Методология научных исследований в области водоснабжения и водоотведения

Результаты исследования НДС сжатых трубобетонных.

А.Л.Кришан, М.Ш.Гареев, Ф.И.Мухаметова, Ю.А.Ситина

ивдекс г, а в тангенциальном направлении - индекс г. Буквами Е, V и ц обозначены соответственно начальные модули деформации, коэффициенты изменения секущего модуля деформации и коэффициенты Пуассона для бетона и стали (для внешней оболочки и внутреннего сердечника можно с небольшой погрешностью принимать Е;, у;и ц, одинаковыми).

Исходной базой для построения предлагаемой модели расчета являются диаграммы деформирования бетона и стали. Связь между напряжениями и деформациями объемно-напряженного бетона принимаем согласно предложениям Н.И.Карпенко.

Для стальшй оболочки используется известная гипотеза единой кривой, предложенная А. А.Ильюшиным [2]. Согласно этой гипотезе за -висимость между напряжениями и деформациями «и—е.;», полученную при одноосном растяжении, можно считать действительной для всех напря-же иных состояний при замене текущих напряже -ний а; и текущих деформаций е; на интенсивность текущих напряжений сти- и интенсивность текущих деформаций соответственно.

Для аналитического описания диаграммы деформирования «а;—Б;» сталей, имеющих и не имеющих площадки текучести, можно воспользоваться зависимостями, предложенными Н.И. Карпенко, Т.А. Мухамедиевым и А.Н. Петровым [3] для случая одноосного растяжения.

Число неизвестных в системах уравнений (1), (2) и (3), с учетом связей между трансверсаль-ными напряжениями в оболочке, стальном сердечнике и ядре, сводится к двенадцати Это осевые и радиальные напряжения, а также деформации по соответствующим направлениям в бе -тоне и стали Исгользуя уравнение совместности деформаций бетона, внешней стальной оболочки и внутреннего сердечника в осевом направлении, связь между радиальными деформациями ядра с тангенциальными деформациями внешней оболочки и внутреннего сердечника, а также уравнение равновесия проекций внешних сил и внутренних усилий на продольную ось элемента, можно вычислить все составляющие его напряженно-деформированного состояния.

Таким образом, получены все основные уравнения для теоретической оценки НДС сталетрубобетонных элементов при тех уровнях нагруже -ния, на которых еще сохраняется совместная работа бетонного ядра и стальной оболочки.

Положив в основу предложенные положения данной методики, авторами статьи составлен и реализован на ЭВМ алгоритм расчета прочности сталетрубобетонных элементов, работающих на внецгнгренное сжатие в области малых эксцентриситетов. Расхождение результатов теоретических расчетов с опытными данными не превы-шает 11%.

Библиографический список

1. Трубобетонные колонны высотных зданий из высокопрочного бетона в США // Бетон и железобетон. 1992. № 1. С. 29-30.

2. Ильюшин A.A. Пластичность. М.; Л.: Гостехиздат, 1984. 372 с.

3. КарпенкоН.И., МухамедиевТА., ПетровА.Н. Исходныеитрансформированныедиаграммыдеформированиябетонаиарма-туры // Напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций. М .:НИИЖБ, 1986. С. 7-25.

УДК 628.1

П. В. Маврина, Т. В. Патрикеева, Е. В. Тарасова, А. В. Югатова, С.А. Голяк

МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ

Целью разработки и использования методов научных исследований в области водоснабжения и водоотведения является оптимизация систем водоснабжения и водоотведения (ВиВ) городов и промышленных центров.

Вопросы выбора оптимальных направлений развития систем водоснабжения и водоотведения городов явились предметом широких иссле -дований ряда авторов. К числу вопросов, которые исследуются, относятся: разработки методов оптимизации развития сетей водоснабжения и

водоотведения; методические основы выбора оптимальных параметров сетей ВиВ, определение влияния их на выбор оптимальных решений по системам централизованного ВиВ.

