Научно-технический журнал
Издается с 2003 года.
Выходит шесть раз в год.
№4 (30) 2010
(июль-август)
Редакционный совет:
Голенков В.А. д.т.н., проф., председатель
Радченко С.Ю. д.т.н., проф.,
зам. председателя
Борзенков М.И. к.т.н., доц., секретарь
Астафичев П.А. д.ю.н., проф.
Иванова Т.Н. д.т.н., проф.
Киричек А.В. д.т.н., проф.
Колчунов В.И. д.т.н., проф.
Константинов И.С. д.т.н., проф.
Новиков А.Н. д.т.н., проф.
Попова Л.В. д.э.н., проф.
Степанов Ю.С. д.т.н., проф.
Главный редактор:
Колчунов В.И. акад. РААСН, д.т.н., проф.
Заместители главного редактора:
Гончаров Ю.И. д.т.н., проф.
Колесникова Т.Н. д. арх., проф.
Коробко В.И. д.т.н., проф.
Редколлегия:
Бондаренко В.М. акад. РААСН, д.т.н., проф.
Гордон В.А. д.т.н., проф.
Карпенко Н.И. акад. РААСН, д.т.н., проф.
Клюева Н.В. д.т.н., доц.
Коробко А.В. д.т.н., проф.
Король Е.А. чл.-корр. РААСН, д.т.н., проф.
Меркулов С.И. чл.-корр. РААСН, д.т.н., проф.
Ольков Я.И. акад. РААСН, д.т.н., проф.
Римшин В.И. чл.-корр. РААСН, д.т.н., проф.
Серпик И.Н. д.т.н., проф.
Турков А.В. д.т.н., проф.
Федоров В.С. чл.-корр. РААСН, д.т.н., проф.
Чернышов Е.М. акад. РААСН, д.т.н., проф.
Ответственные за выпуск:
Данилевич Д.В. к.т.н., доц.
Солопов С.В.
Адрес редакции:
302006, Россия, г. Орел,
ул. Московская, 77.
Тел.: +7 (4862) 73-43-49;
www.ostu.ru
E-mail: oantc@ostu.ru
Зарегистрировано в Федеральной службе
по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций.
Свидетельство:
ПИ № ФС77-35718 от 24 марта 2009 г.
Подписной индекс 86294 по объединенному
каталогу «Пресса России»
© ОрелГТУ, 2010
СТРОИТЕЛЬСТВО
И РЕКОНСТРУКЦИЯ
Учредитель – государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Орловский государственный технический университет»
(ОрелГТУ)
Содержание
Теория инженерных сооружений.
Строительные конструкции
Алексейцев А.В., Серпик И.Н. Оптимизация стальных куполов с использованием
генетической итерационной процедуры и имитационного моделирования............... 3
Коробко В.И., Савин С.Ю. Расчет треугольных ортотропных пластинок с однородными
граничными условиями методом интерполяции по коэффициенту формы............... 8
Осовских Е.В. Особенности разрешающих уравнений железобетонных складчатых
систем для расчета их живучести.................................................................................. 13
Турков А.В., Калашникова О.В. Влияние количества поперечных связей и граничных
условий слоев в двухслойных деревянных балках на их жесткость.......................... 19
Безопасность зданий и сооружений
Колчунов В.И., Скобелева Е.А. Некоторые аспекты защиты интеллектуальной
собственности в области строительства в России....................................................... 24
Архитектура и градостроительство
Колесникова Т.Н., Захаров И.М. Проблемы и перспективы развития образовательной
среды сельских поселений............................................................................................. 32
Ленченко А.О. Ретроспективный анализ приемов архитектурной организации
отечественных зданий учебно-воспитательного назначения..................................... 35
Надуткин В.А., Аракчеева Н.Т., Данилевич Д.В. О транспортных развязках
г. Орла (краткий анализ на наглядном примере).......................................................... 41
Строительные материалы и технологии
Вдовина Е.В., Абдрахимов В.З. Термические исследования керамических масс
на основе бейделлитовой глины и отходов производства минеральной ваты......... 50
Соломенцев А.Б., Баранов И.А. Оценка битумоудерживающей способности
стабилизирующих добавок для щебеночно-мастичного асфальтобетона в
асфальтовяжущем.......................................................................................................... 53
Столяров В.В., Кокодеева Н.Е. Методическое обеспечение проектирования дорожных
одежд нежесткого типа с применением геоматериалов с учетом принципов
технического регулирования (на основе теории риска)............................................... 59
Строев Д.А., Мардиросова И.В. Влияние неионогенного ПАВ-модификатора
Оксипав-А.30 на дисперсность и устойчивость при хранении катионных битумных
эмульсий.......................................................................................................................... 67
Федосов С.В., Румянцева В.Е., Касьяненко Н.С. Физико-химические основы
жидкостной коррозии второго вида цементных бетонов.................................................. 74
Христофоров А.И., Пикалов Е.С. Модификация шихты для производства керамики. 78
Шамшуров А.В. Применение оксидов железа и алюминия при получении эффективных
строительных материалов................................................................................................ 82
Журнал «Строительство и реконструкция» входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых
должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата и
доктора технических наук.
