытия каркасного здания, находящегося в стадии эксплуатации в течение 15 лет (г. Москва, ул. Наметкина, д. 16, стр. 7), проведенный анализ позволил установить причину раскрытия нормальных трещин до величины 0,4 мм при действии 70% от нормативной нагрузки. В результате анализа распределения усилий был дан прогноз перераспределения усилий и образования трещин в других ребрах при увеличении нагрузки.
Второе направление прикладных исследований факультета посвящено исследованию состояния зданий и сооружений, их уровня надежности. Начало этой работе было положено в 1981 г. масштабным исследованием объектов «Химпрома», эта работа продолжалась до конца 1990 – гг. Позднее по заказу предприятий республики были обследованы такие значимые объекты, как Театр оперы и балета, Русский драматический театр, здания первой и второй площадок ОАО «ЧЭАЗ», ОАО «Завод “Чувашкабель”» и многих другие.
В процессе прикладных исследований вырабатываются общие подходы, методика обследования зданий, накапливается статистка изменения прочности материалов во времени, уровни напряжения в отдельных элементах конструкций для групп конструкций, вырабатываются приемы усиления конструкций и реконструкции зданий.
Результаты этой работы позволили повысить надежность многих значимых для общества объектов путем достоверной оценки действующих усилий и запаса несущей способности, принятия рациональных конструктивных решений по надстройке, перепланировке.
Гранты и хоздоговорные работы кафедры последних лет:
1. Грант «Разработка и верификация компьютерных моделей для расчета прочности и устойчивости крупногабаритных оболочечных конструкций для транспортировки сыпучих материалов» №08-08-99049 РФФИ на 2008-2009 годы (научный руководитель профессор Петров М.В.)
2. Разработка и верификация компьютерных моделей для расчёта на прочность и устойчивость большегабаритных оболочечных конструкций для транспортировки сыпучих материалов: НИР №138/08 / Руководитель и ответственный исполнитель темы – проф. Петров М.В.
3. Разработка практических методов расчета, конструирования и технологии производства бетонных конструкций со стекло- и базальтопластиковой арматурой: НИР по контракту № 178(304)-06 с Министерством образования и молодежной политики Чувашской Республики.
(научный руководитель профессор Федоров В.Н.)
4. Исследование конструкционных свойств базальтопластиковой арматуры и разработка рекомендаций по проектированию и расчету ограждающих и эксплуатируемых в химически агрессивных средах конструкций с базальтопластиковой арматурой» (научный руководитель – Федоров В.Н.).
НИР по Государственному контракту №125 с Министерством образования и молодежной политики Чувашской Республики от 01.04.2005 г.
5. Совершенствование метода расчета каркаса с безбалочными перекрытиями на основе пространственной модели с учетом нелинейных свойств железобетона. (научные руководители: Федоров В.Н., Плотников А.Н.).
Источник финансирования: Государственный контракт №124 с Министерством образования и молодежной политики Чувашской Республики от 01.04.2005 г.
6. Разработка эффективных конструктивных решений и методов расчета по снижению стоимости и материалоемкости железобетонного безбалочного каркаса в гражданском строительстве». (научные руководители: Плотников А.Н., Федоров В.Н.). Государственный контракт №88/2 с Министерством образования и молодежной политики Чувашской Республики от 19.04.2004 г.
7. Исследование железобетонного сборно-монолитного каркаса и его элементов: НИР №887/06-07 / Руководитель и ответственный исполнитель темы - проф. Федоров В.Н.
8. Провести испытание нагружением железобетонного перекрестно – ребристого перекрытия размерами 9 х 10 м и возводимого на его основе многослойного перекрытия высотой сечения 2,1 м». Тема № 606 – 10. Руководитель и ответственный исполнитель темы Плотников А.Н.
Перечень статей, патентов, монографий, учебников и учебных пособий
Авторы:
1. Заведующий кафедрой: Профессор д.т.н. Петров Михаил Васильевич,
2. Доцент к.т.н. Плотников Алексей Николаевич
3. Профессор д.ф.-м.н. Максимова Людмила Анатольевна,
4. Доцент к.т.н. Иванов Сергей Ильич,
5. Доцент к.т.н. Федорова Татьяна Георгиевна,
6. Доцент Иванова Наталия Васильевна,
7. Старший преподаватель Николаева Анастасия Георгиевна,
8 Старший преподаватель Иванов Виктор Анатольевич,
9. Старший преподаватель Гоник Екатерина Григорьевна,
10. Старший преподаватель Аринина Надежда Николаевна,
11. Старший преподаватель Яковлева Ольга Станиславовна,
Информация о планируемых конференциях
Строительный факультет проводит постоянную Всероссийскую (Международную) научную конференцию
Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции (НАСКР)
Сведения о наградах
Под руководством Плотникова А.Н. студенты удостаивались дипломов Министерства образования РФ в 1997 и 1998 гг., медали Министерства образования РФ в 1999 г.
За руководство студенческой научной работой Плотников А.Н. награжден дипломом Министерства образования РФ в 1999 г.
Профессор Петров М.В. в 2011 г. удостоен Государственной премии Чувашской Республики в области естественных и технических наук 2010 года.
Профессор Максимова Л.А. является лауреатом Государственной премии ЧР в области науки 2005 г., заслуженным деятелем науки ЧР.