Для этих целей могут быть эффективно ис -пользованы методы математического моделирования, основанные на применении современных ЭВМ. Одно из главных преимуществ, которые свойственны математическим моделям, заключается в возможности многократного их исполь-зования при изменении исходных условий.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕТАЛЛУРГИИ

Методы математического моделирования, формализуя в математической модели присущие системе водоснабжения и водоотведения внешние и внутренние взаимосвязи и ограничения, позволяют с помощью ЭВМ оценивать «поведе-ние» этой системы в разных условиях. Следовательно, возможность устанавливать возможные последствия от принятия того или иного реше -ния в условиях неоднозначного характера ис -ходной информации и предпочтительность отдельных решений и используется в практике для определения путей повышения экономической эффективности систем ВиВ.

В области ВиВ рассматривается большой круг проблем: санитарно- гигиенические итехнологиче -ские требования к воде; системы и применяемое в них оборудование; а также их выбор и гвдравличе-ский расчет. Важное место занимает в ВиВ экономия воды, которая недостижима без широкого применения систем автоматического регулирования, программного отпуска воды, а также ком -плексного рассмотрения упомянутых технических систем и ограждающих конструкций этих зданий.

Особенностями системы ВиВ как объекта автоматического управления является сложность и иерархичность ее структуры, влияние многих случайных факторов на режим работы системы. Указанные особенности системы ВиВ как объекта управления чрезвычайно затрудняют ее математическое описание, исключают возможность построения детальной модели системы в целом и заставляют ограничиваться разработкой некоторого комплекса упрощенных моделей, рассчитанных на решение конкретных задач.

Математическое описание системы ВиВ может быть осуществлено различными методическими подходами: аналитическим, вероятностно-статистическим, структурно-вероятностным. В первом случае при анализе динамических свойств системы она рассматривается как совокупность большого числа водоподающих устройств, объединенных в единую систему добычи, транспортировки, рас -пределения и потребления воды, которые могут быть разделены по видам водоподачи, физическим свойствам водоподающих устройств и конструктивному выполнению.

Для построения математической модели ВиВ в целом могут служить известные теории линейных систем автоматического регулирования, правила сложения и умножения передаточных функций соответственно параллельных и после-довательно включенных звеньев и др.

Под передаточной функцией понимается ма-тематическая зависимость, характеризующая динамические свойства звена объекта, записанная в

определенной форме и равная отношению выход -ной величины к величине входного воздействия.

Количественная оценка переходных процессов достигается путем решения полученных уравнений на ЭВМ для различных вариантов конструкций элементов, схем и сетей ВиВ.

Адекватность, т.е. соответствие математической модели системы (или ее элементов) реальному объекту, проверяется путем экспериментальных исследований и сопоставления их итогов с результатами аналитических расчетов, выполненных для конкретных условий эксперимента.

Оценивая такой методический подход, нельзя не отметить его ограниченные возможности из-за отсутствия учета стохастичности (вероятных свойств) системы централизованного водоснабжения, обусловленной случайным характером изме-нения возмущающих и управляющих воздействий, а также гвдравлических характеристик объекта.

Кроме того, надо иметь в ввду, что при аналитическом описании системы сколько-нибудь пол -ный учет многообразия действующих на нее возмущений, свойств распределенности параметров ее звеньев, сложной иерархии построения неиз-бежно приводит к чрезмерному усложнению модели При этом сложность решения систем дифференциальных уравнений, составляющих основу такой модели, никак не оправдывается в условиях оперативного управления из-за недостаточной полноты и точности исходной информации.

Несмотря на отмеченные недостатки аналитического метода, его бесспорное достоинство заключается в том, что он базируется на изучении физической сущности явлений, процессов, объектов. Это предопределяет его успешное использование для решения широкого круга задач расчета, проектирования, оптимизации систем ВиВ и их элементов.

Методика построения математической модели системы ВиВ, разработанная на основе вероятностно-статистического подхода, вкратце сводится к следующему. По результатам предварительного рассмотрения фактов, определяющих состояние системы при ее нормальной эксплуатации, проводится пассивный эксперимент (экс-перименгатор не вмешивается в технологический режим, а лишь фиксирует параметры, пред-варигельш отобранные для целей опыта). В ходе эксперимента, в течение определенного, разделяемого на два этапа периода непрерывно измеряются значения указанных параметров.

