Материал: Строительство и недвижимость научный журнал. Мищенко В.Я., Мещерякова О.К

Выпуск 1(4), 2019

базальтовых волокон ввиду применяемого сырья, магматических пород, дает возможность применения добавок без риска их разрушения в ходе химической реакции [4].

В табл. 1 рассмотрена сравнительная характеристика фиброволокон на основе стекла и базальта. Другие волокна в сравнение не попали ввиду их разнородности (углеродная фибра слишком дорогая, металлическая быстро корродирует, а полипропиленовая применяется, в основном, для устранения усадочных трещин).

Таблица 1

Свойства стеклянной и базальтовой фибры

Из табл. 1 видно, что прочность на растяжение, главным образом, и прочие характеристики сравнимы. Различия в цвете, который на физические характеристики не оказывает воздействия, а также щелочестойкость и температурный режим возможного использования фибробетонов. Повышение температуры эксплуатации позволит увеличить пожаробезопасность конструкций, а щелочестойкость позволит развязать руки в использовании добавок, ускоряющих твердение смеси. Именно факт ускоренного схватывания и твердения позволит технологии 3D-печати выжить в ускоряющихся темпах развития производства и конкурировать с четко отлаженными традиционными схемами возведения.

Для качественной разработки композитного материала используется теория смесей, которая описывается как:

60

Выпуск 1(4), 2019

фб = 21 + (1 − ) б,

где Rфб – прочность фибробетона;

τ – величина сцепления армирующих волокон с цементным камнем; d и l – соответственно диаметр и длина фибры;

μ - коэффициент объемного армирования; Rб – прочность исходного бетона;

φ – комплексный коэффициент, учитывающий эффект «фибра-фибра» взаимодействия, ориентацию волокон вероятность пересечения ими расчетной плоскости, а также однородность и степень дефектности фибр.

Таким образом, согласно правилу смесей, взаимоотношение понятий «прочность – процент армирования» носит линейный характер, что подтверждается множеством исследований, в которых смесь армировали высокомодульными волокнами в объеме μ=1-3 %. Однако, еще в 1970-е гг. прозвучало предположение, что есть «критическое значение» уровня содержания волокон, при котором упрочнение бетона становится максимальным. И на практических исследованиях было выявлено подтверждение этой теории [3].

Из табл. 2 можно сделать вывод, что при введении фиброволокна на основе базальта повышается прочность, преимущественно, при изгибе и может составлять 300% от первоначальной (массы аналогичной бетонной смеси без введения фибры). И приблизительно до 30% повышается прочность при сжатии. Однако наиболее качественные показатели имел материал с добавкой волокна 0,2%. Прочность на изгиб и на сжатие увеличилась по сравнению с неармированным цементным камнем на 100-160% при изгибе и на 35-40% при сжатии. Однако дальнейшее повышение содержания фибры в смеси приводит к образованию «ежей», приводящих к неравномерной структуре композиции, что ухудшает эффективное использование фиброволокон, и увеличивается риск возникновения некачественных случайных областей бетона [3].

Таким образом, применение фиброволокна для дисперсного армирования бетонной смеси с целью повышения прочности бетона на растяжение и изгиб, а, как следствие, получение конструкций, имеющих более конкурентные характеристики, можно считать возможным и оправданным.

61

Выпуск 1(4), 2019

На основании вышеизложенного можно сформулировать ряд вопросов, поставленных проведенными исследованиями:

1)В случае применения фиброволокна в качестве основной дисперсно-армирующей добавки необходимо контролировать скорость твердения смеси. Это возможно путем введения специальных добавок. Выбор базальтовой фибры был сделан, в том числе, с учетом её нейтральности к различным добавкам.

2)Требуется отдельная проработка методики установления зависимости «скорость схватывания – производительность принтера», что необходимо для увеличения теоретической максимальной производительности принтера.

3)Не изучены особенности работы принтеров с фибробетонами на практике.

4)В целях обеспечения долговечности возводимых конструкций требуется разработка технологии непрерывной укладки фибробетонной смеси.

Для разрешения поставленных задач необходимо изучить много смежных тем. Особое внимание стоит уделить такой теме, как материаловедение. В частности, рассмотреть различные сочетания составов фибробетонной смеси в непосредственной работе с 3D принтером, изучить кривые подвижности, схватывания, твердения для установления теоретических зависимостей. Также стоит выяснить влияние соотношений компонентов на непосредственные характеристики смеси, такие как удобоукладываемость, тиксотропность. Исследуя кривые схватывания, можно установить закономерности «скорость схватывания – производительность», расчёты в этой области помогут разобраться, каковы возможности 3D принтеров и какие перспективы развития в ближайшем будущем. Рассмотрение этих вопросов поможет глубже взглянуть на проблему аддитивных технологий и, возможно, воспользоваться максимальным количеством плюсов этой технологии

Список литературы

1.N. Labonnote, et al., Additive construction: State-of-the-art, challenges and opportunities, Automation in Construction(2016).

2.Практические рекомендации по применению 3D-принтеров. [Электронный ресурс]: Режим доступа: URL: https://3dtoday.ru/blogs/specavia/construction-3d-printing- smallformat-equipment-practical-recommendatio.

3.Кудяков, А.И. Совершенствование технологии изготовления базальтофибробетона с повышенной однородностью /А.И. Кудяков, В.С. Плевков, К.Л. Кудяков, А.В.Невский и др. // Научно-технический и производственный журнал «Строительные материалы».- 2015, - №10. – С.44-48.

List of references

1.N. Labonnote, et al., Additive construction: State-of-the-art, challenges and opportunities, Automation in Construction (2016).