Благодарность Министерства образования и молодежной политики ЧР доценту кафедры СК Лукину А.Г. за работу в качестве члена экспертной комиссии подсекции «Строительство уникальных зданий и сооружений» секции 08.00.00. «Техника и технологии строительства» XVI Межрегиональной конференции-фестиваля научного творчества учащейся молодежи «Юность Большой Волги».
Благодарность Министерства образования и молодежной политики ЧР профессору кафедры СК Петрову М.В. за работу в качестве председателя экспертной комиссии секции 08.00.00. «Техника и технологии строительства» XVI Межрегиональной конференции-фестиваля научного творчества учащейся молодежи «Юность Большой Волги».
Сведения о научных и учебно-научных лабораториях
Кафедра имеет лабораторию строительных конструкций, оснащенную прессами 250 т, 500 т, разрывной машиной 50 т, силовым полом 2,4 х 8,0 м с двумя ручьями, на котором можно проводить испытания конструкций широкой номенклатуры.
Имеется компьютерный класс на 10 машин, подключенных к сети университета (курирует кафедра СК).
Кафедра оснащена современным оборудованием, которое используется в научных исследованиях и учебном процессе: склерометр «Оникс – 2.5», прибор «ИПС-МГ4 «Скол», ультразвуковые приборы УК-10ПМ и «Пульсар – 1.0», приборы магнитных методов испытаний DMO – 10, «Поиск – 2.3», прибор подповерхностного сканирования грунтового основания и строительных конструкций георадар «ОКО-2» с комплектом антенных блоков, ультразвуковой томограф А1040 М «Полигон».
Информация о работе научных кружков, студенческих конструкторских бюро
Научные кружки, студенческое конструкторское бюро
Студенческий научный кружок «Расчётчик»
Научный кружок посещают студенты 3-4 курсов и магистратуры очной формы обучения.
Тематика занятий научного кружка «Расчётчик»:
1. Расчет зданий на сопротивление прогрессирующему разрушению.
Изучение действующих отечественных и зарубежных нормативов по сопротивлению прогрессирующему разрушению. Рассмотрение общей концепции проектирования общественных зданий с учетом сопротивления прогрессирующему разрушению. Изучение примеров проектирования (case-study).
2. Обеспечение механической безопасности многослойных ограждающих конструкций.
Проблема эксплуатации многослойных ограждающих конструкций. Примеры разрушений многослойных ограждающих конструкций. Современные нормативные документы по проектированию многослойных конструкций. Примеры конструирования при наличии облицовки из керамического и силикатного кирпича и различных эффективных утеплителей (case-study).
3. Проектирование пространственных несущих конструкций (на основе оболочек).
Мировой и отечественный опыт строительства пространственных конструкций. Нормативные документы по проектированию пространственных конструкций. Теоретические основы расчета и проектирования оболочек. Конструктивные мероприятия по обеспечению пространственной устойчивости оболочек.
4. Расчет многоэтажных металлических каркасов в пластической стадии.
Опыт строительства многоэтажных зданий со стальным каркасом. Образование пластического шарнира в стальных балках. Перераспределение усилий в каркасе в пластической стадии работы материала. Особенности конструирования узлов стального каркаса. Компьютерное моделирование стального каркаса в пластической стадии.
Студенты активно участвуют в научно-исследовательской работе кафедры, приобретая опыт исследовательского, творческого подхода к своей будущей профессиональной деятельности. Результаты научной работы студенты докладывают на ежегодной конференции. С докладами в 2014 г. выступили около 20 % студентов, обучающихся по кафедре.
Практически в каждой выпускной работе есть исследовательский раздел. Выполняются дипломные работы. В 2014 г. была защищена работа Тырлакова В.О. Завод по переработке зерна. Дипломная работа (рук. – доцент Лукин А.Г.).
Студенты участвовали в конференции «Региональный фестиваль студентов и молодежи «Человек. Гражданин. Ученый», XVI Межрегиональной конференции-фестивале научного творчества учащейся молодежи «Юность Большой Волги».
Получены следующие награды:
1. Диплом лауреата XVI Межрегиональной конференции-фестиваля научного творчества учащейся молодежи «Юность Большой Волги» Комаровой Е.В. (С-31-10).
2. Диплом лауреата XVI Межрегиональной конференции-фестиваля научного творчества учащейся молодежи «Юность Большой Волги» Павловой М.В. (С-31-10).
3. Диплом III степени II Регионального тура выпускных квалификационных работ по направлению «Строительство» в номинации «Магистерская диссертация» Назимову А.А. (СМИ-1-11).
4. Диплом III степени II Регионального тура выпускных квалификационных работ по специальности «Промышленное и гражданское строительство» в номинации «Дипломная работа» Григорьеву М.С. (С-12-08).
5. Диплом II степени II Регионального тура выпускных квалификационных работ по специальности «Промышленное и гражданское строительство» в номинации «Дипломный проект» Стожарову А.Н. (С-12-08).
6. Диплом II степени Регионального фестиваля студентов и молодежи «Человек. Гражданин. Ученый» Ярцеву Е.Н. (С-12-10).
7. Диплом I степени Регионального фестиваля студентов и молодежи «Человек. Гражданин. Ученый» Марозайте И.Р. (С-11-11).