Путем статистической обработки данных, полученных на первом этапе наблюдений, выводятся уравнения множественной регрессии, устанавливающие зависимость управляющих воздействий

Методология научных исследований в области водоснабжения... П.В.Маврина, Т.В.Патрикеева, Е.В.Тарасоваидр.

от возмущении и времени при заданном характере изменения регулируемых величин.

Адекватность математической модели проверяется на втором этапе эксперимента сопоставлением прогнозируемых значений параметров (определяемых по уравнениям) с фактически измеренными величинами.

При всех достоинствах вероятностного подхода к описанию системы ВиВ нельзя не отметить и его недостатки. Такой подход неизбежно приводит к необходимости выполнения значительного объема натурных экспериментов на каждом объ-екте для установления статистических зависимостей, ограничивает возможности распространения полученных результатов на условия, отличные от тех, при которых проводился эксперимент.

Без сочетания с аналитическими методами вероятностный подход не позволяет рациональ -но использовать знания и представления о физической природе исследуемого объекта, сужает возможности учета обширного опыта, накопленного на основе ранее выполненных многочис -ленных исследований и изучения практики экс -плуатации систем ВиВ. Целесообразно комбинировать вероятностные и аналитические под -ходы с помощью метода, который можно оха-рактеризовать как структурно-вероятностный.

Особенность структурно-вероятностного под -хода состоит в том, что структура математической модели задается исходя из физической сущности процесса, а ряд входящих в нее величин определяется методами математической статистики

В связи с тем, что возмущающие воздействия в системах ВиВ носят случайный характер, с те-

чением времени меняется информация о параметрах, характеризующих их состояния.

Метод страдает неполнотой и несовершенством , Для управления такими системами рационально использовать принцип стохастического адаптивного управления. При такой постановке задачи математическая модель функционирования системы может рассматриваться в качестве эталонной.

В ходе эксплуатации ведется непрерывный автоматизированный сбор информации о парамет-рах, состав и количество которых достаточны для оценки состояния системы с заданной точностью. Значения сигналов, поступающих от объекта, сравниваются со значениями, полученными на эталонной модели, в результате чего вырабатывается корректирующее управляющее воздействие.

Таким образом, в цикле управления осуществляются процедуры адаптации В качестве параметров для оценки состояния объекта можно принимать скорость воды в трубах в контрольных помещениях, среднюю температуру воды, перепад давления воды в системе водоснабжения, скорость обратной воды (водоотведение) и др.

Необходимо сделать более эффективными научные исследования, значительно сократить сроки внедрения достижений науки и техники, повышать качество, надежность, экономичность и производительность систем ВиВ, снижать их материалоемкость, своевременно снимать с производства устаревшее оборудование; расширять автоматизацию проектно-конструкторских работ с помощью электронно-вычислительной техники.

УДК 666.9

С. А. Некрасова, М. С. Гаркави, Е. А. Трошкина, Е. С. Шитиков

ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДЕНИЯ ШПЦ С ДОБАВКОЙ ЛПМ

Среди многочисленных добавок, применяв -мых в технологии бетона, наибольшее значение имеют пластифицирующие добавки (разжижите -ли), позволяющие улучшить обрабатываемость бетонных смесей без увеличения водоцементного отношения или существенно снизить водопотреб-ность бетонных смесей при сохранении требуемой! подвижности, повысить физико-механичес -кие показатели бетона и долговечность.

Новый тип высокоэффективных пластифика-торов ЛПМ (лигносульфонатный пластифика -тор-модулятор) представляет собой технические лигносульфонаты, нормированные по фракци-

онному составу молекул лигносульфонатных полимеров, количеству и составу органической и неорганической частей (минеральных солей). Применение указанного пластификатора в бетонах на основе портлавдцемента подтвердило его высокую эффективность.

Целью данной работы является исследование влияние добавки ЛПМ на процесс твердения шлакопортлавдцемента, который является наиболее доступным и рас простране иным цементом в Уральском регионе. Для исследования процесса твердения в нормальных условиях использовалось цементное тесто с В/Ц=0,3 и до-