Стр.1
BUILDING
Scientific and technical journal
The journal is published since 2003.
The journal is published 6 times a year.
№4 (30) 2010
(July-August)
Editorial council:
Golenkov V.A. Doc. Sc. Tech., Prof.,
president
Radchenko S.Y. Doc. Sc. Tech., Prof.,
vice-president
Borzenkov M.I. Candidat Sc. Tech.,
Assistant Prof.
Astafichev P.A. Doc. Sc. Law., Prof.
Ivanova T.N. Doc. Sc. Tech., Prof.
Kirichek A.V. Doc. Sc. Tech., Prof.
Kolchunov V.I. Doc. Sc. Tech., Prof.
Konstantinov I.S. Doc. Sc. Tech., Prof.
Novikov A.N. Doc. Sc. Tech., Prof.
Popova L.V. Doc. Ec. Tech., Prof.
Stepanov Y.S. Doc. Sc. Tech., Prof.
Editor-in-chief
Kolchunov V.I. Doc. Sc. Tech., Prof.
Editor-in-chief assistants:
Goncharov Y.I. Doc. Sc. Tech., Prof.
Kolesnikova T.N. Doc. Arc., Prof.
Korobko V.I. Doc. Sc. Tech., Prof.
Editorial committee
Bondarenko V.M. Doc. Sc. Tech., Prof.
Gordon V.A. Doc. Sc. Tech., Prof.
Karpenko N.I. Doc. Sc. Tech., Prof.
Kljueva N.V. Doc. Sc. Tech., Assistant Prof.
Korobko A.V. Doc. Sc. Tech., Prof.
Korol E.A. Doc. Sc. Tech., Prof.
Merkulov C.I. Doc. Sc. Tech., Prof.
Olkov Y.I. Doc. Sc. Tech., Prof.
Rimshin V.I. Doc. Sc. Tech., Prof.
Serpik I.N. Doc. Sc. Tech., Prof.
Turkov A.V. Doc. Sc. Tech., Prof.
Fyodorov V.S. Doc. Sc. Tech., Prof.
Chernyshov E.M. Doc. Sc. Tech., Prof.
Responsible for edition:
Danilevich D.V. Candidat Sc. Tech.,
Assistant Prof.
Solopov S.V.
The edition address: 302006, Orel,
Street Moscow, 77
+7 (4862) 73-43-49
www.ostu.ru
E-mail: oantc@ostu.ru
Journal is registered in Federal service on supervision
in sphere of communication and
mass communications
The certificate of registration:
ПИ № ФС77-35718 from 24.03.09
Index on the catalogue of the «Pressa Rossii»
86294
©OSTU, 2010
Journal is included into the List of the Higher Examination Board for publishing the results of thesises for competition
the academic degrees
AND RECONSTRUCTION
The founder – The State Higher Professional Institution
Orel State Technical University
(OSTU)
Contents
Theory of engineering structures.
Building units
Alekseycev А.V., Serpik I.N. Optimization of steel domes with use of the genetic iterative
procedure and imitating modelling....................................................................................