2.Practical recommendations for the use of 3D printers. [Electronic resource] : Access mode : URL : https://3dtoday.ru/blogs/specavia/construction-3d-printing-smallformat-equipment- practical-recommendatio.

3.Kudyakov, A.I. Improving the manufacturing technology of basalt fiber concrete with increased homogeneity / A.I. Kudyakov, V.S. Plevkov, K.L. Kudyakov, AVNevsky, etc. // Scientific, technical and production magazine "Building materials" .- 2015, - №10. - P.44-48.

62

Выпуск 1(4), 2019

УДК 332.83

ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ SIMS CALE ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЕТРОВОГО КОМФОРТА ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

К. В. Коновалова, И. А. Потехин11

_____________________________________________________________________________

Коновалова Кристина Валерьевна, Воронежский государственный технический университет, старший преподаватель факультета среднего профессионального образования,

E-mail:kkonovalova@vgasu.vrn.ru

Потехин Игорь Алексеевич, Воронежский государственный технический университет,

магистрант гр. зМ21, E-mail:potekhin_300587@mail.ru

____________________________________________________________________________

Аннотация: одним из условий городской застройки является комфорт пешеходов, связанный с воздействием ветра. Сложность оценки степени комфорта определяется взаимовлиянием ветра, большого количества зданий и ландшафта. В современном градостроительстве требования к комфорту еще более высокие. В связи с этим необходимо проводить расчеты ветровой нагрузки в среде, позволяющей оценить все факторы, влияющие на ветровой комфорт жителей города. Одним из таких средств расчетов является облачное программное обеспечение SimScale. Данное программное обеспечение позволяет исследовать такие аэродинамические явления, как завихрения около углов зданий, эффект Вентури, пассаж. Эти явления наиболее значимы в градостроительстве, так как влияют на комфорт и безопасность пешеходов и жителей зданий. Обосновывается важность системного представления ветровой нагрузки на здания, включающего учет взаиморасположения множества зданий и связанных с этим аэродинамических явлений.

Ключевые слова: городская застройка, ветровая нагрузка, компьютерное моделирование, комфорт пешеходов, SimScale, градостроительство.

POSSIBILITIES OF THE SIMSCALE SOFTWAREFOR THE EVALUATION

OF WIND COMFORT IN URBAN BUILDINGS

K. V. Konovalova, I. A. Potekhin

_____________________________________________________________________________

Konovalova Kristina Valeryevna, Voronezh State Technical University, Leading Tutor of the Medium Professional Education Faculty, E-mail: kkonovalova@vgasu.vrn.ru

Potekhin Igor Alexeevich, Voronezh State Technical University, Master of the zM21,E- mail:potekhin_300587@mail.ru

_____________________________________________________________________________

Annotation: оne of the conditions of the city building is the influence of wind to pedestrians’ comfort. The difficulty of a comfort degree evaluation is defined by interaction between wind and many buildings and also landscape. Requirements in the modern urban construction to the comfort is much higher. Because of it, it is necessary to calculate wind load in the framework, able to evaluate all factors, which influence to pedestrians wind comfort. OneofthisframeworkiscloudbasedsoftwareSimscale.Thissoftwareisabletoresearchsuchaerodyn

© Коновалова К.В., Потехин И.А., 2019

63

Выпуск 1(4), 2019

amicphenomenon as vortexes near the buildings’ corners, Venturi’s effect, passage. These phenomenon is most important for the urban planning,because of their influence to pedestrian’s comfort and safety. It is proved the importance of systematic vision of the buildings’ wind load. This vision includes calculation of lot of buildings relative positions and associated to them aerodynamic phenomenon.

Keywords: urban buildings, wind load, computational modeling, pedestrian comfort, SimScale, urban planning

Для расчетов ветровой нагрузки используются разные типы вычислений – вручную по справочным данным, эксперименты в аэродинамической трубе и компьютерное моделирование гидродинамики (сокр. CFD).

Эксперименты в аэродинамической трубе над макетом здания или района требуют высоких затрат времени и денежных средств. А также требуют уникального оборудования. Компьютерное моделирование представляет собой процесс, где испытываемая модель здания или района разработана с использованием программного обеспечения для проведения гидродинамических виртуальных экспериментов. Этот подход более быстрый, по сравнению с испытанием в аэродинамической трубе, позволяющий легко вносить изменения параметров в модель, и более точный по сравнению с расчетами вручную [1]. В данной статье рассмотрен пример облачного программного обеспечения SimScale.

Ветровые потоки в городской застройке имеют сложную структуру, так как расположение и габариты зданий, а также рельеф местности в системе образуют множество явлений, которые невозможно рассчитать вручную для одного здания. Комфорт и безопасность пешеходов и жителей города является важным требованием для градостроительства, на которое влияет ветровая нагрузка. Оценка ветровой нагрузки для проектирования и строительства новых зданий требуется для создания комфортных условий проживания. При моделировании ветрового потока учитывается множество параметров: температура, и самое важное – направление ветра. Необходимо моделировать разные сценарии ветровой нагрузки. Показана модель ветровой нагрузки на высотное здание в городской застройке (рис. 1). Можно точно сказать, что направление ветра имеет значительный эффект на усиление скорости ветра, и оценка ветрового комфорта в только одном направлении может дать неправильный прогноз ситуации [2].

Рис. 1. Потоки воздуха в городской застройке

Одним из основных факторов, влияющих на поток ветра в городской застройке, является угол здания. Углы зданий являются областями с наиболее дискомфортными условиями в городской застройке. Это явление существует по причине наличия завихрений, создаваемых из-за разницы в давлении между фронтами (с высоким давлением) и сторонами (с

64