3
Korobko V.I., Savin S.U. Calculation of the triangular orthotropic plates with homogeneous
boundary conditions.......................................................................................................... 8
Osovskykh E.V. Features of the resolving equations of ferro-concrete folded systems
for calculation of their survivability.................................................................................... 13
Turkov A.V., Kalashnikova O.V. Influence amount transverse relationships and border
conditions of the layers in two-layer wooden beem on their acerbity................................ 19
Building and structure safety
Kolchunov V.I., Skobeleva E.A. Some aspects of protection of intellectual property in
the field of building in Russia............................................................................................ 24
Architecture and town-planning
Kolesnikova T.N., Zaharov I.M. Problems and prospects of development of the educational
environment of rural settlements....................................................................................... 32
Lenchenko A.O. The retrospective analysis of receptions of the architectural organization
of domestic buildings of teaching and educational appointment....................................... 35
Nadutkin V.A., Arakcheeva N.T., Danilevich D.V. About traffic intersections of the Orel
(the short analysis on the bright example)........................................................................ 41
Construction technologies and materials
Vdovina E.V., Abdrakhimov V.Z. Thermal researches of ceramic mixture on the beidellite
clay basis and production wastes of mineral cotton.......................................................... 50
Solomentsev A.B., Baranov I.A. Estimation bitumen of keeping ability of stabilizing
additives for shchebenochno-mastichnogo an asphalt concrete in asfaltovjazhu-shchem.. 53
Stolayrov V.V., Kokodeeva N.E. Methodical maintenance of designing of road clothes
of nonrigid type with application of geomaterials taking into account principles of technical
regulation (on the basis of the risk theory)................................................................ 59
Stroev D.A., Mardirosova I.V. Effect of non-ionic surfactant modifiers OKSIPAV-A.30
at dispersion and stable on storage cationic bitumen emulsions...................................... 67
Fedosov S.V., Roumyantseva V.E., Kasyanenko N.S. Physical and chemical bases of
the second type liquid corrosion of cement concrete........................................................ 74
Hristoforov A.I., Pikalov E.S. Modification of the mix for production of ceramics............. 78
Shamshurov A.V. The application of oxides of iron and aluminum with obtaining of
effective building materials................................................................................................ 82
Стр.2
Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции
ТЕОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
УДК 624.014
АЛЕКСЕЙЦЕВ А.В., СЕРПИК И.Н.
ОПТИМИЗАЦИЯ СТАЛЬНЫХ КУПОЛОВ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИТЕРАЦИОННОЙ
ПРОЦЕДУРЫ И ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Представлена вычислительная схема структурно-параметрической оптимизации
стальных куполов однослойной сетчатой конструкции на основе эволюционного и имитационного
моделирования. Приведен пример оптимального синтеза купола такого типа.
Ключевые слова: стальные купола, оптимизация, генетические алгоритмы, имитационные
модели, прочность, устойчивость.
The computing scheme of structurally-parametrical optimization of steel domes of a singlelayered
mesh design on the basis of evolutionary and imitating modelling is proposed. The example of
optimum synthesis of a dome of this kind is considered.
Keywords: steel domes, optimization, genetic algorithms, simulation models, strength, stability.
Одними из наиболее эффективных подходов к решению задач оптимального синтеза
строительных конструкций являются итерационные схемы генетических алгоритмов, иначе называемые
эволюционным моделированием [1…5]. Тем не менее, использование эволюционного
моделирования при оптимизации сложных деформируемых систем, таких как сетчатые купола,
сдерживается относительно высокой трудоемкостью вычислений. Это связано с необходимостью
расчета достаточно большого числа вариантов проектируемых конструкций. Данная
проблема может быть в значительной степени решена с помощью сочетания генетических алгоритмов
с имитационными моделями [6, 7], позволяющими выполнять упрощенные оценки
работоспособности вариантов конструкции на основе ранее полученных результатов расчетов.
Введение имитационного моделирования в процесс оптимального проектирования
конструкций
Рассмотрим структурно-параметрический синтез однослойного сетчатого купола с
мембранной обшивкой. Для куполов данного типа стоимость каркаса, как правило, значительно
превышает стоимость обшивки. В качестве цели оптимального проектирования принимаем
минимизацию функции стоимости С каркаса купола в деле:
l
C X )
(
где pX
p
p ,..,1
i 1
n
С k )
i (1
i
min,
(1)
– множества допустимых значений параметров проектирования; n – число
таких множеств; l – число используемых марок стали; Сi – стоимость варьируемых конструктивных
элементов каркаса, изготавливаемых из i-го материала; ik – коэффициент, учитывающий
стоимость устройства узловых соединений конструктивных элементов.
Используем вариант генетической процедуры, представленной в работе [3]. В соответствии
с положениями этой работы будем формировать некоторую избыточную структуру
каркаса купола, для которой предусматривается возможность введения «нулевых» (отсутствующих)
конструктивных элементов, имеющих относительно малый модуль упругости материала,
при этом структурно-параметрическая оптимизация сводится к параметрической.
Считаем, что деформируемый объект дискретизирован по схеме метода конечных элементов.
Учитываем следующие ограничения: геометрическая неизменяемость системы, усло№4
(30) 2010 (июль-август)
_________________________________________________________
3
Стр.3
Строительство и реконструкция
вие равновесия узлов конечноэлементной модели, условия прочности и устойчивости в соответствии
с положениями норм [8], ограничения по жесткости, конструктивные и технологические
требования. Предусматриваем возможность варьирования типоразмеров поперечных сечений
стержней и координат по вертикали незакрепленных узлов системы конечных элементов.
На первых итерациях вычислительного процесса строится имитационная модель и выполняется
ее проверка [6]. В дальнейшем эта модель используется для снижения трудоемкости расчетов.
Для выполнения априорных оценок введем схему простейшего дробного факторного
эксперимента, записав для каждого m-го нагружения конструкции уравнения регрессии в виде:
n
tmj
где mj
a0 j
i 1
a xi
ij
~ ,
(2)
t – величина, связанная со степенью опасности напряженного состояния в некотором конструктивном
элементе или с перемещением какого-либо узла в заданном направлении; a j0 –
свободное слагаемое; a iij
xi
1, 2,..., n j
;
нений регрессии; ~
x xi ; xi
i
1, 2,..., j1
нимальное и максимальное допускаемые значения параметра ix xi
значение i -го изменяемого параметра; min,ix
xi,min
– коэффициенты; 1j – общее число урав,
max,ix
xi, axm /2.
На основании уравнений (2) можно делать предварительный вывод о нагруженности
вариантов конструкции. Построение модели для каждой величины mjt
дующему алгоритму. Определив с помощью метода конечных элементов значение
метра mjt при x1
~1
x
x1,max
x1,
быть найдены коэффициенты ija при i
~ ~ ... ~ 0, получим a0 j
~ ~ ... ~ 0 , будем иметь
2,3,..., n.
x2
x2
x3
xn
xn
tmj . Далее, вычислив величину
(1)
(0)
a1j
(tmj
x1
выполняется по сле(0)
tmj
пара(1)
tmj
для
a0 j ) / ~ . Аналогично могут
После формирования этих уравнений осуществляется проверка точности модели путем
выполнения расчетов вариантов несущей системы для выбираемых случайным образом
варьируемых параметров. При этом находятся статистические характеристики генеральных
совокупностей для случайных величин интегральных приведенных ошибок mt , определяемых
зависимостью:
tm
max tmj
j
m ~ax tmj
j
tmj
где mjt~ – величина параметра mjt
]
,
[ mjt > 0 – допускаемое значение для параметра mjt
(3)
, полученная с помощью метода конечных элементов;
, принимаемое из условия обеспечения
прочности, устойчивости или жесткости.
Далее оцениваются математическое ожидание
max tmj
j
S t M tm ) 1 [tmj
(
m )
(
,
M( mt
) и дисперсия этой случайной
величины и с помощью критерия Стьюдента проверяется статистическая значимость
)
M( mt . В процессе оптимизации выполняется проверка условия:
] 0
где
)
(4)
– задаваемый коэффициент; S( mt – среднее квадратическое отклонение для mt .
Если хотя бы для одного сочетания j и m неравенство (4) выполняется, то вариант
конструкции исключается из рассмотрения без проведения уточненного анализа прочности,
устойчивости и жесткости. Математическое ожидание учитывается в формуле (4) только при
подтверждении его статистической значимости.
Пример решения задачи оптимизации
Рассмотрим задачу оптимизации однослойного купола, избыточная структура каркаса
4
_________________________________________________________
№4 (30) 2010 (июль-август)
– ми
Стр.4